JP6162367B2 - 油圧駆動作業機 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の積載形トラッククレーンは、エンジンと電動モータとが同時にエンジン系油圧ポンプと電動モータ系油圧ポンプとを駆動して、油圧機器に過大な圧油を供給して損傷を与えるのを防止するために、エンジンまたは電動モータのいずれか一方のみを動力源として選択するように構成されている。
このように、従来のハイブリッド型の積載形トラッククレーンは、エンジン駆動の利点(作業機の動作速度)と、電動モータ駆動の利点(騒音や排気ガスの低減)を同時に享受できるものではなかった。
第2発明の油圧駆動作業機は、エンジンと、該エンジンにより駆動されるエンジン系油圧ポンプと、電動モータと、該電動モータにより駆動される電動モータ系油圧ポンプと、前記エンジン系油圧ポンプおよび前記電動モータ系油圧ポンプから作動油を供給可能な油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータを操作する操作手段と、前記エンジン系油圧ポンプおよび前記電動モータ系油圧ポンプの両方から前記油圧アクチュエータに作動油を供給するように、前記エンジンの回転数および前記電動モータの回転数を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、予め定められた前記操作手段の操作量が最大のときの前記電動モータ系油圧ポンプの吐出流量から、前記油圧アクチュエータを含む油圧回路の定格流量までの不足分を算出し、前記操作手段の操作量が最大のときに、前記不足分を前記エンジン系油圧ポンプで補い、前記エンジン系油圧ポンプと前記電動モータ系油圧ポンプとの合計吐出流量が前記定格流量となるように、前記エンジンの回転数を制御することを特徴とする。
第3発明の油圧駆動作業機は、エンジンと、該エンジンにより駆動されるエンジン系油圧ポンプと、電動モータと、該電動モータにより駆動される電動モータ系油圧ポンプと、前記エンジン系油圧ポンプおよび前記電動モータ系油圧ポンプから作動油を供給可能な油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータを操作する操作手段と、前記エンジン系油圧ポンプおよび前記電動モータ系油圧ポンプの両方から前記油圧アクチュエータに作動油を供給するように、前記エンジンの回転数および前記電動モータの回転数を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、予め定められた前記エンジンの回転数と前記電動モータの回転数との一定比率に基づき、前記操作手段の操作量の増加に従い前記エンジンの回転数および前記電動モータの回転数を増加させ、前記操作手段の操作量の減少に従い前記エンジンの回転数および前記電動モータの回転数を減少させることを特徴とする。
第4発明の油圧駆動作業機は、エンジンと、該エンジンにより駆動されるエンジン系油圧ポンプと、電動モータと、該電動モータにより駆動される電動モータ系油圧ポンプと、前記エンジン系油圧ポンプおよび前記電動モータ系油圧ポンプから作動油を供給可能な油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータを操作する操作手段と、前記エンジン系油圧ポンプおよび前記電動モータ系油圧ポンプの両方から前記油圧アクチュエータに作動油を供給するように、前記エンジンの回転数および前記電動モータの回転数を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記電動モータの実際の回転数が制御値よりも低下した場合に、その低下による前記電動モータ系油圧ポンプの吐出流量の不足分を前記エンジン系油圧ポンプで補うように、前記エンジンの回転数を増加させることを特徴とする。
第2発明によれば、油圧回路に定格流量の作動油を供給できるので、作業機の動作を速くできる。
第3発明によれば、エンジンの回転数と電動モータの回転数との比率を所定の値に維持して制御できる。
第4発明によれば、外的要因により電動モータの回転数が低下しても、エンジン系油圧ポンプにより作業機の動作速度を維持できる。
本発明に係る油圧駆動作業機は、積載形トラッククレーンなどの移動式クレーン、高所作業車、車両運搬車などであるが、これらに限られるものではなく、油圧駆動源としてエンジンにより駆動されるエンジン系油圧ポンプと、電動モータにより駆動される電動モータ系油圧ポンプとを備える作業機であれば、あらゆる作業機が含まれる。
以下では、積載形トラッククレーンを例に説明する。
本発明の第1実施形態に係る積載形トラッククレーン1は、汎用トラックの運転室と荷台との間の車両フレームに小型クレーンが搭載されたものである。なお、他の形態として荷台の後方の車両フレームに小型クレーンが搭載されたリア架装のものや、荷台の内側に小型クレーンが搭載されたものもある。
なお、油圧バルブユニット13のレバー13aが、特許請求の範囲に記載の操作手段に相当する。
(a)停止モード
パワーテイクオフスイッチ24および電動モードスイッチ33をともに切にすると、油圧回路10は停止モードに切り替わる。停止モードでは、エンジン系油圧ポンプ11および電動モータ系油圧ポンプ12ともに停止しており、小型クレーンが停止している状態である。なお、エンジン22の駆動により積載形トラッククレーン1が走行している場合も含まれる。
パワーテイクオフスイッチ24を入にし、電動モードスイッチ33を切にすると、油圧回路10はエンジン単独モードに切り替わる。エンジン単独モードでは、電動モータ系油圧ポンプ12は停止しており、エンジン系油圧ポンプ11単独で油圧アクチュエータ14に作動油を供給する。
パワーテイクオフスイッチ24を切にし、電動モードスイッチ33を入にすると、油圧回路10は電動モータ単独モードに切り替わる。電動モータ単独モードでは、エンジン系油圧ポンプ11は停止しており、電動モータ系油圧ポンプ12単独で油圧アクチュエータ14に作動油を供給する。
パワーテイクオフスイッチ24および電動モードスイッチ33をともに入にすると、油圧回路10はエンジン・電動モータ併用モードに切り替わる。エンジン・電動モータ併用モードでは、電動モータ系油圧ポンプ12およびエンジン系油圧ポンプ11の両方で油圧アクチュエータ14に作動油を供給する。
図2に示すように、制御手段40は、駆動モード判定手段41と、回転数演算手段42とから構成されている。駆動モード判定手段41は、パワーテイクオフスイッチ24および電動モードスイッチ33と電気的に接続されており、パワーテイクオフスイッチ24の入、切の状態を示すパワーテイクオフ信号、および電動モードスイッチ33の入、切の状態を示す電動モード信号が入力されている。
そして、駆動モード判定手段41は判定結果を回転数演算手段42に入力する。
また、エンジン回転数制御手段23としてガバナを用いる場合には、ガバナを動作させるステッピングモータを設け、そのステッピングモータと回転数演算手段42とを電気的に接続してもよい。この場合、回転数演算手段42から出力されるエンジン回転数信号に従ってステッピングモータがガバナを動作させ、ガバナによりエンジン22の回転数が制御される。
パワーテイクオフスイッチ24および電動モードスイッチ33がともに切である場合、駆動モード判定手段41は停止モードであると判定し、その判定結果を回転数演算手段42に入力する。
エンジン系油圧ポンプ11は、パワーテイクオフ装置21が切であるためエンジン22の駆動が伝達されず、停止した状態である。
パワーテイクオフスイッチ24が入であり電動モードスイッチ33が切である場合、駆動モード判定手段41はエンジン単独モードであると判定し、その判定結果を回転数演算手段42に入力する。
エンジンコントロールユニット23は、入力されたエンジン回転数信号に従い、エンジン22の回転数を制御する。これにより、エンジン系油圧ポンプ11は、操作量の増減に従い、その吐出流量が増減するように制御される。
エンジン単独モードでは、吐出流量を多くできるので小型クレーンの動作を速くできる。ただし、騒音が大きく排気ガスが多い。
パワーテイクオフスイッチ24が切であり電動モードスイッチ33が入である場合、駆動モード判定手段41は電動モータ単独モードであると判定し、その判定結果を回転数演算手段42に入力する。
インバータ32は、入力された電動モータ回転数信号に従い、電動モータ31の回転数を制御する。これにより、電動モータ系油圧ポンプ12は、操作量の増減に従い、その吐出流量が増減するように制御される。
電動モータ単独モードでは、騒音や排気ガスを低減できる。ただし、一般に電動モータ系油圧ポンプ12の吐出流量は少ないので小型クレーンの動作が遅くなる。
パワーテイクオフスイッチ24および電動モードスイッチ33がともに入である場合、駆動モード判定手段41はエンジン・電動モータ併用モードであると判定し、その判定結果を回転数演算手段42に入力する。
以下に説明する4つの制御パターンのいずれの制御を行うかは、予め制御手段40に設定されている。
このように構成すれば、周囲の環境などに適した制御パターンを選択して、制御できる。
回転数演算手段42は、操作量検出手段13bから入力される操作量の増減によらず、エンジン22の回転数を一定とし、エンジンコントロールユニット23にエンジン回転数信号を出力する。例えば、エンジン22を常にアイドリング状態とする。これにより、エンジン系油圧ポンプ11は、操作量の増減によらず、その吐出流量が一定に制御される。
このように制御すれば、エンジン系油圧ポンプ11と電動モータ系油圧ポンプ12の合計吐出流量を(c)電動モータ単独モードに比べて多くできるので(図3(c)参照)、小型クレーンの動作を速くできる。また、電動モータ系油圧ポンプ12を主として油圧アクチュエータ14に作動油を供給できるので、エンジン22の回転数を抑制でき、その分騒音や排気ガスを低減できる。
回転数演算手段42は、操作量検出手段13bから入力される操作量の増減に従いエンジン22の回転数が増減するように、エンジン22の回転数を演算し、エンジンコントロールユニット23にエンジン回転数信号を出力する。例えば、エンジン回転数信号の値を操作量に比例した値とする。なお、操作量が少ない場合にはエンジン22はアイドリング状態とされる。これにより、エンジン系油圧ポンプ11は、操作量の増減に従い、その吐出流量が増減するように制御される。
このように制御すれば、エンジン系油圧ポンプ11と電動モータ系油圧ポンプ12の合計吐出流量を制御パターン1に比べて多くできるので、小型クレーンの動作をより速くできる。また、電動モータ系油圧ポンプ12の吐出流量分だけエンジン系油圧ポンプ11の吐出流量を抑えることができ、エンジン22の回転数を抑えることができるので、騒音や排気ガスを低減できる。
回転数演算手段42は、操作量検出手段13bから入力される操作量の増減に従いエンジン22の回転数が増減するように、エンジン22の回転数を演算し、エンジンコントロールユニット23にエンジン回転数信号を出力する。例えば、エンジン回転数信号の値を操作量に比例した値とする。なお、操作量が少ない場合にはエンジン22はアイドリング状態とされる。これにより、エンジン系油圧ポンプ11は、操作量の増減に従い、その吐出流量が増減するように制御される。
このように制御すれば、エンジン系油圧ポンプ11を主として油圧アクチュエータ14に作動油を供給できるので、小型クレーンの動作を速くできる。また、電動モータ系油圧ポンプ12の吐出流量分だけエンジン系油圧ポンプ11の吐出流量を抑えることができ、エンジン22の回転数を(b)エンジン単独モードに比べて抑えることができるので(図3(b)参照)、騒音や排気ガスを低減できる。
回転数演算手段42は、操作量検出手段13bから入力される操作量の増減に従い電動モータ31の回転数が増減するように、電動モータ31の回転数を演算する。また、電動モータ31の回転数の上限を予め定めておき、操作量が増加して、演算された電動モータ31の回転数がその上限を超える場合には、電動モータ31の回転数をその上限値とする。そして、回転数演算手段42は、演算した回転数を電動モータ回転数信号としてインバータ32に出力する。これにより、電動モータ系油圧ポンプ12は、電動モータ31の回転数により定まる上限を超えない範囲において、操作量の増減に従いその吐出流量が増減するように制御される。
また、操作量が多い場合(電動モータ31の回転数が上限値である場合)においては、エンジン系油圧ポンプ11で電動モータ系油圧ポンプ12の吐出流量の不足分を補う。そのため、小型クレーンの動作を速くできる。
この場合、回転数演算手段42は、レバー13aの操作量が最大のときの電動モータ系油圧ポンプ12の吐出流量から、定格流量までの不足分を算出し、その不足分をエンジン系油圧ポンプ11で補うように、エンジン22の回転数を演算すればよい。
このように制御すれば、油圧回路10に定格流量の作動油を供給できるので、小型クレーンの動作を速くできる。
このように制御すれば、油圧回路10に過大な作動油を供給して損傷を与えるのを防止することができる。
予め操作量に対するエンジン22の回転数および電動モータ31の回転数を定めておき、それをデータベースなどの形式で制御手段40に記憶しておく。回転数演算手段42は、操作量検出手段13bから入力される操作量を基にデータベースを参照して、エンジンの回転数および電動モータの回転数を決定する。
このような方法によれば、エンジン22の回転数と電動モータ31の回転数との変化を任意に設定できる。
このような方法によれば、エンジン22の回転数と電動モータ31の回転数の比率を所定の値に維持して制御できる。
本発明の第2実施形態に係る積載形トラッククレーン2は、(d)エンジン・電動モータ併用モードにおいて、小型クレーンの動作速度を微速、中速、高速の3段階で切り替え可能に構成されている。
具体的には、図5に示すように、本実施形態の制御手段40は、(d)エンジン・電動モータ併用モードにおいて、微速パターン、中速パターン、高速パターンの3つの制御パターンのいずれかで制御を行う。
回転数演算手段42は、操作量検出手段13bから入力される操作量の増減によらず、
エンジン22の回転数を一定とし、エンジンコントロールユニット23にエンジン回転数信号を出力する。例えば、エンジン22を常にアイドリング状態とする。これにより、エンジン系油圧ポンプ11は、操作量の増減によらず、その吐出流量が一定に制御される。また、エンジン系油圧ポンプ11の吐出流量は少なく制御される。
エンジン系油圧ポンプ11は微速パターンと同様に、レバー13aの操作量の増減によらず、その吐出流量が一定に制御される。
エンジン系油圧ポンプ11は微速パターンと同様に、レバー13aの操作量の増減によらず、その吐出流量が一定に制御される。
この場合、例えば、レバー13aの操作量の増減に対する電動モータ31の回転数の増減割合を制御手段40に指示する調整手段を設ければよい。この調整手段で増減割合を調整すれば、制御手段40は、その調整手段の指示した増減割合で、レバー13aの操作量に従い電動モータ31の回転数を増減させる。
このように構成すれば、調整手段により油圧アクチュエータ14への作動油の流量を調整できるので小型クレーンの動作速度をより多段階または無段階で変更できる。
図6に示すように、本発明の第3実施形態に係る積載形トラッククレーン3は、第1実施形態に係る積載形トラッククレーン1において、電動モータ31に回転数検出手段34が取り付けられたものである。回転数検出手段34は、電動モータ31の回転数を検出し、その結果を制御手段40にフィードバックしている。
その余の構成は積載形トラッククレーン1と同一であるので、同一部材に同一符号を付して説明を省略する。
電動モータ31は、油圧アクチュエータ14に荷重がかかるなどして負荷が上昇した場合や、電動モータ31に電力を供給するバッテリの残量が低下した場合には、インバータ32からの制御値よりも実際の回転数が低下する場合がある。
その場合、減算器43において電動モータ31の回転数の低下分が演算され、回転数演算手段42に入力される。
上記実施形態では、操作量に対してエンジン系油圧ポンプ11および電動モータ系油圧ポンプ12の吐出流量を線形に変化させたが、これを、階段状に変化させるように制御してもよい。
また、上記実施形態では、電動モータ31の駆動を電動モードスイッチ33により検出しているが、電動モータ31の駆動を検出する電動モータ駆動検出手段として、ラジコン送信機からの操作信号などの他の手段を用いてもよい。
10 油圧回路
11 エンジン系油圧ポンプ
12 電動モータ系油圧ポンプ
13 油圧バルブユニット
13a レバー
13b 操作量検出手段
14 油圧アクチュエータ
21 パワーテイクオフ装置
22 エンジン
23 エンジンコントロールユニット
24 パワーテイクオフスイッチ
31 電動モータ
32 インバータ
33 電動モードスイッチ
34 回転数検出手段
40 制御手段
41 駆動モード判定手段
42 回転数演算手段
43 減算器
Claims (4)
- エンジンと、
該エンジンにより駆動されるエンジン系油圧ポンプと、
電動モータと、
該電動モータにより駆動される電動モータ系油圧ポンプと、
前記エンジン系油圧ポンプおよび前記電動モータ系油圧ポンプから作動油を供給可能な油圧アクチュエータと、
該油圧アクチュエータを操作する操作手段と、
前記エンジン系油圧ポンプおよび前記電動モータ系油圧ポンプの両方から前記油圧アクチュエータに作動油を供給するように、前記エンジンの回転数および前記電動モータの回転数を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記操作手段の操作量が少ない場合は、前記操作手段の操作量に従い前記電動モータの回転数を予め定められた上限を超えない範囲で増減させるとともに、前記エンジンの回転数を一定とし、
前記操作手段の操作量が多い場合は、前記電動モータの回転数を前記上限とするとともに、前記操作手段の操作量に従い前記エンジンの回転数を増減させることで、前記エンジン系油圧ポンプで前記電動モータ系油圧ポンプの吐出流量の不足分を補う
ことを特徴とする油圧駆動作業機。 - エンジンと、
該エンジンにより駆動されるエンジン系油圧ポンプと、
電動モータと、
該電動モータにより駆動される電動モータ系油圧ポンプと、
前記エンジン系油圧ポンプおよび前記電動モータ系油圧ポンプから作動油を供給可能な油圧アクチュエータと、
該油圧アクチュエータを操作する操作手段と、
前記エンジン系油圧ポンプおよび前記電動モータ系油圧ポンプの両方から前記油圧アクチュエータに作動油を供給するように、前記エンジンの回転数および前記電動モータの回転数を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
予め定められた前記操作手段の操作量が最大のときの前記電動モータ系油圧ポンプの吐出流量から、前記油圧アクチュエータを含む油圧回路の定格流量までの不足分を算出し、
前記操作手段の操作量が最大のときに、前記不足分を前記エンジン系油圧ポンプで補い、前記エンジン系油圧ポンプと前記電動モータ系油圧ポンプとの合計吐出流量が前記定格流量となるように、前記エンジンの回転数を制御する
ことを特徴とする油圧駆動作業機。 - エンジンと、
該エンジンにより駆動されるエンジン系油圧ポンプと、
電動モータと、
該電動モータにより駆動される電動モータ系油圧ポンプと、
前記エンジン系油圧ポンプおよび前記電動モータ系油圧ポンプから作動油を供給可能な油圧アクチュエータと、
該油圧アクチュエータを操作する操作手段と、
前記エンジン系油圧ポンプおよび前記電動モータ系油圧ポンプの両方から前記油圧アクチュエータに作動油を供給するように、前記エンジンの回転数および前記電動モータの回転数を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、予め定められた前記エンジンの回転数と前記電動モータの回転数との一定比率に基づき、前記操作手段の操作量の増加に従い前記エンジンの回転数および前記電動モータの回転数を増加させ、前記操作手段の操作量の減少に従い前記エンジンの回転数および前記電動モータの回転数を減少させる
ことを特徴とする油圧駆動作業機。 - エンジンと、
該エンジンにより駆動されるエンジン系油圧ポンプと、
電動モータと、
該電動モータにより駆動される電動モータ系油圧ポンプと、
前記エンジン系油圧ポンプおよび前記電動モータ系油圧ポンプから作動油を供給可能な油圧アクチュエータと、
該油圧アクチュエータを操作する操作手段と、
前記エンジン系油圧ポンプおよび前記電動モータ系油圧ポンプの両方から前記油圧アクチュエータに作動油を供給するように、前記エンジンの回転数および前記電動モータの回転数を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記電動モータの実際の回転数が制御値よりも低下した場合に、その低下による前記電動モータ系油圧ポンプの吐出流量の不足分を前記エンジン系油圧ポンプで補うように、前記エンジンの回転数を増加させる
ことを特徴とする油圧駆動作業機。
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