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公開番号2021008189
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210128
出願番号2019122511
出願日20190628
発明の名称作業機
出願人株式会社クボタ
代理人個人
主分類B60W 20/10 20160101AFI20201225BHJP(車両一般)
要約【課題】作業機の動作に応じて簡単にトルク等の設定を行うことができるようにする。
【解決手段】作業機は、機体と、機体に設けられたエンジンと、モータとして作動してエンジンの駆動をアシストするアシスト動作とエンジンの動力によりジェネレータとして作動して発電する発電動作とを行うモータ・ジェネレータと、モータ・ジェネレータが発電した電力を蓄電するバッテリと、機体の加速度を計測可能な加速度センサと、加速度センサで計測した機体の加速度に応じてアシスト動作及び前記発電動作のいずれかの設定を行う制御装置と、を備えている。
【選択図】図13
特許請求の範囲【請求項1】
機体と、
前記機体に設けられたエンジンと、
モータとして作動して前記エンジンの駆動をアシストするアシスト動作と前記エンジンの動力によりジェネレータとして作動して発電する発電動作とを行うモータ・ジェネレータと、
前記モータ・ジェネレータが発電した電力を蓄電するバッテリと、
前記機体の加速度を計測可能な加速度センサと、
前記加速度センサで計測した前記機体の加速度に応じて前記アシスト動作及び前記発電動作のいずれかの設定を行う制御装置と、
を備えている作業機。
続きを表示(約 860 文字)【請求項2】
前記制御装置は、前記加速度センサが計測した前記機体の加速度に基づいて、前記機体の走行状態を予測し、前記走行状態に基づいて前記設定を行う請求項1に記載の作業機。
【請求項3】
前記制御装置は、前記機体の前後の加速度が閾値以上である場合には前記走行状態として前記機体が直進したと予測し、前記前後の加速度が閾値未満である場合には前記機体が前記直進以外の状態であると予測し、前記直進と前記直進以外とに応じて、前記アシスト動作及び前記発電動作のいずれかの設定を行う請求項2に記載の作業機。
【請求項4】
前記制御装置は、前記機体の幅方向の加速度及び前記機体のヨーレートに基づいて、前記走行状態として旋回であるか否かを予測し、前記旋回と前記旋回以外とに応じて、前記アシスト動作及び前記発電動作のいずれかの設定を行う請求項2に記載の作業機。
【請求項5】
前記制御装置は、
前記アシスト動作を行うときの前記モータ・ジェネレータの力行トルクを設定する力行トルク設定部と、
前記発電動作を行うときの前記モータ・ジェネレータの回生トルクを設定する回生トルク設定部と、
前記エンジンの回転数が第1回転数以下である場合に前記力行トルク設定部で設定された前記力行トルクでアシスト動作を行い且つ、前記エンジンの回転数が前記第1回転数より大きい第2回転数以上である場合に前記回生トルク設定部で設定された回生トルクで前記発電動作を行う動作制御部と、
を備えている請求項1〜4のいずれかに記載の作業機。
【請求項6】
前記力行トルク設定部及び回生トルク設定部のいずれかは、前記機体の加速度に応じて前記力行トルク及び回生トルクのいずれかのトルクの設定を変更する請求項5に記載の作業機。
【請求項7】
前記制御装置は、前記機体の加速度に応じて前記第1回転数及び前記第2回転数のいずれかを変更する請求項5又は6に記載の作業機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、コンパクトトラックローダ、スキッドステアローダ等の作業機に関する。
続きを表示(約 9,100 文字)【背景技術】
【0002】
従来より、コンパクトトラックローダ等の作業機において、エンジンとモータ・ジェネレータとを有するハイブリッド型の作業機として、特許文献1が知られている。特許文献1の作業機は、動作形態判別手段によって油圧作動部が作業モードにあると判別されたときに、電動・発電機制御手段は、その作業モードに応じて設定される電動・発電機の力行トルク出力特性をエンジンの回転数と関係付けることで得られる力行トルク出力値情報に基づいて、エンジン回転数検出手段によって検出されるエンジンの実回転数を参照することにより、電動・発電機に出力させるべき力行トルク値を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開3941951号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1の作業機では、動作形態判別手段によって作業機がどのような状態であるか、即ち、作業モードであるかを判別して力行トルクを設定している。しかしながら、動作判別手段では、予め定められた作業に対して動作態様を決定しているため、複雑に作業機が動く場合等は力行トルクを設定することが困難である。
本発明は、このような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、作業機の動作に応じて簡単にトルク等の設定を行うことができる作業機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の作業機は、機体と、前記機体に設けられたエンジンと、モータとして作動して前記エンジンの駆動をアシストするアシスト動作と前記エンジンの動力によりジェネレータとして作動して発電する発電動作とを行うモータ・ジェネレータと、前記モータ・ジェネレータが発電した電力を蓄電するバッテリと、前記機体の加速度を計測可能な加速度センサと、前記加速度センサで計測した前記機体の加速度に応じて前記アシスト動作及び前記発電動作のいずれかの設定を行う制御装置と、を備えている。
【0006】
前記制御装置は、前記加速度センサが計測した前記機体の加速度に基づいて、前記機体の走行状態を予測し、前記走行状態に基づいて前記設定を行う。
前記制御装置は、前記機体の前後の加速度が閾値以上である場合には前記走行状態として前記機体が直進したと予測し、前記前後の加速度が閾値未満である場合には前記機体が前記直進以外の状態であると予測し、前記直進と前記直進以外とに応じて、前記アシスト動作及び前記発電動作のいずれかの設定を行う。
【0007】
前記制御装置は、前記機体の幅方向の加速度及び前記機体のヨーレートに基づいて、前記走行状態として旋回であるか否かを予測し、前記旋回と前記旋回以外とに応じて、前記アシスト動作及び前記発電動作のいずれかの設定を行う。
前記制御装置は、前記アシスト動作を行うときの前記モータ・ジェネレータの力行トルクを設定する力行トルク設定部と、前記発電動作を行うときの前記モータ・ジェネレータの回生トルクを設定する回生トルク設定部と、前記エンジンの回転数が第1回転数以下である場合に前記力行トルク設定部で設定された前記力行トルクでアシスト動作を行い且つ、前記エンジンの回転数が前記第1回転数より大きい第2回転数以上である場合に前記回生トルク設定部で設定された回生トルクで前記発電動作を行う動作制御部と、を備えている。
【0008】
前記力行トルク設定部及び回生トルク設定部のいずれかは、前記機体の加速度に応じて前記力行トルク及び回生トルクのいずれかのトルクの設定を変更する。
前記制御装置は、前記機体の加速度に応じて前記第1回転数及び前記第2回転数のいずれかを変更する。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、作業機の動作に応じて簡単にトルク等の設定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
作業機の全体側面図である。
機体の斜視図である。
機器(装置)の配置を示す斜視図である。
回転電機の内部の断面図である。
走行系の油圧システムを示す図である。
作業系の油圧システムを示す図である。
エンジン回転数と走行一次圧と、設定線との関係を示す図である。
作業機における制御ブロック図を示す図である。
制御マップの一例を示す図である。
冷却装置を示す図である。
冷却装置の処理の一例を示す図である。
図11Aとは異なる冷却装置の処理を示す図である。
図11A及び図11Bとは異なる冷却装置の処理を示す図である。
機体に慣性計測装置を設けた概略図である。
慣性計測装置が検出した慣性力と走行状態との関係を示す図である。
機体の慣性力の大きさに応じて、第1回転数N1及び第2回転数N2を変更した一例を示す図である。
走行操作部材の操作量と、走行装置の回転数との関係を示す図である。
走行操作部材の操作量に対して走行回転数M1,M2が低い場合の制御を示す図である。
走行操作部材の操作量に対して走行回転数M1,M2が高い場合の制御を示す図である。
走行操作部材の操作量と、走行車速との関係を示す図である。
走行操作部材の操作量に対して走行車速V1,V2が低い場合の制御を示す図である。
走行操作部材の操作量に対して走行車速V1,V2が高い場合の制御を示す図である。
エンジンに負荷が掛かった場合の制御を示す図である。
低下量ΔE1の移動平均値Daveと判定値W1との関係を示す図である。
エンジン回転数と、アシスト動作における力行トルクとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明に係る作業機の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明に係る作業機1の側面図を示している。図1では、作業機の一例として、コンパクトトラックローダを示している。但し、本発明に係る作業機はコンパクトトラックローダに限定されず、例えば、スキッドステアローダ等の他の種類のローダ作業機であってもよい。また、ローダ作業機以外の作業機であってもよい。尚、本発明において、作業機の運転席に着座した運転者の前側(図1の左側)を前方、運転者の後側(図1の右側)を後方、運転者の左側(図1の手前側)を左方、運転者の右側(図1の奥側)を右方として説明する。機体の前及び後に直交する方向を機体幅方向(幅方向)として説明することがある。
【0012】
作業機1は、機体2と、作業装置3と、一対の走行装置4L、4Rとを備えている。
機体2の上部であって前部には、キャビン5が搭載されている。キャビン5の後部は、機体2のブラケットに支持軸回りに揺動自在に支持されている。キャビン5の前部は、機体2の前部に載置可能となっている。キャビン5内には運転席7が設けられている。
一対の走行装置4L,4Rは、クローラ式走行装置により構成されている。走行装置4Lは機体2の一方側(左側)に設けられ、走行装置4Rは、機体2の他方側(右側)に設けられている。
【0013】
作業装置3は、ブーム10と、ブームシリンダ14、作業具シリンダ15、作業具11とを有する。ブーム10は、リフトリンク12及び制御リンク13に支持されている。ブーム10の基部側と機体2の後下部との間には、複動式の圧シリンダからなるブームシリンダ14が設けられている。ブームシリンダ14を同時に伸縮させることによりブーム10が上下に揺動する。ブーム10の先端側には、それぞれ装着ブラケット18が横軸回りに回動自在に枢支され、左及び右に設けられた装着ブラケット18に作業具11の背面側が取り付けられている。即ち、ブーム10の先端部に作業具11が装着されている。
【0014】
また、装着ブラケット18とブーム10の先端側中途部との間には、複動式の油圧シリンダからなる作業具シリンダ15が介装されている。作業具シリンダ15の伸縮によって作業具11が揺動(スクイ・ダンプ動作)する。
作業具11は、装着ブラケット18に対して着脱自在とされている。作業具11は、例えば、バケット、油圧圧砕機、油圧ブレーカ、アングルブルーム、アースオーガ、パレットフォーク、スイーパー、モア、スノウブロア等のアタッチメント(予備アタッチメント)である。
【0015】
次に、機体について説明する。
図2に示すように、機体2は、右枠部20と、左枠部21と、前枠部22と、底枠部23と、上枠部24とを有する。
右枠部20は、機体2の右部を構成する。左枠部21は、機体2の左部を構成する。前枠部22は、機体2の前部を構成し、右枠部20と左枠部21の前部同士を連結している。底枠部23は、機体2の底部を構成し、右枠部20と左枠部21の下部同士を連結している。上枠部24は、機体2の後部寄りの上部を構成し、右枠部20と左枠部21の後部寄りの上部同士を連結している。
【0016】
右枠部20及び左枠部21の後部は、ブーム10等を揺動自在に支持している。右枠部20及び左枠部21は、トラックフレーム25と、モータ取付部26とが設けられている。
図3に示すように、機体2には、エンジン60、冷却ファン61、ラジエータ、モータ・ジェネレータ63、油圧駆動装置64が設けられている。エンジン60は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の内燃機関である。冷却ファン61は、エンジン60の動力によって駆動する冷却用のファンであり、ラジエータは、エンジン60の冷却水を冷却する。モータ・ジェネレータ63は、モータとして作動してエンジン60の駆動をアシストするアシスト動作と、エンジン60の動力によりジェネレータとして作動して発電する発電動作とを行う装置である。モータ・ジェネレータ63は、モータ・ジェネレータであって、駆動式として、永久磁石埋込式の三相交流同期モータが採用されている。
【0017】
油圧駆動装置64は、エンジン60及び/又はモータ・ジェネレータ63の動力に駆動する装置で、主に作業のための動力を出力する。油圧駆動装置64は、モータ・ジェネレータ63の前方に設けられている。油圧駆動装置64は、複数の油圧ポンプを含んでいて、例えば、図5、図6に示すように、複数の油圧ポンプは、走行ポンプ52Lと、走行ポンプ52Rと、サブポンプP1と、メインポンプP2とを含んでいる。
【0018】
また、機体2には、バッテリ66、電力制御装置67が設けられている。バッテリ66は、モータ・ジェネレータ63で発電した電力を充電したり、充電した電力をモータ・ジェネレータ63等に供給する。
作業機1は、エンジン60の動力で油圧駆動装置64を駆動したり、エンジン60及びモータ・ジェネレータ63の両方で油圧駆動装置64を駆動したり、エンジン60の動力でモータ・ジェネレータ63を作動させて発電することが可能である。即ち、作業機の動力の伝達は、パラレルハイブリッド式である。エンジン60及びモータ・ジェネレータ63の動力伝達構造について説明する。
【0019】
図3、4に示すように、エンジン60の前部には、略円板状のフライホイール及びモータ・ジェネレータ63を収容するハウジング65が設けられている。モータ・ジェネレータ63は、フライホイールに連結する連結部63aと、連結部63aに固定されたロータ63b、ロータ63bに設けられた固定子63cと、固定子63cの外側に設けられたウォータジャケット63dとを有している。
【0020】
連結部63aは、筒状に形成されていて後端がフライホイールに取り付けられている。連結部63aの内部には、中間軸68aが設けられている。中間軸68aの後端には、カップリング68bが設けられ、カップリング68bの外側は、フライホイールに接続されている。また、中間軸68aの前端は、油圧駆動装置64の駆動軸が接続されている。
したがって、エンジン60を駆動した場合、エンジン60のクランク軸(出力軸)60aの回転動力は、フライホイールに伝達され、フライホイールを回転させる。図4の矢印F1に示すように、フライホイールの回転動力は、カップリング68bから中間軸68aに伝達された後、中間軸68aから油圧駆動装置64の駆動軸に伝達して、当該油圧駆動装置64を駆動することができる。
【0021】
また、図4の矢印F2に示すように、フライホイールの回転動力は、連結部63aを介してロータ63bに伝達される。したがって、エンジン60の回転動力をロータ63b(連結部63a)に伝達することによって、モータ・ジェネレータ63を発電機として作動させることができる。一方、バッテリ66に蓄電した電力を、固定子63cに供給することによって、ロータ63bを回転させることができる。矢印F3に示すように、ロータ63bの回転動力は、連結部63aを介してフライホイールに伝達することができる。したがって、モータ・ジェネレータ63を電動機として作動させ、エンジン60の補助をすることができる。
【0022】
図5、図6は、作業機の油圧回路(油圧システム)を示している。図5は、走行系の油圧システム、図6は、作業系の油圧システムである。
図5に示すように、走行系の油圧システムは、油圧駆動装置64が駆動したときの油圧によって走行装置4L,4Rを作動させるシステムである。走行系の油圧システムは、作動油を吐出する油圧ポンプであるサブポンプP1と、第1走行モータ機構31Lと、第2走行モータ機構31Rと、走行駆動機構34とを備えている。
【0023】
サブポンプP1は、定容量型のギヤポンプによって構成されている。サブポンプP1は、タンク(作動油タンク)に貯留された作動油を吐出可能である。サブポンプP1の吐出側には、作動油を流す吐出油路40が設けられている。吐出油路40の吐出側には、第1チャージ油路41が接続されている。第1チャージ油路41は、走行駆動機構34に至っている。サブポンプP1から吐出した作動油のうち、制御用として用いられる作動油のことをパイロット油、パイロット油の圧力のことをパイロット圧ということがある。
【0024】
走行駆動機構34は、第1走行モータ機構31L及び第2走行モータ機構31Rを駆動する機構であって、第1走行モータ機構31Lの駆動用の駆動回路(左用駆動回路)34Lと、第2走行モータ機構31Rの駆動用の駆動回路(右用駆動回路)34Rとを有している。
駆動回路34L,34Rは、それぞれ走行ポンプ52L、52Rと、変速用油路57h,57iと、第2チャージ油路42と、を有している。変速用油路57h,57iは、走行ポンプ52L、52Rと走行モータ36L、36Rとを接続する油路である。第2チャージ油路42は、変速用油路57h,57iに接続され、サブポンプP1からの作動油を変速用油路57h,57iに補充する油路である。走行ポンプ52L、52Rは、エンジン60の動力によって駆動される斜板形可変容量アキシャルポンプである。走行ポンプ52L、52Rは、パイロット圧が作用する受圧部52aと受圧部52bとを有し、受圧部52a,52bに作用するパイロット圧によって斜板の角度が変更される。斜版の角度を変更することによって、走行ポンプ52L、52Rの出力(作動油の吐出量)や作動油の吐出方向を変えることができる。言い換えれば、走行ポンプ52L、52Rは、斜板の角度を変更されることによって、走行装置4L,4Rへ出力する駆動力を変更する。
【0025】
第1走行モータ機構31Lは、機体2の左側に設けられた走行装置4Lの駆動軸に動力を伝達する機構である。第2走行モータ機構31Rは、機体2の右側に設けられた走行装置4Rの駆動軸に動力を伝達する機構である。第1走行モータ機構31Lは、走行モータ36L、36Rと、変速機構を有している。
走行モータ36L、36Rは、例えば、斜板形可変容量アキシャルモータである。走行モータ36Lは、左枠部21側のモータ取付部26に取り付けられ、走行装置4Lに走行の動力を伝達する。走行モータ36Rは、右枠部20側のモータ取付部26に取り付けられ、走行装置4Rに走行の動力を伝達する。走行モータ36L、36Rは、車速(回転)を1速或いは2速に変更することができるモータである。言い換えれば、走行モータ36L、36Rは、作業機1、即ち、走行装置4L、4Rの推進力を変更することができるモータである。
【0026】
変速機構は、斜板切換シリンダ38aと、走行切換弁38bとを含んでいる。斜板切換シリンダ38aは、伸縮によって走行モータ36L、36Rの斜板の角度を変更するシリンダである。走行切換弁38bは、斜板切換シリンダ38aを一方側或いは他方側に伸縮させる弁であって、第1位置39a及び第2位置39bに切り換わる二位置切換弁である。走行切換弁38bの切換は、変速切換弁44により行う。変速切換弁44は、吐出油路40に接続され且つ第1走行モータ機構31Lの走行切換弁38b及び第2走行モータ機構31Rの走行切換弁38bに接続されている。変速切換弁44は、第1位置44aと第2位置44bとに切り換え可能な二位置切換弁である。変速切換弁44を第1位置44aにすると、変速機構の走行切換弁38bに作用させる作動油の圧力を所定の速度(例えば、1速)に設定する。また、変速切換弁44を第1位置44aにすると、走行切換弁38bに作用させる作動油の圧力を所定の速度(1速)よりも早く速度(2速)に設定する。したがって、変速切換弁44が第1位置44aの場合、走行切換弁38bは第1位置39aになり、これに伴って、斜板切換シリンダ38aは収縮し、走行モータ36L、36Rを1速にすることができる。また、変速切換弁44が第2位置44bの場合、走行切換弁38bは第2位置39bになり、これに伴って、斜板切換シリンダ38aは伸長し、走行モータ36L、36Rを2速にすることができる。なお、走行モータ36L、36Rを1速又は2速の変速は作業制御装置70の制御により行う。例えば、作業制御装置70には、スイッチ(変速スイッチ)等の操作部材58が設けられている(図8参照)。操作部材58を1速に切り換えると、作業制御装置70は、変速切換弁44のソレノイドを消磁する制御信号を出力して当該変速切換弁44を第1位置44aにする。また、操作部材58を2速に切り換えると、作業制御装置70は、変速切換弁44のソレノイドを励磁する制御信号を出力して当該変速切換弁44を第2位置44bにする。
【0027】
図5に示すように、作業機1は、操作装置53を備えている。操作装置53は、走行装置4L,4R、即ち、第1走行モータ機構31L、第2走行モータ機構31R及び走行駆動機構34を操作する装置である。操作装置53は、走行操作部材54と、複数の操作弁55(55a、55b、55c、55d)とを有している。複数の操作弁55(55a、55b、55c、55d)は、走行操作弁である。
【0028】
走行操作部材54は、操作弁55に支持され、左右方向(機体幅方向)又は前後方向に揺動する操作部材である。また、複数の操作弁55は、共通、即ち、1本の走行操作部材54によって操作される。複数の操作弁55は、走行操作部材54の揺動に基づいて作動する。複数の操作弁55には、吐出油路40を介して、サブポンプP1からの作動油(パイロット油)が供給可能である。複数の操作弁55は、操作弁55a、操作弁55b、操作弁55c及び操作弁55dである。
【0029】
複数の操作弁55と、走行系の走行駆動機構34(走行ポンプ52L,52R)とは、走行油路45によって接続されている。走行油路45は、第1走行油路45a、第2走行油路45b、第3走行油路45c、第4走行油路45dと、第5走行油路45eとを有している。第1走行油路45aは、走行ポンプ52Lの受圧部52aに接続された油路である。第2走行油路45bは、走行ポンプ52Lの受圧部52bに接続された油路である。第3走行油路45cは、走行ポンプ52Rの受圧部52aに接続された油路である。第4走行油路45dは、走行ポンプ52Rの受圧部52bに接続された油路である。第5走行油路45eは、操作弁55、第1走行油路45a、第2走行油路45b、第3走行油路45c、第4走行油路45dを接続する油路である。第5走行油路45eは、複数のシャトル弁46と、複数の操作弁55(55a、55b、55c、55d)とを接続している。
【0030】
走行操作部材54を前方(図5では矢示A1方向)に揺動させると、操作弁55aが操作されて該操作弁55aによりパイロット圧が設定され、走行ポンプ52L、52Rの受圧部52aに設定されたパイロット圧が作用して、走行ポンプ52L、52Rの斜板が中立位置から正転側に傾くことにより、走行ポンプ52L、52Rが作動油を吐出する。その結果、走行モータ36L、36Rの出力軸35L,35Rが走行操作部材54の揺動量に比例した速度で正転(前進回転)して作業機1が前方に直進する。
(【0031】以降は省略されています)

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