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JP4864778B2 - トンネル用作業車両 - Google Patents

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Description

本発明は、トンネル内での作業に用いられるトンネル用作業車両に関する。
この種のトンネル用作業車両では、坑内の空気を汚染しないように、動力源として電動モータで作業するものが採用されている。その多くは、バッテリのみによる駆動や、ケーブルリールを介して外部から供給された電源によって駆動する外部電源駆動である。これにより、主要作業時には、電動モータのみを動力源として、坑内の空気の汚染を防止している。
しかし、例えば換気が十分になされる条件下での作業や、比較的に作業時間が短い補助的な作業（例えば自車両の走行時など）には、車載されたディーゼルエンジン等のエンジン（内燃機関）を動力源として使用することは合理的な場合がある。
そこで、例えば特許文献１に記載の技術では、エンジン（内燃機関）および電動モータのそれぞれによって負荷を駆動可能な、いわゆるハイブリッド方式を備える建設機械用モータが提案されている。なお、同文献に記載の建設機械用モータは、回生エネルギー制御等に係る構成は特に有しない。
特表平８−５０３２７６号公報
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、建設機械用モータを電動モータで動作させる場合に、例えばバッテリのみで駆動するときには、バッテリが放電しきれば停止してしまうし、また、例えば外部電源駆動のときには、ケーブルがとどく限られた範囲内のみでの作業となり、外部からの電源の取得が困難な状況での使用においては使用範囲に制限がある。なお、必要な電源を確保するために、発電機を別途に用意したり、あるいは、外部電源を供給可能な範囲を拡大したりすることも考えられるものの、このような方法では、その分の費用が嵩むことになる。
また、建設機械用モータをディーゼルエンジンで動作させる場合には、上述のように、例えば換気が十分になされる条件下での作業や、比較的に作業時間が短い補助的な作業（例えば自車両の走行時など）等、内燃機関を使用しても差し支えのない環境に使用範囲が制限されてしまう。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、坑内の空気の汚染を防止または抑制するとともに、使用範囲を拡大し得るトンネル用作業車両を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本発明は、トンネル内での作業に用いられ、油圧ポンプと、その油圧ポンプからの圧油で駆動する走行用の油圧モータとを備える作業車両であって、前記油圧ポンプを駆動可能な電動モータおよび発電機を兼ねる電動機と、その電動機との間で電気エネルギーを受け渡しするバッテリと、前記電動機に、クラッチを介して動力伝達を断続可能に接続されたエンジンとを備えていることを特徴としている。なお、バッテリには大容量のものを採用することは好ましい。また、エンジン（内燃機関）には、ディーゼルエンジンを好適に採用することができる。
本発明に係るトンネル用作業車両によれば、油圧ポンプと、その油圧ポンプからの圧油で駆動する走行用の油圧モータと、前記油圧ポンプを駆動可能な電動モータおよび発電機を兼ねる電動機と、その電動機との間で電気エネルギーを受け渡しするバッテリとを備えているので、バッテリから供給された電力で電動機を電動モータとして動作させて油圧ポンプを駆動して走行することができる（第一の走行状態という）。したがって、第一の走行状態では、バッテリから供給された電力で電動機を電動モータとして駆動して走行するので、坑内の空気の汚染を防止または抑制しつつ必要な作業を行うことができる。
また、本発明に係るトンネル用作業車両によれば、電動モータおよび発電機を兼ねる電動機は、エンジンに、クラッチを介して動力伝達を断続可能に接続されているので、エンジンを運転し且つクラッチを接続することで電動機を介して油圧ポンプを駆動して走行することができる（第二の走行状態という）。さらに、エンジンを運転し、電動機を発電機とした状態でバッテリを充電することも可能である。したがって、第二の走行状態では、エンジンを動力源として使用するものの、例えば外部からの電源の取得が困難な状況での使用も可能である。そして、電動機を発電機とした状態とすればバッテリを充電することができるため、電源が無い場所での放電に備えた再充電も可能である。したがって、その活動範囲をより広域なものとすることができる。そして、一つの電動機を電動モータ兼発電機として用いることができるので、電動モータと発電機とを別個に搭載する場合に比べて、コストを低減することが可能である。
ここで、本発明に係るトンネル用作業車両において、前記油圧ポンプの圧油が給排される油圧回路は、アンロード手段を備え、当該アンロード手段は、前記エンジンを運転し且つ前記クラッチを接続するとともに前記電動機を発電機として動作させた状態のときにアンロード作動可能に構成されていることは好ましい。このような構成であれば、走行が不要なときに、上記第二の走行状態とした上で、更にアンロード手段を作動させることによって、油圧ポンプからの圧油をアンロードした非走行状態でバッテリに充電することができる。したがって、発電中の動力のロスを抑制し、充電の効率を向上させることができる。
また、本発明に係るトンネル用作業車両において、外部電源を前記バッテリおよび電動機に供給可能なケーブルリールを更に有することは好ましい。このような構成であれば、外部電源をバッテリおよび電動機の両方に給電できるため、例えば電動機を電動モータとして動作させた第一の走行状態で走行しつつ、バッテリへの充電が可能である。したがって、その活動範囲をより一層広域なものとする上で好適である。
上述のように、本発明によれば、坑内の空気の汚染を防止または抑制するとともに、使用範囲を拡大し得るトンネル用作業車両を提供することができる。
以下、本発明に係るトンネル用作業車両の一実施形態であるドリルジャンボの走行系統について、図１および図２を適宜参照しつつ説明する。なお、以下説明する走行系統以外の構成については周知のドリルジャンボと同様なため、その説明は省略する。
図１に示すように、このドリルジャンボ１は、走行用の車輪９を備えた台車２内の後部中央に、エンジン（内燃機関）としてディーゼルエンジン７を備えている。そして、このディーゼルエンジン７には、その出力軸に、動力伝達を断続可能なクラッチ６を介して電動機５が接続されている。ここで、この電動機５の動力伝達軸は、その軸端が自身の両側に張り出すとともに各軸端に負荷をそれぞれ接続可能になっており、その動力伝達軸の一端にディーゼルエンジン７が接続されており、他端には、同図に示すように、油圧ポンプ３が接続されている。さらに、この油圧ポンプ３は、台車２内の中央に配置されている油圧モータ４に油圧回路３０を介して接続されており、この油圧モータ４は、油圧ポンプ３からの圧油で駆動し、ドリルジャンボ１を走行可能になっている。
さらに、このドリルジャンボ１は、図１に示すように、台車２内の後部右側に、大容量のバッテリ８を備えている。この大容量のバッテリ８は、図２に走行系統のブロック図を示すように、ディーゼルエンジン７用のバッテリ７ａとは別個に設けられたバッテリであり、上記の電動機５との間で電気エネルギーを受け渡し可能に接続されている。つまり、この電動機５は、電動モータおよび発電機を兼ねており、発電機として動作する際には、ディーゼルエンジン７の回転が電動機５のロータ（不図示）に伝えられ、電動機５のステータコイル（不図示）に所定電流を発生する。そして、電動機５による交流発電は、不図示のインバータにより直流に変換された後にバッテリ８に導かれ、バッテリ８を充電する。また、電動モータとして動作する際には、バッテリ８からの電流が不図示のインバータにて所定電流に変換され、その変換された後の電流が電動機５に供給されることで、要求に対応した回転数およびトルクにて電動機５のロータを回転させるようになっている。
また、このドリルジャンボ１は、図１に示すように、台車２の後部左側に、ケーブルリール２２を有している。このケーブルリール２２は、図２に示すように、上記バッテリ８および電動機５それぞれに対し、外部電源２４を供給可能に接続されるようになっている。また、このドリルジャンボ１は、同図に示すように、油圧ポンプ３の圧油が給排される油圧回路３０に、アンロード手段としてアンロード弁３１を備えている。そして、このアンロード弁３１は、ディーゼルエンジン７を運転し且つクラッチ６を接続するとともに電動機５を発電機として動作させた状態のときに、油圧ポンプ３の圧油をアンロードするアンロード作動可能に構成されている。なお、図２では図示を省略しているが、各装置間には、制御用ないし駆動用の電気回路が介在しており、制御用の回路は、不図示の制御部に接続され、各装置および制御部相互は、必要な信号の授受が可能になっており、また、駆動用の電気回路は、各装置のアクチュエータ等に必要な電力の供給が可能に構成されている。
次に、このドリルジャンボ１の走行系統の動作、およびその作用・効果について図３〜図７を適宜参照しつつ説明する。
上述したように、このドリルジャンボ１は、油圧ポンプ３と、その油圧ポンプ３からの圧油で駆動する走行用の油圧モータ４とを備えており、さらに、油圧ポンプ３を駆動可能な電動モータおよび発電機を兼ねる電動機５と、その電動機５との間で電気エネルギーを受け渡しする大容量のバッテリ８と、電動機５に、動力伝達を断続可能なクラッチ６を介して接続されたディーゼルエンジン７とを備えているので、例えば図３に示すように、ディーゼルエンジン７を停止し且つクラッチ６を分離し、さらに、大容量のバッテリ８によって電動機５に電力を供給することによって電動機５を電動モータとして動作させ、その電動機５で油圧ポンプ３を駆動して必要な圧油を油圧モータ４に供給することによって油圧モータ４で走行することができる（第一の走行状態）。したがって、この第一の走行状態では、大容量のバッテリ８から供給された電力で電動機５を電動モータとして動作させて走行するので、坑内の空気の汚染を防止または抑制しつつ必要な作業を行うことができる。
また、このドリルジャンボ１によれば、例えば図４に示すように、ディーゼルエンジン７を運転し且つクラッチ６を接続するとともに電動機５の動力伝達軸を介して油圧ポンプ３を駆動して必要な圧油を油圧モータ４に供給することによって油圧モータ４で走行することができる（第二の走行状態）。なお、この第二の走行状態の際には、電動機５内の回転子は回転しているが、発電は行わずディーゼルエンジン７の動力のロスとならないようになっている。
さらに、このドリルジャンボ１によれば、電動機５の動力伝達軸は、その軸端が自身の両側に張り出すとともに各軸端に負荷をそれぞれ接続可能になっており、その動力伝達軸の一端にディーゼルエンジン７が接続され、他端に油圧ポンプ３が接続されているので、ディーゼルエンジン７、電動機５および油圧ポンプ３を直列に接続可能であり、一つの電動機５を電動モータ兼発電機として用いる構成を、コンパクトに装備することを可能としている。
また、このドリルジャンボ１によれば、油圧ポンプ３の圧油が給排される油圧回路３０は、アンロード手段としてアンロード弁３１を備えており、このアンロード弁３１は、ディーゼルエンジン７を運転し且つクラッチ６を接続するとともに電動機５を発電機として動作させた状態のときにアンロード作動可能に構成されているので、走行が不要なときに、図５に示すように、上記第二の走行状態とした上で、更にアンロード弁３１を作動させることによって、油圧ポンプ３からの圧油をアンロードした非走行状態でバッテリ８に充電することができる。したがって、発電中の動力のロスを抑制し、充電の効率を向上させることができる。
また、このドリルジャンボ１によれば、外部電源２４をバッテリ８および電動機５に供給可能なケーブルリール２２を有するので、例えば図６に示すように、外部電源２４からの電力を電動機５に直に供給しつつ、電動機５を電動モータとした第一の走行状態で走行可能である。あるいは、例えば図７に示すように、外部電源２４によってバッテリ８を充電することもできる。したがって、その活動範囲をより一層広域なものとすることができる。
以上説明したように、このドリルジャンボ１によれば、坑内の空気の汚染を防止または抑制するとともに、使用範囲を拡大することができる。
なお、本発明に係るトンネル用作業車両は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、本発明に係るトンネル用作業車両として、ドリルジャンボを例に説明したが、これに限定されず、本発明に係るトンネル用作業車両としては、例えば、コンクリート吹付機、支保工エレクター、ローディングショベル、ロードヘッダ、ブームヘッダ、シャフトローダ、または高所作業車等にも適用可能である。
また、例えば、上記実施形態では、ケーブルリール２２は、外部電源２４をバッテリ８および電動機５に供給可能に装備されている例で説明したが、これに限定されず、ケーブルリール２２を装備しない構成であってもよい。また、ケーブルリール２２を装備する場合において、外部電源２４をバッテリ８または電動機５のいずれか一方に供給可能に装備されているものであってもよい。しかし、トンネル用作業車両の活動範囲をより一層広域なものとする上では、ケーブルリール２２を装備し、外部電源２４をバッテリ８および電動機５に供給可能になっていることは好ましい。
また、例えば、上記実施形態では、油圧ポンプ３の圧油が給排される油圧回路３０は、アンロード手段としてアンロード弁３１を備える例で説明したが、これに限定されず、アンロード手段を有しない構成としてもよい。しかし、ディーゼルエンジン７を運転しつつも、走行が不要なときに、発電中の動力のロスを抑制し、充電の効率を向上させる上では、上記例示したように、アンロード手段を有する構成とすることは好ましい。また、アンロード手段としてアンロード弁３１を備える例で説明したが、アンロード手段は、これに限らず、例えば油圧ポンプ３の作動油吐出量を無くしたり、油圧回路の圧力を無くしたりすることが可能な構成であれば、種々の機構を採用可能である。
本発明に係るトンネル用作業車両の一実施形態であるドリルジャンボの概略説明図であり、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）はその正面図である。 走行系統の構成を説明するブロック図である。 走行系統の動作を説明するブロック図である。 走行系統の動作を説明するブロック図である。 走行系統の動作を説明するブロック図である。 走行系統の動作を説明するブロック図である。 走行系統の動作を説明するブロック図である。
符号の説明
１ ドリルジャンボ（トンネル用作業車両）
２ 台車
３ 油圧ポンプ
４ 油圧モータ
５ 電動機
６ クラッチ
７ ディーゼルエンジン（エンジン）
８ バッテリ
９ 車輪
２２ ケーブルリール
２４ 外部電源
３０ 油圧回路
３１ アンロード弁（アンロード手段）

Claims (2)

  1. トンネル内での作業に用いられ、油圧ポンプと、その油圧ポンプからの圧油で駆動する走行用の油圧モータとを備える作業車両であって、
    前記油圧ポンプを駆動可能な電動モータおよび発電機を兼ねる電動機と、その電動機との間で電気エネルギーを受け渡しするバッテリと、前記電動機に、クラッチを介して動力伝達を断続可能に接続されたエンジンとを備え、
    前記油圧ポンプの圧油が給排される油圧回路は、アンロード手段を備え、当該アンロード手段は、前記エンジンを運転し且つ前記クラッチを接続するとともに前記電動機を発電機として動作させた状態のときにアンロード作動可能に構成されていることを特徴とするトンネル用作業車両。
  2. 外部電源を前記バッテリおよび電動機に供給可能なケーブルリールを更に有することを特徴とする請求項１に記載のトンネル用作業車両。
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