特開 2024-127662 電動式建設機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024127662

(43)【公開日】2024-09-20

(54)【発明の名称】電動式建設機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/00 20060101AFI20240912BHJP

   E02F 9/08 20060101ALI20240912BHJP

【ＦＩ】

E02F9/00 C

E02F9/08 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023037003

(22)【出願日】2023-03-09

(71)【出願人】

【識別番号】398071668

【氏名又は名称】株式会社日立建機ティエラ

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】古川 祐太

(72)【発明者】

【氏名】木原 聖一

(72)【発明者】

【氏名】桑原 拓真

(57)【要約】

【課題】給電ケーブルの損傷を抑えることができる電動式建設機械を提供する。
【解決手段】電動式ショベルは、走行体１１の上側に旋回可能に設けられた旋回体１２と、外部電源１から旋回体１２に接続された給電ケーブル２を把持する把持部３３を有し、旋回体１２の鉛直軸まわりに回動可能に旋回体１２に設けられたケーブルガイド２９と、旋回体１２の旋回角を検出する旋回角センサ１６と、ケーブルガイド２９の回動角を検出する回動角センサ３４と、ケーブルガイド２９を回動させるガイドモータ３６と、旋回角センサ１６及び回動角センサ３４の検出結果に基づいてガイドモータ３６を制御するコントローラ４７とを備える。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

走行体と、前記走行体の上側に旋回可能に設けられた旋回体と、外部電源から前記旋回体に接続された給電ケーブルを把持する把持部を有し、前記旋回体の鉛直軸まわりに回動可能に前記旋回体に設けられたケーブルガイドと、を備えた電動式建設機械において、
前記旋回体の旋回角を検出する旋回角センサと、
前記ケーブルガイドの回動角を検出する回動角センサと、
前記ケーブルガイドを回動させるガイドモータと、
前記旋回角センサ及び前記回動角センサの検出結果に基づいて前記ガイドモータを制御するコントローラと、を備えたことを特徴とする電動式建設機械。

【請求項2】

請求項１に記載の電動式建設機械において、
前記回動角センサは、前記旋回体の所定方向を基準とした前記ケーブルガイドの回動角を検出し、
前記コントローラは、前記旋回角センサ及び前記回動角センサの検出結果に基づき、前記走行体の所定方向を基準とした前記ケーブルガイドの回動角を演算し、演算された回動角が設定値となるように前記ガイドモータを制御することを特徴とする電動式建設機械。

【請求項3】

請求項２に記載の電動式建設機械において、
前記ケーブルガイドは、水平方向に延在し且つ前記ガイドモータによって鉛直軸まわりに回動されるガイドアームを有し、
前記把持部は、前記ガイドアームの先端側に設けられており、
前記回動角センサは、前記旋回体の所定方向を基準とした前記ガイドアームの回動角を検出し、
前記コントローラは、前記旋回角センサ及び前記回動角センサの検出結果に基づき、前記走行体の所定方向を基準とした前記ガイドアームの回動角を演算し、演算された回動角が設定値となるように前記ガイドモータを制御することを特徴とする電動式建設機械。

【請求項4】

請求項１に記載の電動式建設機械において、
前記旋回体に設けられ、前記給電ケーブルが接続されるケーブルコネクタと、
前記給電ケーブルが前記ケーブルコネクタに接続された状態を検出する接続センサと、を更に備え、
前記コントローラは、前記給電ケーブルが前記ケーブルコネクタに接続された状態を前記接続センサで検出したとき、前記旋回角センサ及び前記回動角センサの検出結果に基づいて前記ガイドモータを制御することを特徴とする電動式建設機械。

【請求項5】

請求項２に記載の電動式建設機械において、
前記設定値を可変する設定装置を備えたことを特徴とする電動式建設機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、給電ケーブルを接続可能な電動式建設機械に関する。

【背景技術】

【0002】

電動式建設機械の一つである電動式ショベルは、例えば、走行体と、走行体の上側に旋回可能に設けられた旋回体と、旋回体の前側に連結された作業装置と、旋回体に搭載された電動モータと、旋回体に搭載され、電動モータによって駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出された圧油によって駆動される油圧アクチュエータとを備える。電動式ショベルにおいて、給電ケーブルを旋回体側に接続可能に構成されたものがあり、給電ケーブルを介し外部電源からの電力が供給される。そして、給電ケーブルを介し供給された電力により、電動モータが駆動される。あるいは、給電ケーブルを介し供給された電力により、旋回体に搭載されたバッテリが充電され、バッテリの電力により、電動モータが駆動される。

【0003】

特許文献１の電動式ショベルは、給電ケーブルが接続された場合に、ショベルの動作（詳細には、旋回動作や走行動作）が行えないように構成されている。これにより、給電ケーブルの損傷を防止することが可能である。

【0004】

特許文献２の電動式ショベルは、給電ケーブルが接続された場合に、ショベルの動作が行えるように構成されており、給電ケーブルの損傷を抑えるためのケーブルガイド（ケーブルスタンド）を備える。ケーブルガイドは、給電ケーブルを把持する把持部を有し、旋回体の鉛直軸まわりに回動可能に旋回体の後側（言い換えれば、作業装置とは反対側）に設けられている。そして、旋回体が旋回したときに、給電ケーブルの張力の作用により、ケーブルガイドが反対方向に回動するようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４５０４９４０号公報

【特許文献2】特開２０１８－０８４０９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述した通り、特許文献２のケーブルガイドは、旋回体が旋回したときに、給電ケーブルの張力の作用によって回動するように構成されている。そのため、給電ケーブルの張力が作用しなければ、ケーブルガイドが旋回体に対して回動せず（すなわち、旋回体と共に旋回し）、ケーブルガイドで把持された給電ケーブルが走行体と接触して損傷する可能性がある。

【0007】

本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、その目的は、給電ケーブルの損傷を防止することができる電動式建設機械を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明は、走行体と、前記走行体の上側に旋回可能に設けられた旋回体と、外部電源から前記旋回体に接続された給電ケーブルを把持する把持部を有し、前記旋回体の鉛直軸まわりに回動可能に前記旋回体に設けられたケーブルガイドと、を備えた電動式建設機械において、前記旋回体の旋回角を検出する旋回角センサと、前記ケーブルガイドの回動角を検出する回動角センサと、前記ケーブルガイドを回動させるガイドモータと、前記旋回角センサ及び前記回動角センサの検出結果に基づいて前記ガイドモータを制御するコントローラと、を備える。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、給電ケーブルの損傷を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態における電動式ショベルの構造を表す側面図である。

【図2】本発明の一実施形態における電動式ショベルの旋回体の構造を表す上面図である。

【図3】本発明の一実施形態における電動式ショベルのケーブルガイドの構造を表す分解斜視図である。

【図4】本発明の一実施形態における電動式ショベルの駆動装置の構成のうち、旋回モータに係わる構成を表す図である。

【図5】本発明の一実施形態における電動式ショベルの電気系の構成を表す図である。

【図6】本発明の一実施形態におけるコントローラの制御内容を表すフローチャートである。

【図7】本発明の比較例における電動式ショベルの動作の具体例を表す上面図である。

【図8】本発明の一実施形態における電動式ショベルの動作の具体例を表す上面図である。

【図9】本発明の比較例における電動式ショベルの動作の具体例を表す上面図である。

【図10】本発明の変形例における電動式ショベルの動作の具体例を表す上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

【0012】

図１は、本実施形態における電動式ショベルの構造を表す側面図である。図２は、本実施形態における電動式ショベルの旋回体の構造を表す上面図である。図３は、本実施形態における電動式ショベルのケーブルガイドの構造を表す分解斜視図である。なお、図２においては、旋回体に搭載の機器を示すため、旋回体の外装カバーの一部を取り外した状態を示す。また、図１においては、ケーブルガイドの把持部を図示するものの、図２及び図３においては、ケーブルガイドの把持部の図示を省略する。

【0013】

本実施形態の電動式ショベルは、走行体１１と、走行体１１の上側に旋回可能に設けられた旋回体１２と、旋回体１２の前側（図１の左側）に連結された作業装置１３とを備える。走行体１１は、左右の走行モータ１４の回転によって走行する。旋回体１２は、旋回モータ１５の回転によって旋回し、その旋回角が旋回角センサ１６（後述の図５参照）で検出される。

【0014】

作業装置１３は、例えば、旋回体１２の前側に左右方向に回動可能に連結されたスイングポスト１７と、スイングポスト１７の上側に上下方向に回動可能に連結されたブーム１８と、ブーム１８の先端側に上下方向に回動可能に連結されたアーム１９と、アーム１９の先端側に上下方向に回動可能に連結されたバケット２０とを備える。スイングポスト１７は、スイングシリンダ（図示せず）の伸縮によって回動し、ブーム１８は、ブームシリンダ２１の伸縮によって回動し、アーム１９は、アームシリンダ２２の伸縮によって回動し、バケット２０は、バケットシリンダ２３の伸縮によって回動する。

【0015】

旋回体１２は、下部基礎構造をなす旋回フレーム２４と、旋回フレーム２４の左側（図１の紙面に対して手前側、図２の下側）に設けられたキャブ（運転室）２５と、旋回フレーム２４の後側（図１及び図２の右側）に設けられたカウンタウエイト２６とを備える。

【0016】

また、旋回体１２は、カウンタウエイト２６の上側に配置され、外部電源１（例えば商用電源）からの給電ケーブル２を接続可能なケーブルコネクタ２７と、給電ケーブル２がケーブルコネクタ２７に接続された状態を検出する接続センサ２８と、カウンタウエイト２６の上側に設けられ、給電ケーブル２をガイドするケーブルガイド２９とを備える。

【0017】

ケーブルガイド２９は、カウンタウエイト２６に固定された台座３０と、図示しない軸受（例えばブッシュ）を介し台座３０で支持され、旋回体１２の鉛直軸まわりに回転可能な回転軸３１と、回転軸３１から水平方向に延在するガイドアーム３２と、ガイドアーム３２の先端側に設けられ、給電ケーブル２を把持する把持部３３（例えばクランプ）とを備える。

【0018】

また、本実施形態の特徴として、ケーブルガイド２９は、旋回体１２の所定方向（例えば後方向）を基準としたガイドアーム３２の回動角を検出する回動角センサ３４（後述の図５参照）と、連結軸３５を介し回転軸３１に連結され、ガイドアーム３２を回動させるガイドモータ３６とを備える。なお、ガイドアーム３２の回動範囲は、ガイドアーム３２とキャブ２５との接触を避ける等の理由から、機械的な方法又は／及び制御的な方法によって制限されている。

【0019】

電動式ショベルは、複数の油圧アクチュエータ（詳細には、上述した走行モータ１４、旋回モータ１５、スイングシリンダ、ブームシリンダ２１、アームシリンダ２２、及びバケットシリンダ２３）を駆動する駆動装置を備える。図３は、本実施形態における電動式ショベルの駆動装置の構成のうち、旋回モータに係わる構成を表す図である。

【0020】

本実施形態の駆動装置は、電動モータ３７と、電動モータ３７によって駆動される油圧ポンプ３８及びパイロットポンプ３９と、油圧ポンプ３８から旋回モータ１５への圧油の流れ（詳細には、方向及び流量）を制御する制御弁４０と、制御弁４０を切換える操作装置４１とを備える。なお、操作装置４１は、旋回体１２のキャブ２５に搭載され、電動モータ３７、油圧ポンプ３８、パイロットポンプ３９、及び制御弁４０は、旋回体１２の他の部分に搭載されている（上述の図２参照）。

【0021】

操作装置４１は、運転者が操作可能な操作レバー４２と、操作レバー４２の一方側の操作量に応じてパイロットポンプ３９の吐出圧を減圧してパイロット圧を生成する第１のパイロット弁（図示せず）と、操作レバー４２の他方側の操作量に応じてパイロットポンプ３９の吐出圧を減圧してパイロット圧を生成する第２のパイロット弁（図示せず）とを有する。

【0022】

運転者が操作レバー４２を一方側に操作すると、その操作量に応じて第１のパイロット弁で生成されたパイロット圧が制御弁４０の一方側の受圧部へ出力される。これにより、制御弁４０が図示左側の切換位置に切換えられ、油圧ポンプ３８からの圧油が制御弁４０を介し旋回モータ１５の図示左側のポートに供給されて、旋回モータ１５が一方向に回転する。その結果、旋回体１２が左方向（言い換えれば、上方から見て反時計まわりの方向）に旋回する。

【0023】

運転者が操作レバー４２を他方側に操作すると、その操作量に応じて第２のパイロット弁で生成されたパイロット圧が制御弁４０の他方側の受圧部へ出力される。これにより、制御弁４０が図示右側の切換位置に切換えられ、油圧ポンプ３８からの圧油が制御弁４０を介し旋回モータ１５の図示右側のポートに供給されて、旋回モータ１５が反対方向に回転する。その結果、旋回体１２が右方向（言い換えれば、上方から見て時計まわりの方向）に旋回する。

【0024】

電動モータ３７は、外部電源１から給電ケーブル２を介し供給された電力によって駆動される。あるいは、外部電源１から給電ケーブル２を介し供給された電力によって充電されたバッテリ４３（後述の図５参照）の電力によって駆動される。このように構成された電動式ショベルの電気系を、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態における電動式ショベルの電気系の構成を関連機器と共に表すブロック図である。

【0025】

本実施形態の電気系は、外部電源１から給電ケーブル２を介し供給された交流電力を直流電力に変換する整流器４４と、電動モータ３７の回転数を制御するインバータ４５と、整流器４４、インバータ４５、及びバッテリ４３の間の接続を切換える切換器４６と、切換器４６及びインバータ４５等を制御するコントローラ４７とを備える。なお、バッテリ４３、整流器４４、インバータ４５、切換器４６、及びコントローラ４７は、旋回体１２に搭載されている（上述の図２参照）。

【0026】

コントローラ４７は、図示しないものの、プログラムに従って処理を実行するプロセッサと、プログラムやデータを記憶するメモリ等を有するものである。コントローラ４７は、給電ケーブル２がケーブルコネクタ２７に接続された状態を接続センサ２８で検出したとき、切換器４６を制御して、整流器４４とインバータ４５を接続する。この場合、外部電源１から給電ケーブル２を介し供給された電力により、電動モータ３７が駆動される。

【0027】

あるいは、コントローラ４７は、給電ケーブル２がケーブルコネクタ２７に接続された状態を接続センサ２８で検出したとき、切換器４６を制御して、整流器４４とバッテリ４３を接続する。これにより、外部電源１から給電ケーブル２を介し供給された電力により、バッテリ４３が充電される。コントローラ４７は、給電ケーブル２がケーブルコネクタ２７に接続されていない状態を接続センサ２８で検出したとき、切換器４６を制御して、インバータ４５とバッテリ４３を接続する。この場合、バッテリ４３の電力により、電動モータ３７が駆動される。

【0028】

本実施形態の特徴として、コントローラ４７は、旋回角センサ１６及び回動角センサ３４の検出結果に基づいてガイドモータ３６を制御する。このコントローラ４７の制御内容について、図６を用いて説明する。図６は、本実施形態におけるコントローラの制御内容を表すフローチャートである。

【0029】

ステップＳ１にて、コントローラ４７は、接続センサ２８の検出結果により、給電ケーブル２がケーブルコネクタ２７に接続された状態であるかどうかを判定する。給電ケーブル２がケーブルコネクタ２７に接続された状態である場合、ステップＳ２に移る。ステップＳ２にて、コントローラ４７は、旋回角センサ１６及び回動角センサ３４の検出結果に基づき、走行体１１の所定方向（例えば後方向）を基準としたガイドアーム３２の回動角を演算する。

【0030】

その後、ステップＳ３に進み、コントローラ４７は、演算された回動角が設定値と一致しないかどうかを判定する。この設定値は、例えば、外部電源１が走行体１１の後側に配置された場合を想定し、走行体１１の後方向を基準としてゼロに設定されている。演算された回動角が設定値と一致しなければ、ステップＳ４に移る。ステップＳ４にて、コントローラ４７は、演算された回動角が設定値となるように、ガイドモータ３６を制御する。

【0031】

本実施形態の効果を、比較例を用いて説明する。図７は、比較例における電動式ショベルの動作の具体例を表す上面図である。図８は、本実施形態における電動式ショベルの動作の具体例を表す上面図である。

【0032】

比較例の電動式ショベルのケーブルガイド１２９は、ガイドモータ３６を備えず、旋回体１２が旋回したときに、給電ケーブル２の張力の作用によって回動するように構成されている。そのため、図７で示すように、給電ケーブル２の張力が作用しなければ、ケーブルガイド１２９（詳細には、ガイドアーム１３２）が旋回体１２に対して回動せず（すなわち、旋回体１２と共に旋回し）、ケーブルガイド１２９で把持された給電ケーブル２が走行体１１と接触して損傷する可能性がある。

【0033】

一方、本実施形態の電動式ショベルのケーブルガイド２９は、ガイドモータ３６によって回動するように構成されている。コントローラ４７は、旋回角センサ１６及び回動角センサ３４の検出結果に基づき、走行体１１の所定方向を基準としたケーブルガイド２９の回動角（詳細には、ガイドアーム３２の回動角）を演算し、演算された回動角が設定値となるようにガイドモータ３６を制御する。そのため、図８で示すように、旋回体１２が旋回したときに、ケーブルガイド２９（詳細には、ガイドアーム３２）が旋回体１２に対して回動し、ケーブルガイド２９で把持された給電ケーブル２が走行体１１と接触しない。したがって、給電ケーブル２の損傷を防止することができる。

【0034】

なお、第１の実施形態においては、走行体１１の所定方向を基準としたケーブルガイド２９の回動角に対する設定値を固定する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、電動式ショベルは、図５の点線で示すように、走行体１１の所定方向を基準としたケーブルガイド２９の回動角に対する設定値を可変する設定装置４８を備えてもよい。

【0035】

設定装置４８は、例えば運転者が操作可能なスイッチを有し、走行体１１の所定方向を基準としたケーブルガイド２９の現在の回動角（詳細には、ガイドアーム３２の現在の回動角）を設定値として設定する旨を指示可能なように構成されている。コントローラ４７は、設定装置４８からの指示に従い、旋回角センサ１６及び回動角センサ３４の検出結果に基づき、走行体１１の所定方向を基準としたケーブルガイド２９の回動角を演算し、演算された回動角を設定値として設定する。これにより、外部電源１の配置に応じて設定値を可変することができる。

【0036】

本変形例においても、上記一実施形態と同様の効果を得ることができる。上述した設定値が９０度に設定された場合を例にとり、本変形例の効果を、比較例を用いて説明する。図９は、比較例における電動式ショベルの動作の具体例を表す上面図である。図１０は、本変形例における電動式ショベルの動作の具体例を表す上面図である。

【0037】

比較例の電動式ショベルのケーブルガイド１２９は、ガイドモータ３６を備えず、旋回体１２が旋回したときに、給電ケーブル２の張力の作用によって回動するように構成されている。そのため、図９で示すように、給電ケーブル２の張力が作用しなければ、ケーブルガイド１２９（詳細には、ガイドアーム１３２）が旋回体１２に対して回動せず（すなわち、旋回体１２と共に旋回し）、ケーブルガイド１２９で把持された給電ケーブル２が走行体１１と接触して損傷する可能性がある。

【0038】

一方、本変形例の電動式ショベルのケーブルガイド２９は、ガイドモータ３６によって回動するように構成されている。コントローラ４７は、旋回角センサ１６及び回動角センサ３４の検出結果に基づき、走行体１１の所定方向を基準としたケーブルガイド２９の回動角（詳細には、ガイドアーム３２の回動角）を演算し、演算された回動角が設定値となるようにガイドモータ３６を制御する。そのため、図１０で示すように、旋回体１２が旋回したときに、ケーブルガイド２９（詳細には、ガイドアーム３２）が回動し、ケーブルガイド２９で把持された給電ケーブル２が走行体１１と接触しない。したがって、給電ケーブル２の損傷を防止することができる。

【0039】

なお、以上においては、本発明の適用対象として電動式ショベルを例にとって説明したが、これに限られず、他の電動式建設機械に本発明を適用してもよい。

【符号の説明】

【0040】

１ 外部電源
２ 給電ケーブル
１１ 走行体
１２ 旋回体
１６ 旋回角センサ
２７ ケーブルコネクタ
２８ 接続センサ
２９ ケーブルガイド
３２ ガイドアーム
３３ 把持部
３４ 回動角センサ
３６ ガイドモータ
４７ コントローラ
４８ 設定装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】