JP2009220657A - モータ駆動式産業用車両 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの駆動力を、変速装置を介して出力軸に伝達することにより、高い駆動トルクと高回転を両立しうるようにし、モータの小型化とバッテリの小容量化を可能とする。
【解決手段】バッテリ駆動式のモータ３の駆動力を、車輪に伝達して走行するようにしたモータ駆動式産業用車両において、モータに連係した入力軸１１と、車輪に連係した出力軸２１との間に、低速用クラッチ９と高速用クラッチ１０とを備え、かつこれらを選択的に作動させることにより、入力軸１１の回転を低速と高速のいずれかに切り換えて出力軸２１に伝達する変速装置４を設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、バッテリにより回転させられるモータの駆動力により走行するようにしたモータ駆動式産業用車両に関する。

近年の排気ガスや騒音等の環境問題に配慮して、倉庫や工場、空港等の敷地内において、荷物を運搬したり、他の台車などを牽引したりする際に用いられるフォークリフトや牽引車等の産業用車両を、従来のエンジンを動力としたものから、バッテリによるモータ駆動式のものに代える傾向にある。
このような、モータ駆動式のフォークリフト等の駆動ユニットには、例えば特許文献１に記載されているように、直流直巻型モータが用いられているのが一般的である。
特開２０００−２１７２１０号公報

上記特許文献１に記載されている、直流直巻型モータを用いたフォークリフト等においては、モータへの給電電流とほぼ比例した駆動トルクと回転数が得られるため、変速装置を備えていない(減速機構のみ設けることもある)のが一般的である。

変速装置を備えていないと、モータへの給電電流の制御(例えばアクセル操作)のみで、駆動トルクや回転数を変えることとなるが、この場合、次のような問題が生じる。
例えば、空港等において使用される牽引車等に、複数の台車を連結して走行する際などには、高い駆動トルクが要求され、また、台車を切り離して走行するときには、作業能率を向上させるために、速度を上げて走行することが要求されることがあるが、このようなとき、変速装置がないと、モータへの給電電流を大として、その駆動トルクや回転数を高めなくてはならず、バッテリの電力消費が大きくなる。
そのため、１回の充電で走行可能な距離は短く、これを解消するために、容量の大きなバッテリを搭載すると、コストや車両の重量が増大する。
また、高い駆動トルクと高回転を両立させるために、大型のモータを使用すると、駆動ユニットが大型化するとともに、それに適した大容量のバッテリを搭載しなければならないため、寸法的及びコスト的に不利となる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、モータの駆動力を、変速装置を介して出力軸に伝達することにより、高い駆動トルクと高回転を両立しうるようにし、かつモータの小型化とバッテリの小容量化を可能とすることにより、軽量化及びコスト低減が図れるようにした、モータ駆動式産業用車両を提供することを目的としている。

本発明によると、上記課題は、次の各項のようにして解決される。
（１）バッテリにより回転させられるモータの駆動力を、車輪に伝達して走行するようにしたモータ駆動式産業用車両において、前記モータに連係した入力軸と、前記車輪に連係した出力軸との間に、低速用クラッチと高速用クラッチとを備え、かつこれらを選択的に作動させることにより、前記入力軸の回転を低速と高速のいずれかに切り換えて、前記出力軸に伝達する変速装置を設ける。

このような構成とすると、変速装置の低速用クラッチと高速用クラッチとを、車両の使用形態に応じて選択的に切り換えるだけで、モータの回転数を変えずに、高い駆動トルクと高回転を両立することができる。
従って、バッテリの電力消費が少なくなり、１回の充電で走行可能な距離が延びるとともに、モータの小型化とバッテリの小容量化が可能となる。
また、大型のモータやそれに適した容量の大きなバッテリを搭載する必要がないので、駆動ユニットの小型化や軽量化が図れるとともに、コストも低減される。

（２）上記(１)項において、低速用クラッチを、入力軸に固着されたクラッチドラムと、入力軸に相対回転自在に設けられ、前記クラッチドラムと断続可能な低速クラッチギヤとからなるものとし、高速用クラッチを、前記入力軸と平行をなす出力軸に固着されたクラッチドラムと、出力軸に相対回転自在に設けられ、クラッチドラムと断続可能な高速クラッチギヤとからなるものとし、低速クラッチギヤを、前記出力軸に固嵌した出力ギヤに、入力軸の回転を出力軸に減速して伝達しうるギヤ比をもって噛合させ、かつ前記高速クラッチギヤを、前記入力軸に固嵌した、前記低速クラッチギヤよりも歯数の多い入力ギヤに、少なくとも入力軸の回転を等速以上で出力軸に伝達しうるギヤ比をもって噛合させる。

このような構成とすると、入力軸と出力軸は互いに平行をなし、かつ低速用クラッチの低速クラッチギヤを出力軸の出力ギヤに、高速用クラッチの高速クラッチギヤを入力軸の入力ギヤに、それぞれ常時噛合させているので、変速装置の軸方向の寸法が小さくなり、それが小型化する。
また、低速用クラッチと高速用クラッチを選択して作動させるだけで、入力軸の回転を、低速と高速に切り換えて、出力軸に確実に伝達することができる。

（３）上記(１)項において、低速用クラッチを、出力軸に固着されたクラッチドラムと、出力軸に相対回転自在に設けられ、前記クラッチドラムと断続可能な低速クラッチギヤとからなるものとし、高速用クラッチを、前記出力軸と平行をなす入力軸に固着されたクラッチドラムと、入力軸に相対回転自在に設けられ、クラッチドラムと断続可能な高速クラッチギヤとからなるものとし、低速クラッチギヤを、前記入力軸に固嵌した、前記高速クラッチギヤよりも歯数の少ない入力ギヤに、入力軸の回転を減速して出力軸に伝達しうるギヤ比をもって噛合させ、かつ前記高速クラッチギヤを、前記出力軸に固嵌した出力ギヤに、少なくとも入力軸の回転を等速以上で出力軸に伝達しうるギヤ比をもって噛合させる。

このような構成とすると、上記請求項２と同様の効果が得られる。

（４）上記(２)または(３)項において、低速用クラッチのクラッチドラム及び低速クラッチギヤと、高速用クラッチのクラッチドラム及び高速クラッチギヤとを、互いに逆向きで、かつ軸方向に対してほぼ同位置となるように、入力軸と出力軸に並列状に配置する。

このような構成とすると、変速装置の軸方向の寸法が、より小さくなるので、変速装置がさらに小型化するとともに、軽量化が図れる。

（５）上記(１)〜(４)項のいずれかにおいて、低速用クラッチ及び高速用クラッチを、油圧により作動する湿式多板クラッチよりなるものとする。

このような構成とすると、低速用クラッチと高速用クラッチを切り換えたときの衝撃が、湿式多板クラッチにより吸収されるので、モータに衝撃力が伝達されるのが防止される。

（６）上記(５)項において、湿式多板クラッチよりなる低速用クラッチと高速用クラッチとを、油圧回路に設けた４ポート２位置切換型のソレノイドバルブにより、選択的に作動させるようにする。

このような構成とすると、ソレノイドバルブを電気的に作動させることにより、油圧回路の圧油を、低速用クラッチと高速用クラッチとに選択的に供給しうるので、両クラッチの切り換え操作が容易となる。

本発明によれば、変速装置の低速用クラッチと、高速用クラッチとを、車両の使用形態に応じて選択的に切り換えるだけで、モータの回転数を変えずに、高い駆動トルクと高回転を両立することができる。
従って、バッテリの電力消費が少なくなり、１回の充電で走行可能な距離が延びるとともに、モータの小型化とバッテリの小容量化が可能となる。
また、大型のモータやそれに適した容量の大きなバッテリを搭載する必要がないので、駆動ユニットの小型化や軽量化が図れるとともに、コストも低減される。

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のモータ駆動式産業用車両、すなわち空港等において使用される牽引車の略図で、その車体１には、充電可能なバッテリ２、直流直巻型モータ３、及び変速装置４が搭載され、バッテリ２により駆動されるモータ３の駆動力が、変速装置４及びこれに連結されたドライブシャフト５を介して、後輪６のアクスル７に伝達されるようになっている。車体１の後部には、図示しない複数の台車を牽引する牽引台８が取付けられている。

変速装置４は、図２の概略図に示すように、低速用クラッチ９と、高速用クラッチ１０とを備えている。両クラッチ９、１０は、油圧により作動させられる湿式多板クラッチとしてある。

低速用クラッチ９は、モータ３の出力軸３aに連結された入力軸１１を囲むようにして、これと一体的に回転するクラッチドラム１２と、入力軸１１に相対回転自在に設けられた低速クラッチギヤ１３とからなり、クラッチドラム１２の内周面と低速クラッチギヤ１３の外周面とに設けた複数のクラッチディスク１４、１４同士を、油圧により接続したときに、モータ３の駆動力が、入力軸１１を介して低速クラッチギヤ１３に伝達されるようになっている。

高速用クラッチ１０は、入力軸１１と平行をなす中間軸１５を囲むようにして、これと一体的に回転するクラッチドラム１６と、中間軸１５に相対回転自在に設けられた、上記低速クラッチギヤ１３よりも歯数の多い高速クラッチギヤ１７とからなり、クラッチドラム１６の内周面と高速クラッチギヤ１７の外周面とに設けた複数のクラッチディスク１４、１４同士を、油圧により接続すると、モータ３の駆動力は、入力軸１１、後記する入力ギヤ１９、高速クラッチギヤ１７、及びクラッチドラム１６を介して、中間軸１５に伝達される。

上記低速用クラッチ９と高速用クラッチ１０とは、クラッチドラム１２及び低速クラッチギヤ１３と、クラッチドラム１６及び高速クラッチギヤ１７とが、互いに逆向きで、かつ軸方向に対しほぼ同一位置となるように、それぞれ入力軸１１と中間軸１５とに並列状に設けられている。低速クラッチギヤ１３は、クラッチドラム１６の左方の中間軸１５に固嵌された、低速クラッチギヤ１３よりも歯数の多い第１中間ギヤ１８に、また高速クラッチギヤ１７は、クラッチドラム１２の右方の入力軸１１に固嵌された、低速クラッチギヤ１３よりも歯数の多い入力ギヤ１９に、それぞれ常時噛合している。

なお、上記実施形態では、高速クラッチギヤ１７と入力ギヤ１９との歯数は、ギヤ比が１：１となるように互いに同数としてあるが、高速クラッチギヤ１７を増速したいときは、入力ギヤ１９の歯数を増やすか、または高速クラッチギヤ１７の歯数を少なくして、互いのギヤ比を変えればよい。
低速クラッチギヤ１３と第１中間ギヤ１８の歯数は、入力軸１１の回転を後記する出力軸２１に減速して伝達しうるギヤ比となるように、適宜に設定されている。
低速用クラッチ９及び高速用クラッチ１０を、上記のように互いに反対向きに配置とすると、変速装置４の軸方向の寸法が小さくなり、変速装置４の小型化と軽量化が図れる。

第１中間ギヤ１８の左方の中間軸１５には、高速クラッチギヤ１７及び第１中間ギヤ１８より歯数の少ない第２中間ギヤ２０が固嵌され、この第２中間ギヤ２０は、中間軸１５と平行をなす出力軸２１に固嵌された、第２中間ギヤ２０よりも若干歯数の多い出力ギヤ２２に噛合させてある。出力軸２１は、上述した後輪６のアクスル７を駆動するドライブシャフト５に連結されている。なお、上記第２中間ギヤ２０と出力ギヤ２２とにより減速ギヤを構成しており、中間軸１５の回転を、出力軸２１とドライブシャフト５に若干減速して伝達するようにしてある。

低速用クラッチ９と高速用クラッチ１０には、油圧回路２４に設けた４ポート２位置切換型のソレノイドバルブ２４により、圧油が選択的に供給され、それらのいずれか一方が作動しているとき、他方は非作動状態となるようにしてある。
例えば牽引車に複数の台車を連結して走行する際などには、ソレノイドバルブ２４を、低速用クラッチ９側に圧油が供給されるように切り換える。すると、低速用クラッチ９が接続されることにより、モータ３の駆動力は、低速クラッチギヤ１３、第１中間ギヤ１８、中間軸１５、第２中間ギヤ２０、及び出力ギヤ２２を介して出力軸２１に伝達され、この出力軸２１に連結したドライブシャフト５によりアクスル７が駆動される。なお、低速用クラッチ９が作動しているときには、高速用クラッチ１０は空転するため、入力ギヤ１９と高速クラッチギヤ１７とが常時噛合していても、入力軸１１から中間軸１５に駆動力が伝達されることはない。

このように、低速用クラッチ９側を作動させると、低速クラッチギヤ１３と噛合している第１中間ギヤ１８の歯数を大としているので、モータ３の回転は減速されて出力軸２１に伝達される。その結果、モータ３の回転数が一定でも、その駆動トルクが高まり、牽引車は大きな駆動力をもって走行することができる。

一方、牽引車より台車を切り離して走行する際には、ソレノイドバルブ２４を、高速用クラッチ１０側に圧油が供給されるように切り換える。すると、高速用クラッチ１０が接続されることにより、モータ３の駆動力は、入力ギヤ１９と噛合している高速クラッチギヤ１７を介して、中間軸１５及び第２中間ギヤ２０に伝達され、この第２中間ギヤ２０と噛合している出力ギヤ２２及び出力軸２１を介して、ドライブシャフト５に伝達される。

このように、高速用クラッチ１０側を作動させると、入力ギヤ１９と高速クラッチギヤ１７とのギヤ比は等しく、モータ３の回転が、等速で中間軸１５の第２中間ギヤ２０に伝達されるため、出力軸２１とドライブシャフト５は、第２中間ギヤ２０と噛合している出力ギヤ２２を介して高速回転する。これにより、モータ３の回転数を上昇させることなく、牽引車の速度が上がる。

上記のように、低速用クラッチ９と高速用クラッチ１０を選択的に作動させると、その切り換え時に衝撃が発生することがあるが、この衝撃は、多板よりなるクラッチディスク１４により吸収されるので、モータ３に衝撃力が伝達されることはない。なお、牽引車を後退させる際には、モータ３を逆回転させればよいので、それ用のギヤトレーンは不要である。この後退の際は、低速用クラッチ９側を作動させるのがよい。

図３は、変速装置４の変形例を示すもので、上記実施形態とは反対に、中間軸１５側に低速用クラッチ９を、入力軸１１側に高速用クラッチ１０を設けてある。
すなわち、入力ギヤ２５の歯数を、上記入力ギヤ１９よりも少なくするとともに、入力ギヤ２５と噛合する低速用クラッチ９の低速クラッチギヤ２６の歯数を、入力軸１１の回転が減速されて中間軸１５に伝達されるように、入力ギヤ２５よりも多くしてある。
また、高速用クラッチ１０の高速クラッチギヤ２７の歯数を、入力ギヤ２５よりも多くするとともに、中間軸１５の第１中間ギヤ２８と高速クラッチギヤ２７の歯数を互いに等しくしてある。

このようにしても、低速用クラッチ９を作動させると、入力軸１１の回転は減速されて出力軸２１に伝達され、反対に高速用クラッチ１０を作動させると、入力軸１１の回転が等速で出力軸２１に伝達される。

以上説明したように、上記実施形態の牽引車においては、変速装置４の低速用クラッチ９と、高速用クラッチ１０とを、牽引車の使用形態に応じて選択的に切り換えることにより、モータ３の回転数を変えずに、高い駆動トルクと高回転を両立することができる。
従って、バッテリ２の電力消費が少なくなり、１回の充電で走行可能な距離が延びるとともに、モータ３の小型化とバッテリの小容量化が可能となる。
また、大型のモータやそれに適した容量の大きなバッテリを搭載する必要がないので、駆動ユニットの小型化や軽量化が図れるとともに、コストも低減される。

なお、上記実施形態では、中間軸１５に入力された駆動力を、第２中間ギヤ２０と出力ギヤ２２を介して、減速して出力軸２１に伝達しているが、第２中間ギヤ２０及び出力ギヤ２２を省略することもある。この際には、中間軸１５を出力軸として、これにドライブシャフト５を連結すればよい。

本発明を適用した牽引車の概略側面図である。 変速装置の概略図である。 同じく、変速装置の変形例の概略図である。

符号の説明

１ 車体
２ バッテリ
３ モータ
３a 出力軸
４ 変速装置
５ ドライブシャフト
６ 後輪
７ アクスル
８ 牽引台
９ 低速用クラッチ
１０ 高速用クラッチ
１１ 入力軸
１２ クラッチドラム
１３ 低速クラッチギヤ
１４ クラッチディスク
１５ 中間軸
１６ クラッチドラム
１７ 高速クラッチギヤ
１８ 第１中間ギヤ
１９ 入力ギヤ
２０ 第２中間ギヤ
２１ 出力軸
２２ 出力ギヤ
２３ 油圧回路
２４ ソレノイドバルブ
２５ 入力ギヤ
２６ 低速クラッチギヤ
２７ 高速クラッチギヤ
２８ 第１中間ギヤ

Claims (6)

1. バッテリにより回転させられるモータの駆動力を、車輪に伝達して走行するようにしたモータ駆動式産業用車両において、前記モータに連係した入力軸と、前記車輪に連係した出力軸との間に、低速用クラッチと高速用クラッチとを備え、かつこれらを選択的に作動させることにより、前記入力軸の回転を低速と高速のいずれかに切り換えて、前記出力軸に伝達する変速装置を設けたことを特徴とするモータ駆動式産業用車両。
2. 低速用クラッチを、入力軸に固着されたクラッチドラムと、入力軸に相対回転自在に設けられ、前記クラッチドラムと断続可能な低速クラッチギヤとからなるものとし、高速用クラッチを、前記入力軸と平行をなす出力軸に固着されたクラッチドラムと、出力軸に相対回転自在に設けられ、クラッチドラムと断続可能な高速クラッチギヤとからなるものとし、低速クラッチギヤを、前記出力軸に固嵌した出力ギヤに、入力軸の回転を出力軸に減速して伝達しうるギヤ比をもって噛合させ、かつ前記高速クラッチギヤを、前記入力軸に固嵌した、前記低速クラッチギヤよりも歯数の多い入力ギヤに、少なくとも入力軸の回転を等速以上で出力軸に伝達しうるギヤ比をもって噛合させてなる請求項１記載のモータ駆動式産業用車両。
3. 低速用クラッチを、出力軸に固着されたクラッチドラムと、出力軸に相対回転自在に設けられ、前記クラッチドラムと断続可能な低速クラッチギヤとからなるものとし、高速用クラッチを、前記出力軸と平行をなす入力軸に固着されたクラッチドラムと、入力軸に相対回転自在に設けられ、クラッチドラムと断続可能な高速クラッチギヤとからなるものとし、低速クラッチギヤを、前記入力軸に固嵌した、前記高速クラッチギヤよりも歯数の少ない入力ギヤに、入力軸の回転を減速して出力軸に伝達しうるギヤ比をもって噛合させ、かつ前記高速クラッチギヤを、前記出力軸に固嵌した出力ギヤに、少なくとも入力軸の回転を等速以上で出力軸に伝達しうるギヤ比をもって噛合させてなる請求項１記載のモータ駆動式産業用車両。
4. 低速用クラッチのクラッチドラム及び低速クラッチギヤと、高速用クラッチのクラッチドラム及び高速クラッチギヤとを、互いに逆向きで、かつ軸方向に対してほぼ同位置となるように、入力軸と出力軸に並列状に配置してなる請求項２または３記載のモータ駆動式産業用車両。
5. 低速用クラッチ及び高速用クラッチを、油圧により作動する湿式多板クラッチよりなるものとした請求項１〜４のいずれかに記載のモータ駆動式産業用車両。
6. 湿式多板クラッチよりなる低速用クラッチと高速用クラッチとを、油圧回路に設けた４ポート２位置切換型のソレノイドバルブにより、選択的に作動させるようにしてなる請求項５記載のモータ駆動式産業用車両。
   

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