JP2008127145A - エネルギー回生システム - Google Patents

Abstract

【課題】荷役装置等のように加圧された液体で作動されるシリンダの作動流体のエネルギーを従来に比較して効率良く電力に回生することができるエネルギー回生システムを提供する。
【解決手段】加圧された液体をノズル２２から噴射して、噴射された液体のエネルギーを電力に回生するエネルギー回生システムであって、ノズル２２から噴射された液体のエネルギーにより開放空間で回転される羽根車と、羽根車の回転により駆動される発電機とを備える。ノズル２２は、ボディ３２に対して相対移動可能なニードル３３を備え、ニードル３３の軸方向への相対移動により噴射流量を調整可能に構成されている。ノズル２２はオリフィス３６を備えており、ニードル３３は先端側ほど細くなるテーパ部３３ｃを備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、エネルギー回生システムに係り、詳しくは荷役装置等のように加圧された液体で作動されるシリンダの作動流体のエネルギーを回生して電力に変換するエネルギー回生システムに関する。

バッテリを電源としたフォークリフト等のバッテリ式産業車両においては、荷役部材を昇降作動させるリフトシリンダからの戻り油により駆動される油圧モータを使用して発電機を駆動し、バッテリの回生を行わせるものがある（例えば、特許文献１等参照。）。特許文献１では、フォーク等の荷役部材（荷役用アタッチメント）の下降速度を荷の有無及び荷の重量の違いによらず所定速度にすることを可能にするとともに、所定の負荷以上では回生電力を得ることが可能に構成されている。
特開平１１−１６５９９５号公報

ところが、戻り油により駆動される油圧モータを使用して発電機を駆動する構成では、油圧モータが設けられた箇所を戻り油が移動している間、即ち、リフトシリンダの下降動作の間だけ発電機のロータが回転されて発電が行われる。そして、油圧モータで発電機を回転する構成のため、油圧モータは気体に比較して粘性の大きな作動油内で駆動部が移動（回転）するため、周囲の作動油にエネルギーが吸収され、その分、作動油のエネルギーを発電機の回転エネルギーに変換するのにロスが生じる。また、荷の重量が重い場合はバッテリに供給される充電電流が充電に適した電流量より大きな値で充電される状態となる場合があり、バッテリの寿命が短くなるという問題もある。

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、荷役装置等のように加圧された液体で作動されるシリンダの作動流体のエネルギーを従来に比較して効率良く電力に回生することができるエネルギー回生システムを提供することにある。

前記の目的を達成するため請求項１に記載の発明は、加圧された液体をノズルから噴射して、噴射された液体のエネルギーを電力に回生するエネルギー回生システムである。そして、前記ノズルから噴射された液体のエネルギーにより開放空間で回転される羽根車と、前記羽根車の回転により駆動される発電機とを備えるとともに、前記ノズルは、ボディと前記ボディに対して相対移動可能なニードルを備え、前記ニードルの軸方向への相対移動により噴射流量を調整可能に構成されている。

この発明では、加圧された液体をノズルから噴射して、噴射された液体のエネルギーを電力に回生する。具体的には、ノズルから噴射された液体が開放空間で羽根車の羽根に衝突する。羽根に衝突した液体のエネルギーにより、羽根車が回転されるとともに発電機のロータが回転されて発電が行われる。羽根車が回転する際に周囲に存在する気体（空気）の粘性は液体の粘性に比較して大幅に（２桁以上）小さいため、羽根車の回転エネルギーが周囲の気体の運動エネルギーに変換されてロスする割合が少なくなり、従来より効率良く発電することができる。また、ノズルから加圧された液体の噴出が終了した後も、羽根車及び発電機のロータの慣性により、羽根車及び発電機のロータの回転が継続されて発電が継続される。また、ノズルに装備されたニードルのボディに対する相対位置を変更することにより、噴射流量を適正な量に調整することが可能になる。したがって、例えば、荷役部材を昇降させるためのリフトシリンダを備えた荷役装置に適用して、リフトシリンダのボトム室内の加圧された液体をタンクに戻す際にそのエネルギーを有効に回生することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ノズルは、前記ボディに対して前記ニードルが移動可能に構成され、前記加圧された液体の圧力に応じて前記ニードルの位置が変更されて噴射流量が制御される。この発明では、ニードルを移動させてニードルとボディとの位置関係を変更するため、ボディを移動させる構成に比較して構造が簡単になる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記ニードルは、前記加圧された液体の圧力がニードルの移動方向及び前記移動方向の反対側からも作用する状態に設けられるとともに、外部からの操作力により軸方向に移動可能に構成されている。

ニードルは加圧された液体内で移動されるため、加圧液体の圧力がニードルに対してその移動方向の一方からのみ作用する構成の場合は、加圧液体の圧力が大きな場合にニードルを加圧液体が存在する側に移動させるのに大きな力が必要になる。しかし、この発明では、ニードルは、加圧液体の圧力がニードルの移動方向及び移動方向の反対側から作用するため、ニードルを移動させるのに必要な力が小さくてすむ。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、
前記ノズルはオリフィスを備えており、前記ニードルは少なくとも先端側に、先端側ほど細くなるテーパ部を備えるとともに、前記テーパ部の前記オリフィスに対する位置関係により前記液体の噴射流量が調整される。この発明では、噴射流量の調整が容易になる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記ノズルは、前記ニードル又は前記ボディ側に整流部が設けられている。この発明では、整流部が存在するため、整流部の作用により整流された後、流体がノズルから噴射される。そのため、整流部が存在しない構成に比較して、ノズルから噴射される流体の噴射方向が安定する。その結果、発電が効率良く行われる。

本発明によれば、荷役装置等のように加圧された液体で作動されるシリンダの作動流体のエネルギーを従来に比較して効率良く電力に回生することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明をバッテリ式フォークリフトに具体化した第１の実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。

図１に示すように、荷役部材としてのフォーク１１を昇降させるリフトシリンダ１２は管路１３を介してリフト用制御弁１４に接続されている。リフト用制御弁１４には直動式のスプール弁が使用されている。リフト用制御弁１４には手動操作の三位置切換弁が使用され、フォーク１１の昇降及び停止を操作するリフトレバー１５の上昇、中立及び下降操作位置に対応してａ，ｂ，ｃの３つの状態に切換可能となっている。

リフトシリンダ１２のボトム室１２ａに作動油タンク１６内の作動油を供給する液圧ポンプとしての油圧ポンプ１７は、バッテリ（二次電池）Ｅを電源とする駆動手段としてのモータ１８により駆動される。作動油タンク１６は、液圧ポンプ（油圧ポンプ１７）により加圧される液体（作動油）を貯留するタンクとして機能する。

油圧ポンプ１７は作動油供給用管路１９を介してリフト用制御弁１４のポートＰに接続されている。リフト用制御弁１４はポートＴにおいて戻り管路２０に、ポートＡにおいて管路１３にそれぞれ接続されている。管路１３はリフトシリンダ１２のボトム室１２ａに接続されている。戻り管路２０はリフト用制御弁１４を介して作動油を作動油タンク１６の上方に導き、リフト用制御弁１４の下降操作時にリフトシリンダ１２のボトム室１２ａ内の圧油（加圧された作動油）を作動油タンク１６に還流する役割を果たす。

リフト用制御弁１４はリフトレバー１５の上昇操作に基づいてａ位置に配置され、ａ位置において作動油供給用管路１９と管路１３とを連通させてリフトシリンダ１２を伸長させる。リフト用制御弁１４はリフトレバー１５の下降操作に基づいてｃ位置に配置され、ｃ位置において管路１３と戻り管路２０とを連通させてリフトシリンダ１２を収縮させる。また、リフト用制御弁１４はリフトレバー１５の中立操作に基づいてｂ位置に配置され、管路１３と作動油供給用管路１９及び戻り管路２０との連通を遮断し、リフトシリンダ１２内の作動油の移動を防止して、これを伸縮させることなく保持するようになっている。即ち、リフト用制御弁１４は、リフトシリンダ１２と油圧ポンプ１７との間に介装され、位置切り換えによりリフトシリンダ１２を伸縮させる。

戻り管路２０は、戻り油（圧油）を作動油タンク１６へ直接戻すのではなく、作動油タンク１６の上方に配置された羽根車２１に噴射する。そして、羽根車２１に衝突した後の作動油が作動油タンク１６に回収される。戻り管路２０の戻り油噴射側にはノズル２２が連結されており、戻り油はノズル２２から羽根車２１に向けて噴射される。羽根車２１は、ノズル２２から噴射された液体のエネルギーにより開放空間で回転される。羽根車２１には発電機２３が連結されている。発電機２３は羽根車２１の回転により駆動されてバッテリＥの電力回生を行うようになっている。発電機２３の端子は、発電機２３で発電された電力を蓄える蓄電手段に、制御装置２４を介して接続されている。この実施形態ではバッテリＥが蓄電手段として使用されている。バッテリＥには、例えば、鉛畜電池が使用されている。

制御装置２４は、発電機２３で発電された交流を直流に変換するとともに、図示しない電圧センサにより発電機２３の起電力を検出し、その値がバッテリＥの電圧より大きいときに、発電機２３の端子をバッテリＥに電気的に接続した状態に切り換えるように構成されている。

図２及び図３（ａ）に示すように、作動油タンク１６の上側にはケース（ハウジング）２５が設けられている。ケース２５は、垂直に延びる一対の側壁２５ａの上端間に半円筒状の天井部２５ｂが連続して設けられた状態に形成されるとともに、正面と背面が壁で覆われ、底部は開放されている。発電機２３は、ケース２５の背面側の壁に取り付けられている。発電機２３は、回転軸２６が水平に延びるとともに先端側がケース２５内に突出する状態に配置されており、回転軸２６の先端に羽根車２１が一体回転可能に固定されている。

羽根車２１にはペルトン型の羽根車が使用されている。羽根車２１を構成する羽根２７は、図３（ｂ）に示すように、取り付け部２７ａの先端（図３（ｂ）の上側）に、凹部２７ｂが２つ並んで設けられるとともに、２つの凹部２７ｂが隣接する部分の先端側に切り欠き部２７ｃを有する形状に形成されている。図３（ａ），（ｂ）に示すように、羽根車２１は、段差を有するように大径部２８ａ及び小径部２８ｂを備えた円板状の本体２８と、本体２８に対して凹部２７ｂが本体２８の外側に突出する状態で、かつ本体２８の接線方向にノズル２２から噴射される戻り油を凹部２７ｂが受ける状態で所定間隔を置いて固定された複数の羽根２７とを備えている。大径部２８ａには所定間隔でねじ穴が形成されている。羽根２７は、前記ねじ穴に対応して孔が形成された円環状の押さえ板２９と、大径部２８ａとの間に取り付け部２７ａが挟持されるとともに、凸部３０で位置決めされた状態で、ボルト３１により締め付け固定されている。なお、図３（ａ）は、下側半分の押さえ板２９及びボルト３１を省略するとともに、ケースを破断した正面図である。

図３（ａ）に示すように、ノズル２２は、ケース２５の下部の所定位置に設けられている。ノズル２２は、図３（ａ）において反時計回り方向に回転する羽根車２１を構成する各羽根２７が、図３（ａ）のＰ１の位置、即ち、凹部２７ｂの開放端面が鉛直方向に延びる位置に達するより若干手前の位置に来た時に、噴射された作動油が凹部２７ｂに衝突する位置に配置されている。

図４（ａ）に示すように、ノズル２２は、ボディ３２と、ボディ３２に対して相対移動可能なニードル３３とを備えている。ボディ３２にはニードル３３をその軸方向へ移動可能に収容する収容孔３４が形成されており、収容孔３４は大径部３４ａと小径部３４ｂとから構成されている。

ニードル３３は、収容孔３４の大径部３４ａに沿って摺動可能な大径部３３ａを備え、大径部３３ａの前端（ニードル３３の先端側）に大径部３３ａと軸心が一致する小径部３３ｂが一体形成されている。また、小径部３３ｂに連続して先端側ほど細くなるテーパ部３３ｃが一体に形成されている。大径部３３ａの後端には大径部３３ａと軸心が一致するとともに収容孔３４の小径部３４ｂに沿って摺動可能な操作用軸部３３ｄが一体に形成されている。操作用軸部３３ｄは、小径部３３ｂの径とほぼ同じに形成されている。操作用軸部３３ｄの外周面には環状溝が形成され、環状溝には操作用軸部３３ｄとボディ３２との隙間から作動油が洩れるのを防止するシールリング３５が収容されている。

ボディ３２には、戻り管路２０に連通する第１導入路３２ａ及び第２導入路３２ｂが大径部３４ａと連通するように形成されている。第１導入路３２ａは、流量調整のためにニードル３３の軸方向における位置が変更されても、ニードル３３の大径部３３ａが、常に第１導入路３２ａの開口部と対応する状態とならないように、即ち第１導入路３２ａの開口部が全開状態に保持されるように形成されている。また、第２導入路３２ｂは、ニードル３３の軸方向における位置が変更されても、ニードル３３の大径部３３ａが第２導入路３２ｂよりボディ３２の前側に位置するように、大径部３４ａの基端寄りに開口するように形成されている。即ち、ニードル３３は、作動油の圧力がニードル３３の移動方向及び移動方向の反対側からも作用する状態に設けられている。

ボディ３２の前端側の収容孔３４内にはオリフィス３６が固定されている。オリフィス３６には先端側ほど縮径となるテーパ孔３６ａが形成されている。オリフィス３６のテーパ孔３６ａと、ニードル３３のテーパ部３３ｃとにより絞り流路３７が形成され、絞り流路３７の先端が噴射口３７ａとなっている。また、テーパ孔３６ａは、先端の径がテーパ部３３ｃの先端の径より大きく、かつニードル３３が最前進位置まで移動された状態においてテーパ部３３ｃの周面と嵌合して、絞り流路３７が閉鎖されるように形成されている。なお、ボディ３２の前端にはオリフィス３６の抜け止めを図るため、抜け止め部材３２ｃが螺合されている。

収容孔３４の大径部３４ａ内には、上流側から下流側に向かう作動油の整流を図るため、整流部としてのスタビライザー３８がオリフィス３６より上流側に配置されている。スタビライザー３８は、外径が大径部３４ａと同じで、内径がニードル３３のテーパ部３３ｃが挿通可能なリング状に形成されている。そして、図４（ｂ）に示すように、スタビライザー３８には、複数の整流溝３８ａが一定幅、かつ等間隔で放射状に形成されている。

ニードル３３は、リフトレバー１５の下降操作位置における操作に基づいて移動可能に構成されている。そして、リフトレバー１５の下降操作位置における操作量に対応してニードル３３が移動され、テーパ部３３ｃのオリフィス３６に対する位置関係により噴射口３７ａから噴射される作動油の流量が調整される。

リフト用制御弁１４は従来のリフト用制御弁と異なり、リフトレバー１５が中立位置から下降操作位置に操作されると、下降操作位置におけるリフトレバー１５の操作位置に拘わらずポートＡとポートＴとを連通させる流路が全開状態となるようにスプールが形成されている。そして、戻り管路２０を流れる作動油の流量はリフトレバー１５の操作量に対応して移動されるニードル３３の位置により調整されるようになっている。

具体的には、ニードル３３の操作用軸部３３ｄは、リフトレバー１５とワイヤ又はリンク等の動力伝達部材３９を介して連結されている。動力伝達部材３９はリフトレバー１５が下降操作位置において操作されるときのみ、リフトレバー１５の動きが動力伝達部材３９に伝達され、リフトレバー１５の操作量に対応してニードル３３が移動されるようになっている。例えば、図５に示すように、動力伝達部材３９を構成するリンクに長孔３９ａが形成され、リフトレバー１５には長孔３９ａを介して動力伝達部材３９に係合される凸部１５ａが形成されている。

リフトレバー１５及び動力伝達部材３９は、リフトレバー１５が上昇操作位置Ｕ、上昇操作位置Ｕ及び中立操作位置Ｎの間、中立操作位置Ｎから下降開始操作位置Ｄの間でそれぞれ操作される状態においては、凸部１５ａは長孔３９ａ内を移動してリフトレバー１５は動力伝達部材３９と独立して移動するように、位置関係が設定されている。そして、リフトレバー１５が図５に実線で示す下降開始操作位置Ｄで操作される状態において、凸部１５ａが長孔３９ａの端部において動力伝達部材３９と係合してリフトレバー１５と共に動力伝達部材３９が移動可能になっている。なお、ニードル３３はばね４０により閉鎖側に付勢されており、リフトレバー１５はばね４０の付勢力に抗して動力伝達部材３９を介してニードル３３を開放側へ移動させる。そして、動力伝達部材３９は、従来のフォークリフトにおけるリフトレバー１５の下降操作位置における操作量に対応した下降速度でフォーク１１が下降される作動油の流量となるように、ニードル３３の移動量を設定可能に構成されている。

次に前記のように構成された装置の作用を説明する。
リフトレバー１５を上昇操作すると、リフト用スプールがａ位置に配置され、油圧ポンプ１７から吐出される作動油が作動油供給用管路１９、管路１３を介してリフトシリンダ１２のボトム室１２ａに供給され、リフトシリンダ１２が伸長してフォーク１１が上昇する。リフトレバー１５を下降操作すると、リフト用スプールがｃ位置に配置され、管路１３が戻り管路２０に連通されてボトム室１２ａの作動油が作動油タンク１６へと戻される。そして、リフトシリンダ１２が収縮してフォーク１１が下降する。リフトレバー１５の中立操作に基づいてリフト用スプールがｂ位置に配置され、管路１３は作動油供給用管路１９及び戻り管路２０のいずれに対しても連通が遮断される。その結果、リフトシリンダ１２内の作動油の移動が防止され、フォーク１１が所望の位置に保持される。

フォーク１１の下降時、ボトム室１２ａから排出された作動油はリフト用制御弁１４を介して戻り管路２０に導かれ、ノズル２２からケース２５内に配置された羽根車２１に向けて噴射される。ノズル２２から噴射された作動油は、図３（ａ）のＰ１の位置にある羽根２７の凹部２７ｂに衝突して油圧エネルギーを羽根車２１の回転エネルギーに変換する。羽根２７に衝突した作動油は、羽根２７が図３（ａ）のＱの位置、即ち、凹部２７ｂの開放端面が鉛直方向に延びる位置より反時計回り方向に若干回転された位置に移動したときに下方へ排出されて、作動油タンク１６内に落下する。そして、フォーク１１の下降が継続される間、ノズル２２から噴射される作動油により羽根車２１への回転エネルギーの供給が継続される。発電機２３のロータは回転軸２６を介して羽根車２１に連結されているため、羽根車２１と共に回転され、発電機２３は羽根車２１の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して発電を行う。

リフトレバー１５が下降操作位置に移動されない状態、即ち上昇操作位置や中立操作位置の間で操作されている間は、ノズル２２のニードル３３が閉鎖位置に保持される。そして、リフトレバー１５が下降操作位置に操作されると、ニードル３３がリフトレバー１５の下降操作位置における操作量に対応して動力伝達部材３９を介して軸方向に移動される。そして、閉鎖位置からの後退移動量が大きくなるにしたがって噴射口３７ａから噴射される作動油の流量が増大する。ニードル３３が最大流量位置に配置された状態では、リフトシリンダ１２のボトム室１２ａの作動油がニードル３３を経ずに直接作動油タンク１６に戻される従来のリフトシリンダと同様な時間で、フォーク１１が最上昇位置から最下降位置まで下降する。

戻り管路２０から第１導入路３２ａを経てノズル２２に導入された作動油は、収容孔３４の内周面とニードル３３の小径部３３ｂ及びテーパ部３３ｃとの間の流路を経た後、スタビライザー３８の整流溝３８ａの作用で整流された後、絞り流路３７に沿って移動して噴射口３７ａから噴射される。そして、噴射された作動油が羽根車２１の羽根２７に衝突して、作動油の運動エネルギーによって羽根車２１が回転される。

羽根車２１は周囲に作動油が存在する状態ではなく、空気中で回転するため作動油のように大きな粘性を有する媒体中で回転する場合と異なり、ノズル２２から作動油の噴射が中止されても、羽根車２１は発電機２３のロータと共に慣性で回転を継続する。例えば、フォーク１１の下降時間が６秒程度に対して羽根車２１の回転継続時間は３０〜６０秒程度となった。

発電機２３で発生した電力はバッテリＥに回生される。発電機２３で発生した誘導起電力の電圧がバッテリＥの電圧より高ければ、電力をバッテリＥに回生できる。制御装置２４は図示しない電圧センサにより起電力を検出し、その値がバッテリＥの電圧より大きいときに、発電機２３の端子をバッテリＥに電気的に接続した状態に切り換える。その結果、発電機２３で発電された電力は、交流が直流に変換された後、バッテリＥに回生される。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）加圧された液体をノズル２２から噴射して、噴射された液体のエネルギーを電力に回生するエネルギー回生システムであって、ノズル２２から噴射された液体のエネルギーにより開放空間で回転される羽根車２１と、羽根車２１の回転により駆動される発電機２３とを備えている。したがって、羽根車２１が回転する際に周囲に存在する気体（空気）の粘性は液体の粘性に比較して大幅に（２桁以上）小さいため、羽根車２１の回転エネルギーが周囲の気体の運動エネルギーに変換されてロスする割合が少なくなり、従来より効率良く発電することができる。

（２）羽根車２１は空気中で回転される構成のため、羽根車２１の径は油圧モータを使用する場合より大きくすることが容易になる。さらに、油圧モータを使用する構成で、フォーク１１の下降動作終了後も発電機のロータの回転を継続させるには、クラッチを用いて油圧モータの油圧による回転部と、発電機の回転部とを切り離して回転可能にする構成が必要になるが、羽根車２１を空気中で回転させるためクラッチが不要になる。また、作動油の噴射が終了した後も羽根車２１及び発電機２３のロータの慣性により、回転が継続されて発電が継続されるため、発電された電力をバッテリＥに対して適正な電流値の状態で作動油の噴射時間（フォーク１１の下降時間）より長い時間充電することが可能になる。

（３）ノズル２２は、ボディ３２に対して相対移動可能なニードル３３を備え、ニードル３３の軸方向への相対移動により噴射流量を調整可能に構成されている。したがって、
ノズル２２に装備されたニードル３３のボディ３２に対する相対位置を変更することにより、噴射流量を適正な量に調整することが可能になり、リフトシリンダ１２のボトム室１２ａ内の加圧された液体を作動油タンク１６に戻す際にそのエネルギーを有効に回生することができる。

（４）ノズル２２は、ボディ３２が所定位置に固定され、ニードル３３が移動可能に構成され、ニードル３３の位置が変更されて噴射流量が制御される。したがって、ボディ３２を移動させてニードル３３とボディ３２との位置関係を変更する構成に比較して構造が簡単になる。

（５）ニードル３３は加圧された作動油内で移動されるため、作動油の圧力がニードル３３に対してその移動方向の一方からのみ作用する構成の場合は、作動油の圧力が大きな場合にニードル３３を加圧液体が存在する側に移動させるのに大きな力が必要になる。しかし、ニードル３３は、加圧された作動油の圧力がニードル３３の移動方向及び前記移動方向の反対側からも作用する状態に設けられるとともに、外部からの操作力により軸方向に移動可能に構成されているため、ニードル３３を移動させるのに必要な力が小さくてすむ。

（６）ノズル２２はオリフィス３６を備えており、ニードル３３は少なくとも先端側に、先端側ほど細くなるテーパ部３３ｃを備えるとともに、テーパ部３３ｃのオリフィス３６に対する位置関係により作動油の流量が調整される。したがって、流量の調整が容易になる。

（７）ノズル２２には、整流溝３８ａを備えたスタビライザー３８が設けられており、整流溝３８ａの作用により整流された後、作動油がノズル２２から噴射される。したがって、整流溝３８ａが存在しない構成に比較して、ノズル２２から噴射される流体の噴射方向が安定する。その結果、ノズル２２から噴射された作動油が羽根車２１の羽根２７に安定して衝突し、発電が効率良く行われる。

（８）作動油はノズル２２の絞り流路３７をテーパ部３３ｃに沿って流れて噴射口３７ａから噴射される。したがって、絞り流路３７を備えない構成に比較して、ノズル２２から噴射される作動油の噴射方向が安定し、発電がより効率良く行われる。

（９）ノズル２２は、噴射口３７ａからニードル３３のテーパ部３３ｃが突出するように構成されているため、噴射口３７ａから噴射された作動油がテーパ部３３ｃに沿って移動しつつニードル３３から離れる。その結果、作動油の噴射方向がより安定し、発電がより効率良く行われる。

（１０）リフト用制御弁１４は、リフトレバー１５が中立位置から下降操作位置に操作されると、下降操作位置におけるリフトレバー１５の操作位置に拘わらずポートＡとポートＴとを連通させる流路が全開状態となるようにスプールが形成されている。そして、戻り管路２０を流れる作動油の流量はリフトレバー１５の操作量に対応して移動されるニードル３３の位置により調整されるようになっている。したがって、オペレータが従来のフォークリフトと同様にリフトレバー１５を操作するだけで、ノズル２２から噴射される作動油の量が変化して、フォーク１１の下降速度が変更される構成が簡単になる。

（１１）ニードル３３は、リフトレバー１５が下降操作位置において、従来のフォークリフトにおけるリフトレバー１５と同様に手動操作されると、リフトレバー１５の作動に連動して動力伝達部材３９を介して移動され、かつ移動量がフォーク１１の下降速度をリフトレバー１５の操作量に対応した速度とするように移動される。したがって、オペレータが従来のフォークリフトと同様にリフトレバー１５を操作しても、違和感なくフォーク１１が下降される。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態を図６（ａ），（ｂ）にしたがって説明する。なお、この第２の実施形態は、ニードル３３を移動させる構成と、整流部の構成が前記第１の実施形態と異なり、その他の構成は第１の実施形態と基本的に同様であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

この実施形態では、ニードル３３を移動させる構成は、操作用軸部３３ｄが動力伝達部材３９を介してリフトレバー１５と連結するのではなく、駆動手段としてのモータにより駆動されるカムを利用して移動させる。図６（ａ）に示すように、操作用軸部３３ｄのボディ３２からの突出側端部には、ばね座４１が固定されている。ばね座４１は操作用軸部３３ｄに形成された雄ねじ部（図示せず）に螺合されて固定されている。ばね座４１とボディ３２の後端との間には、ニードル３３を開放側に付勢する圧縮ばね４２が介在されている。

また、ばね座４１にはカムフォロア４３を支持する支持部４４が一体に形成され、カムフォロア４３は支持部４４に支軸４５を介して回動可能に支持されている。ボディ３２が固定される図示しない支持フレームには、正逆回転可能なモータ４６が固定されている。モータ４６の出力軸４６ａにはカム４７が固着されている。カム４７は周面にカム面４７ａを有する。モータ４６は制御装置２４により制御される。

制御装置２４は、リフトレバー１５が下降操作位置に配置された状態におけるリフトレバー１５の操作位置と、作動油の圧力とに基づいて、ノズル２２からの作動油の噴射量が予め設定された量になる位置にニードル３３が移動されるように絞り流路３７を制御する。リフトレバー１５の操作位置は、リフトレバー１５の傾動量を検出するセンサ（例えば、ポテンショメータ）の検出信号により検出される。作動油の圧力はボトム室１２ａ内の作動油の圧力を圧力センサにより検出することで検出される。制御装置２４に装備されたメモリには、リフトレバー１５の操作位置及び作動油の圧力と、ニードル３３の適正位置との関係がマップあるいは関係式として記憶されている。そして、制御装置２４はニードル３３が適正位置となるようにモータ４６を制御する。また、モータ４６にはロータリエンコーダが設けられ、制御装置２４はロータリエンコーダの出力信号によりカム４７の位置を演算するとともに、カム４７の位置がニードル３３の適正位置と対応する位置になるようにモータ４６のフィードバック制御を行う。

また、整流部としてスタビライザー３８を設ける代わりに、ニードル３３に整流部５０が一体に形成されている。整流部５０は、大径部３３ａと同じ径に形成された部分の後端に円錐台状の部分が連続し、前端に先端側ほど縮径となり、かつ内側に向かって凹の曲面となる形状に形成されている。また、図６（ｂ）に示すように、整流部５０は、複数の整流溝５０ａを備えており、整流溝５０ａは一定幅、かつ等間隔で放射状に形成されている。整流部５０は、小径部３３ｂの前側寄りに形成されている。整流部５０は、流量調整のためにニードル３３の軸方向における位置が変更されても、整流部５０の後側と大径部３３ａの前端との間の領域が、常に第１導入路３２ａの開口部と対応する状態となる位置に形成されている。

したがって、この実施形態によれば、第１の実施形態における（１）〜（６），（８）〜（１０）と同様の効果の他に次の効果を得ることができる。
（１２）ニードル３３がリフトレバー１５と動力伝達部材３９を介して連結されずに、手動操作のリフトレバー１５と独立して制御装置２４により制御される駆動手段により駆動されるカム４７を介して駆動される。したがって、ニードル３３の位置調整の自由度が高くなる。

（１３）制御装置２４は、作動油の圧力及びリフトレバー１５の操作位置に基づいてニードル３３の適正位置を調整する。ニードル３３の適正位置を作動油の圧力を考慮せずにリフトレバー１５の操作位置に基づいて調整する構成では、作動油の圧力が小さなときに噴射量をあまり小さくすると、ノズル２２から噴射される作動油のエネルギーにより駆動される発電機２３の起電力の値がバッテリＥの電圧より小さくなる。その結果、発電された電力をバッテリＥに充電できない状態になり易くなる。しかし、作動油の圧力が小さな場合、噴射量が多くなる位置にニードル３３の位置を調整すれば、バッテリＥに充電できる起電力で発電可能になる場合があり、効率よくエネルギーの回生を行うことができる。

（１４）カム４７を駆動する駆動手段として回転駆動されるモータ４６が使用されるとともに、その出力軸４６ａにカム４７が固定されている。したがって、駆動手段としてリニアアクチュエータを使用して直動されるカムを使用した場合に比較して、小型化が容易になる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ ニードル３３をリフトレバー１５と動力伝達部材３９を介して連結されずに、手動操作のリフトレバー１５と独立して制御装置２４により制御される駆動手段で駆動する構成として、ニードル３３をリニアアクチュエータで直接駆動する構成としたり、ソレノイドを使用して操作用軸部３３ｄに駆動力を作用させる構成としたりしてもよい。これらの場合もニードル３３の位置調整の自由度が高くなる。

○ ボディ３２に対してニードル３３を収容孔３４に沿って摺動可能に配設して、リフトレバー１５と動力伝達部材３９を介して手動操作で駆動したり、駆動手段でニードル３３を軸方向に移動したりする構成において、大径部３３ａの両側に作動油の圧力が作用する構成にしなくてもよい。例えば、第２導入路３２ｂを省略したり、操作用軸部３３ｄと大径部３３ａとを同じ径にしたりしてもよい。

○ ボディ３２に対してニードル３３を軸方向に移動させる構成は、ニードル３３を収容孔３４に沿って摺動可能に配設して、リフトレバー１５と動力伝達部材３９を介して手動操作で駆動したり、駆動手段で駆動したりする構成に限らない。例えば、図７に示すように、ニードル３３の大径部３３ａより後側に大径部３３ａより大径の雄ねじ部５１を形成し、ニードル３３をボディ３２に螺合した状態で支持する。また、ニードル３３の雄ねじ部５１より後側にギヤ部５２を形成する。そして、ギヤ部５２と噛み合うギヤ５３をモータ５４で回転させてニードル３３を回転させることにより、軸方向に移動させる構成とする。この場合、大径部３３ａの両側に作動油の圧力が作用する構成にしなくても、ニードル３３を移動させるのに必要な力はそれほど大きくなくてもよいため、大径部３３ａに後側から作動油の圧力を作用させる構成としなくてもよい。もちろん、第１及び第２の実施形態のように大径部３３ａの両側に作動油の圧力が作用する構成にしてもよい。例えば、大径部３３ａと雄ねじ部５１との間に小径部を設け、小径部の周りに作動油を導入する構成にする。

○ オペレータが操作するリフトレバー１５が、リフト用制御弁１４のスプールを作動させてフォーク１１の昇降を行う構成に代えて、リフト用制御弁１４を電磁制御弁で構成するとともに、リフトレバー１５に代えて、上昇指示、下降指示、中立指示を行う役割を果たす操作レバーあるいは操作つまみを設ける。また、ニードル３３を制御装置２４からの指令により制御されるモータあるいはリニアアクチュエータ等の駆動手段により駆動される構成とする。そして、操作レバーあるいは操作つまみの操作位置をセンサで検出し、その操作位置に基づいて制御装置２４が駆動手段を介してニードル３３を適正位置に移動させるようにしてもよい。この場合、作動油の圧力も位置調整の要素に含めれば、ニードル３３をより適正な位置に移動させることができる。

○ カム４７は円板状に形成されるとともに、偏心位置でモータ４６の出力軸４６ａに固着されてもよい。また、カムは直動カムであってもよい。
○ ノズル２２からの作動油の噴射流量を調整可能にする構成は、ボディ３２に対して相対移動可能なニードル３３を備え、ニードル３３の軸方向への相対移動によるものであればよく、ニードル３３を移動させる構成に代えて、ニードル３３を固定してボディ３２側を移動させる構成としてもよい。しかし、ニードル３３を移動させる構成の方が構造を簡単にし易い。

○ 第１導入路３２ａは、流量調整のためにニードル３３の軸方向における位置が変更された際、ニードル３３の大径部３３ａの一部が第１導入路３２ａの開口部と対応する状態となるように形成されてもよい。

○ ボディ３２の収容孔３４の大径部３４ａと、ニードル３３の大径部３３ａより前側の部分との間の流路に作動油を導入する第１導入路３２ａは、大径部３４ａと直交する方向から作動油を供給するように１個設けられる構成に限らない。例えば、図８に示すように、有底筒状のホルダ５５の底部付近に形成された支持孔５５ａにボディ３２を嵌挿支持する。ボディ３２の外周面にはホルダ５５の流路５５ｂと連通する環状凹部５６を形成し、環状凹部５６と大径部３４ａとを連通する複数の第１導入路５７を周方向に等間隔で形成する。

○ ボディ３２の収容孔３４の大径部３４ａと、ニードル３３の大径部３３ａより前側の部分との間の流路に作動油を導入する導入路をニードル３３に設けてもよい。ニードル３３を固定してボディ３２を移動させる構成の場合は、ニードル３３に前記導入路を設ける方が簡単な構造になる。

○ ニードル３３は、小径部３３ｂを無くしてテーパ部３３ｃが直接、大径部３３ａに連続する形状としてもよい。
○ ニードル３３に一体に形成する整流部５０は、第２の実施形態の形状に限らない。例えば、図９（ａ）に示すように、整流溝５０ａの形状をＶ字状としたり、図９（ｂ）に示すように、整流溝５０ａに代えて複数の孔５０ｂを整流部５０に形成したりしてもよい。孔５０ｂの形状や数は図示のものに限らない。また、整流部５０をニードル３３と別に形成した後、ニードル３３に固着するようにしてもよい。

○ スタビライザー３８及び整流部５０の両方を設けてもよい。
○ スタビライザー３８及び整流部５０を省略してもよい。しかし、スタビライザー３８又は整流部５０を設けた方が噴射口３７ａから噴射される作動油の噴射方向が安定するため好ましい。

○ ノズル２２の配置位置は、作動油を羽根車２１の接線方向に向けて噴射可能な位置であればよい。しかし、羽根２７に衝突した後の作動油が他の羽根２７に掛からずに作動油タンク１６に落下させるには、図３（ａ）における左側の側壁２５ａあるいは左側の天井部２５ｂに設ける必要がある。

○ 羽根車２１及び発電機２３と一体回転可能なフライホイールを設けてもよい。フライホイールは、羽根車２１に設けても、発電機２３のロータに設けても、回転軸２６に設けてもよい。フライホイールを設けることにより、回転部の慣性モーメントを容易に増加させることができる。そのため、フライホイールの重量や径を選定することにより、作動油の噴射終了後の発電継続時間を調整することが容易になる。

○ フライホイールを、クラッチを介して回転軸２６と一体回転可能に構成し、かつ回転軸２６の回転速度が予め設定された所定回転速度に達するまでは、切り離した状態に保持し、所定回転速度以上に達した時点でクラッチを接続可能に構成してもよい。フライホイールが常に回転軸２６と一体回転可能な構成では、作動油の圧力によって、静止状態から回転軸２６の回転速度がバッテリＥへの充電可能な電力を発電可能な状態に達するまでに時間がかかる場合がある。しかし、回転軸２６の回転速度が所定回転速度以上に達した状態で、クラッチを接続してフライホイールを回転軸２６と一体回転させることにより、早い段階から充電が可能になる。

○ 羽根車２１は、戻り管路２０から噴射された液体が衝突することにより液体のエネルギーを羽根車の回転運動エネルギーに変換することができるものであればよく、ペルトン型に限らず、例えば、ターゴ型の羽根車を使用してもよい。

○ 羽根車２１に噴射されて羽根２７から落下する作動油、あるいは羽根２７から遠心力によって飛ばされてケース２５の側壁２５ａ及び天井部２５ｂを伝って移動する作動油が直接作動油タンク１６に落下する構成、即ち、ケース２５の底部が開放されるとともに、作動油タンク１６の上部が開放された構成に限らない。例えば、ケース２５が底部を有し、底部に溜まった作動油を配管で作動油タンク１６に導く構成としてもよい。

○ リフトシリンダ１２を作動油ではなく他の液体、例えば、水あるいは水を主体とした液体で作動する構成としてもよい。
○ バッテリＥは、鉛蓄電池に限らず、例えば、ニッケル水素蓄電池やリチウムイオンバッテリ等他の二次電池であってもよい。

○ 発電機２３で発電された電力を蓄える蓄電手段は、バッテリ（二次電池）に限らず、例えば、キャパシタを使用してもよい。また、キャパシタに充電した後、バッテリＥに再充電するようにしてもよい。キャパシタに充電する場合は、キャパシタの容量を超えない範囲では、大きな電流値で充電しても差し支えないため、発電機２３で発電された電力を直接バッテリＥに充電する場合に比較して、発電条件の自由度が増す。

○ バッテリ式フォークリフト（バッテリ車）に限らず、エンジン式フォークリフト（エンジン車）に適用して、油圧ポンプ１７をエンジンで回転する構成としてもよい。
○ フォークリフトには、カウンタバランス式とリーチ式とがあるが、リーチ式フォークリフトのように、倉庫内等の狭い範囲で移動して荷の昇降を頻繁に行うフォークリフトに前記荷役装置を適用した方が、エネルギーの回収の機会が多いため好ましい。

○ 荷役装置は、フォークリフトの車体に装備されて、フォーク等のアタッチメントを用いて荷を昇降させる装置に限らない。例えば、高所作業車のプラットホームを昇降させる装置やショベルローダのショベルを昇降させる装置のように、荷（作業者を含む）を積んだ状態の荷役部材を液圧シリンダにより低位置と高位置とに移動させるものを含む。

○ リフトシリンダは、フォークリフトに装備された荷役装置のように上下方向に延びる状態で使用されるものに限らず、斜めに配置された状態で使用されるものであってもよい。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）荷役部材を昇降させるためのリフトシリンダと、駆動手段により駆動されて前記リフトシリンダのボトム室に加圧された液体を供給する液圧ポンプと、前記ボトム室内の加圧された液体をタンクに還流する際に、前記加圧された流体をノズルから開放空間に噴射して噴射された液体のエネルギーにより回転される羽根車と、前記羽根車の回転により駆動される発電機とを備えたエネルギー回生システムであって、前記ノズルは、ボディに対して相対移動可能なニードルを備え、前記ニードルの軸方向への相対移動により噴射流量を調整可能に構成されているエネルギー回生システム。

（２）請求項１〜請求項５及び前記技術的思想（１）のいずれか一項に記載の発明において、前記ニードルは、手動操作のリフトレバーと独立して制御装置により制御される駆動手段で駆動される構成である。

（３）前記技術的思想（２）に記載の発明において、前記加圧された液体の圧力を検出する圧力検出手段を設けるとともに、前記制御装置は前記リフトレバーの操作位置及び液体の圧力に基づいて前記ニードルを適正位置に移動させるように前記駆動手段を制御する。

（４）請求項１〜請求項５及び前記技術的思想（１）〜（３）のいずれか一項に記載のエネルギー回生システムは、前記発電機で発電された電力を蓄える蓄電手段を備えている。

第１の実施形態の構成図。 羽根車及び発電機等の関係を示す模式側面図。 （ａ）は羽根車とノズルとの関係を示す模式正面図、（ｂ）は羽根の取り付け状態を示す羽根車の部分断面図。 （ａ）はノズルの側断面図、（ｂ）はスタビライザーの正面図。 リフトレバー、動力伝達部材及びニードルの関係を示す模式図。 （ａ）は第２の実施形態におけるノズルの側断面図、（ｂ）はニードルの正面側から見た整流部の模式図。 別の実施形態の駆動手段を備えたノズルの側断面図。 別の実施形態の導入孔を備えたノズルの側断面図。 （ａ），（ｂ）は別の実施形態の整流部の模式図。

符号の説明

２１…羽根車、２２…ノズル、２３…発電機、３２…ボディ、３３…ニードル、３３ｃ…テーパ部、３６…オリフィス、３８…整流部としてのスタビライザー、５０…整流部。

Claims (5)

1. 加圧された液体をノズルから噴射して、噴射された液体のエネルギーを電力に回生するエネルギー回生システムであって、
   前記ノズルから噴射された液体のエネルギーにより開放空間で回転される羽根車と、前記羽根車の回転により駆動される発電機とを備えるとともに、前記ノズルは、ボディと前記ボディに対して相対移動可能なニードルを備え、前記ニードルの軸方向への相対移動により噴射流量を調整可能に構成されているエネルギー回生システム。
2. 前記ノズルは、前記ボディに対して前記ニードルが移動可能に構成され、前記加圧された液体の圧力に応じて前記ニードルの位置が変更されて噴射流量が制御される請求項１に記載のエネルギー回生システム。
3. 前記ニードルは、前記加圧された液体の圧力がニードルの移動方向及び前記移動方向の反対側からも作用する状態に設けられるとともに、外部からの操作力により軸方向に移動可能に構成されている請求項１又は請求項２に記載のエネルギー回生システム。
4. 前記ノズルはオリフィスを備えており、前記ニードルは少なくとも先端側に、先端側ほど細くなるテーパ部を備えるとともに、前記テーパ部の前記オリフィスに対する位置関係により前記液体の噴射流量が調整される請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のエネルギー回生システム。
5. 前記ノズルは、前記ニードル又は前記ボディ側に整流部が設けられている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のエネルギー回生システム。

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