JP2006273517A - ハイブリッド型フォークリフト - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジン1を作動させると、エンジン1の動力が第1の出力軸1aと第2の出力軸1bとにそれぞれ出力され、第1の出力軸1aに出力されたエンジン1の動力がトルクコンバータ2及び変速機3を介して走行負荷4に機械的に伝達されてこの走行負荷4が駆動される。また、第2の出力軸1bに出力されたエンジン1の動力により発電機5が発電してバッテリ7が充電されると共に、バッテリ7に蓄えられた電力を荷役モータ9に供給してこの荷役モータ9を作動させることにより荷役負荷10が駆動される。
【選択図】図1
Description
例えば特許文献1には、単一のエンジンにより走行負荷と荷役負荷の双方を駆動するエンジン型フォークリフトが開示されている。走行兼荷役作業時には、荷役レバーの操作量に基づいてエンジンの運転を制御し、油圧式のクラッチ及びブレーキを有する変速機構により走行速度を制御している。
また、例えば特許文献3には、上述の特許文献2のような走行負荷用及び荷役負荷用の2つのモータに加えて、バッテリに充電を行うためのエンジンを搭載したハイブリッド型フォークリフトが開示されている。このハイブリッド型フォークリフトでは、エンジンにより発電機を駆動してバッテリを充電すると共にバッテリから各モータに電力を供給して作動させることにより走行負荷及び荷役負荷が駆動される。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、大動力の取り出しが可能でありながらエネルギー効率の優れたハイブリッド型フォークリフトを提供することを目的とする。
また、この場合、エンジンと発電機との間に配設されたクラッチをさらに備えれば、クラッチでエンジンと発電機とを切り離すことにより、走行負荷を、モータとして作動される発電機の動力のみによって駆動することができる。
ここで、遊星歯車装置は、第2出力端を有するサンギヤと、それぞれサンギヤに噛合し且つ入力端を有するキャリアにより互いに連結された複数のプラネタリーギヤと、複数のプラネタリーギヤに噛合し且つ第1出力端を有するリングギヤとを有し、第1出力端に走行モータの回転軸が接続されると共に第2出力端に発電機の回転軸が接続され、入力端にエンジンからの動力を伝達させることができる。
実施の形態1.
図1に、この発明の実施の形態1に係るハイブリッド型フォークリフトの構成を示す。このフォークリフトでは、エンジン1が第1の出力軸1a及び第2の出力軸1bを有しており、第1の出力軸1aにトルクコンバータ2及び変速機3を介して走行のための走行負荷4が接続されている。また、第2の出力軸1bに発電機5が接続されており、この発電機5は発電機インバータ6を介して、図示しない機台に搭載されたバッテリ7に電気的に接続されている。また、バッテリ7には、荷役インバータ8を介して荷役モータ9が電気的に接続されており、この荷役モータ9に、フォークの昇降等の荷役作業を行うための荷役負荷10が接続されている。
なお、エンジン1の第1の出力軸1aと第2の出力軸1bとは、互いに一定の比率の回転数で回転されるように構成されている。
また、走行負荷4をエンジン1の動力により直接に駆動することができるため、大動力の取り出しが可能である。また、エンジン1を発電機5でアシストして走行負荷4を駆動できるため、さらに大きな動力を取り出すこともでき、エンジン1単体の出力を低減することもできる。
また、荷役作業を行わないときはいつでも荷役負荷10である油圧ポンプを停止させることができるため、無駄な油圧損失の発生を未然に回避することができる。
また、エンジン1の第2の出力軸1bに発電機5が接続されているので、走行減速時に発電機5で発電することにより走行エネルギーの回生を行うことができ、また、走行用のアクセルペダルを離すことで自動的に減速するアクセルオフブレーキも可能となる。
図4に、この発明の実施の形態2に係るハイブリッド型フォークリフトの構成を示す。このフォークリフトは、図1に示す実施の形態1に係るハイブリッド型フォークリフトにおいて、エンジン1が第1の出力軸1aのみを有し、発電機5をエンジン1の第1の出力軸1aとトルクコンバータ2との間に配置したものである。すなわち、エンジン1の第1の出力軸1aに発電機5の回転軸の一端部が接続され、発電機5の回転軸の他端部にトルクコンバータ2及び変速機3を介して走行負荷4が接続されている。
また、エンジン1を作動させると共にバッテリ7から発電機インバータ6を介して発電機5に電力を供給してこの発電機5をモータとして作動させることにより、走行負荷4を、この発電機5の動力とエンジン1の動力との合算により駆動することもできる。
また、エンジン1の出力を走行負荷4の駆動に必要な動力よりも大きくすることにより余剰動力を発生させ、この余剰動力により発電機5を作動させて電力を発生し、この電力を発電機インバータ6を介してバッテリ7に蓄えることができる。
なお、上述の実施の形態1と同様に、バッテリ7から荷役インバータ8を介して荷役モータ9に電力を供給してこの荷役モータ9を作動させることにより、荷役負荷10が駆動される。
なお、上述の実施の形態1と同様に、荷役モータ9も、モータとして作動する際の発電機5も図3のコントローラ11により駆動制御される。
また、走行負荷4をエンジン1の動力により直接に駆動することができるため、上述の実施の形態1と同様に、大動力の取り出しが可能である。
また、この実施の形態2では、エンジン1を作動させると共にバッテリ7から発電機5に電力を供給して発電機5をモータとして作動させ、この発電機5とエンジン1の合算の動力により走行負荷4を駆動することができるため、さらに大きな動力を取り出すこともでき、エンジン1単体の出力を低減することもできる。
また、荷役作業を行わないときはいつでも荷役負荷10である油圧ポンプを停止させることができるため、無駄な油圧損失の発生を未然に回避することができる。
また、エンジン1の第1の出力軸1aと走行負荷4との間に発電機5がその回転軸を介して接続されているので、走行減速時に発電機5で発電することにより走行エネルギーの回生を行うことができ、また、走行用のアクセルペダルを離すことで自動的に減速するアクセルオフブレーキも可能となる。
図5に、この発明の実施の形態3に係るハイブリッド型フォークリフトの構成を示す。このフォークリフトは、図4に示す実施の形態2に係るハイブリッド型フォークリフトにおいて、エンジン1の第1の出力軸1aと発電機5との間にクラッチ21を配置したものである。すなわち、エンジン1の第1の出力軸1aにクラッチ21を介して発電機5の回転軸の一端部が接続されており、このクラッチ21によりエンジン1と発電機5との間の接続/切り離しを行なうことができる。
図7に、この発明の実施の形態4に係るハイブリッド型フォークリフトの構成を示す。このフォークリフトは、図1に示す実施の形態1に係るハイブリッド型フォークリフトにおいて、エンジン1が第1の出力軸1aのみを有し、エンジン1の第1の出力軸1aに接続された動力分割機構31を備え、この動力分割機構31を介して発電機5をエンジン1の第1の出力軸1aに接続したものである。動力分割機構31は、第1出力端及び第2出力端として2つの回転軸31a及び31bを有しており、第1出力端としての回転軸31aに走行モータ32及び変速機3を介して走行負荷4が接続され、第2出力端としての回転軸31bに発電機5が接続されている。ここで、走行モータ32は、発電手段として兼用されると共に、発電機5及び荷役モータ9と同様に、走行インバータ33を介してバッテリ7に電気的に接続されている。
また、エンジン1を停止させると共にバッテリ7から走行インバータ33を介して走行モータ32に電力を供給して作動させることにより、走行負荷4を走行モータ32の動力のみにより駆動することもできる。なお、このとき発電機5が逆回転することで、エンジン1の停止状態が維持される。
なお、上述の実施の形態1と同様に、バッテリ7から荷役インバータ8を介して荷役モータ9に電力を供給してこの荷役モータ9を作動させることにより、荷役負荷10が駆動される。
まず、変速機3における減速機の減速比をkとすると、リングギヤ36の回転数Nrは、
Nr=Nd/k
で表される。また、リングギヤ36の回転数Nrと、エンジン1の回転数Neと、発電機5の回転数Ngとは、リングギヤ36の歯数に対するサンギヤ34の歯数の比率をρとすると、
(Ne−Ng)/(Nr−Ne)=ρ ・・・(1)
と表される。
ここで、エンジン1を図2の最小燃費曲線上の動作点、例えばエンジン回転数Neとこのエンジン回転数Neに対する最適なトルクTeとで運転すると、上述の式(1)から、
Ng=(1+ρ)Ne−ρ・Nr ・・・(2)
となり、発電機5はこの回転数Ngで回転することとなる。
Teg=Te/(1+ρ)
Ted=ρTe/[k・(1+ρ)]
ここで、走行負荷4の回転軸にかかるトルクTedと走行モータ32のトルクTmdとの合算トルクが走行負荷4の駆動に必要なトルクTdとつり合うことになる。
すなわち、
Td=Tmd+Ted=Tmd+ρTe/[k・(1+ρ)] ・・・(3)
である。
このとき、Tmd<0であれば、走行モータ32が発電手段として作動してバッテリ7を充電する一方、Tmd≧0であれば、走行モータ32がトルクTedを補助するトルクTmdを生じることとなる。
また、走行負荷4をエンジン1の動力により直接に駆動することができるため、上述の実施の形態1と同様に、大動力の取り出しが可能である。
また、この実施の形態4では、エンジン1を作動させると共にバッテリ7から走行モータ32に電力を供給して作動させ、この走行モータ32とエンジン1の合算の動力により走行負荷4を駆動することができるため、さらに大きな動力を取り出すこともでき、エンジン1単体の出力を低減することもできる。
また、荷役作業を行わない時はいつでも荷役負荷10である油圧ポンプを停止させることができるため、無駄な油圧損失の発生を未然に回避することができる。
また、エンジン1の始動時にバッテリ7から走行モータ32及び発電機5に電力を供給して作動させることにより、動力分割機構31及び第1の出力軸1aを介してエンジン1を始動することができる。したがって、エンジン1を始動させるための専用のスタータを設ける必要がなくなる。
また、この実施の形態4では、動力分割機構31と走行負荷4との間に走行モータ32がその回転軸を介して接続されているので、走行減速時に走行モータ32で発電することにより走行エネルギーの回生をさらに効果的に行うことができ、また、走行用のアクセルペダルを離すことで自動的に減速するアクセルオフブレーキや坂道停止も可能となる。
Ng=−ρ・Nr
とマイナスの値になり(発電機5が逆回転し)、動力分割機構31におけるリングギヤ36の回転数Nrとエンジン回転数Neと発電機5の回転数Ngとのバランスが保たれる。これにより、エンジン1を停止させても、走行モータ32のみで走行負荷4を駆動することができる。
また、バッテリ7の充電量の変動を抑えるようにエンジン1の動作点を最小燃費曲線上の原点Oと点Aとの間の領域Z1で変化させて運転すれば、バッテリ7の長寿命化を達成することができる。また、エンジン1を点A以降の領域Z2で運転すれば高出力を得ることができる。
図12に、この発明の実施の形態5に係るハイブリッド型フォークリフトの構成を示す。このフォークリフトは、図1に示す実施の形態1に係るハイブリッド型フォークリフトにおいて、エンジン1の第1の出力軸1aに発電機5を、第2の出力軸1bに荷役負荷10をそれぞれ接続すると共に、走行負荷4を駆動するための走行モータ41を備え、バッテリ7により電力をこの走行モータ41に供給して作動させることにより走行負荷4を駆動するものである。エンジン1の第1の出力軸1aに接続された発電機5に発電機インバータ6を介してバッテリ7が電気的に接続されている。バッテリ7には、走行インバータ42を介して走行モータ41が電気的に接続されており、この走行モータ41に減速機43を介して走行負荷4が接続されている。また、エンジン1の第2の出力軸1bには直接に荷役負荷10が接続されている。
なお、走行モータ41は、発電手段として兼用されると共に、発電機5は、上述の実施の形態1と同様に、発電機インバータ6を介してバッテリ7から電力を供給されることによりモータとしても作動されるように構成されている。
なお、走行モータ41、及びモータとして作動する際の発電機5が、上述の実施の形態1と同様に図3のコントローラ11により駆動制御される。
また、この実施の形態5では、荷役負荷10をエンジン1の動力により直接に駆動することができるため、大動力の取り出しが可能である。また、エンジン1を発電機5でアシストして荷役負荷10を駆動できるため、さらに大きな動力を取り出すこともでき、エンジン1単体の出力を低減することもできる。
また、エンジン1の始動時にバッテリ7から発電機インバータ6を介して発電機5に電力を供給してこの発電機5をモータとして作動させることにより、第1の出力軸1aを介してエンジン1を始動することができる。したがって、エンジン1を始動させるための専用のスタータを設ける必要がなくなる。
図13に、この発明の実施の形態6に係るハイブリッド型フォークリフトの構成を示す。このフォークリフトは、図4に示す実施の形態2に係るハイブリッド型フォークリフトにおいて、荷役インバータ8及び荷役モータ9を省略すると共にエンジン1が第1の出力軸1aだけでなく第2の出力軸1bを有し、この第2の出力軸1bに直接に荷役負荷10を接続したものである。
また、走行負荷4については、上述の実施の形態2と同様に、エンジン1を図2の最小燃費曲線上の動作点(Ne,Te)で運転する、すなわち最小燃費曲線上に沿って運転し、エンジン1の動力が足りないときは発電機5を走行モータとして作動させてこの発電機5とエンジン1の合算の動力により走行負荷4を駆動すると共に、エンジン1の動力が余るときはこの余剰動力により発電機5で発電することができる。
なお、走行モータとして作動する際の発電機5が、上述の実施の形態2と同様に図3のコントローラ11により駆動制御される。
また、この実施の形態6では、荷役負荷10及び走行負荷4をそれぞれエンジン1の動力により直接に駆動することができるため、大動力の取り出しが可能である。
また、エンジン1を作動させると共にバッテリ7から発電機5に電力を供給して発電機5を走行モータとして作動させ、この発電機5とエンジン1の合算の動力により走行負荷4及び荷役負荷10を駆動することができるため、さらに大きな動力を取り出すこともでき、エンジン1単体の出力を低減することもできる。
また、エンジン1の始動時にバッテリ7から発電機インバータ6を介して発電機5に電力を供給してこの発電機5をモータとして作動させることにより、第1の出力軸1aを介してエンジン1を始動することができる。したがって、エンジン1を始動させるための専用のスタータを設ける必要がなくなる。
図14に、この発明の実施の形態7に係るハイブリッド型フォークリフトの構成を示す。このフォークリフトは、図13に示す実施の形態6に係るハイブリッド型フォークリフトにおいて、エンジン1の第1の出力軸1aと発電機5との間にクラッチ51を配置したものである。すなわち、エンジン1の第1の出力軸1aにクラッチ51を介して発電機5の回転軸の一端部が接続されており、このクラッチ51によりエンジン1と発電機5との間の接続/切り離しを行なうことができる。
図16に、この発明の実施の形態8に係るハイブリッド型フォークリフトの構成を示す。このフォークリフトは、図7に示す実施の形態4に係るハイブリッド型フォークリフトにおいて、荷役インバータ8及び荷役モータ9を省略すると共にエンジン1が第1の出力軸1aだけでなく第2の出力軸1bを有し、この第2の出力軸1bに直接に荷役負荷10を接続したものである。
また、走行負荷4は動力分割機構31を介してエンジン1の第1の出力軸1aに接続されているため、上述の実施の形態4と同様に、走行負荷4を、第1の出力軸1aに出力されたエンジン1の動力のみにより駆動する、または、第1の出力軸1aに出力されたエンジン1の動力と走行モータ32の動力との合算により駆動することもでき、さらに、走行モータ32の動力のみにより駆動することもできる。なお、走行モータ32の動力のみにより走行負荷4を駆動するときには、上述の実施の形態4と同様に、発電機5が逆回転することでエンジン1の停止状態が維持される。
また、上述の実施の形態4と同様に、回転軸31bに出力されるエンジン1の動力により発電機5が発電し、バッテリ7が充電されると共に、回転軸31aに出力されるエンジン1の動力に余剰動力が発生すると、この余剰動力により走行モータ32が発電手段として作動されて発電し、バッテリ7が充電される。
なお、この実施の形態8では、走行モータ32、及びモータとして作動する際の発電機5が、上述の実施の形態4と同様に図3のコントローラ11により駆動制御される。
また、この実施の形態8では、走行負荷4及び荷役負荷10をそれぞれエンジン1の動力により直接に駆動することができるため、大動力の取り出しが可能である。
また、この実施の形態8では、エンジン1を作動させると共にバッテリ7から走行モータ32に電力を供給して作動させ、この走行モータ32とエンジン1の合算の動力により走行負荷4を駆動することができるため、さらに大きな動力を取り出すこともでき、エンジン1単体の出力を低減することもできる。
また、エンジン1の始動時にバッテリ7から走行モータ32及び発電機5に電力を供給して作動させることにより、動力分割機構31及び第1の出力軸1aを介してエンジン1を始動することができる。したがって、エンジン1を始動させるための専用のスタータを設ける必要がなくなる。
また、動力分割機構31と走行負荷4との間に走行モータ32がその回転軸を介して接続されているので、走行減速時に走行モータ32で発電することにより走行エネルギーの回生を効果的に行うことができ、また、走行用のアクセルペダルを離すことで自動的に減速するアクセルオフブレーキや坂道停止も可能となる。
同様に、実施の形態8においても、リングギヤ36の外歯に直接に連結される変速機61を用いることができる。
さらに、上述の実施の形態4及び8では、エンジン1を停止すると共に走行モータ32を作動すると、発電機5の回転数Ngはマイナスの値になってバランスが保たれ、これにより走行モータ32のみにより走行負荷4を駆動することができるように構成されていたが、この代わりに、エンジン1の第1の回転軸1aから動力分割機構31の方向には動力を伝達し、動力分割機構31からエンジン1の第1の回転軸1aの方向には動力を伝達しないようにエンジン1の第1の回転軸1aと動力分割機構31とを連結するワンウェイクラッチ等の連結機構を設けても、エンジン1を停止させた状態で走行モータ32のみの動力により走行負荷4を駆動することができ、実施の形態4及び8と同様の効果が得られる。
Claims (14)
- エンジンと、
前記エンジンに接続される発電機と、
前記発電機で発生された電力を蓄えるためのバッテリと、
前記バッテリから電力を供給されて作動される荷役モータと、
前記荷役モータに接続されると共に荷役作業を行うための荷役負荷と、
前記エンジンに接続されると共に走行を行うための走行負荷と
を備え、前記エンジンにより前記発電機を回転させて発生した電力が前記バッテリに蓄えられ、前記バッテリから前記荷役モータに電力を供給してこの荷役モータを作動させることにより前記荷役負荷が駆動されることを特徴とするハイブリッド型フォークリフト。 - 前記エンジンは第1の出力軸及び第2の出力軸を有し、前記第1の出力軸に前記走行負荷が接続されると共に、前記第2の出力軸に前記発電機が接続されている請求項1に記載のハイブリッド型フォークリフト。
- 前記エンジンに前記発電機の回転軸を介して前記走行負荷が接続され、前記走行負荷は、前記エンジンの動力及び前記バッテリから電力が供給されてモータとして作動される前記発電機の動力の少なくとも一方によって駆動される請求項1に記載のハイブリッド型フォークリフト。
- 前記エンジンと前記発電機との間に配設されたクラッチをさらに備え、前記クラッチで前記エンジンと前記発電機とを切り離すことにより、前記走行負荷は、モータとして作動される前記発電機の動力のみによって駆動される請求項3に記載のハイブリッド型フォークリフト。
- 前記エンジンに接続されると共に前記エンジンの動力を第1出力端と第2出力端とに分割して出力する動力分割機構と、前記動力分割機構の第1出力端に接続されると共に発電手段として兼用される走行モータとをさらに備え、前記動力分割機構の第1出力端に前記走行モータの回転軸を介して前記走行負荷が接続されると共に、前記動力分割機構の第2出力端に前記発電機が接続され、前記走行モータは前記バッテリから電力を供給されて作動されると共にこの走行モータが発電手段として発生した電力は前記バッテリに蓄えられ、前記走行負荷は、前記エンジンの動力、または前記走行モータと前記エンジンの合算の動力、または前記走行モータの動力のみによって駆動される請求項1に記載のハイブリッド型フォークリフト。
- 第1の出力軸及び第2の出力軸を有するエンジンと、
前記エンジンの第1の出力軸に接続される発電機と、
前記発電機で発生された電力を蓄えるためのバッテリと、
前記バッテリから電力を供給されて作動される走行モータと、
前記走行モータに接続されると共に走行を行うための走行負荷と、
前記エンジンの第2の出力軸に接続されると共に荷役作業を行うための荷役負荷と
を備え、前記エンジンにより前記発電機を回転させて発生した電力が前記バッテリに蓄えられ、前記バッテリから前記走行モータに電力を供給してこの走行モータを作動させることにより前記走行負荷が駆動されると共に、前記エンジンにより前記荷役負荷が駆動されることを特徴とするハイブリッド型フォークリフト。 - 第1の出力軸及び第2の出力軸を有するエンジンと、
前記エンジンの第1の出力軸に接続されると共に発電手段として兼用される走行モータと、
前記走行モータの回転軸を介して前記エンジンの第1の出力軸に接続されると共に走行を行うための走行負荷と、
前記走行モータで発生された電力を蓄えると共に必要に応じて前記走行モータに電力を供給して作動させるバッテリと、
前記エンジンの第2の出力軸に接続されると共に荷役作業を行うための荷役負荷と
を備え、前記走行負荷は前記エンジンの動力及び前記走行モータの動力の少なくとも一方により駆動されると共に、前記荷役負荷は前記エンジンにより駆動されることを特徴とするハイブリッド型フォークリフト。 - 前記エンジンの第1の出力軸と前記走行モータとの間に配設されたクラッチをさらに備え、前記クラッチで前記エンジンの第1の出力軸と前記走行モータとを切り離すことにより、前記走行負荷は、前記走行モータの動力のみによって駆動される請求項7に記載のハイブリッド型フォークリフト。
- 前記エンジンの第1の出力軸に接続されると共にこのエンジンの第1の出力軸に出力される前記エンジンの動力を第1出力端と第2出力端とに分割して出力する動力分割機構と、前記動力分割機構の第2出力端に接続されると共に発生した電力が前記バッテリに蓄えられる発電機をさらに備え、前記動力分割機構の第1出力端に前記走行モータの回転軸を介して前記走行負荷が接続されると共に、前記走行負荷は前記エンジンの動力、または前記走行モータと前記エンジンの合算の動力、または前記走行モータの動力のみによって駆動される請求項7に記載のハイブリッド型フォークリフト。
- 前記動力分割機構は、遊星歯車装置を有する請求項5または9に記載のハイブリッド型フォークリフト。
- 前記遊星歯車装置は、第2出力端を有するサンギヤと、それぞれ前記サンギヤに噛合し且つ入力端を有するキャリアにより互いに連結された複数のプラネタリーギヤと、前記複数のプラネタリーギヤに噛合し且つ第1出力端を有するリングギヤとを有し、前記第1出力端に前記走行モータの回転軸が接続されると共に前記第2出力端に前記発電機の回転軸が接続され、前記入力端に前記エンジンからの動力が伝達される請求項10に記載のハイブリッド型フォークリフト。
- 前記動力分割機構は、差動歯車装置を有する請求項5または9に記載のハイブリッド型フォークリフト。
- 前記発電機を用いて前記エンジンを始動する請求項1〜4,6〜8のいずれか一項に記載のハイブリッド型フォークリフト。
- 前記発電機及び前記走行モータを用いて前記エンジンを始動する請求項5,9〜12のいずれか一項に記載のハイブリッド型フォークリフト。
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