JP2009511787A

JP2009511787A - 作業機械

Info

Publication number: JP2009511787A
Application number: JP2008535493A
Authority: JP
Inventors: フィラ，レノ; アンネベック，ヨアキム; カールッソン，スヴェン−オケ; エリクソン，ハンス
Original assignee: ボルボコンストラクションイクイップメントアーベー
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2009-03-19
Also published as: CN101291823A; US20080264051A1; CN101305136B; EP1948876A4; EP1948876B1; JP2009511786A; WO2007043924A1; EP1948876A1; CN101305136A; US8347998B2; CN101291823B

Abstract

実行部（２）を作動させることおよび／または作業機械（１）を操縦することを包含する少なくとも二つの機能に適応した作業機械（１）。該機械は、前記機能の各々に１個の油圧回路である少なくとも２個の油圧回路（１２１，１２２，１２３）であって、各油圧回路が、関連する実行または操縦機能を行使するための少なくとも１台の油圧ポンプ（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）を包含する、少なくとも２個の油圧回路と、前記油圧ポンプ（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）への個別エネルギー供給および該ポンプからのエネルギー抽出のため該ポンプの各々に駆動接続された、独立した第１電気機械（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ）と、駆動輪（１３０）を介して前記作業機械を作動させるための伝達系（１１０）であって、前記油圧回路（１２１，１２２，１２３）と該伝達系（１１０）との間の動力の交換のため前記第１電気機械に機能的に接続された少なくとも１台の電気機械（１７ａ，１７ｂ）を包含する伝達系とを包含する。
【選択図】図４

Description

本発明は、実行部を作動させることおよび／または機械を操縦することを包含する少なくとも二つの機能に適応した作業機械に関連する。

本発明は、産業建設機械の分野の作業機械、特にホイールローダに適用可能である。ホイールローダに関して本発明を説明するが、本発明はこの特定車両に限定されるわけではなく、連結輸送車、トラック、掘削機など、他の大型作業機械に使用されてもよい。

ホイールローダは通常、ホイールローダの駆動輪へトルクを供給するため内燃エンジンと伝達系とギヤボックスとを備える。ギヤボックスは、車両の速度を変化させるためと前進および後退の運転方向の間で切り替えを行うために異なるギヤ比を提供する。伝達系は、内燃エンジンとギヤボックスとの間に配置された流体力学的トルクコンバータを包含する。トルクコンバータは、バケットへの積載またはホイールローダの加速など、特に負荷の大きい作業中にトルクを上昇させるのに使用される。トルクコンバータは、非常に短時間で出力トルクを現在作業条件に適応させることができる。しかしトルクコンバータは、やはり現在運転条件に左右される非常に低い効率を有することが多い。直接動作に使用できるロックアップ機能をトルクコンバータが備えている場合には、効率を上昇させられる。しかし、ロックアップ状態ではギヤ比は固定され（１：１）、このようなロックアップ機能を使用できない作業中には低効率の問題が残る。

駆動輪にトルクを供給することに加えて、内燃エンジンは、ホイールローダの油圧システムの油圧ポンプにエネルギーを供給しなければならない。このような油圧システムは、上昇動作および／またはホイールローダの操縦に使用される。リフトアームユニットを上昇および下降させるため油圧動作シリンダが配置され、これにバケット、あるいは他のタイプのアタッチメントまたは作業ツール、例えばフォークが取り付けられる。別の油圧動作シリンダの使用により、バケットを傾斜または旋回させることもできる。ホイールローダのフロントおよびリヤのボデー部分の相対動作によりホイールローダを転回させるように、ステアリングシリンダとして知られる別の油圧シリンダが配置される。

例えば、ホイールローダの速度がゼロに近い時にバケットに積載する際には、一方で内燃エンジンの回転速度を油圧ポンプに適応させ、他方で内燃エンジンは非常に高いトルクの必要性に適応しなければならない。油圧システムにより決定される内燃エンジンの回転速度は、ホイールローダの速度を現在条件に適応させるようにホイールローダが制動されなければならないことを意味している。異なる状況における回転速度およびトルクの要求を満たすため、内燃エンジンは、必要とされないかごくまれにしか必要とされない出力である不必要に高い効率の出力に合わせた寸法を持たなければならない。ある点においては大きすぎるとともに、トルクコンバータの効率が低い状況および／または油圧システムのためにホイールローダが制動されなければならない状況において運転されなければならない内燃エンジンを使用すると、結果として高燃費となる。

ホイールローダは一般的に、バケットで地山を掘削してこれをダンプカーに積載するのに使用される。図７は、ホイールローダ１０１の掘削からダンプカー１０３への積載までの一連の運転パターンを示し、これは最も頻繁に使用されるＶ字形運転と呼ばれる運転パターンである。すなわち、ホイールローダ１０１が例えば前進第２速ギヤで地山１０２へと前進する（運転Ｗ１）。地山１０２に接近すると、掘削作業が実施される場合に牽引力を増加させるため、例えば前進第１速ギヤで地山１０２に突入する（運転Ｗ２）。掘削が完了すると、ホイールローダ１０１は、例えば後退第２速ギヤで掘削作業位置から高速で後退する（運転Ｗ３）。続いて、ホイールローダ１０１の移動方向が変更され、高速でダンプカー１０３へ接近するように前進する（運転Ｗ４）。ダンプカー１０３の積載作業が完了すると、ホイールローダは高速でダンプカー１０３から離間する（運転Ｗ５）。

ある作業では、油圧システムが内燃エンジンに矛盾した要求を設定し、こうしてまれにしか必要とされない出力である不必要に高い有効出力のための寸法を内燃エンジンが持たなければならないことになる。油圧システムにとって重要な場合の一つは、バケットを空にする際など、上昇と傾斜の機能が分離されていない時である。

ホイールローダのＶ字形運転パターンについての上の記載を参照すると、ホイールローダがダンプカーへ前進して、バケットがダンプカーの荷台の上へ上昇した後、砂利を荷台へ降ろすためバケットは傾斜するのと同時にさらにいくぶん上昇すべきである。

重い負荷を伴ったバケットが上昇されるべきなので、上昇機能は高い油圧を必要とする。しかし、短い距離だけ上昇されるべきであり、これは少ない油圧流量のみを必要とする。他方、格納位置から前進位置までずっとバケットは傾斜されるべきなので、傾斜機能は高い油圧流量を必要とする。機械的リンク機構の設計および重力は、少ない油圧のみが必要される場合に役立つ。さらに、油圧力は圧力と流量を掛けることによって計算されるので、上昇と傾斜の両機能は適度な油圧力を必要とするに過ぎない。上昇および傾斜機能が同じ油圧システムに関連し同じ油圧ポンプによって作動するので、ポンプはこれらの要求すべてを満たすように設計されなければならない。ゆえに、高い圧力と高い流量の両方を提供するようにポンプは非常に高い油圧力を発生し、これは比較的高い機械力を供給するように内燃エンジンが設計されなければならないことを意味する。要約すると、油圧システムの設計ゆえに、上昇および傾斜の機能を合計したものにより要求されるよりも高い油圧力が供給されるのである。この過剰油圧力は油圧オイル容器へ排出され、ゆえに損失となる。

本発明の目的は、導入部で言及した種類の作業機械を提供することであり、かかる作業機械は、作業機械のより効率的な動作と低い燃費とを可能にする。

かかる目的は、機能の各々について１個の油圧回路である、少なくとも２個の油圧回路を包含する作業機械により達成され、各油圧回路は、関連する実行部または操縦機能を行使するための少なくとも１台の油圧ポンプと、ポンプへの個別エネルギー供給とポンプからのエネルギーの抽出のため油圧ポンプの各々に駆動接続された独立した第１電気機械と、駆動輪を介して作業機械を作動させるための伝達系とを包含し、伝達系は、油圧回路と伝達系との間における動力の交換のため第１電気機械に機能的に接続された少なくとも１台の第２電気機械を包含する。

ゆえに、作業機械は、作業サイクル全体を通して伝達系（および操縦システム）における運動エネルギーと、リフトアームユニットの動作からの潜在エネルギーとを回収するための条件を整える。

言い換えると、各油圧機能は独立した回路を有し、独立した電気機械により駆動されるのである。このようにして、各油圧機能は別の油圧機能にマイナスの影響を与えることなく個別に作動する。ゆえに各油圧機能は、例えばエネルギーを回収するため個別に制御されるのである。これは、そして異なる作業において伝達系と油圧回路との間でエネルギーをかなりの程度分散させる条件を整える。さらに、独立した油圧機能のポンプを個別に駆動するとともに油圧回路の間でエネルギーを分散させるための条件を整え、これは、例えばバケットを空にする際に好都合である。上記参照。独立した油圧回路を設けると、さらに各機能のために電気機械および関連のポンプをより自由に配置するための条件が整えられる。

さらに、油圧回路を電子工学的に操作することにより、伝達系（および内燃エンジン）の動作と無関係にポンプが最適な回転速度で作動する。ゆえに、ポンプの回転速度を上昇させる間、内燃エンジンの動作は影響を受けない。

駆動輪を駆動または制動するため、および／または油圧ポンプのための電力を発生させるための電気機械を包含する伝達系を設けることにより、電源が一層効率的に使用され、これはより小型の動力源の使用を可能にし、燃費を低下させる。例えば、油圧システムが少なくとも部分的に、動力源でなく電気機械により駆動される。動力源は、内燃エンジンにより構成される一例によるものである。

ゆえに、油圧ポンプを考慮に入れて内燃エンジンの回転速度が決定される必要はない。伝達系の電気機械はホイールローダの制動動作中にブレーキとして使用され、同時にエネルギーを回収するための発電機として機能する。エネルギーは油圧回路に直接供給されるか、バッテリまたはスーパーキャパシタなどの電気エネルギー蓄積手段に蓄積されて後で使用される。大きな牽引力が必要とされる場合には、電動モータとして機能する電気機械により付加的トルクが駆動輪に供給され、こうしてトルクコンバータの必要が減少する。

さらにこのようにして、電気エネルギーへ変換せずに機械的伝達系を介して（プロペラシャフトとトランスミッションを介して）駆動輪へエネルギーを直接伝達するように動力源が制御される。こうして、例えば運搬モードでは、電源からの動力がすべて駆動輪へ伝達される。別のモードでは、動力源により供給される動力がすべて、伝達系および／または油圧回路および／または蓄積手段にさらに分散されるように電気エネルギーに変換される。さらに別のモードでは、動力源からの動力の第１部分が駆動輪に直接供給されるのに対して、動力源からの動力の第２部分が電気エネルギーに変換されてもよい。

好適な実施例によれば、伝達系は、駆動輪に対する動力源の嵌合および解離のための伝達ユニットを包含する。言い換えると、伝達ユニットは動力源と駆動輪との間の機械的接続に適応しているのである。

さらに、伝達系の電気機械は、駆動輪を逆方向に駆動するのに使用できる。伝達系はギヤボックスを包含することが好ましい。これは、ギヤボックスの後退ギヤが必要ないことを意味する。さらなる長所は、伝達系に包含される伝達ユニットの直接動作状態の結合または切断を容易にするように、内燃エンジンの回転速度と伝達系の回転速度とを相互に適応させるのに電気機械が使用されることである。

別の好適な実施例によれば、第２電気機械のみに動力を供給するように、少なくとも１台の第２電気機械のうちの１台に動力源が機能的に接続される。言い換えると、作業機械は直列ハイブリッドを包含する。こうして、動力源から供給される動力はすべて、油圧回路および駆動輪へのさらなる電気的伝達のため電気機械に送られる。

最後に述べた実施例のさらなる発展形によれば、伝達系は、別の第２電気機械を包含し、動力源に機能的に接続されたこの第２電気機械は、動力の交換のため別の第２電気機械に機能的に接続されている。

本発明の他の長所および好適な特徴は、以下の説明および従属請求項に開示される。

定義
「電気機械」の語は、電動モータと発電機の組合せを意味する。電気機械は電気により駆動されてシャフトに出力トルクを供給するか、電気を発生させるためシャフトにトルクを印加することにより機械的に駆動される。

「伝達ユニット」の語は、トルクコンバータなどの流体力学的クラッチと静水圧クラッチの両方の油圧クラッチに加えて、機械クラッチを包含する。ゆえに「伝達ユニット」は、トルクを上昇させることのできるトルクコンバータと、解離および１：１のギヤ比での直接動作のみに使用される通常のクラッチの両方を包含する。

添付の図面を参照して、例として引用される本発明の実施例についてのより詳細な説明を以下に挙げる。

図１は、バケット３の形の実行部２を有するホイールローダ１の図である。バケット３は、バケット３を上昇および下降させるためのアームユニット４に配置され、さらにバケット３はアームユニット４に対して傾斜または旋回することができる。アームユニット４およびバケット３の操作のためホイールローダ１は、少なくとも１台の油圧ポンプ（図１では不図示）と動作シリンダ５ａ，５ｂ，６とを包含する油圧システムを備える。さらに油圧システムは、フロントボデー８とリヤボデー９との相対的動作によりホイールローダを転回させるための動作シリンダ７ａ，７ｂを包含する。このような油圧システムの概略図が図２に示されている。

図２に示された実施例では、３個の油圧回路１２１，１２２，１２３が開示されている。第１油圧回路１２１は上昇機能のための構成を有し、第２油圧回路１２２は傾斜機能のための構成を有し、第３油圧回路１２３は操縦機能のための構成を有する。各油圧回路は関連する実行および操縦の機能を行使するための油圧ポンプ１００ａ，１００ｂ，１００ｃを包含する。さらに、上昇シリンダ５ａ，５ｂとして知られる２本の動作シリンダがアームユニット４の上昇および下降のために配置され、傾斜シリンダ６として知られる別の動作シリンダが、アームユニット４に対するバケット３の内傾斜または外傾斜のために配置されている。加えて、操縦シリンダ７ａ，７ｂとして知られる２本の動作シリンダがホイールローダ１の操縦のために配置されている。３台の油圧ポンプ１００ａ，１００ｂ，１００ｃは、油圧シリンダに油圧オイルを供給するのに適応している。作業機械のオペレータは、制御ユニット（不図示）に接続された機器により動作シリンダを制御できる。

図３は、先行技術によるホイールローダ１の伝達系１１の概略図である。伝達系１１の一端部には内燃エンジン１２が配置されている。伝達系１１の他端部は、ホイールローダ１の駆動輪１３に結合されている。内燃エンジン１２は、伝達系１１を介してホイールローダ１の駆動輪１３にトルクを供給する。図のように、伝達系１１は、車両１の速度を変化させるためと、ホイールローダ１の前進および後退の運転方向の間を切り替えるためのギヤボックス１４を包含する。内燃エンジン１２とギヤボックス１４との間には流体力学的コンバータ１５が配置されている。ホイールローダ１の伝達系１１は、上昇動作およびホイールローダ１の操縦のため油圧システムの油圧ポンプ１０を駆動するための手段を有する。先行技術によれば、好ましくはトルクコンバータ１５とギヤボックス１４との間に配置された歯車１６を介して、内燃エンジン１２により油圧ポンプ１０が駆動される。

本発明による作業機械１の伝達系１１０が、図４に概略的に示されている。伝達系１１０の一端部には、内燃エンジン１２０の形の動力源が配置されている。伝達系１１０の他端部は、作業機械１の駆動輪１３０に結合されている。内燃エンジン１２０は、伝達系１１０を介して作業機械１の駆動輪１３０にトルクを供給する。図示されているように、伝達系１１０は、車両１の速度を変化させるためと、作業機械１の前進および後退の運転方向の間を切り替えるためのギヤボックス１４０を包含する。図４に示された実施例では、伝達系１１０は、駆動輪１３０に対する内燃エンジン１２０の嵌合および解離のための伝達ユニット１５０も包含する。伝達ユニット１５０は、好ましくは流体力学的コンバータと呼ばれるタイプの油圧クラッチである。トルクコンバータはトルクを上昇させることができ、これはトルクコンバータの出力トルクが例えば内燃エンジン１２０のトルクの１〜３倍の間であることを意味する。さらにトルクコンバータは、トルクの上昇を伴わない直接動作のための空転機能およびロックアップ機能を有することが好ましい。ゆえに、ロックアップ状態におけるトルクコンバータの伝達比は一定で、好ましくは概ね１：１である。しかし代替実施例において伝達ユニット１５０は、解離またはトルクを上昇させない直接動作のための通常のクラッチであってもよい。このようなクラッチは、油圧クラッチばかりでなく機械クラッチでもよい。

本発明によれば、作業機械１の伝達系１１０は、駆動輪１３０を駆動または制動するため、および／または、少なくとも１個の油圧ポンプ１００ａ，１００ｂ，１００ｃに電気によって動力供給するための少なくとも１個の第２電気機械１７ａ，１７ｂを包含する。

図４に示された実施例は、図２を参照して説明された機能を提供するのに使用される３台の油圧ポンプを有するが、別の実施例では、これらの機能および／または他の機能を提供するため、１台、２台、４台、もしくはそれ以上の油圧ポンプが油圧システム２０で使用されてもよい。本発明の好適な実施例では、作業機械は少なくとも二つの実行および／または操縦機能を有し、各実行および／または操縦機能のために少なくとも１台の油圧ポンプが配置されている。図２と４に概略的に示された実施例では、作業機械は３台の油圧ポンプ１００ａ，１００ｂ，１００ｃを有し、第１油圧ポンプ１００ａは実行部の上昇および下降機能を提供するように配置され、第２油圧ポンプ１００ｂは実行部の傾斜機能を提供するように配置され、第３油圧ポンプ１００ｃは作業機械の操縦機能を提供するように配置されている。これらの機能のための独立した油圧ポンプにより、作業機械の動作は一層最適化され、こうして合計エネルギー消費量が低下する。

ポンプへのエネルギーの個別供給およびポンプからのエネルギーの抽出のため、独立した第１電気機械１８ａ，１８ｂ，１８ｃが油圧ポンプ１００ａ，１００ｂ，１００ｃの各々に駆動接続されている。さらに、油圧回路１２１，１２２，１２３と伝達系１１０との間の動力の交換のため、少なくとも１台の第２電気機械１７ａ，１７ｂが第１電気機械に機能的に接続されている。

こうして、電気により駆動される各第１電気機械（モータ／発電機）１８ａ，１８ｂ，１８ｃを介して、第２電気機械１７ａ，１７ｂは油圧ポンプ１００ａ，１００ｂ，１００ｃに電気接続されている。第２電気機械１７ａ，１７ｂは油圧ポンプの第１電気機械に直接接続されるばかりでなく、油圧ポンプの第１電気機械に接続されるバッテリまたはスーパーコンデンサなどの電気エネルギー蓄積手段１９にも接続されている。作業機械１は、エネルギーを蓄積して、油圧ポンプまたは電気機械１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ，１８ｃにエネルギーを提供するためのこのような電気エネルギー蓄積手段１９を包含することが好ましい。さらに、図４に示されたシステムの様々な部分におけるエネルギー伝達を制御するのに従来の制御ユニット（不図示）を使用できる。図１と２に関連して説明したように、作業機械１は、油圧システム２０により作動するバケット３の形の実行部２を有する。しかし、当然ながら他の実行部も使用可能であることが強調されるべきである。連結輸送車またはトラックなどの作業機械に本発明を適用する際には、代わりに実行部は例えばダンプボデーでもよい。通常、油圧ポンプおよび動作シリンダは、放下動作中のダンプボデーの作業に使用される。

好ましくは、伝達系１１０は２台の第２電気機械１７ａ，１７ｂを包含し、そのうちの１台１７ａは伝達ユニット１５０の上流に配置され、二番目の１７ｂは伝達ユニット１５０の下流に配置される。２台の第２電気機械を使用することにより、可能な動作モードの数が増加する。図４に示された実施例では、伝達系は、内燃エンジン１２０と伝達ユニット１５０との間に配置された１台の電気機械１７ａと、伝達ユニット１５０とギヤボックス１４０との間に配置された１台の電気機械１７ｂとを包含する。第２電気機械１７ａ，１７ｂは、電気機械１７ａ，１７ｂを介して内燃エンジン１２０から駆動輪１３０へトルクを伝達するため相互に電気接続されている。さらに、第２電気機械は、電気エネルギー蓄積手段１９と、油圧ポンプの各第１電気機械（モータ）１８ａ，１８ｂ，１８ｃとに電気接続されている。最初の第２電気機械１７ａは、油圧ポンプ、電気エネルギー蓄積手段１９、あるいは他の第２電気機械１７ｂへエネルギーを直接供給するため、内燃エンジン１２０により駆動される。他の第２電気機械１７ｂは、作業機械１の制動動作中に作業機械の駆動輪１３０を制動するためと、油圧ポンプへ、または電気エネルギー蓄積手段１９へエネルギーを直接供給するために使用される。電気機械１７ａまたは他の電気機械１７ｂが、作業機械１の駆動輪１３０を駆動するために電気エネルギー蓄積手段１９によっても動力供給されるか、同じ理由から他の第２電気機械１７ｂが最初の第２電気機械１７ａにより動力供給される。

２台の電気機械を包含する伝達系１１０が好適であるが、図４において第２電気機械１７ｂが配置されているのと同じように、好ましくは伝達ユニットと駆動輪の間でギヤボックスの上流、つまり伝達ユニットとギヤボックスとの間に配置される電気機械を１台のみ使用することによっても、利点が得られる。各駆動輪についてこのような電気機械を１台使用することも可能である。このような場合には通常、４本の駆動輪を駆動するのに４台の電気機械が使用される。この時に各電気機械は、各ギヤボックスを介して各駆動輪に接続されることが好ましい。

さらに、例えば図３に関連して記載されたような内燃エンジンにより油圧ポンプが駆動される先行技術を、油圧ポンプを駆動するための電気機械と組み合わせることが可能であろう。この時、動作を最適化するように、油圧ポンプは内燃エンジンおよび／または電気機械により異なる時に駆動される。

加えて、電機エネルギー蓄積手段１９により蓄積されたエネルギーが、場合により、コンプレッサ、ファン、アクチュエータなど、ホイールローダの他の機能６１に使用されてもよい。

伝達系１１０に包含される少なくとも１台の第２電気機械１７ａ，１７ｂは、駆動輪１３０を駆動または制動する、および／または少なくとも１台の油圧ポンプ１００ａ，１００ｂ，１００ｃのために電力を発生させるのに使用される。１台以上の第２電気機械１７ａ，１７ｂからの動力により油圧ポンプを作動させることによって得られる長所に加えて、第２電気機械１７ａ，１７ｂは駆動輪１３０にトルクを供給するのに使用される。内燃エンジン１２０および／または単数または複数の電気機械１７ａ，１７ｂの使用を現在の条件に適応させることにより、伝達系１１０の総合効率を向上させられる。

図４を参照すると、
ロックアップまたはトルクコンバータ１５０とともに内燃エンジン１２０により、
ロックアップまたはトルクコンバータ１５０とともに、内燃エンジン１２０、および／または第２電気機械の一方１７ａ、および／または第２電気機械の他方１７ｂにより、
ロックアップまたはトルクコンバータ１５０なしで、第２電気機械の一方１７ａおよび第２電気機械の他方１７ｂにより、
ロックアップまたはトルクコンバータ１５０なしで第２電気機械の他方１７ｂにより、
駆動輪１３０が駆動される。

第２電気機械１７ａは、電気を発生するため内燃エンジン１２０により、またはトルクを提供するため電気エネルギー蓄積手段１９により駆動され、他の第２電気機械１７ｂはトルクを提供するため最初の第２電気機械１７ａまたは電気エネルギー蓄積手段１９により駆動される。トルクコンバータ１５０は、普通の油圧または機械クラッチで置き換えられ、流体力学的トルクコンバータのロックアップ状態の場合と同じ代替案となる。

図５には、作業機械に電気を供給するための電力発生モータ２００を包含する作業機械が図示されている。作業機械は、機能の各々について１個の油圧回路で、少なくとも２個の油圧回路１２１，１２２，１２３を包含し、各油圧回路は関連する実行または操縦機能を行使するための少なくとも１台の油圧ポンプ１００ａ，１００ｂ，１００ｃを包含する。さらに、ポンプへのエネルギーの個別供給とポンプからのエネルギーの抽出のため、油圧ポンプ１００ａ，１００ｂ，１００ｃの各々には独立した第１電気機械１８ａ，１８ｂ，１８ｃが駆動接続されている。

作業機械はさらに、駆動輪１３０を介して作業機械を作動させるための伝達系２１０を包含し、伝達系は、油圧回路１２１，１２２，１２３と伝達系１１０，２１０，３１０との間の動力の交換のため第１電気機械に機能的に接続された少なくとも１台の第２電気機械１７を包含する。こうして、電力発生モータ２００は、第１電気機械１８ａ，１８ｂ，１８ｃを介して少なくとも１台の電気機械１７と少なくとも１台の油圧ポンプ１００ａ，１００ｂ，１００ｃとに電気を供給するように配置されている。

作業機械の駆動輪と電気の形のエネルギーを供給するモータとを駆動するための少なくとも１台の電気機械を設けて、電力発生モータが少なくとも１台の電気機械と少なくとも１台の油圧ポンプとに電気を供給するように構成されることにより、電力発生モータ、例えば発電機を備える内燃エンジンからのエネルギーがより効率的に使用され、総合エネルギー消費量が低下する。電力発生モータの回転速度を適応させる必要なく、油圧システムの駆動が可能である。さらに電気機械は、ホイールローダなどの作業機械の制動動作中にブレーキとして使用されるのと同時に、エネルギーを回収するための発電機として機能する。電力発生モータからのエネルギーは電気機械および油圧システムへ直接供給されるか、バッテリ、スーパーキャパシタなどの電気エネルギー蓄積手段に蓄積されて後で使用される。

さらに、駆動輪を逆方向に駆動するのに電気機械が使用される。これは、ギヤボックスの後退ギヤが不要であることを意味する。

図５に示された作業機械は１台の電気機械１７を有するが、２台以上の電気機械を有することが可能である。例えば、作業機械は各駆動輪について１台の電気機械を包含してもよい。この場合、４本の駆動輪を駆動するのに、通常は４台の電気機械が使用される。各電気機械は、各ギヤボックスを介して各駆動輪に接続されることが好ましい。

作業機械は、電力発生モータ２００から、および／または少なくとも１台の電気機械１７からのエネルギーを蓄積するための電気エネルギー蓄積手段１９を包含する。この電気エネルギー蓄積手段１９はこの時、少なくとも１台の電気機械１７、および／または少なくとも１台の油圧ポンプ１００ａ，１００ｂ，１００ｃに電気を提供するのに使用される。

少なくとも１台の電気機械１７のうち１台以上は、駆動輪１３０の駆動に加えて、作業機械の制動動作中に作業機械の駆動輪を制動するのに使用される。同時に電気機械１７は、エネルギーを回収するための発電機として機能し、エネルギーは、電気エネルギー蓄積手段１９に蓄積される、および／または油圧システム２０に使用される。

本発明の好適な実施例では、作業機械は少なくとも二つの実行および／または操縦機能を有し、各実行および／または操縦機能について少なくとも１台の油圧ポンプが配置されている。図２と５に概略的に示された実施例では、作業機械は３台の油圧ポンプ１００ａ，１００ｂ，１００ｃを包含し、第１油圧ポンプ１００ａは実行部の上昇および下降機能を提供するように構成され、第２油圧ポンプ１００ｂは実行部の傾斜機能を提供するように構成され、第３油圧ポンプ１００ｃは作業機械の操縦機能を提供するように構成されている。これらの機能のための独立した油圧ポンプにより、作業機械の動作が一層最適化され、ゆえに総合エネルギー消費量が低下する。

図６は、本発明による作業機械の伝達系３１０の別の変形例を示す概略図である。図６では２台の第２電気機械１７ａ，１７ｂの間に伝達ユニット１５０が設けられていないという点で、伝達系３１０は図４の伝達系１１０と異なっている。

図６に概略的に示された作業機械は、実行部２の作動および／または機械の操縦を包含する少なくとも二つの機能に適応しており、機械は、機能の各々に１個の油圧回路である３個の油圧回路１２１，１２２，１２３を包含し、各油圧回路は関連の実行または操縦機能を行使するための１台の油圧ポンプ１００ａ，１００ｂ，１００ｃを包含する。ポンプへのエネルギーの個別供給とポンプからのエネルギーの抽出のため、油圧ポンプ１００ａ，１００ｂ，１００ｃの各々には独立した第１電気機械１８ａ，１８ｂ，１８ｃが駆動接続されている。

さらに、駆動輪１３０を介して作業機械を作動させるための伝達系３１０は、油圧回路１２１，１２２，１２３と伝達系３１０との間の動力の交換のため第１電気機械に機能的に接続された２台の第２電気機械１７ａ，１７ｂを包含する。

動力源１２０は、第２電気機械１７ａのみに動力を供給するように第２電気機械の一つ１７ａに機能的に接続されている。伝達系３１０はさらに別の第２電気機械１７ｂを包含し、動力源１２０に機能的に接続された第２電気機械１７ａは、動力の交換のため、この別の第２電気機械１７ｂに機能的に接続されている。

本発明の範囲において、電力発生モータ２００は、電気の提供が可能である限り、多様な形での設計が可能である。一つの選択肢は、電気を提供するための燃料電池を使用することである。電力発生モータの別の例は、発電機を備える内燃エンジンである。別の解決法は、発電機を備えるガスタービンを使用することである。電力発生モータは、発電機を備えるフリーピストンエンジンでもよい。

出願を通して、「駆動輪」の語は地面と直接嵌合するための車輪ばかりでなく、キャタピラ、クローラなどの地面嵌合部材を駆動するための車輪も包含することを意味する。

本発明は、上述され図面に示された実施例に限定されないことを理解すべきである。むしろ、熟練者であれば、添付の請求項の範囲において多くの変更および変形が可能であることを認めるだろう。

例えば、必ずしも作業機械そのものにおいて動力が発生されなくてもよい。例えば、外部動力源が使用されてもよい。より詳しく述べると、一般的な電気供給ネットワークへの接続のための手段を作業機械が備えてもよいのである。このような場合、作業機械のエネルギー蓄積手段は実質的でなければならない。

積載作業のためのバケットを有するホイールローダと、バケットの操作とホイールローダの操縦のための油圧システムとを図示する側面図である。ホイールローダのための油圧システムの概略図である。先行技術によるホイールローダの伝達系についての概略図である。本発明による作業機械の伝達系についての概略図である。本発明による作業機械の伝達系の第一変形例についての概略図である。本発明による作業機械の伝達系の第二変形例についての概略図である。先行技術によるホイールローダの短サイクル動作モードについての概略図である。

Claims

実行部（２）を作動させることおよび／または作業機械（１）を操縦することを包含する少なくとも二つの機能に適応した作業機械（１）において、該機械が、
前記機能の各々に１個の油圧回路である少なくとも２個の油圧回路（１２１，１２２，１２３）であって、各油圧回路が、関連する実行または操縦機能を行使するための少なくとも１台の油圧ポンプ（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）を包含する、少なくとも２個の油圧回路と、
前記油圧ポンプ（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）への個別エネルギー供給および該ポンプからのエネルギー抽出のため該ポンプの各々に駆動接続された、独立した第１電気機械（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ）と、
駆動輪（１３０）を介して前記作業機械を作動させるための伝達系（１１０，２１０，３１０）であって、前記油圧回路（１２１，１２２，１２３）と該伝達系（１１０，２１０，３１０）との間の動力の交換のため前記第１電気機械に機能的に接続された少なくとも１台の電気機械（１７ａ，１７ｂ）を包含する伝達系と、
を包含することを特徴とする、作業機械。
前記油圧回路（１２１，１２２，１２３）と前記伝達系（１１０，２１０，３１０）とへ動力を提供するのに適応した動力源（１２０，２００）を包含することを特徴とする、請求項１に記載の作業機械。
前記動力源（１２０）が内燃エンジンにより構成されることを特徴とする、請求項２に記載の作業機械。
前記伝達系（１１０）が、前記駆動輪（１３０）に対する前記動力源（１２０）の嵌合および解離のための伝達ユニット（１５０）を包含することを特徴とする、請求項２または３に記載の作業機械。
前記伝達ユニットが流体力学的トルクコンバータ（１５０）であることを特徴とする、請求項４に記載の作業機械。
前記流体力学的トルクコンバータ（１５０）が、該トルクコンバータの伝達比が固定されるロックアップ機能を有することを特徴とする、請求項５に記載の作業機械。
前記伝達ユニット（１５０）が機械クラッチであることを特徴とする、請求項４に記載の作業機械。
前記少なくとも１台の第２電気機械（１７ａ）のうち１台のみに動力を供給するように、前記動力源（１２０，２００）が該第２電気機械の１個（１７ａ）に機能的に接続されることを特徴とする、請求項２または３に記載の作業機械。
前記伝達系（２１０，３１０）が別の第２電気機械（１７ｂ）を包含することと、前記動力源（１２０，２００）に機能的に接続された前記第２電気機械（１７ａ）が、動力の交換のため該別の第２電気機械（１７ｂ）に機能的に接続されることとを特徴とする、請求項８に記載の作業機械。
前記動力源（２００）が、電気を供給するための電力発生モータ（２００）であることを特徴とする、請求項２または３に記載の作業機械。
前記電力発生モータ（２００）が燃料電池である、請求項１０に記載の作業機械。
前記電力発生モータ（２００）が、発電機を備える内燃エンジンである、請求項１０に記載の作業機械。
前記電力発生モータ（２００）が、発電機を備えるガスタービンである、請求項１０に記載の作業機械。
前記電力発生モータ（２００）が、発電機を備えるフリーピストンエンジンである、請求項１０に記載の作業機械。
前記伝達系（２１０，３１０）がギヤボックス（１４０）を包含することを特徴とする、請求項１乃至１４のいずれかに記載の作業機械。
前記作業機械（１）が、前記第１電気機械（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ）および／または少なくとも１台の第２電気機械（１７ａ，１７ｂ）に機能的に接続された電機エネルギー蓄積手段（１９）を包含することを特徴とする、請求項１乃至１５のいずれかに記載の作業機械。
前記電気機械（１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ）の１台以上が、前記電気機械が発電機として機能する時に前記電気エネルギー蓄積手段（１９）を充電するように構成されることを特徴とする、請求項１５に記載の作業機械。
前記少なくとも１台の第２電気機械（１７ａ，１７ｂ）のうち１台以上が、前記作業機械（１）の制動動作中に該作業機械の前記駆動輪（１３０）を制動するように構成されることを特徴とする、請求項１乃至１７のいずれかに記載の作業機械。
前記少なくとも１台の第２電気機械（１７ａ，１７ｂ）のうち１台以上が、前記実行部（２）の操作中または前記作業機械（１）の加速中に、該作業機械（１）の前記駆動輪（１３０）を駆動するように構成されることを特徴とする、請求項１乃至１８のいずれかに記載の作業機械。
前記少なくとも１台の第２電気機械（１７ａ，１７ｂ）のうち１台以上が、前記内燃エンジン（１２０）の回転速度と前記伝達系（１１０）の回転速度とを相互に適合させることにより前記伝達ユニット（１５０）の直接動作状態の結合または切断を容易にするように構成されることを特徴とする、請求項４乃至７のいずれかに記載の作業機械。
前記作業機械が、３台の油圧ポンプ、つまり前記実行部の上昇および下降機能を提供するように構成された第１油圧ポンプ（１００ａ）と、該実行部の傾斜機能を提供するように構成された第２油圧ポンプ（１００ｂ）と、該作業機械の操縦機能を提供するように構成された第３油圧ポンプ（１００ｃ）とを包含することを特徴とする、請求項１乃至２０のいずれかに記載の作業機械。
前記作業機械がホイールローダ（１）である、請求項１乃至２１のいずれかに記載の作業機械。