JP4681600B2 - バッテリ式産業車両の荷役回生システム - Google Patents
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Description
このリフト装置下降時の回生システムとして、例えば特開平2−169499号公報及び米国特許第5505043号公報に記載のように、リフト下降時にリフトシリンダから押し出される作動油で油圧ポンプを逆転させて、油圧モータとして作動させ、油圧ポンプに連結された電動機を発電機として作動させることにより、発電機に接続されたバッテリを充電するようにしている。
なお特開平2−169499号公報に開示された方式では、電動機と油圧ポンプとの間に電磁クラッチを設け、リフト下降時に回生不能であれば、電磁クラッチにより動力伝達を遮断するようにしている。
また米国特許第5505043号公報に開示された構成は、リフトシリンダへの給油と他の負荷への給油とにそれぞれ1組ずつの液圧ポンプ及び直流モータを有している。
しかしながらこのような回生システムでは、位置エネルギーの有効利用を図ることはできるが、リフトシリンダへの給油中又は他のリフト装置の位置エネルギーの回生中に、同じ油圧ポンプ及び電動機を使って他の装置又は負荷に圧油圧を供給できないという問題がある。
また米国特許第5505043号公報においては、複数組の油圧ポンプ及び電動機を要し、構造が複雑になり、重量も増えるという問題がある。
本発明の荷役回生システムは、かかる目的を達成するもので、リフト装置を昇降させるリフトシリンダと、バッテリ電源によって作動する電動機と、同電動機によって作動し前記リフトシリンダに圧液を吐出してリフト装置を上昇させる液圧ポンプと、同リフトシリンダと同液圧ポンプとの間に介設されたコントロール弁とを備え、同リフト装置の下降時同液圧ポンプから圧液が供給されない状態で前記リフトシリンダに加わる負荷により同リフトシリンダから圧液貯留タンクに圧液を回収するバッテリ式産業車両のリフト装置において、前記リフトシリンダから前記コントロール弁を介して前記圧液貯留タンクに圧液を回収する配管に同リフトシリンダからの圧液を受けて駆動される液圧モータを介設し、同液圧モータ及び前記電動機間を、同液圧モータから同電動機にのみ駆動トルクを伝達するワンウェイクラッチで接続して、前記電動機が前記液圧ポンプを駆動する電動機と、前記液圧モータによって駆動されるエネルギ回生用の電動機とを兼用し、リフト上昇時には前記電動モータからの駆動トルクによって前記液圧ポンプを駆動し、リフト下降時には前記ワンウェイクラッチを介して前記液圧モータによって前記電動機および前記液圧ポンプが駆動されることを特徴とする。
本発明においては、液圧モータ及び電動機間を、同液圧モータから同電動機にのみ駆動トルクを伝達するワンウェイクラッチで接続したことにより、リフト装置が上昇している時で液圧ポンプが電動機により作動しているとき、液圧ポンプの動きは液圧モータには伝わらないため、電動機から液圧モータへ駆動トルクが伝達されて液圧モータが無用に駆動され、エネルギを無駄にすることを防止することができる。
一方リフト装置が下降している時、エネルギ回生のため液圧モータが駆動しているときは、液圧モータから電動機へ確実に駆動トルクを伝達することができる。
なお本発明において、「ワンウェイクラッチ」とは、液圧モータから電動機に駆動トルクを伝達可能で、かつ電動機から液圧モータに駆動トルクを伝達不可能な伝達手段」の総称を意味する。
このように本発明によれば、液圧ポンプの駆動によって液圧モータの駆動が妨げられることはなく、むしろ液圧モータからの駆動トルクを利用して液圧ポンプを駆動することができる。
しかも液圧ポンプを駆動する圧液供給用の電動機と、液圧モータによって駆動されるエネルギ回生用の電動機とを兼用しているので、別に発電機(あるいは電動機)を設ける場合に比べて設置スペースが少なくて済み、システム全体としての重量を軽くすることができる。
本発明において、好ましくは、リフトシリンダとは別に他の動作をさせる第2のアクチュエータを備え、同第2のアクチュエータに第2のコントロール弁を介して前記液圧ポンプから圧液を供給するようにする。これによって回生動作中でも他のアクチュエータへ作動油を供給することができる。
なお第2のアクチュエータとしては、フォークリフトのフォークを昇降可能に設置したマストを傾動させるチルトシリンダ、パワーステアリング、ブレーキ装置、その他のアタッチメントがある。
また本発明において、好ましくは、液圧ポンプとコントロール弁との間の圧液供給管路に、回生動作時に開き同液圧ポンプの回転により液圧ポンプから吐出される圧液を前記圧液貯留タンクに戻す電磁弁を設けるようにする。これによってリフト装置が下降する回生動作時に、液圧モータの回転によって電動機を介して回転される液圧ポンプによってコントロール弁側の圧液供給管路に吐出される圧液を圧液貯留タンクに戻すことができ、このため圧損が小さくなり、回生効率を向上させることができる。
また前記構成に加えて、前記電磁弁の開動作時及び閉動作時の開閉速度に勾配をもたせれば、同電磁弁の開閉時の液圧の急激な変動を低減でき、操作性を向上させることができる。
また本発明において、好ましくは、前記コントロール弁と前記液圧モータとの間の圧液回収管路から分岐して前記圧液貯留タンク内の圧液中に開口する分岐管路を設け、同分岐管路に圧液が同圧液貯留タンクに流れることを阻止する逆止弁を設けるようにする。
リフト装置の下降動作が終了した時、リフトシリンダと液圧モータとを結ぶ圧液回収管路の途中に介設されたコントロール弁が一気に遮断される。一方液圧モータは過渡的に慣性で回転し続けるので、液圧モータの入口圧力が一気に負圧になって、キャビテーションが発生する可能性があり、液圧モータが破損する可能性がある。
これを防止するために、液圧モータの入口側が負圧になった時に圧液貯留タンクから前記分岐管路を通して圧液を吸い込ませるようにして、負圧をなくし、キャビテーション等の発生を防止することができる。
なお同分岐管路に前記逆止弁を設けて、回生動作中にリフトシリンダから回収される圧液が圧液回収管路から前記分岐管路を通って圧液貯留タンクにバイパスするのを防止している。
また本発明において、好ましくは、前記コントロール弁と前記液圧モータとの間の圧液回収管路に圧液を選択的に前記圧液貯留タンクに戻す流路切換弁と、前記リフトシリンダのボトム油室内の圧力を検知する圧力センサと、同圧力センサの検出値に基づいて同検出値が回生可能な圧力に満たない場合は圧液を前記圧油貯留タンクに戻す指令を前記流路切換弁に発するコントロール弁とを設ける。
これによって回生動作中にリフト装置が空荷かあるいは荷が軽いときに、液圧モータを回転させるトルクが不足した場合に、圧液回収管路から回収される圧液を液圧モータに供給しても、コントロール弁や液圧モータの圧損により、液圧モータを回転させることができず、リフト装置が下降しないおそれがある。この場合に前記流路切換弁を操作して圧液を圧液回収管路から液圧モータを経ずに圧液貯留タンクに戻すようにすることができる。これによってエネルギー効率を向上させることができる。
また本発明において、好ましくは、液圧ポンプを駆動する電動機の駆動トルクを前記液圧ポンプに伝達する経路に電磁クラッチを設けるようにする。これによって回生動作時に同電磁クラッチを切り離すことにより、液圧モータを駆動するためのエネルギ損出をなくし、回生効率を向上させることができる。
この場合電磁クラッチを付設する分だけコスト高になるので、低コストを重視し、多少回生効率が下がっても支障ないのであれば、電磁クラッチを付設する替わりに、前述のように、液圧ポンプとコントロール弁との間の圧液供給管路に、回生動作時に開き同液圧ポンプの回転により液圧ポンプから吐出される圧液を前記圧液貯留タンクに戻す電磁弁を設ければよい。
また本発明において、好ましくは、液圧ポンプ又は液圧モータを可変容量型とする。これによって液圧ポンプ及び液圧モータを最もエネルギ効率の良い回転数(高回転数)及び容量の組み合わせで稼働させれば、高い回生効率を得ることが可能となる。
本発明によれば、リフトシリンダからコントロール弁を介して圧液貯留タンクに圧液を回収する配管に同リフトシリンダからの圧液を受けて駆動される液圧モータを介設し、同液圧モータ及び液圧ポンプを駆動する電動機間を、同液圧モータから同電動機にのみ駆動トルクを伝達するワンウェイクラッチで接続したことにより、リフト装置が上昇している時で液圧ポンプが電動機により作動しているとき、液圧ポンプの動きは液圧モータには伝わらないため、電動機から液圧モータへ駆動トルクが伝達されて液圧モータが無用に駆動され、エネルギを無駄にすることを防止することができるとともに、一方リフト装置が下降している時、エネルギ回生のため液圧モータが駆動しているときは、液圧モータから電動機へ確実に駆動トルクを伝達することができる。
また液圧モータからの駆動トルクを利用して液圧ポンプを駆動することができるとともに、液圧ポンプを駆動する圧液供給用の電動機と、液圧モータによって駆動されるエネルギ回生用の電動機とを兼用しているので、別に発電機(あるいは電動機)を設ける場合に比べて設置スペースが少なくて済み、システム全体としての重量も比較的軽く抑えることができるという利点をもつ。
第2図は、本発明の第2実施例を示す系統図である。
第3図は、前記第2実施例で用いられる電磁弁の開閉速度曲線を示す線図である。
第4図は、前記第2実施例で電磁弁開閉時の油圧ポンプ出口側の圧力変動を示す線図である。
第5図は、本発明の第3実施例を示す系統図である。
第6図は、前記第3実施例で油圧モータ入口圧力の変動状況を示す線図である。
第7図は、本発明の第4実施例を示す系統図である。
第8図は、本発明の第5実施例を示す系統図である。
第9図は、本発明の第6実施例を示す系統図である。
7は、電動モータ4の回転軸及び油圧モータ6の回転軸にそれぞれ連結され、油圧モータ6から電動モータ4への一方向にのみ駆動トルクを伝達可能で、電動モータ4からの駆動トルクに対しては空転して油圧モータ6への駆動トルクの伝達を行なわないワンウェイクラッチである。8及び9は、圧油を貯留するタンクであり、10は、リフトシリンダ1への圧油供給を制御するコントロール弁、11は、チルトシリンダ2への圧油供給を制御するコントロール弁である。
12は、コントロール弁10を操作する操作レバー、13は、コントロール弁11を操作する操作レバー、14は、圧油回収管路22に設けられ、圧油供給管路15に許容圧を超える圧力が付加された時に、管路15を開放して圧油をタンク8に逃がすリリーフ弁である。
また23はコントローラであり、操作レバー12及び13の操作量を入力し、それらの入力値に基づいて設定された電動モータ4の回転数をインバータ24を介して電動モータ4に指令し、インバータ24では電動モータ4の実回転数を取り込んで電動モータ4の回転数を設定値に制御する。
かかる第1実施例の構成において、リフトシリンダ1及びチルトシリンダ2を作動させないときは、リフト用コントロール弁10及びチルト用コントロール弁11は、ともに供給管路15にaポートが合わせられ、圧油は管路15、21を通ってタンク9に戻される。
フォークFの上昇時には,操作レバー12を操作して、リフト用コントロール弁10のcポートを供給管路15に合わせ、油圧ポンプ3により供給管路15から、管路16、17を通って圧油をリフトシリンダ1のボトム油室1aに供給する。また同時にフォークFの傾動が必要なときは、操作レバー13を操作して、チルト用コントロール弁11のbポート又はcポートを供給管路15に合わせ、供給管路18又は19を通ってチルトシリンダ2の右油室2a又は左油室2bに圧油を供給することにより、フォークFを手前又は前方に傾動することができる。
またフォークFを下降させる時は、操作レバー12を作動させて、リフト用コントロール弁10のbポートを回収管路20に合わせることにより、リフトシリンダ1のボトム油室1aから圧油が回収管路20を通って回収される。そのとき回収管路20に介設された油圧モータ6が圧油によって回転駆動され、これによって電動モータ4を発電機として作動させ、インバータ24に接続された電動モータ4回転駆動用のバッテリ電源5を充電する。
なおワンウェイクラッチ7によって、油圧モータ6の駆動トルクは、電動モータ4及び油圧ポンプ3に伝達させるが、電動モータ4からの駆動トルクは油圧モータ6に伝達されない。
このように第1実施例によれば、フォークFが上昇している時で油圧ポンプ3が電動モータ4により作動しているとき、油圧ポンプ3の駆動トルクは油圧モータ6には伝わらないため、電動モータ4から油圧モータ6へ駆動トルクが伝達されて油圧モータ6が無用に駆動され、エネルギを無駄にすることを防止することができる。
また油圧モータ6からの駆動トルクを利用して油圧ポンプ3を駆動することができるとともに、油圧ポンプ3を駆動する電動モータと、油圧モータ6によって駆動されるエネルギ回生用の電動モータとを兼用しているので、別に発電機(あるいは電動機)を設ける場合に比べて設置スペースが少なくて済み、システム全体としての重量も低減することができるという利点をもつ。
電磁弁30は、回生動作時にコントローラ23からの指令により戻し管路31を開放し、油圧モータ6の駆動トルクが油圧ポンプ3に伝達され、油圧ポンプ3の回転により油圧ポンプ3から供給管路15に吐出される圧液を圧液貯留タンク8に戻す機能を有する。
これによってリフト装置が下降する回生動作時に、油圧モータ6の回転によって電動モータ4を介して回転される油圧ポンプ3によって圧油供給管路15に吐出される圧油を圧液貯留タンク8に戻すことができ、このため圧損が小さくなり、回生効率を向上させることができる。
また電磁弁30の開度をコントロールするコントローラ23を設けて、電磁弁30の開閉動作時の開閉速度を図3に示すような勾配をもった曲線とすれば、ソフトな開閉が可能となり、同電磁弁の開閉時の油圧の急激な変動を低減でき、操作性を向上させることができる。この機能を有する電磁弁にノンショックバルブと称されるものがある。
電磁弁30開閉時の供給管路15の油圧ポンプ3出口側の圧力変動を図4に基づいて説明する。
図4において、フォークFの下降が停止し、回生動作が時間t1で停止すると、油圧モータ6の駆動トルクで回転していた油圧ポンプ3の回転は、電動モータ4のブレーキ力等で急には止まらず、ある勾配をもって零となる。このとき回生用電磁弁30を直線aのように急激に閉鎖すると、油圧ポンプ3の出口圧力は、曲線Aのような急激な圧力上昇が起こる。一方曲線bのようにある勾配をもって徐々に閉鎖すると、このような圧力変動が起こらない。
なお第2実施例において、2本の戻し管路22及び31を1本の戻り管路にし、リリーフ弁14と電磁弁30の機能を兼ね備えた電磁弁を同戻し管路に介設するようにしてもよい。
図6に示すように、フォークFの下降動作が終了した時、コントロール弁10が一気に遮断される。一方油圧モータ6は過度的に慣性で回転し続けるので、曲線cのように圧油回収管路20の油圧モータ6の入口圧力が一気に負圧になって、キャビテーションが発生する可能性があり、油圧モータ6が破損する可能性がある。
これを防止するために、油圧モータ6の入口側が負圧になった時に圧油貯留タンク8から分岐管路40を通して圧液を吸い込ませて負圧をなくし、キャビテーション等の発生を防止することができる。
なお分岐管路40に逆止弁41を設けて、回生動作中にリフトシリンダ1から回収される圧油が、圧油回収管路20から分岐管路40を通って圧油貯留タンク8にバイパスするのを防止している。
第4実施例は、かかる構成によって、回生動作中にフォークFが空荷かあるいは荷が軽いため、油圧モータ6を回転させるトルクが不足した場合に、圧油回収管路20から回収される圧油を油圧モータ6に供給しても、コントロール弁10や油圧モータ6の圧損により、油圧モータ6を回転させることができず、フォークFが下降しないおそれがある。この場合に流路切換弁50を操作して圧油を圧油回収管路20から油圧モータ6を経ずに切換管路51を通って圧油貯留タンク9に戻すようにする。これによってエネルギー効率を向上させることができる。
第5実施例において、電磁クラッチ60を付設する分だけコスト高になるので、低コストを重視し、多少回生効率が下がっても支障ないのであれば、電磁クラッチ60を付設する替わりに、図2に示す第2実施例のように、回生動作時に開き油圧ポンプ3の回転により油圧ポンプ3から吐出される圧油を圧油貯留タンク8に戻す電磁弁30を設ければよい。
かかる第6実施例において、圧力センサ52より検出したリフトシリンダ1のボトム油室1aの圧力値及び操作レバー12、13の操作量(圧油流量)に基づいてモータトルク効率及びポンプ効率の面から最適となる電動モータ4の回転数及び油圧モータ6、油圧ポンプ3の容量を決定する。その後コントローラ54は、電動モータ4の決定された回転数に基づいて、必要流量となるよう斜板型油圧ポンプ3及び斜板型油圧モータ6の斜板か独活を制御する。
これによって電力回生時のみならず、リフト装置の上昇時のそれぞれの工程において、最もエネルギ効率の良い電動モータ4の回転数(高回転数)及び油圧ポンプ3及び油圧モータ6の容量の組み合わせで稼働させることができ、従って高い作動効率を得ることが可能となる。
Claims (9)
- リフト装置を昇降させるリフトシリンダと、バッテリ電源によって作動する電動機と、同電動機によって作動し前記リフトシリンダに圧液を吐出してリフト装置を上昇させる液圧ポンプと、同リフトシリンダと同液圧ポンプとの間に介設されたコントロール弁とを備え、同リフト装置の下降時同液圧ポンプから圧液が供給されない状態で前記リフトシリンダに加わる負荷により同リフトシリンダから圧液貯留タンクに圧液を回収するバッテリ式産業車両のリフト装置において、前記リフトシリンダから前記コントロール弁を介して前記圧液貯留タンクに圧液を回収する配管に同リフトシリンダからの圧液を受けて駆動される液圧モータを介設し、同液圧モータ及び前記電動機間を、同液圧モータから同電動機にのみ駆動トルクを伝達するワンウェイクラッチで接続して、前記電動機が前記液圧ポンプを駆動する電動機と、前記液圧モータによって駆動されるエネルギ回生用の電動機とを兼用し、リフト上昇時には前記電動モータからの駆動トルクによって前記液圧ポンプを駆動し、リフト下降時には前記ワンウェイクラッチを介して前記液圧モータによって前記電動機および前記液圧ポンプが駆動されることを特徴とするバッテリ式産業車両の荷役回生システム。
- 前記リフトシリンダとは別に他の動作をさせる第2のアクチュエータを備え、同第2のアクチュエータに第2のコントロール弁を介して前記液圧ポンプから圧液を供給するようにしたことを特徴とする請求項1記載のバッテリ式産業車両の荷役回生システム。
- 前記第2のアクチュエータがフォークリフトのフォークを設置したマストを傾動させるチルトシリンダであることを特徴とする請求項2記載のバッテリ式産業車両の荷役回生システム。
- 前記液圧ポンプと前記コントロール弁との間の圧液供給管路に、回生動作時に開き同液圧ポンプの回転により液圧ポンプから吐出される圧液を前記圧液貯留タンクに戻す電磁弁を設けたことを特徴とする請求項1記載のバッテリ式産業車両の荷役回生システム。
- 前記電磁弁の開動作時及び閉動作時の開閉速度に勾配をもたせたことを特徴とする請求項4記載のバッテリ式産業車両の荷役回生システム。
- 前記コントロール弁と前記液圧モータとの間の圧液回収管路から分岐して前記圧液貯留タンク内の圧液中に開口する分岐管路を設け、同分岐管路に圧液が同圧液貯留タンクに流れることを阻止する逆止弁を設けたことを特徴とする請求項1記載のバッテリ式産業車両の荷役回生システム。
- 前記コントロール弁と前記液圧モータとの間の圧液回収管路に圧液を選択的に前記圧液貯留タンクに戻す流路切換弁と、前記リフトシリンダのボトム油室内の圧力を検知する圧力センサと、同圧力センサの検出値に基づいて同検出値が回生可能な圧力に満たない場合は圧液を前記圧油貯留タンクに戻す指令を前記流路切換弁に発するコントロール弁とを設けたことを特徴とする請求項1記載のバッテリ式産業車両の荷役回生システム。
- 前記電動機の駆動トルクを前記液圧ポンプに伝達する経路に電磁クラッチを設けたことを特徴とする請求項1記載のバッテリ式産業車両の荷役回生システム。
- 前記液圧ポンプ又は前記液圧モータの少なくとも一方を可変容量型としたことを特徴とする請求項1記載のバッテリ式産業車両の荷役回生システム。
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