(57)【要約】  作業機械の駆動ホイール（１３０）にトルクを供給するための内燃機関（１２０）と、該内燃機関と前記駆動ホイールとの間に配設され前記内燃機関から前記駆動ホイールへトルクを伝達する伝送回線（１１０）とを備えた作業機械（１）。  前記作業機械（１）は、前記作業機械および／または前記作業機械のステアリングに設けられた器具（２）を移動させるために、油圧システム（２０）内に少なくとも１つの油圧ポンプ（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）をさらに備える。前記伝送回線（１１０）には、前記駆動ホイール（１３０）を駆動または制動するための、および／または前記少なくとも１つの油圧ポンプ（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）の電力を発生させるための少なくとも１つの電気機械（１７ａ、１７ｂ）が設けられている。【選択図】図４
2009511786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機械の駆動ホイール（１３０）にトルクを供給するための内燃機関（１２０）と、該内燃機関と前記駆動ホイールとの間に配設され前記内燃機関から前記駆動ホイールへトルクを伝達する伝送回線（１１０）とを備えた作業機械（１）であって、
前記作業機械および／または前記作業機械のステアリングに設けられた器具（２）を移動させるために、油圧システム（２０）内に少なくとも１つの油圧ポンプ（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）をさらに備え、
前記伝送回線（１１０）には、前記駆動ホイール（１３０）を駆動または制動するための、および／または前記少なくとも１つの油圧ポンプ（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）の電力を発生させるための少なくとも１つの電気機械（１７ａ、１７ｂ）が設けられている、作業機械（１）。
【請求項２】
前記伝送回線（１１０）は、前記駆動ホイール（１３０）に対して前記内燃機関（１２０）を係合および解放する伝送装置（１５０）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の作業機械。
【請求項３】
前記伝送回線（１１０）は前記伝送装置（１５０）と前記駆動ホイール（１３０）との間に配設された１つの前記電気機械（１７ｂ）を備えていることを特徴とする、請求項２に記載の作業機械。
【請求項４】
前記伝送回線（１１０）は、前記内燃機関（１２０）と前記伝送装置（１５０）との間に配設された１つの前記電気機械（１７ａ）を備えることを特徴とする、請求項２または３に記載の作業機械。
【請求項５】
前記駆動ホイールの各々に１つの前記電気機械を備えることを特徴とする、請求項１ないし4のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項６】
前記伝送装置は、流体トルクコンバータ（１５０）であることを特徴とする、請求項２ないし4のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項７】
前記流体トルクコンバータ（１５０）は、前記トルクコンバータの速度伝達比が固定されるロックアップ機能を有することを特徴とする、請求項６に記載の作業機械。
【請求項８】
前記伝送装置（１５０）は、機械式クラッチであることを特徴とする、請求項２に記載の作業機械。
【請求項９】
前記電気機械（１７ａ、１７ｂ）は、前記内燃機関（１２０）から前記電気機械（１７ａ、１７ｂ）を介して前記駆動ホイール（１３０）へトルクを伝達するために互いに電気的に接続されていることを特徴とする、請求項３および４に記載の作業機械。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの油圧ポンプ（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）へエネルギーを供給するための電気エネルギー蓄積手段（１９）を備えることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの電気機械（１７ａ、１７ｂ）へエネルギーを供給するための電気エネルギー蓄積手段（１９）を備えることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの電気機械（１７ａ、１７ｂ）の１つまたは複数は、前記電気機械が発電機として機能するときには前記電気エネルギー蓄積手段（１９）を充電するように配設されていることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の作業機械。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの電気機械（１７ａ、１７ｂ）の１つまたは複数は、前記作業機械の制動操作の間は、前記作業機械（１）の前記駆動ホイール（１３０）を制動するように配設されていることを特徴とする、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの電気機械（１７ａ、１７ｂ）の１つまたは複数は、器具（２）の操作の間または前記作業機械（１）の加速の間は、前記作業機械（１）の前記駆動ホイール（１３０）を駆動するように配設されていることを特徴とする、請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの電気機械（１７ａ、１７ｂ）の１つまたは複数は、前記内燃機関（１２０）の回転速度と前記伝送回線（１１０）の回転速度とを互いに適合させることによって、前記伝送装置（１５０）の直接操作状態への連結または非連結を促進するように配設されていることを特徴とする、請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項１６】
ホイールローダ（１）であることを特徴とする、請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項１７】
少なくとも２つの器具および／またはステアリング機能と、各器具および／またはステアリング機能に配設された少なくとも１つの前記油圧ポンプ（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）とを備えることを特徴とする、請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項１８】
３つの油圧ポンプを備え、第１の油圧ポンプ（１００ａ）は前記器具の上昇および下降機能を提供するように配設され、第２の油圧ポンプ（１００ｂ）は前記器具の傾斜機能を提供するように配設され、第３の油圧ポンプ（１００ｃ）は前記作業機械にステアリング機能を提供するよう配設されることを特徴とする、請求項１７に記載の作業機械。
【請求項１９】
作業機械の駆動ホイール（１３０）にトルクを供給するための内燃機関（１２０）と、該内燃機関と前記駆動ホイールとの間に配設され前記内燃機関から前記駆動ホイールへトルクを伝達する伝送回線（１１０）とを備えた作業機械（１）の操作方法であって、
前記作業機械および／または前記作業機械のステアリングに設けられた器具（２）を移動させるために、油圧システム（２０）内に少なくとも１つの油圧ポンプ（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）をさらに備え、
前記駆動ホイール（１３０）を駆動または制動するための、および／または前記少なくとも１つの油圧ポンプ（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）の電力を発生させるために、前記伝送回線（１１０）に設けられた少なくとも１つの電気機械（１７ａ、１７ｂ）を用いることを特徴とする、作業機械（１）の操作方法。
【請求項２０】
前記伝送回線（１１０）に設けられて前記駆動ホイール（１３０）に対して前記内燃機関（１２０）を係合および解放するための伝送装置（１５０）を用いることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記内燃機関（１２０）と前記伝送装置（１５０）との間に配設された前記電気機械（１７ａ）の１つを用い、
前記伝送装置（１５０）を介して前記電気機械（１７ａ）により前記駆動ホイール（１３０）を駆動することを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記伝送装置（１５０）と前記駆動ホイール（１３０）との間に配設された前記電気機械（１７ｂ）の１つを用い、前記電気機械により前記駆動ホイールを駆動することによって、前記ホイールローダ（１）の前記伝送回線（１１０）または電気エネルギー蓄積手段（１９）に設けられた別の電気機械（１７ａ）により前記電気機械（１７ｂ）が電気的に作動することを特徴とする、請求項２０または２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記器具（２）の操作または前記作業機械（１）の加速の間は、前記少なくとも１つの電気機械（１７ａ、１７ｂ）の１つまたは複数によって前記作業機械（１）の前記駆動ホイール（１３０）を駆動することを特徴とする、請求項１９ないし２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記作業機械（１）の制動操作の間に前記作業機械の前記駆動ホイール（１３０）を制動し、前記制動操作の間にエネルギーを回生するために、前記少なくとも１つの電気機械（１７ａ、１７ｂ）の１つまたは複数を用いることを特徴とする、請求項１９ないし２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
伝送装置として流体トルクコンバータ（１５０）を用いながら前記駆動ホイール（１３０）を駆動することを特徴とする、請求項１９ないし２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記流体トルクコンバータ（１５０）のロックアップ状態の間に前記駆動ホイール（１３０）を駆動することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記駆動ホイール（１３０）を前記内燃機関（１２０）の回転方向に対して逆方向に駆動するために、前記電気機械（１７ａ、１７ｂ）の１つを用いることを特徴とする、請求項１９ないし２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
作業機械に電力を供給するための発電モータ（２００）を備えた作業機械（１）であって、
前記作業機械および／または前記作業機械のステアリングに設けられた器具を移動させるために、油圧システム（２０）内に少なくとも１つの油圧ポンプ（１００ａ、１００ｂ１、１００ｃ）をさらに備え、
前記作業機械の前記駆動ホイール（１３０）を駆動するための少なくとも１つの電気機械（１７）が設けられ、前記発電モータ（２００）が前記少なくとも１つの電気機械（１７）と前記少なくとも１つの油圧ポンプ（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）に電力を供給するように配設されていることを特徴とする、作業機械（１）。
【請求項２９】
前記作業機械のすべての駆動ホイールを駆動するよう前記電気機械（１７）の１つが配設されていることを特徴とする、請求項２８に記載の作業機械。
【請求項３０】
前記駆動ホイールの各々に１つの前記電気機械を備えることを特徴とする、請求項２８に記載の作業機械。
【請求項３１】
前記発電モータ（２００）から、および／または前記少なくとも１つの電気機械（１７）から供給されるエネルギーを蓄積するため、また前記少なくとも１つの電気機械（１７）へ、および／または前記少なくとも１つの油圧ポンプ（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）へ電力を供給するために、電気エネルギー蓄積手段（１９）を備えることを特徴とする、請求項２８ないし３０のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項３２】
前記少なくとも１つの電気機械（１７）の１つまたは複数が、前記作業機械の制動操作の間に前記作業機械の前記駆動ホイール（１３０）を制動するように配設されていることを特徴とする、請求項２８ないし３１のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項３３】
少なくとも２つの器具および／またはステアリング機能と、各器具および／またはステアリング機能に配設された少なくとも１つの前記油圧ポンプとを備えることを特徴とする、請求項２８ないし３２のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項３４】
３つの油圧ポンプを備え、第１の油圧ポンプ（１００ａ）は前記器具の上昇および下降機能を提供するように配設され、第２の油圧ポンプ（１００ｂ）は前記器具の傾斜機能を提供するように配設され、第３の油圧ポンプ（１００ｃ）は前記作業機械のステアリング機能を提供するよう配設されることを特徴とする、請求項３３に記載の作業機械。
【請求項３５】
前記発電モータ（２００）が燃料電池であることを特徴とする、請求項２８ないし３４のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項３６】
前記発電モータ（２００）が発電機を備えた内燃機関であることを特徴とする、請求項２８ないし３４のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項３７】
前記発電モータ（２００）が発電機を備えたガスタービンであることを特徴とする、請求項２８ないし３４のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項３８】
前記発電モータ（２００）が発電機を備えた自由ピストン機関であることを特徴とする、請求項２８ないし３４のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項３９】
ホイールローダ（１）であることを特徴とする、請求項２８ないし３８のいずれか１項に記載の作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文にしたがった作業機械および請求項１９の前文にしたがった作業機械の操作方法に関する。
【０００２】
本発明は、工業用建設機械の分野に含まれる作業機械、特にホイールローダに適用できる。本発明はホイールローダに関して説明されているが、本発明はこのような特定の乗物に限定されるものでなく、ダンプカー、トラック、掘削機等の他の重作業機械にも使用することができる。
【背景技術】
【０００３】
ホイールローダは通常、内燃機関と、伝送回線と、ギヤボックスとを備えており、ホイールローダの駆動ホイールにトルクを供給している。ギヤボックスは、乗物の速度を変更するために、また進行方向を前進と後退の間で切り替えるために、異なるギヤ比を与える。伝送回線は、内燃機関とギヤボックスとの間に配設された流体トルクコンバータを備えている。このトルクコンバータは、特にバケットの充填またはホイールローダの加速等の重作業の際にトルクを増加させるために用いられている。トルクコンバータは、出力トルクを現在の作業条件に迅速に適合させることができる。しかしながら、トルクコンバータは、現在の運転条件にも依存するため、低効率であることがよくある。直接操作で使用することのできるロックアップ機能をトルクコンバータが備えている場合は、効率を向上させることができる。しかしながら、ロックアップ状態でギヤ比が固定（１：１）されると、ロックアップ機能を使用することのできない作業中に低効率の問題が残る。
【０００４】
駆動ホイールへのトルクの供給に加えて、内燃機関はホイールローダの油圧システム中の油圧ポンプへエネルギーを供給しなければならない。このような油圧システムは、上昇操作および／またはホイールローダのステアリングのために用いられる。油圧作動シリンダは、上昇アームユニットの上昇や下降のために配設されており、上昇アームユニットには、バケットや、例えばフォークといった他のタイプの付属具や作動具が取り付けられている。別の油圧作動シリンダを使うことで、バケットを傾斜または旋回させることもできる。ホイールローダのフロントおよびリアボディ部分の相対移動によってホイールローダを回転させるために、ステアリングシリンダとして知られるさらなる油圧シリンダが配設されている。
【０００５】
一方では、内燃機関の回転速度を油圧ポンプに適合させる必要があり、他方では、例えばホイールローダの速度がほとんどゼロのときにバケットを充填する際は、内燃機関を非常に高いトルクの要求に適合させなければならない。油圧システムによって内燃機関の回転速度が決定されるということは、ホイールローダの速度を現状に適合させるためにホイールローダを制動しなければならないことを意味する。異なる状況で回転速度とトルクの要求を満たすため、内燃機関は、要求されない、あるいはごく稀にしか要求されないような必要以上に高効率な出力に設計される必要がある。いくつかの点でサイズが大きすぎ、なおかつさらにトルクコンバータが低効率である状況で、および／またはホイールローダが油圧システムによって制動されなければならない状態で駆動されなければならない内燃機関を使用することは、結果的に燃料を多く消費することになるだろう。
【発明の開示】
【０００６】
本発明の目的は、作業機械のより効率的な操作が可能であり、燃料の消費をより低減することが可能な、序文で言及した種類の作業機械を提供することにある。
【０００７】
この目的は、請求項１の作業機械により達成される。
【０００８】
駆動ホイールを駆動または制動するためおよび／または油圧ポンプに電力を発生させるための電気機械を伝送回線が備えることで、内燃機関がより効率的に使用され、より小さな内燃機関が利用できるとともに燃料の消費を低減することが可能となる。例えば、内燃機関の代わりに電気機械では、油圧システムは少なくとも一部しか駆動することができない。それゆえに、油圧ポンプを考慮して内燃機関の回転速度を決定する必要がない。ホイールローダの制動操作の際に、電気機械はブレーキとして用いることができ、同時にエネルギーを回生するための発電機として機能させることができる。エネルギーは、油圧システムに直接供給されるか、あるいはのちに使用するためにバッテリーやスーパーキャパシタ等の電気エネルギー蓄積手段に蓄積される。大きな牽引力が必要な場合、電動モータとして機能している電気機械によって駆動ホイールに付加的なトルクを供給することができ、したがってトルクコンバータの必要性が低下する。
【０００９】
さらに、電気機械は、駆動ホイールを逆方向へ駆動するために用いることができる。このことは、ギヤボックスの後退ギヤが不要になり得ることを意味する。さらなる利点として、伝送回線に設けられた伝送装置の直接操作状態への連結または非連結を促進する目的で、内燃機関の回転速度と伝送回線の回転速度とを互いに適合させるために電気機械を用いることができる。
【００１０】
本発明は、請求項１９の作業機械の操作方法にも関する。このような方法では、できるだけ低い燃料消費を保つように、内燃機関のサイズと操作を最適化することができる。
【００１１】
本発明のさらなる利点と有利な特徴は、以下の説明や独立請求項に開示されている。
【００１２】
定義
「電気機械」という用語は、電動モータと発電機を結合したものを意味する。この電気機械は、シャフトに出力トルクを供給するために電力によって駆動することができるか、あるいは電力を発生させるためにシャフトにトルクを付与することによって機械的に駆動することができる。
【００１３】
「伝送装置」という用語は、機械式クラッチはもとより、トルクコンバータ等の流体力学的クラッチや流体静力学的クラッチの両方の油圧式クラッチを含む。それゆえ、「伝送装置」は、トルクを増加させることができるトルクコンバータや、解放してギヤ比１：１での直接操作のみに用いられる通常のクラッチの両方を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
添付図面を参照して、例として引用された本発明の実施形態のより詳細な説明を以下に示す。
【００１５】
図１は、バケット３の形式の器具２を備えたホイールローダ１の図である。バケット３はバケット３を上昇および下降させるアームユニット４に取り付けられており、さらにバケット３はアームユニット４に対して傾斜または旋回することができる。ホイールローダ１は、少なくとも１つの油圧ポンプ（図１には図示せず）と、アームユニット４およびバケット３の操作のための作動シリンダ５ａ、５ｂ、６とを含む油圧システムを備えている。さらに、油圧システムは、フロントボディ８とリアボディ９の相対移動によってホイールローダを旋回させるための作動シリンダ７ａ、７ｂを備えている。そのような油圧システムの概略図は図２に示されている。図２に示された実施形態では、上昇シリンダ５ａ、５ｂとして知られる２つの作動シリンダがアームユニット４を上昇および下降させるように配設されており、傾斜シリンダ６として知られるさらなる作動シリンダがアームユニット４に対してバケット３を内方または外方に傾斜させるように配設されている。加えて、ステアリングシリンダ７ａ、７ｂとして知られる２つの作動シリンダがホイールローダ１のステアリングに配設されている。さらに、３つの油圧ポンプ１００ａ、１００ｂ、１００ｃが油圧シリンダに油圧オイルを供給する。作業機械のオペレータは、制御装置（図示せず）に接続された計器によって作動シリンダを制御することができる。
【００１６】
図３は、従来技術に係るホイールローダ１の伝送回線１１の概略図である。伝送回線１１の一端には内燃機関１２が配設されている。伝送回線１１の他端にはホイールローダ１の駆動ホイール１３が連結されている。内燃機関１２は、伝送回線１１を介してホイールローダ１の駆動ホイール１３にトルクを供給する。図示されているように、伝送回線１１は、乗物１の速度を変更するため、またホイールローダ１の進行方向を前進、後退で切り替えるためのギヤボックス１４を備えていてもよい。流体コンバータ１５は、内燃機関１２とギヤボックス１４との間に配設されている。ホイールローダ１の伝送回線１１は、上昇操作やホイールローダ１の操縦のために油圧システム内に油圧ポンプ１０を駆動する手段を備えている。従来技術によれば、油圧ポンプ１０は、好ましくはトルクコンバータ１５とギヤボックス１４との間に配設されたギヤホイール１６を介して、内燃機関１２によって駆動される。
【００１７】
本発明に係る作業機械１の伝送回線１１０は、図４に概略的に示されている。伝送回線１１０の一端には、内燃機関１２０が配設されている。伝送回線１１０の他端は、作業機械１の駆動ホイール１３０に連結されている。内燃機関１２０は、伝送回線１１０を介して作業機械１の駆動ホイール１３０にトルクを提供する。図示されているように、伝送回線１１０は、乗物１の速度を変更するため、また作業機械１の進行方向を前進、後退で切り替えるためのギヤボックス１４０を備えていてもよい。図４に示される実施形態では、伝送回線１１０はまた、駆動ホイール１３０に対して内燃機関１２０を係合および解放させるための伝送装置１５０を備えている。伝送装置１５０としては、流体トルクコンバータと呼ばれるタイプの油圧クラッチが好適である。トルクコンバータは、トルクを増加させることが可能であり、このことは、トルクコンバータの出力トルクが内燃機関１２０のトルクの例えば１〜３倍の間隔になり得ることを意味している。さらに、トルクコンバータは、トルクを増加させない直接操作のためにフリーホイール機能とロックアップ機能とを備えることが好ましい。その結果、ロックアップ状態でのトルクコンバータの速度伝達比は固定され、好ましくは実質的に１：１となる。しかしながら、代替的実施形態では、伝送装置１５０としては、解放すなわちトルクを増加させずに直接操作する通常のクラッチでもよい。そのようなクラッチは、機械式クラッチはもとより、油圧式クラッチでもよい。
【００１８】
本発明によれば、作業機械１の伝送回線１１０は、駆動ホイール１３０を駆動または制動するための、および／または電力によって少なくとも１つの油圧ポンプ１００ａ、１００ｂ、１００ｃに動力を与えるための、少なくとも１つの電気機械１７ａ、１７ｂを備えている。
【００１９】
図４に示される実施形態は、図２を参照して説明した機能を提供するために使用される３つの油圧ポンプを備えているが、別の実施形態では、これらの機能および／または他の機能を提供するために、油圧システム２０内に１、２、４またはそれ以上の油圧ポンプを使用してもよい。本発明の好適な実施形態では、作業機械は、少なくとも２つの器具、および／またはステアリング機能を備えており、少なくとも１つの上記油圧ポンプが各器具および／またはステアリング機能に配設されている。図２および図４に概略的に示されるいくつかの実施形態では、作業機械は３つの油圧ポンプ１００ａ、１００ｂ、１００ｃを備えており、第１の油圧ポンプ１００ａは器具の上昇および下降機能を提供するように配設され、第２の油圧ポンプ１００ｂは器具の傾斜機能を提供するように配設され、第３の油圧ポンプ１００ｃは作業機械のステアリング機能を提供するように配設されている。これらの機能ごとに油圧ポンプを分けることで、作業機械の操作をより最適化することができ、その結果エネルギーの全消費量を低減することができる。
【００２０】
電気機械１７ａ、１７ｂは、油圧ポンプ１００ａ、１００ｂ、１００ｃに電気的に接続され、これらの油圧ポンプは、電力によって駆動されるモータ１８ａ、１８ｂ、１８ｃをそれぞれ備えている。電気機械１７ａ、１７ｂは、油圧ポンプにも直接接続することができるだけでなく、油圧ポンプに接続しているバッテリーやスーパーキャパシタ等の電気エネルギー蓄積手段１９に接続することもできる。作業機械１は、エネルギーを蓄積し、油圧ポンプや電気機械１７ａ、１７ｂにエネルギーを供給するためにそのような電気エネルギー蓄積手段１９を備えることが好ましい。さらに、図４に図示されたシステムの異なる部分へのエネルギー移動を制御するために、従来の制御装置（図示せず）を用いることができる。図１および図２に関連して記載されているように、作業機械１は、油圧システム２０によって操作されるバケット３の形式の器具２を備えることができる。しかし、当然ながら他の器具も使用可能であることを強調しておく。ダンプカーやトラック等の作業機械に本発明を適用する際には、器具に換えて例えばダンプ車体とすることができる。通常、ダンプ動作の間は、ダンプ車体の操作のために油圧ポンプと作動シリンダが使用される。
【００２１】
好ましくは、伝送回線１１０は２つの電気機械１７ａ、１７ｂを備えており、１つ目の１７ａは伝送装置１５０の上流側に配設され、２つ目の１７ｂは伝送装置１５０の下流側に配設される。２つの電気機械を用いることにより、使用可能な操作モードの数が増える。図４に示された実施形態では、伝送回線は、内燃機関１２０と伝送装置１５０との間に配設された第１の電気機械１７ａと、伝送装置１５０とギヤボックス１４０との間に配設された第２の電気機械１７ｂとを備えている。電気機械１７ａ、１７ｂは、第１および第２の電気機械１７ａ、１７ｂを介して内燃機関１２０から駆動ホイール１３０へトルクを伝達するために、互いに電気的に接続されている。さらに、電気機械は、電気エネルギー蓄積手段１９と、油圧ポンプのモータ１８ａ、１８ｂ、１８ｃのそれぞれと電気的に接続されている。第１の電気機械１７ａは、油圧ポンプ、電気エネルギー蓄積手段１９、あるいは第２の電気機械１７ｂへエネルギーを直接供給するために、内燃機関１２０によって駆動することができる。第２の電気機械１７ｂは、作業機械の制動操作中に作業機械１の駆動ホイール１３０を制動するため、また油圧ポンプや電気エネルギー蓄積手段１９へエネルギーを直接供給するために用いることができる。第１の電気機械１７ａまたは第２の電気機械１７ｂはまた、作業機械１の駆動ホイール１３０を駆動する目的で電気エネルギー蓄積手段１９によって作動することができ、あるいは第２の電気機械１７ｂは、同様の理由により第１の電気機械１７ａによって作動することができる。
【００２２】
伝送回線１１０は２つの電気機械を備えることが好ましいが、１つの電気機械のみを用いることによっても利点を得ることが可能であり、伝送装置と駆動ホイールとの間であって任意のギヤボックスの上流、すなわち、図４で第２の電気機械１７ｂが配設されているのと同様に伝送装置とギヤボックスとの間に電気機械が配設されることが好ましい。この１つの電気機械を駆動ホイールのそれぞれに用いることも可能である。このような場合、４つの駆動ホイールを駆動するために４つの電気機械が通常用いられる。各電気機械は、それぞれのギヤボックスを介して各駆動ホイールに連結されることが好ましい。
【００２３】
さらに、例えば図３に関連して記載されているような内燃機関によって油圧ポンプが駆動される従来の技術を、油圧ポンプを駆動するための電気機械に組み合わせることも可能であろう。そして、油圧ポンプは、操作を最適化する目的で、内燃機関および／または電気機械によって異なった時間に駆動することができる。
【００２４】
加えて、電気エネルギー蓄積手段１９によって蓄積されたエネルギーは、いくつかの場合では、コンプレッサー、ファン、アクチュエータ等のホイールローダの他の機能６１のために使用してもよい。
【００２５】
本発明に係る作業機械１の操作方法によれば、駆動ホイール１３０の駆動または制動のために、および／または上記少なくとも１つの油圧ポンプ１００ａ、１００ｂ、１００ｃへ電力を発生させるために、伝送回線１１０に設けられた少なくとも１つの電気機械１７ａ、１７ｂが用いられる。１つまたは複数の電気機械１７ａ、１７ｂからの電力によって油圧ポンプを操作することにより得られる利点に加えて、電気機械１７ａ、１７ｂは駆動ホイール１３０へトルクを供給するために用いることができる。内燃機関１２０および／または電気機械（単数または複数）１７ａ、１７ｂの使用状況を現状に適合させることで、伝送回線１１０の全効率を向上させることができる。
【００２６】
図４を参照すると、駆動ホイール１３０は、
ロックアップまたはトルクコンバータ１５０を備えた内燃機関１２０、
ロックアップまたはトルクコンバータ１５０を備えた内燃機関１２０、および／または第１の電気機械１７ａ、および／または第２の電気機械１７ｂ、
ロックアップまたはトルクコンバータ１５０を備えていない第１の電気機械１７ａおよび第２の電気機械１７ｂ、または
ロックアップまたはトルクコンバータ１５０を備えていない第２の電気機械１７ｂのいずれかによって駆動することができる。
【００２７】
第１の電気機械１７ａは、電力を発生させる内燃機関１２０か、あるいはトルクを供給する電気エネルギー蓄積手段１９によって駆動することができ、第２の電気機械１７ｂは、第１の電気機械１７ａか、あるいはトルクを供給する電気エネルギー蓄積手段１９によって駆動することができる。トルクコンバータ１５０は、流体トルクコンバータのロックアップ状態と同じ代替機能を提供する一般的な油圧式クラッチや機械式クラッチに置き換えることが可能である。
【００２８】
本発明のさらなる目的は、作業機械に電力を供給するための発電モータを備えた作業機械を提供することにあり、作業機械はさらに、作業機械に配設された器具を移動させるため、および／または作業機械を操縦するために、油圧システム内に少なくとも１つの油圧ポンプを備えており、これによって作業機械はより効率的な操作とエネルギー消費の低減を実現している。
【００２９】
この目的は、請求項２８の作業機械によって達成される。
【００３０】
作業機械の駆動ホイールを駆動するための少なくとも１つの電気機械と、電力の形態でエネルギーを供給するためのモータとを備えることで、少なくとも１つの電気機械と少なくとも１つの油圧ポンプに電力を供給するために電力発電モータが配設され、例えば発電機を備えた内燃機関のような発電モータからのエネルギーをより効率的に使用することができ、エネルギーの全消費量を低減することができる。油圧システムは、発電モータの回転速度に適合させることなく駆動することができる。さらに、電気機械は、ホイールローダ等の作業機械の制動操作の際にブレーキとして用いることができ、同時にエネルギーを回生するための発電機として機能させることもできる。発電モータからのエネルギーは、電気機械と油圧システムに直接供給され、あるいはのちに使用するために、バッテリーやスーパーキャパシタ等の電気エネルギー蓄積手段に蓄積される。
【００３１】
さらに、電気機械は、駆動ホイールを逆方向に駆動するために使用することができる。このことは、ギヤボックスの後退ギヤが不要になることを意味する。
【００３２】
図５には、作業機械に電力を供給するための発電モータ２００を備えた作業機械が図示されている。作業機械は、作業機械に配設された器具を移動させるため、および／または作業機械を操縦するために、油圧システム内に少なくとも１つの油圧ポンプ１００ａ、１００ｂ、１００ｃを備えている。作業機械はさらに、作業機械の駆動ホイール１３０を駆動するための少なくとも１つの電気機械１７を備えている。発電モータ２００は、上記少なくとも１つの電気機械１７と上記少なくとも１つの油圧ポンプ１００ａ、１００ｂ、１００ｃに電力を供給するように配設されている。
【００３３】
図５に図示された作業機械は、１つの電気機械１７を備えているが、２つ以上の電気機械を使用することができる。例えば、作業機械は、それぞれの駆動ホイールに対して１つの前記電気機械を備えていてもよい。この場合、４つの駆動ホイールを駆動するための４つの電気機械が通常用いられる。各電気機械は、それぞれのギヤボックスを介して各駆動ホイールに連結されることが好ましい。
【００３４】
作業機械は、発電モータ２００および／または上記少なくとも１つの電気機械１７からのエネルギーを蓄積するための電気エネルギー蓄積手段１９を備えることが好ましい。このような電気エネルギー蓄積手段１９はのちに、上記少なくとも１つの電気機械１７および／または上記少なくとも１つの油圧ポンプ１００ａ、１００ｂ、１００ｃに電力を供給するために使用される。
【００３５】
１つ以上の上記少なくとも１つの電気機械１７は、駆動ホイール１３０を駆動するのに加えて、作業機械の制動操作の間に作業機械の駆動ホイールを制動するのに用いることができる。同時に、電気機械１７は、エネルギーを回生するための発電機として機能することができ、このエネルギーは、電気エネルギー蓄積手段１９に蓄積すること、および／または油圧システム２０で使用することができる。
【００３６】
本発明の好適な実施形態では、作業機械は、少なくとも２つの器具および／またはステアリング機能を備え、少なくとも１つの油圧ポンプが各機械および／またはステアリング機能に配設されている。図２および図５に概略的に記載されている実施形態では、作業機械は３つの油圧ポンプ１００ａ、１００ｂ、１００ｃを備えており、第１の油圧ポンプ１００ａは器具の上昇および下降機能を提供するように配設され、第２の油圧ポンプ１００ｂは器具の傾斜機能を提供するように配設され、第３の油圧ポンプ１００ｃは作業機械のステアリング機能を提供するように配設されている。これらの機能ごとに油圧ポンプを分けることで、作業機械の操作をより最適化することができ、その結果エネルギーの全消費量を低減することができる。
【００３７】
本発明の範囲内で、発電モータ２００は、電力を供給できる限りは様々に設計変更することができる。１つのオプションとして、電力を供給する燃料電池を用いることが挙げられる。発電モータの別の例としては、発電機を備えた内燃機関がある。さらなる解決手段としては、発電機を備えたガスタービンを用いることが挙げられる。発電モータは、発電機を備えた自由ピストン機関とすることもできる。
【００３８】
本願における「駆動ホイール」という用語は、地面と直接接触する乗物のホイールのみならず、トラック、クローラー等のように地面接触部材を駆動するための乗物のホイールを含み得ることに注目されたい。
【００３９】
本発明は、上述および図示された実施形態に限定されず、むしろ添付した請求項の範囲内において当業者であれば多くの改変例や修正例を認めることができるであろうことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】充填動作のためのバケットと、このバケットを操作するとともにホイールローダを操縦するための油圧システムとを備えたホイールローダを示す側面図である。
【図２】ホイールローダの油圧システムの概略図である。
【図３】従来技術に係るホイールローダの伝送回線の概略図である。
【図４】本発明に係る作業機械の伝送回線の概略図である。
【図５】本発明に係る作業機械の伝送回線の変形例の概略図である。
【図１】
2009511786.tif 000003
【図２】
2009511786.tif 000004
【図３】
2009511786.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年2月22日(2007.2.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機械の駆動ホイール（１３０）にトルクを供給するための内燃機関（１２０）と、該内燃機関と前記駆動ホイールとの間に配設され前記内燃機関から前記駆動ホイールへトルクを伝達する伝送回線（１１０）とを備えた作業機械（１）であって、
前記作業機械および／または前記作業機械のステアリングに設けられた器具（２）を移動させるために、油圧システム（２０）内に少なくとも１つの油圧ポンプ（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）をさらに備え、
前記伝送回線（１１０）には、前記駆動ホイール（１３０）を駆動または制動するための、および／または前記少なくとも１つの油圧ポンプ（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）の電力を発生させるための少なくとも１つの電気機械（１７ａ、１７ｂ）が設けられ、
前記伝送回線（１１０）は、前記駆動ホイール（１３０）に対して前記内燃機関（１２０）を係合および解放する伝送装置（１５０）を備え、
前記伝送回線（１１０）は前記伝送装置（１５０）と前記駆動ホイール（１３０）との間に配設された１つの前記電気機械（１７ｂ）を備え、前記電気機械（１７ｂ）は伝送装置（１５０）とギヤボックス（１４０）との間に配設されていることを特徴とする、作業機械（１）。
【請求項２】
前記伝送回線（１１０）は、前記内燃機関（１２０）と前記伝送装置（１５０）との間に配設された１つの前記電気機械（１７ａ）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の作業機械。
【請求項３】
前記駆動ホイールの各々に１つの前記電気機械を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の作業機械。
【請求項４】
前記伝送装置は、流体トルクコンバータ（１５０）であることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項５】
前記流体トルクコンバータ（１５０）は、前記トルクコンバータの速度伝達比が固定されるロックアップ機能を有することを特徴とする、請求項４に記載の作業機械。
【請求項６】
前記伝送装置（１５０）は、機械式クラッチであることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項７】
前記電気機械（１７ａ、１７ｂ）は、前記内燃機関（１２０）から前記電気機械（１７ａ、１７ｂ）を介して前記駆動ホイール（１３０）へトルクを伝達するために互いに電気的に接続されていることを特徴とする、請求項５および６に記載の作業機械。
【請求項８】
前記少なくとも１つの油圧ポンプ（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）へエネルギーを供給するための電気エネルギー蓄積手段（１９）を備えることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項９】
前記少なくとも１つの電気機械（１７ａ、１７ｂ）の１つまたは複数へエネルギーを供給するための電気エネルギー蓄積手段（１９）を備えることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの電気機械（１７ａ、１７ｂ）の１つまたは複数は、前記電気機械が発電機として機能するときには前記電気エネルギー蓄積手段（１９）を充電するように配設されていることを特徴とする、請求項８または９に記載の作業機械。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの電気機械（１７ａ、１７ｂ）の１つまたは複数は、前記作業機械の制動操作の間は、前記作業機械（１）の前記駆動ホイール（１３０）を制動するように配設されていることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの電気機械（１７ａ、１７ｂ）の１つまたは複数は、器具（２）の操作の間または前記作業機械（１）の加速の間は、前記作業機械（１）の前記駆動ホイール（１３０）を駆動するように配設されていることを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの電気機械（１７ａ、１７ｂ）の１つまたは複数は、前記内燃機関（１２０）の回転速度と前記伝送回線（１１０）の回転速度とを互いに適合させることによって、前記伝送装置（１５０）の直接操作状態への連結または非連結を促進するように配設されていることを特徴とする、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項１４】
ホイールローダ（１）であることを特徴とする、請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項１５】
少なくとも２つの器具および／またはステアリング機能と、各器具および／またはステアリング機能に配設された少なくとも１つの前記油圧ポンプ（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）とを備えることを特徴とする、請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項１６】
３つの油圧ポンプを備え、第１の油圧ポンプ（１００ａ）は前記器具の上昇および下降機能を提供するように配設され、第２の油圧ポンプ（１００ｂ）は前記器具の傾斜機能を提供するように配設され、第３の油圧ポンプ（１００ｃ）は前記作業機械にステアリング機能を提供するよう配設されることを特徴とする、請求項１５に記載の作業機械。
【請求項１７】
作業機械の駆動ホイール（１３０）にトルクを供給するための内燃機関（１２０）と、該内燃機関と前記駆動ホイールとの間に配設され前記内燃機関から前記駆動ホイールへトルクを伝達する伝送回線（１１０）とを備えた作業機械（１）の操作方法であって、
前記作業機械および／または前記作業機械のステアリングに設けられた器具（２）を移動させるために、油圧システム（２０）内に少なくとも１つの油圧ポンプ（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）をさらに備え、
前記駆動ホイール（１３０）を駆動または制動するための、および／または前記少なくとも１つの油圧ポンプ（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）の電力を発生させるために、前記伝送回線（１１０）に設けられた少なくとも１つの電気機械（１７ａ、１７ｂ）を用い、
前記伝送回線（１１０）に設けられて前記駆動ホイール（１３０）に対して前記内燃機関（１２０）を係合および解放するための伝送装置（１５０）を用い、
前記伝送装置（１５０）と前記駆動ホイール（１３０）との間、および前記伝送装置（１５０）とギヤボックス（１４０）との間に配設された前記電気機械（１７ｂ）の１つを用い、前記電気機械により前記駆動ホイールを駆動することによって、前記ホイールローダ（１）の前記伝送回線（１１０）または電気エネルギー蓄積手段（１９）に設けられた別の電気機械（１７ａ）により前記電気機械（１７ｂ）が電気的に作動することを特徴とする、作業機械（１）の操作方法。
【請求項１８】
前記内燃機関（１２０）と前記伝送装置（１５０）との間に配設された前記電気機械（１７ａ）の１つを用い、
前記伝送装置（１５０）を介して前記電気機械（１７ａ）により前記駆動ホイール（１３０）を駆動することを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記器具（２）の操作または前記作業機械（１）の加速の間は、前記少なくとも１つの電気機械（１７ａ、１７ｂ）の１つまたは複数によって前記作業機械（１）の前記駆動ホイール（１３０）を駆動することを特徴とする、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記作業機械（１）の制動操作の間に前記作業機械の前記駆動ホイール（１３０）を制動し、前記制動操作の間にエネルギーを回生するために、前記少なくとも１つの電気機械（１７ａ、１７ｂ）の１つまたは複数を用いることを特徴とする、請求項１７ないし１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
伝送装置として流体トルクコンバータ（１５０）を用いながら前記駆動ホイール（１３０）を駆動することを特徴とする、請求項１７ないし２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記流体トルクコンバータ（１５０）のロックアップ状態の間に前記駆動ホイール（１３０）を駆動することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記駆動ホイール（１３０）を前記内燃機関（１２０）の回転方向に対して逆方向に駆動するために、前記電気機械（１７ａ、１７ｂ）の１つを用いることを特徴とする、請求項１７ないし２２のいずれか１項に記載の方法。
【国際調査報告】
2009511786.tif 000008
2009511786.tif 000009
2009511786.tif 000010
2009511786.tif 000011