特開 2024-132875 蓄エネルギー装置および作業機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024132875

(43)【公開日】2024-10-01

(54)【発明の名称】蓄エネルギー装置および作業機械

(51)【国際特許分類】

   F16H 33/02 20060101AFI20240920BHJP

   F03G 3/08 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

F16H33/02 A

F03G3/08 A

F03G3/08 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024004667

(22)【出願日】2024-01-16

(31)【優先権主張番号】P 2023041509

(32)【優先日】2023-03-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】720001060

【氏名又は名称】ヤンマーホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001933

【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大内田 剛史

(57)【要約】

【課題】フライホイールを利用して回転エネルギーを溜めたり放出したりするエネルギーシステムに好適な技術を提供する。
【解決手段】例示的な蓄エネルギー装置は、エネルギーを蓄積可能に設けられる蓄エネルギー装置であって、原動機により駆動され、回転エネルギーの蓄積および放出を行うフライホイールと、前記原動機と前記フライホイールとの間に配置され、前記フライホイールの回転速度を変更する油圧要素と、を備える。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エネルギーを蓄積可能に設けられる蓄エネルギー装置であって、
原動機により駆動され、回転エネルギーの蓄積および放出を行うフライホイールと、
前記原動機と前記フライホイールとの間に配置され、前記フライホイールの回転速度を変更する油圧要素と、
を備える、蓄エネルギー装置。

【請求項2】

前記油圧要素は、油圧機械式無段変速機である、請求項１に記載の蓄エネルギー装置。

【請求項3】

前記油圧要素と前記フライホイールとの間に配置される減速機を備える、請求項１に記載の蓄エネルギー装置。

【請求項4】

前記減速機は、前記油圧要素および前記フライホイールと同軸に配列される、請求項３に記載の蓄エネルギー装置。

【請求項5】

前記油圧要素および前記減速機を収容するハウジングを備える、請求項４に記載の蓄エネルギー装置。

【請求項6】

前記原動機と前記油圧要素との間に動力の伝達と遮断とを切り替えるクラッチを備える、請求項１に記載の蓄エネルギー装置。

【請求項7】

前記油圧要素に含まれるプランジャ部材は、当該油圧要素の軸方向と直交するラジアル方向に運動する、請求項２に記載の蓄エネルギー装置。

【請求項8】

前記プランジャ部材は、球体である、請求項７に記載の蓄エネルギー装置。

【請求項9】

前記油圧要素は、油圧ポンプと油圧モータとを有し、
前記油圧ポンプは、可変容量油圧ポンプである、請求項１に記載の蓄エネルギー装置。

【請求項10】

前記油圧モータは、可変容量油圧モータである、請求項９に記載の蓄エネルギー装置。

【請求項11】

前記可変容量油圧ポンプの容量を制御する油圧サーボ機構を備える、請求項９に記載の蓄エネルギー装置。

【請求項12】

前記可変容量油圧ポンプは、
前記油圧サーボ機構により位置変動可能に設けられるリングと、
前記リングの外周を囲むケースと、
前記リングと前記ケースとの間に設けられると共に互いに区画された第１油室および第２油室と、
を有する、請求項１１に記載の蓄エネルギー装置。

【請求項13】

前記リングは、前記ケースの一部と接して前記第１油室および前記第２油室をシールするシール面を有する、請求項１２に記載の蓄エネルギー装置。

【請求項14】

前記シール面は、
前記リングの外周面と、
前記リングの厚み方向の端面と、
に設けられる、請求項１３に記載の蓄エネルギー装置。

【請求項15】

前記原動機と、
請求項１から１４のいずれか１項に記載の蓄エネルギー装置と、
を備える、作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フライホイールを利用してエネルギーを蓄積したり放出したりする技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、エネルギー効率を高める技術として、フライホイール式回生システムが知られる（例えば特許文献１参照）。当該システムにおいては、車両の制動時に駆動軸の回転エネルギーをフライホイールの回転エネルギーに変換して貯留し、貯留したエネルギーを駆動軸の回転エネルギー、すなわち車両走行のための運動エネルギーとして再利用する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－１７６４３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１においては、回転エネルギーの貯留および放出を行うフライホイールは、減速機とクラッチとを介して原動機駆動軸に接続される。このような構成の場合、クラッチを利用して２つの回転体を接続する際に、クラッチに対して衝撃が生じたり、摩擦動力損失が生じたりすることが懸念される。特に、２つの回転体間の回転速度の差が大きくなった場合に、衝撃や摩擦動力損失の発生が懸念される。

【0005】

本発明は、フライホイールを利用して回転エネルギーを溜めたり放出したりするエネルギーシステムに好適な技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の例示的な蓄エネルギー装置は、エネルギーを蓄積可能に設けられる蓄エネルギー装置であって、原動機により駆動され、回転エネルギーの蓄積および放出を行うフライホイールと、前記原動機と前記フライホイールとの間に配置され、前記フライホイールの回転速度を変更する油圧要素と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

例示的な本発明によれば、フライホイールを利用して回転エネルギーを溜めたり放出したりするエネルギーシステムに好適な技術を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】蓄エネルギーシステムの概要を示す模式図

【図2】蓄エネルギーシステムの適用例について説明するための図

【図3A】作業機械における蓄エネルギーシステムの動作について説明するための図

【図3B】作業機械における蓄エネルギーシステムの動作について説明するための図

【図4】蓄エネルギー装置の概略の構成を示す側面図

【図5】図４のＶ－Ｖ位置で切った断面を示す断面斜視図

【図6】蓄エネルギー装置の構成を模式的に示す図

【図7】油圧サーボ機構を備える蓄エネルギー装置の概略の構成を示す斜視図

【図8】図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ位置で切った場合に現れる内部構造を示す図

【図9】油圧サーボ機構の油圧回路を示す図

【図10】前ケースとリングとの関係を示す概略斜視図

【図11】図１０に示す前ケースとリングとを分解して示す概略分解斜視図

【図12】前ケース、中間ケース、および、リングの関係を示す概略断面斜視図

【図13】第１変形例に係る蓄エネルギー装置の構成を模式的に示す図

【図14】第２変形例に係る蓄エネルギー装置の構成を模式的に示す図

【図15】第２変形例の蓄エネルギー装置における、ポンプおよびモータの容量と変速比との関係を示すグラフ

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一又は同一相当部分については同一の参照符号を付し、特に必要がない場合には説明を繰り返さない。

【0010】

＜１．蓄エネルギーシステムの概要＞
図１は、本発明の実施形態に係る蓄エネルギーシステム１００の概要を示す模式図である。図１において、白抜きの矢印は、エネルギーの流れを示す。図１に示すように、蓄エネルギーシステム１００は、原動機１と、蓄エネルギー装置２とを備える。

【0011】

本実施形態において、原動機１は内燃機関である。ただし、原動機１は、内燃機関以外であってもよい。原動機１は、例えば、電動機や、蒸気タービンのような外燃機関等であってもよい。

【0012】

蓄エネルギー装置２は、エネルギーを蓄積可能に設けられる。詳細には、蓄エネルギー装置２は、原動機１が出力するエネルギーの一部を回転エネルギーとして蓄積可能に設けられる。また、蓄エネルギー装置２は、蓄積したエネルギーを放出可能に設けられる。詳細には、蓄エネルギー装置２は、蓄積した回転エネルギーを原動機１に対して放出可能に設けられる。放出したエネルギーは、原動機１の出力を補助するエネルギーとして利用される。詳細は後述するように、蓄エネルギー装置２は、原動機１の負荷を平準化して、原動機１を高効率で運転することを可能とする。

【0013】

蓄エネルギー装置２は、フライホイール２１と油圧要素２２とを備える。

【0014】

フライホイール２１は、原動機１により駆動される。フライホイール２１は、回転エネルギーの蓄積および放出を行う。フライホイール２１は、エネルギーの蓄積時には、原動機１が出力するエネルギーを利用して回転数を高めて、回転エネルギーを蓄積する。また、フライホイール２１は、エネルギーの放出時には、回転数を下げることにより回転エネルギーを放出する。なお、フライホイール２１は、油圧要素２２の動作に応じて、エネルギーの蓄積と放出とを切り替える。フライホイール２１は、例えばスチール等の金属で構成される。

【0015】

油圧要素２２は、原動機１とフライホイール２１との間に配置され、フライホイール２１の回転速度を変更する。詳細には、エネルギーの蓄積時には、油圧要素２２は、フライホイール２１の速度を増速させる。エネルギーの放出時には、油圧要素２２は、フライホイール２１の速度を減速させる。油圧要素２２は、油圧動力伝達装置である。油圧要素２２は、より詳細には、油圧を利用した無段変速機である。原動機１とフライホイール２１との間に油圧要素２２が配置されることにより、２つの回転体（原動機１の出力軸とフライホイール２１）を、衝撃や摩擦動力損失の発生を抑制して接続することができる。

【0016】

本実施形態では、蓄エネルギー装置２は、油圧要素２２とフライホイール２１との間に配置される減速機２３を備える。減速機２３は、フライホイール２１の回転速度を減速して油圧要素２２に伝達する。言い換えると、減速機２３は、油圧要素２２の出力側の回転速度を増速してフライホイール２１に伝達する。減速機２３によって油圧要素２２の出力側の回転速度を増速してフライホイール２１に伝達することができるために、フライホイール２１において蓄積するエネルギーを大きくすることができる。

【0017】

なお、減速機２３は、必須の構成要素ではなく、設けられなくてもよい。本実施形態では、エネルギーを蓄積するフライホイール２１の回転速度を目標速度にするために減速機２３を備える構成としている。目標速度は、蓄エネルギー装置２の利用目的等に応じて適宜設定することができる。

【0018】

図２は、本発明の実施形態に係る蓄エネルギーシステム１００の適用例について説明するための図である。詳細には、図２は、蓄エネルギーシステム１００が作業機械２００に適用された例を示す。図２において、作業機械２００はバックホーである。作業機械２００は、蓄エネルギーシステム１００を備える。すなわち、作業機械２００は、原動機１と、蓄エネルギー装置２とを備える。

【0019】

なお、蓄エネルギーシステム１００は、バックホー以外の作業機械に適用されてもよい。例えば、蓄エネルギーシステム１００は、バックホー以外の建設機械や、農作業機械等に適用されてよい。また、蓄エネルギーシステム１００は、例えば自動車、鉄道車両、船舶等、原動機を備える装置に広く適用されてよい。

【0020】

作業機械２００は、クローラ式の走行体２０１と、走行体２０１の上側に回転可能に配置される旋回体２０２と、旋回体２０２に取り付けられる作業装置２０３とを備える。蓄エネルギーシステム１００は、例えば、旋回体２０２の内部に配置される。蓄エネルギーシステム１００を構成する原動機１は、フライホイール２１だけでなく、旋回体２０２の内部に配置されるポンプ（不図示）を駆動する。当該ポンプは、作業機械２００に搭載された油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプである。油圧アクチュエータには、走行体２０１を走行させる走行用油圧モータ、旋回体２０２を回転させる旋回用油圧モータ、および、作業装置２０３を作動させる油圧シリンダが含まれる。

【0021】

図３Ａおよび図３Ｂは、作業機械２００における蓄エネルギーシステム１００の動作について説明するための図である。

【0022】

図３Ａは、作業機械２００が或る作業を行う場合における、原動機１の出力の時間変化を示す図である。図３Ａでは、蓄エネルギー装置２は使用されない（原動機１に接続されない）ことを想定している。また、或る作業として、次の３つの作業を含む作業が想定されている。３つの作業のうち、最初に行われる第１作業は、作業装置２０３を用いて土砂を持ち上げる作業を含む。次に行われる第２作業は、持ち上げた土砂を、旋回体２０２を旋回させて別の場所に降ろす作業を含む。最後に行われる第３作業は、作業装置２０３を土砂がある場所に戻す作業を含む。

【0023】

第１作業時においては、作業装置２０３を用いて土砂を持ち上げる動作が行われるために原動機１の出力が大きくなる。図３Ａにおける出力が最大となる上に凸のピークＰ１は、第１作業時に生じる。第２作業時においては、土砂を上から下に降ろす動作が含まれるために原動機１の出力を小さくすることができる。図３Ａにおける出力が最小となる下に凸のピークＰ２は、第２作業時に生じる。第３作業時は、作業装置２０３を荷物なしの状態で持ち上げたり、旋回したりする動作を行うために、原動機１の出力が特別に大きくなったり、小さくなったりすることはない。

【0024】

図３Ｂは、図３Ａの場合と同様の作業を、蓄エネルギー装置２を利用して行う場合における、原動機１の出力の時間変化を示す図である。図３Ｂにおいて、実線のグラフは蓄エネルギー装置２を使用する場合のグラフであり、破線のグラフは蓄エネルギー装置２を使用しない場合のグラフである。破線のグラフは、比較のためのグラフであり、図３Ａに示すグラフと同じものである。

【0025】

蓄エネルギー装置２を利用する構成では、原動機１に要求される出力が大きい場合に、フライホイール２１から回転エネルギーを放出することで、原動機１の出力の上昇を抑制することができる。また、原動機１に要求される出力が小さい場合に、原動機１の出力を特段大きくしなくても、原動機１からフライホイール２１に回転エネルギーを与えて回転エネルギーを蓄積することができる。このために、蓄エネルギー装置２を利用する場合には、図３Ｂに示すように、作業時における原動機１の出力を一定の大きさにすることができる。換言すると、原動機１の負荷を平準化して高効率の運転を実現することができる。蓄エネルギー装置２を利用する場合には、作業機械２００を低燃費で動作させることができる。

【0026】

なお、図３Ｂに示す例では、第１作業における土砂の持ち上げ時に、蓄エネルギー装置２（フライホイール２１）からエネルギーが放出され、当該放出されたエネルギーが原動機１の出力を補助するエネルギーとして利用される。また、第２作業における土砂を降ろす作業の際に、原動機１における、作業に要求される出力を差し引いた余剰の出力が、蓄エネルギー装置２（フライホイール２１）にエネルギーを蓄積するために利用される。

【0027】

＜２．蓄エネルギー装置の構成例＞
次に、蓄エネルギーシステム１００に備えられる蓄エネルギー装置２の詳細例について説明する。図４は、本発明の実施形態に係る蓄エネルギー装置２の概略の構成を示す側面図である。図５は、図４のＶ－Ｖ位置で切った断面を示す断面斜視図である。

【0028】

以下、図５に示す中心軸Ｃが延びる方向を軸方向と定義する。また、中心軸Ｃ（軸方向）と直交する方向をラジアル方向と定義する。また、軸方向において、フライホイール２１に対して油圧要素２２がある側を前方とし、軸方向における前後方向を定義する。なお、これらの方向は単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係及び方向を限定する意図はない。

【0029】

図４および図５に示すように、蓄エネルギー装置２は、中心軸Ｃに沿って延びる柱状の軸部２ａを備える。軸部２ａには、原動機１の回転動力が入力される。また、蓄エネルギー装置２は、軸部２ａに対してラジアル方向外方に配置される油圧要素２２を備える。また、蓄エネルギー装置２は、軸部２ａに対してラジアル方向外方に配置され、且つ、油圧要素２２の軸方向後方に配置される減速機２３を備える。また、蓄エネルギー装置２は、軸部２ａに対してラジアル方向外方に配置され、且つ、減速機２３の軸方向後方に配置される環状のフライホイール２１を備える。

【0030】

フライホイール２１、油圧要素２２、および、減速機２３は、いずれも、中心軸Ｃを中心として配置される。すなわち、減速機２３は、油圧要素２２およびフライホイール２１と同軸に配列される。本実施形態の蓄エネルギー装置２は、装置を構成する複数の要素がそれぞれ別の軸に沿って配置される場合に比べて小型化することができる。別の言い方をすると、本実施形態の蓄エネルギー装置２は、占有体積を減少させることができる。

【0031】

また、蓄エネルギー装置２はハウジング２０を備える。ハウジング２０は、中心軸Ｃを中心とし、軸方向に延びる筒状である。ハウジング２０の軸方向両端部には蓋体が配置される。ハウジング２０は、油圧要素２２および減速機２３を収容する。詳細には、ハウジング２０は、油圧要素２２および減速機２３を一体的に収容する。本実施形態の蓄エネルギー装置２は、装置を構成する要素を収容する筐体が複数存在する場合に比べて小型化することができる。別の言い方をすると、本実施形態の蓄エネルギー装置２は、占有体積を減少させることができる。なお、フライホイール２１は、ハウジング２０の軸方向後方に配置される。

【0032】

図６は、本発明の実施形態に係る蓄エネルギー装置２の構成を模式的に示す図である。図６においては、説明のために便宜的に必要な要素であって蓄エネルギー装置２を構成しない要素について、一点鎖線で示している。

【0033】

図６に示すように、蓄エネルギー装置２が備える軸部２ａは、原動機１に接続される。すなわち、軸部２ａには、原動機１の回転動力が入力される。軸部２ａに回転動力が入力されることにより、油圧要素２２が駆動される。なお、軸部２ａは、例えば、原動機１の出力軸１ａに直接接続されたり、原動機１の出力軸１ａ自体であったりしてよい。また、軸部２ａは、原動機１の出力軸１ａに動力伝達機構を介して接続される構成であってもよい。動力伝達機構は、ギアや、プーリおよびベルトを含んで構成されてよい。

【0034】

本実施形態では、油圧要素２２は油圧機械式無段変速機である。油圧機械式無段変速機として構成される油圧要素２２は、油圧ポンプ２２１と油圧モータ２２２とを含んで構成される。油圧機械式無段変速機２２においては、油圧ポンプ２２１と油圧モータ２２２とがオイルラインで繋がれるとともに、油圧ポンプ２２１の駆動力が当該変速機の出力側で回収される。本実施形態では、油圧ポンプ２２１と油圧モータ２２２とが一体で構成されており、油圧ポンプ２２１を駆動するトルクが油圧モータ２２２を駆動するトルクに加算される。油圧要素２２が油圧機械式無段変速機とされることにより、油圧要素２２が入力された動力の全てを一旦油圧に変換する静油圧式無段変速機とされる場合に比べて、蓄エネルギー装置２を高効率で運転することができる。

【0035】

なお、油圧要素２２は、油圧機械式無段変速機に替えて、油圧ポンプ２２１と油圧モータ２２２とがオイルラインのみで繋がれる静油圧式無段変速機とされてもよい。油圧要素２２を静油圧式無段変速機とする場合、油圧機械式無段変速機とする場合に比べて、設計の自由度を増すことができる。

【0036】

詳細には、油圧ポンプ２２１は可変容量油圧ポンプであり、油圧モータ２２２は固定容量油圧モータである。可変容量油圧ポンプとして構成される油圧ポンプ２２１の容量を変動させることにより、フライホイール２１の速度を増速させたり、減速させたりすることができる。なお、本実施形態の構成とは異なり、油圧ポンプが固定容量油圧ポンプであり、油圧モータが可変容量油圧モータである構成としてもよい。

【0037】

可変容量油圧ポンプとして構成される油圧ポンプ２２１の容量は、例えば、不図示の制御装置からの指令に応じて変動される。例えば、原動機１の出力を一定に制御する構成の場合、上述の制御装置は、原動機１の出力を監視する。原動機１の出力は、原動機１のトルクと回転数の積により得ることができる。原動機１の出力が狙いの値以上になった場合、制御装置が油圧ポンプ２２１の容量を制御してフライホイール２１を減速させる。これにより、フライホイール２１からエネルギーが放出され、原動機１の出力を狙いの値に維持しつつ要求される出力を確保することができる。また、原動機１の出力が狙いの値より小さくなった場合、制御装置が油圧ポンプ２２１の容量を制御してフライホイール２１を増速させる。これにより、原動機１の出力を狙いの値に維持しつつ、余剰のエネルギーをフライホイール２１に蓄積させることができる。

【0038】

図５に示すように、可変容量油圧ポンプとして構成される油圧ポンプ２２１は、環状の可動部材２５７を有する。環状の可動部材２５７は、自身の中心位置を中心軸Ｃに対してラジアル方向に移動可能に設けられる。より詳細には、環状の可動部材２５７は、図５における断面に沿うラジアル方向に移動可能に設けられる。油圧ポンプ２２１の容量は、環状の可動部材２５７を動かすことによって変更できる構成となっている。

【0039】

また、油圧ポンプ２２１は、ラジアル方向に延びるシリンダＣＹ１と、シリンダＣＹ１内に収容されるプランジャ部材ＰＬ１とを有する。プランジャ部材ＰＬ１は、可動部材２５７と組になって油圧ポンプ２２１における油圧の発生に寄与する。プランジャ部材ＰＬ１は、シリンダＣＹ１に沿って移動可能である。すなわち、油圧要素２２に含まれるプランジャ部材ＰＬ１は、当該油圧要素の軸方向と直交するラジアル方向に運動する。このように構成すると、プランジャ部材を軸方向に運動させる構成に比べて、蓄エネルギー装置２の軸方向の長さを減少することができる。

【0040】

詳細には、プランジャ部材ＰＬ１は球体である。プランジャ部材ＰＬ１を球体で構成することにより、プランジャ部材を構成するための部品の点数を削減することができる。プランジャ部材ＰＬ１は、例えば鋼球である。

【0041】

なお、本実施形態では、固定容量油圧モータとして構成される油圧モータ２２２も、同様に、ラジアル方向に延びるシリンダＣＹ２と、シリンダＣＹ２内に収容されるプランジャ部材ＰＬ２とを有する。プランジャ部材ＰＬ２も、ラジアル方向に運動する。プランジャ部材ＰＬ２も、球体であり、例えば鋼球である。

【0042】

本実施形態では、減速機２３は遊星歯車減速機である。図６に示すように、遊星歯車減速機２３は、太陽歯車２３１と、遊星歯車２３２と、内歯車２３３とを含む。遊星歯車２３２を回転可能に支持する遊星キャリアは固定されている。太陽歯車２３１は、フライホイール２１と連結される。太陽歯車２３１は、フライホイール２１と一体化されてよい。内歯車２３３は油圧モータ２２２の回転要素と連結される。別の言い方をすると、内歯車２３３は、油圧機械式無段変速機２２における、原動機１の回転を入力される側と反対である出力側を構成する要素と連結される。減速機２３が遊星歯車減速機とされることにより、減速機２３と油圧要素２２とを同軸に配列することができる。

【0043】

上述のように、本実施形態の油圧ポンプ２２１は、可変容量油圧ポンプである。このために、本実施形態の蓄エネルギー装置２は、詳細には、油圧ポンプ２２１を容量可変要素とするための油圧サーボ機構を備える。別の言い方をすると、蓄エネルギー装置２は、可変容量油圧ポンプ２２１の容量を制御する油圧サーボ機構を備える。当該油圧サーボ機構について、以下説明する。

【0044】

なお、本実施形態の油圧要素２２は、上述のように、プランジャ部材ＰＬ１、ＰＬ２（図５参照）がラジアル方向に運動するラジアルピストン型の油圧要素である。以下に説明する本実施形態の油圧サーボ機構は、ラジアルピストン型の油圧要素に適した構成となっている。

【0045】

図７は、油圧サーボ機構２５を備える蓄エネルギー装置２の概略の構成を示す斜視図である。なお、図７に示す蓄エネルギー装置２は、図４および図５に示す蓄エネルギー装置２と基本的に同じ構成である。図７においては、図４および図５において記載が省略された油圧サーボ機構２５に関わる構成が示されている。

【0046】

図７に示すように、蓄エネルギー装置２は、油圧サーボ機構２５が設けられた前ケース２０ａを備える。なお、前ケース２０ａは、上述のハウジング２０を構成する部材である。詳細には、ハウジング２０は、前ケース２０ａと、前ケース２０ａの後方に配置される中間ケース２０ｂと、中間ケース２０ｂの後方に配置される後ケース２０ｃとの３つの部材により構成される。前ケース２０ａは、ハウジング２０の前側の蓋体を含む。後ケース２０ｃは、ハウジング２０の後側の蓋体を含む。

【0047】

図８は、図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ位置で切った場合に現れる内部構造を示す図である。図７および図８に示されるように、油圧サーボ機構２５は、ソレノイド２５１、ソレノイドバルブ２５２、サーボバルブ２５３、サーボバネ２５４、ピン２５５、フィードバックスプール２５６、および、リング２５７を備える。なお、リング２５７は、上述した、油圧ポンプ２２１が備える環状の可動部材２５７と同じである。すなわち、可変容量油圧ポンプ２２１は、油圧サーボ機構２５に含まれるリング２５７を備える。その他、油圧サーボ機構２５は、サプライポート２５８およびドレンポート２５９を含む油路を備え、これらの油路は前ケース２０ａの内部に設けられている。

【0048】

図９は、油圧サーボ機構２５の油圧回路を示す図である。ソレノイド２５１が通電状態である場合、ソレノイドバルブ２５２が開いた状態となり、サプライポート２５８からの作動油の流入により、サーボバルブ２５３にパイロット圧が作用する。パイロット圧の作用により、サーボバルブ２５３は、サプライポート２５８から流入する作動油を、詳細は後述する第１油室２５０ａへ流入させる状態になる。第１油室２５０ａに作動油が流入することにより、リング２５７は、第１油室２５０ａから、詳細は後述する第２油室２５０ｂへ向かう方向（図９において上向き）の力を受けて、当該力を受けた方向へ移動する。

【0049】

一方、ソレノイド２５１が非通電状態である場合、ソレノイドバルブ２５２が閉じた状態となり、サーボバルブ２５３に作用するパイロット圧がゼロとなる。この場合、サーボバネ２５４の付勢力によって、サーボバルブ２５３は、サプライポート２５８から流入する作動油を第２油室２５０ｂへ流入させる状態になる。第２油室２５０ｂに作動油が流入することにより、リング２５７は、第２油室２５０ｂから第１油室２５０ａへ向かう方向（図９において下向き）の力を受けて、当該力を受けた方向へ移動する。

【0050】

以上からわかるように、可変容量油圧ポンプ２２１は、油圧サーボ機構２５により位置変動可能に設けられるリング２５７を備える。ピン２５５は、リング２５７の外周面に取り付けられ、リング２５７の位置（図９において上下方向位置）をフィードバックスプール２５６の位置（図９において上下方向位置）に変換する。油圧サーボ機構２５は、リング２５７の位置をフィードバックスプール２５６によりフィードバックさせながら、不図示の制御装置からの指令に応じた位置に調整する。可変容量油圧ポンプ２２１は、油圧サーボ機構２５により調整されたリング２５７の位置に応じて決まる吐出量で油圧モータ２２２へ向けて作動油を吐出する。

【0051】

なお、油圧機械式無段変速機とされる油圧要素２２は、軸部２ａの回転速度（入力軸回転速度）に可変容量油圧ポンプ２２１の吐出量に応じたモータ回転速度を加えた回転速度を出力する。リング２５７の位置に応じて変わる可変容量油圧ポンプ２２１の容量に応じて、出力回転速度は、入力回転速度よりも大きい増速状態、入力速度と同じ等速状態、或いは、入力速度よりも小さい減速状態になる。

【0052】

図１０は、前ケース２０ａとリング２５７との関係を示す概略斜視図である。図１１は、図１０に示す前ケース２０ａとリング２５７とを分解して示す概略分解斜視図である。図１２は、前ケース２０ａ、中間ケース２０ｂ、および、リング２５７の関係を示す概略断面斜視図である。なお、図１２は、図７のＸＩＩ－ＸＩＩ位置で切った断面図である。

【0053】

図１０から図１２に示すように、可変容量油圧ポンプ２２１は、リング２５７の外周を囲むケース２０ａ、２０ｂを有する。詳細には、リング２５７は、厚み方向が軸方向（前後方向）と平行となる姿勢で、後方に向けて開口する有底カップ状の前ケース２０ａ内に収容される。前ケース２０ａのリング２５７を収容する収容凹部２０ａ１は、軸方向からの平面視においてオーバル形状（角丸長方形状）である。すなわち、収容凹部２０ａ１の内面は、曲面部分ＣＰと平面部分ＰＰとを有する。

【0054】

リング２５７は、基本的には円筒状である。ただし、リング２５７の外周面には、収容凹部２０ａ１の形状に合わせて、中心軸Ｃを基準として対称配置される一対の平面部２５７ａが設けられる。リング２５７は、一対の平面部２５７ａのそれぞれが収容凹部２０ａ１の平面部分ＰＰと当接した状態で、収容凹部２０ａ１に収容される。

【0055】

可変容量油圧ポンプ２２１は、リング２５７とケース２０ａ、２０ｂとの間に設けられると共に互いに区画された第１油室２５０ａおよび第２油室２５０ｂを有する。第１油室２５０ａおよび第２油室２５０ｂは、いずれも、リング２５７の外周面と収容凹部２０ａ１の内周面との径方向間に設けられる。詳細には、第１油室２５０ａは、リング２５７の一対の平面部２５７ａ間を接続する２つの外周面のうちの一方側と、収容凹部２０ａ１を構成する内面のうち一対の平面部分ＰＰ間を接続する２つの曲面部分ＣＰのうちの一方側と、の径方向間に設けられる。また、第２油室２５０ｂは、リング２５７の一対の平面部２５７ａ間を接続する２つの外周面のうちの他方側と、収容凹部２０ａ１を構成する内面のうち一対の平面部分ＰＰ間を接続する２つの曲面部分ＣＰの他方側と、の径方向間に設けられる。第１油室２５０ａと第２油室２５０ｂとは、リング２５７を径方向間に挟んで設けられる。

【0056】

第１油室２５０ａおよび第２油室２５０ｂには、上述のように、油圧サーボ機構２５の動作状態に応じて作動油が適宜流入する。そして、第１油室２５０ａおよび第２油室２５０ｂにおける作動油の流入状態に応じて、リング２５７の位置が変動する。すなわち、本実施形態では、可変容量油圧ポンプ２２１における容量可変要素であるリング２５７自体を用いて第１油室２５０ａおよび第２油室２５０ｂが構成されている。このような構成とすることで、ラジアルピストン型の油圧要素に適した油圧サーボ機構を部品点数の増加を抑制して構成することができる。なお、図１０および図１２に示す例では、第１油室２５０ａには作動油が流入しておらず、第２油室２５０ｂに作動油が流入している。

【0057】

リング２５７は、ケース２０ａ、２０ｂの一部と接して第１油室２５０ａおよび第２油室２５０ｂをシールするシール面を有する。これにより、作動油の漏れによる動力損失を抑制することができる。本実施形態では、シール面は、リング２５７の外周面と、リング２５７の厚み方向（軸方向）の端面とに設けられる。

【0058】

詳細には、リング２５７の外周面に設けられるシール面は、上述した一対の平面部２５７ａである。一対の平面部２５７ａが、前ケース２０ａの収容凹部２０ａ１における一対の平面部分ＰＰと接することで、リング２５７の外面と収容凹部２０ａ１の内面とを広い範囲で接触させることができる。この結果、第１油室２５０ａと第２油室２５０ｂとの間のシール性を向上して、両油室間で油漏れが生じることを抑制できる。なお、本実施形態では、リング２５７の外周面に設けられるシール面は、平面であるが、これに限らず、曲面としてもよい。

【0059】

また、リング２５７の軸方向端面に設けられるシール面は、詳細には、リング２５７の軸方向前面の前ケース２０ａの内面と当接する前面当接部２５７ｂ、および、リング２５７の軸方向後面の中間ケース２０ｂの前面と当接する後面当接部２５７ｃである。前面当接部２５７ｂが設けられることにより、第１油室２５０ａおよび第２油室２５０ｂから前方に作動油が漏れることを抑制することができる。後面当接部２５７ｃが設けられることにより、第１油室２５０ａおよび第２油室２５０ｂから後方に作動油が漏れることを抑制することができる。なお、リング２５７が径方向に動くために、前面当接部２５７ｂおよび後面当接部２５７ｃの位置は変動する。また、第１油室２５０ａおよび第２油室２５０ｂは、いずれも、リング２５７の外周面、収容凹部２０ａ１の内側面、収容凹部２０ａ１の底面、および、中間ケース２０ｂの環状の前面に囲まれた空間である。

【0060】

＜３．変形例＞
［３－１．第１変形例］
図１３は、第１変形例に係る蓄エネルギー装置２Ａの構成を模式的に示す図である。蓄エネルギー装置２Ａは、原動機１と油圧要素２２との間に、動力の伝達と遮断とを切り替えるクラッチ２４を備える。クラッチ２４は、公知の様々なタイプのクラッチを用いて構成できる。クラッチ２４は、例えば、機械的に噛み合う構造や摩擦力を利用した構造のクラッチであってよい。

【0061】

クラッチ２４が動力の伝達を行う状態である場合、フライホイール２１は、原動機１の出力を利用してエネルギーを蓄積したり、エネルギーを放出して原動機１の出力をアシストしたりすることができる。クラッチ２４が動力を遮断する状態である場合、フライホイール２１は原動機１と非接続となるために、エネルギーを蓄積したり、原動機１に向けてエネルギーを放出したりすることはできない。

【0062】

なお、本変形例では、クラッチ２４とフライホイール２１との間にフライホイール２１の回転速度を変更する油圧要素２２（油圧無段変速要素）が配置される。このために、クラッチ２４を動力遮断状態から動力伝達状態へと変更する場合でも、衝撃や摩擦動力損失の発生を抑制することができる。

【0063】

ここで、原動機１の負荷平準化のために蓄エネルギー装置２Ａが利用されている例を考える。この場合、上述のように、原動機１に対する要求出力が低い場合でも原動機１の出力が一定で維持され、原動機１の出力がフライホイール２１を用いたエネルギーの蓄積に使用される。原動機１に要求される出力が低い状態が或る程度の期間続くと、フライホイール２１の回転が最大回転速度となり、フライホイール２１における蓄エネルギー量が最大となる。このような状態で、更に、原動機１に要求される出力が小さい状態が続いた場合、これ以上エネルギーの蓄積が不能であるにも関わらず、原動機１の出力が油圧要素２２における動力損失分に消費され、エネルギー効率が却って悪くなる可能性がある。この点、本変形例のように蓄エネルギー装置２Ａにクラッチ２４が設けられると、蓄エネルギー装置２Ａが原動機１と接続されていることにより却ってエネルギー効率が悪くなる可能性がある場合に、原動機１から蓄エネルギー装置２Ａを切り離すことができる。これにより、無駄な動力損失を抑制してエネルギー効率を向上させることができる。

【0064】

［３－２．第２変形例］
図１４は、第２変形例に係る蓄エネルギー装置２Ｂの構成を模式的に示す図である。本変形例の蓄エネルギー装置２Ｂも、上述の実施形態と同様に油圧要素２２Ｂを有する。そして、油圧要素２２Ｂは、油圧ポンプ２２１Ｂと油圧モータ２２２Ｂとを有する。油圧ポンプ２２１Ｂは、可変容量油圧ポンプであり、上述の実施形態と同様の構成である。ただし、本変形例では、上述の実施形態と異なり、油圧モータ２２２Ｂは、可変容量油圧モータである。

【0065】

なお、蓄エネルギー装置２Ｂは、油圧ポンプ２２１Ｂを容量可変要素とするための油圧サーボ機構（不図示）と、油圧モータ２２２Ｂを容量可変要素とするための油圧サーボ機構（不図示）と、をそれぞれ備える。各油圧サーボ機構の構成は、上述した油圧ポンプ２２１用の油圧サーボ機構２５の構成と同様であってよい。

【0066】

図１５は、第２変形例の蓄エネルギー装置２Ｂにおける、ポンプおよびモータの容量と変速比との関係を示すグラフである。図１５は、計算結果を３次元で示したグラフである。図１５において、Ｘ軸は可変容量油圧ポンプ２２１Ｂの容量、Ｙ軸は可変容量油圧モータ２２２Ｂの容量、Ｚ軸は軸部２ａの回転速度に関する変速比を示す。なお、Ｘ軸およびＹ軸は、正規化された値を示す。また、図１５においては、グラフ中の各軸の値を理解し易いように、破線で示す補助線が適宜追加されている。また、図１５においては、変速比が「１」の場合を基準として、変速比の変化の大きさ（絶対値）が１を超えるごとにハッチングの種類を変えて、容量変化に対する変速比の変化の傾向を見易くしている。

【0067】

可変容量油圧ポンプ２２１Ｂの容量ゼロは、可変容量油圧ポンプ２２１Ｂが作動油を吐出しない状態となる場合の容量に該当する。可変容量油圧ポンプ２２１Ｂの容量の「正」と「負」とは、このように決められた容量ゼロを基準として容量が大きくなる場合と小さくなる場合とを示す。なお、可変容量油圧ポンプ２２１Ｂの容量がゼロとなる場合には、可変容量油圧モータ２２２Ｂの容量変化に関わらず、変速比は「１」となる。

【0068】

可変容量油圧モータ２２２Ｂの容量が固定されている状態で、可変容量油圧ポンプ２２１Ｂの容量をゼロより大きくすると、容量がゼロの場合に比べて増速される。可変容量油圧モータ２２２Ｂの容量が固定されている状態で、可変容量油圧ポンプ２２１Ｂの容量をゼロより小さくすると、容量がゼロの場合に比べて減速される。

【0069】

例えば、可変容量油圧モータ２２２Ｂの容量が「１（１００％）」である場合、可変容量油圧ポンプ２２１Ｂの容量を「－１（－１００％）」から「＋１（＋１００％）」まで変化させると、変速比が「０」から「＋２」まで変化する。また、例えば、可変容量油圧モータ２２２Ｂの容量が「０．５（５０％）」である場合、可変容量油圧ポンプ２２１Ｂの容量を「－１（－１００％）」から「＋１（＋１００％）」まで変化させると、変速比が「－１」から「＋３」まで変化する。また、例えば、可変容量油圧モータ２２２Ｂの容量が「０．１（１０％）」である場合、可変容量油圧ポンプ２２１Ｂの容量を「－１（－１００％）」から「＋１（＋１００％）」まで変化させると、変速比が「－５」から「＋５」まで変化する。

【0070】

すなわち、油圧要素２２Ｂが有する油圧ポンプだけでなく、油圧要素２２Ｂが有する油圧モータも容量可変要素とすることで、正逆回転域を含めた広い変速範囲を実現することができる。なお、図１５に示されるように、油圧要素が有する油圧ポンプのみを容量可変要素とし、油圧モータを容量固定要素とした場合には、変速範囲が狭くなる傾向がある。ただし、油圧モータを容量固定要素とした場合には、油圧モータを容量可変要素とするための機構（油圧サーボ機構）が不要となるために、蓄エネルギー装置のコンパクト化を図れたり、部品点数を削減したりすることができるといった利点がある。

【0071】

＜４．留意事項等＞
本明細書中に開示される種々の技術的特徴は、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。また、本明細書中に示される複数の実施形態および変形例は可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。

【0072】

＜５．付記＞
例示的な本発明の蓄エネルギー装置は、エネルギーを蓄積可能に設けられる蓄エネルギー装置であって、原動機により駆動され、回転エネルギーの蓄積および放出を行うフライホイールと、前記原動機と前記フライホイールとの間に配置され、前記フライホイールの回転速度を変更する油圧要素と、を備える構成（第１の構成）であってよい。

【0073】

上記第１の構成の蓄エネルギー装置において、前記油圧要素は、油圧機械式無段変速機である構成（第２の構成）であってよい。

【0074】

上記第１又は第２の構成の蓄エネルギー装置は、前記油圧要素と前記フライホイールとの間に配置される減速機を備える構成（第３の構成）であってよい。

【0075】

上記第３の構成の蓄エネルギー装置において、前記減速機は、前記油圧要素および前記フライホイールと同軸に配列される構成（第４の構成）であってよい。

【0076】

上記第３又は第４の構成の蓄エネルギー装置は、前記油圧要素および前記減速機を収容するハウジングを備える構成（第５の構成）であってよい。

【0077】

上記第１から第５のいずれかの構成の蓄エネルギー装置は、前記原動機と前記油圧要素との間に動力の伝達と遮断とを切り替えるクラッチを備える構成（第６の構成）であってよい。

【0078】

上記第２から第６のいずれかの構成の蓄エネルギー装置において、前記油圧要素に含まれるプランジャ部材は、当該油圧要素の軸方向と直交するラジアル方向に運動する構成（第７の構成）であってよい。

【0079】

上記第７の構成の蓄エネルギー装置において、前記プランジャ部材は、球体である構成（第８の構成）であってよい。

【0080】

上記第１から第８のいずれかの構成の蓄エネルギー装置において、前記油圧要素は、油圧ポンプと油圧モータとを有し、前記油圧ポンプは、可変容量油圧ポンプである構成（第９の構成）であってよい。

【0081】

上記第９の構成の蓄エネルギー装置において、前記油圧モータは、可変容量油圧モータである構成（第１０の構成）であってよい。

【0082】

上記第８又は第９の構成の蓄エネルギー装置は、前記可変容量油圧ポンプの容量を制御する油圧サーボ機構を備える構成（第１１の構成）であってよい。

【0083】

上記第１１の構成の蓄エネルギー装置において、前記可変容量油圧ポンプは、前記油圧サーボ機構により位置変動可能に設けられるリングと、前記リングの外周を囲むケースと、前記リングと前記ケースとの間に設けられると共に互いに区画された第１油室および第２油室と、を有する構成（第１２の構成）であってよい。

【0084】

上記第１２の構成の蓄エネルギー装置において、前記リングは、前記ケースの一部と接して前記第１油室および前記第２油室をシールするシール面を有する構成（第１３の構成）であってよい。

【0085】

上記第１３の構成の蓄エネルギー装置において、前記シール面は、前記リングの外周面と、前記リングの厚み方向の端面と、に設けられる構成（第１４の構成）であってよい。

【0086】

例示的な本発明の作業機械は、前記原動機と、上記第１から第１４のいずれかの構成の蓄エネルギー装置と、を備える構成（第１５の構成）であってよい。

【符号の説明】

【0087】

１・・・原動機
２、２Ａ、２Ｂ・・・蓄エネルギー装置
２０・・・ハウジング
２０ａ・・・前ケース
２０ｂ・・・中間ケース
２０ｃ・・・後ケース
２１・・・フライホイール
２２、２２Ｂ・・・油圧要素、油圧機械式無段変速機
２３・・・減速機、遊星歯車減速機
２４・・・クラッチ
２５・・・油圧サーボ機構
２００・・・作業機械
２２１、２２１Ｂ・・・油圧ポンプ、可変容量油圧ポンプ
２２２・・・油圧モータ
２２２Ｂ・・・油圧モータ、可変容量油圧モータ
２５０ａ・・・第１油室
２５０ｂ・・・第２油室
２５７・・・可動部材、リング
２５７ａ・・・平面部（シール面）
２５７ｂ・・・前面当接部（シール面）
２５７ｃ・・・後面当接部（シール面）
Ｃ・・・中心軸
ＰＬ１、ＰＬ２・・・プランジャ部材

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】