JP4070947B2 - 除雪機の充電システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は除雪機に好適な充電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
作業用車両には、各種の電気部品が装備されており、電動式除雪機を例に具体的に説明すると、走行用電動モータ（定格２４Ｖ）、オーガ昇降モータ（定格２４Ｖ）、シュータ旋回モータ（定格１２Ｖ）、シュータ傾動モータ（定格１２Ｖ）、セルモータ（定格１２Ｖ）のごとく２種類の定格電圧の電気部品を装備している。これらのモータは何れも小型直流モータであり、安価で入手容易な市販品を流用するため、２種類の定格電圧の電気部品が混在することはやむを得ないことである。
【０００３】
図９は従来の給電系回路図であり、第１バッテリ１０１と第２バッテリ１０２を直列に配置し、これらバッテリ１０１，１０２の中間を接点Ｂ、この接点Ｂを挟んだ第１バッテリ１０１の一端を接点Ａ、同じく第２バッテリ１０２の一端を接点Ｃと呼ぶときに、接点Ｃと接点Ａとに走行用電動モータＭ１及びオーガ昇降モータＭ２を結線し、接点Ｂと接点Ａとにシュータ旋回モータＭ３、シュータ傾動モータＭ４及びセルモータＭ５を結線する。
これで、モータＭ１，Ｍ２は２４Ｖの給電を受け、他のモータＭ３〜Ｍ５は１２Ｖの給電を受けることができる。
【０００４】
図１０は従来の充電系回路図であり、交流発電機１０３にレギュレータ１０４を付属させ、このレギュレータ１０４で交流発電機１０３のフィールドコイルに流れる界磁電流を制御することにより発電電圧を制御し、各種電気機器に必要な電力を供給すると共にバッテリ１０１，１０２の適正充電を行わせる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１０の充電系で良好にバッテリ１０１，１０２に充電したとしても、図９の第２バッテリ１０２に比較して第１バッテリ１０１の負荷が大きいため、第１バッテリ１０１が放電過多になりやすい。この結果、第１バッテリ１０１の寿命が第２バッテリ１０２より短くなる。
一般に新バッテリと古バッテリの混在使用は好ましくないとされているため、バッテリ１０１，１０２は同時に交換することになり、第１バッテリ１０１の寿命が尽きた段階で、まだ十分に使用可能な第２バッテリ１０２を廃却することになり、資源の有効利用の点から課題がある。
【０００６】
この対策として、例えば特開平１−１７０３３５号公報「車両用電源装置」が提案されている。同公報の第１図の回路図において、この発明は、交流発電機１に電圧変換装置７を備え、この電圧変換装置７で交流電源を高圧直流電源と低圧直流電源とに選択的に変換し、第１バッテリ２と第２バッテリ３とを対象に高圧充電し、第１バッテリ２のみを対象に低圧充電し、且つバッテリ２，３のバランスをとることができるというものである。
【０００７】
しかし、上記電圧変換装置７は、トランジスタ１０、コンパレータ１１、三角波発振器１２、オペアンプ１３、抵抗１５，１６，１９，２１、コンデンサ１７，１９，２０，２１などが必要であり、極めて複雑な構造のものである。
作業用車両は除雪、除草、農作物の運搬などと用途が限定され、使用時間も限られるため、上記電圧変換装置７の様な複雑で高価な機器を装備するには課題がある。作業用車両の価格が高騰すること、複雑な機器を装備すると専門の修理工場に運ぶ必要があり点検費用が嵩む等各種の課題が発生するからである。
【０００８】
そこで、本目的は除雪機に好適且つ安価な充電システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、雪を寄せるオーガ、寄せた雪をシュータを通じて投雪するブロア及びオルタネータを駆動する内燃機関を備え、機体を走行させる走行用モータ及びオーガを作業位置から待機位置へ昇降させるオーガ昇降モータからなる高圧仕様の電気部品と、ブロアからの雪を導くシュータを旋回させるシュータ旋回モータ、シュータを傾動させるシュータ傾動モータ及び内燃機関を始動させるセルモータからなる低圧仕様の電気部品とを装備した除雪機において、この除雪機は、低圧仕様の電気部品に給電する第１バッテリと、この第１バッテリに直列接続し、この第１バッテリとセットで高圧仕様の電気部品に給電する第２バッテリと、直列接続した第１バッテリ、第２バッテリに高圧電圧で充電する高圧オルタネータと、第１バッテリにのみ低圧電圧で充電する低圧オルタネータと、を備え、高圧オルタネータは、伝動機構を介して内燃機関のクランク軸に連結し、低圧オルタネータは、クランク軸に固定したフライホイールの内周面に永久磁石を取付け、この永久磁石に対向させるように発電コイルを取付け、永久磁石と発電コイルとの誘導作用で発電をなすものであることを特徴とする。
【００１０】
クランク軸と高圧オルタネータとを結ぶ伝動機構は、プーリ・タイミングベルトやギヤ・ギヤ又は同等の周知の伝動装置であればよく、形式や種類は任意である。
ガソリンエンジンなどの汎用の内燃機関には高圧オルタネータは標準装備されている。しかし、低圧オルタネータは標準装備されていない。そこで、この低圧オルタネータを、フライホイールを有効利用することで容易に付加したことを特徴とする。すなわち、フライホイールに永久磁石を取付け、クランクケース側に発電コイルを取付けることで、低圧オルタネータの要部を構成する。
この低圧オルタネータで第１バッテリを充電すれば、第２バッテリに比較して負荷の大きな第１バッテリを常に適正な充電状態に保つことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【００１２】
図１は本発明に係る除雪機の側面断面図であり、除雪機１０は、「走行部」を機体フレーム１１と、この機体フレーム１１に回転自在に取付けた駆動輪１２，遊転輪１３と、これらに掛け渡したクローラ１４と、前記駆動輪１２を駆動する走行用モータＭ１とで構成し、「作業部」を前記機体フレーム１１にピボット１６を回転支点として上下動可能に取付けたスイングフレーム１７と、このスイングフレーム１７を昇降する昇降シリンダ１８と、前記スイングフレーム１７に載せた内燃機関としてのガソリンエンジン１９と、このエンジン１９のクランク軸２１に取付けた第１プーリ２２，第２プーリ２３及びフライホイール２４と、第２プーリ２３で回す作業部駆動軸２５と、この作業部駆動軸２５に取付けたブロア２６と、作業部駆動軸２５で回すオーガ２７と、ブロア２６を囲うと共に及びオーガ２７をカバーするハウジング２８と、このハウジング２８から上へ延ばしたシュート２９とで構成したものである。
【００１３】
ガソリンエンジン１９で作業部駆動軸２５を回し、この作業部駆動軸２５でブロア２６及びオーガ２７を回せば、オーガ２７で路面の雪を寄せ、この雪をブロア２６で加速し、シュート２９を通じて投雪することができる。
【００１４】
この除雪機１０に装備した電気部品を説明すると、駆動輪１２に走行モータＭ１、昇降シリンダ１８にオーガ昇降モータＭ２、シュート２９にシュータ旋回モータＭ３及びシュータ傾動モータＭ４、ガソリンエンジン１９にセルモータＭ５をそれぞれ備える。なお、シュータ旋回モータＭ３の作用で、シュート２９を矢印丸数字３の通りに旋回させ、またシュータ傾動モータＭ４の作用で、シュート２９を矢印丸数字４の通りに傾斜角度を調整することができる。
【００１５】
図２は図１の２−２矢視図（本発明に係る高圧オルタネータの配置図）であり、通常のガソリンエンジンと同様に、クランク軸２１に第１プーリ２２を取付け、この第１プーリ２２にタイミングベルト３１を巻付け、このタイミングベルト３１で高圧オルタネータ３２を回動するようにした。なお、オルタネータは三相交流発電機に整流器を付設し、一定電圧の直流を出力するもので、車両用発電機として最も広く使用されているものであるから、内部構造の説明は省略する。
なお、高圧オルタネータ３２はギヤでクランク軸２１に連結することは差支えない。要は、高圧オルタネータ３２はクランク軸２１で直接的に回動されるものである。
【００１６】
図３は低圧オルタネータの取付図であり、クランク軸２１に固定したフライホイール２４の内周面３３に少なくとも１個の永久磁石３４を取付け、この永久磁石３４に対向させるように発電コイル３５，３５を、エンジンのクランクケースから延ばしたブラケット３６，３６に取付けたことを示す。
図４は図３の４−４線断面図であり、フライホイール２４はクランク軸２１と同期して高速回転する。一方、発電コイル３５，３５は静止している。
発電コイル３５側を永久磁石３４が通過するため、誘導作用により、交流発電が可能となる。
この発電コイル３５と永久磁石３４が、本発明の低圧オルタネータ３７の要部となる。
【００１７】
図５は本発明に係る充電系回路図であり、高圧交流発電機４１に高圧レギュレータ４２を組合わせることで直流２４Ｖを発生させることのできる高圧オルタネータ３２の端子を端子Ｃ，端子Ａとし、低圧交流発電機４３に低圧レギュレータ４４を組合わせることで直流１２Ｖを発生させることのできる低圧オルタネータ３７の端子を端子Ｂ，端子Ａとし、回路を構成したものである。
【００１８】
図６は本発明に係る充電システムの回路図であり、実質的に図５を前記図９に連結したものである。すなわち、第１バッテリ４６と第２バッテリ４７を直列に配置し、これらバッテリ４６，４７の中間を接点Ｂ、この接点Ｂを挟んだ第１バッテリ４６の一端を接点Ａ、同じく第２バッテリ４７の一端を接点Ｃと呼ぶときに、接点Ｃと接点Ａとに走行用電動モータＭ１及びオーガ昇降モータＭ２を結線し、接点Ｂと接点Ａとにシュータ旋回モータＭ３、シュータ傾動モータＭ４及びセルモータＭ５を結線する。
これで、モータＭ１，Ｍ２は２４Ｖの給電を受け、他のモータＭ３〜Ｍ５は１２Ｖの給電を受けさせることができる。
【００１９】
そして、接点Ｃ，Ａに高圧オルタネータ３２を結線し、接点Ｂ，Ａに低圧オルタネータ３７を結線する。
シュータ旋回モータＭ３、シュータ傾動モータＭ４又はセルモータＭ５を使用すると、第１バッテリ４６の電圧が第２バッテリ４７より下がる可能性がある。しかし、低圧オルタネータ３７で第１バッテリ４６に充電を実施しているために、そのような不都合は発生しない。
なお、高圧・低圧オルタネータ３２，３７に備えたレギュレータ４２，４４が過充電回避作用を発揮する。
【００２０】
図７は本発明の充電システムの評価グラフ（その１）であり、横軸は作業時間、縦軸は電圧である。
端子電圧が１２．４Ｖである第１バッテリ、第２バッテリを除雪機に搭載し、この除雪機のガソリンエンジンを始動し、毎分３０００回転に保ちながら、１６分間所定の作業を行った。作業終了後（安定した後）第１バッテリ、第２バッテリの電圧を測ったところ、共に１２．７Ｖであったことを示す。
【００２１】
図８は本発明の充電システムの評価実験グラフ（その２）であり、端子電圧が１２．９Ｖである第１バッテリと同１２，５Ｖである第２バッテリを除雪機に搭載し、この除雪機のガソリンエンジンを始動し、毎分３０００回転に保ちながら、８７分間所定の作業を行い、一旦作業を終了し（安定した後）第１バッテリ、第２バッテリの電圧を測ったところ、第１バッテリは１２．８Ｖ、即ち０．１Ｖ下っており、また第２バッテリは１３．０Ｖ、即ち０．５Ｖ上がっていた。
エンジンを始動し、更に１０２分間、総計１８９分運転し、作業を終了し（安定した後）第１バッテリ、第２バッテリの電圧を測ったところ、第１バッテリは１２．９Ｖであり、０．１Ｖ上り、また第２バッテリは１３．０Ｖのままであった。
【００２２】
図７は同電圧の第１・第２バッテリを用いたためにバッテリ間のアンバランスは皆無であった。一方、図８では意図的に０．４Ｖものアンバランスを与えた第１・第２バッテリを用いたところ、８７分後でアンバランスは０．２Ｖ、１８９分後でアンバランスは０．１Ｖであり、実用上許容できるアンバランスに収ったと言える。
すなわち、本発明によれば、スペース的に余裕のあるフライホイールを巧みに利用し、ここに低圧オルタネータを組付けることで、複数個のバッテリ間のバラツキを抑えることに成功したものである。
【００２３】
尚、実施例では高圧仕様は２４Ｖ、低圧仕様は１２Ｖとしたが、これらの数値は参考値である。また、バッテリの数は２個以上であれば数は問わない。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、雪を寄せるオーガ、寄せた雪をシュータを通じて投雪するブロア及びオルタネータを駆動する内燃機関を備え、機体を走行させる走行用モータ及び前記オーガを作業位置から待機位置へ昇降させるオーガ昇降モータからなる高圧仕様の電気部品と、前記ブロアからの雪を導くシュータを旋回させるシュータ旋回モータ、前記シュータを傾動させるシュータ傾動モータ及び前記内燃機関を始動させるセルモータからなる低圧仕様の電気部品とを装備した除雪機において、低圧仕様の電気部品に給電する第１バッテリと、この第１バッテリに直列接続し、この第１バッテリとセットで高圧仕様の電気部品に給電する第２バッテリと、直列接続した第１バッテリ、第２バッテリに高圧電圧で充電する高圧オルタネータと、第１バッテリにのみ低圧電圧で充電する低圧オルタネータとを備えたので、低圧オルタネータで第１バッテリを充電すれば、第２バッテリに比較して負荷の大きな第１バッテリを常に適正な充電状態に保つことができる。
【００２５】
そのため、高圧オルタネータは、エンジンに通常に装備されているオルタネータを当て、低圧オルタネータは、クランク軸に固定したフライホイールの内周面に永久磁石を取付け、この永久磁石に対向させるように発電コイルを取付けることで、簡単に構成することができる。
【００２６】
従って、本発明により、複雑で高価な電子制御回路を使用するなく、極く少ない投資でバッテリ間のアンバランスを効果的に除くことができ、用途や使用期間が限れられている作業用車両に好適な充電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る除雪機の側面断面図
【図２】 図１の２−２矢視図（本発明に係る高圧オルタネータの配置図）
【図３】 低圧オルタネータの取付図
【図４】 図３の４−４線断面図
【図５】 本発明に係る充電系回路図
【図６】 本発明に係る充電システムの回路図
【図７】 本発明の充電システムの評価グラフ（その１）
【図８】 本発明の充電システムの評価グラフ（その２）
【図９】 従来の給電系回路図
【図１０】 従来の充電系回路図
【符号の説明】
１０…除雪機、１９…内燃機関（ガソリンエンジン）、２１…クランク軸、３２…高圧オルタネータ、３４…永久磁石、３５…発電コイル、３７…低圧オルタネータ、４６…第１バッテリ、４７…第２バッテリ、Ｍ１，Ｍ２…高圧仕様の電気部品、Ｍ３〜Ｍ５…低圧仕様の電気部品。

Claims (1)

1. 雪を寄せるオーガ、寄せた雪をシュータを通じて投雪するブロア及びオルタネータを駆動する内燃機関を備え、機体を走行させる走行用モータ及び前記オーガを作業位置から待機位置へ昇降させるオーガ昇降モータからなる高圧仕様の電気部品と、前記ブロアからの雪を導くシュータを旋回させるシュータ旋回モータ、前記シュータを傾動させるシュータ傾動モータ及び前記内燃機関を始動させるセルモータからなる低圧仕様の電気部品とを装備した除雪機において、
   この除雪機は、低圧仕様の電気部品に給電する第１バッテリと、この第１バッテリに直列接続し、この第１バッテリとセットで高圧仕様の電気部品に給電する第２バッテリと、直列接続した第１バッテリ、第２バッテリに高圧電圧で充電する高圧オルタネータと、前記第１バッテリにのみ低圧電圧で充電する低圧オルタネータと、を備え、
   前記高圧オルタネータは、伝動機構を介して内燃機関のクランク軸に連結し、
   前記低圧オルタネータは、クランク軸に固定したフライホイールの内周面に永久磁石を取付け、この永久磁石に対向させるように発電コイルを取付け、永久磁石と発電コイルとの誘導作用で発電をなすものであることを特徴とした除雪機の充電システム。

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