(57)【要約】【課題】エンジンの回転数と電動モータの回転数の割合が変化する状況でも、エネルギロスを最小限に抑えながら油圧ポンプを駆動させることができる作業機械の提供。【解決手段】本発明に係る油圧ショベルは、旋回体２に取り付けられる作業装置３と、旋回体２に搭載されるエンジン１０と、油圧ポンプ１１と、この油圧ポンプ１１を駆動可能で、発電機としても駆動可能な電動モータ１２と、この電動モータ１２を駆動する電力を供給するとともに、電動モータ１２を発電機として駆動したときに発生する電力を蓄えるバッテリ１３とを備えることを前提技術とし、さらに本発明は、エンジン１０の出力軸１４と、電動モータ１２の回転軸１５との間に設けた差動ギヤ機構１６と、この差動ギヤ機構１６に一体に設けたギヤ１７と、このギヤ１７と噛み合い、油圧ポンプ１１の入力軸１８と一体に設けたギヤ１９とを備えた構成にしてある。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体と、この車体に取り付けられる作業装置と、上記車体に搭載されるエンジンと、このエンジンによって駆動され上記車体及び上記作業装置を作動させる圧油を供給する油圧ポンプと、上記油圧ポンプを駆動可能で、発電機としても駆動可能な電動モータと、この電動モータを駆動する電力を供給するとともに、上記電動モータを発電機として駆動したときに発生する電力を蓄える蓄電装置とを備えた作業機械において、
上記エンジンの出力軸と、上記電動モータの回転軸との間に設けた差動ギヤ機構と、
上記差動ギヤ機構に一体に設けられ上記油圧ポンプの入力軸に回転力を伝達可能なギヤとを備えたことを特徴とする作業機械。
【請求項２】
請求項１に記載の作業機械において、
上記差動ギヤ機構は、上記ギヤが一体に取り付けられるケースと、このケース内に配置され上記ケースと一体に設けたピニオンシャフトと、上記ケース内に配置され上記エンジンの上記出力軸と一体に設けた第１サイドギヤと、上記ケース内に配置され上記電動モータの回転軸に一体に設けた第２サイドギヤと、上記ケース内に配置され上記ピニオンシャフトに回転自在に装着されるとともに、上記第１サイドギヤと上記第２サイドギヤの双方に噛み合うピニオンギヤとを有することを特徴とする作業機械。
【請求項３】
請求項１または２に記載の作業機械において、
上記油圧ポンプの上記入力軸の回転を阻止するブレーキ装置を備えたことを特徴とする作業機械。
【請求項４】
請求項１または２に記載の作業機械において、
上記電動モータとは別に設けられ、上記ギヤを介して上記油圧ポンプの上記入力軸に伝達される回転力に応じて回転する回転軸を有し、発電機として作動可能な別の電動モータと、
上記別の電動モータで発生させた電力を蓄える蓄電装置を備えたことを特徴とする作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ポンプを駆動可能な電動モータを備えた油圧ショベル等の作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の作業機械として、特許文献１に示されるものがある。この従来技術はハイブリッド式建設機械であり、走行体及び旋回体から成る車体と、旋回体に取り付けられた作業装置とを備えている。また、この従来技術は、旋回体に搭載されるエンジンと、このエンジンによって駆動され、走行体、旋回体、及び作業装置を駆動する圧油を吐出する油圧ポンプとを備えている。エンジンの出力軸と油圧ポンプの入力軸との間には、これらの出力軸と入力軸に一体に設けられるギヤが配置されている。また、この従来技術は、発電・電動機すなわち油圧ポンプを駆動可能で、発電機としても駆動可能な電動モータと、この電動モータを駆動する電力を供給するとともに、電動モータを発電機として駆動したときに発生する電力を蓄える蓄電装置、すなわちバッテリとを備えている。エンジンの出力軸及び油圧ポンプの入力軸に一体に設けられる上述したギヤは、電動モータの回転軸に一体に設けられるギヤと噛み合うように配置されている。
【０００３】
このように構成された従来技術は、エンジンの出力を支援するように電動モータを駆動させることにより、エンジンと電動モータとによって油圧ポンプを駆動させることができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２４６９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来技術は、一組のギヤを介してエンジンの出力軸と、油圧ポンプの入力軸と、電動モータの回転軸とが機械的に連結されているので、エンジンと電動モータは、常に同割合の回転数で油圧ポンプを駆動する。このため運転中にエンジンの回転数と電動モータの回転数の割合が変化するときにはエネルギロスを生じる。例えば電動モータのみによって油圧ポンプを駆動させようとしても、このとき同時にエンジンを駆動回転させなければならない。その結果、過大なエネルギロスを招くことになる。したがって現実には、上述した従来技術にあっては、電動モータのみによって油圧ポンプを駆動することは不可能であった。
【０００６】
本発明は、上述した従来技術における実状からなされたもので、その目的は、エンジンの回転数と電動モータの回転数の割合が変化する状況でも、エネルギロスを最小限に抑えながら油圧ポンプを駆動させることができる作業機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために、本発明は、車体と、この車体に取り付けられる作業装置と、上記車体に搭載されるエンジンと、このエンジンによって駆動され上記車体及び上記作業装置を作動させる圧油を供給する油圧ポンプと、上記油圧ポンプを駆動可能で、発電機としても駆動可能な電動モータと、この電動モータを駆動する電力を供給するとともに、上記電動モータを発電機として駆動したときに発生する電力を蓄える蓄電装置とを備えた作業機械において、上記エンジンの出力軸と、上記電動モータの回転軸との間に設けた差動ギヤ機構と、上記差動ギヤ機構に一体に設けられ上記油圧ポンプの入力軸に回転力を伝達可能なギヤとを備えたことを特徴としている
このように構成した本発明は、例えばエンジンの出力軸、差動ギヤ機構、及びギヤを介してエンジンの出力を油圧ポンプの入力軸に伝え、エンジンの駆動を主体にして油圧ポンプを駆動することができる。このとき、エンジンの出力だけでは不足する場合には、電動モータの回転軸、差動ギヤ機構、及びギヤを介して電動モータの回転力も油圧ポンプの入力軸に伝え、この電動モータをエンジンの支援に用いることができる。
【０００８】
また逆に、電動モータの回転軸、差動ギヤ機構、及びギヤを介して電動モータの回転力を油圧ポンプの入力軸に伝え、電動モータの駆動を主体にして油圧ポンプを駆動することができる。このとき、電動モータの回転力だけでは不足する場合には、エンジンの出力軸、差動ギヤ機構、及びギヤを介してエンジンの出力も油圧ポンプに伝え、このエンジンを電動モータの支援に用いることができる。
【０００９】
すなわち本発明は、エンジンと電動モータとの間に介在させた差動ギヤ機構により、エンジンの回転数と電動モータの回転数の割合が変化する状況でも、エネルギロスを最小限に抑えながら油圧ポンプを駆動することができる。
【００１０】
また本発明は、上記発明において、上記差動ギヤ機構は、上記ギヤが一体に取り付けられるケースと、このケース内に配置され上記ケースと一体に設けたピニオンシャフトと、上記ケース内に配置され上記エンジンの上記出力軸と一体に設けた第１サイドギヤと、上記ケース内に配置され上記電動モータの回転軸に一体に設けた第２サイドギヤと、上記ケース内に配置され上記ピニオンシャフトに回転自在に装着されるとともに、上記第１サイドギヤと上記第２サイドギヤの双方に噛み合うピニオンギヤとを有することを特徴としている。
【００１１】
このように構成した本発明は、エンジンの出力を主体にして油圧ポンプを駆動する際には、エンジンの出力軸、差動ギヤ機構の第１サイドギヤ、ピニオンギヤ、ピニオンシャフトを介して、エンジンの出力軸の回転がケースの回転として伝えられ、さらにケースと一体に設けたギヤの回転が油圧ポンプの入力軸の回転として伝えられ、油圧ポンプを駆動することができる。
【００１２】
また、電動モータの回転力を主体にして油圧ポンプを駆動する際には、電動モータの回転軸、差動ギヤ機構の第２サイドギヤ、ピニオンギヤ、ピニオンシャフトを介して、電動モータの回転軸の回転がケースの回転として伝えられ、さらにケースと一体に設けたギヤの回転が油圧ポンプの入力軸の回転として伝えられ、油圧ポンプを駆動することができる。
【００１３】
また本発明は、上記発明において、上記油圧ポンプの上記入力軸の回転を阻止するブレーキ装置を備えたことを特徴としている。
【００１４】
このように構成した本発明は、ブレーキ装置を作動させて油圧ポンプの入力軸の回転を阻止した状態でエンジンを駆動することにより、エンジンの出力軸、差動ギヤ機構を介して電動モータの回転軸を回転させ、この電動モータを発電機として駆動することができる。電動モータで発生した電力は、蓄電装置に蓄えられる。この蓄電装置に蓄えられた電力は油圧ポンプを駆動する際の電動モータの駆動に活用される。
【００１５】
また本発明は、上記発明において、上記電動モータとは別に設けられ、上記ギヤを介して上記油圧ポンプの上記入力軸に伝達される回転力に応じて回転する回転軸を有し、発電機として作動可能な別の電動モータと、上記別の電動モータで発生させた電力を蓄える蓄電装置を備えたことを特徴としている。
【００１６】
このように構成した本発明は、エンジン及び電動モータの少なくとも一方の駆動によって、差動ギヤ機構、ギヤを介して伝えられる油圧ポンプの入力軸の回転に伴って、別の電動モータの回転軸が回転し、この別の電動モータを発電機として駆動することができる。別の電動モータで発生した電力は蓄電装置に蓄えられる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、エンジンと電動モータとの間に介在させた差動ギヤ機構により、エンジンの回転数と電動モータの回転数の割合が変化する状況でも、エネルギロスを最小限に抑えながら油圧ポンプを駆動させることができる。したがって本発明は、油圧ポンプの駆動源としてエンジンと電動モータを備えたものにあって、従来では不可能とされていた電動モータのみによる油圧ポンプの駆動を実現させることができる。また本発明は、電動モータの駆動に支援させるようにエンジンを駆動させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る作業機械の第１実施形態を構成する油圧ショベルの側面図である。
【図２】第１実施形態に係る油圧ショベルに備えられる駆動部の要部構成を示す図である。
【図３】図２に示す駆動部に備えられる差動ギヤ機構を拡大して示した図である。
【図４】第１実施形態の動作の一例を説明する図である。
【図５】本発明の第２実施形態に備えられる駆動部の要部構成を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態に備えられる駆動部の要部構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る作業機械の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００２０】
図１は本発明に係る作業機械の第１実施形態を構成する油圧ショベルの側面図、図２は第１実施形態に係る油圧ショベルに備えられる駆動部の要部構成を示す図、図３は図２に示す駆動部に備えられる差動ギヤ機構を拡大して示した図、図４は第１実施形態の動作の一例を説明する図である。
【００２１】
図１に示すように、第１実施形態に係る作業機械は油圧ショベルである。この油圧ショベルは、走行体１と、この走行体１上に配置される旋回体２とを備えている。これらの走行体１と旋回体２とによって車体が構成されている。旋回体２には上下方向の回動可能に作業装置３が取り付けられる。この作業装置３は、ブーム４と、このブーム４の先端に取り付けられるアーム５と、このアーム５の先端に取り付けられるバケット６と、ブーム４を作動させるブームシリンダ７と、アーム５を作動させるアームシリンダ８と、バケット６を作動させるバケットシリンダ９とを含んでいる。
【００２２】
旋回体２上には、図２に示すエンジン１０と、このエンジン１０によって駆動され、走行体１、旋回体２、及び作業装置３を作動させる圧油を供給する油圧ポンプ１１を搭載してある。また、旋回体２上には、油圧ポンプ１１を駆動可能で、発電機としても駆動可能な電動モータ１２と、この電動モータ１２を駆動する電力を供給可能するとともに、電動モータ１２を発電機として駆動したときに発生する電力を蓄える蓄電装置、すなわちバッテリ１３を搭載してある。
【００２３】
同図２に示すように、この第１実施形態に係る作業機械は、エンジン１０の出力軸１４と、電動モータ１２の回転軸１５との間に設けた差動ギヤ機構１６と、この差動ギヤ機構１６に一体に設けられ、油圧ポンプ１１の入力軸１８に回転力を伝達可能なギヤ１７とを備えている。油圧ポンプ１１の入力軸１８にはギヤ１９を一体に設けてあり、このギヤ１９と上述のギヤ１７とが噛み合うように配置してある。
【００２４】
図３に示すように、上述した差動ギヤ機構１６は、ギヤ１７が一体に取り付けられるケース１６ａと、このケース１６ａ内に配置され、エンジン１０の出力軸１４と一体に設けた第１サイドギヤ１６ｃとを有している。また、差動ギヤ機構１６は、ケース１６ａ内に配置され電動モータ１２の回転軸１５に一体に設けた第２サイドギヤ１６ｄと、ケース１６ａ内に配置され、ピニオンシャフト１６ｂに回転自在に装着されるとともに、第１サイドギヤ１６ｃと第２サイドギヤ１６ｄの双方に噛み合う一対のピニオンギヤ１６ｅとを有している。
【００２５】
このように構成した第１実施形態に係る油圧ショベルにあっては、作業装置３によって行われる掘削作業時等の負荷が大きくなる重掘削作業時、すなわち重負荷作業時には、エンジン１０の出力がエンジン１０の出力軸１４、差動ギヤ機構１６の第１サイドギヤ１６ｃ、ピニオンギヤ１６ｅ、ピニオンシャフト１６ｂを介して、ケース１６ａの回転として伝えられる。さらにこのケース１６ａの回転が、ケース１６ａと一体に設けたギヤ１７と、このギヤ１７に噛み合うギヤ１９を介して油圧ポンプ１１の入力軸１８に伝えられる。すなわち、エンジン１０の駆動を主体にして油圧ポンプ１１を駆動することができる。
【００２６】
このとき、エンジン１０の出力だけでは不足する場合には、電動モータ１２の回転軸１５、差動ギヤ機構１６の第２サイドギヤ１６ｄ、ピニオンギヤ１６ｅ、ピニオンシャフト１６ｂを介して電動モータ１２の回転力がケース１６ａの回転として伝えられる。さらにケース１６ａと一体に設けたギヤ１７と、このギヤ１７と噛み合うギヤ１９を介して油圧ポンプ１１の入力軸１６に伝えられる。すなわち電動モータ１２がエンジン１０の支援に活用される。
【００２７】
また、作業装置３によって行われる掘削作業時等の負荷が上述の重負荷作業時に比べて小さい中負荷作業時であって、作業場所が市街地でなく、また夜間工事等でないときの通常作業時にあっても、エンジン１０を中速回転域で使用するようにして、上述した重負荷作業時におけるのと同様に、エンジン１０の駆動を主体にして油圧ポンプ１１を駆動することができる。このとき、上述したようにエンジン１０の出力だけでは不足する場合には、電動モータ１２を駆動し、電動モータ１２の回転力も油圧ポンプ１１の駆動に使用することができる。
【００２８】
また、上述のような中負荷作業時であって、市街地における作業や夜間工事等のように騒音の発生が規制されやすい作業環境などにあっては、電動モータ１２を駆動させるようにする。この電動モータ１２の回転力が電動モータ１２の回転軸１５、差動ギヤ機構１６の第２サイドギヤ１６ｄ、ピニオンギヤ１６ｅ、ピニオンシャフト１６ｂを介してケース１６ａの回転として伝えられる。さらに、ケース１６ａに一体に設けたギヤ１７の回転として伝えられ、このギヤ１７に噛み合うギヤ１９を介して油圧ポンプ１１の回転力として伝えられる。すなわち電動モータ１２の駆動を主体にして油圧ポンプ１１を駆動することができる。これにより騒音の発生を抑えながら作業装置３による作業を行うことができる。
【００２９】
このとき、電動モータ１２を駆動するバッテリ１３の容量が低下してきた場合などには、エンジン１０を駆動させ、差動ギヤ機構１６、ギヤ１７，１９を介して油圧ポンプ１１を駆動することができる。すなわち、エンジン１０が電動モータ１２の支援に活用される。
【００３０】
また例えば、作業装置３によって行われる地面のならし作業や微操作時等におけるように負荷が上述の中負荷作業時に比べて小さい軽負荷作業時にあっては、図４に例示するようにエンジン１０を停止状態に保ち、電動モータ１２を駆動するようにする。この電動モータ１２の回転力が上述したように、電動モータ１２の回転軸１５、差動ギヤ機構１６の第２サイドギヤ１６ｄ、ピニオンギヤ１６ｅ、ピニオンシャフト１６ｂを介してケース１６ａの回転として伝えられる。さらにケース１６ａに一体に設けたギヤ１７の回転として伝えられ、ギヤ１９を介して油圧ポンプ１１の入力軸１８が回転する。すなわち電動モータ１２のみによって油圧ポンプ１１を駆動することができる。
【００３１】
上述のように、第１実施形態に係る油圧ショベルによれば、エンジン１０と電動モータ１２との間に介在させた差動ギヤ機構１６により、エンジン１０の回転数と電動モータ２１の回転数の割合が変化する状況でも、エネルギロスを最小限に抑えながら油圧ポンプ１１を駆動することができる。したがって上述のように、電動モータ１２のみによる油圧ポンプ１１の駆動を実現させることができる。また、この第１実施形態によれば、電動モータ１２の駆動を支援させるようにエンジン１０を駆動することもできる。
【００３２】
図５は本発明の第２実施形態に備えられる駆動部の要部構成を示す図である。
【００３３】
この図５に示す駆動部の要部構成を備えた第２実施形態も、図示しないが例えば図１に示した油圧ショベルと外観上は同等の油圧ショベルである。この油圧ショベルは、図５に示すように、油圧ポンプ１１の入力軸１８に、この入力軸１８の回転を阻止するブレーキ装置２０を備えている。その他の構成は第１実施形態と同等である。
【００３４】
このように構成した第２実施形態は、第１実施形態と同等の作用効果が得られる他、ブレーキ装置２０を作動させて油圧ポンプ１１の入力軸１８の回転を阻止した状態でエンジン１０を駆動することにより、エンジン１０の出力軸１４、差動ギヤ機構１６の第１サイドギヤ１６ｃ、ピニオンギヤ１６ｅ、第２サイドギヤ１６ｄを介して電動モータ１２の回転軸１５を回転させ、この電動モータ１２を発電機として駆動することができる。電動モータ１２で発生した電力はバッテリ１３に蓄えられる。このバッテリ１３に蓄えられた電力は、油圧ポンプ１１を駆動する際の電動モータ１２の駆動に活用される。
【００３５】
図６は本発明の第３実施形態に備えられる駆動部の要部構成を示す図である。
【００３６】
この図６に示す駆動部の要部構成を備えた第３実施形態も図示しないが、例えば図１に示した油圧ショベルと外観上は同等の油圧ショベルである。この油圧ショベルは、図６に示すように、油圧ポンプ１１の入力軸１８に伝達される回転力に応じて回転する回転軸２２を有し、発電機として作動可能な別の電動モータ２１と、この別の電動モータ２１で発生させた電力を蓄える蓄電装置、すなわちバッテリ２４を備えている。別の電動モータ２１の回転軸２２は、油圧ポンプ１１の入力軸１８と一体に設けられるギヤ１９と噛み合うギヤ２３に一体に設けてある。その他の構成は第１実施形態と同等である。
【００３７】
このように構成した第３実施形態は、第１実施形態と同等の作用効果が得られる他、エンジン１０及び電動モータ１２の少なくとも一方の駆動によって、差動ギヤ機構１６、ギヤ１７，１９を介して伝えられる油圧ポンプ１１の入力軸１８の回転に伴って、別の電動モータ２１の回転軸２２が回転し、この別の電動モータ２１を発電機として駆動することができる。この別の電動モータ２１で発生した電力は蓄電装置、すなわちバッテリ２４に蓄えられる。
【００３８】
なお、本発明に係る作業機械の駆動部は基本的に、エンジン１０と電動モータ１２とを差動ギヤ機構１６を介して接続し、差動ギヤ機構１６と油圧ポンプ１０とをギヤ１７，１９を介して接続した程度のコンパクトな構成であるので、エンジン１０、電動モータ１２、及び油圧ポンプ１１の設置スペースに制約を受けやすい小型機械であるミニショベルにも好適である。
【００３９】
また、電動モータ１２の駆動のみによって、あるいは電動モータ１２を主体として、油圧ポンプ１１を駆動し作業装置３による作業を行うことが可能となるので、町中における作業のように騒音の低減が要求される作業環境などに容易に対応できる。このような観点から本発明は、町中等で活用されやすい小型機械であるミニショベルにも好適である。
【符号の説明】
【００４０】
１    走行体（車体）
２    旋回体（車体）
３    作業装置
１０    エンジン
１１    油圧ポンプ
１３    バッテリ（蓄電装置）
１４    出力軸
１５    回転軸
１６    差動ギヤ機構
１６ａ  ケース
１６ｂ  ピニオンシャフト
１６ｃ  第１サイドギヤ
１６ｄ  第２サイドギヤ
１６ｅ  ピニオンギヤ
１７    ギヤ
１８    入力軸
１９    ギヤ
２０    ブレーキ装置
２１    別の電動モータ
２２    入力軸
２３    ギヤ
２４    バッテリ（蓄電装置）
【図１】
2014037190.tif 000003
【図２】
2014037190.tif 000004
【図３】
2014037190.tif 000005
【図４】
2014037190.tif 000006
【図５】
2014037190.tif 000007
【図６】
2014037190.tif 000008