(57)【要約】      （修正有）【課題】油圧ポンプとタンクとの間の作動油の循環による油圧エネルギの無駄遣いを低減する省エネルギ技術の提供。【解決手段】油圧回路と、この油圧回路の作動油をタンク９０に排出する排出油路に設けられた、油圧流によって回転する動翼８１を有する油圧流式発電機８と、発電機８から出力された電力をバッテリ７に充電する充放電制御部７０とを備えたトラクタ等の油圧作業機械であって、油圧流式発電機８は、作動油が高圧の場合、発電機８ａを選択し、低圧の場合は、発電機８ｂを選択する。更に、発電機８ｃは、圧力感応分岐弁が設けられ、高圧と低圧とで油路が分岐するようになっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧回路と、前記油圧回路の作動油をタンクに排出する排出油路に設けられた、油圧流によって回転する動翼を有する油圧流式発電機と、前記発電機から出力された電力をバッテリに充電する充放電制御部とを備えた油圧作業機械。
【請求項２】
前記発電機は、低圧の作動油が流れる低圧油路に装着される低圧流発電機と、前記低圧油路より高圧の作動油が流れる高圧油路に装着される高圧流発電機とを含み、前記低圧流発電機の動翼は作動油の重力掛け流しで回転するように構成され、前記高圧流発電機は作動油流通油路として機能するハウジング部を有し、前記高圧流発電機の動翼は前記ハウジング部を貫流する作動油によって回転するように構成されている請求項１に記載の油圧作業機械。
【請求項３】
油圧流の所定油圧以上の油圧で第１分岐油路に分岐し、所定油圧を下回る油圧で第２分岐油路に分岐する圧力感応分岐弁が前記排出油路に備えられ、前記第１分岐油路に前記高圧流発電機が装着され、前記第２分岐油路に前記低圧流発電機が装着されている請求項２に記載の油圧作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ポンプによって作り出された油圧を種々の油圧機器に供給する油圧回路を備えた油圧作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような油圧回路では、組み込まれた油圧機器が種々の動作を行うために油圧ポンプで作り出された所定圧の油圧を有する作動油の供給を制御するために油圧弁を含む複雑な回路が構築されるが、供給された作動油は最終的にはタンクに戻され、再び油圧ポンプによって汲み上げられる。油圧回路によっては、制御弁の中立位置状態においては、油圧ポンプから送り出された作動油はリリーフ弁を通じてタンクに戻されるが、油圧ポンプにはリリーフ圧がかかったままであり、油圧ポンプによる油圧エネルギの無駄な消費は少なくない。また、アンロード回路を用いた場合には、油圧ポンプは無負荷となるが、油圧ポンプとタンクとの間の作動油の循環による油圧エネルギの無駄な消費はそのままである。
【０００３】
また、近年高まってきた省エネルギ志向から、身近な生活環境における未利用の水力エネルギを有効利用するために、発電容量は小さいとしても、設置スペースも小さくなる発電機、いわゆるマイクロ水力発電が考え始められている。例えば、特許文献１に、トイレや洗面台に設置され、センサやスイッチなどによって電磁弁を開放して吐水を行うと共に、その吐水時の水流によって発電を行って電磁弁の駆動電力とする水栓装置が記載されている。ここでは、水栓装置に組み込まれた電気機器への給電のために、水栓用水力発電機が給水の流れを利用して発電している。
しかしながら、油圧回路における油圧流がもつ油圧エネルギの有効利用に関しては全く考えられていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１２５１５号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記実情から、油圧ポンプとタンクとの間の作動油の循環による油圧エネルギの無駄遣いを低減する省エネルギ技術が所望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による油圧作業機械の特徴は、油圧回路と、前記油圧回路の作動油をタンクに排出する排出油路に設けられた、油圧流によって回転する動翼を有する油圧流式発電機と、前記発電機から出力された電力をバッテリに充電する充放電制御部とを備えていることである。
油圧回路を流れている作動油は最終的にはタンク（作動油タンク）に排出され、同所から油圧ポンプ等で汲み上げられ、所要の油圧を有する作動油として再び油圧回路を流れていく。従って、タンクに排出される作動油がもつ流れエネルギ（運動エネルギ）や位置エネルギは無駄となっている。本発明の上記構成によれば、このタンクに排出される作動油が有するエネルギを利用すべく、その油圧流によって油圧流式発電機の動翼を回転させる。この回転に基づいて発生する電力に必要な変換処理を施すことでその電力はバッテリに対する充電電力となる。これにより、これまで利用することがなかった、タンクに排出される作動油がもつエネルギを電力の形で回収することができ、省エネルギに貢献する。
【０００７】
タンクにつながる油路を流れる作動油には、まだかなりの高い油圧値を有する高圧作動油ものと、ほとんど大気圧近くに低下した低圧作動油とがある。高圧作動油と低圧作動油とでは、運動エネルギが異なるので、より効率的にその油圧流を利用するには、油圧流式発電機の形態をそれぞれに適応させた方が効果的である。このため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記発電機は、低圧の作動油が流れる低圧油路に装着される低圧流発電機と、前記低圧油路より高圧の作動油が流れる高圧油路に装着される高圧流発電機とを含み、前記低圧流発電機の動翼は作動油の重力を利用した作動油掛け流しで回転するように構成され、前記高圧流発電機は作動油流通油路として機能するハウジング部を有し、前記高圧流発電機の動翼は前記ハウジング部を貫流する作動油によって回転するように構成されている。この構成では、低圧油圧流が流れ込む低圧流発電機では、水車のように、主に位置エネルギを利用する形態で動翼を回転させ、高圧油圧流が流れ込む高圧流発電機では、タービンのように、主に流れ込んでくる油圧流の運動エネルギを利用する形態で動翼を回転させる。これにより、低圧または高圧の作動油がもつエネルギをできるだけ効率よく電力として回収することができる。
【０００８】
油圧回路には種々の回路形態があり、作動油をタンクに排出する排出油路によっては、油圧回路の油圧機器の作動状態によって高圧流が流れたり、または低圧流が流れたりする。このような排出油路における油圧流エネルギの効率的な回収のために、本発明の実施形態の１つでは、油圧流の所定油圧以上の油圧で第１分岐油路に分岐し、所定油圧を下回る油圧で第２分岐油路に分岐する圧力感応分岐弁が前記排出油路に備えられ、前記第１分岐油路に前記高圧流発電機が装着され、前記第２分岐油路に前記低圧流発電機が装着されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明で採用される油圧流発電の基本的な原理を図解する模式図である。
【図２】本発明による油圧作業機械の一例としての、油圧回路を搭載したトラクタの外観図である。
【図３】図２のトラクタにおける油圧を含む動力系統図である。
【図４】油圧流発電機を含む油圧回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の具体的な実施形態を説明する前に、本発明による油圧作業機械で採用される油圧流発電の基本的な原理を図１の模式図を用いて説明する。
図１では、油圧回路に含まれている油圧機器群からタンク９０に接続されている排出油路に油圧流式発電機８が介装されている。油圧流式発電機８は、当該排出油路９を流れる油圧流によって回転する動翼８１を有している。図１では、３つのタイプの発電機８、つまりＡタイプ発電機８ａ、Ｂタイプ発電機８ｂ、Ｃタイプ発電機８ｃが示されているが、特に区別する必要がない場合には、単に発電機８という語句が用いられる。
【００１１】
Ａタイプ発電機８ａは、高圧の作動油が流れる油路９に装着されるものであり、その動翼８１はハウジング部８０ａによって流れ方向に沿って小さな隙間でもって包囲されており、噴流タービンのように高圧流で動翼８１を貫流しながら動翼８１を回転させる構造を有する。
Ｂタイプ発電機８ｂは、低圧の作動油が流れる油路９に装着されるものであり、その動翼８１はハウジング部８０ｂによって流れ方向に沿って大きな隙間でもって包囲されているか、あるいは動翼８１はハウジング部８０ｂによって包囲されていない。つまり、水車のように重力差（高低差）で流れてくる作動油を動翼８１に掛け流すことで動翼８１を回転させる構造を有する。
Ｃタイプ発電機８ｃは、Ａタイプ発電機８ａとＢタイプ発電機８ｂとを組み合わせたものであり、高圧の作動油が流れる期間と低圧の作動油が流れる期間がある油路９に装着される。つまり、このＣタイプ発電機８ｃ内にハウジング部８０ｃとして、高油圧流を流す第１分岐油路と低油圧流を流す第２分岐油路が形成されており、第１分岐油路にＡタイプ発電機８ａが介装されており、第２分岐油路にＢタイプ発電機８ｂが介装されている。第１分岐油路と第２分岐油路の分岐点に、油圧流の所定油圧以上の油圧で第１分岐油路に分岐するとともに所定油圧を下回る油圧で第２分岐油路に分岐する圧力感応分岐弁が設けられている。
【００１２】
図１では模式的にしか図示されていないが、発電機８は、筒状に形成されたハウジング部８０ａ，８０ｂ，８０ｃと、動翼８１と共通の軸を有するロータ８２、ステータ８３、を保持する保持ブラケットを備えている。動翼８１が回転することで連動回転するロータ８２とステータ８３との協働作用によって生み出される電力は充電部と放電部とからなる充放電制御部７０によってバッテリ７に充電に利用される。
【００１３】
最終的にタンク９０に戻された作動油を汲み上げて油圧機器群に油圧を供給する油圧ポンプ９１は、油圧作業機械の動力源として用いられている内燃機関や電気モータの出力軸から回転動力を受ける。
【００１４】
上述した、油圧流発電の基本的な原理を有する油圧作業機械の一つの実施形態であるトラクタを以下に説明する。図２は、油圧流発電機能を備えた油圧回路を搭載したトラクタの外観図である。図３は、このトラクタにおける油圧回路６０を含む動力系統図である。
【００１５】
このトラクタでは、ディーゼルタイプのエンジン１の出力軸３０からの動力は無段変速装置の一例である静油圧式無段変速装置（以下、ＨＳＴと略称する）２とＨＳＴ変速動力をさらに複数段（ここでは高低２段）に変速する副変速装置３２とを介して変速出力軸３１に伝達され、最終的に駆動輪（前輪または後輪あるいはその両方）３を回転させる。さらに、このエンジン１の出力軸３０からの動力はＰＴＯ伝動系４０を経てトラクタに装備された耕耘作業機などの外部作業機４にも伝達される。ＰＴＯ伝動系４０には、ＰＴＯ伝動系４０に
【００１６】
このＨＳＴ２は、よく知られているようにアキシャルプランジャ式に構成された可変容量型の油圧ポンプと油圧モータとを有する。油圧ポンプはエンジン１の出力軸３０によって回転駆動される。油圧ポンプにおける斜板の斜板角度が変更されることで、吐出される圧油の吐出方向および吐出量が変更され、その圧油を受ける油圧モータの出力軸の回転が正転方向（前進）あるいは逆転方向（後進）に無段階で変速される。
【００１７】
図４で示すように、このトラクタにおける油圧回路には、ＨＳＴ油圧回路６１、ＰＴＯ油圧回路６２、作業機油圧回路６４、圧力調整油圧回路６５、パワーステアリング油圧回路６６、さらに図４では省略されているが副変速油圧回路６３が含まれている。
【００１８】
ＨＳＴ２の油圧ポンプや油圧モータはＨＳＴ油圧回路６１に組み込まれており、油圧ポンプの斜板角度はＨＳＴ油圧回路６１の斜板制御油圧機器によって変更される。斜板制御油圧機器は、シリンダや電磁制御弁など油圧機器で構成されている。
ＰＴＯ油圧回路６２は、ＰＴＯクラッチ４１に組み込まれたピストンに作動油を給排することで入り切り操作する。副変速油圧回路６３は、ＰＴＯ油圧回路６２と類似した構成を有し、副変速用クラッチのピストンに作動油を給排することで高低副変速装置３２の高速段または低速段を選択的に作り出す。
【００１９】
作業機油圧回路６４は、ここでは油圧シリンダを動作させるための油圧機器だけしか示されていないが、複数の油圧シリンダや油圧モータなど多くの油圧機器が組み込まれた外部作業機４が装着された場合は、かなり複雑で、大容量の作動油が給排される油圧回路となる。
圧力調整油圧回路６５は、油圧回路における圧力調整を行う回路であり、所定圧を越える油圧の発生に伴ってリリーフ弁が作動し、作動油をタンクに戻すことで油圧回路の油圧を所定圧に維持する。
パワーステアリング油圧回路６６は、ステアリング操作機構のパワーステアリングシリンダやアシスト用油圧モータを操作する。
【００２０】
この油圧回路６０では、ＨＳＴ油圧回路６１を除いて、エンジン１の出力軸３０によって駆動される、油圧ポンプ９１によって油圧供給されている。なお、図４では、２台の油圧ポンプ９１が出力軸３０に連設されている。油圧回路６０で必要とされる油圧の最大必要量に基づいて油圧ポンプ９１の容量が決定されるので、通常の運転時には、油圧ポンプ９１によって油圧回路６０に供給される作動油にはかなりの余剰油圧流が含まれることになる。この余剰油圧流のもつエネルギの少なくとも一部は、油圧流式発電機８によって電力の形で回収される。
【００２１】
上述した各種油圧回路を含む、このトラクタの油圧回路６０に含まれる油圧機器群は、油圧制御手段６によって制御される。また、この油圧制御手段６に制御指令を与えるのは、車両制御コントローラ５Ａや外部作業機制御コントローラ５Ｂである。
【００２２】
〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態では、タンク９０への排出油路毎に油圧流式発電機８が設けられていたが、いくつかあるいは全ての排出油路を統合して、その統合された排出油路に油圧流式発電機８を設ける構成を採用してもよい。
（２）油圧流式発電機８の形態は上述した実施形態で示したもの以外、マイクロ水力発電等に用いられている種々の形態のものを利用することができる。
（３）上述した実施形態では、無段変速装置としてＨＳＴ２を採用していたが、これに代えて、利用可能なＨＭＴ(Hydraulic Mechanical Transmission)などの油圧式変速装置にも、本発明による油圧流発電を適用することができる。
（４）本発明を適用できる油圧作業機械として、車両関係では、トラクタ以外、田植機、コンバイン、芝刈り機、土木・建築作業機、バギーなどのオフロードカーなどが挙げられるが、油圧式クレーンなど定置式の油圧作業機械にも本発明を適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、作動油をタンクに排出する油路を備えた全ての油圧作業機械に適用することができる。
【符号の説明】
【００２４】
６０：油圧回路
７：バッテリ
７０：充放電制御部（充電制御部）
８：油圧流式発電機
８ａ：高圧流発電機
８ｂ：低圧流発電機
８０ａ：ハウジング部
８０ｄ：圧力感応分岐弁
８１：動翼
９：油路（排出油路）
９０：作動油タンク（タンク）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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