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発明の名称 電動作業機械
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−132094(P2007−132094A)
公開日 平成19年5月31日(2007.5.31)
出願番号 特願2005−326342(P2005−326342)
出願日 平成17年11月10日(2005.11.10)
代理人 【識別番号】100078134
【弁理士】
【氏名又は名称】武 顕次郎
発明者 田中 篤司 / 大木 孝利 / 渡辺 豊 / 落合 正巳
要約 課題
複数の可動部のそれぞれに対応して設けられる複数の電動モータを備える電動作業機械において、複数の可動部のそれぞれの動作速度の上限を一度にまとめて設定できる電動作業機械の提供。

解決手段
作業装置30(可動部)に対応する電動モータ42と作業装置30の間に、モータ42で駆動される油圧ポンプ41と、このポンプ41の吐出油で駆動されるシリンダ31a~33aと、ポンプ41からシリンダ31a~33aへの圧油の流れを制御する油圧制御弁群44とが介在し、旋回体20(可動部)に対応する電動モータ22と旋回体20は回転を直接的に伝達可能に接続され、コントローラ80はレバー操作に応じモータ22の出力トルクを制御する手段、モータ42の回転数を回転数設定ダイヤル72からの指令値に応じ設定する手段、モータ22の出力トルクの上限を回転数設定ダイヤル72からの指令値に応じ制限することでモータ22の回転数の上限を制限する手段を備える。
特許請求の範囲
【請求項1】
複数の可動部と、これらの可動部のそれぞれに対応するように設けられる複数の電動モータと、これらの電動モータを選択的に制御可能なモータ制御手段とを備える電動作業機械において、
異なる複数の指令値を選択的に指令可能な入力装置と、
前記複数の可動部のそれぞれを駆動する際の前記複数の電動モータのそれぞれの回転数を、前記入力装置からの指令値に応じて、一度にまとめて設定する回転数一括設定手段とを備えることを特徴とする電動作業機械。
【請求項2】
請求項1記載の発明において、前記複数の可動部が、回転型可動部と作業装置とを含むことを特徴とする電動作業機械。
【請求項3】
請求項2記載の発明において、前記回転型可動部が、旋回体であることを特徴とする電動作業機械。
【請求項4】
請求項2記載の発明において、前記回転型可動部が、走行体であることを特徴とする電動作業機械。
【請求項5】
請求項2記載の発明において、
前記複数の電動モータのうち前記作業装置に対応するように設けられる第1電動モータと前記作業装置との間に、前記第1電動モータにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動され、前記作業装置を駆動する油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する油圧制御弁とを含む油圧回路が介在し、
前記複数の電動モータのうち前記回転可動部に対応するように設けられる第2電動モータと前記回転型可動部とが、回転力を直接的に伝達可能に接続され、
前記モータ制御手段が、レバー操作に応じて前記第2電動モータの出力トルクを制御するトルク制御手段を備え、
前記回転数一括設定手段が、前記第1電動モータの回転数を、前記入力装置からの指令値に応じて設定する回転数設定手段と、
前記第2電動モータの出力トルクの上限を前記入力装置からの指令値に応じて設定することによって、前記第2電動モータの回転数の上限を設定する上限回転数設定手段とからなることを特徴とする電動作業機械。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、油圧ショベル等の作業機械であって、作業装置、旋回体及び走行体等の複数の可動部のそれぞれに対応して設けられる電動モータを、選択的に制御可能な電動作業機械に関する。
【背景技術】
【0002】
油圧作業機械、例えば油圧ショベルは、複数の可動部、すなわち作業装置、旋回体及び走行体を備えている。作業装置は複数の油圧シリンダにより駆動されるようになっていて、旋回体及び走行体はそれぞれ油圧モータにより駆動されるようになっている。油圧シリンダや油圧モータはメインポンプから吐出される圧油により駆動されるようになっている。メインポンプと油圧シリンダや油圧モータとの間には、油圧制御弁が介在して、この油圧制御弁を操作することにより、メインポンプから油圧シリンダや油圧モータに供給される各圧油の流れが制御されるようになっている。油圧ショベルに搭載されるエンジン(内燃機関)は1台であり、このエンジンによりメインポンプが駆動されるようになっている。
【0003】
このように構成された油圧ショベルでは、回転数が一定に制御されたエンジンによりメインポンプが駆動され、メインポンプから油圧シリンダや油圧モータに供給される圧油の流れが主に油圧制御弁の操作により制御される。
【0004】
また、前述した油圧ショベルではエンジンの排ガス、騒音及び振動が公害になるので、エンジン及び燃料タンクの替わりに電動モータ及びバッテリを搭載して、前記公害を解消又は低減した電動ショベルが開発されている。この種の電動ショベルとしては、例えば特許文献1に示される電動ショベル(以下「第1従来技術」という)がある。
【0005】
第1従来技術では、前述の油圧ショベルと同様に、回転数が一定に制御された電動モータによりメインポンプが駆動され、このメインポンプから油圧シリンダや油圧モータに供給される圧油の流れが主に油圧制御弁の操作により制御される。このため、電動モータが必要以上の動力を出力している状態になりやすい。つまり、動力損失が大きくなりやすく、バッテリに蓄えられたエネルギが無駄に消費されやすいという問題があった。
【0006】
特許文献1には、第1従来技術の問題を解決するための別の電動ショベル(以下「第2従来技術」という)も示されている。この第2従来技術は、作業装置、旋回体及び走行体のそれぞれに対応するように設けられる複数の電動モータと、これらの電動モータを選択的に制御可能なモータ制御手段を備えている。つまり、第2従来技術では、各電動モータを必要なときにのみ駆動するようにして、動力損失を低減している。
【特許文献1】特開2000−273913公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、油圧ショベルで現在普及しているものは、メインポンプの駆動時に維持するエンジンの回転数を、オペレータが所望の値に設定することができるようになっている。メインポンプを駆動する際のエンジンの回転数を設定することは、メインポンプの吐出流量、言い換えると、作業装置、旋回体及び走行体の動作速度の上限を一度にまとめて調節することと等しい。
【0008】
これに対し、前述した第1従来技術及び第2従来技術のどちらも、作業装置、旋回体及び走行体のそれぞれの動作速度を一度にまとめて調節できる構成になっていない。このため、前述のようにエンジンの回転数を所望の値に設定できる油圧ショベルの操縦に慣れたオペレータにとって、第1,第2従来技術は操作性の不十分なものであった。
【0009】
なお、第1従来技術では、バッテリに蓄えられたエネルギが無駄に消費されやすいという問題があるので、第2の従来技術のように複数の可動部のそれぞれに対応して設けられる複数の電動モータを備える電動作業機械において、複数の可動部のそれぞれの動作速度の上限を一度にまとめて設定できるようにすることが要望されている。
【0010】
本発明は、前述の要望に応じるためになされたもので、その目的は、複数の可動部のそれぞれに対応するように設けられる複数の電動モータを備える電動作業機械において、複数の可動部のそれぞれの動作速度の上限を一度にまとめて設定することができる電動作業機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
〔1〕本発明は、複数の可動部と、これらの可動部のそれぞれに対応するように設けられる複数の電動モータと、これらの電動モータを選択的に制御可能なモータ制御手段とを備える電動作業機械において、異なる複数の指令値を選択的に指令可能な入力装置と、前記複数の可動部のそれぞれを駆動する際の前記複数の電動モータのそれぞれの回転数を、前記入力装置からの指令値に応じて、一度にまとめて設定する回転数一括設定手段とを備えることを特徴とする。
【0012】
このように構成された本発明では、回転数一括設定手段が、複数の電動モータのそれぞれの回転数を、入力装置からの指令値に応じて一度にまとめて設定する。つまり、オペレータは入力装置を操作することで、複数の可動部の動作速度の上限を一度にまとめて設定することができる。
【0013】
〔2〕本発明は、前記複数の可動部が、回転型可動部と作業装置とを含むことを特徴とする。回転型可動部とは、回転力を伝達されて駆動する旋回体や走行体である。
【0014】
〔3〕本発明は、「〔2〕」記載の発明において、前記複数の電動モータのうち前記作業装置に対応するように設けられる第1電動モータと前記作業装置との間に、前記第1電動モータにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動され、前記作業装置を駆動する油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する油圧制御弁とを含む油圧回路が介在し、前記複数の電動モータのうち前記回転可動部に対応するように設けられる第2電動モータと前記回転型可動部とが、回転力を直接的に伝達可能に接続され、前記モータ制御手段が、レバー操作に応じて前記第2電動モータの出力トルクを制御するトルク制御手段を備え、前記回転数一括設定手段が、前記第1電動モータの回転数を、前記入力装置からの指令値に応じて設定する回転数設定手段と、前記第2電動モータの出力トルクを前記入力装置からの指令値に応じて設定することによって、前記第2電動モータの回転数の上限を設定する上限回転数設定手段とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
本発明では、前述したようにオペレータが入力装置を操作することで、複数の可動部のそれぞれの動作速度の上限を一度にまとめて設定することができる。この結果、電動作業機械の操作性の向上に貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
本発明の電動作業機械の最良の実施形態について説明する。
【0017】
図1は本発明の電動作業機械の最良の実施形態の左側面図、図2は図1に示す実施形態の前面を部分的に透視して旋回用駆動装置及び走行用駆動装置を示す図、図3は図1に示す実施形態の上面図、図4は図1に示す実施形態における作業装置、旋回体及び走行体を制御するためのシステムを示すブロック図、図5は、図4に示すコントローラの機能を示すブロック図、図6は図5に示す作業用インバータ制御手段が行う処理を示す図、図7は図5に示す旋回用インバータ制御手段が行う処理を示すブロック図、図8は図7示す処理により設定された旋回用電動モータの出力トルク特性線の一例を示す図である。
【0018】
図1に示すように、本実施形態は電動ショベルであり、複数の可動部、すなわち、履帯を駆動して走行する走行体10と、この走行体10上に旋回可能に設けられる旋回体20と、この旋回体20の前部中央に設けられ掘削作業等を行うことが可能な作業装置30とを備えている。
【0019】
作業装置30は、一端が旋回体20に回動可能に結合されるブーム31と、このブーム31の他端に一端が回動可能に結合されるアーム32と、このアーム32の他端に回動可能に結合されるバケット33とから構成されている。ブーム31はブームシリンダ31a、アーム32はアームシリンダ32a、バケット33はバケットシリンダ33aにより駆動されるようになっている。これらのシリンダ31a〜33aは油圧シリンダである。
【0020】
図2に示すように、本実施形態は、旋回体20を駆動する旋回駆動装置21を備えている。この旋回駆動装置21は、旋回体20の駆動専用に設けられた旋回用電動モータ22と、走行体10のトラックフレーム11と旋回体20のメインフレーム20aとを相対的な回転が可能に結合する旋回輪ベアリング23と、この旋回輪ベアリング23に旋回用電動モータ22の回転を伝達する旋回用減速機24とを備えている。また、図3に示すように、旋回体20において旋回駆動装置21の後方には複数の駆動用バッテリ90A〜90Dが格納されていて、これらの駆動用バッテリ90A〜90Dから得られる電気エネルギで旋回用電動モータ22が駆動されるようになっている。
【0021】
図2に示すように、本実施形態は、走行体10を駆動する走行駆動装置を備えている。この走行駆動装置は、走行体10の左右両側部のそれぞれに設けられている。図2では走行体10の左側部(図2では右側)に設けられている左走行駆動装置12のみ示し、右走行駆動装置の図示を省略してある。左走行駆動装置12は、保護カバー17で覆われた左走行用電動モータ13Aと、履帯16と噛み合うスプロケット15と、このスプロケット15に左走行用電動モータ13Aの回転を伝達する走行用減速機14とを備えている。走行体10の右側部に設けられている右走行駆動装置も同様の構成である。図4では、走行体10の右側部に設けられている右走行用走行装置の右走行用電動モータ13Bとしてある。これらの左走行用電動モータ13A及び右走行用電動モータ13Bも、図3に示す駆動用バッテリ90A〜90Dから得られる電気エネルギで駆動されるようになっている。
【0022】
なお、左走行用電動モータ13A及び右走行用電動モータ13Bと駆動用バッテリ90A〜90Dは、図2に示すスリップリング18を介して接続されていて、駆動用バッテリ90A〜90Dから左走行用電動モータ13A及び右走行用電動モータ13Bのそれぞれへの電力の供給が、旋回体20の旋回に妨げられないようになっている。
【0023】
図4に示すように、本実施形態は作業装置30を駆動する油圧駆動回路40を備えている。
【0024】
この油圧駆動回路40は、ブームシリンダ31a、アームシリンダ32a及びバケットシリンダ33aを駆動する圧油となる作動油を、作動油タンク45から吸上げて吐出する可変容量型ポンプ41を備えている。この可変容量型ポンプ41は、電気信号に応じて吐出流量を変化させる可変機構部41aを備えている。また、この可変容量型ポンプ41は、カップリング43を介して作業装置30の駆動専用に設けられた作業用電動モータ42に結合している。つまり、作業装置30と作業用電動モータ42との間には油圧駆動回路40を介在している。また、作業用電動モータ42も、駆動用バッテリ90A〜90Dから得られる電気エネルギで駆動されるようになっている。図3に示すように、可変容量型ポンプ41、カップリング43及び作業用電動モータ42は、旋回体20内における作業装置30の右側方に、作業用電動モータ42を前にして前後方向に並べられた状態で格納されている。また、作動油タンク45は、可変容量型ポンプ41の後方に配置されている。
【0025】
また、油圧駆動回路40は、可変容量型ポンプ41とブームシリンダ31aとの間に介在して、可変容量型ポンプ41からブームシリンダ31aに供給される圧油の流れを制御するブーム用油圧制御弁と、可変容量型ポンプ41とアームシリンダ32aとの間に介在して、可変容量型ポンプ41からアームシリンダ32aに供給される圧油の流れを制御するアーム用油圧制御弁と、可変容量型ポンプ41とバケットシリンダ33aに介在して可変容量型ポンプ41からバケットシリンダ33aに供給される圧油の流れを制御するバケット用油圧制御弁とを備えている。これらの油圧制御弁は油圧パイロット式の弁である。図4では、これらの油圧制御弁をまとめて油圧制御弁群44としてある。この油圧制御弁群44は、図3に示すように旋回駆動装置21の後方に設定されている。
【0026】
同図4に示すように、本実施形態は、油圧制御弁群44に含まれるブーム用油圧制御弁、アーム用油圧制御弁及びバケット用油圧制御弁のそれぞれを操作するための油圧操作回路50を備えている。この油圧操作回路50は、ブーム用油圧制御弁の弁位置をブームシリンダ31aのボトム側油室に圧油が導かれる弁位置に切換えるためのパイロット圧を生成する第1ブーム用パイロット弁と、同弁位置をブームシリンダ31aのロッド側油室に圧油が導かれる弁位置に切換えるためのパイロット圧を生成する第2ブーム用パイロット弁とを備えている。また、アーム用油圧制御弁の弁位置をアームシリンダ32aのボトム側油室に圧油が導かれる弁位置に切換えるためのパイロット圧を生成する第1アーム用パイロット弁と、同弁位置をアームシリンダ32aのロッド側油室に圧油が導かれる弁位置に切換えるためのパイロット圧を生成する第2アーム用パイロット弁とを備えている。また、バケット用油圧制御弁の弁位置をバケットシリンダ33aのボトム側油室に圧油が導かれる弁位置に切換えるためのパイロット圧を生成する第1バケット用パイロット弁と、同弁位置をバケットシリンダ33aのロッド側油室に圧油が導かれる弁位置に切換えるためのパイロット圧を生成する第2バケット用パイロット弁とを備えている。これらのパイロット弁は電磁弁である。図4では、これらのパイロット弁をまとめてパイロット弁群54としてある。このパイロット弁群54は、図3に示すように旋回駆動装置21の左斜め後方で、油圧制御弁群44の左斜め前方に設置されている。
【0027】
また、油圧操作回路50は、パイロット弁群54に含まれる第1,第2ブーム用パイロット弁、第1,第2アーム用パイロット弁及び第1,第2バケット用パイロット弁のそれぞれが生成するパイロット圧の油圧源となるパイロットポンプ51を備えている。このパイロットポンプ51は、カップリング53を介してパイロット用電動モータ52に結合している。このパイロット用電動モータ52も駆動用バッテリ90A〜90Dから得られる電気エネルギで駆動されるようになっている。駆動用バッテリ90A〜90Dとパイロット用電動モータ52との間には、パイロット用電動モータ52の回転数及び出力トルクを制御可能なパイロット用インバータ55が介在している。このパイロット用インバータ55は、駆動用バッテリ90A〜90Dからコンダクタ制御盤92を介して供給された直流電力を3相交流電力に変換して、パイロット用電動モータ52に供給するようになっている。また、図3に示すように、パイロットポンプ51、カップリング53及びパイロット用電動モータ52は、旋回体20内おける作業装置30の右側方で作業用電動モータ42の前方に、パイロット用電動モータ52を左にして左右方向に並べられた状態で格納されている。また、パイロット用インバータ55は旋回体20の後端に格納されている。
【0028】
また、本実施形態は、ブーム31とバケット33を操縦するためのブーム・バケット操作レバー装置を備えている。このブーム・バケット操作レバー装置は、前後方向における操作レバーの傾倒角度に相応する電圧Vboの前後傾倒操作信号と、同左右方向における操作レバーの傾倒角度に相応する電圧Vbuの左右傾倒操作信号とを出力するようになっている。また、本実施形態は、アーム32と旋回体20を挿入するためのアーム・旋回操作レバー装置を備えている。このアーム・旋回操作レバー装置も、前後方向における操作レバーの傾倒角度に相応する電圧Vaの前後傾倒操作信号と、同左右方向における操作レバーの傾倒角度に相応する電圧Vtの左右傾倒操作信号を出力するようになっている。また、本実施形態は、前後方向へ傾倒操作可能な左走行操作レバー装置71A及び右走行操作レバー装置71Bを備えている(図5参照)。左走行操作レバー装置71Aは、前後方向における操作レバーの傾倒角度に相応する電圧Vmlの傾倒操作信号を出力するようになっている。右走行操作レバー装置71Bは、前後方向における操作レバーの傾倒角度に相応する電圧Vmrの傾倒操作信号を出力するようになっている。これらの操作レバー装置はキャブ20b内に設けられている(図示せず)。図4では、これらの操作レバー装置をまとめてレバー操作手段70として描いてある。
【0029】
また、本実施形態は、駆動用バッテリ90A〜90Dと作業用電動モータ42との間に介在して作業用電動モータ42の回転数及び出力トルクを制御可能な作業用インバータ60と、駆動用バッテリ90A〜90Dと旋回用電動モータ22との間に介在して旋回用電動モータ22の回転数及び出力トルクを制御可能な旋回用インバータ61と、駆動用バッテリ90A〜90Dと左走行用電動モータ13Aとの間に介在して左走行用電動モータ13Aの回転数及び出力トルクを制御可能な左走行用インバータ62Aと、駆動用バッテリ90A〜90Dと右走行用電動モータ13Bとの間に介在して右走行用電動モータ13Bの回転数及び出力トルクを制御可能な右走行用インバータ62Bとを備えている。これらのインバータ60,61,62A,62Bのそれぞれは、駆動用バッテリ90A〜90Dからコンダクタ制御盤92を介して供給された直流電力を3相交流電力に変換して、作業用電動モータ42、旋回用電動モータ22、左走行用電動モータ13A及び右走行用電動モータ13Bのそれぞれに供給するようになっている。また、これらのインバータ60,61,62A,62Bは、図3に示すように旋回体20の後端に左右方向に並べられた状態で格納されている。
【0030】
また、本実施形態は、異なる複数の指令値を選択的に指令可能な入力装置、例えばダイヤルの回転角度に相応する電圧Vnの回転操作信号を出力する入力装置からなる回転数設定ダイヤル72を備えている。この回転数設定ダイヤル72は、作業用電動モータ42の駆動時に維持する作業用電動モータ42の回転数を電圧の形で指令するための装置である。この回転数設定ダイヤル72はキャブ20b内に設けられている(図示せず)。
【0031】
また、本実施形態は、コントローラ80を備えている。このコントローラ80は制御用バッテリ91A,91Bから得られる電気エネルギで駆動されるようになっている。コントローラ80に対する電力の供給・遮断はキースイッチ73のオン・オフにより行われるようになっている。また、コントローラ80は起動後に、コンダクタ制御盤92のコンダクタ92aを閉じさせるためのコンダクタ制御信号を、コンダクタ制御盤92に出力するようになっている。なお、図3に示すように、制御用バッテリ91A,91Bは、旋回体20において駆動用バッテリ90A〜90Dの右側方に格納されていて、コンダクタ制御盤92は、旋回体20の左側部に設けられている。また、コントローラ80とキースイッチ73はキャブ20b内に設けられている(図示せず)。
【0032】
コントローラ80は、図5に示すように、パイロット弁制御手段81と、可変容量型ポンプ制御手段82とを備えている。
【0033】
パイロット弁制御手段81は、ブーム・バケット操作レバー装置の前後傾倒操作信号の電圧Vboに対応する第1ブーム用パイロット弁や第2ブーム用パイロット弁の動作量の制御値Cboを算出して、算出された制御値Cboに相応するブーム制御信号を第1ブーム用パイロット弁や第2ブーム用パイロット弁に出力するようになっている。また、ブーム・バケット操作レバー装置の左右傾倒操作信号の電圧Vbuに対応する第1バケット用パイロット弁や第2バケット用パイロット弁の動作量の制御値Cbuを算出し、算出された制御値Cbuに相応するバケット制御信号を第1バケット用パイロット弁や第2バケット用パイロット弁に出力するようになっている。また、アーム・旋回操作レバー装置の前後傾倒操作信号の電圧Vaに対応する第1アーム用パイロット弁や第2アーム用パイロット弁の動作量の制御値Caを算出して、算出された制御値Caに相応するアーム制御信号を第1アーム用パイロット弁や第2アーム用パイロット弁に出力するようになっている。なお、図5では、ブーム・バケット操作レバー装置の機能と、アーム・旋回操作レバー装置の前後傾倒操作信号を出力する機能とをまとめて作業指令部70aとしてある。
【0034】
可変容量型ポンプ制御手段82は、ブーム・バケット操作レバー装置の前後傾倒操作信号の電圧Vbo、ブーム・バケット操作レバー装置の左右傾倒操作信号の電圧Vbu、及び、アーム・旋回操作レバー装置の前後傾倒操作信号の電圧Vaに基づいて、可変容量型ポンプ41の吐出流量の制御値Cfを算出し、算出された制御値Cfに相応する吐出流量制御信号を可変機構部41aに出力するようになっている。
【0035】
また、コントローラ80は、作業用インバータ制御手段83と、旋回用インバータ制御手段84と、左走行用インバータ制御手段85A及び右走行用インバータ制御手段85Bとを備え、これらによって作業用電動モータ42、旋回用電動モータ22、左走行用電動モータ13A及び右走行用電動モータ13Bを選択的に制御可能なモータ制御手段を構成している。また、これらの手段83,84,85A,85Bは協働することによって、作業用電動モータ42、旋回用電動モータ22、左走行用電動モータ13A及び右走行用電動モータ13Bのそれぞれが作業装置30、旋回体20、走行体10のそれぞれを駆動する際のそれぞれの回転数を、回転数設定ダイヤル72からの指令値(電圧Vn)に応じて、一度にまとめて設定する回転数一括設定手段として機能するようになっている。
【0036】
作業用インバータ制御手段83は、図6に示すように、予め記憶された関数Frに基づいて回転操作信号の電圧Vnに対応する目標回転数値IRPMを算出し、算出された目標回転数IRPMに相応する回転数指令信号を作業用インバータ60に出力するようになっている。つまり、作業用インバータ制御手段83は、作業用電動モータ42の回転数を、回転数設定ダイヤル72からの指令値(電圧Vn)に応じて設定する回転数設定手段として機能するようになっている。
【0037】
旋回用インバータ制御手段84は、図7に示すように、予め記憶された関数Ft1に基づいて、アーム・旋回操作レバー装置の左右傾倒操作信号の電圧Vtに対応する旋回用電動モータ22の目標出力トルクT1を算出する第1目標出力トルク算出器84aを備えている。つまり、旋回用インバータ制御手段84は、アーム・旋回操作レバー装置の左右方向へのレバー操作に応じて旋回用電動モータ22の出力トルクを制御するトルク制御手段として機能するようになっている。なお、図5では、電圧Vaの左右傾倒操作信号を出力する機能を旋回指令部70bとしてある。
【0038】
また、旋回用電動モータ22は回転数センサを内蔵していて、この回転数センサで検出された実回転数RRPMが、旋回用インバータ61を介して旋回用インバータ制御手段84にフィードバックされるようになっている(図4参照)。
【0039】
そして、旋回用インバータ制御手段84は、図7に示すように、予め記憶された関数Fcに基づいて、作業用インバータ制御手段83が算出した目標回転数IRPMに対応する係数Kを算出する係数算出器84dを備えている。また、係数Kで実回転数RRPMを除して虚回転数FRPMを算出する除算器84cと、予め記憶された関数Ft2に基づいて虚回転数FRPMに対応する旋回用電動モータ22の目標出力トルクT2を算出する第2目標出力トルク算出器84bとを備えている。また、第1目標出力トルクT1と第2目標出力トルクT2のどちらか小さい方を選択して、選択された目標出力トルクに相応する出力トルク指令信号を旋回用インバータ61に出力する最小値選択器84eを備えている。
【0040】
係数算出器84dで用いられる関数Fcは、目標回転数IRPMが0近傍の所定値以上の範囲で、係数Kが目標回転数IRPMに比例し、目標回転数IRPMが最高値のときにK=1が得られるように設定されている。
【0041】
第2目標出力トルク算出器84bで用いられる関数Ft2は、電流の供給に伴う旋回用電動モータ22の発熱の程度や、旋回体20の駆動に必要な出力トルクや旋回速度を得られることを考慮して、旋回用電動モータ22の出力トルクの上限を規定したものであり、図8に実線で示す出力トルク特性線CLrのように、最高出力トルクTmax、最高回転数Nmax1となるように規定されている。
【0042】
なお、左走行用インバータ制御手段85A及び右走行用インバータ制御手段85Bについては、旋回用インバータ制御手段84と同様の構成で同様に動作するので説明を省略する。また、コントローラ80は、パイロットポンプ51を一定の回転数で駆動させるための回転数指令信号をパイロット用インバータ55に出力する手段や、コンダクタ92aを閉じさせるコンダクタ制御信号をコンダクタ制御盤92に出力する手段を備えているが(図4参照)、これらの手段の図示は省略してある。
【0043】
このように構成された本実施形態は次のように動作する。
【0044】
キースイッチ73がオンするとコントローラ80が起動する。そして、コントローラ80はコンダクタ制御盤92にコンダクタ制御信号を出力する。これによりコンダクタ92aがオンし、駆動用バッテリ90A〜90Dからパイロット用インバータ55、作業用インバータ60、旋回用インバータ61、左走行用インバータ62A及び右走行用インバータ62Bのそれぞれに、直流電力が供給されるようになる。また、コントローラ80は、パイロット用インバータ55に回転数指令信号を出力する。これにより、パイロット用インバータ55が、目標回転数に対応する周波数の3相交流電力をパイロット用電動モータ52に供給し続けるようになり、この結果、パイロット用電動モータ52が目標回転数で回転している状態が維持される。
【0045】
また、回転数設定ダイヤル72からコントローラ80へは、そのときのダイヤルの回転角度に相応する回転操作信号が出力される。回転操作信号を入力したコントローラ80では、作業用インバータ制御手段83が、回転操作信号の電圧V1に対応する目標回転数IRPMを関数Frに基づいて算出し、算出された目標回転数IRPMに相応する回転数指令信号を作業用インバータ60に出力する。作業用インバータ60は回転数指令信号から得られた目標回転数IRPMに対応する周波数の3相交流電力を作業用電動モータ42に供給する。これにより、作業用電動モータ42が駆動される。なお、作業用電動モータ42の回転中、作業用電動モータ42に内蔵された回転数センサから作業用インバータ60に、実回転数RRPMがフィードバックされる。作業用インバータ60は、実回転数RRPMと目標回転数IRPMとを比較しながら作業用電動モータ42に供給する電流の大きさを調整し、すなわち、作業用電動モータ42の出力トルクを調整し、目標回転数IRPMを維持する。
【0046】
このようにして作業用電動モータ42が駆動されている状態で、ブーム・バケット操作レバー装置の前後傾倒操作信号、同操作レバー装置の左右傾倒操作信号、及びアーム・旋回操作レバー装置の前後傾倒操作信号の少なくとも1を、コントローラ80が入力したとする。例えば、ブーム・バケット操作レバー装置の操作レバーが中立位置から前方向へ傾倒操作されたことにより出力された前後傾倒操作信号を、コントローラ80が入力したとする。
【0047】
このとき、コントローラ80のパイロット弁制御手段81は、入力された前後傾倒操作信号の電圧Vboから第2ブーム用パイロット弁の動作量の制御値Cboを算出し、算出された制御値Cboに対応するブーム制御信号を第2ブーム用パイロット弁に出力する。これに伴って第2ブーム用パイロット弁が切換わり、ブーム用油圧制御弁にパイロット圧が与えられ、ブーム用油圧制御弁が切換わる。これによって、可変容量型ポンプ41からブーム用油圧制御弁を介してブームシリンダ31aのロッド側油室に圧油が供給され、ブームシリンダ31aが収縮する。一方、コントローラ80の可変容量型ポンプ制御手段82は、入力された前後方向操作信号の電圧Vboに対応する吐出流量の制御値Cfを算出し、算出された制御値Cfに相応すると吐出流量制御信号を可変機構部41aに出力する。これによって可変容量型ポンプ41の吐出流量が変化する。このようにブームシリンダ31aに供給される圧油の流れと可変容量型ポンプ41の吐出流量とを制御することによって、ブーム下げ速度が制御される。
【0048】
また、旋回指令部70bからの左右傾倒操作信号、例えばアーム・旋回操作レバー装置の操作レバーが中立位置から左方向へ傾倒操作されたことにより出力された左右傾倒操作信号を、コントローラ80が入力したとする。
【0049】
このとき、コントローラ80の旋回用インバータ61では、第1目標出力トルク算出器84aが、左右操作信号の電圧V2に対応する目標出力トルクT1を算出する。また、係数算出器84dが、目標回転数IRPMに対応する係数Kを算出し、除算器84cがコントローラ80にフィードバックされた実回転数RRPMを係数Kで除して虚回転数FRPMを算出し、第2目標出力トルク算出器84bが、虚回転数FRPMに対応する第2目標出力トルクT2を算出する。そして、第1目標出力トルクT1と第2目標出力トルクT2のどちらか小さい方を最小値選択器84eが選択して、選択された目標出力トルクに相応する出力トルク指令信号を旋回用インバータ61に出力する。旋回用インバータ61は、出力トルク指令信号から得られた目標出力トルクに対応する電流の3相交流電力を旋回用電動モータ22に供給する。
【0050】
ここで、目標回転数IRPMと旋回用電動モータ22の制御との関係について例を挙げて説明する。
【0051】
目標回転数設定ダイヤル72により指令された目標回転数IRPMが、例えば最高値であった場合、旋回用インバータ制御手段84では、係数算出器84dにより係数K=1が算出されるので、除算器84cにより算出される虚回転数FRPMが実回転数RRPMと等しくなる(FRPM=RRPM)。これに伴い、第2目標出力トルク算出器84bで算出される第2目標出力トルクT2は、図8に実線で示す出力トルク特性線CLr上の値、すなわち、関数Ft2で規定される出力トルクの上限となる。したがって、旋回用電動モータ22は、関数Ft2で規定される出力トルクの上限内で、駆動することになる。
【0052】
これに対し、目標回転数IRPMが最高値よりも低い場合、旋回用インバータ制御手段84では、係数算出器84dにより係数K<1が算出されるので、除算器84cにより算出される虚回転数FRPMが実回転数RRPMよりも高くなる(RRPM<FRPM)。ここで、実回転数RRPM=Nr、虚回転数FRPM=Nfとすると、特性線CLr上で実回転数Nrに対応する出力トルクはTrとなり、同じく特性線CLr上で虚回転数Nfに対応する出力トルクはTrよりも小さいTfとなる。つまり、第2目標出力トルク算出器84bにより算出される第2目標トルクT2は、図8に破線で示す出力トルク特性線CLf上の値、すなわち、出力トルクが特性線CLr上の値よりも小さい値となる。したがって、旋回用電動モータ22は、関数Ft2で規定される出力トルクの上限よりも低い上限内で、駆動することになる。
【0053】
また、出力トルク特性線CLfで得られる最高回転数Nmax2は出力トルク特性線CLrで得られる最高回転数Nmax1よりも低いので、旋回用電動モータ22の回転数の上限も低くなる。つまり、旋回用インバータ制御手段84は、旋回用電動モータ22の出力トルクの上限を目標回転数IRPMに応じて設定することによって、旋回用電動モータ22の回転数の上限を設定する上限回転数設定手段として機能している。
【0054】
本実施形態によれば次の効果を得られる。
【0055】
本実施形態では、作業用インバータ制御手段83、旋回用インバータ制御手段84、左走行用インバータ制御手段85A及び右走行インバータ制御手段85Bが協働して回転数一括設定手段として機能する。つまり、作業装置30を駆動する際に維持する作業用電動モータ42の回転数を目標回転数IRPMに設定することと、旋回用電動モータ22、左走行用電動モータ13A及び右走行用電動モータ13Bのそれぞれの回転数の上限を設定することとを、回転数設定ダイヤル72から指令値(電圧Vn)に応じて、一度にまとめて行うことができる。これにより、回転数設定ダイヤル72を回転操作することによって、作業装置30、旋回体20及び走行体10のそれぞれの動作速度の上限を一度にまとめて設定することができ、電動ショベルの操作性の向上に貢献できる。
【0056】
また、本実施形態では、旋回用インバータ制御手段84が、アーム・旋回操作レバー装置の左右方向へのレバー操作に応じて旋回用電動モータ22の出力トルクを制御するトルク制御手段として機能するようになっている。これにより、駆動開始の旋回体20の動作を、旋回体20を油圧モータで駆動するときの動作に似せることができ、旋回体を油圧モータで駆動する油圧ショベルの操縦に慣れたオペレータが、旋回体を電動モータで駆動する電動ショベルを操縦したときに抱く操作感覚の違和感を小さくすることができる。
【0057】
なお、本実施形態は、走行体を備える電動ショベルに本発明を適用した例であるが、本発明はこれに限らず、走行体を備えていない台船ショベル等に適用してもよい。また、走行可能ではあるが旋回はできない作業機械に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【0058】
【図1】本発明の電動作業機械の最良の実施形態の左側面図である。
【図2】図1に示す実施形態の前面を部分的に透視して旋回用駆動装置及び走行用駆動装置を示す図である。
【図3】図1に示す実施形態の上面図である。
【図4】図1に示す実施形態における作業装置、旋回体及び走行体を制御するためのシステムを示すブロック図である。
【図5】図4に示すコントローラの機能を示すブロック図である。
【図6】図5に示す作業用インバータ制御手段が行う処理を示す図である。
【図7】図5に示す旋回用インバータ制御手段が行う処理を示す図である。
【図8】図7示す処理により設定された旋回用電動モータの出力トルク特性線の一例を示す図である。
【符号の説明】
【0059】
10 走行体
11 トラックフレーム
12 左走行駆動装置
13A 左走行用電動モータ(第2電動モータ)
13B 右走行用電動モータ(第2電動モータ)
14 走行用減速機
15 スプロケット
16 履帯
17 保護カバー
20 旋回体
20a メインフレーム
20b キャブ
21 旋回駆動装置
22 旋回用電動モータ(第2電動モータ)
23 旋回輪ベアリング
24 旋回用減速機
30 作業装置
31 ブーム
31a ブームシリンダ
32 アーム
32a アームシリンダ
33 バケット
33a バケットシリンダ
40 油圧駆動回路
41 可変容量型ポンプ
41a 可変機構部
42 作業用電動モータ(第1電動モータ)
43 カップリング
44 油圧制御弁群
45 作動油タンク
50 油圧操作回路
51 パイロットポンプ
52 パイロット用電動モータ
53 カップリング
54 パイロット弁群
55 パイロット用インバータ
60 作業用インバータ
61 旋回用インバータ
62A 左走行用インバータ
62B 右走行用インバータ
70 レバー操作手段
70a 作業指令部
70b 旋回指令部
71A 左走行操作レバー装置
71B 右走行操作レバー装置
72 回転数設定ダイヤル
73 キースイッチ
80 コントローラ
81 パイロット弁制御手段
82 可変容量型ポンプ制御手段
83 作業用インバータ制御手段(回転数設定手段)
84 旋回用インバータ制御手段(上限回転数設定手段)
84a 第1目標出力トルク算出器
84b 第2目標出力トルク算出器
84c 除算器
84d 係数算出器
84e 最小値選択器
85A 左走行用インバータ制御手段(上限回転数設定手段)
85B 右走行用インバータ制御手段(上限回転数設定手段)
90A〜90D 駆動用バッテリ
91A,91B 制御用場バッテリ
92 コンダクタ制御盤
92a コンダクタ




 

 


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