JP2018123833A - 車載用パワーユニット - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプを回転駆動するモータとしてブラシレス直流モータを使用することで、ブラシ付き直流モータの問題点を解消し、油圧シリンダの油圧源として要求される制御を可能とする。【解決手段】油タンク１と、タンク内の作動油を吸い上げ油圧回路を通して油圧シリンダに作動油を供給する油圧ポンプＰと、バッテリー３５を電源とし、ポンプＰを回転駆動するブラシレス直流モータＭ２と、モータＭ２の回転方向及び回転数を制御するコントローラ３０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の可動部分を駆動する油圧シリンダの油圧源に適した車載用パワーユニットに関する。

近年、貨物自動車の車体後部に荷役用の昇降装置（荷受台昇降装置、テールゲートリフタ等とも言う）を装着することが行われており、その昇降装置が具備する油圧シリンダの油圧源として、電動モータでポンプを回転して作動油を油圧シリンダに供給するパワーユニットが車両に搭載されている。この種の車載用パワーユニットは、例えば下記特許文献１に記載されているものがある。

特許第４５５５８４１号公報

図２は従来の車載用パワーユニットを示す。この車載用パワーユニットは、油タンク１と、油タンク１内の作動油を吸い上げて油圧回路の昇降ポートＰＴ１又は開閉ポートＰＴ２を通して図３及び図４に示す荷役用昇降装置の昇降油圧シリンダ５５（昇降装置の荷受台７０を昇降させるもの）又は開閉油圧シリンダ９５（荷受台７０を水平の展開状態と垂直の格納状態との間で作動させるもの）に作動油を供給する油圧ポンプＰと、該ポンプＰを駆動する一般的なブラシ付き直流モータＭ１と、ポンプＰの吐出側が一定圧力を超えたときに開いて作動油を油タンク１内に戻すリリーフ弁（安全弁）２と、電磁切換弁１１，１２，１３と、逆止弁１５と流量調整弁１６と、逆止弁２１及び流量調整弁２２の組と、逆止弁２３及び流量調整弁２４の組とを備えている。

パワーユニットの昇降ポートＰＴ１は昇降電磁切換弁１１に接続され、開閉ポートＰＴ２は逆止弁２１及び流量調整弁２２の組と、逆止弁２３及び流量調整弁２４の組とを介して開閉電磁切換弁１２に接続されている。逆止弁２１及び流量調整弁２２の組は開閉ポートから作動油を送出するときの作動油流量を調整するために設けられている。逆止弁２３及び流量調整弁２４の組は開閉ポートから作動油を油タンク１に戻すときの作動油流量を調整するために設けられている。

この従来のパワーユニットの動作を説明すると、貨物自動車が走行する時は図４のように昇降装置の荷受台７０は必ず垂直に閉じた状態であるから、昇降装置の荷役作業は必ず荷受台７０が垂直に閉じた状態から、水平に開く動作（閉→開）を行うことになる。この開き動作は、図示しない開閉操作スイッチにより開閉電磁切換弁１２及び戻り電磁切換弁１３を励磁して開き、開閉油圧シリンダ９５からの作動油を油タンク１に戻すことにより行われる。

それから、車体床面と地上又は倉庫等のプラットホームとの間で荷役作業を行うために、車体床面５１と同じ高さ（上昇限位置）にある荷受台７０を、地面若しくはプラットホーム高さ等で規定される所定下降位置にまで下降させる。この下降動作は、図示しない昇降操作スイッチにより昇降電磁切換弁１１及び戻り電磁切換弁１３を励磁して開き、昇降油圧シリンダ５５からの作動油を油タンク１に戻すことにより行われる。

荷受台７０を、地面若しくはプラットホーム高さ等で規定される所定下降位置から上昇限位置にまで上昇させる上昇駆動動作は、昇降操作スイッチにより電磁切換弁１１を励磁して開くとともにモータＭ１でポンプＰを回転駆動し、油タンク１から作動油をくみ上げて昇降油圧シリンダ５５に送出することにより行われる。

なお、図３及び図４の昇降装置は、貨物自動車のシャーシ５０に固定された昇降装置フレーム６０を有し、ここにはメインアーム取付ブラケット６１、サブアーム取付ブラケット６２及び昇降用シリンダ取付ブラケット６３が固着一体化されている。荷受台７０は後端側にメインアーム取付ブラケット７１及びサブアーム取付ブラケット７２を一体に有している。

メインアーム８０とサブアーム９０とは荷受台７０を昇降駆動するための平行リンクをなすものであり、メインアーム８０の一端はメインアーム取付ブラケット６１にピン８１で枢着（回転自在に取付）され、他端はメインアーム取付ブラケット７１にピン８２で枢着されている。サブアーム９０（図４で後述するように開閉油圧シリンダ９５が組み込まれている）の一端はサブアーム取付ブラケット６２にピン９１で枢着され、他端はサブアーム取付ブラケット７２にピン９２で枢着されている。そして、昇降用シリンダ取付ブラケット６３とメインアーム８０の途中位置間に昇降油圧シリンダ５５がピン５６，５７で枢着されている。

前記昇降油圧シリンダ５５は、単動油圧シリンダであり、その縮動状態では図３実線（イ）のように荷受台７０は着地状態であり、伸動状態では図３仮想線（ロ）のように荷受台７０は貨物自動車の車体床面と同じ高さの上昇限位置となる。

前記サブアーム９０はその一部を単動油圧シリンダの開閉油圧シリンダ９５で構成してあり、通常の荷受台７０の昇降時は一定長を保っているが、荷受台７０を図３仮想線（ロ）の上昇位置での水平状態から図４実線（ハ）のように車体後面に沿うように垂直に立てて閉じる動作の場合には開閉油圧シリンダ９５が伸長することで、サブアーム９０の全長も長くなる。つまり、開閉油圧シリンダ９５が伸長状態では図４実線（ハ）のように荷受台７０は垂直に閉じ、縮動状態では図３仮想線（ロ）のように水平状態に開いた状態となる。荷受台７０の回動支点は、メインアーム８０の先端側枢着点となるピン８２である。

なお、昇降油圧シリンダ及び開閉油圧シリンダの取付位置は図３や図４の構成に限らず、昇降油圧シリンダは平行リンクをなすメインアームとサブアームのいずれか一方を回動させるものであればよく、開閉油圧シリンダは荷受台を垂直状態と水平状態との間で回動させるものであればよい。

ところで、貨物自動車に装備される荷役用昇降装置の油圧源として用いられるパワーユニットのモータは、制御が簡単なことから（バッテリー電圧を印加するだけで回転する）ブラシ付き直流モータ（界磁は電磁石、永久磁石を問わない）が多く使用されている。しかし、近年、荷役用昇降装置の荷受台の上昇限位置及び下降限位置での衝撃発生等を緩和するために、モータ回転数制御を行う必要性が出てきており、専用のモータ制御機器が必要となる。このため、従来の制御機器がないタイプと比較するとコストアップとなる。

また、ブラシ付き直流モータが本来的に有する欠点として、ブラシ交換や整流子清掃等のメンテナンスが必要であり、ブラシの整流子に対する電気的、機械的接触によるスパーク(火花)やノイズ、接触音の発生があり、ブラシの摺動抵抗に起因する効率低下が挙げられる。

一方でブラシ付き直流モータの前記欠点を補う方法として、ブラシレス直流モータがあるが、整流子の代わりとしてモータ制御機器が必須となる為、従来の制御機器がないタイプと比較するとコストアップとなる。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、段落［００１４］記載のモータ制御機器を搭載するタイプにおいて、ポンプを回転駆動するモータとしてブラシレス直流モータを使用することで、ブラシ付き直流モータが有する問題点を解消し、かつ油圧シリンダの油圧源として大幅にコストアップすることなく要求される制御が可能な車載用パワーユニットを提供することにある。

本発明のある態様は車載用パワーユニットである。この車載用パワーユニットは、油タンクと、前記油タンク内の作動油を吸い上げ油圧回路を通して油圧シリンダに作動油を供給する油圧ポンプと、バッテリーを電源とし、前記油圧ポンプを回転駆動するブラシレス直流モータと、前記ブラシレス直流モータの回転方向及び回転数を制御するコントローラとを備えることを特徴とする。

前記態様において、前記油圧シリンダから前記油圧回路を通して前記油タンク内に戻る作動油の経路に前記油圧ポンプが挿入されており、前記ブラシレス直流モータの回転数制御で前記油圧ポンプを経由する作動油の戻り流量を制御する構成にするとよい。

前記態様において、前記油圧ポンプを経由して作動油が油タンクに戻るときに、前記ブラシレス直流モータが発電し、発電電力で前記バッテリーを充電する構成にするとよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明に係る車載用パワーユニットによれば、ポンプを回転駆動するモータとしてブラシレス直流モータを使用することで、ブラシ付き直流モータが有する問題点を解消することができる。また、ブラシレス直流モータの回転方向及び回転数をコントローラで制御することにより、油圧シリンダの油圧源として要求される制御が可能である。

本発明に係る車載用パワーユニットの実施の形態を示す油圧回路及び電気回路を示す説明図。 従来の車載用パワーユニットを示す油圧回路図である。 昇降装置の１例であって、荷受台の昇降動作を示す側面図である。 昇降装置の１例であって、荷受台の開閉動作を示す側面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は本発明の実施の形態に係る車載用パワーユニットを示す。この車載用パワーユニットは、油タンク１と、油タンク１内の作動油を吸い上げて油圧回路の昇降ポートＰＴ１又は開閉ポートＰＴ２を通して図３及び図４に示す荷役用の昇降装置の昇降油圧シリンダ５５（昇降装置の荷受台７０を昇降させるもの）又は開閉油圧シリンダ９５（荷受台７０を水平の展開状態と垂直の格納状態との間で作動させるもの）に作動油を供給する油圧ポンプＰと、該ポンプＰを駆動するブラシレス直流モータＭ２と、ポンプＰの吐出側が一定圧力を超えたときに開いて作動油を油タンク１内に戻すリリーフ弁（安全弁）２と、昇降電磁切換弁１１，開閉電磁切換弁１２とを備えている。パワーユニットの昇降ポートＰＴ１は昇降電磁切換弁１１に接続され、開閉ポートＰＴ２は開閉電磁切換弁１２に接続されている。

ブラシレス直流モータＭ２には、ブラシレス直流モータＭ２をＰＷＭ等で制御するためのスイッチモジュール３１を内蔵するコントローラ３０が接続され、車載バッテリー３５からコントローラ３０を介して駆動電力が供給されるようになっている。コントローラ３０はブラシレス直流モータＭ２の回転方向の制御（正回転又は逆回転の切替）、及び正回転時及び逆回転時の回転数制御を行うことができる。ここでは、ポンプＰから昇降ポートＰＴ１や開閉ポートＰＴ２に作動油を吐出する向きにポンプＰを回転させる場合を、ブラシレス直流モータＭ２の正回転といい、ポンプＰを逆転させて各ポートからポンプＰを経由させて油タンク１に作動油を戻す場合をブラシレス直流モータＭ２の逆回転という。スイッチモジュール３１はブラシレス直流モータＭ２の逆回転時に発電機として動作したとき、発生電力をバッテリー３５に戻して充電する（回生する）ための手段（ダイオード等）を含んでいる。

コントローラ３０には、上昇スイッチＳup、下降スイッチＳdown、閉スイッチＳclose、開スイッチＳopenが接続されている。

以上の実施の形態の構成において、上昇スイッチＳupが押されると、バッテリー３５からコントローラ３０(スイッチモジュール３１)を介してブラシレス直流モータＭ２に電力が供給され、ブラシレス直流モータＭ２が正回転する。同時に昇降電磁切換弁１１のソレノイドコイルにも通電することで電磁切換弁１１内の回路が開位置に切り替わる。ブラシレス直流モータＭ２により正回転駆動されたポンプＰから作動油が吐出され、吐出された作動油は昇降電磁切換弁１１、昇降ポートＰＴ１を介して昇降シリンダ５５のヘッド側に給油され、シリンダ５５が伸長する。これにより、図３の荷受台７０は上昇する。荷受台７０の上昇速度はコントローラ３０でブラシレス直流モータＭ２への供給電力を制御することで調整することができる。

下降スイッチＳdownが押されると、昇降電磁切換弁１１のソレノイドコイルに通電し、電磁切換弁１１内の回路が開位置に切り替わる。同時にブラシレス直流モータＭ２を逆回転作動させ、ポンプ吐出側作動油をポンプＰを経由させて油タンク１側に戻す。これにより、図３の荷受台７０は下降する。この時、ポンプＰへの負荷圧力が回転エネルギーに変換され、ブラシレス直流モータＭ２が回される（逆回転する）。ブラシレス直流モータＭ２が回されることで発電し、この電気エネルギーがコントローラ３０(スイッチモジュール３１)を介してバッテリー３５に戻される(回生制動)。荷受台７０の下降速度はコントローラ３０でブラシレス直流モータＭ２を逆転制動させることで調整することができるので、従来の流量調整弁は省略可能である。

荷受台の無負荷時でも荷受台自重分だけブラシレス直流モータＭ２は回されるので発電はするが、負荷が重ければ重いほど位置エネルギーは大きくなるので、より回生量は多くなる。

一般的にバッテリーへの回生は、「発電電圧＞バッテリー電圧」の時に有効(自然回生)であるが、「発電電圧＜バッテリー電圧」の時であっても昇圧回生回路を付加することで回生電圧をバッテリー電圧以上に昇圧させ回生させることは可能である(昇圧回生)。

なお、従来一般的なブラシ付き直流モータでも界磁マグネット型であれば発電するが、従来下降時は休止していたモータが作動することで、ブラシ寿命は従来型に比べて短くなってしまう。

荷受台７０を閉じる動作、開く動作についても、それぞれ荷受台７０の上昇，下降動作と同様である。すなわち、閉スイッチＳcloseが押されると、バッテリー３５からコントローラ３０(スイッチモジュール３１)を介してブラシレス直流モータＭ２に電力が供給され、ブラシレス直流モータＭ２が正回転するとともに開閉電磁切換弁１２が開位置に切り替わり、ブラシレス直流モータＭ２により正回転駆動されたポンプＰから作動油が吐出され、吐出された作動油は開閉電磁切換弁１２、開閉ポートＰＴ２を介して開閉シリンダ９５のヘッド側に給油され、シリンダ９５が伸長する。これにより、図３の荷受台７０は図４の実線のように垂直に閉じる。荷受台７０の閉じる速度はコントローラ３０でブラシレス直流モータＭ２への供給電力を制御することで調整することができるので、従来の流量調整弁は省略可能である。

開スイッチＳopenが押されると、開閉電磁切換弁１２内の回路が開位置に切り替わるとともにブラシレス直流モータＭ２を逆回転作動させ、ポンプ吐出側作動油をポンプＰを経由させて油タンク１側に戻す。これにより、図３の荷受台７０は水平に展開する。この時、ポンプＰへの負荷圧力が回転エネルギーに変換され、ブラシレス直流モータＭ２が回される（逆回転する）。ブラシレス直流モータＭ２が回されることで発電し、この電気エネルギーがコントローラ３０(スイッチモジュール３１)を介してバッテリー３５に戻される(回生制動)。荷受台７０の開く速度はコントローラ３０でブラシレス直流モータＭ２を逆転制動させることで調整することができるので、従来の流量調整弁は省略可能である。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) 油圧ポンプＰを回転駆動するのにブラシレス直流モータＭ２を用いることで、段落［００１５］記載の問題点を解消することが出来る。従来のブラシ付き直流モータを用いる場合に比べて保守性を改善でき、また従来のブラシ付き直流モータをコントローラで制御することに比べても全体的コストはあまり変わらないよう構成できる。

(2) 油圧シリンダ５５，９５から油圧回路を通して油タンク１内に戻る作動油の経路に油圧ポンプＰが挿入されており、ブラシレス直流モータＭ２の正転方向及び逆転方向の回転数制御によって、油圧ポンプＰから各ポートＰＴ１，ＰＴ２への作動油吐出量だけでなく、油圧ポンプＰを経由する油タンク１への作動油の戻り流量を制御することができる。このため、従来、作動油の流量を調整するために必要であった流量調整弁（図２の１６，２２，２４）、逆止弁（１５，２１，２３）が不要となるとともに戻り電磁切換弁（図２の１３）も不要となり、油圧回路を簡素化してコスト低減が可能である。

(3) 油圧ポンプＰを経由して作動油が油タンク１に戻るときは、ブラシレス直流モータＭ２が回されて発電することになり、このときの発電電力をバッテリー３５側に戻して充電することができる。バッテリーの電力消費を抑制し、バッテリー上がり等の問題発生を少なくできる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

上記実施の形態では、車載用パワーユニットは荷役用昇降装置の昇降油圧シリンダと開閉油圧シリンダを作動させる場合で説明したが、各ポートＰＴ１，ＰＴ２の両方を開閉ポートとして使用し、ウイング車のウイング開閉のための開閉油圧シリンダにそれぞれ接続することで、ウイング開閉のための車載用パワーユニットとしても利用できる。

１ 油タンク
２ リリーフ弁
１１，１２，１３ 電磁切換弁
３０ コントローラ
３５ バッテリー
５０ シャーシ
５５ 昇降油圧シリンダ
６０ 昇降装置フレーム
７０ 荷受台
８０ メインアーム
９０ サブアーム
９５ 開閉油圧シリンダ
Ｍ１ ブラシ付き直流モータ
Ｍ２ ブラシレス直流モータ
Ｐ 油圧ポンプ

Claims (3)

1. 油タンクと、
   前記油タンク内の作動油を吸い上げ油圧回路を通して油圧シリンダに作動油を供給する油圧ポンプと、
   バッテリーを電源とし、前記油圧ポンプを回転駆動するブラシレス直流モータと、
   前記ブラシレス直流モータの回転方向及び回転数を制御するコントローラとを備えることを特徴とする車載用パワーユニット。
2. 前記油圧シリンダから前記油圧回路を通して前記油タンク内に戻る作動油の経路に前記油圧ポンプが挿入されており、前記ブラシレス直流モータの回転数制御で前記油圧ポンプを経由する作動油の戻り流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の車載用パワーユニット。
3. 前記油圧ポンプを経由して作動油が油タンクに戻るときに、前記ブラシレス直流モータが発電し、発電電力で前記バッテリーを充電することを特徴とする請求項１又は２に記載の車載用パワーユニット。

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