(57)【要約】【課題】電動機で駆動されるドラムを有するコンクリートミキサ車において、走行用エンジンの回転数を上げることなく蓄電装置をできるだけ長時間使用可能にする。【解決手段】車両を走行させる走行用エンジン８で発電機２０を駆動し、この発電機２０で発生した電力を蓄電装置２２に蓄積する。蓄電装置２２及び発電機２０の少なくとも一方の電力で永久磁石同期電動モータ７を駆動する。永久磁石同期電動モータ７の回転軸にドラム減速機２５を直結し、この回転軸の回転速度を減速させてドラムを回転させる。そして、ドラムの回転を止めるときに、制御装置２１が、このドラムの回転力により永久磁石同期電動モータ７を発電機として機能させ、永久磁石同期電動モータ７で発生した電力を蓄電装置２２に蓄積させる。【選択図】図７
2010149635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を走行させる走行用エンジンと、
上記走行用エンジンに駆動される発電機と、
上記発電機で発生した電力を蓄積する蓄電装置と、
上記蓄電装置及び発電機の少なくとも一方の電力で駆動される電動機と、
上記電動機で駆動されるドラムと、
を備えたコンクリートミキサ車であって、
上記電動機の回転軸に直結され、該回転軸の回転速度を減速させて上記ドラムを回転させるドラム減速機と、
上記ドラムの回転を止めるときに、該ドラムの回転力により上記電動機を発電機として機能させて該電動機で発生した電力を上記蓄電装置に蓄積させる制御装置とを備えている
ことを特徴とするコンクリートミキサ車。
【請求項２】
請求項１に記載のコンクリートミキサ車において、
上記電動機は、永久磁石同期電動モータである
ことを特徴とするコンクリートミキサ車。
【請求項３】
コンクリートミキサ車の制御方法において、
上記走行用エンジンで発電機を駆動し、該発電機で発生した電力にて蓄電装置を充電しながら、該蓄電装置及び発電機の少なくとも一方の電力を利用して電動機を回転させ、ドラム減速機を介してドラムを回転させる低回転充電運転と、
上記走行用エンジンで上記発電機を駆動しながら、上記蓄電装置及び発電機の電力を利用して上記電動機を回転させ、上記ドラム減速機を介して上記ドラムを回転させる高回転運転と、
上記走行用エンジンを停止させ、上記蓄電装置の電力のみで上記電動機を回転させ、上記ドラム減速機を介して上記ドラムを回転させる無排ガス運転と、
上記ドラムの回転を止めるときに、該ドラムの回転力により上記電動機を発電機として機能させて該電動機で発生した電力を上記蓄電装置に蓄積させる回生制動とを有する
ことを特徴とするコンクリートミキサ車の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートミキサ車及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車体枠上に、内部にブレードを有するドラムが前下がり状態で回転自在に搭載されていると共に、上記車体枠には、上端部に投入口を有しかつ下端部がドラム内部に連通するホッパと、排出通路となるスクープ及びシュートとが設けられていて、上記ホッパを介してドラム内部に、生コンクリートを投入し、ドラムを正回転させて生コンクリートをブレードで混練しながら輸送するなどして、目的地（輸送先）においてドラムを逆回転させて混練した生コンクリートをスクープ及びシュートを介して排出するコンクリートミキサ車は知られている。このコンクリートミキサ車では通常、ドラムを油圧モータで駆動しているが、この油圧モータは走行用エンジンで駆動される油圧ポンプで高圧にされた作動油で回転される。
【０００３】
また、例えば、特許文献１のコンクリートミキサ車は、車両を走行駆動する動力を供給するエンジンと、回転駆動されるドラムとを備え、エンジンによって駆動される発電装置と、発電装置で発生した電力を蓄積する蓄電装置と、蓄電装置に蓄積された電力によって駆動される電動機からなる電動駆動装置とを備え、この電動駆動装置によってドラムを回転させている。
【特許文献１】特開２００３−２２６１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、コンクリートミキサ車は、ドラムを低速度（例えば１．５ｒｐｍ）で一定速度で回転させて内部の生コンクリートの品質を保ちながら、この生コンクリートを建設現場等に運搬する。一方、建設現場等では、生コンクリートに混和剤投入のために高回転で回転させる。さらに排出時には、必要以上に生コンクリートを供給するのを避けるために急激に停止されることもある。このため、精密且つ正確にドラムの回転制御を行う必要がある。
【０００５】
そこで、上記油圧モータでドラムを回転させるタイプのコンクリートミキサ車では、定流量コントロールなどの非常に精密な制御が可能で高価な油圧式の駆動装置を設ける必要があった。また、従来の油圧モータでドラムを回転させるタイプのコンクリートミキサ車では、ドラムを高回転にする場合に走行用エンジンも高回転にする必要があったので、建設現場で騒音が発生し、近くの住宅地や病院に迷惑をかけるおそれがあった。
【０００６】
一方、上記特許文献１のコンクリートミキサ車では、電動機でドラムを回転させているので、必ずしもこのような油圧式駆動装置を設ける必要がないものの、長時間蓄電装置の電力で電動モータを駆動させて蓄電装置の充電量が足りなくなると、走行用エンジンを高回転にして発電機を回転させる必要がある。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電動機で駆動されるドラムを備えたコンクリートミキサ車において、走行用エンジンの回転数を上げることなく蓄電装置をできるだけ長時間使用可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、この発明では、ドラムが回転している状態から停止させるときに、その回転エネルギーにより電動機を発電機として機能させて回生制動するようにした。
【０００９】
具体的には、第１の発明では、
車両を走行させる走行用エンジンと、
上記走行用エンジンに駆動される発電機と、
上記発電機で発生した電力を蓄積する蓄電装置と、
上記蓄電装置及び発電機の少なくとも一方の電力で駆動される電動機と、
上記電動機で駆動されるドラムと、
を備えたコンクリートミキサ車を対象とする。
【００１０】
そして、上記コンクリートミキサ車は、
上記電動機の回転軸に直結され、該回転軸の回転速度を減速させて上記ドラムを回転させるドラム減速機と、
上記ドラムの回転を止めるときに、該ドラムの回転力により上記電動機を発電機として機能させて該電動機で発生した電力を上記蓄電装置に蓄積させる制御装置とをさらに備えている。
【００１１】
上記の構成によると、ドラムが回転している状態から停止させるときに、その回転エネルギーを利用して電動機を発電機として機能させ、発生した電力を蓄電装置に蓄えるようにしたので、蓄電装置の充電量が長く高水準に保たれる。このため、走行用エンジンを高回転にして発電機を回し、その電力で電動機を回す必要はないので、住宅地や病院の近くなど騒音や排ガスの発生を避けたい場所でもコンクリートミキサ車の使用が可能となる。しかも、走行用エンジンを停止した状態で蓄電装置の電力のみでドラムを回転させるようにすれば、トンネル内などの排ガスをなくしたい場所でもコンクリートミキサ車の長時間にわたる使用が可能である。
【００１２】
第２の発明では、第１の発明において、
上記電動機は、永久磁石同期電動モータである。
【００１３】
上記の構成によると、永久磁石同期電動モータは、従来の誘導電動モータに比べて効率が極めて高く、同じ動力が得られる誘導電動モータに比べてサイズ及び質量を減少させることができる。これにより、架装スペースや積載量を、誘導電動モータを使用する場合より増大させることができる。
【００１４】
第３の発明では、コンクリートミキサ車の制御方法を対象とし、
この制御方法は、
上記走行用エンジンで発電機を駆動し、該発電機で発生した電力にて蓄電装置を充電しながら、該蓄電装置及び発電機の少なくとも一方の電力を利用して電動機を回転させ、ドラム減速機を介してドラムを回転させる低回転充電運転と、
上記走行用エンジンで上記発電機を駆動しながら、上記蓄電装置及び発電機の電力を利用して上記電動機を回転させ、上記ドラム減速機を介して上記ドラムを回転させる高回転運転と、
上記走行用エンジンを停止させ、上記蓄電装置の電力のみで上記電動機を回転させ、上記ドラム減速機を介して上記ドラムを回転させる無排ガス運転と、
上記ドラムの回転を止めるときに、該ドラムの回転力により上記電動機を発電機として機能させて該電動機で発生した電力を上記蓄電装置に蓄積させる回生制動とを有するように構成されている。
【００１５】
上記の構成によると、コンクリートミキサ車の使用状況に合わせて運転の切換が可能であり、生コンクリートの運搬時や、建設現場での待機時に行われる低回転充電運転では、走行用エンジンで発電機を駆動して蓄電装置を充電しながら、状況に合わせて蓄電装置のみ、発電機のみ、又は蓄電装置及び発電機の電力を利用して電動機を回転させてドラムを低速で回転させるので、その間、発電機からの余った電力で蓄電装置に充電が行われる。
【００１６】
建設現場等に到着したときの混和剤投入による練り直し等の高回転運転では、蓄電装置に蓄えた電力を利用してドラムを回転させることができるので、走行用エンジンを高回転にして発電機で大量の電流を発生させる必要がない。このため、住宅地や病院の近くなどの騒音や排ガスの発生を避けたい場所でも高回転運転が行える。
【００１７】
無排ガス運転では、走行用エンジンを完全に停止させ、蓄電装置の電力のみで電動機を回転させるので、排ガスが一切発生しない。このため、無排ガス運転は、トンネル内などの排ガスの発生を避けたい場所に適している。
【００１８】
さらに、回生制動においては、ドラムの回転を止めるときの回転力を利用して電動機を発電機として機能させ蓄電装置を充電する。このため、ドラムの回転と停止を繰り返すような運転を行っているときには充電も繰り返されるので、蓄電装置の充電量の低下量をできるだけ小さくすることができ、走行用エンジンの回転数を上げて発電機の回転数を上げる必要がない。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、ドラムの回転を止めるときに、ドラムの回転力により電動機を発電機として機能させて電動機で発生した電力を蓄電装置に蓄積させる回生制動を行うようにしたことにより、走行用エンジンの回転数を上げることなく蓄電装置をできるだけ長時間使用可能にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の例示実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
−コンクリートミキサ車の構成−
図１〜図３は本実施形態のコンクリートミキサ車１を示し、このコンクリートミキサ車１には、車体フレーム２の前部に車室３を有するキャビン４が搭載され、車体フレーム２の後部には、内部に備えたブレード（図示せず）により生コンクリートを混練するドラム５が前下がりの回転中心をもって回転自在に支持されている。また、上記車体フレーム２の後端部には、左右で対向しつつ上方へ延びる左右対向部６ａを上部に有する支柱６が立設されており、この支柱６の中央部（左右対向部６ａの基端部）に設けられた左右一対のガイドローラ６ｂにより、上記ドラム５の後端部が回転自在に支持されるようになっている。さらに、上記ドラム５の前端には、電気式駆動ユニット１９が連結され、この電気式駆動ユニット１９により、ドラム５を正逆回転させるようにしている。コンクリートミキサ車１は、走行用エンジン８の駆動力を後輪９に伝えて走行するように構成されているが、この走行用エンジン８は、ディーゼルエンジンでもガソリンエンジンでもよい。
【００２２】
上記支柱６の上端部には、左右対向部６ａの上端部間を後面において連結する連結ブラケット１０が設けられている。また、上記支柱６の左右対向部６ａの上端には、上方へ延びる一対の補助枠１１が立設されている。この各補助枠１１の上端には、上記ドラム５の後端部より生コンクリートをドラム５内に投入するためのホッパ１２が固着されている。また、ドラム５の後端下方にはドラム５内で練り上げられた生コンクリートを排出するシュート１４が配設され、このシュート１４は、垂直軸１４ａの回りに略１８０°の範囲内で回動可能とされている。ホッパ１２を介してドラム５内に投入された生コンクリートは、電気式駆動ユニット１９の回転によりドラム５を正回転させてブレードで混練されながら輸送され、輸送先において、ドラム５を逆回転させてブレードの作用により、シュート１４から生コンクリートを排出するようにしている。
【００２３】
車体フレーム２の右方前側には、水タンク１５が設置されている。
【００２４】
図４に示すように、電気式駆動ユニット１９は、電動機としての永久磁石同期電動モータ７を備え、この永久磁石同期電動モータ７は、従来の誘導電動モータに比べて効率が極めて高く、同じ動力が得られる誘導電動モータに比べてサイズ及び質量が半減している。また、電気式駆動ユニット１９は、上記走行用エンジン８に駆動される発電機２０を備えている。この発電機２０は、例えば走行用エンジン８が駆動されている間に常時駆動され、制御装置２１に電気的に接続されている。制御装置２１は、インバータを備え、例えば発電機２０で発生した電力を蓄電装置２２に蓄積する役割を果たしている。
【００２５】
蓄電装置２２は、いわゆる電気二重層コンデンサであり、物理的な現象で充放電を行うため、充放電に伴う劣化がほとんどなく耐久性に優れている。蓄電装置２２は、蓄電装置２２内の温度や電圧を監視するモニタ装置２３を有している。このモニタ装置２３で得られた信号は常時又は必要に応じて制御装置２１に送られ、蓄電装置２２内の温度や電圧が制限値内に収まるように制御装置２１によって制御されるようになっている。
【００２６】
コンクリートミキサ車１は、ドラム５の回転方向や回転速度を操作する操作レバー２４を備え、この操作レバー２４のドラム操作指令信号が制御装置２１に送られるように構成されている。図８及び図９に示すように、例えばこの操作レバー２４は、車体フレーム２の車幅方向左右にそれぞれ設けられている。操作レバー２４は、車幅方向に延びる棒状のレバー本体２４ａと、このレバー本体２４ａを支持するレバー支持部２４ｂとを備えている。レバー支持部２４ｂには、中央部分が狭くなったガイド孔２４ｃが形成され、このガイド孔２４ｃにより、レバー本体２４ａの操作範囲が規制されている。そして、レバー本体２４ａは中央位置を基準として水平方向（前後方向）に操作すると永久磁石同期電動モータ７の低速域回転数が調整され、上下方向に操作すると高速域回転数が調整されるように、操作指令信号を制御装置２１に送信可能になっている。
【００２７】
このように制御装置２１は、操作レバー２４からの信号を受け、蓄電装置２２及び発電機２０の少なくとも一方の電力で永久磁石同期電動モータ７を駆動するようになっている。
【００２８】
永久磁石同期電動モータ７の回転軸には、ドラム減速機２５が直結されている。このドラム減速機２５によって永久磁石同期電動モータ７の回転軸の回転速度が減速され、ドラム５を例えば、１．５ｒｐｍの低速から１６ｒｐｍの高速で回転させるようになっている。
【００２９】
そして、本実施形態の特徴として、操作レバー２４がドラム５の回転を止める指令を出したとき、すなわち、レバー本体２４ａをガイド孔２４ｃの中央へ移動させるときに、制御装置２１は、ドラム５の回転力により永久磁石同期電動モータ７を発電機として機能させて永久磁石同期電動モータ７で発生した電力を蓄電装置２２に蓄積させるように構成されている。この回生制動についての詳細は後述する。
【００３０】
このように本実施形態のコンクリートミキサ車１は、回転制御の容易な永久磁石同期電動モータ７を含む電気式駆動ユニット１９を備えることで、制御装置２１によって精密な回転制御も可能となり、従来のような油圧ポンプ、油圧モータ等の油圧式駆動ユニットを備えていない。
【００３１】
−作動−
次に、本実施形態にかかるコンクリートミキサ車１の作動について説明する。
【００３２】
コンクリートミキサ車１は、使用状況を判断し、制御装置２１が自動的に以下の運転の切換を行う。
【００３３】
（１）空荷走行時
ドラム５内に生コンクリートがない空荷（ドラム５の回転が停止している状態）の走行時には、走行用エンジン８で後輪９を駆動させると共に、発電機２０を常時駆動する。停止時などにおいても発電機２０は駆動されるので、制御装置２１は、モニタ装置２３で蓄電装置２２の電圧や温度が範囲外にならないように監視しながら、この発電機２０で発生した電力にて蓄電装置２２を充電する。それにより、蓄電装置２２の電力蓄積量はほぼ満量状態となる（空荷充電運転）。
【００３４】
（２）生コンクリートの運搬時
生コンクリートの運搬時には、ドラム５内の生コンクリートの品質を保つために例えば１．５ｒｐｍの一定速度でドラム５を回転させながらコンクリートミキサ車１を走行させる。すなわち、図５に矢印で電流の流れを示すように、走行時には発電機２０で発生する電力が大きいので、発電機２０の電力のみで永久磁石同期電動モータ７を回転させ、余った電力で蓄電装置２２を充電する。蓄電装置２２が満充電のときは、蓄電装置２２を充電せず、発電機２０の電力のみで永久磁石同期電動モータ７を回転させる。車両停止時や低速走行時など発電機２０の電力のみで永久磁石同期電動モータ７を回転させることができないときには、発電機２０の電力だけでなく、蓄電装置２２の電力を追加して永久磁石同期電動モータ７を回転させる。制御装置２１は、走行用エンジン８の回転数にかかわらず一定の電力を供給することで、ドラム５の回転数を一定に保つ。永久磁石同期電動モータ７が一定の速度で回転し、その回転をドラム減速機２５で減速させてドラム５を回転させる（低回転充電運転）。
【００３５】
（３）建設現場での作動時
建設現場においては、運搬時に生コンクリートに混和剤を投入して一定時間ドラム５を高速で正回転させる必要がある。このとき、住宅地や病院の近くでは騒音や排ガスの発生が問題となる。このため、走行用エンジン８の回転数を上げて発電機２０からの電力を上げることはできない。そこで、図６に示すように、例えば走行用エンジン８はアイドリングのままで、制御装置２１は、発電機２０で発生した電力と、蓄電装置２２に充電された電力とを利用して永久磁石同期電動モータ７を回転させ、ドラム減速機２５を介して１６ｒｐｍなどの高回転でドラム５を回転させる。また、ドラム５内の生コンクリートの排出時には、操作レバー２４を操作してドラム５を反転させ、シュート１４から生コンクリートを排出する（高回転運転）。このように、蓄電装置２２に蓄えた電力を利用してドラム５を回転させることができるので、走行用エンジン８を高回転にして発電機２０で大量の電流を発生させる必要がなく、住宅地や病院の近くなどの騒音や排ガスの発生を避けたい場所でも高回転運転が行える。
【００３６】
そして、図７に示すように、ドラム５の正回転を止めるときや、生コンクリートの排出を止めるためにドラム５の逆回転を止めるときには、ドラム５内に質量の大きい生コンクリートが貯留されているので、大きなエネルギーを必要とする。制御装置２１は、このドラム５の回転エネルギーを利用してドラム減速機２５を介して永久磁石同期電動モータ７を発電機として機能させ、発生した電力を蓄電装置２２に蓄積させる（回生制動）。このように、建設現場などでドラム５の回転と停止を繰り返すような運転を行っているときには放電の合間に充電も繰り返されるので、蓄電装置２２の充電量の低下量をできるだけ小さくすることができ、走行用エンジン８の回転数を上げて発電機２０の回転数を上げる必要がない。また、従来は熱として有効利用されずに排出されていた回転エネルギーが有効に使用される。
【００３７】
一方、トンネル内等の排ガスの発生を避けたい現場では、制御装置２１は、走行用エンジン８を停止させた状態で蓄電装置２２の電力のみで永久磁石同期電動モータ７を回転させ、ドラム減速機２５を介してドラム５を回転させる（無排ガス運転）。この無排ガス運転では、走行用エンジン８を完全に停止させているので、排ガスが一切発生せず、トンネル内などの排ガスの発生を避けたい場所に適している。さらに、外部電力を引いてくる必要がないので、作業が容易である。
【００３８】
したがって、本実施形態にかかるコンクリートミキサ車１によると、ドラム５の回転を止めるときに、ドラム５の回転力により永久磁石同期電動モータ７を発電機として機能させて永久磁石同期電動モータ７で発生した電力を蓄電装置２２に蓄積させる回生制動を行うようにしたことにより、走行用エンジン８の回転数を上げることなく蓄電装置２２をできるだけ長時間使用可能にすることができる。
【００３９】
（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００４０】
すなわち、上記実施形態では、蓄電装置２２は、電気二重層コンデンサよりなるものとしたが、リチウムイオンバッテリとしてもよい。また、蓄電装置は、リチウムイオンバッテリやニッケル水素バッテリ、その他の蓄電装置としてもよい。
【００４１】
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施形態のコンクリートミキサ車を示す側面図である。
【図２】コンクリートミキサ車を示す平面図である。
【図３】コンクリートミキサ車を示す背面図である。
【図４】ドラムの駆動機構を示すブロック図である。
【図５】低回転充電運転を示す図４相当図である。
【図６】高回転運転を示す図４相当図である。
【図７】回生制動を示す図４相当図である。
【図８】操作レバー及びその周辺を示す拡大背面図である。
【図９】操作レバー及びその周辺を示す拡大側面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１      コンクリートミキサ車
５      ドラム
７      永久磁石同期電動モータ（電動機）
８      走行用エンジン
２０      発電機
２１      制御装置
２２      蓄電装置（電気二重層コンデンサ）
２５      ドラム減速機
【図１】
2010149635.tif 000003
【図２】
2010149635.tif 000004
【図３】
2010149635.tif 000005
【図４】
2010149635.tif 000006
【図５】
2010149635.tif 000007
【図６】
2010149635.tif 000008
【図７】
2010149635.tif 000009
【図８】
2010149635.tif 000010
【図９】
2010149635.tif 000011