JP2004364426A - 電気駆動作業機システム及びそのシステムの構築方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】効率的な電気駆動システムを構築できる電気駆動作業機システムを提供する。
【解決手段】バッテリ１４による電気駆動により所定の作業を行う作業車２と、エンジン１０及びこのエンジン１０により駆動される発電機１１を搭載し、作業車２を運搬する運搬車３とを備え、且つ、運搬車３で作業車２を運搬する際に運搬車３のエンジン１０及び発電器１１と作業車２のバッテリ１４とを組み合わせてハイブリッド電気駆動システムを構成する。
【選択図】 図３
【解決手段】バッテリ１４による電気駆動により所定の作業を行う作業車２と、エンジン１０及びこのエンジン１０により駆動される発電機１１を搭載し、作業車２を運搬する運搬車３とを備え、且つ、運搬車３で作業車２を運搬する際に運搬車３のエンジン１０及び発電器１１と作業車２のバッテリ１４とを組み合わせてハイブリッド電気駆動システムを構成する。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の作業を行う作業機とこの作業機を運搬する運搬機とからなる作業機システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
大気汚染の改善及び石油資源の節約、ひいては地球温暖化の抑制の観点から、排出ガス規制及び燃費規制が強化される機運の中、原動機とバッテリを組み合わせて使用するハイブリッド電気自動車が注目されている。このハイブリッド電気自動車のうち、シリーズ式と呼ばれるハイブリッド電気自動車は、原動機と、この原動機により駆動される発電機（ジェネレータ）と、この発電機で発電された電力を蓄電するバッテリと、上記発電機及びバッテリにより電力供給される車両走行用の電動機（モータ）とを備えている（例えば、特許文献１参照）。またパラレル式と呼ばれるハイブリッド電気自動車は、原動機と、この原動機の動力を分配する動力分配機構と、電動発電機とを備えており、通常運転時には原動機で直接走行車両を駆動すると共に、残りの動力を動力分配機構で分配して電動発電機で電力に変換してバッテリに蓄え、高負荷時にはこのバッテリの電力を電動発電機に供給して原動機の動力を補完するようになっている。これらのハイブリッド電気自動車では、原動機を効率のよい条件でのみ使用し、原動機が低効率となる条件においては電動機を用いることにより、全体として大幅に燃費を改善でき且つ排出ガスを低減することができるようになっている。
【０００３】
ところで、所定の作業を行う作業機とこの作業機を運搬する運搬機とからなる作業機システムが従来よりある。このような作業機システムの１つとして、消防作業を行う作業機（無人消防車）と、この作業機を運搬する運搬機（運搬車）とからなる無人消防システムがある（例えば、特許文献２参照）。ここでは、運搬機から作業機を遠隔操作できるようになっており、人が立ち入れないような火災現場においても消防作業や被災者の救助ができるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２３８１０４号公報
【特許文献２】
特開平９−２７１５２７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、上述したような自動車における排出ガス規制及び燃費規制の強化に反映される環境保全の機運が高まる中、今後は自動車に拘らず各種作業機システムにおいても環境への配慮が要求されることが予想される。
【０００６】
このような背景から、上記特許文献２に記載のような従来の作業機システムを上記特許文献１に記載のようなシリーズハイブリッド電気駆動又はパラレルハイブリッド電気駆動として、燃費の改善及び排出ガスの低減を図ることが考えられるが、この場合には以下のような課題が存在する。
【０００７】
すなわち、上記作業機システムを構成する作業機及び運搬機をそれぞれハイブリッド電気駆動とすると、作業機及び運搬機の各々にバッテリを搭載することとなるが、上記特許文献１に記載のようなハイブリッド電気駆動システムにおいてはバッテリが大きな重量及びスペースを占める部品であることから、作業機システム全体の重量及び体積が増大してしまい、効率的な電気駆動システムを構築することができない。
【０００８】
本発明の目的は、効率的な電気駆動システムを構築できる電気駆動作業機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】
（１）上記目的を達成するために、本発明の電気駆動作業機システムは、バッテリ駆動により所定の作業を行う作業機と、原動機を搭載し、前記作業機を運搬する運搬機とを備え、且つ、前記運搬機で前記作業機を運搬する際に前記運搬機の原動機と前記作業機のバッテリとを組み合わせてハイブリッド電気駆動システムを構成するものとする。
【００１０】
本発明においては、運搬機はこの運搬機に搭載した原動機と作業機に搭載したバッテリとを組み合わせてハイブリッド電気駆動システムを構成した状態で作業機を運搬する。作業地に到着したら、作業機は運搬機から分離してバッテリによる電気駆動によって所定の作業を行う。
【００１１】
このように、運搬時に運搬機の原動機と作業機のバッテリとを組み合わせてハイブリッド電気駆動システムを構成することで、例えばシリーズハイブリッド電気駆動システムとした場合には、作業機の駆動源であるバッテリを運搬機の発電機出力の補完用及び運搬機の制動時における回生電力の蓄電用バッテリとして兼用することが可能であり、パラレルハイブリッド電気駆動システムとした場合には、作業機の駆動源であるバッテリを運搬機の原動機出力の補完用及び回生電力の蓄電用バッテリとして兼用することが可能である。これにより、作業機及び運搬機の各々にバッテリを搭載して作業機システムをハイブリッド電気駆動とする場合に比べ、システム中のバッテリの数を減らすことができる。すなわち、一般にハイブリッド電気駆動システムにおいてバッテリは大きな重量及びスペースを占める部品であることから、本発明によれば電気駆動作業機システム全体の重量及び体積を低減することができる。また、このように重量を低減することができる結果、運搬機の動力についても低減することが可能である。さらに本発明によれば、バッテリの数を減らすことができる分、充電器、バッテリ容量検出器等の補器類の部品点数を減少することが可能であり、その結果、コストを低減することができる。以上述べたような観点から、本発明の電気駆動作業機システムによれば効率的な電気駆動システムを構築することができる。
【００１２】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記運搬機は前記原動機により駆動される発電機及び推進用の電動機を備えており、前記作業機を運搬する際には前記発電機及び前記作業機のバッテリのうち少なくとも一方からの電力供給により前記電動機を駆動して推進を行うものとする。
【００１３】
このようにして、運搬機で作業機を運搬する際にシリーズハイブリッド電気駆動システムを構成することで、運搬機の推進状態に関らず原動機を最も効率的な回転数に維持することができるので、排出ガスを大幅に低減することができる。
【００１４】
（３）上記（１）において、また好ましくは、前記運搬機は、前記作業機を運搬する際に前記原動機の動力の少なくとも一部を電力に変換して前記作業機のバッテリを充電するか、又は前記作業機のバッテリからの電力供給により前記原動機の動力の補完を行う電動発電機を備えるものとする。
【００１５】
このようにして、運搬機で作業機を運搬する際にパラレルハイブリッド電気駆動システムを構成することで、通常運転時には原動機の動力を直接運搬機の推進力として用いると共に、余った動力を電動発電機で電力に変換して作業機のバッテリの充電を行い、急発進時や登坂時等原動機が高負荷となるときにはバッテリからの電力供給により電動発電機で原動機の動力の補完を行うことが可能となる。
【００１６】
（４）上記（２）又は（３）において、また好ましくは、前記運搬機で前記作業機を運搬する際に、前記作業機のバッテリで前記運搬機の制動時の回生電力を蓄電するものとする。
【００１７】
（５）上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、また好ましくは、前記運搬機は前記作業機の分離時に単独で推進可能であるものとする。
本発明の電気駆動作業機システムにおいて、上記（２）に記載のように運搬時にシリーズハイブリッド電気駆動システムを構成する場合には、作業機の分離時においても運搬機の発電機で発電した電力を推進用の電動機に供給することにより運搬機は単独で推進することが可能である。一方、上記（３）に記載のように運搬時にパラレルハイブリッド電気駆動システムを構成する場合には、運搬機は原動機の動力を直接推進力として用いることから作業機の分離時においても単独で推進可能である。したがって、運搬機は作業機の分離時に例えば待機場所の移動や作業機の行なう所定の作業に必要な物資の移送等の軽度の作業を行うことができる。このようにして、本発明によれば作業機と運搬機とを独立して運用することが可能である。
【００１８】
（６）上記（１）乃至（５）のいずれかにおいて、また好ましくは、前記運搬機で前記作業機を運搬する際に、前記作業機のバッテリを充電可能であるものとする。
【００１９】
（７）上記（１）乃至（６）のいずれかにおいて、また好ましくは、前記作業機及び前記運搬機はそれぞれ走行手段を備えた作業車及び運搬車であるものとする。
【００２０】
（８）上記目的を達成するために、本発明の電気駆動作業機システムの構築方法は、所定の作業を行う作業機をバッテリ駆動とし、この作業機を運搬する運搬機に原動機を搭載し、前記運搬機で前記作業機を運搬する際に前記運搬機の原動機と前記作業機のバッテリとを組み合わせてハイブリッド電気駆動システムを構成する方法とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電気駆動作業機システム及びそのシステムの構築方法の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明の第１の実施の形態を図１乃至図８を参照しつつ以下に説明する。
図１は、本発明の電気駆動作業機システムの第１の実施の形態である電気駆動作業車システムの全体構造を表す斜視図であり、図１（ａ）は運搬時の状態、図１（ｂ）は分離時の状態を示している。
【００２２】
これら図１（ａ）及び図１（ｂ）において、１は本発明の電気駆動作業機システムの第１の実施の形態である電気駆動作業車システムであり、この電気駆動作業車システム１は、小型の作業車２と、この作業車２を搭載して運搬する運搬車３とにより構成されている。
【００２３】
上記作業車２は、車体４と、この車体４の幅方向両側に設けた走行手段としての２対の車輪５とを備えている。この作業車２は、例えば人の立ち入れないような危険地帯（地雷原、放射能・生物・化学汚染地帯、火災現場等）において所定の作業を行うことを目的としており、図１（ｂ）に示す分離時においては運搬車３から無線（又は有線でもよい）により遠隔操作可能な無人作業車である。また、この作業車２は後述するバッテリ１４による電気駆動により走行及び所定の作業を行うようになっており、走行・作業時の騒音を低減できるようになっている。
【００２４】
上記運搬車３は、車体６と、この車体６の幅方向両側に設けた走行手段としての２対の車輪７とを備えている。車体６は収納スペース３Ａを有しており、運搬時にはこの収納スペース３Ａ内に作業車２を収納するようになっている。また、車体６はその後方にハッチ８を有しており、分離時には図１（ｂ）に示すようにこのハッチ８を開いて作業車２を発進させるようになっている。
【００２５】
図２は作業車２が運搬車３に収納された状態を透視して示す側面図、図３はその上面図である。
これら図２及び図３に示すように、運搬車３の車体６は大まかに３つのエリアに区分することができ、前方側（図２中左側）から、運搬車３の走行をコントロールする運転部６Ａ、分離時に作業車２の遠隔操作を行う操作部６Ｂ、及び作業車２が収納される収納スペース３Ａ（図１（ｂ）参照）を有し、作業車２により行う所定の作業に必要な機器類等を収納可能な収納部６Ｃの順番で配置されている。
【００２６】
上記運転部６Ａには原動機としてのエンジン１０が設けられている。このエンジン１０の出力軸には発電機１１が取り付けられており、エンジン１０で発生した動力が電力に変換されるようになっている。変換された電力の一部は、運搬車３の走行制御を行う走行制御装置１５を介して運搬車３の走行を行う複数（本実施の形態では４つ）の電動機１６にそれぞれ導かれる。これにより各電動機１６が駆動し、その駆動力は減速機１７を介して車輪７にそれぞれ伝達される。残りの電力は、ケーブル１２及びコネクタ１３を介して収納部６Ｃに収納された作業車２に搭載されたバッテリ１４に蓄電されるようになっている。一方、運搬車３の急発進時や登坂時等、発電機１１で発電した電力が電動機１６が要する電力に満たない場合には、作業車２のバッテリ１４から電力が供給されて発電器１１の出力が補完されるようになっている。また、運搬車３の制動時には制動エネルギが回生電力としてバッテリ１４に蓄電されるようになっている。なお、特に図示はしないが、運搬車３に作業車２のバッテリ１４を急速充電可能な急速充電器を備えるようにしてもよい。
【００２７】
このように、本実施の形態では、運搬時においては運搬車３のエンジン１０及び発電機１１と作業車２のバッテリ１４とを組み合わせてシリーズハイブリッド電気駆動システムが構成されるようになっている。これにより、エンジン１０は運搬車３の走行状態に関係なく最も効率的な回転数に維持され、排出ガスを大幅に低減できるようになっている。
【００２８】
また、上記操作部６Ｂには上記走行制御装置１５の上方に作業車２の遠隔操作を行う遠隔制御装置２０が設けられている。この遠隔制御装置２０を用いることにより、操作者が運搬車３から分離した作業車２を遠隔操作できるようになっている。図４はこのときの作業車２が運搬車３から分離した状態を示す、電気駆動作業車システム１全体の側面図、図５は分離時の運搬車３を一部透視して示す側面図、図６はその上面図である。
【００２９】
これら図４乃至図６において、上記遠隔制御装置２０は図示しない遠隔操縦指令システム及び管理システムを有しており、この遠隔制御装置２０の制御信号はケーブル２１を介して通信装置２２に伝えられ、通信装置２２の上部に設けたアンテナ２３を介して作業車２へ送信されるようになっている。
【００３０】
図７は作業車２の内部構造を透視して示す側面図、図８はその上面図である。
これら図７及び図８に示すように、作業車２には上記運搬車３の通信装置２２から送信された制御信号をアンテナ２７を介して受信する通信装置２８が設けられており、この通信装置２８で受信した制御信号はケーブル２９を介し種々の信号を処理する統合制御装置３０を経て走行制御装置３１へ伝えられる。走行制御装置３１は、このようにして伝えられた制御信号に基づいてバッテリ１４から電動機３２へ供給される電力を制御し、この電動機３２の動力は変速機３３を介して各車輪５へ伝えられる。このようにして作業車２は走行を制御されるようになっている。なお、本実施の形態では作業車２が電動機３２を１台のみ搭載するようにしているが、作業車２の用途に応じて複数の電動機３２を搭載するようにしてもよい。
【００３１】
また、作業車２の前方（図８中左方）部にはナビゲーション装置３５が設けられており、作業車２は自身の位置を把握することができるようになっている。さらに、作業車２の前方側上部には魚眼カメラ等の視界装置３６及び複数のセンサ装置３７が設けられており、可視的な位置情報や不可視的な情報（例えば汚染度等）等を得ることができるようになっている。このとき、これらの情報は運搬車３に送信されて操作部６Ｂにいる操作者に伝えられるようになっている。なお、作業車２には、運搬車３からの制御信号の途絶等の不慮の事態に備えて自動的に帰路につく等の自律もしくは半自律の制御機能を設けることが好ましい。
【００３２】
以上において、電気駆動作業車システム１は特許請求の範囲各項記載の電気駆動作業機システムを構成し、作業車２はバッテリ駆動により所定の作業を行う作業機を構成し、運搬車３は作業機を運搬する運搬機を構成する。
【００３３】
次に、上記構成の本発明の電気駆動作業機システム及びそのシステムの構築方法の第１の実施の形態の動作及び作用を以下に説明する。
本実施の形態の電気駆動作業車システム１においては、運搬車３に搭載したエンジン１０及びこのエンジン１０により駆動される発電機１１と、作業車２に搭載したバッテリ１４とを組み合わせてハイブリッド電気駆動システムを構成した状態で、運搬車３で作業車２を運搬する。そして、作業地に到着したら、作業車２は運搬車３から分離し、その後はバッテリ１４による電気駆動によって走行して所定の作業を行う。このとき、運搬車３は発電機１１で発電した電力を電動機１６に供給することにより単独で走行することが可能であり、例えば待機場所の移動や作業車２が行う所定の作業に必要な物資の移送等を行う。
【００３４】
以上説明してきたように、本実施の形態の電気駆動作業車システム１においては、所定の作業を行う作業車２についてはバッテリ１４による電気駆動とし、この作業車２の運搬を行う運搬車３については作業地に到達した後は主目的である運搬作業を終えており運搬車３単体での長時間、長距離駆動を行うことを要しないことから、運搬車３にはバッテリを搭載せずにエンジン１０及びこのエンジン１０により駆動される発電機１１を搭載し、エンジン発電による電気駆動とする。そして、運搬時に運搬車３のエンジン１０及び発電機１１と作業車２のバッテリ１４とを組み合わせてハイブリッド電気駆動システムを構成するようにすることで、作業車２の駆動源であるバッテリ１４を、運搬車３の発電機１１の出力の補完用及び運搬車３の制動時における回生電力の蓄電用バッテリとして兼用することができる。これにより、作業車２及び運搬車３の各々にバッテリを搭載して作業車システムをハイブリッド電気駆動とする場合に比べてバッテリの数を減らすことができる。すなわち、一般にハイブリッド電気駆動システムにおいてバッテリは大きな重量及びスペースを占めることから、本実施の形態によれば、電気駆動作業車システム１中のバッテリの数を減らすことにより電気駆動作業車システム１全体の重量及び体積を低減することが可能となる。また、このように重量を低減することができる結果、運搬車３の動力についても低減することが可能となる。さらに、バッテリの数を減らすことができる分、充電器、バッテリ容量検出器等の補器類の部品点数を減少することが可能であり、その結果、コストを低減することができる。以上述べたように、本実施の形態によれば、重量・スペース・動力・部品点数・コスト等の観点から、効率的な電気駆動システムを構築することができる。
【００３５】
次に、本発明の電気駆動作業機システム及びそのシステムの構築方法の第２の実施の形態を図９を用いて説明する。本実施の形態は、上記第１の実施の形態では運搬時にシリーズハイブリッド電気駆動システムを構成するようにしたのに対して、パラレルハイブリッド電気駆動システムを構成するようにしたものである。
【００３６】
図９は本実施の形態における作業車が運搬車に収納された状態を透視して示す上面図である。なお、この図９において、前述の第１の実施の形態における図３と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。
この図９において、１′は本発明の電気駆動作業機システムの第２の実施の形態である電気駆動作業車システムであり、この電気駆動作業車システム１′は、小型の作業車２と、この作業車２を搭載して運搬する運搬車３′とにより構成されている。この運搬車３′に搭載されたエンジン１０で発生した動力は、動力分配機構４０で分配され、そのうちの一部の動力は変速機４４を介して直接車輪７に伝えられて運搬車３を走行するようになっている。一方、上記動力分配機構４０で分配された残りのエンジン動力は、電動発電機４１により電力に変換され、ケーブル４２、走行制御装置１５′、及びケーブル４３を経て、コネクタ１３を介して作業車２のバッテリ１４に蓄電されるようになっている。
【００３７】
なお、上述したように通常運転時にはエンジン１０の動力を直接運搬車３の推進力として用いると共に余った動力を電動発電機４１で発電してバッテリ１４の充電を行うが、急発進時や登坂時等エンジン１０が高負荷となるときにはバッテリ１４からの電力供給により電動発電機４１でエンジン１０の動力を補完するようになっている。また、運搬車３′はエンジン１０の駆動力により直接走行できるので、前述の第１の実施の形態と同様に作業車２の分離時においても単独で走行することが可能である。
【００３８】
このような構成により、本実施の形態では、運搬時においては運搬車３′のエンジン１０及び電動発電機４１と作業車２のバッテリ１４とを組み合わせてパラレルハイブリッド電気駆動システムが構成されるようになっている。
【００３９】
以上のような構成の本発明の第２の実施の形態によれば、前述の第１の実施の形態と同様に効率的な電気駆動システムを構築することができる上に、運搬車３′は基本的にはエンジン動力によって走行することから、エンジン駆動である自動車を改造して本発明を実施する場合には第１の実施の形態よりも改造が容易である利点を有する。
【００４０】
なお、以上説明してきた本発明の第１及び第２の実施の形態においては、作業車２及び運搬車３を車輪５，７を設けた装輪式としているが、これに限らず、例えば履体を設けた装軌式としてもよい。
【００４１】
また、上記本発明の第１及び第２の実施の形態においては、運搬車に収納する作業車の台数を１台としているが、複数の作業車を収納するようにしてもよい。この場合、複数の作業車のバッテリを直列又は並列に接続し、これらのバッテリと運搬車のエンジンとでハイブリッド電気駆動システムを構成するようにすれば足りる。
【００４２】
またさらに、上記本発明の第１及び第２の実施の形態においては、作業車２を遠隔操作による無人作業車としたが、例えば作業地域内に格段の人的危険がない場合には、作業車２に有人操作装置を搭載して有人作業車としてもよい。この場合、作業車２の遠隔操作に係わる装置を一式削除することができ、且つ通信装置２８等についても簡易なものとすることができるので、作業車２の重量、電力消費、コスト等を低減することができる。
【００４３】
また、以上説明してきた第１及び第２の実施の形態は、本発明を走行手段を備えた車両である作業車２及び運搬車３からなる電気駆動作業車システムに適用した場合の実施の形態であるが、これに限るものではない。すなわち、本発明は、例えば大型船に小型の作業船を搭載した電気駆動作業船システムや、大型潜水艇に小型の作業潜水艇を搭載した電気駆動潜水艇システムや、大型シールド掘進機に小型の掘進機を搭載した電気駆動掘進機システム等、バッテリ駆動により所定の作業を行う作業機と、原動機（エンジンのような内燃機関に限らず、例えば蒸気機関、水力機関等でもよい）及びこの原動機により駆動される発電機を搭載し、作業機を運搬する運搬機とからなる電気駆動作業機システムであれば、種々の形態に適用可能である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、運搬機で作業機を運搬する際に運搬機の原動機と作業機のバッテリとを組み合わせてハイブリッド電気駆動システムを構成することで、作業機及び運搬機各々にバッテリを搭載して作業機システムをハイブリッド電気駆動とする場合に比べてバッテリの数を減らすことができる。これにより、電気駆動作業機システム全体の重量及び体積を低減することが可能となる。したがって、効率的な電気駆動システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気駆動作業機システムの第１の実施の形態である電気駆動作業車システムの全体構造を表す斜視図である。
【図２】本発明の電気駆動作業機システムの第１の実施の形態において、作業車が運搬車に収納された状態を透視して示す側面図である。
【図３】本発明の電気駆動作業機システムの第１の実施の形態において、作業車が運搬車に収納された状態を透視して示す運搬車の上面図である。
【図４】本発明の電気駆動作業機システムの第１の実施の形態において、作業車が運搬車から分離した状態を示す側面図である。
【図５】本発明の電気駆動作業機システムの第１の実施の形態を構成する運搬車を一部透視して示す側面図である。
【図６】本発明の電気駆動作業機システムの第１の実施の形態を構成する運搬車の内部構造を透視して示す上面図である。
【図７】本発明の電気駆動作業機システムの第１の実施の形態を構成する作業車の内部構造を透視して示す側面図である。
【図８】本発明の電気駆動作業機システムの第１の実施の形態を構成する作業車の内部構造を透視して示す上面図である。
【図９】本発明の電気駆動作業機システムの第２の実施の形態において、作業車が運搬車に収納された状態を透視して示す上面図である。
【符号の説明】
１ 電気駆動作業車システム（電気駆動作業機システム）
２ 作業車（作業機）
３ 運搬車（運搬機）
５ 車輪（走行手段）
７ 車輪（走行手段）
１０ エンジン（原動機）
１１ 発電機
１４ バッテリ
１６ 電動機
４１ 電動発電機
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の作業を行う作業機とこの作業機を運搬する運搬機とからなる作業機システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
大気汚染の改善及び石油資源の節約、ひいては地球温暖化の抑制の観点から、排出ガス規制及び燃費規制が強化される機運の中、原動機とバッテリを組み合わせて使用するハイブリッド電気自動車が注目されている。このハイブリッド電気自動車のうち、シリーズ式と呼ばれるハイブリッド電気自動車は、原動機と、この原動機により駆動される発電機（ジェネレータ）と、この発電機で発電された電力を蓄電するバッテリと、上記発電機及びバッテリにより電力供給される車両走行用の電動機（モータ）とを備えている（例えば、特許文献１参照）。またパラレル式と呼ばれるハイブリッド電気自動車は、原動機と、この原動機の動力を分配する動力分配機構と、電動発電機とを備えており、通常運転時には原動機で直接走行車両を駆動すると共に、残りの動力を動力分配機構で分配して電動発電機で電力に変換してバッテリに蓄え、高負荷時にはこのバッテリの電力を電動発電機に供給して原動機の動力を補完するようになっている。これらのハイブリッド電気自動車では、原動機を効率のよい条件でのみ使用し、原動機が低効率となる条件においては電動機を用いることにより、全体として大幅に燃費を改善でき且つ排出ガスを低減することができるようになっている。
【０００３】
ところで、所定の作業を行う作業機とこの作業機を運搬する運搬機とからなる作業機システムが従来よりある。このような作業機システムの１つとして、消防作業を行う作業機（無人消防車）と、この作業機を運搬する運搬機（運搬車）とからなる無人消防システムがある（例えば、特許文献２参照）。ここでは、運搬機から作業機を遠隔操作できるようになっており、人が立ち入れないような火災現場においても消防作業や被災者の救助ができるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２３８１０４号公報
【特許文献２】
特開平９−２７１５２７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、上述したような自動車における排出ガス規制及び燃費規制の強化に反映される環境保全の機運が高まる中、今後は自動車に拘らず各種作業機システムにおいても環境への配慮が要求されることが予想される。
【０００６】
このような背景から、上記特許文献２に記載のような従来の作業機システムを上記特許文献１に記載のようなシリーズハイブリッド電気駆動又はパラレルハイブリッド電気駆動として、燃費の改善及び排出ガスの低減を図ることが考えられるが、この場合には以下のような課題が存在する。
【０００７】
すなわち、上記作業機システムを構成する作業機及び運搬機をそれぞれハイブリッド電気駆動とすると、作業機及び運搬機の各々にバッテリを搭載することとなるが、上記特許文献１に記載のようなハイブリッド電気駆動システムにおいてはバッテリが大きな重量及びスペースを占める部品であることから、作業機システム全体の重量及び体積が増大してしまい、効率的な電気駆動システムを構築することができない。
【０００８】
本発明の目的は、効率的な電気駆動システムを構築できる電気駆動作業機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】
（１）上記目的を達成するために、本発明の電気駆動作業機システムは、バッテリ駆動により所定の作業を行う作業機と、原動機を搭載し、前記作業機を運搬する運搬機とを備え、且つ、前記運搬機で前記作業機を運搬する際に前記運搬機の原動機と前記作業機のバッテリとを組み合わせてハイブリッド電気駆動システムを構成するものとする。
【００１０】
本発明においては、運搬機はこの運搬機に搭載した原動機と作業機に搭載したバッテリとを組み合わせてハイブリッド電気駆動システムを構成した状態で作業機を運搬する。作業地に到着したら、作業機は運搬機から分離してバッテリによる電気駆動によって所定の作業を行う。
【００１１】
このように、運搬時に運搬機の原動機と作業機のバッテリとを組み合わせてハイブリッド電気駆動システムを構成することで、例えばシリーズハイブリッド電気駆動システムとした場合には、作業機の駆動源であるバッテリを運搬機の発電機出力の補完用及び運搬機の制動時における回生電力の蓄電用バッテリとして兼用することが可能であり、パラレルハイブリッド電気駆動システムとした場合には、作業機の駆動源であるバッテリを運搬機の原動機出力の補完用及び回生電力の蓄電用バッテリとして兼用することが可能である。これにより、作業機及び運搬機の各々にバッテリを搭載して作業機システムをハイブリッド電気駆動とする場合に比べ、システム中のバッテリの数を減らすことができる。すなわち、一般にハイブリッド電気駆動システムにおいてバッテリは大きな重量及びスペースを占める部品であることから、本発明によれば電気駆動作業機システム全体の重量及び体積を低減することができる。また、このように重量を低減することができる結果、運搬機の動力についても低減することが可能である。さらに本発明によれば、バッテリの数を減らすことができる分、充電器、バッテリ容量検出器等の補器類の部品点数を減少することが可能であり、その結果、コストを低減することができる。以上述べたような観点から、本発明の電気駆動作業機システムによれば効率的な電気駆動システムを構築することができる。
【００１２】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記運搬機は前記原動機により駆動される発電機及び推進用の電動機を備えており、前記作業機を運搬する際には前記発電機及び前記作業機のバッテリのうち少なくとも一方からの電力供給により前記電動機を駆動して推進を行うものとする。
【００１３】
このようにして、運搬機で作業機を運搬する際にシリーズハイブリッド電気駆動システムを構成することで、運搬機の推進状態に関らず原動機を最も効率的な回転数に維持することができるので、排出ガスを大幅に低減することができる。
【００１４】
（３）上記（１）において、また好ましくは、前記運搬機は、前記作業機を運搬する際に前記原動機の動力の少なくとも一部を電力に変換して前記作業機のバッテリを充電するか、又は前記作業機のバッテリからの電力供給により前記原動機の動力の補完を行う電動発電機を備えるものとする。
【００１５】
このようにして、運搬機で作業機を運搬する際にパラレルハイブリッド電気駆動システムを構成することで、通常運転時には原動機の動力を直接運搬機の推進力として用いると共に、余った動力を電動発電機で電力に変換して作業機のバッテリの充電を行い、急発進時や登坂時等原動機が高負荷となるときにはバッテリからの電力供給により電動発電機で原動機の動力の補完を行うことが可能となる。
【００１６】
（４）上記（２）又は（３）において、また好ましくは、前記運搬機で前記作業機を運搬する際に、前記作業機のバッテリで前記運搬機の制動時の回生電力を蓄電するものとする。
【００１７】
（５）上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、また好ましくは、前記運搬機は前記作業機の分離時に単独で推進可能であるものとする。
本発明の電気駆動作業機システムにおいて、上記（２）に記載のように運搬時にシリーズハイブリッド電気駆動システムを構成する場合には、作業機の分離時においても運搬機の発電機で発電した電力を推進用の電動機に供給することにより運搬機は単独で推進することが可能である。一方、上記（３）に記載のように運搬時にパラレルハイブリッド電気駆動システムを構成する場合には、運搬機は原動機の動力を直接推進力として用いることから作業機の分離時においても単独で推進可能である。したがって、運搬機は作業機の分離時に例えば待機場所の移動や作業機の行なう所定の作業に必要な物資の移送等の軽度の作業を行うことができる。このようにして、本発明によれば作業機と運搬機とを独立して運用することが可能である。
【００１８】
（６）上記（１）乃至（５）のいずれかにおいて、また好ましくは、前記運搬機で前記作業機を運搬する際に、前記作業機のバッテリを充電可能であるものとする。
【００１９】
（７）上記（１）乃至（６）のいずれかにおいて、また好ましくは、前記作業機及び前記運搬機はそれぞれ走行手段を備えた作業車及び運搬車であるものとする。
【００２０】
（８）上記目的を達成するために、本発明の電気駆動作業機システムの構築方法は、所定の作業を行う作業機をバッテリ駆動とし、この作業機を運搬する運搬機に原動機を搭載し、前記運搬機で前記作業機を運搬する際に前記運搬機の原動機と前記作業機のバッテリとを組み合わせてハイブリッド電気駆動システムを構成する方法とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電気駆動作業機システム及びそのシステムの構築方法の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明の第１の実施の形態を図１乃至図８を参照しつつ以下に説明する。
図１は、本発明の電気駆動作業機システムの第１の実施の形態である電気駆動作業車システムの全体構造を表す斜視図であり、図１（ａ）は運搬時の状態、図１（ｂ）は分離時の状態を示している。
【００２２】
これら図１（ａ）及び図１（ｂ）において、１は本発明の電気駆動作業機システムの第１の実施の形態である電気駆動作業車システムであり、この電気駆動作業車システム１は、小型の作業車２と、この作業車２を搭載して運搬する運搬車３とにより構成されている。
【００２３】
上記作業車２は、車体４と、この車体４の幅方向両側に設けた走行手段としての２対の車輪５とを備えている。この作業車２は、例えば人の立ち入れないような危険地帯（地雷原、放射能・生物・化学汚染地帯、火災現場等）において所定の作業を行うことを目的としており、図１（ｂ）に示す分離時においては運搬車３から無線（又は有線でもよい）により遠隔操作可能な無人作業車である。また、この作業車２は後述するバッテリ１４による電気駆動により走行及び所定の作業を行うようになっており、走行・作業時の騒音を低減できるようになっている。
【００２４】
上記運搬車３は、車体６と、この車体６の幅方向両側に設けた走行手段としての２対の車輪７とを備えている。車体６は収納スペース３Ａを有しており、運搬時にはこの収納スペース３Ａ内に作業車２を収納するようになっている。また、車体６はその後方にハッチ８を有しており、分離時には図１（ｂ）に示すようにこのハッチ８を開いて作業車２を発進させるようになっている。
【００２５】
図２は作業車２が運搬車３に収納された状態を透視して示す側面図、図３はその上面図である。
これら図２及び図３に示すように、運搬車３の車体６は大まかに３つのエリアに区分することができ、前方側（図２中左側）から、運搬車３の走行をコントロールする運転部６Ａ、分離時に作業車２の遠隔操作を行う操作部６Ｂ、及び作業車２が収納される収納スペース３Ａ（図１（ｂ）参照）を有し、作業車２により行う所定の作業に必要な機器類等を収納可能な収納部６Ｃの順番で配置されている。
【００２６】
上記運転部６Ａには原動機としてのエンジン１０が設けられている。このエンジン１０の出力軸には発電機１１が取り付けられており、エンジン１０で発生した動力が電力に変換されるようになっている。変換された電力の一部は、運搬車３の走行制御を行う走行制御装置１５を介して運搬車３の走行を行う複数（本実施の形態では４つ）の電動機１６にそれぞれ導かれる。これにより各電動機１６が駆動し、その駆動力は減速機１７を介して車輪７にそれぞれ伝達される。残りの電力は、ケーブル１２及びコネクタ１３を介して収納部６Ｃに収納された作業車２に搭載されたバッテリ１４に蓄電されるようになっている。一方、運搬車３の急発進時や登坂時等、発電機１１で発電した電力が電動機１６が要する電力に満たない場合には、作業車２のバッテリ１４から電力が供給されて発電器１１の出力が補完されるようになっている。また、運搬車３の制動時には制動エネルギが回生電力としてバッテリ１４に蓄電されるようになっている。なお、特に図示はしないが、運搬車３に作業車２のバッテリ１４を急速充電可能な急速充電器を備えるようにしてもよい。
【００２７】
このように、本実施の形態では、運搬時においては運搬車３のエンジン１０及び発電機１１と作業車２のバッテリ１４とを組み合わせてシリーズハイブリッド電気駆動システムが構成されるようになっている。これにより、エンジン１０は運搬車３の走行状態に関係なく最も効率的な回転数に維持され、排出ガスを大幅に低減できるようになっている。
【００２８】
また、上記操作部６Ｂには上記走行制御装置１５の上方に作業車２の遠隔操作を行う遠隔制御装置２０が設けられている。この遠隔制御装置２０を用いることにより、操作者が運搬車３から分離した作業車２を遠隔操作できるようになっている。図４はこのときの作業車２が運搬車３から分離した状態を示す、電気駆動作業車システム１全体の側面図、図５は分離時の運搬車３を一部透視して示す側面図、図６はその上面図である。
【００２９】
これら図４乃至図６において、上記遠隔制御装置２０は図示しない遠隔操縦指令システム及び管理システムを有しており、この遠隔制御装置２０の制御信号はケーブル２１を介して通信装置２２に伝えられ、通信装置２２の上部に設けたアンテナ２３を介して作業車２へ送信されるようになっている。
【００３０】
図７は作業車２の内部構造を透視して示す側面図、図８はその上面図である。
これら図７及び図８に示すように、作業車２には上記運搬車３の通信装置２２から送信された制御信号をアンテナ２７を介して受信する通信装置２８が設けられており、この通信装置２８で受信した制御信号はケーブル２９を介し種々の信号を処理する統合制御装置３０を経て走行制御装置３１へ伝えられる。走行制御装置３１は、このようにして伝えられた制御信号に基づいてバッテリ１４から電動機３２へ供給される電力を制御し、この電動機３２の動力は変速機３３を介して各車輪５へ伝えられる。このようにして作業車２は走行を制御されるようになっている。なお、本実施の形態では作業車２が電動機３２を１台のみ搭載するようにしているが、作業車２の用途に応じて複数の電動機３２を搭載するようにしてもよい。
【００３１】
また、作業車２の前方（図８中左方）部にはナビゲーション装置３５が設けられており、作業車２は自身の位置を把握することができるようになっている。さらに、作業車２の前方側上部には魚眼カメラ等の視界装置３６及び複数のセンサ装置３７が設けられており、可視的な位置情報や不可視的な情報（例えば汚染度等）等を得ることができるようになっている。このとき、これらの情報は運搬車３に送信されて操作部６Ｂにいる操作者に伝えられるようになっている。なお、作業車２には、運搬車３からの制御信号の途絶等の不慮の事態に備えて自動的に帰路につく等の自律もしくは半自律の制御機能を設けることが好ましい。
【００３２】
以上において、電気駆動作業車システム１は特許請求の範囲各項記載の電気駆動作業機システムを構成し、作業車２はバッテリ駆動により所定の作業を行う作業機を構成し、運搬車３は作業機を運搬する運搬機を構成する。
【００３３】
次に、上記構成の本発明の電気駆動作業機システム及びそのシステムの構築方法の第１の実施の形態の動作及び作用を以下に説明する。
本実施の形態の電気駆動作業車システム１においては、運搬車３に搭載したエンジン１０及びこのエンジン１０により駆動される発電機１１と、作業車２に搭載したバッテリ１４とを組み合わせてハイブリッド電気駆動システムを構成した状態で、運搬車３で作業車２を運搬する。そして、作業地に到着したら、作業車２は運搬車３から分離し、その後はバッテリ１４による電気駆動によって走行して所定の作業を行う。このとき、運搬車３は発電機１１で発電した電力を電動機１６に供給することにより単独で走行することが可能であり、例えば待機場所の移動や作業車２が行う所定の作業に必要な物資の移送等を行う。
【００３４】
以上説明してきたように、本実施の形態の電気駆動作業車システム１においては、所定の作業を行う作業車２についてはバッテリ１４による電気駆動とし、この作業車２の運搬を行う運搬車３については作業地に到達した後は主目的である運搬作業を終えており運搬車３単体での長時間、長距離駆動を行うことを要しないことから、運搬車３にはバッテリを搭載せずにエンジン１０及びこのエンジン１０により駆動される発電機１１を搭載し、エンジン発電による電気駆動とする。そして、運搬時に運搬車３のエンジン１０及び発電機１１と作業車２のバッテリ１４とを組み合わせてハイブリッド電気駆動システムを構成するようにすることで、作業車２の駆動源であるバッテリ１４を、運搬車３の発電機１１の出力の補完用及び運搬車３の制動時における回生電力の蓄電用バッテリとして兼用することができる。これにより、作業車２及び運搬車３の各々にバッテリを搭載して作業車システムをハイブリッド電気駆動とする場合に比べてバッテリの数を減らすことができる。すなわち、一般にハイブリッド電気駆動システムにおいてバッテリは大きな重量及びスペースを占めることから、本実施の形態によれば、電気駆動作業車システム１中のバッテリの数を減らすことにより電気駆動作業車システム１全体の重量及び体積を低減することが可能となる。また、このように重量を低減することができる結果、運搬車３の動力についても低減することが可能となる。さらに、バッテリの数を減らすことができる分、充電器、バッテリ容量検出器等の補器類の部品点数を減少することが可能であり、その結果、コストを低減することができる。以上述べたように、本実施の形態によれば、重量・スペース・動力・部品点数・コスト等の観点から、効率的な電気駆動システムを構築することができる。
【００３５】
次に、本発明の電気駆動作業機システム及びそのシステムの構築方法の第２の実施の形態を図９を用いて説明する。本実施の形態は、上記第１の実施の形態では運搬時にシリーズハイブリッド電気駆動システムを構成するようにしたのに対して、パラレルハイブリッド電気駆動システムを構成するようにしたものである。
【００３６】
図９は本実施の形態における作業車が運搬車に収納された状態を透視して示す上面図である。なお、この図９において、前述の第１の実施の形態における図３と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。
この図９において、１′は本発明の電気駆動作業機システムの第２の実施の形態である電気駆動作業車システムであり、この電気駆動作業車システム１′は、小型の作業車２と、この作業車２を搭載して運搬する運搬車３′とにより構成されている。この運搬車３′に搭載されたエンジン１０で発生した動力は、動力分配機構４０で分配され、そのうちの一部の動力は変速機４４を介して直接車輪７に伝えられて運搬車３を走行するようになっている。一方、上記動力分配機構４０で分配された残りのエンジン動力は、電動発電機４１により電力に変換され、ケーブル４２、走行制御装置１５′、及びケーブル４３を経て、コネクタ１３を介して作業車２のバッテリ１４に蓄電されるようになっている。
【００３７】
なお、上述したように通常運転時にはエンジン１０の動力を直接運搬車３の推進力として用いると共に余った動力を電動発電機４１で発電してバッテリ１４の充電を行うが、急発進時や登坂時等エンジン１０が高負荷となるときにはバッテリ１４からの電力供給により電動発電機４１でエンジン１０の動力を補完するようになっている。また、運搬車３′はエンジン１０の駆動力により直接走行できるので、前述の第１の実施の形態と同様に作業車２の分離時においても単独で走行することが可能である。
【００３８】
このような構成により、本実施の形態では、運搬時においては運搬車３′のエンジン１０及び電動発電機４１と作業車２のバッテリ１４とを組み合わせてパラレルハイブリッド電気駆動システムが構成されるようになっている。
【００３９】
以上のような構成の本発明の第２の実施の形態によれば、前述の第１の実施の形態と同様に効率的な電気駆動システムを構築することができる上に、運搬車３′は基本的にはエンジン動力によって走行することから、エンジン駆動である自動車を改造して本発明を実施する場合には第１の実施の形態よりも改造が容易である利点を有する。
【００４０】
なお、以上説明してきた本発明の第１及び第２の実施の形態においては、作業車２及び運搬車３を車輪５，７を設けた装輪式としているが、これに限らず、例えば履体を設けた装軌式としてもよい。
【００４１】
また、上記本発明の第１及び第２の実施の形態においては、運搬車に収納する作業車の台数を１台としているが、複数の作業車を収納するようにしてもよい。この場合、複数の作業車のバッテリを直列又は並列に接続し、これらのバッテリと運搬車のエンジンとでハイブリッド電気駆動システムを構成するようにすれば足りる。
【００４２】
またさらに、上記本発明の第１及び第２の実施の形態においては、作業車２を遠隔操作による無人作業車としたが、例えば作業地域内に格段の人的危険がない場合には、作業車２に有人操作装置を搭載して有人作業車としてもよい。この場合、作業車２の遠隔操作に係わる装置を一式削除することができ、且つ通信装置２８等についても簡易なものとすることができるので、作業車２の重量、電力消費、コスト等を低減することができる。
【００４３】
また、以上説明してきた第１及び第２の実施の形態は、本発明を走行手段を備えた車両である作業車２及び運搬車３からなる電気駆動作業車システムに適用した場合の実施の形態であるが、これに限るものではない。すなわち、本発明は、例えば大型船に小型の作業船を搭載した電気駆動作業船システムや、大型潜水艇に小型の作業潜水艇を搭載した電気駆動潜水艇システムや、大型シールド掘進機に小型の掘進機を搭載した電気駆動掘進機システム等、バッテリ駆動により所定の作業を行う作業機と、原動機（エンジンのような内燃機関に限らず、例えば蒸気機関、水力機関等でもよい）及びこの原動機により駆動される発電機を搭載し、作業機を運搬する運搬機とからなる電気駆動作業機システムであれば、種々の形態に適用可能である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、運搬機で作業機を運搬する際に運搬機の原動機と作業機のバッテリとを組み合わせてハイブリッド電気駆動システムを構成することで、作業機及び運搬機各々にバッテリを搭載して作業機システムをハイブリッド電気駆動とする場合に比べてバッテリの数を減らすことができる。これにより、電気駆動作業機システム全体の重量及び体積を低減することが可能となる。したがって、効率的な電気駆動システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気駆動作業機システムの第１の実施の形態である電気駆動作業車システムの全体構造を表す斜視図である。
【図２】本発明の電気駆動作業機システムの第１の実施の形態において、作業車が運搬車に収納された状態を透視して示す側面図である。
【図３】本発明の電気駆動作業機システムの第１の実施の形態において、作業車が運搬車に収納された状態を透視して示す運搬車の上面図である。
【図４】本発明の電気駆動作業機システムの第１の実施の形態において、作業車が運搬車から分離した状態を示す側面図である。
【図５】本発明の電気駆動作業機システムの第１の実施の形態を構成する運搬車を一部透視して示す側面図である。
【図６】本発明の電気駆動作業機システムの第１の実施の形態を構成する運搬車の内部構造を透視して示す上面図である。
【図７】本発明の電気駆動作業機システムの第１の実施の形態を構成する作業車の内部構造を透視して示す側面図である。
【図８】本発明の電気駆動作業機システムの第１の実施の形態を構成する作業車の内部構造を透視して示す上面図である。
【図９】本発明の電気駆動作業機システムの第２の実施の形態において、作業車が運搬車に収納された状態を透視して示す上面図である。
【符号の説明】
１ 電気駆動作業車システム（電気駆動作業機システム）
２ 作業車（作業機）
３ 運搬車（運搬機）
５ 車輪（走行手段）
７ 車輪（走行手段）
１０ エンジン（原動機）
１１ 発電機
１４ バッテリ
１６ 電動機
４１ 電動発電機
Claims (8)
- バッテリ駆動により所定の作業を行う作業機と、原動機を搭載し、前記作業機を運搬する運搬機とを備え、且つ、前記運搬機で前記作業機を運搬する際に前記運搬機の原動機と前記作業機のバッテリとを組み合わせてハイブリッド電気駆動システムを構成することを特徴とする電気駆動作業機システム。
- 請求項１記載の電気駆動作業機システムにおいて、前記運搬機は前記原動機により駆動される発電機及び推進用の電動機を備えており、前記作業機を運搬する際には前記発電機及び前記作業機のバッテリのうち少なくとも一方からの電力供給により前記電動機を駆動して推進を行うことを特徴とする電気駆動作業機システム。
- 請求項１記載の電気駆動作業機システムにおいて、前記運搬機は、前記作業機を運搬する際に前記原動機の動力の少なくとも一部を電力に変換して前記作業機のバッテリの充電をし、もしくは前記作業機のバッテリからの電力供給により前記原動機の動力の補完を行う電動発電機を備えることを特徴とする電気駆動作業機システム。
- 請求項２又は３記載の電気駆動作業機システムにおいて、前記運搬機で前記作業機を運搬する際に、前記作業機のバッテリで前記運搬機の制動時の回生電力を蓄電することを特徴とする電気駆動作業機システム。
- 請求項１乃至４のいずれか１項記載の電気駆動作業機システムにおいて、前記運搬機は前記作業機の分離時に単独で推進可能であることを特徴とする電気駆動作業機システム。
- 請求項１乃至５のいずれか１項記載の電気駆動作業機システムにおいて、前記運搬機で前記作業機を運搬する際に、前記作業機のバッテリを充電可能であることを特徴とする電気駆動作業機システム。
- 請求項１乃至６のいずれか１項記載の電気駆動作業機システムにおいて、前記作業機及び前記運搬機はそれぞれ走行手段を備えた作業車及び運搬車であることを特徴とする電気駆動作業機システム。
- 所定の作業を行う作業機をバッテリ駆動とし、この作業機を運搬する運搬機に原動機を搭載し、前記運搬機で前記作業機を運搬する際に前記運搬機の原動機と前記作業機のバッテリとを組み合わせてハイブリッド電気駆動システムを構成することを特徴とする電気駆動作業機システムの構築方法。
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