JP2014058188A - 油圧駆動型発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電機駆動専用に油圧ポンプを準備することなく、またエンジンの回転数によることなく発電機の所定の回転数が得られるようにする油圧駆動型発電装置を提供する。
【解決手段】エンジン１２に接続された油圧ポンプ１４が吐出する圧油で回転する油圧モータ１９により発電機を駆動する油圧駆動型発電装置において、前記油圧モータの出力軸に取り付けられたプーリと前記発電機の入力軸に取り付けられたプーリとの間に動力伝達用のベルトを掛け回すとともに、前記各プーリに所定の回転速度を持続可能にする重量のある高慣性のプーリを使用して負荷変動が油圧回路に影響を与えないようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は油圧駆動型発電装置に関するものであり、特にエンジンにより駆動される油圧ポンプの駆動力で発電機を回転させて発電する油圧駆動発電装置に関するものである。

従来、一般に、建設機械のうち、特にはアスファルトフィニッシャ等の道路舗装機械に搭載される発電装置は、エンジンの動力取り出し口、すなわちＰＴＯ(Power takeoff)からＶベルト等を介して発電機を直接駆動する方法(例えば、特許文献１参照)の他に、エンジンに接続された油圧ポンプが吐出する圧油で回転する油圧モータにより発電機を駆動する方法がある(例えば、特許文献２参照)。

特開平１０−２５２０１２号公報 特許第４７７４０９５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術のように、エンジンの動力取り出し口からＶベルトを介して発電機を直接駆動する方法では、発電機の駆動がエンジンの回転数に依存するため、エンジンがアイドリング状態にあるような場合には、発電機を駆動するための動力が不足し発電機が、十分な電力を出力できない場合があるという問題点があった。

そこで、道路舗装機械等の主エンジンとは別に、発電用エンジンを搭載した発電装置も知られており、この場合では、主エンジンの回転数が低下しても、発電機の動力が不足することはない。しかしながら、主エンジンとは別に発電用エンジンを搭載した場合では、振動や騒音が大きく、その対策を施す必要があり、構造が複雑になるという問題点があった。また、発電用エンジンにも、主エンジンと同様に燃料の補給やオイル交換のメンテナンス作業等が必要となり、手間がかかるという問題点があった。

一方、特許文献２記載の発明の技術のように、エンジンに接続された油圧ポンプが吐出する圧油で回転する油圧モータにより発電機を駆動する方法では、エンジンにより駆動される発電機専用の油圧回路を用意しており、搭載スペース及び費用が掛かるという問題点があった。

この問題を解決するために、発電機用の油圧モータを駆動する油圧ポンプを他のアクチュエータ駆動用の油圧ポンプと兼用とする構成が考えられるが、その場合、その他のアクチュエータや発電機の負荷圧に応じて吐出圧を変化させる負荷感応型の可変容量ポンプと圧力補償付きの流量制御弁を用いることとなる。しかし、その負荷感応型の可変容量ポンプと圧力補償付きの流量制御弁の機能は、応答性がそれほど高くなく、発電機の短周期の負荷変動により制御の遅れが生じ、逆にハンチングの原因となってしまうため、油圧ポンプを兼用することを困難にしている。

そこで、発電機駆動専用に油圧ポンプを準備することなく、またエンジンの回転数によることなく発電機の所定の回転数が得られるようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、エンジンに接続された油圧ポンプが吐出する圧油で回転する油圧モータにより発電機を駆動する油圧駆動型発電装置において、前記油圧モータの出力軸に取り付けられたプーリと前記発電機の入力軸に取り付けられたプーリとの間に動力伝達用のベルトを掛け回すとともに、前記各プーリに所定の回転速度を持続可能にする重量のある高慣性のプーリを使用して負荷変動が油圧回路に影響を与えないようにした油圧駆動型発電装置を提供する。

この構成によれば、油圧モータの回転を発電機に伝える手段として、油圧モータの出力軸に取り付けたプーリと発電機の入力軸に取り付けたプーリとの間に動力伝達用のベルトを掛け回してなるとともに、各プーリに所定の回転速度を持続可能にする重量のある高慣性のプーリを使用している。この高慣性のプーリとしては、油圧モータ側の回転部分(回転子)の重さ及び発電機側の回転部分(回転子)の重さよりも重い、重量の大きなプーリを使用する。このように、各プーリの慣性を十分に大きくすると、高速で回転する発電機の負荷変動が油圧回路に及ぼす影響を無視できる。また、発電機駆動専用に油圧ポンプを準備しなくても、またエンジンの回転数によることなく発電機の所定の回転数が得られる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、上記油圧ポンプと上記油圧モータの間に電磁比例式流量制御弁を設け、起動時に前記油圧モータに付与される前記油圧ポンプの圧油の大きさを前記電磁比例式流量制御弁で調整して、前記油圧モータの回転数を徐々に上昇させるようにした油圧駆動型発電装置を提供する。

この構成によれば、プーリの慣性を大きくすることの副作用として、起動時トルクが増大してサージ圧が発生することになるが、電磁比例式の流量制御弁を使用して油圧モータの回転数を徐々に上昇させるとサージ圧の発生を抑止できる。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の構成において、上記油圧ポンプに、負荷感応型の可変容量ポンプを使用してなる油圧駆動型発電装置を提供する。

この構成によれば、他のアクチュエータや発電機の負荷圧に応じて吐出圧を変化させる負荷感応型の可変容量ポンプを使用し、他のアクチュエータや発電機の負荷圧に応じて油圧ポンプの吐出圧を調整することにより、他のアクチュエータと発電機用の油圧モータに常に適正な圧油を供給することができる。

請求項１記載の発明は、動力伝達用のベルトが掛け回された油圧モータの出力軸に取り付けたプーリと発電機の入力軸に取り付けたプーリの慣性をそれぞれ十分に大きくして、発電機の負荷変動が油圧回路に及ぼす影響を無視できる程、小さくするようにしているので、発電機の負荷変動を少なくして安定した発電を得ることが可能となる。したがって、発電機駆動専用に油圧ポンプを準備しなくても、またエンジンの回転数によることなく発電機の所定の回転数が得られる。

請求項２記載の発明は、電磁比例式の流量制御弁を使用して油圧モータの回転数を徐々に上昇させることで、サージ圧の発生を抑止するので、請求項１の発明の効果に加えて、さらに安定した発電を得ることが可能となる。

請求項３記載の発明は、負荷感応型の可変容量ポンプを使用することにより、負荷変動を調整して他のアクチュエータや発電機の油圧モータに常に適正な圧油を供給することができるので、請求項１または２の発明の効果に加えて、さらに他のアクチュエータの安定した動作及び発電機の安定した発電を得ることが可能となる。

本発明の一実施形態を示し、油圧駆動型発電装置を搭載した道路舗装機械の一例として示すアスファルトフィニッシャの側面図。 同上油圧駆動型発電装置の油圧駆動回路図。 同上油圧駆動型発電装置の油圧モータと発電機との間の動力伝達構造の具体的な一構成例を示す平面図。 図３に示す動力伝達構造の正面図。

本発明は発電機駆動専用に油圧ポンプを準備することなく、またエンジンの回転数によることなく発電機の所定の回転数が得られるようにする油圧駆動型発電装置を提供するという目的を達成するために、エンジンに接続された油圧ポンプが吐出する圧油で回転する油圧モータにより発電機を駆動する油圧駆動型発電装置において、前記油圧モータの出力軸に取り付けられたプーリと前記発電機の入力軸に取り付けられたプーリとの間に動力伝達用のベルトを掛け回すとともに、前記各プーリに所定の回転速度を持続可能にする重量のある高慣性のプーリを使用して負荷変動が油圧回路に影響を与えないようにして実現した。

以下、本発明の実施形態による油圧駆動型発電装置を図１乃至図４に基づいて説明する。

図１は本発明に係る油圧駆動型発電装置を搭載した道路舗装機械であるアスファルトフィニッシャの側面図である。同図において、アスファルトフィニッシャ１は、機体２の前部にアスファルト合材を貯蔵するホッパ３を備え、該ホッパ３に貯蔵したアスファルト合材をコンベア４により後方へ搬送し、その搬送されたアスファルト合材をスクリュースプレッダ５にて左右に広げながら、スクリード装置６で道路に敷き均して舗装面を平滑に仕上げるようになっている。

前記スクリード装置６は、幅方向中央部に配設された主スクリード７と、該主スクリード７の後部に配設され、かつ、幅方向外側へ移動自在に取り付けられた左右１対の伸縮スクリード８,８よりなる。また、機体２の左右側面に取り付けられた左右１対のスクリードアーム９,９を介して機体２と連結され、機体２の進行に伴い、機体２により牽引されるように構成してある。

また、前記機体２にはエンジン室１１が設けられ、該エンジン室１１内にはエンジン等の装置機器が配置されている。

図２は、前記アスファルトフィニッシャ１の前記エンジン室１１内に配置された本発明に係る油圧駆動型発電装置の油圧駆動回路図を示す。同図において、この油圧駆動型発電装置は、この装置全体を決められた手順に従って制御する制御装置としてのコントローラ１３を備えている。該コントローラ１３は、主としてマイクロコンピュータからなる。

また、前記エンジン室１１内に搭載されたエンジン１２の出力軸１２ａには油圧ポンプ１４が接続されている。該油圧ポンプ１４は、負荷感応型の可変容量ポンプであり、前記コントローラ１３が検出する駆動負荷に応じて吐出流量の調整を行う。その油圧ポンプ１４の吐出ライン１５は、その途中から複数の油路に分岐されており、その中、一つの油路１６は油タンク１７に連通しているとともに、該油路１６の途中には電磁比例式の流量制御弁１８と発電機用の油圧モータ１９とチェック弁２０が設けられている。なお、前記油路１６以外の他の油路は、各種のアクチュエータを駆動する油圧シリンダ等に連通されている。

前記電磁比例式の流量制御弁１８のソレノイド１８ａは、コントローラ１３の出力側に電気的に接続されており、該コントローラ１３からの指令信号により制御される。該電磁比例式の流量制御弁１８は、弁ばね１８ｂにより常時は閉弁状態に付勢されており、この閉弁状態では前記油圧ポンプ１４からの圧油が前記油圧モータ１９に流れるのを遮断している。

そして、前記電磁比例式の流量制御弁１８は、前記コントローラ１３から制御信号が出力されると、この制御信号の電流値に対応した弁開度をもって開弁し、前記油圧ポンプ１４からの圧油を前記油圧モータ１９側に流して該油圧モータ１９を回転させる。ここで、コントローラ１３は、起動時に前記電磁比例式の流量制御弁１８を徐々に開弁して前記油圧モータ１９に流れる圧油を増大調整し、また、該油圧モータ１９では圧油の増加に比例して回転数を徐々に上昇させてサージ圧の発生を抑止する。

前記油圧モータ１９は、発電機２１の入力軸２１ａを回転させるものである。その油圧モータ１９とその発電機２１の動力伝達構造は、図３及び図４に詳細に示す。図３及び図４を加えて前記油圧モータ１９と前記発電機２１の動力伝達構造を更に説明すると、該油圧モータ１９の出力軸１９ａにはプーリ２２が一体回転するようにして取り付けられ、該発電機２１の入力軸２１ａにはプーリ２３が一体回転するようにして取り付けられている。

また、前記プーリ２２と前記プーリ２３には、動力伝達用のＶベルト２４が掛け回されており、前記油圧モータ１９の回転を該プーリ２２,２３及び該Ｖベルトを介して前記発電機２１の前記入力軸２１ａに伝達できるようになっている。なお、動力伝達用のベルト２４は、必ずしもＶベルトでなくてもよい。

また、前記プーリ２２と前記プーリ２３は、前記油圧モータ１９側の回転部分(回転子)の重さ及び前記発電機２１側の回転部分(回転子)の重さよりも重い、大きな重量を有した高慣性のプーリを使用している。より詳細には、前記プーリ２２と前記プーリ２３は、高速で回転する前記発電機２１に負荷変動が生じようとしたとき、そのプーリ２２,２３の慣性により前記発電機２１の負荷変動に打ち勝ち、これによって負荷変動を無くし、前記油圧モータ１９を回転させている油圧回路側に影響を及ぼすことが無いように、所定の回転速度を持続することができる程度の、前記油圧モータ１９側の回転部分及び前記発電機２１側の回転部分の重さよりも重い、大きな重量のある高慣性のプーリを使用する。したがって、このように各プーリ２２,２３の慣性を十分に大きくすることで、高速で回転する前記発電機２１の負荷変動が前記油圧回路に及ぼす影響を無視できる程、小さくすることができる。

次に、本発明に係る油圧駆動型発電装置の作用を説明する。前記エンジン１２が起動する前、前記電磁比例式の流量制御弁１８は前記弁ばね１８ｂにより閉弁され、また前記油圧ポンプ１４も停止している。そして、前記エンジン１２が起動されると、前記油圧ポンプ１４が駆動され、該油圧ポンプ１４から駆動負荷に応じた流量の圧油が前記吐出ライン１５内に供給される。

また、前記油圧ポンプ１４が駆動されると、前記コントローラ１３の制御により前記電磁比例式の流量制御弁１８が徐々に開弁されて前記油圧モータ１９に流れる圧油を増大調整し、該油圧モータ１９の回転数を徐々に所定の回転数になるまで上昇させる。これにより、前記プーリ２２,２３の高慣性による副作用として前記油圧回路中にサージ圧が発生するのを抑止する。

前記油圧モータ１９の回転は、前記プーリ２２、前記Ｖベルト２４、前記プーリ２３を介して前記発電機２１の図示しないロータを高速回転させ、該発電機２１から大きな電力を出力させる。この回転では、前記プーリ２２,２３に所定の回転速度を持続可能にする重量のある高慣性のプーリを使用しているので、高速で回転する前記発電機２１の負荷変動が前記油圧回路に及ぼす影響を無視できる程小さくすることができる。また、前記エンジン１２の回転数によらずに前記発電機２１を所定の回転数で回転することができる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明は建設機械や道路舗装機械における油圧駆動型発電装置に限ることなく、エンジンに接続された油圧ポンプが吐出する圧油で回転する油圧モータにより発電機を駆動する、一般的に知られる油圧駆動型発電装置にも応用できる。

１２ エンジン
１２ａ 出力軸
１３ コントローラ
１４ 油圧ポンプ
１５ 吐出ライン
１６ 油路
１７ 油タンク
１８ 電磁比例式の流量制御弁
１８ａ ソレノイド
１８ｂ 弁ばね
１９ 油圧モータ
１９ａ 出力軸
２０ チェック弁
２１ 発電機
２１ａ 入力軸
２２ プーリ
２３ プーリ
２４ Ｖベルト

Claims (3)

1. エンジンに接続された油圧ポンプが吐出する圧油で回転する油圧モータにより発電機を駆動する油圧駆動型発電装置において、
   前記油圧モータの出力軸に取り付けられたプーリと前記発電機の入力軸に取り付けられたプーリとの間に動力伝達用のベルトを掛け回すとともに、前記各プーリに所定の回転速度を持続可能にする重量のある高慣性のプーリを使用して負荷変動が油圧回路に影響を与えないようにしたことを特徴とする油圧駆動型発電装置。
2. 上記油圧ポンプと上記油圧モータの間に電磁比例式の流量制御弁を設け、起動時に前記油圧モータに付与される前記油圧ポンプの圧油の大きさを前記電磁比例式の流量制御弁で調整して、前記油圧モータの回転数を徐々に上昇させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の油圧駆動型発電装置。
3. 上記油圧ポンプに、負荷感応型の可変容量ポンプを使用してなることを特徴とする請求項１または２記載の油圧駆動型発電装置。

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