JP2012250830A

JP2012250830A - 作業車両

Info

Publication number: JP2012250830A
Application number: JP2011126265A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Okubo; 優介大久保
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2011-06-06
Filing date: 2011-06-06
Publication date: 2012-12-20
Also published as: TW201302574A; CN102815485A

Abstract

【課題】作業時に得られるエネルギを回生可能な作業車両を提供する。
【解決手段】油圧アクチュエータＣ１〜Ｃ６によって駆動される作業装置１と、少なくとも一部の油圧アクチュエータＣ６を作動させる油圧を発生するポンプ３１０と、ポンプを駆動するモータジェネレータ３２０と、電動アクチュエータに電力を供給するバッテリ２２０とを備える作業車両を、ポンプは、油圧アクチュエータが外力を受けた際に吐出する油によって駆動され、モータジェネレータを駆動して発電させる機能を有し、モータジェネレータが発電した電力を前記バッテリに充電する充電手段２３０を備える構成とする。
【選択図】図８

Description

本発明は、電動油圧ポンプが発生する油圧によって作動する作業装置を有する作業車両に関し、特に作業に伴い得られるエネルギを回生可能なものに関する。

例えば作業車両の一種である塵芥収集車は、ボデー（荷箱）及び油圧式の積込装置を有する塵芥収集装置をトラックシャーシに架装して構成されている。
従来、塵芥収集車は、エンジンの出力をパワーテイクオフ（ＰＴＯ）機構により抽出し、油圧ポンプを駆動していたが、近年では作業装置駆動用のバッテリから供給される電力により電動モータで油圧ポンプを駆動するようにした電動油圧式のものが普及しつつある。
例えば、特許文献１には、ＰＴＯ装置及び電動モータによって油圧ポンプを駆動可能とした作業車両が記載されている。

特開２００９−２６２７５９号公報

しかし、上述したような電動油圧式の作業車両においては、バッテリの充電はステーション等に設けられた設備によってのみ行なわれ、車両の運行中にはバッテリの電力は消費されるのみである。このため、全ての作業を電力によって行なうためには、大容量のバッテリを搭載する必要がある。
また、近年車両が減速する際に得られる回生電力によってバッテリを充電するハイブリッド車両が普及しているが、通常塵芥収集装置などの作業装置は既存のシャシに架装されるものであるため、車両との協調制御を行なうことは現実的でなく、シャシ側から電力供給を受けることは困難である。
このため、このような電動油圧式の作業装置において、作業装置内で得られるエネルギを有効に活用することが求められている。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、作業時に得られるエネルギを回生可能な作業車両を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、油圧アクチュエータによって駆動される作業装置と、少なくとも一部の前記油圧アクチュエータを作動させる油圧を発生するポンプと、前記ポンプを駆動するモータジェネレータと、前記電動アクチュエータに電力を供給するバッテリとを備える作業車両であって、前記ポンプは、前記油圧アクチュエータが外力を受けた際に吐出する油によって駆動され、前記モータジェネレータを駆動して発電させる機能を有し、前記モータジェネレータが発電した電力を前記バッテリに充電する充電手段を備えることを特徴とする作業車両である。
これによれば、油圧アクチュエータからポンプに逆流する油でポンプを油圧モータとして駆動させることによって、ポンプ側からモータジェネレータを駆動して発電し、エネルギを回生してバッテリを充電することが可能となる。

請求項２に係る発明は、前記油圧アクチュエータは単動シリンダであり、前記ポンプは、前記単動シリンダから前記ポンプ側へ逆流する油によって駆動されることを特徴とする請求項１に記載の作業車両である。
これによれば、簡素な構成によって上述した効果を得ることが可能である。

請求項３に係る発明は、前記作業装置は、容器状のボデー内に塵芥を圧縮して積み込む塵芥収集装置であって、前記油圧アクチュエータは、塵芥の排出時に塵芥を押しだすとともに、塵芥の積込時に塵芥の圧縮力を受けて移動する排出パネルを駆動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の作業車両である。
これによれば、塵芥を圧縮する際に消費されるエネルギの一部を電力として回生し、その後の積込作業等で利用することができる。

以上説明したように、本発明によれば、作業時に得られるエネルギを回生可能な作業車両を提供することができる。

本発明を適用した作業車両の実施例である塵芥収集車の側面視図である。実施例の塵芥収集車の後方斜視図である。実施例の塵芥収集装置におけるメイン油圧回路の構成を示す図である。実施例の塵芥収集装置における作動制御バルブの構成を示す図である。実施例の塵芥収集装置における油圧ポンプ駆動機構の構成を示す図である。実施例の塵芥収集装置における排出シリンダ駆動機構の構成を示す図である。実施例の塵芥収集装置の動作を示す模式図である。実施例の塵芥収集装置におけるバッテリ充放電時の動作の原理を示す図である。

本発明は、作業時に得られるエネルギを回生可能な作業車両を提供する課題を、塵芥収集車の排出シリンダを、他の油圧機器類とは独立した電動油圧ポンプで駆動するとともに、塵芥の圧縮時に排出パネルが押されて排出シリンダから逆流する油でポンプを回転させ、モータジェネレータを駆動し発電することによって解決した。

以下、本発明を適用した作業車両の実施例について説明する。
実施例において、作業車両は、塵芥収集装置を有する塵芥収集車である。
また、塵芥収集装置は、例えばプレス式でありかつ電動モータで駆動される油圧ポンプから供給される油圧によって駆動されるものである。

図１は、実施例の塵芥収集車の側面視図である。
図２は、実施例の塵芥収集車を斜め後方の斜め上方側から見た後方斜視図である。
図１、図２に示すように、塵芥収集装置１は、トラックシャーシ２に架装され、電動作業車両の一種である塵芥収集車を構成するものである。
トラックシャーシ２は、フレーム３、エンジン４、トランスミッション５、パワーテイクオフ（ＰＴＯ）機構６等を備えている。
フレーム３は、キャビン及び塵芥収集装置１が搭載されるとともに、パワートレーンやサスペンション等が取り付けられる構造部材である。
エンジン４（図５参照）は、車両の走行用動力源であって、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関である。
トランスミッション５は、エンジン４の回転出力を増減速し、プロペラシャフト及び最終減速装置を介して後輪車軸に伝達するものである。
ＰＴＯ機構６は、トランスミッション５に設けられ、エンジン４の回転出力を抽出してポンプ１２０に伝達するものである。

塵芥収集装置１は、ボデー１０、テールゲートホッパ２０、逆流防止シリンダＣ１、リフトシリンダＣ２、自動ロックシリンダＣ３、上下動シリンダＣ４、カキ込シリンダＣ５、排出シリンダＣ６等を備えている。

ボデー１０は、車両後方側に開口が設けられたボックス状に構成されている。
ボデー１０は、回収された塵芥が内部に収容される部分である。
また、ボデー１０の内部には、収容された塵芥を後方側へ押し出す排出パネル１１が設けられている。

テールゲートホッパ２０は、ボデー１０の後部開口を実質的に閉塞するように配置されている。
テールゲートホッパ２０は、ボデー１０の開口上端部に設けられたヒンジ回りに回動し、ボデー１０の開口を開閉可能となっている。
テールゲートホッパ２０は、積込パネル２１によって投入した塵芥を圧縮しつつボデー１０内に押し込む積込装置を備えている。
積込装置は、テールゲートホッパ２０の下部に投入された塵芥を、所定の軌跡に沿って駆動される積込みパネル２１によってすくい上げ、ボデー１０内にかき込む。

逆流防止シリンダＣ１は、積み込まれた塵芥の逆流を防止するため、逆流防止用のパネルのカキ込及び反転動作を行なう油圧シリンダである。
リフトシリンダＣ２は、テールゲートホッパ２０を回動させてボデー１０の開口を開閉する油圧シリンダである。
自動ロックシリンダＣ３は、テールゲートホッパ２０をロックしてボデー１０に対する相対回転を規制するロック機構を駆動する油圧シリンダである。
上下動シリンダＣ４は、テールゲートホッパ２０の積込パネル２１を上下させる油圧シリンダである。
カキ込シリンダＣ５は、積込パネル２１のカキ込動作及び反転動作を行なう油圧シリンダである。
排出シリンダＣ６は、ボデー１０内に積み込まれた塵芥を車両後方側へ押し出して排出する排出パネルの排出及び戻し動作を行なう油圧シリンダである。

以上説明した各シリンダＣ１〜Ｃ６は、以下説明する油圧回路によって、油圧ラインＬを介して油圧供給されて駆動される。
図３は、実施例の塵芥収集装置におけるメイン油圧回路の構成を示す図である。
シリンダＣ１〜Ｃ５を駆動するメイン油圧回路１００は、作動油タンク１１０、ポンプ１２０、アキュムレータ１３０、フィルタ１４０、レギュレータ１５０、作動制御バルブ１６０等を備えて構成されている。
なお、排出シリンダＣ６は、これとは別個の排出シリンダ駆動機構３００によって駆動される。これについては後に詳しく説明する。
作動油タンク１１０は、各シリンダＣ１〜Ｃ６を駆動する作動油が貯留される容器である。

ポンプ１２０は、作動油タンク１１０に貯留された作動油を加圧して吐出するギヤポンプである。ポンプ１２０は、上述したＰＴＯ機構６及びモータ２１０によって駆動される。この駆動機構については、後に詳しく説明する。
アキュムレータ１３０は、ポンプ１２０から吐出された高圧の作動油を蓄積する蓄圧容器である。
アキュムレータ１３０は、レギュレータ１５０と作動制御バルブ１６０との間に設けられている。
フィルタ１４０は、作動制御バルブ１６０及びレギュレータ１５０から作動油タンク１１０に戻る作動油を濾過するものである。
レギュレータ１５０は、ポンプ１２０から作動制御バルブ１６０に送られる作動油の流量を制御するものである。

作動制御バルブ１６０は、ポンプ１２０から、レギュレータ１５０及びアキュムレータ１３０を介して供給される作動油を、油圧ラインＬを介して各シリンダＣ１〜Ｃ５に供給するものである。
図４は、作動制御バルブ１６０の構成を示す図である。
作動制御バルブ１６０は、三位置の方向制御弁であるソレノイドバルブＳＶ１〜ＳＶ４等を備えて構成されている。
各ソレノイドバルブＳＶ１〜ＳＶ４は、図示しない制御装置から供給される駆動電力に応じて、各シリンダＣ１〜Ｃ５への油圧の供給有無及び方向を切換えるものである。

ソレノイドバルブＳＶ１は、逆流防止シリンダＣ１に油圧を供給するものである。
ソレノイドバルブＳＶ２は、リフトシリンダＣ２及び自動ロックシリンダＣ３に油圧を供給するものである。
ソレノイドバルブＳＶ３は、上下動シリンダＣ４に油圧を供給するものである。
ソレノイドバルブＳＶ４は、カキ込シリンダＣ５に油圧を供給するものである。
また、ソレノイドバルブＳＶ１、ＳＶ２、ＳＶ４から各シリンダへ油圧を供給する油路には、圧力が所定値以上となったときに作動油を作動油タンク１１０側へブリードオフさせるリリーフ弁等が設けられている。

図５は、実施例の塵芥収集車における油圧ポンプ駆動機構の構成を示す模式図であって、図５（ａ）は塵芥収集車の模式的側面視図、図５（ｂ）は模式的平面図を示している。
図５に示すように、実施例において、ポンプ１２０は、ＰＴＯ機構６を用いたエンジン４の出力による駆動、及び、電動のモータ２１０による駆動が選択可能となっている。
塵芥収集装置１は、モータ２１０、バッテリ２２０、インバータ２３０等を備えている。
モータ２１０は、ポンプ１２０のＰＴＯ機構６側の端部に、ポンプ１２０の入力軸と同軸に設けられた例えばＡＣモータである。
モータ２１０として、例えば、ＩＭモータ、ＰＭモータ、ＩＰＭモータ等の同期モータを用いることができる。
モータ２１０の回転軸（出力軸）は、ポンプ１２０の入力軸に接続されている。
モータ２１０の回転軸のポンプ１２０側と反対側の端部には、動力伝達軸を介してＰＴＯ機構６が接続されている。

バッテリ２２０は、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池等の２次電池であって、モータ２１０の駆動用の電力を供給するものである。
バッテリ２２０は、例えば塵芥収集車の基地（ステーション）において充電されるほか、回生発電手段を用いて車両の運用中に追加充電を行なってもよい。
また、バッテリ２２０は、排出シリンダ駆動機構３００によるエネルギ回生によっても充電可能となっている。この点については、後に詳しく説明する。
バッテリ２２０は、例えば塵芥収集装置１の下部（床下）であって、ホイールベース間などに搭載される。

インバータ２３０は、バッテリ２２０が出力する電力をＤＣ−ＡＣ変換してモータ２１０及び後述する排出シリンダ駆動機構３００のモータジェネレータ３２０に供給し、モータ２１０及びモータジェネレータ３２０を駆動させるとともに、モータ２１０の出力を制御するものである。

また、塵芥収集装置１は、以下説明する排出シリンダ駆動機構３００を備えている。
図６は、排出シリンダ駆動機構の構成を示す模式図である。
図７は、塵芥収集装置の作動を示す模式図であって、図７（ａ）は塵芥を積み込む際の状態を示し、図７（ｂ）は塵芥を排出する際の状態を示している。
図８は、排出シリンダ駆動機構によるバッテリ充放電時の動作を示す図であって、図８（ａ）はバッテリ２２０の電力を用いて塵芥を排出する際の動作を示し、図８（ｂ）は塵芥を積み込む際に、モータジェネレータ３２０で発電し、バッテリ２２０を充電する際の動作を示している。

排出シリンダ駆動機構３００は、単動シリンダである排出シリンダＣ６に油圧を供給して、図７（ｂ）に示す塵芥排出時に排出シリンダＣ６を駆動するとともに、図７（ａ）に示す塵芥Ｇのボデー１０内への積込時に、塵芥Ｇの圧縮力（反発力）で排出パネル１１が車両前方側へ押し戻される動作を利用して発電し、エネルギ回生を行なうものである。
排出シリンダ駆動機構３００は、ポンプ３１０、モータジェネレータ３２０、電磁チェック弁３３０等を備えて構成されている。

ポンプ３１０は、作動油タンク１１０と排出シリンダＣ６とを接続する油圧ラインに設けられた例えばギヤポンプ等である。
単動シリンダである排出シリンダＣ６は、この油圧ラインに双方向に作動油を流すことによって伸縮駆動される。
ポンプ３１０は、作動油タンク１１０から作動油を汲み上げ、加圧して排出シリンダＣ６に吐出し、図７（ｂ）に示すように、排出パネル１１が車両後方側へ移動し、塵芥Ｇをボデー１０から押し出すように排出シリンダＣ６を駆動する。
また、ポンプ３１０は、図７（ａ）に示すように、塵芥の積込時に排出パネル１１が車両前方側へ押し戻される際（排出シリンダＣ６が縮む際）に、排出シリンダＣ６から作動油タンク１１０側へ逆流する作動油によって、油圧モータとして駆動される機能を備えている。

モータジェネレータ３２０は、排出パネル１１が塵芥Ｇを押しだす際（排出シリンダＣ６が延びる際）に、インバータ２３０から供給される電力によってポンプ３１０を駆動するものである。
このとき、モータジェネレータ３２０は、図８（ａ）に示すように、バッテリ２２０の電力を消費して駆動される。
また、モータジェネレータ３２０は、図８（ｂ）に示すように、排出パネル１１が押し戻される際に、ポンプ３１０によって回転駆動され、発電する機能を備えている。
発電された電力は、インバータ２３０を介してバッテリ２２０に充電される。
このとき、インバータ２３０は、充電手段としても機能する。
なお、排出パネル１１を、塵芥Ｇの反発力によらず車両前方側へ引き込む場合には、モータジェネレータ３２０を逆転させ、ポンプ３１０を塵芥Ｇの排出時とは逆方向に駆動すればよい。

電磁チェック弁３３０は、ポンプ３１０と作動油タンク１１０との間のライン上に設けられている。
塵芥収集装置１の通常使用時（収集作業時）においては、電磁チェック弁３３０は封鎖され、排出シリンダＣ６は、排出パネル１１を現在の位置に保持する。
そして、塵芥Ｇの積込時に、テールゲートホッパ２０から押し込まれる塵芥Ｇの圧縮力（反発力）によって、排出パネル１１が押圧され、排出シリンダＣ６の圧力が所定値（例えば２０ＭＰａ）以上となると、電磁チェック弁３３０は開放され、排出パネル１１が車両前方側へ移動するとともに、排出シリンダＣ６は、作動油タンク１１０側に作動油を逆流させる。
このとき、図８（ｂ）に示すように、作動油はポンプ３１０を回転させてモータジェネレータ３２０を駆動して発電させる。発電された電力は、インバータ２３０を介してバッテリ２２０に供給され、充電される。

以上説明したように、本実施例によれば、塵芥Ｇの積込時に排出シリンダＣ６からポンプ３１０に逆流する作動油でポンプ３１０を油圧モータとして駆動させることによって、ポンプ３１０側からモータジェネレータ３２０を駆動して発電することができる。
このため、簡素な構成によって、メイン油圧回路１００が積込パネル２１を駆動し、塵芥を圧縮するエネルギの一部を回生してバッテリ２２０を充電することが可能となり、省エネルギ化を図ることができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）上述した実施例において、塵芥収集装置は、例えばプレス式（圧縮板式）のものであったが、本発明はこれに限定されず、例えば回転板式などの他種の塵芥収集装置にも適用することができる。
（２）実施例では、塵芥収集装置の排出シリンダから回生エネルギを得ているが、これ以外の油圧アクチュエータから逆流する油を用いて発電するようにしてもよい。例えば、テールゲートホッパを上昇させるリフトシリンダから、テールゲートホッパが自重により降下する際に逆流する油を用いて発電するようにしてもよい。
（３）本発明は、塵芥収集装置以外の作業装置が搭載される作業車両にも適用することが可能である。例えば、トラックシャーシ上に搭載されるコンテナを油圧シリンダによって昇降させるパワーローダにおいて、コンテナが降下する際に油圧シリンダから逆流する油を用いて発電するようにしてもよい。
また、荷台を昇降可能なダンプ車において、荷台が降下する際に油圧シリンダから逆流する油を用いて発電するようにしてもよい。

１塵芥収集装置２トラックシャーシ
３フレーム４エンジン
５トランスミッション６ＰＴＯ機構
１０ボデー１１排出パネル
２０テールゲートホッパ２１積込みパネル
Ｃ１逆流防止シリンダＣ２リフトシリンダ
Ｃ３自動ロックシリンダＣ４上下動シリンダ
Ｃ５カキ込シリンダＣ６排出シリンダ
１００メイン油圧回路１１０作動油タンク
１２０ポンプ１３０アキュムレータ
１４０フィルタ１５０レギュレータ
１６０作動制御バルブＳＶ１〜ＳＶ５ソレノイドバルブ
Ｌ油圧ライン
２１０モータ２２０バッテリ
２３０インバータ
３００排出シリンダ駆動機構３１０ポンプ
３２０モータジェネレータ３３０電磁チェックバルブ

Claims

油圧アクチュエータによって駆動される作業装置と、
少なくとも一部の前記油圧アクチュエータを作動させる油圧を発生するポンプと、
前記ポンプを駆動するモータジェネレータと、
前記電動アクチュエータに電力を供給するバッテリと
を備える作業車両であって、
前記ポンプは、前記油圧アクチュエータが外力を受けた際に吐出する油によって駆動され、前記モータジェネレータを駆動して発電させる機能を有し、
前記モータジェネレータが発電した電力を前記バッテリに充電する充電手段を備えること
を特徴とする作業車両。
前記油圧アクチュエータは単動シリンダであり、
前記ポンプは、前記単動シリンダから前記ポンプ側へ逆流する油によって駆動されること
を特徴とする請求項１に記載の作業車両。
前記作業装置は、容器状のボデー内に塵芥を圧縮して積み込む塵芥収集装置であって、
前記油圧アクチュエータは、塵芥の排出時に塵芥を押しだすとともに、塵芥の積込時に塵芥の圧縮力を受けて移動する排出パネルを駆動すること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の作業車両。