JP2008038503A - ハイブリッド型作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】マグネット器７に電力を発電供給するための発電機１２を設けた油圧ショベルにおいて、マグネット器７に変えて他の作業機器を取付けた場合に、発電機１２を有効に利用してエンジンの駆動力の補充ができるようにする。
【解決手段】発電機１２を、モータ駆動機能を有した回転電機１２とし、他の作業機器を取付けた場合、回転電機１２を、エンジン８が低負荷駆動しているときにはバッテリ２６の充電をするための発電機として利用し、高負荷駆動をしているときにはバッテリ２６に充電された電力で回転駆動するようにしてエンジン駆動力の補充をし、ハイブリッド化を達成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、作業具として磁性体の磁着ができるマグネット器を装着できる油圧ショベル等のハイブリッド型作業機械の技術分野に属するものである。

一般に、建設機械の中には、これが油圧ショベルである場合、フロントアタッチメントの先端部に作業具としてマグネット器（リフティングマグネット）を取り付け、例えば建物廃材のなかから鉄屑等の磁性体を吸着（磁着）して吊り上げて分別するようにすることがある。この場合、マグネット器としては、前記吸着した磁性体の脱離を容易にするため電磁石として磁着力のＯＮ−ＯＦＦ切換えができるようにしている。そのためこのような建設機械では発電機を設ける必要がある。ところが前記マグネット器を装着していた場合に、前記脱離時には電気を必要としないため、この電気が無駄になるという問題がある。
そこでマグネット器が電力を必要としない場合、この電力をバッテリに蓄電し、該蓄電した電力をマグネット器使用時に供給するようにしたものが知られている（特許文献１参照）。
特開２００５−１７７５号参照

ところで前記不使用時に無駄になる電力をバッテリに充電しようとするものは、充電した電力をマグネット器使用時に該マグネット器に供給するものであるため、マグネット器を装備した専用の作業機械にしか採用できず、マグネット器を、例えばバケットに交換できるような多仕様の作業機械に採用した場合に、マグネット器を装着した場合しか機能しないという問題があり、ここに本発明が解決せんとする課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、エンジンと、エンジンに連動連結され、発電と駆動の両機能を有する回転電機と、電力の充電、放電ができる充電手段と、電磁石式のマグネット器とバケット等の他の作業機器とを選択して取付けできる作業アタッチメントと、エンジン負荷を検知する負荷検知手段と、前記作業機器がマグネット器である場合に、エンジン駆動を受けた回転電機によって発電された電力をマグネット器に供給できる発電電力供給回路手段と、前記作業機器が他の作業機器である場合に、負荷検知手段が低負荷状態の検知であるときにはエンジン駆動を受けた回転電機によって発電された電力を充電手段に供給できる充電回路手段と、前記作業機器が他の作業機器である場合に、負荷検知手段が高負荷状態の検知であるときには充電手段に充電される電力を回転電機に供給して該回転電機を駆動させてエンジン駆動の補充をする回転電機駆動回路手段と、前記回路手段の切換え制御を実行できる制御手段とを備えて構成したことを特徴とするハイブリッド型作業機械である。
請求項２の発明は、制御手段は、アイドリングストップ状態の判断ができ、該アイドリングステップ状態において再始動操作がなされた場合、充電手段に充電される電力を回転電機に供給して駆動させてエンジン再始動をすることができるエンジン再起動回路手段が設けられていることを特徴とするハイブリッド型作業機械である。

請求項１の発明とすることで、マグネット器が装着されている場合に、該マグネット器に発電した電力を供給するための回転電機を備えたものでありながら、該回転電機を、マグネット器以外の作業機器が取り付けられている場合において、エンジンが高負荷駆動しているときには充電手段に充電している電力を回転電機に供給して該回転電機を駆動させてエンジン駆動の補充ができ、低負荷駆動しているときには回転電機を発電機として機能させて発電した電力を充電することができることになって、マグネット器以外の作業機器が取り付けられる作業機械のハイブリッド化が達成でき、燃料消費を低減できる。
請求項２の発明とすることで、アイドリングストップ状態からエンジン再始動をする場合に、マグネット器に電流供給をする回転電機を用いてエンジンの再始動ができ、ハイブリッド化が達成できる。

次ぎに、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図中、１は油圧ショベルの走行機体であって、該走行機体１は、クローラ型の下部走行体２に上部旋回体３を旋回自在に組付けて構成されるが、上部旋回体３には、ブーム４、アーム５を備えて構成されるフロントアタッチメント６が設けられ、作業アタッチメント（作業具）としてアーム５の先端部にマグネット器７が取り付けられている。尚、４ａはブームシリンダ、５ａはアームシリンダ、７ａは作業具シリンダ（バケットシリンダ）である。

８は上部旋回体３に搭載されるエンジンであって、該エンジン８の駆動力は油圧ポンプ用動力分配装置９に入力し、該分配装置９内に配されたギア伝動機構９ａによってメインポンプ１０、１１に動力分配がなされて出力されるようになっている。前記メインポンプ１０、１１からは圧油供給がなされ、コントロールバルブ１３を経由して前記ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ５ａ、作業具シリンダ７ａ、上部旋回体３を旋回させるための旋回モータ１４、左右の走行モータ１５、１６に供給されて対応する油圧作動を実行するようになっている。

一方、１２は発電機、電動機の両機能を備えた回転電機であって、該回転電機１２のロータ軸１２ａに設けた伝動ギア１２ｂは、前記ギア伝動機構９ａに中間ギア１７を介して連動連結されている。そして回転電機１２は、後述するように、エンジン８の駆動に連動して中間ギア１７、伝動ギア１２ｂが回転することに基づいて発電して該発電した電力を回転電機制御器１８に出力する一方で、回転電機制御器１８から電力を受けることで駆動回転して伝動ギア１２ｂを回転するようになっている。

１９は制御部であって、該制御部１９には、前記回転電機制御器１８が接続されると共に、モード切換えスイッチ２０、マグネット操作スイッチ２１、モニタ２２、バッテリ制御器２３、エンジン回転検出器２４、マグネット制御器２５、バッテリ２６の充電状態（ＳＯＣ）を検出するための電圧検出器２７、エンジン負荷の高低を検知すべくメインポンプ１０、１１からの油圧回路に設けられる油圧検知センサ２８にそれぞれ接続され、対応する信号の入出力をするように成っている。

一方、回転電機制御器１８には直流電流を交流電流に変換する直流／交流（ＤＣ／ＡＣ）変換回路１８ａと交流電流を直流電流に変換する交流／直流（ＡＣ／ＤＣ）変換回路１８ｂとが設けられており、前記制御部１９からの切換え指令で変換回路の選択がなされ、直流／交流変換回路１８ａが選択された場合にはバッテリ制御器２３に接続されるバッテリ２６（キャパシタであっても勿論よい）からの直流の放電電流を交流電流に変換して回転電機１２に供給するように設定され、交流／直流回路１８ｂが選択された場合には、回転電機１２で発電された交流電流を直流電流に変換してバッテリ制御器２３またはマグネット制御器２５に供給するように設定されている。

またバッテリ制御器２３には、回転電機制御器１８から出力される直流電流をバッテリ２６に充電するための充電回路２３ａとバッテリ２６に充電された直流電流を回転電機制御器１８またはマグネット制御器２５側に放電する放電回路２３ｂが設けられ、これら回路２３ａ、２３ｂの選択が制御部１９からの制御指令によって切換えられるようになっている。さらにマグネット制御器２５には、制御部１９からの制御指令を受けてマグネット器７側に電流供給をする状態と電流供給を停止する状態とに切換える電流供給回路２５ａと、マグネット器７に流れる電流検知をして制御部１９にその検知値を出力する電流検出回路２５ｂとが設けられている。

次に、制御部１９での制御手順について、図４〜図７に示すフローチャート図に基づいて説明する。まず制御部１９は、エンジンスタートがなされ、電源投入がなされるとシステムスタートをして初期設定がなされ起動状態になる。そして現在モードが何であるか、つまりモード切換えスイッチ２０が、マグネット器７が装着されていてマグネット作業モードになっているか、マグネット器７ｅがＥの作業機器、例えばバケットが装着されていてマグネット非作業モードになっているか、これらモードの如何に拘わらずアイドリングストップモードになっているかの判断をし、対応する制御ルーチンに移行する。因みに、アイドリングストップモードは、前記システムスタート状態（電源投入状態）でエンジン回転検出器２４からの検知信号がエンジン停止（回転していない）状態であることを入力することで判断できる。アイドリングストップは、アイドリング状態が所定時間経過したり、アイドリングストップスイッチを操作したりすることで実行される。

そしてマグネット作業モードルーチンに移行する場合、マグネット操作スイッチ２１がＯＮ操作されたか否かの判断がなされ、ＯＮ操作されていると判断された場合、回転電機制御器１８に対して交流／直流変換回路１８ａを選択する制御指令が出力されると共に、マグネット制御器２５に対して電流供給回路２５ａを電流供給状態に切換える制御指令が出力され、これによってエンジン駆動に基づき回転電機１２で発電された交流電流が直流電流に変換され、該変換された交流電流がマグネット器７に供給されることになって、マグネット器７が励磁され磁着力が発生することになる。
出力すべく制御指令が出力され、これによって回転電機１２で発電された交流電流が回転電機制御器１８で直流電流に変換され、該変換された直流電流がマグネット制御器２５を経由してマグネット器７に出力されて該マグネット器７の励磁がなされ、磁性体の磁着ができることになる。
このマグネット操作時において、電流検出回路２５ｂの検知電流が予め設定される設定電流より低くなった（例えばマグネット器７の励磁開始時にピーク電流が流れたり高電流が要求されたような場合）か否かの判断がなされ、低くなったとしてＹＥＳの判断がなされると、バッテリ制御器２３に対して放電回路２３ａを選択する制御指令が出力され、これによってバッテリ２６に蓄電されている電流が、バッテリ制御器２３を介してマグネット制御器２５側に流れ、これによって不足電流の補足をするよう制御される。

これに対し、マグネット操作スイッチ２１がＯＦＦであって、マグネット器７が非励磁状態に操作されている場合、回転電機制御器１８についてはＡＣ／ＤＣ変換回路１８ｂを選択し、マグネット制御器２５については電流供給回路２５ａを電流非供給状態に切換え、さらにバッテリ制御器２３については充電回路２３ｂを選択する制御指令をそれぞれ出力し、これによって回転電機１２によって発電された交流電流を直流電流に変換し、該変換された直流電流がバッテリ２６に充電されるよう制御されるようになっている。

一方、マグネット非作業モードルーチンに移行した場合、マグネット制御機２５については電流供給回路２５ｂを電流非供給状態に切換えると共に、前記油圧検知センサ２８からの検知信号に基づき、エンジン負荷が予め設定される設定負荷以上であるか否かの判断がなされ、以上であるとして高負荷状態の判断がなされると、さらに電圧検出センサ２７からのバッテリ電圧の検知値が予め設定される設定電圧以上であるか否かの判断がなされ、以上であるとして充分な充電状態であると判断されると、制御部１９は、回転電機制御器１８についてはＤＣ／ＡＣ変換回路を１８ａを選択し、バッテリ制御機２３については放電回路２３ａを選択する制御指令を出力し、これによってバッテリ２６からバッテリ制御器２３を介して放電された直流電流は、回転電機制御器１８で交流電流に変換されて回転電機１２に出力され、これによって回転電機１２はモータとして駆動し、エンジン８の動力の補充をし、ハイブリッド作動をするようになっている。

これに対し、検知されるバッテリ電圧が設定電圧以上ではないとしてＮＯと判断されると、ＡＣ／ＤＣ変換回路１８ｂおよび充電回路２３ｂを選択する制御指令を出力し、これによって回転電機１２で発電された交流電流が直流電流に変換されてバッテリ２６に充電されるようになっている。
一方、検知されるエンジン負荷が予め設定される設定負荷以上ではないとしてＮＯの判断がなされると、前述したと同様、ＡＣ／ＤＣ変換回路１８ｂおよび充電回路２３ｂを選択する制御指令を出力し、これによって回転電機１２で発電された交流電流が直流電流に変換されてバッテリ２６に充電されるようになっている。

さらにアイドリングストップモードルーチンに移行した場合、再始動操作があったか否かの判断がなされる。再始動操作は、例えばアイドリングストップスイッチを始動側に操作したりすることでできる。そして再始動操作があったとしてＹＥＳの判断がなされた場合、電流供給回路２５ａを非供給状態にすると共に、放電回路２３ａの選択、ＤＣ／ＡＣ変換回路１８値を選択する制御指令を出力し、これによってバッテリに充電される直流電流を交流電流に変換して回転電機１２を駆動させ、エンジン８の再始動が実行されるように制御される。

叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、マグネット器８が装着されている場合に、該マグネット器８に、回転電機１２で発電した電力を供給して励磁し、磁着力を発揮させて磁性体の磁着選別ができるものでありながら、作業アタッチメントとしてマグネット器８以外の作業機器が取り付けられていて、マグネット非作業モードになっている場合において、エンジン８が高負荷駆動検知状態では、バッテリ２６に充電している電力を回転電機１２に供給して該回転電機１２を駆動させてエンジン８の駆動力の補充をすることができ、これによってマグネット器以外の作業機器が取り付けられる作業機械のハイブリッド化が達成でき、燃料消費を低減できる。

そのうえこのものでは、前記マグネット非作業モードになっている場合において、エンジン８が低負荷駆動しているときには回転電機１２を発電機として機能させて発電した電力をバッテリ２６に充電できることになって、バッテリ２６の充電ができることになって、バッテリが放電しきって使用できなくなってしまうことを防止できる。

しかもこのものでは、アイドリングストップモード状態においてエンジン８を再始動をする場合に、前記マグネット器７に電力供給をすべく発電する回転電機１２を用いてエンジン８の再始動をすることができ、ここにおいてもハイブリッド化が達成できる。

油圧シリンダの概略側面図である。 エンジンに回転電機を実装した状態を示す概略平面図である。 制御のブロック回路図である。 メイン制御の手順をすめすフローチャート図である。 マグネット作業モードの手順を示すフローチャート図である。 マグネット非作業モードの手順を示すフローチャート図である。 アイドリングストップモードの手順を示すフローチャート図である。

符号の説明

１ 走行機体
７ マグネット器
８ エンジン
１２ 回転電機
１８ 回転電機制御器
１８ａ ＤＣ／ＡＣ変換回路
１８ｂ ＡＣ／ＤＣ変換回路
１９ 制御部
２０ モード切換えスイッチ
２１ マグネット操作スイッチ
２３ バッテリ制御器
２３ａ 放電回路
２３ｂ 充電回路
２５ マグネット制御器
２５ａ 電流供給回路
２６ バッテリ
２８ 油圧検知センサ

Claims (2)

1. エンジンと、
   エンジンに連動連結され、発電と駆動の両機能を有する回転電機と、
   電力の充電、放電ができる充放電手段と、
   電磁石式のマグネット器とバケット等の他の作業機器とを選択して取付けできる作業アタッチメントと、
   エンジン負荷を検知する負荷検知手段と、
   前記作業機器がマグネット器である場合に、エンジン駆動を受けた回転電機によって発電された電力をマグネット器に供給できる発電電力供給回路手段と、
   前記作業機器が他の作業機器である場合に、負荷検知手段が低負荷状態の検知であるときにはエンジン駆動を受けた回転電機によって発電された電力を充電手段に供給できる充電回路手段と、
   前記作業機器が他の作業機器である場合に、負荷検知手段が高負荷状態の検知であるときには充電手段に充電される電力を回転電機の供給して該回転電機を駆動させてエンジン駆動の補充をする回転電機駆動回路手段と、
   前記回路手段の切換え制御を実行できる制御手段とを備えて構成したことを特徴とするハイブリッド型作業機械。
2. 制御手段は、アイドリングストップ状態の判断ができ、該アイドリングステップ状態において再始動操作がなされた場合、充電手段に充電される電力を回転電機に供給して駆動させてエンジン再始動をすることができるエンジン再起動回路手段が設けられていることを特徴とするハイブリッド型作業機械。

Images