JP2011122364A - 作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】作業装置の駆動系統としてエンジン駆動系統と電力駆動系統とを備えた作業車両において、作業装置の電力駆動時にエンジン始動用バッテリがバッテリ上がりを起すことを防止するとともに、エンジン始動用バッテリ及び作業用バッテリの双方を保護する。
【解決手段】本作業車両に搭載される電気回路にあっては、作業装置１０の動力を切り換える動力源切換スイッチ２０によってエンジン（ＰＴＯ）が選択されている時、エンジン始動用バッテリ３１から制御系Ｓ，Ｃ，Ｖに電力を供給するとともに作業用バッテリ３３から前記制御系への電力供給を遮断し、電動が選択されている時、作業用バッテリから前記制御系に電力を供給するとともにエンジン始動用バッテリから前記制御系への電力供給を遮断する。
【選択図】図４

Description

本発明は、作業装置と、その駆動系統としてエンジン駆動系統と電力駆動系統とを備えた作業車両に関する。

よく知られるように、現在、作業車両として様々なものが利用されている。ここで作業車両とは、車両上に作業装置を搭載し、この作業装置により作業（車両の走行を除く）を行う車両である。作業装置としては油圧駆動式が広く利用されている。

油圧駆動式作業装置の油圧ポンプを回転駆動する系統としてエンジン駆動系統と電力駆動系統との双方を備えた方式が特許文献１〜６に記載される。車両走行用エンジンを利用したエンジン駆動系にあっては、車両走行用エンジンから別作業のために動力を取り出すＰＴＯ（Power Take Off）装置が利用される。
特許文献１〜５には、作業装置の油圧ポンプを回転駆動する系統としてエンジン・ＰＴＯ装置系統とバッテリ・電動モータ系統とが記載されている。
特許文献３に記載の発明にあっては、エンジン駆動により動力取出装置（ＰＴＯ装置）を介して油圧ポンプを駆動させ、この油圧ポンプの駆動により塵芥積込装置を作動させ、油圧ポンプが、エンジン駆動とは別に車両に搭載された電動モータの駆動により駆動可能にされ、エンジン駆動と電動モータ駆動とを併用して、若しくはいずれか一方の駆動により油圧ポンプを駆動させるように構成されている。

特許文献６に記載の発明にあっては、電動モータによる作業装置の動作時、電動モータの電圧が低下すると車両用バッテリでエンジンを自動始動させてクランク軸直結式発電機に発電させる。この発電電力により電動モータを駆動させるとともに作業用バッテリを充電する。
特許文献６に記載の発明にあっては、作業装置に備えられる各種の切換バルブに切換え信号を送出する作業装置制御ユニットは車両用バッテリの電力で駆動される。

特開平１０−３７９０４号公報 特開２００３−１４６６００号公報 特開２００５−３２９８７１号公報 特開２００２−１０４７７２号公報 特開平０３−１１２７２７号公報 特開平１０−０８７２９５号公報

しかし、以上の従来技術にあっては次のような問題があった。
エンジン駆動系統と電力駆動系統との双方を備えた従来の作業車両、又はエンジン駆動系統のみを備えた従来の作業車両において、エンジン駆動系統を使用して車両走行用エンジンの駆動により作業装置を駆動する場合、作業装置の制御系はエンジン始動用バッテリから電力供給を受ける。この際この車両走行用エンジンが発電機を回してエンジン始動用バッテリを充電する。したがって、バッテリ上がりのおそれはない。
一方、エンジン駆動系統と電力駆動系統との双方を備えた従来の作業車両において、電力駆動系統を使用して作業装置を駆動する場合、作業装置の制御系はエンジン始動用バッテリから電力供給を受ける。この場合、通常、車両走行用エンジンを稼動させておくと、せっかくの電力駆動による静音性が保てないことから、車両走行用エンジンは停止される。すると、エンジン始動用バッテリは充電されず、放電のみ続行する。したがって、バッテリ上がりのおそれがある。エンジン始動用バッテリが上がれば、車両走行用エンジンを始動することができず、車両の走行及びエンジン駆動系統による作業装置の駆動ができなくなる。
これを解決するため、作業装置の制御系の電源を作業用バッテリに固定すると、エンジン始動用バッテリのバッテリ上がりは回避できるが、作業用バッテリの電力残量がなくなった時に、作業装置をエンジン駆動に切り換えようとしても、作業装置の制御系の電力も不足するのであるから、エンジン駆動系統による作業装置の駆動ができなくなる。
車載されるバッテリを一つとしても上記問題は全く解決されない。
エンジン始動用バッテリと作業用バッテリとを並列等にして両バッテリから作業装置の制御系に電力を供給しても上記問題の解決にはならず、また、異なる種類のバッテリが回路上同時に通電することによるバッテリの劣化等の問題が懸念される。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、作業装置の駆動系統としてエンジン駆動系統と電力駆動系統とを備えた作業車両において、作業装置の電力駆動時にエンジン始動用バッテリがバッテリ上がりを起すことを防止するとともに、エンジン始動用バッテリ及び作業用バッテリの双方を保護することを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、エンジン始動用バッテリと、
前記エンジン始動用バッテリによって始動される車両走行用エンジンと、
作業用バッテリと、
前記車両走行用エンジン又は前記作業用バッテリを動力源として作業力を発揮する作業用アクチュエータ、及び当該作業用アクチュエータを制御する制御系を有する作業装置と、
前記作業用アクチュエータの動力源を前記車両走行用エンジンと前記作業用バッテリとのいずれかに切り換える動力源切換手段と、
前記動力源切換手段によって前記車両走行用エンジンが選択されている時、前記エンジン始動用バッテリから前記制御系に電力を供給するとともに前記作業用バッテリから前記制御系への電力供給を遮断し、前記動力源切換手段によって前記作業用バッテリが選択されている時、前記作業用バッテリから前記制御系に電力を供給するとともに前記エンジン始動用バッテリから前記制御系への電力供給を遮断する電気回路とを備える作業車両である。

請求項２記載の発明は、コンバータを備え、
前記エンジン始動用バッテリの出力電圧と前記作業用バッテリの出力電圧とが異なり、
前記制御系の入力電圧は前記エンジン始動用バッテリ及び前記作業用バッテリのいずれか一方の出力電圧に適合され、他方の出力電力を前記コンバータが前記制御系の入力電圧に適合する電圧に変換して前記制御系に出力する請求項１に記載の作業車両である。

本発明によれば、作業用アクチュエータの動力源として車両走行用エンジンが選択されている時、エンジン始動用バッテリから作業装置の制御系に電力を供給するとともに作業用バッテリから当該制御系への電力供給を遮断する一方、作業用アクチュエータの動力源として作業用バッテリが選択されている時、作業用バッテリから当該制御系に電力を供給するとともにエンジン始動用バッテリから当該制御系への電力供給を遮断する。
したがって、作業装置の電力駆動時にエンジン始動用バッテリは作業用に使用されないからエンジン始動用バッテリがバッテリ上がりを起すことを防止することができるという効果がある。
また、エンジン始動用バッテリ及び作業用バッテリが回路上同時に通電することがないから、エンジン始動用バッテリ及び作業用バッテリの双方を保護することができるという効果がある。

本発明の一実施形態に係る作業車両の駆動系統及び作業装置内構成を示す構成ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る電気回路図である。 本発明の一実施形態に係る電気回路図であり、作業装置をＰＴＯ装置を介してエンジンで駆動する時の通電状態を示す。 本発明の一実施形態に係る電気回路図であり、作業装置を電動モータで駆動する時の通電状態を示す。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

図１に示すように本実施形態の作業車両は、エンジン始動用の２４Ｖバッテリ３１と、車両走行用エンジン３２と、作業用の３６Ｖバッテリ３３と、モータ制御用コントローラＡと、電動モータＭと、ＰＴＯ装置３４と、油圧ポンプＰと、発電機３５と、作業装置１０とを備える。
２４Ｖバッテリ３１は、車両一般に使用される鉛バッテリで、エンジン３２の始動のほか、制御機器、表示機器等の車両走行のために必要となる電気機器に電源を供給する走行用バッテリである。一般的にそうであるように２４Ｖバッテリ３１はエンジン３２で駆動される発電機３５により充電される。
３６Ｖバッテリ３３は、例えば、リチウムイオンポリマー電池であり、外部電源により充電される。３６Ｖバッテリ３３は、充電されたものと交換されるか、車載状態で充電される。
電動モータＭは３６Ｖバッテリ３３を電源としてモータ制御用コントローラＡにより制御されて動作する。

本実施形態において作業装置１０は油圧駆動式である。
ＰＴＯ装置３４によりエンジン３２の動力が取り出され、油圧ポンプＰが回転駆動されるか、又は、電動モータＭにより油圧ポンプＰが回転駆動される。油圧ポンプＰが作業装置１０に作動油を圧送する。

作業装置１０は、作業力を発揮する作業用アクチュエータ１１及び当該作業用アクチュエータ１１を制御する制御系Ｓ，Ｃ，Ｖを有する。
本実施形態において作業用アクチュエータ１１は、油圧シリンダ、油圧モータ等の油圧アクチュエータである。
作業用アクチュエータ１１は、作業機構１２を動作させて作業を行う。作業機構１２は、例えば塵芥積込作業を行うために塵芥を掻き込んだり押し込んだりする可動パネル機構であり、この場合、作業用アクチュエータ１１が可動パネルを動作させる。その他、クレーンや、パワーショベル等の機構でも良い。

作業装置１０の制御系Ｓは、スイッチ・センサ類であり、制御系Ｃは、油圧バルブ制御用コントローラＣである。制御系Ｖは油圧バルブＶである。制御系Ｓは、作業機構１２に付設され、作業機構１２の動作状態を検出するスイッチ・センサ類のほか、作業装置１０の作業開始ボタンや停止ボタンなどの作業者に操作に委ねられるスイッチ・センサ類が含まれる。
制御系Ｃの油圧バルブ制御用コントローラは、制御系Ｓのスイッチ・センサ類の検出値に基づき、制御プログラムに基づき演算して制御系Ｖの油圧バルブに動作指令を出し油圧バルブを開閉動作させることにより、作業用アクチュエータ１１に対する作動油の圧送・停止を制御して、その結果、作業機構の動作を制御する。

図２の電気回路図に示すように、上述の２４Ｖバッテリ３１、３６Ｖバッテリ３３、モータＭ、モータ制御用コントローラＡ、制御系Ｓ，Ｃ，Ｖが組み込まれる本実施形態の電気回路には、さらに動力源切換手段を構成する電動・ＰＴＯ切換スイッチ２０と、エンジンキースイッチ２１と、ＰＴＯスイッチ２２と、ＤＣ-ＤＣコンバータ２３と、第１パワーリレー２４と、第２パワーリレー２５とを備える。電動・ＰＴＯ切換スイッチ２０とエンジンキースイッチ２１とＰＴＯスイッチ２２は作業者によって切換操作されるスイッチである。
制御系Ｓ，Ｃ，Ｖはその入力電圧を２４Ｖバッテリ３１の出力電圧である２４Ｖに適合して構成される。

以上の構成において、作業用アクチュエータ１１の動力源をエンジン３２として作業装置を動作させる場合には、図３に示すようにエンジンキースイッチ２１及びＰＴＯスイッチ２２をＯＮにするとともに、電動・ＰＴＯ切換スイッチ２０をＰＴＯ側に倒す。
すると、電動・ＰＴＯ切換スイッチ２０の接点５が接点４に接続する。
これにより図３に示すように２４Ｖバッテリ３１の電圧がエンジンキースイッチ２１及びＰＴＯスイッチ２２を経由して第１パワーリレー２４に印加し、第１パワーリレー２４がＯＮとなる。第２パワーリレー２５はＯＦＦである。
第１パワーリレー２４がＯＮとなったことで、２４Ｖバッテリ３１の電圧がエンジンキースイッチ２１、接点４−接点５及び第１パワーリレー２４を経由して制御系Ｓ，Ｃ，Ｖに印加される。その結果、図３に太線で示す部分が通電部分となる。
また、エンジンキースイッチ２１及びＰＴＯスイッチ２２がＯＮとされたことでエンジン３２は始動し、エンジン３２の動力によりＰＴＯ装置３４を介して油圧ポンプＰが駆動される。
以上により、２４Ｖバッテリ３１から制御系Ｓ，Ｃ，Ｖに電力が供給される。すなわち、動力源切換手段によって作業用アクチュエータ１１の動力源として車両走行用エンジン３２が選択されている時、エンジン始動用バッテリ３１から制御系Ｓ，Ｃ，Ｖに電力を供給する。
この際、電動・ＰＴＯ切換スイッチ２０の接点２と接点３は非接続状態にあるため、３６Ｖバッテリ３３は回路上切断されている。すなわち、作業用バッテリ３３から制御系Ｓ，Ｃ，Ｖへの電力供給は遮断される。また、ＰＴＯ切換スイッチ２０の接点２と接点３が非接続状態にあるため、モータ制御用コントローラＡへの通電はなくモータＭは駆動を停止する。

一方、作業用アクチュエータ１１の動力源を３６Ｖバッテリ３３として作業装置を動作させる場合には、図４に示すように電動・ＰＴＯ切換スイッチ２０を電動側に倒す。エンジンキースイッチ２１及びＰＴＯスイッチ２２はＯＦＦにする。
すると、電動・ＰＴＯ切換スイッチ２０の接点２が接点３に接続し、接点５が接点６に接続する。
これにより図４に示すように３６Ｖバッテリ３３の電圧が接点２−接点３を経由してモータ制御用コントローラＡ及びＤＣ-ＤＣコンバータ２３に印加する。電動モータＭは動作可能となり、ＤＣ-ＤＣコンバータ２３は、入力電圧３６Ｖを２４Ｖに変換して出力する。
ＤＣ-ＤＣコンバータ２３の２４Ｖの出力電圧は、第２パワーリレー２５に印加して第２パワーリレー２５がＯＮとなる。第１パワーリレー２４はＯＦＦである。
第２パワーリレー２５がＯＮとなったことで、ＤＣ-ＤＣコンバータ２３の２４Ｖの出力電圧が接点６−接点５及び第２パワーリレー２５を経由して制御系Ｓ，Ｃ，Ｖに印加される。その結果、図４に太線で示す部分が通電部分となる。
以上により、３６Ｖバッテリ３３からＤＣ-ＤＣコンバータ２３で２４Ｖに変換されて制御系Ｓ，Ｃ，Ｖに電力が供給される。すなわち、動力源切換手段によって作業用アクチュエータ１１の動力源として作業用バッテリ３３が選択されている時、作業用バッテリ３３から制御系Ｓ，Ｃ，Ｖに電力を供給する。
ＰＴＯ切換スイッチ２０の接点４と接点５が非接続状態にあるため、２４Ｖバッテリ３１は回路上切断されている。すなわち、エンジン始動用バッテリ３１から制御系Ｓ，Ｃ，Ｖへの電力供給は遮断される。
本回路によれば、電動・ＰＴＯ切換スイッチ２０を電動側にスイッチしている時、エンジンキースイッチ２１、ＰＴＯスイッチ２２はＯＮ操作されても導通することはなく安全である。

以上説明した本実施形態の作業車両によれば、作業装置１０の電力駆動時にエンジン始動用バッテリ３１は作業用に使用されないからエンジン始動用バッテリ３１がバッテリ上がりを起すことを防止することができる。
また、エンジン始動用バッテリ３１及び作業用バッテリ３３が回路上同時に通電することがないから、エンジン始動用バッテリ３１及び作業用バッテリ３３の双方を保護することができる。

以上の実施形態においては、制御系Ｓ，Ｃ，Ｖの入力電圧はエンジン始動用バッテリ３１の出力電圧に適合され、作業用バッテリ３３の出力電力をコンバータ２３が制御系Ｓ，Ｃ，Ｖの入力電圧に適合する電圧に変換して制御系Ｓ，Ｃ，Ｖに出力した。
これに拘わらず、制御系Ｓ，Ｃ，Ｖの入力電圧を作業用バッテリ３３の出力電圧に適合させ、エンジン始動用バッテリ３１の出力電力をコンバータが制御系Ｓ，Ｃ，Ｖの入力電圧に適合する電圧に変換して制御系Ｓ，Ｃ，Ｖに出力する構成としてもよい。
また以上の実施形態においては、車両走行用エンジンの出力電圧と作業用バッテリの定格出力が異なっていたが、定格出力が同じ場合でも、バッテリの残量により出力電圧は変化するから、本発明を適用して両バッテリを選択的に使用することが有効である。
また以上の実施形態においては作業装置を油圧駆動式としたが、作業装置は油圧駆動式に限られず、例えば、作業用アクチュエータを電動モータ等の電動アクチュエータとし、作業用バッテリの出力と、車両走行用エンジンにより駆動される発電機の出力とを選択して電動アクチュエータの動力源とする電動式とすることもでき、この場合でも、本発明を適用して作業用バッテリとエンジン始動用バッテリとを選択的に使用することが有効である。

１０ 作業装置
１１ 作業用アクチュエータ
１２ 作業機構
２０ 電動・ＰＴＯ切換スイッチ
２１ エンジンキースイッチ
２２ ＰＴＯスイッチ
２３ ＤＣ-ＤＣコンバータ
２４ 第１パワーリレー
２５ 第２パワーリレー
３１ エンジン始動用バッテリ
３２ 車両走行用エンジン
３３ 作業用バッテリ
３４ ＰＴＯ装置
３５ 発電機
Ａ モータ制御用コントローラ
Ｃ 油圧バルブ制御用コントローラ
Ｍ 電動モータ
Ｐ 油圧ポンプ
Ｓ スイッチ・センサ類
Ｖ 油圧バルブ

Claims (2)

1. エンジン始動用バッテリと、
   前記エンジン始動用バッテリによって始動される車両走行用エンジンと、
   作業用バッテリと、
   前記車両走行用エンジン又は前記作業用バッテリを動力源として作業力を発揮する作業用アクチュエータ、及び当該作業用アクチュエータを制御する制御系を有する作業装置と、
   前記作業用アクチュエータの動力源を前記車両走行用エンジンと前記作業用バッテリとのいずれかに切り換える動力源切換手段と、
   前記動力源切換手段によって前記車両走行用エンジンが選択されている時、前記エンジン始動用バッテリから前記制御系に電力を供給するとともに前記作業用バッテリから前記制御系への電力供給を遮断し、前記動力源切換手段によって前記作業用バッテリが選択されている時、前記作業用バッテリから前記制御系に電力を供給するとともに前記エンジン始動用バッテリから前記制御系への電力供給を遮断する電気回路とを備える作業車両。
2. コンバータを備え、
   前記エンジン始動用バッテリの出力電圧と前記作業用バッテリの出力電圧とが異なり、
   前記制御系の入力電圧は前記エンジン始動用バッテリ及び前記作業用バッテリのいずれか一方の出力電圧に適合され、他方の出力電力を前記コンバータが前記制御系の入力電圧に適合する電圧に変換して前記制御系に出力する請求項１に記載の作業車両。

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