特許 6065748 ハイブリッド型産業車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6065748

(24)【登録日】2017年1月6日

(45)【発行日】2017年1月25日

(54)【発明の名称】ハイブリッド型産業車両

(51)【国際特許分類】

   F02N 15/06 20060101AFI20170116BHJP

   F02N 15/02 20060101ALI20170116BHJP

   F02N 11/00 20060101ALI20170116BHJP

   F02N 11/04 20060101ALI20170116BHJP

【ＦＩ】

   F02N15/06 D

   F02N15/02 A

   F02N11/00 H

   F02N11/00 V

   F02N11/04 D

【請求項の数】7

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2013-111411(P2013-111411)

(22)【出願日】2013年5月28日

(65)【公開番号】特開2014-231741(P2014-231741A)

(43)【公開日】2014年12月11日

【審査請求日】2016年3月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(72)【発明者】

【氏名】松久 朋弘

【審査官】 石川 貴志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２１０８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０７８５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１１４７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２９０９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５９−０１４９３１（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｎ １１／００

Ｆ０２Ｎ １５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃エンジンと、
前記内燃エンジンと同軸上に連結して設けた発電電動機と、
前記発電電動機と同軸上に連結して設けたリングギヤと、
前記リングギヤと接続され、前記内燃エンジンを始動させるスタータと、を備えたハイブリッド型産業車両において、
前記スタータは、前記リングギヤへ向けて進退し、前記リングギヤと連結する可動部を備え、
前記可動部は前進時に帯磁されることを特徴とするハイブリッド型産業車両。

【請求項2】

前記可動部は後退時に消磁されることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド型産業車両。

【請求項3】

前記可動部は、前記リングギヤと噛合する駆動ギヤを備え、
前記駆動ギヤは前進時に帯磁されることを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッド型産業車両。

【請求項4】

前記スタータの下方に鉄粉の回収容器を設置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のハイブリッド型産業車両。

【請求項5】

前記発電電動機はロータおよびステータを収容するハウジングを備え、
前記スタータは前記ハウジングに取り付けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のハイブリッド型産業車両。

【請求項6】

前記可動部は、後退時に消磁されたとき回転することを特徴とする請求項２記載のハイブリッド型産業車両。

【請求項7】

前記可動部の後退時に、前記可動部の鉄粉を除去する鉄粉除去手段を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載のハイブリッド型産業車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、エンジンと発電電動機とが同軸上で連結されたハイブリッド型産業車両に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のハイブリッド型産業車両では、エンジンと発電電動機が同軸上で連結されている場合がある。
この種のハイブリッド型産業車両はエンジンの始動時にクランキングを行うスタータを備えている。
発電電動機にはクランキングのためのリングギヤが設けられており、スタータはクランキング時においてリングギヤと噛合する駆動ギヤを備えている。
エンジン始動時には、スタータの駆動ギヤがリングギヤへ向けて前進してリングギヤと噛合し、次いで、リングギヤを回転させてクランキングを行う。
クランキングによりエンジンが始動されると、駆動ギヤは後退してリングギヤとの噛合を解除する。

【0003】

ハイブリッド型産業車両に関連する従来技術としては、例えば、特許文献１に開示されているスタータを挙げることができる。
特許文献１に開示されているスタータは、モータの回転力がクラッチを介して伝達される駆動ギヤを有し、この駆動ギヤが、エンジンのクランク軸に設けられたクランクギヤに常時噛み合わされている。
また、潤滑を要するクラッチの近傍には、磁石が配設されており、この磁石は、例えば、クラッチに近接して配置される減速ギヤ、あるいはフロントハウジングのフランジ部等に取り付けられる。
これにより、磁石がエンジンオイル内に混在する鉄粉を吸着して集積することで、クラッチや軸受部等の潤滑を要する部位の内部へ鉄粉が侵入することを抑制でき、安定したクラッチ機能及び軸受動作を長期に渡り維持できるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−１６１７５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来のハイブリッド型産業車両では、スタータの駆動ギヤがリングギヤへ向けて前進してリングギヤと噛合した際に生じる鉄粉が滞留し、ロータに設けられた永久磁石の影響等により発電電動機内へ進入するおそれがある。
また、特許文献１に開示されているスタータは、エンジンオイル内に混在する鉄粉を吸着して集積するに過ぎず、リングギヤと噛合した際に生じる鉄粉が滞留し、発電電動機内へ進入するという問題を解決することはできない。

【0006】

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、スタータとリングギヤとの連結により生じる鉄粉の滞留を防止することができるハイブリッド型産業車両の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するために、本発明は、内燃エンジンと、前記内燃エンジンと同軸上に連結して設けた発電電動機と、前記発電電動機と同軸上に連結して設けたリングギヤと、前記リングギヤと接続され、前記内燃エンジンを始動させるスタータと、を備えたハイブリッド型産業車両において、前記スタータは、前記リングギヤへ向けて進退し、前記リングギヤと連結する可動部を備え、前記可動部は前進時に帯磁されることを特徴とする。

【0008】

本発明によれば、内燃エンジンの始動時にスタータの可動部が前進してリングギヤに連結され、可動部がリングギヤを駆動してクランキングが行われるが、可動部は帯磁される。
可動部とリングギヤとの連結によって生じた鉄粉は、生じた瞬間に帯磁された可動部に吸着されるからリングギヤに滞留することはない。
従って、発電電動機内への鉄粉の進入を防止することができる。

【0009】

また、上記のハイブリッド型産業車両において、前記可動部は後退時に消磁される構成としてもよい。
この場合、可動部が後退した時に消磁されるから、リングギヤと離れた位置において鉄粉を可動部から取り除くことができる。

【0010】

また、上記のハイブリッド型産業車両において、前記可動部は、前記リングギヤと噛合する駆動ギヤを備え、前記駆動ギヤは前進時に帯磁される構成としてもよい。
この場合、リングギヤと噛合う駆動ギヤが帯磁されるため、駆動ギヤとリングギヤとの噛合によって生じた鉄粉を確実に吸着することができる。

【0011】

また、上記のハイブリッド型産業車両において、前記スタータの下方に鉄粉の回収容器を設置した構成としてもよい。
この場合、可動部から取り除かれる鉄粉を回収箱に回収することができる。

【0012】

また、上記のハイブリッド型産業車両において、前記発電電動機はロータおよびステータを収容するハウジングを備え、前記スタータは前記ハウジングに取り付けられている構成としてもよい。
この場合、スタータが発電電動機のハウジングに取り付けられているから、可動部とリングギヤとの連結によって生じた鉄粉はハウジングの内部に進入することはない。

【0013】

また、上記のハイブリッド型産業車両において、前記可動部は、後退時に消磁されたとき回転する構成としてもよい。
この場合、可動部の消磁と可動部の回転時に生じる空気流により、可動部とリングギヤとの連結によって生じた鉄粉を可動部から取り除き易くすることができる。

【0014】

また、上記のハイブリッド型産業車両において、前記可動部の後退時に、前記可動部の鉄粉を除去する鉄粉除去手段を備えた構成としてもよい。
この場合、鉄粉除去手段が可動部の鉄粉を除去するから、可動部から鉄粉を確実に取り除くことができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、スタータとリングギヤとの連結により生じる鉄粉の滞留を防止することができるハイブリッド型産業車両を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１の実施形態に係るハイブリッド型フォークリフトを示す平面図である。

【図2】第１の実施形態に係るハイブリッド型フォークリフトの要部を示す概略正面図である。

【図3】発電電動機およびスタータを示す要部の縦断面図である。

【図4】リングギヤを回転軸の軸方向から見た要部の側面図である。

【図5】（ａ）はスタータの作動直前の状態を示す説明図であり、（ｂ）は駆動ギヤがリングギヤに噛合している状態を示す説明図であり、（ｃ）は消磁された駆動軸および駆動ギヤが原位置で遊転する状態を示す説明図である。

【図6】第２の実施形態に係るハイブリッド型フォークリフトにおけるスタータを示す要部の縦断面図である。

【図7】（ａ）はエアーノズルを備えたスタータの要部を示す縦断面図であり、（ｂ）はブラシを備えたスタータの要部を示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係るハイブリッド型産業車両について図面を参照して説明する。
なお、本実施形態は、本発明をハイブリッド型産業車両としてのハイブリッド型フォークリフトに適用した例である。

【0018】

図１に示すハイブリッド型フォークリフト（以下、単に「フォークリフト」と表記する。）は、車体１１の前部に荷役手段としての荷役装置１２を備えている。
車体１１の前部には前輪としての駆動輪（図示せず）が設けられ、車体１１の後部には後輪としての操舵輪（図示せず）が設けられている。
車体１１には、走行駆動力を生じる走行用の電動モータ１５が設けられている。
電動モータ１５と駆動輪との間には、走行用の電動モータ１５の走行駆動力は駆動輪へ伝達する動力伝達機構（図示せず）が設けられている。
車体１１の中央付近には運転席１６が設けられており、車体１１における運転席１６の下方には、内燃エンジン１７、発電電動機１８および荷役ポンプ１９が収容されている。
また、車体１１には発電電動機１８により発電される電力を蓄電するバッテリ（図示せず）を搭載している。

【0019】

図２に示すように、発電電動機１８は内燃エンジン１７に連結されて、荷役ポンプ１９は発電電動機１８と連結されている。
図３に示すように、発電電動機１８は、ステータ２０およびロータ２１を収容するハウジング２２を備えている。
ステータ２０はステータコア（図示せず）とステータコイル（図示せず）を有し、ロータ２１はロータコア（図示せず）を備え、ロータコアには永久磁石（図示せず）が埋め込まれている。
ロータ２１には回転軸２３が設けられており、回転軸２３は内燃エンジン１７が備えるクランク軸（図示せず）と連結されている。
荷役ポンプ１９は発電電動機１８の回転軸２３に連結されている。
図２、図３では、内燃エンジン１７のクランク軸および発電電動機１８の回転軸２３の回転軸心Ｐを一点鎖線にて示している。
荷役ポンプ１９は、荷役装置１２、荷役バルブ（図示せず）および作動油タンク（図示せず）を接続する油圧回路（図示せず）に設けられている。
荷役ポンプ１９は内燃エンジン１７又は発電電動機１８の少なくとも一方からの動力により駆動される。
本実施形態では、内燃エンジン１７、発電電動機１８および荷役ポンプ１９は同軸上に連結されている。

【0020】

本実施形態のフォークリフトは、内燃エンジン１７と発電電動機１８との間にクラッチを備えず、内燃エンジン１７と発電電動機１８とは直接連結されている。
発電電動機１８は、内燃エンジン１７によって駆動されて発電を行う発電機としての機能と、バッテリから供給される電力により駆動される電動機としての機能を有している。
発電電動機１８が発電機として動作する場合には、内燃エンジン１７が発電電動機１８および荷役ポンプ１９の駆動源となる。
一方、発電電動機１８が電動機として動作する場合には、発電電動機１８が荷役ポンプ１９の駆動源となる。

【0021】

ところで、本実施形態のフォークリフトは、エンジン始動時のクランキングを行うためのスタータ２４と、クランキング時にスタータ２４と連結するリングギヤ２５を備えている。
図２、図３に示すように、本実施形態のスタータ２４は、発電電動機１８のハウジング２２に設けられている。
発電電動機１８におけるロータ２１の内燃エンジン１７側の端部にはフランジ部２６が設けられ、フランジ部２６にリングギヤ２５が装着されている。
リングギヤ２５は磁性体材料である鉄系材料により形成されている。

【0022】

スタータ２４は、ハウジング２２に取り付けられる固定部２７を備えるとともに、固定部２７に設けられ、リングギヤ２５に対して進退可能な可動部２８を備えている。
可動部２８は、通電により回転する駆動軸２９を備え、駆動軸２９の先端にはリングギヤ２５と噛合可能な駆動ギヤ３０が固定されている。
駆動軸２９は、固定部２７に内蔵された電磁弁（図示せず）への通電によりリングギヤ２５側へ前進し、通電が解除されることにより後退して原位置へ復帰する。
駆動ギヤ３０は、駆動軸２９の前進時においてリングギヤ２５に噛合う平歯車であり、磁性体材料である鉄系材料により形成されている。
駆動ギヤ３０には電磁石（図示せず）が内蔵されており、電磁石は駆動軸２９の前進時に通電され、駆動ギヤ３０を帯磁させて電磁石化する。
駆動ギヤ３０の帯磁により、駆動ギヤ３０がリングギヤ２５と噛合したときに生じる鉄粉を瞬間的に駆動ギヤ３０に吸着させることができる。
駆動ギヤ３０が後退して原位置に復帰したときは、電磁石の通電が解除されて駆動ギヤ３０は消磁される。

【0023】

なお、本実施形態では、駆動軸２９の近くにリミットスイッチ３１が設けられ、駆動軸２９にはリミットスイッチ３１を作動させる突起３２が設けられている。
駆動軸２９が原位置に位置するときは突起３２がリミットスイッチ３１を作動させて電磁石への通電を遮断して駆動ギヤ３０は消磁される。
駆動軸２９が前進して駆動軸２９の突起３２がリミットスイッチ３１から離れると電磁石への通電が行われ駆動ギヤ３０は帯磁される。
また、駆動軸２９が原位置に復帰すると、突起３２がリミットスイッチ３１を作動させて電磁石への通電を遮断して駆動ギヤ３０は消磁される。
駆動軸２９が原位置に位置するか原位置に位置しないかは、駆動軸２９の突起３２とリミットスイッチ３１により確認することができる。

【0024】

図３、図４に示すように、発電電動機１８のハウジング２２における内燃エンジン１７側の部位には、前進する駆動ギヤ３０がハウジング２２内へ進入することができるように、挿通孔３３が形成されている。
本実施形態では、スタータ２４の下方に鉄粉を回収するための回収容器３４が設置されている。
回収容器３４は、駆動ギヤ３０が原位置に後退して消磁されたとき、駆動ギヤ３０の帯磁により駆動ギヤ３０に吸着された鉄粉を回収する。

【0025】

次に、本実施形態のフォークリフトの作動について説明する。
停止状態の内燃エンジン１７を始動する時、スタータ２４を作動させてクランキングを行う。
図５（ａ）に示すように、エンジン始動時には、スタータ２４への通電により電磁弁が作動され、駆動軸２９および駆動ギヤ３０が前進し、リミットスイッチ３１が解除される。
リミットスイッチ３１の解除により電磁石に通電され駆動ギヤ３０は帯磁される。
図５（ｂ）に示すように、駆動軸２９および駆動ギヤ３０の前進により、駆動ギヤ３０がリングギヤ２５に噛合すると、駆動軸２９が回転されてクランキングが行われる。
クランキングの際には、駆動ギヤ３０とリングギヤ２５との噛合により駆動ギヤ３０やリングギヤ２５から摩耗による鉄粉Ｆが生じるが、鉄粉Ｆは発生した瞬間に帯磁された駆動ギヤ３０に吸着され、リングギヤ２５には鉄粉Ｆが滞留しない。

【0026】

クランキングにより内燃エンジン１７が始動されると、駆動ギヤ３０を回転させる駆動力が解除されるとともに、電磁弁への通電が解除され、駆動軸２９および駆動ギヤ３０は原位置へ向けて復帰する。
駆動軸２９および駆動ギヤ３０が原位置へ復帰する間は、駆動ギヤ３０の帯磁は維持されているほか、駆動軸２９および駆動ギヤ３０は慣性力により遊転する。
そして、図５（ｃ）に示すように、突起３２によりリミットスイッチ３１が作動され、駆動軸２９および駆動ギヤ３０が原位置へ復帰した時点では、駆動ギヤ３０は消磁される。
このため、駆動ギヤ３０に吸着されていた鉄粉Ｆは駆動ギヤ３０から落下し易くなり、駆動ギヤ３０から鉄粉Ｆが取り除かれる。
落下した鉄粉Ｆは回収容器３４に入り回収される。
特に、駆動ギヤ３０が消磁された時点で遊転していると、駆動ギヤ３０の遊転により生じる空気流や遠心力により鉄粉Ｆがより駆動ギヤ３０から落ち易くなり、駆動ギヤ３０から確実に鉄粉Ｆが取り除かれる。

【0027】

本実施形態のフォークリフトによれば以下の作用効果を奏する。
（１）内燃エンジン１７の始動時にスタータ２４の駆動軸２９および駆動ギヤ３０が前進して、駆動ギヤ３０がリングギヤ２５に噛合され、駆動ギヤ３０がリングギヤ２５を駆動してクランキングが行われるが、駆動ギヤ３０は電磁石の通電により帯磁される。駆動ギヤ３０とリングギヤ２５との噛合によって生じた鉄粉は、生じた瞬間に帯磁された駆動ギヤ３０により確実に吸着されるからリングギヤ２５に滞留することはない。従って、発電電動機１８内への鉄粉の進入を防止することができる。
（２）駆動ギヤ３０はクランキングを終えて後退した時に消磁されるから、リングギヤ２５と離れた位置において鉄粉を駆動ギヤ３０から取り除くことができる。
（３）スタータ２４の下方に回収容器３４が設置されているから、駆動ギヤ３０から取り除かれる鉄粉を回収容器３４に回収することができ、スタータ２４の周囲への鉄粉の飛散を防止することができる。

【0028】

（４）スタータ２４は発電電動機１８のハウジング２２に取り付けられているから、駆動ギヤ３０とリングギヤ２５との連結によって生じた鉄粉は、ハウジング２２の外部に取り出されて取り除かれるから、再びハウジング２２の内部に進入することはない。
（５）駆動ギヤ３０は、後退時に消磁されたとき回転するから、駆動ギヤ３０の消磁と回転時に生じる空気流や遠心力により、駆動ギヤ３０とリングギヤ２５との連結によって生じた鉄粉を駆動ギヤ３０から取り除き易くすることができる。
（６）回収される鉄粉を回収容器３４に溜めておくことにより、回収容器３４に貯留されている鉄粉量からリングギヤ２５や駆動ギヤ３０の摩耗による劣化状態を推測することができ、リングギヤ２５や駆動ギヤ３０の保守管理を行い易くすることができる。

【0029】

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係るフォークリフトについて説明する。
本実施形態は、スタータにおける可動部としての駆動軸および駆動ギヤの構成が第１の実施形態と異なる。
第１の実施形態と共通する要素については第１の実施形態の説明を援用し、同じ符号を用いる。

【0030】

本実施形態では、図６に示すように、スタータ２４は駆動ギヤ３０の固定部２７側にフランジ部３５が設けられている。
フランジ部３５は可動部２８の一部であって電磁石であり、通電時において電磁石となり帯磁される。
駆動軸２９および駆動ギヤ３０の前進するとき通電されてフランジ部３５は帯磁される。
クランキングの際に、駆動ギヤ３０がリングギヤ２５に噛合するとき、可動部２８の一部であるフランジ部３５は帯磁しており、駆動ギヤ３０とリングギヤ２５との連結によって生じた鉄粉は生じた瞬間にフランジ部３５に吸着される。
駆動軸２９および駆動ギヤ３０が原位置へ復帰した時点ではフランジ部３５は消磁される。
従って、駆動ギヤ３０に電磁石を設けることなく、駆動ギヤ３０とリングギヤ２５との連結によって生じた鉄粉をフランジ部３５に吸着することができる。
なお、駆動軸２９や駆動ギヤ３０が磁性体材料である場合は、フランジ部３５の帯磁により駆動ギヤ３０も帯磁されて駆動軸２９および駆動ギヤ３０も鉄粉を吸着することができる。
駆動軸２９および駆動ギヤ３０が磁性体材料でない場合は、フランジ部３５に鉄粉が吸着される。

【0031】

本実施形態によれば、駆動ギヤ３０に電磁石を設けることなく駆動ギヤ３０とリングギヤ２５との連結によって生じた鉄粉を生じた瞬間にフランジ部３５に吸着することができる。

【0032】

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更してもよい。

【0033】

○ 上記の実施形態では、ハイブリッド型産業車両としてのハイブリッド型フォークリフトについて説明をしたが、ハイブリッド型産業車両はハイブリッド型フォークリフトに限定されない。ハイブリッド型産業車両はハイブリッド型の建設車両に適用可能であるほか、ハイブリッド型無人搬送車に適用してもよい。
○ 上記の実施形態では、発電電動機のロータにおける内燃エンジン側にリングギヤを設けたがリングギヤの位置は内燃エンジン側に限定されない。リングギヤを発電電動機のロータにおける内燃エンジンの反対側に設けるようにしてもよい。また、リングギヤは発電電動機のハウジングの外側に設けてもよい。
○ 上記の実施形態では、リミットスイッチと駆動軸の突起を用いて、駆動軸が原位置以外に位置するとき駆動ギヤ又はフランジ部を帯磁させ、駆動軸が原位置に位置するとき駆動ギヤ又はフランジ部を消磁させるようにしたが、この限りではない。例えば、スタータが作動したときに、駆動ギヤ又はフランジ部を帯磁させ、タイマを用いてクランキングを終了してから所定時間後に駆動ギヤ又はフランジ部を消磁させるようにしてもよい。
○ 上記の実施形態では、駆動ギヤ又はフランジ部に電磁石を設けるようにしたが、駆動軸に電磁石を設けるようにしてもよい。この場合、駆動ギヤ又はフランジ部を磁性体材料により形成することが好ましい。
○ 上記の実施形態では、鉄粉を吸着した駆動ギヤ又はフランジ部が原位置に復帰して消磁されたときに駆動軸の遊転により生じる空気流や遠心力により、駆動ギヤ又はフランジ部から鉄粉を取り除くようにしたがこの限りではない。例えば、図７（ａ）に示すようにエアーノズル３６を駆動ギヤ３０に向けて設置し、後退時に消磁された駆動ギヤ３０へエアーを吹き付けて鉄粉を積極的に取り除く鉄粉除去手段を備えてもよい。また、図７（ｂ）に示すように、鉄粉除去手段はブラシ３７としてもよい。つまり、鉄粉除去手段はブラシ３７のように、駆動ギヤ３０に接触して積極的に鉄粉を取り除く接触式の鉄粉除去具を備えた構成であってもよい。なお、エアーノズル３６、ブラシ３７は駆動ギヤ３０に限らず可動部２８の鉄粉を除去することができる構成であってもよい。

【符号の説明】

【0034】

１１ 車体
１２ 荷役装置
１５ 電動モータ（走行用）
１６ 運転席
１７ 内燃エンジン
１８ 発電電動機
１９ 荷役ポンプ
２０ ステータ
２１ ロータ
２２ ハウジング
２３ 回転軸
２４ スタータ
２５ リングギヤ
２６ フランジ部
２７ 固定部
２８ 可動部
２９ 駆動軸
３０ 駆動ギヤ
３１ リミットスイッチ
３２ 突起
３３ 挿通孔
３４ 回収容器
３５ フランジ部
３６ エアーノズル
３７ ブラシ
Ｆ 鉄粉
Ｐ 回転軸心

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】