JP2010149614A - 作業車両の車軸駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】油圧モータ37L・37Rのモータ軸58L・58Rの周囲に電動発電機34L・34Rのインナーロータ75を設け、該インナーロータ75は、前記モータ軸58L・58Rと同一軸心上を一体的に回動可能な連結構成とした。
【選択図】図3
Description
しかし、該技術においては、前記車軸はエンジンからのエンジン動力のみを使用して駆動されるため、発進時等のエンジンの低回転領域では、消費燃料に対する出力トルクの効率(以下、「エンジン効率」とする。)が低く、省エネの観点から好ましくない。そこで、車軸の駆動源として前記エンジンに加えて電動発電機を併用する駆動形式(以下、「ハイブリッド駆動」とする。)が考えられている。
該ハイブリッド駆動においては、油圧モータと、該油圧モータの駆動を補助する電動発電機とを別個に形成し、前記油圧モータからのエンジン動力と電動発電機からの電動機動力とを合成したものが、前記出力部材を介して車軸に伝達される。
該電動発電機は、電動機として車軸を駆動する動作形式(以下、「電動機動作」とする。)、または、発電機として電力を発生する動作形式(以下、「発電機動作」とする。)を行うことができ、前述したような、エンジン効率の悪い低回転領域では、蓄えた電力を使用して電動機動作を行うことにより、油圧モータの駆動を補助し、エンジン効率の良い高回転領域では、発電機動作により、前記電動機動作に必要な電力を発生させる。
更に、モータ軸を駆動する動力は、前述のように、エンジン負荷の大小に関係なく、常にエンジン動力が主体であって電動機動力は補助動力にすぎないため、燃費や排出ガスを十分に低減することができず、省エネ効果が小さい、という問題があった。
すなわち、請求項1においては、エンジンによって駆動される油圧ポンプに閉回路を介して流体接続される油圧モータを設け、該油圧モータからの回転動力を車軸に伝達する出力部材を有する作業車両の車軸駆動装置において、前記油圧モータのモータ軸の周囲に電動発電機のインナーロータを設け、該インナーロータは、前記モータ軸と同一軸心上を一体的に回動可能な連結構成としたものである。
請求項2においては、前記モータ軸と出力部材との間に、遊星ギア機構による減速装置を介設するものである。
請求項3においては、前記電動発電機は、発電機動作によって制動時や降坂時に発生する回生電力をバッテリに蓄え、該バッテリからの放電電力を使用して電動機動作を行い前記モータ軸を駆動する制御構成とするものである。
請求項4においては、前記制御構成において、車両発進時は、油圧モータによる駆動よりも電動発電機の電動機動作による駆動を主体とし、車両移動・作業・車両停止時には、電動発電機の電動機動作のみにより駆動する形式の通常駆動モードと、車両発進時は、電動発電機の電動機動作による駆動よりも油圧モータによる駆動を主体とし、車両移動・作業・車両停止時には、油圧モータによる駆動よりも電動発電機の電動機動作による駆動を主体とする形式の高負荷駆動モードとを設け、該高負荷駆動モードと前記通常駆動モードとの間を、エンジン負荷の大きさに応じて自動で切り替え可能とするものである。
請求項5においては、前記電動発電機の電動機動作のみにより車軸を駆動する場合には、前記閉回路を構成するメイン油路の一対の油路間をバイパスさせるものである。
請求項6においては、前記電動発電機の電気回路にエラーが検出された場合、または前記バッテリからの放電電力が所定レベル以下まで低下した場合は、前記閉回路を構成するメイン油路の一対の油路間のバイパスを閉じるものである。
請求項7においては、前記インナーロータは、マグネットを支持部材の外周に配設して構成し、該支持部材は、前記油圧モータから出力部材と反対側に突出するモータ軸の突出部分に固設するものである。
請求項8においては、前記インナーロータは、マグネットを支持部材の外周に配設して構成し、該支持部材は、前記油圧モータから出力部材側に延出するモータ軸の途中部に固設すると共に、前記マグネットは、前記油圧モータを収容する油圧ケースと、該油圧ケースの外周に覆設された電動ケースとの間に配置するものである。
請求項9においては、前記インナーロータは、マグネットのみで構成し、該マグネットは、前記油圧モータのシリンダブロックの外周面に配設するものである。
請求項10においては、前記油圧モータの油路を内部に形成するセンターセクションは、該油圧モータと前記出力部材との間に介設するものである。
すなわち、請求項1においては、エンジンによって駆動される油圧ポンプに閉回路を介して流体接続される油圧モータを設け、該油圧モータからの回転動力を車軸に伝達する出力部材を有する作業車両の車軸駆動装置において、前記油圧モータのモータ軸の周囲に電動発電機のインナーロータを設け、該インナーロータは、前記モータ軸と同一軸心上を一体的に回動可能な連結構成としたので、ハイブリッド駆動を導入するに際し、油圧モータと電動発電機を一体的に並設することができ、油圧モータと電動発電機の配置空間が小さくて済み、ハイブリッド駆動可能な車軸駆動装置のコンパクト化を容易に図ることができる。更には、前記油圧モータと電動発電機を別々に収納するための多数のケースや、両装置間の長いリンク機構が不要となり、部品点数が減って部品コストが減少すると共に、動力伝達ロスも低減することができる。
請求項2においては、前記モータ軸と出力部材との間に、遊星ギア機構による減速装置を介設するので、減速装置を小さくし、該減速装置付きであっても小型の車軸駆動装置を形成することができ、出力部材から車軸までの伝達経路途中に、通常の多段ギアからなる大きな減速装置を別途に設ける必要がなく、作業車両のコンパクト化を図ることができる。
請求項3においては、前記電動発電機は、発電機動作によって制動時や降坂時に発生する回生電力をバッテリに蓄え、該バッテリからの放電電力を使用して電動機動作を行い前記モータ軸を駆動する制御構成とするので、制動時や降坂時に発生する回生電力を使用して電動機動作を行うことができ、作業車両の運動エネルギーを有効に利用し、大きな省エネ効果を得ることができる。
請求項4においては、前記制御構成において、車両発進時は、油圧モータによる駆動よりも電動発電機の電動機動作による駆動を主体とし、車両移動・作業・車両停止時には、電動発電機の電動機動作のみにより駆動する形式の通常駆動モードと、車両発進時は、電動発電機の電動機動作による駆動よりも油圧モータによる駆動を主体とし、車両移動・作業・車両停止時には、油圧モータによる駆動よりも電動発電機の電動機動作による駆動を主体とする形式の高負荷駆動モードとを設け、該高負荷駆動モードと前記通常駆動モードとの間を、エンジン負荷の大きさに応じて自動で切り替え可能とするので、エンジン負荷が通常の場合は、発進を除く多くの走行状態で、電動発電機による電動機動力のみで作業車両を駆動し、エンジン負荷が設定値よりも大きい場合にのみ、全ての走行状態で、エンジン動力と電動機動力によるハイブリッド駆動を行うことができ、エンジンの稼働時間をきめ細かく制御して消費燃料や排出ガスを著しく低減し、大きな省エネ効果を得ることができる。
請求項5においては、前記電動発電機の電動機動作のみにより車軸を駆動する場合には、前記閉回路を構成するメイン油路の一対の油路間をバイパスさせるので、前記閉回路内の作動油の油圧を低下させて、モータ軸が油圧ポンプや油圧モータから受ける負荷を減少させ、電動機動作時のモータ軸の回転抵抗を小さくすることができ、バッテリからの放電電力を大きな損失なく電動機動作に使用して、更に大きな省エネ効果を得ることができる。
請求項6においては、前記電動発電機の電気回路にエラーが検出された場合、または前記バッテリからの放電電力が所定レベル以下まで低下した場合は、前記閉回路を構成するメイン油路の一対の油路間のバイパスを閉じるので、前記閉回路内の作動油の油圧を正常圧に戻し、油圧モータのみによる駆動を可能にすることができ、たとえ電動機動作が不調・不能で電動発電機が使用できない場合であっても、安定した車軸駆動を確保することができる。
請求項7においては、前記インナーロータは、マグネットを支持部材の外周に配設して構成し、該支持部材は、前記油圧モータから出力部材と反対側に突出するモータ軸の突出部分に固設するので、前記油圧モータのモータ軸上に連設するようにして電動発電機を設け、従来の構造を大きく変更することなく車軸駆動装置を形成することができ、製造コストが低下し、更には、部品の共有化も可能となり、在庫管理が容易となって管理コストの低減やメンテナンス性の向上を図ることができる。
請求項8においては、前記インナーロータは、マグネットを支持部材の外周に配設して構成し、該支持部材は、前記油圧モータから出力部材側に延出するモータ軸の途中部に固設すると共に、前記マグネットは、前記油圧モータを収容する油圧ケースと、該油圧ケースの外周に覆設された電動ケースとの間に配置するので、油圧ケースと電動ケースを内外二重構造に形成することができ、モータ軸の軸長を短くして車軸駆動装置の軸方向長さを短縮し、車軸駆動装置の更なるコンパクト化を図ることができる。
請求項9においては、前記インナーロータは、マグネットのみで構成し、該マグネットは、前記油圧モータのシリンダブロックの外周面に配設するので、前記マグネットを支持する支持部材を省略すると共に、油圧モータを収容する油圧ケース内に電動発電機を一緒に内蔵することにより、電動発電機を収容する電動ケースも省略することができ、部品点数の減少による部品コストの低減や車軸駆動装置の更なるコンパクト化を図ることができる。
請求項10においては、前記油圧モータの油路を内部に形成するセンターセクションは、該油圧モータと前記出力部材との間に介設するので、前記油圧モータのシリンダブロックの回転摺動面を、車軸駆動装置の軸心方向で剛性の高い中央寄りに配置することができ、モータ軸の駆動による振動や騒音を軽減することができる。
図1は本発明に係わる作業車両の全体構成を示す側面図、図2は作業車両の油圧回路図、図3は第一実施例の車軸駆動装置の背面一部断面図、図4はハイブリッド駆動制御システムを示すブロック図、図5は各駆動モードの説明図、図6はハイブリッド駆動制御システムの制御手順を示すフローチャート図、図7は第二実施例の車軸駆動装置の背面一部断面図、図8は第三実施例の車軸駆動装置の背面一部断面図、図9は第四実施例の車軸駆動装置の背面一部断面図である。
該作業車両1の前後には、前フレーム3と後フレーム4が配置され、該前フレーム3と後フレーム4との間は、枢支軸5によって互いに水平揺動可能に接続されると共に、左右の前輪7L・7Rと左右の後輪8L・8Rによって走行可能に支持されている。なお、前記前輪7L・7Rについての詳しい説明は省略するが、該前輪7L・7Rは、駆動タイプ、従動タイプのいずれでもよく、特に限定されるものではない。
該油圧回路28は、前記ポンプ装置9と左右の車軸駆動装置2L・2Rに加え、これらポンプ装置9と車軸駆動装置2L・2Rとの間は、二本の油路30a・30bから成るメイン油路30、前記ポンプ装置9に供給する作動油を貯留する作動油タンク29、及び前記左右の車軸駆動装置2L・2Rにおける左右の電動発電機34L・34Rの動作等を制御するコントローラ32等により構成されている。
なお、左右の車軸駆動装置2L・2Rは互いに略同一構造を有し、一方が他方に対して180度反転された状態で前記前フレーム3の下方に配設されているため、本実施例では、進行方向左側の車軸駆動装置2Lについてのみ説明し、進行方向右側の車軸駆動装置2Rについての説明は省略する。更に、以下の説明において、作業車両1の進行方向に向かって右側を右方(図3に示す矢印109の方向)、その反対側を左方とする。
該駆動制御システム95には、前記電動発電機34L・34Rとバイパス弁51を備え、該電動発電機34L・34Rのステータコイル74・74と、前記バイパス弁51のソレノイド51aが、前記コントローラ32に接続されている。
ハイブリッド駆動制御が開始されると、前記モードセンサ106からの操作モード信号と駆動モード信号、発進センサ100からの発進信号、方向センサ97からの前後進信号と加速制動信号、エンジン負荷センサ98からのエンジン負荷信号、車速センサ107からの車速信号、電気回路センサ101からの回路信号、及び前記バッテリセンサ102からの充電信号が、前記コントローラ32に読み込まれる(ステップS1)。
該車軸駆動装置2Laは、油圧モータ37Laを収容する油圧ケース57Laの外周を、更に電動ケース73aで覆い、該電動ケース73aと前記油圧ケース57Laとの間に、電動発電機34Laを介設して成る内外二重構造を形成したものである。
該車軸駆動装置2Lbは、前記マグネット75bをシリンダブロック67の外周面に配設することにより、該シリンダブロック67を前記支持部材75aとして兼用して支持部材75aを省略すると共に、単一の油圧ケース57Lb内に電動発電機34Lbと油圧モータ37Lbを一緒に内蔵することにより、電動ケースまでも省略したものである。
該車軸駆動装置2Lcは、前記車軸駆動装置2Lbと同様に、前記マグネット75bをシリンダブロック67の外周面に配設することにより、該シリンダブロック67を前記支持部材75aとして兼用して支持部材を省略すると共に、単一の油圧ケース57Lc内に電動発電機34Lcと油圧モータ37Lcを一緒に内蔵することにより、電動ケースを省略し、それに加えて、油圧モータの油路を内部に形成するセンターセクション110を車軸駆動装置2Lcの軸心方向で中央寄りに配置することにより、モータ軸58Lcの振動や騒音を軽減したものである。
2L・2R・2La・2Lb・2Lc 車軸駆動装置
6 エンジン
14 油圧ポンプ
30 メイン油路
30a・30b 油路
32 コントローラ
33 バッテリ
34L・34R 電動発電機
37L・37R・37La・37Lb・37Lc 油圧モータ
47 閉回路
56L・56R 減速装置
57La 油圧ケース
58L・58R・58La モータ軸
59L・59R 車軸
60L・60R 出力部材
67 シリンダブロック
73a 電動ケース
75 インナーロータ
75a 支持部材
75b マグネット
82a・82b 遊星ギア機構
110 センターセクション
Claims (10)
- エンジンによって駆動される油圧ポンプに閉回路を介して流体接続される油圧モータを設け、該油圧モータからの回転動力を車軸に伝達する出力部材を有する作業車両の車軸駆動装置において、前記油圧モータのモータ軸の周囲に電動発電機のインナーロータを設け、該インナーロータは、前記モータ軸と同一軸心上を一体的に回動可能な連結構成としたことを特徴とする作業車両の車軸駆動装置。
- 前記モータ軸と出力部材との間に、遊星ギア機構による減速装置を介設することを特徴とする請求項1に記載の作業車両の車軸駆動装置。
- 前記電動発電機は、発電機動作によって制動時や降坂時に発生する回生電力をバッテリに蓄え、該バッテリからの放電電力を使用して電動機動作を行い前記モータ軸を駆動する制御構成とすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の作業車両の車軸駆動装置。
- 前記制御構成において、車両発進時は、油圧モータによる駆動よりも電動発電機の電動機動作による駆動を主体とし、車両移動・作業・車両停止時には、電動発電機の電動機動作のみにより駆動する形式の通常駆動モードと、車両発進時は、電動発電機の電動機動作による駆動よりも油圧モータによる駆動を主体とし、車両移動・作業・車両停止時には、油圧モータによる駆動よりも電動発電機の電動機動作による駆動を主体とする形式の高負荷駆動モードとを設け、該高負荷駆動モードと前記通常駆動モードとの間を、エンジン負荷の大きさに応じて自動で切り替え可能とすることを特徴とする請求項3に記載の作業車両の車軸駆動装置。
- 前記電動発電機の電動機動作のみにより車軸を駆動する場合には、前記閉回路を構成するメイン油路の一対の油路間をバイパスさせることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の作業車両の車軸駆動装置。
- 前記電動発電機の電気回路にエラーが検出された場合、または前記バッテリからの放電電力が所定レベル以下まで低下した場合は、前記閉回路を構成するメイン油路の一対の油路間のバイパスを閉じることを特徴とする請求項3から請求項5のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
- 前記インナーロータは、マグネットを支持部材の外周に配設して構成し、該支持部材は、前記油圧モータから出力部材と反対側に突出するモータ軸の突出部分に固設することを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
- 前記インナーロータは、マグネットを支持部材の外周に配設して構成し、該支持部材は、前記油圧モータから出力部材側に延出するモータ軸の途中部に固設すると共に、前記マグネットは、前記油圧モータを収容する油圧ケースと、該油圧ケースの外周に覆設された電動ケースとの間に配置することを特徴とする請求項1から請求項7のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
- 前記インナーロータは、マグネットのみで構成し、該マグネットは、前記油圧モータのシリンダブロックの外周面に配設することを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
- 前記油圧モータの油路を内部に形成するセンターセクションは、該油圧モータと前記出力部材との間に介設することを特徴とする請求項1から請求項9のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
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