JP2023096832A - 機器 - Google Patents

Abstract

【課題】機器や機器に搭載された汎用動力源を保護することを目的とする。【解決手段】所定の物理量について第１動作範囲（Ａ）内で動作するように構成された汎用型の動力源である汎用動力源（１６）と、前記汎用動力源（１６）の動力によって駆動される被駆動体（１５）と、前記汎用動力源（１６）に指示を出力する制御装置（１０）と、を備え、前記所定の物理量について第２動作範囲が規定されており、前記制御装置（１０）は、前記被駆動体（１５）の駆動時に、前記第２動作範囲（Ｂ）で動作するように前記汎用動力源（１６）に指示することを特徴とする機器。【選択図】図１

Description

本発明は、機器に関する。

従来、汎用動力源を搭載した機器について、汎用動力源における過度な温度上昇を避けるために温度を検出するセンサを設けて汎用動力源の制御を行うといった技術が実施されている。例えば電動機を回生制御するときに発電された電力を熱として消費するブレーキ抵抗器の温度をセンサによって検出し、その温度上昇を抑制するように電動機の制御を行うことで発電ブレーキの失効を防止する電気駆動車両の技術が知られている（特許文献１を参照）。

ＷＯ２０１９／１６３０５２号公報

しかし機器に搭載される汎用動力源については、機器の種類によって汎用動力源に掛かる負荷が大きく異なってくることがありえる。例えば汎用動力源としてエンジンを搭載する機器がパワーショベルである場合と、草刈り機である場合とでは、同じエンジンであっても掛かる負荷は全く異なる。汎用動力源や汎用動力源を搭載する作業機に想定外の負荷が掛かることは、故障の要因になる。負荷が異なる場合に汎用動力源を適切に制御することは大きな課題である。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、機器や機器に搭載された汎用動力源を保護することを目的とする。

上記課題を解決する一態様は、所定の物理量について第１動作範囲内で動作するように構成された汎用型の動力源である汎用動力源と、前記汎用動力源の動力によって駆動される被駆動体と、前記汎用動力源に指示を出力する制御装置と、を備え、前記所定の物理量について第２動作範囲が規定されており、前記制御装置は、前記被駆動体の駆動時に、前記第２動作範囲で動作するように前記汎用動力源に指示することを特徴とする機器である。

機器や機器に搭載された汎用動力源を保護することを目的とする。

作業機の図である。 制御装置の機能ブロック図である。 制御装置による汎用動力源制御動作のフローチャートである。 制御装置による汎用動力源停止動作のフローチャートである。 動作範囲についての説明図である。 複数の動作範囲が設けられた制御装置による制御の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。以下では、本発明に係る「機器」として作業機を例示する。

［実施の形態］
図１は、本実施の形態に係る作業機の図である。
パワーショベル５は、汎用型の動力源である汎用動力源１６と、当該汎用動力源１６の動力によって駆動される被駆動体としての作業部１５と、汎用動力源１６に指示を出力する制御装置１０と、を備え、作業部１５の駆動によって各種の作業を行う作業機である。

汎用動力源１６は、モータ１９と、当該モータ１９に電力を供給するバッテリ２０と、当該モータ１９を制御する動力源制御装置１２と、を備え、パワーショベル５に限らず各種の装置に、その動力源として組み込み可能に構成された汎用型のユニットである。また、この汎用動力源１６は、所定の物理量について第１動作範囲Ａ内で動作するように構成されている。所定の物理量は、例えばモータ１９やバッテリ２０といった各部の定格に係る物理量であり、例えば、電流や電圧、温度、動作時間、回転数、バッテリ残量などである。なお、これらの他にも、物理量としては、湿度や天候、時刻、照度、気圧、高度、所定ガス濃度、加速度、振動などでもよい。また、汎用動力源１６が燃料によって動作する内燃機関をモータ１９の代わりに備える場合、所定の物理量はバッテリ残量ではなく燃料残量でもよい。

また、パワーショベル５は、作業部１５における上記所定の物理量を検出し、制御装置１０、及び、汎用動力源１６の動力源制御装置１２に検出値を出力するセンサ２７を備えている。本実施形態において、センサ２７で検出する検出値は動作温度である。
さらに、パワーショベル５は、作業部１５の構成部品の限界性能などに基づき、所定の物理量についての第２動作範囲Ｂが規定されている。かかる第２動作範囲Ｂは制御装置１０に予め記憶されている。
そして、制御装置１０は、作業部１５の駆動時に、第２動作範囲Ｂで動作するように汎用動力源１６に指示するように構成されている。

言い換えると第１動作範囲Ａは、パワーショベル５に設けられたセンサ２７によって検出される検出値が当該第１動作範囲Ａに入っているならば、汎用動力源１６の限界性能が守られるように規定されている。また第２動作範囲Ｂは、パワーショベル５に設けられたセンサ２７によって検出される検出値が当該第２動作範囲Ｂに入っているならば、作業部１５の限界性能が守られるように規定されている。

なお、パワーショベル５において、汎用動力源１６は１つに限らず、複数設けられてもよい。パワーショベル５としては、パワーショベルの他、除雪部を作業部１５に備える除雪機、耕転機を作業部１５に備える耕運機、草刈ブレードを作業部１５に備える草刈機等が考えられる。

図２は、制御装置１０の機能的構成を示す図である。
制御装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro-processing unit）などのプロセッサと、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリデバイスと、ＨＤＤ（hard disk drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などのストレージ装置と、汎用動力源１６（特に、動力源制御装置１２）やセンサ２７などを接続するためのインターフェース回路と、を備えたコンピュータを有する。そして、メモリデバイス又はストレージ装置に格納されたプログラムをプロセッサが実行することで、制御装置１０は、当該図２に示す各種の機能的構成を実現する。
すなわち、制御装置１０は、機能的構成として、記憶部４０と、センサ検出値取得部１７と、判定部１８と、を備えている。

記憶部４０は、制御装置１０の制御プログラムや第２動作範囲Ｂを記憶する。
センサ検出値取得部１７は、センサ２７が検出した検出値を取得する。
判定部１８は、センサ検出値取得部１７が取得した検出値と第２動作範囲Ｂとを比較して、どのような制御を行うか判定する。

動力源制御装置１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）などのプロセッサと、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリデバイスと、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などのストレージ装置と、制御装置１０やセンサ２７などを接続するためのインターフェース回路と、を備えたコンピュータを有する。そして、メモリデバイス又はストレージ装置に格納されたプログラムをプロセッサが実行することで、モータ１９を制御して動力を発生し、当該動力によって作業部１５を駆動する制御機能を実現する。

ここで、動力源制御装置１２は、メモリデバイス又はストレージ装置に上述の第１動作範囲Ａ（図１）が予め格納されており、汎用仕様においては、センサ２７の検出値に基づいて、上記所定の物理量が第１動作範囲Ａに収まるようにモータ１９を制御する。また、制御装置１０から上述の第２動作範囲Ｂ（図１）が指示された場合には、動力源制御装置１２は、センサ２７の検出値に基づいて、上記所定の物理量が当該第２動作範囲Ｂに収まるようにモータ１９を制御する。

図３は、センサ２７による検出値と第２動作範囲Ｂとの比較判定動作についてのフローチャートである。具体的に制御装置１０は、センサ２７による検出値が第２動作範囲Ｂの外にあるか否か判定する判定部１８を有する態様である。ＣＰＵ３２は、記憶部４０に記憶されたプログラムを実行することで、判定部１８の機能を実現する。制御装置１０は、センサ２７で検出をおこなった検出値をセンサ検出値取得部１７で取得する（ステップＳＡ１）。判定部１８は、第２動作範囲Ｂと検出値を比較して、検出値が第２動作範囲Ｂ外であるか否かを判定する（ステップＳＡ２）。検出値が第２動作範囲Ｂ外であるというのは、具体的には、検出値が第２動作範囲Ｂの上限値Ｈ１より大きい、又は、検出値が第２動作範囲Ｂの下限値Ｌ１より小さいということである。なお、第１動作範囲Ａの上限値Ｈ０は、第２動作範囲Ｂの上限値よりも大きい。第１動作範囲Ａの下限値Ｌ０は、第２動作範囲Ｂの下限値よりも小さい（図５参照）。検出値が第２動作範囲Ｂ外である場合（ステップＳＡ２：ＹＥＳ）、制御装置１０は、例えばパワーショベル５の操作者に対して入出力部５０を用いて警告を行う（ステップＳＡ３）。検出値が第２動作範囲Ｂ以内である場合（ステップＳＡ２：ＮＯ）、ステップＳＡ１に戻る。なお第２動作範囲Ｂの上限値Ｈ１又は下限値Ｌ１の少なくともいずれか一方を変更可能であってよい。

図４は、制御装置１０が行う停止動作についてのフローチャートである。制御装置１０は、センサ２７で検出をおこなった検出値をセンサ検出値取得部１７で取得する（ステップＳＢ１）。判定部１８は、記憶部４０に記憶された第２動作範囲Ｂと検出値を比較して、検出値が第２動作範囲Ｂの外であるか否かを判定する（ステップＳＢ２）。検出値が第２動作範囲Ｂの外である場合（ステップＳＢ２：ＹＥＳ）、制御装置１０は動力源制御装置１２に指示して汎用動力源１６を保護する保護動作を行う（ステップＳＢ３）。ここで保護動作とは、モータ１９の回転数を落とした運転にする等、汎用動力源１６にとって保護が厚い運転状態にする動作である。どのよう保護動作にするかは、パワーショベル５の操作者が入出力部５０から入力できてよい。また制御装置１０が汎用動力源１６に対して保護動作をするように指示したとき、制御装置１０は、入出力部５０に操作者に警告の表示を出力し、警告音を発してもよい。入出力部５０は、例えばディスプレイやキーボード等を含む。

判定部１８は、検出値が記憶部４０に記憶された第１停止閾値Ｈ２より大きいか否か、または第２停止閾値Ｌ２より小さいか否かを判定する（図５参照）。検出値が第１停止閾値Ｈ２より大きいか、又は第２停止閾値Ｌ２より小さい場合、制御装置１０は、汎用動力源１６の運転を停止させる（ステップＳＢ５）。

判定部１８が、第２動作範囲Ｂと検出値を比較して、検出値が第２動作範囲Ｂ以内であると判定した場合（ステップＳＢ２：ＮＯ）、ステップＳＢ１に戻る。また検出値が第１停止閾値Ｈ２以下、且つ、第２停止閾値Ｌ２以上である場合（ステップＳＢ４：ＮＯ）、ステップＳＢ３に戻る。
なお第１停止閾値Ｈ２は第２動作範囲Ｂの上限値Ｈ１より大きく、且つ第１動作範囲Ａの上限値Ｈ０より小さいことが望ましい。また第２停止閾値Ｌ２は第２動作範囲Ｂの下限値Ｌ１より小さく、且つ第１動作範囲Ａの下限値Ｌ０より大きいことが望ましい。

図５は、本実施形態における動作範囲についての説明図である。横軸を動力源の動作温度としている。具体的には、第１動作範囲Ａを下限値Ｌ０と上限値Ｈ０の間の範囲として規定していることを示す。また制御装置１０が格納している第２動作範囲Ｂを下限値Ｌ１と上限値Ｈ１の間の範囲として規定していることを示す。また図５は、図４で説明した第１停止閾値Ｈ２、及び第２停止閾値Ｌ２と、第１動作範囲Ａ及び第２動作範囲Ｂとの関係を示す。

一の変形実施例として、制御装置１０は、センサ２７の検出する検出値が第２動作範囲Ｂの外に設けられた閾値を超えた場合に、汎用動力源１６を停止させるように動力源制御装置１２に指示することが考えられる。具体的には検出値が第１停止閾値又は第２停止閾値に達した時に、制御装置１０が動力源制御装置１２に停止制御を行う。

他の変形実施例としては、制御装置１０の判定部１８が、検出値と比較して判定を行う動作範囲を予め複数備えている態様が考えられる。言い換えれば、作業機の第１の保護範囲は、予め定められた複数の異なる動作範囲から選択されえる場合である。
本変形実施例では作業機が草刈り機である場合を示す。図６において横軸はセンサ２７で検出するエンジンの回転数であり、左から右に向かって回転数が高くなることを表す。汎用動力源１６単体としての定格にあたる第３動作範囲Ｃは、上限値Ｒ０で規定される。草刈り機はその作業対象によって汎用動力源１６にかかる負荷が変化する。例えば茎の固い草木が多い原野での作業の場合には草刈りブレードへの負荷が大きいので回転数を上げることは作業部１５である草刈りブレードの破損につながる可能性がある。しかしゴルフ場の柔らかい芝を刈る作業の場合には草刈りブレードへの負荷が小さいので汎用動力源１６の回転数は野原の草刈りの場合よりも上げることができる。
図６は、複数の動作範囲、具体的には作業機の動作範囲として第４動作範囲Ｄと第５動作範囲Ｅが設けられた場合を示す。第４動作範囲Ｄの上限値Ｒ１と第５動作範囲Ｅの上限値Ｒ２は、第４動作範囲Ｄの上限値Ｒ０よりも小さく、第４動作範囲Ｄの上限値Ｒ１は第５動作範囲Ｅの上限値Ｒ２より小さい。例えば作業機を運転する操作者は、作業対象に応じて入出力部５０から第４動作範囲Ｄと、第５動作範囲Ｅのいずれかを選択して、作業を行ってよい。このように動作範囲を複数持つことで、作業に即して作業機の保護をすることができる。

（上記実施の形態によりサポートされる構成）
上記実施の形態は、以下の構成をサポートする。
（構成１）所定の物理量について第１動作範囲内で動作するように構成された汎用型の動力源である汎用動力源と、前記汎用動力源の動力によって駆動される被駆動体と、前記汎用動力源に指示を出力する制御装置と、を備え、前記所定の物理量について第２動作範囲が規定されており、前記制御装置は、前記被駆動体の駆動時に、前記第２動作範囲で動作するように前記汎用動力源に指示することを特徴とする機器。
このような構成によれば、過剰な負荷を被駆動体に掛けることがない。そのため被駆動体を保護することができる。

（構成２）前記第１動作範囲の上限値が前記第２動作範囲の上限値よりも大きい、ことを特徴とする構成１に記載の機器。
このような構成によれば、過剰な負荷を汎用動力源に掛けることがない。そのため機器に搭載された汎用動力源を保護することができる。

（構成３）前記第１動作範囲の下限値は前記第２動作範囲の下限値よりも小さい、ことを特徴とする構成１または２に記載の機器。
このような構成によれば、過剰な負荷を汎用動力源に掛けることがない。そのため機器に搭載された汎用動力源を保護することができる。

（構成４）前記第２動作範囲の上限値又は下限値の少なくともいずれか一方を変更可能である、ことを特徴とする構成１から３のいずれかに記載の機器。
このような構成によれば、被駆動体に掛かる負荷に応じて動作範囲を変更することができる。そのため被駆動体を保護することができる。

（構成５）前記制御装置は、前記所定の物理量が前記第２動作範囲を超えた場合に保護動作を実行することを特徴とする構成１から４のいずれかに記載の機器。
このような構成によれば、過剰な負荷を被駆動体に掛けることがない。そのため被駆動体を保護することができる。

（構成６）前記制御装置は、前記所定の物理量が前記第２動作範囲の外に設定された所定閾値を超えた場合に前記汎用動力源に停止を指示する、ことを特徴とする構成５に記載の機器。
このような構成によれば、過剰な負荷を被駆動体に掛けることがない。そのため被駆動体を保護することができる。

なお、上記実施の形態は本発明を適用した一態様を示すものであって、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。

１ 装置
１０ 制御装置
１６ 汎用動力源
１８ 判定部
Ａ 第１動作範囲
Ｂ 第２動作範囲
Ｈ０ 第１動作範囲の上限値
Ｌ０ 第１動作範囲の下限値
Ｈ１ 第２動作範囲の上限値
Ｌ１ 第２動作範囲の下限値

Claims (6)

1. 所定の物理量について第１動作範囲（Ａ）内で動作するように構成された汎用型の動力源である汎用動力源（１６）と、
   前記汎用動力源（１６）の動力によって駆動される被駆動体（１５）と、
   前記汎用動力源（１６）に指示を出力する制御装置と、
   を備え、
   前記所定の物理量について第２動作範囲（Ｂ）が規定されており、
   前記制御装置（１０）は、
   前記被駆動体（１５）の駆動時に、前記第２動作範囲（Ｂ）で動作するように前記汎用動力源（１６）に指示する
   ことを特徴とする機器。
2. 前記第１動作範囲（Ａ）の上限値（Ｈ０）が前記第２動作範囲の上限値（Ｈ１）よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の機器。
3. 前記第１動作範囲（Ａ）の下限値（Ｌ０）は前記第２動作範囲（Ｌ１）の下限値よりも小さい、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の機器。
4. 前記第２動作範囲（Ｂ）の上限値（Ｈ１）又は下限値（Ｌ１）の少なくともいずれか一方を変更可能である、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の機器。
5. 前記制御装置（１０）は、
   前記所定の物理量が前記第２動作範囲（Ｂ）を超えた場合に保護動作を実行する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の機器。
6. 前記制御装置（１０）は、
   前記所定の物理量が前記第２動作範囲（Ｂ）の外に設定された所定閾値を超えた場合に前記汎用動力源（１６）に停止を指示する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の機器。

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