JP2011021577A

JP2011021577A - 建設機械

Info

Publication number: JP2011021577A
Application number: JP2009169251A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ishiyama; 寛石山; Sanetaka Takeo; 実高竹尾
Original assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2029-07-17
Also published as: JP5079750B2

Abstract

【課題】エンジンの振動を減衰することができると共に、エンジンの出力軸の回転を後段に対して好適に伝達する。
【解決手段】リフティングマグネット車両の連結部７０では、柔軟性の高いゴム製のカップリング９０が用いられるため、エンジンの回転変動による振動がゴム製のカップリング９０によって減衰されると共に、エンジンの出力軸７１の回転がメインポンプに対して好適に伝達され、且つ、ゴム製のカップリング９０を収容するカップリング室Ｐの内部が冷媒Ｗの循環によって冷却されることから、カップリング室Ｐ内のゴム製のカップリング９０の高温環境下での使用が回避され、カップリング９０の劣化を抑制することができる。
【選択図】図８

Description

本発明は、建設機械に関する。

例えば、ショベル、リフティングマグネット、クレーン等の建設機械において、エンジンの回転を油圧ポンプや発電機等に伝達する際に、エンジンの出力軸と油圧ポンプや発電機の回転軸とを連結するカップリングが用いられる（例えば、特許文献１参照）。このカップリングは軸心のずれを許容する目的として用いられ、従来は、樹脂製のものが広く用いられている。

特開平１０−１０３１１２号公報

ところで、建設機械ではエンジンによる出力が非常に大きく回転変動による振動が発生しやすいことから、カップリングによりエンジンの振動を減衰させることが望まれる。しかしながら、樹脂製のカップリングはエンジンの振動を十分に吸収することができない場合がある。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、エンジンの振動を減衰することができると共に、エンジンの出力軸の回転を後段に対して好適に伝達することができる建設機械を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る建設機械は、エンジンとエンジンの駆動によりポンプ動作を行うポンプとを備えた建設機械であって、エンジンの出力軸の回転をポンプに伝達するゴム製のカップリングと、カップリングを覆うように設けられてカップリングを収容するケーシングとケーシング内を冷却する冷却手段と、を備えることを特徴とする。

上記の建設機械によれば、柔軟性の高いゴム製のカップリングを用いることにより、エンジンの回転変動による振動がゴム製のカップリングにより減衰されると共に、エンジンの出力軸の回転がポンプに対して好適に伝達される。さらに、エンジンの出力軸の回転をポンプに伝達するゴム製のカップリングを収容するケーシングの内部が冷却手段により冷却される。したがって、ケーシング内のゴム製のカップリングの高温環境下での使用が回避され、ゴム製のカップリングの劣化を抑制することができる。

また、本発明に係る建設機械は、エンジンと、エンジンの駆動により発電を行う発電手段と、発電手段により発電された電力を蓄電する蓄電手段と、蓄電手段からの電力により駆動する電動駆動手段とを備えた建設機械であって、エンジンの出力軸の回転を発電手段に伝達するゴム製のカップリングと、カップリングを覆うように設けられてカップリングを収容するケーシングと、ケーシング内を冷却する冷却手段と、を備えることを特徴とする。

上記の建設機械によれば、柔軟性の高いゴム製のカップリングを用いることにより、エンジンの回転変動による振動がゴム製のカップリングにより減衰されると共に、エンジンの出力軸の回転が発電手段に対して好適に伝達される。さらに、エンジンの出力軸の回転を発電手段に伝達するゴム製のカップリングを収容するケーシングの内部が冷却手段により冷却される。したがって、ケーシング内のゴム製のカップリングの高温環境下での使用が回避され、ゴム製のカップリングの劣化を抑制することができる。

また、本発明に係る建設機械は、エンジンと、エンジンの駆動によりポンプ動作を行うポンプと、エンジンの駆動により発電を行う発電手段と、発電手段により発電された電力を蓄電する蓄電手段と、蓄電手段からの電力により駆動する電動駆動手段とを備えた建設機械であって、エンジンの出力軸の回転をポンプ及び発電手段に伝達するゴム製のカップリングと、カップリングを覆うように設けられてカップリングを収容するケーシングと、ケーシング内を冷却する冷却手段と、を備えることを特徴とする。

上記の建設機械によれば、柔軟性の高いゴム製のカップリングを用いることにより、エンジンの回転変動による振動がゴム製のカップリングにより減衰されると共に、エンジンの出力軸の回転がポンプ及び発電手段に対して好適に伝達される。さらに、エンジンの出力軸の回転をポンプ及び発電手段に伝達するゴム製のカップリングを収容するケーシングの内部が冷却手段により冷却される。したがって、ケーシング内のゴム製のカップリングの高温環境下での使用が回避され、ゴム製のカップリングの劣化を抑制することができる。

ここで、上記作用を効果的に奏する構成として、具体的には、ケーシングは、エンジンの出力軸の延びる方向に対して略垂直に延びる内面を有し、冷却手段は、内面を内側から塞ぐ隔壁によって内面と隔壁との間に設けられた空間に冷媒を循環させることによってケーシング内を冷却する構成が挙げられる。

本発明によれば、エンジンの振動を減衰することができると共に、エンジンの出力軸の回転を後段に対して好適に伝達することができる建設機械が提供される。

本発明の一実施形態に係る建設機械の外観を示す斜視図である。図１に示す建設機械の電気系統や油圧系統等の内部構成を示すブロック図である。図２中の蓄電手段の内部構成を示す回路図である。図１中の旋回体のハウス部を示す斜視図である。ハウス部内に蓄電手段のキャパシタボックスを設置した状態を示す断面図である。連結部の構成を示す斜視図である。図６の分解斜視図である。図６に示す連結部の主要部の断面図である。さらに他の実施形態に係る建設機械の電気系統や油圧系統等の内部構成を示すブロック図である。図９の建設機械における連結部の主要部の断面図である。

以下、本発明による建設機械の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る建設機械の外観を示す斜視図である。この実施形態の建設機械は、所謂ハイブリッド型建設機械であり、その一例としてのリフティングマグネット車両を示すものである。

図１に示すように、リフティングマグネット車両１は、無限軌道を含む走行機構２と、走行機構２の上部に旋回機構３を介して回動自在に搭載された旋回体４とを備えている。旋回体４には、ブーム５と、ブーム５の先端にリンク接続されたアーム６と、アーム６の先端にリンク接続されたリフティングマグネット７とが取り付けられている。このリフティングマグネット７は、鋼材などの吊荷Ｇを磁力により吸着して捕獲するための設備である。ブーム５、アーム６及びリフティングマグネット７は、各々ブームシリンダ８、アームシリンダ９及びバケットシリンダ１０によって油圧駆動される。

また、旋回体４には、リフティングマグネット７の位置や励磁動作及び釈放動作を操作する操作者を収容するための運転室４ａや、油圧を発生するための動力源であるエンジン１１（図２参照）といった動力源等を収容したハウス部４ｂが設けられている。エンジン１１は、例えばディーゼルエンジンで構成される。

図２は、図１に示す建設機械の電気系統や油圧系統等の内部構成を示すブロック図であり、構成は所謂パラレル方式と称されるものである。なお、図２では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。また、図３は、図２中の蓄電手段１２０の内部構成を示す図である。

図２に示すように、リフティングマグネット車両１は電動発電機（発電手段）１２及び変速機１３を備えており、エンジン１１及び電動発電機１２の回転軸は、共に変速機１３の入力軸に接続されることにより互いに連結されている。エンジン１１の負荷が大きいときには、電動発電機１２がこのエンジン１１を作業要素として駆動することによりエンジン１１の駆動力を補助（アシスト）し、電動発電機１２の駆動力が変速機１３の出力軸を経てメインポンプ１４に伝達される。一方、エンジン１１の負荷が小さいときには、エンジン１１の駆動力が変速機１３を経て電動発電機１２に伝達されることにより、電動発電機１２が発電を行う。

電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ（Interior Permanent Magnetic）モータによって構成される。電動発電機１２の駆動と発電との切り替えは、リフティングマグネット車両１における電気系統の駆動制御を行うコントローラ３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。

変速機１３の出力軸にはメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されており、メインポンプ１４には高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。コントロールバルブ１７は、リフティングマグネット車両１における油圧系の制御を行う装置である。このコントロールバルブ１７には、図１に示した走行機構２を駆動するための左右の油圧モータ２ａ，２ｂの他、ブームシリンダ８、アームシリンダ９及びバケットシリンダ１０が高圧油圧ラインを介して接続されており、コントロールバルブ１７は、これらに供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御する。

電動発電機１２の電気的な端子には、インバータ回路１８Ａの出力端が接続されている。インバータ回路１８Ａの入力端には、蓄電手段１２０が接続されている。蓄電手段１２０は、図３に示すように、直流母線であるＤＣバス１１０、昇降圧コンバータ１００及びキャパシタ１９を備えている。すなわち、インバータ回路１８Ａの入力端は、ＤＣバス１１０を介して昇降圧コンバータ１００の入力端に接続されている。昇降圧コンバータ１００の出力端には、キャパシタ１９が接続されている。キャパシタ１９は、ここでは、多数のセルを有する構成とされている。なお、キャパシタに代えてバッテリを用いることもできる。

図２に戻って、インバータ回路１８Ａは、コントローラ３０からの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。すなわち、インバータ回路１８Ａが電動発電機１２を電動（アシスト）運転させる際には、必要な電力をキャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００からＤＣバス１１０を介して電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２を発電運転させる際には、電動発電機１２により発電された電力をＤＣバス１１０及び昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に充電する。なお、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧値及びキャパシタ電流値に基づき、コントローラ３０によって行われる。これにより、ＤＣバス１１０を、予め定められた一定電圧値に蓄電された状態に維持することができる。

また、蓄電手段１２０のＤＣバス１１０には、インバータ回路２０Ｂを介して図１に示したリフティングマグネット７が接続されている。リフティングマグネット７は、金属物を磁気的に吸着させるための磁力を発生する電磁石を含んでおり、インバータ回路２０Ｂを介してＤＣバス１１０から電力が供給される。インバータ回路２０Ｂは、コントローラ３０からの指令に基づき、電磁石をオンにする際には、リフティングマグネット７へ要求された電力をＤＣバス１１０より供給する。また、電磁石をオフにする場合には、回生された電力をＤＣバス１１０に供給する。

さらに、蓄電手段１２０には、インバータ回路２０Ａが接続されている。インバータ回路２０Ａの一端には作業用電動機としての旋回用電動機（交流電動機；電動駆動手段）２１が接続されており、インバータ回路２０Ａの他端は蓄電手段１２０のＤＣバス１１０に接続されている。旋回用電動機２１は、旋回体４を旋回させる図１に示した旋回機構３の動力源である。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３及び旋回減速機２４が接続される。

旋回用電動機２１が力行運転を行う際には、旋回用電動機２１の回転駆動力の回転力が旋回減速機２４にて増幅され、旋回体４が加減速制御され回転運動を行う。また、旋回体４の慣性回転により、旋回減速機２４にて回転数が増加されて旋回用電動機２１に伝達され、回生電力を発生させる。旋回用電動機２１は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号によりインバータ回路２０Ａによって交流駆動される。旋回用電動機２１としては、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータが好適である。

レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転位置及び回転角度を検出するセンサであり、旋回用電動機２１と機械的に連結することで回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出する。レゾルバ２２が回転軸２１Ａの回転角度を検出することにより、旋回機構３の回転角度及び回転方向が導出される。メカニカルブレーキ２３は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、コントローラ３０からの指令によって、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。旋回減速機２４は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転速度を減速して旋回機構３に機械的に伝達する減速機である。

なお、ＤＣバス１１０には、インバータ回路１８Ａ，２０Ａ，２０Ｂを介して、電動発電機１２、旋回用電動機２１及びリフティングマグネット７が接続されているため、電動発電機１２で発電された電力がリフティングマグネット７又は旋回用電動機２１に直接的に供給される場合もあり、リフティングマグネット７で回生された電力が電動発電機１２又は旋回用電動機２１に供給される場合もあり、さらに、旋回用電動機２１で回生された電力が電動発電機１２又はリフティングマグネット７に供給される場合もある。

パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続されている。操作装置２６は、旋回用電動機２１、走行機構２、ブーム５、アーム６及びリフティングマグネット７を操作するための操作装置であり、操作者によって操作される。操作装置２６には、油圧ライン２７を介してコントロールバルブ１７が接続され、また、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９が接続される。操作装置２６は、パイロットライン２５を通じて供給される油圧（１次側の油圧）を操作者の操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置２６から出力される２次側の油圧は、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７に供給されると共に、圧力センサ２９によって検出される。

圧力センサ２９は、操作装置２６に対して旋回機構３を旋回させるための操作が入力されると、この操作量を油圧ライン２８内の油圧の変化として検出する。圧力センサ２９は、油圧ライン２８内の油圧を表す電気信号を出力する。この電気信号は、コントローラ３０に入力され、旋回用電動機２１の駆動制御に用いられる。

コントローラ３０は、本実施形態における制御回路を構成する。コントローラ３０は、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置によって構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵが実行することにより実現される。また、コントローラ３０の電源は、キャパシタ１９とは別のバッテリ（例えば２４Ｖ車載バッテリ）である。コントローラ３０は、圧力センサ２９から入力される信号のうち、旋回機構３を旋回させるための操作量を表す信号を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。また、コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（アシスト運転及び発電運転の切り替え）、リフティングマグネット７の駆動制御（励磁と消磁の切り替え）、並びに、昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによるキャパシタ１９の充放電制御を行う。

ここで、本実施形態における昇降圧コンバータ１００について詳細に説明する。図３に示すように、昇降圧コンバータ１００は、昇降圧型のスイッチング制御方式を備えており、リアクトル１０１、トランジスタ１００Ｂ，１００Ｃを有する。トランジスタ１００Ｂは昇圧用のスイッチング素子であり、トランジスタ１００Ｃは降圧用のスイッチング素子である。トランジスタ１００Ｂ，１００Ｃは、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）によって構成され、互いに直列に接続されている。

具体的には、トランジスタ１００Ｂのコレクタとトランジスタ１００Ｃのエミッタとが相互に接続され、トランジスタ１００Ｂのエミッタはキャパシタ１９の負側端子およびＤＣバス１１０の負側配線に接続され、トランジスタ１００ＣのコレクタはＤＣバス１１０の正側配線に接続されている。そして、リアクトル１０１は、その一端がトランジスタ１００Ｂのコレクタ及びトランジスタ１００Ｃのエミッタに接続されると共に、他端がキャパシタ１９の正側端子に接続されている。トランジスタ１００Ｂ，１００Ｃのゲートには、コントローラ３０からＰＷＭ電圧が印加される。

なお、トランジスタ１００Ｂのコレクタとエミッタとの間には、整流素子であるダイオード１００ｂが逆方向に並列接続されている。同様に、トランジスタ１００Ｃのコレクタとエミッタとの間には、ダイオード１００ｃが逆方向に並列接続されている。トランジスタ１００Ｃのコレクタとトランジスタ１００Ｂのエミッタとの間（すなわち、ＤＣバス１１０の正側配線と負側配線との間）には、ＤＣバス１１０において平滑用のコンデンサ１１０ａが接続される。コンデンサ１１０ａは、昇降圧コンバータ１００からの出力電圧、電動発電機１２からの発電電圧や旋回用電動機２１からの回生電圧を平滑化する。

このような構成を備える昇降圧コンバータ１００において、直流電力をキャパシタ１９からＤＣバス１１０へ供給する際には、コントローラ３０からの指令によってトランジスタ１００ＢのゲートにＰＷＭ電圧が印加される。そして、トランジスタ１００Ｂのオン／オフに伴ってリアクトル１０１に発生する誘導起電力がダイオード１００ｃを介して伝達され、この電力がコンデンサ１１０ａにより平滑化される。また、直流電力をＤＣバス１１０からキャパシタ１９へ供給する際には、コントローラ３０からの指令によってトランジスタ１００ＣのゲートにＰＷＭ電圧が印加されると共に、トランジスタ１００Ｃから出力される電流がリアクトル１０１により平滑化される。

続いて、旋回体４について説明する。図４は、旋回体４のハウス部４ｂを示す斜視図である。以下、ハウス部４ｂの構成の説明においては、特に断らない限り、前後左右はリフティングマグネット車両１を基準としている。図４に示すように、ハウス部４ｂは、平面視において略コの字状を成すように構成され、コの字を構成する開放部が前方を向くように配置されている。ここで、ハウス部４ｂにおいて、車両における右前部分（図４の図示左手前部分）を右前部Ｒｆ、右後ろ部分（図４の図示左奥部分）を右後部Ｒｒ、左前部分（図４の図示右手前部分）を左前部Ｌｆ、左後ろ部分（図４の図示右奥部分）を左後部Ｌｒ、及び右前部Ｒｆと左前部Ｌｆとの間の部分を中央部Ｃと呼ぶ。

このようなハウス部４ｂの左前部Ｌｆに対応して、図１に示す運転室４ａが設けられ、中央部Ｃには、ブーム５の基端が上下動可能に取り付けられる。そして、ハウス部４ｂを有する旋回体４は、中央部Ｃの下部に設けられた旋回用電動機２１（図２参照）により上下方向の軸心回りに回転し、すなわち、旋回方向Ｄに沿って左右に旋回する。右前部Ｒｆには、メンテナンス作業用のステップ３１及び手摺り３２が設けられている。

右前部Ｒｆ内には、図２に示した蓄電手段１２０、インバータ回路１８Ａ，２０Ａ，２０Ｂ、及びコントローラ３０が設置されている。右前部Ｒｆの左右面下部には各々開口部が形成されており、右面の開口部３４（図５参照）と左面の開口部３３との間には、蓄電手段１２０のキャパシタ１９が設置されている。すなわち、左右面の開口部３４，３３は、キャパシタ１９を冷却するための空気を左右方向に通す通気口として形成されている。

図５は、右前部Ｒｆの下部に設置されたキャパシタ１９等を前方から見た断面図である。図５には、ハウス部４ｂの底部を形成する骨格部材である底部フレームＢａと、底部フレームＢａの周縁（図５では左側）において立設された外周フレームＢｂと、から構成されるベースフレームＢが示されている。

図５に示すように、右前部Ｒｆにおいて、右面の開口部３４及び左面の開口部３３の内側には、ルーバー３６，３５が各々設けられている。そして、ルーバー３５，３６の間には、キャパシタ１９を含むキャパシタボックス８０が、台座１５５及び防振ゴム１５６を介して底部フレームＢａ上に設置されている。キャパシタ１９は、上段及び下段に各々多数のセル４１を並設し纏めたもので、上段のセル４１の集合体により上段モジュール４５が、下段のセル４１の集合体により下段モジュール４５が各々構成され、これらのモジュール４５，４５を、左右方向に通気可能に外枠で囲い補強したものがキャパシタボックス８０である。

キャパシタボックス８０の右側（図５では左側）には、吸気ダクト４０が接続されると共に、吸気ダクト４０内の上流側の端部には、ルーバー３６に対向してルーバー３８が設けられている。また、キャパシタボックス８０の左側（図５では右側）端部には、上下段のセル４１，４１のそれぞれに対応して、冷却風を図示左から右へと流すためのファン４３，４３が設けられ、さらに左側（図５では右側）には、排気ダクト３９が接続されると共に、排気ダクト３９内の下流側の端部には、ルーバー３５に対向してルーバー３７が設けられている。

吸気側のルーバー３６は、図示左から右へと流れる冷却風の流れ方向に対して下方に傾斜し、これより下流の吸気ダクト４０内のルーバー３８は、ルーバー３６とは反対に上方に傾斜している。さらに、排気ダクト３９内のルーバー３７は、冷却風の流れ方向に対して下方に傾斜し、これより下流の排気側のルーバー３５は、ルーバー３７とは反対に上方に傾斜している。このようなルーバーの構成により、キャパシタボックス８０内に対する防水が図られている。

また、上記のように、キャパシタボックス８０は底部フレームＢａ上に設置されているため、その設置位置は、右面の開口部３４及び左面の開口部３３に対して低くなっている。このため、吸気ダクト４０及び排気ダクト３９は、上下非対称な形状をなしている。すなわち、吸気ダクト４０及び排気ダクト３９は、両側のルーバー３８，３７からキャパシタボックス８０に向かうにつれて、下方に広がる形状とされている。

さらに、吸気ダクト４０内には、上段モジュール４５と下段モジュール４５との間の上流側端部と、ルーバー３８の下流側端部とを連結し、吸気ダクト４０内を上下に仕切る仕切壁４４が設けられている。この仕切壁４４は、上下に並設されたルーバー３８に対して正対せずに下方にずれて配置された下段のモジュール４５に対しても、上段のモジュール４５と同量の冷却風を分配するためのものであり、上側の入口（ルーバー３８の出口）での流量より下側の入口での流量が大きくなるように、水平では無く冷却風の流れ方向に対して下方に傾斜する構成とされている。

なお、ここでは、キャパシタボックス８０、吸気ダクト４０、排気ダクト３９、開口部３４、開口部３３等は右前部Ｒｆに設置されることとしたが、左前部Ｌｆにおいて運転室４ａの下方に設置されていてもよい。

また、図４の左後部Ｌｒ内には、エンジン用ラジエタ、オイルクーラ、インタークーラ、燃料クーラ、ハイブリッドシステム用ラジエタ（ハイブリッド用ラジエタ）、運転室４ａのエアコンディショナ用熱交換器（エアコン用コンデンサ）、（いずれも図示せず）といった冷却器が設置されている。

さらに、左後部Ｌｒから右後部Ｒｒにかけて、すなわち天板を構成するエンジンフードＨの下方には、図２に示したエンジン１１、変速機１３、電動発電機１２、及びメインポンプ１４等が設置されている。エンジン１１にはファン（図示せず）が接続されており、エンジンの回転に伴いファンが回転することにより、左前部Ｌｆの左側面に設けられた通気口４６から左後部Ｌｒ内に向けて空気が流れ、左後部Ｌｒ内に設置された上記の各冷却器が冷却される。また、右後部Ｒｒ内には、上記の電動発電機１２及びメインポンプ１４を収容するポンプ室（図示せず）が形成されている。

中央部Ｃには、ブーム５を上下動可能に挟むようにして支持する枠体である所謂Ａフレーム４７、及びブームシリンダ８の基端が取り付けられる枠体であるブームシリンダフレーム４８が設けられている。Ａフレーム４７の後方近傍には、旋回用電動機２１（図２参照）が配置されている。

次に、図６〜８を参照しながら、本発明の特徴となる部分であるエンジン１１、電動発電機１２、変速機１３及びメインポンプ１４の間で動力を伝達する連結部７０の構成について説明する。図６は、連結部７０の構成を示す斜視図であり、図７は、図６の分解斜視図であり、図８は、その連結部７０の主要部の断面図である。

図６〜８に示すように、連結部７０は、エンジン１１の出力軸７１の回転を変速機１３側に伝達するフライホイール７３と、エンジン１１の出力軸７１の振動を減衰させるカップリング９０と、エンジン１１、電動発電機１２及びメインポンプ１４の回転軸を連結して動力を互いに伝達する変速機１３と、を有する構成とされている。

エンジン１１の出力軸７１の先端部には、略円盤状のフライホイール７３が、その中心がエンジン１１の出力軸７１と同軸となるように固着されている。そして、フライホイール７３の外周部７４がカップリング９０と当接する。

カップリング９０は、フライホイール７３の外周部７４と当接し周方向に配設された多数のボルトによりフライホイール７３に連結されたリング状のフランジ部９０ａと、変速機１３とスプライン結合する円筒部９０ｂと、円筒部９０ｂの外周に外側に延びるリング状のリング部９０ｃと、このリング部９０ｃとフランジ部９０ａとを接続するリング状の肉厚の接続部９０ｄとからなる。このカップリング９０の円筒部９０ｂは炭素鋼製であって、フランジ部９０ａ、リング部９０ｃ、及び接続部９０ｄはゴム製であり、一体成形されている。

上記のカップリング９０は、円筒部９０ｂの中心がエンジンの出力軸７１と同軸となるように配置されて、円筒部９０ｂの内周面９２において変速機１３の中心軸１３２のエンジン側とスプライン結合される。

この変速機１３の中心軸１３２は、エンジン１１の出力軸７１と同軸に配置されると共に後段へ延び、エンジン側とは逆側において、軸線方向に離間する一対の軸受１４１を介して回動自在に軸支された状態で、第１のギア１４０が固着され、中心軸１３２の回転に対応して第１のギア１４０が回転する構成とされている。さらに、変速機１３にあっては、軸線方向に離間する一対の軸受１４３を介して回動自在に軸支されると共に第１のギア１４０と噛み合う第２のギア１４２が設けられ、第１のギア１４０の回転を第２のギア１４２、これが固着された回転軸１２２を介して電動発電機１２へ伝達する一方で、軸線方向に離間する一対の軸受１４５を介して回動自在に軸支されると共に第１のギア１４０と噛み合う第３のギア１４４が設けられ、第１のギア１４０の回転を第３のギア１４４、これが固着された回転軸１４８を介してメインポンプ１４へ伝達する。上記の第１のギア１４０、第２のギア１４２及び第３のギア１４４は、変速機１３のギアボックス１３８内に設けられる。このギアボックス１３８内は密閉空間とされ、この密閉空間の内部には潤滑油が満たされている。これにより、第１のギア１４０、第２のギア１４２及び第３のギア１４４のうちのいずれかのギアが回転すると、その回転に連動して残りの他のギアも回転することで、動力が伝達される。なお、第１のギア１４０、第２のギア１４２及び第３のギア１４４は互いに異なる歯数となっていることで、回転速度が変更されて伝達される。

ここで、エンジン１１の出力軸７１に固着されるフライホイール７３は、略カップ状のフライホイールカバー７５に覆われると共に、変速機１３の中心軸１３２とスプライン結合するカップリング９０は、変速機１３から延びる略円筒状のカップリングカバー１３０により覆われ、フライホイールカバー７５とカップリングカバー１３０とがボルト等により連結されることによって、フライホイールカバー７５及びカップリングカバー１３０内に、フライホイール７３とカップリング９０の結合部分を収容するカップリング室（ケーシング）Ｐが形成される。

そして、カップリング室Ｐの内面のうちのカップリングカバー１３０側の端面であって、エンジンの出力軸７１の延びる方向に対して略垂直に延びる内面１３４は、隔壁１３６によって内側から塞がれており、内面１３４と隔壁１３６との間に設けられた空間に対して、例えば冷却水等の冷媒Ｗが注入口１３８（図７参照）から注入されて排出口（図示せず）から排出されることで、内面１３４と隔壁１３６との間の空間を冷媒Ｗが循環する構成（冷却手段）が設けられる。

上記の構成によれば、エンジン１１の駆動によって回転する出力軸７１の回転は、フライホイール７３を介してカップリング９０に伝達されて、さらにカップリング９０から、変速機１３のうちカップリング９０とスプライン結合する中心軸１３２に伝達される。そして、カップリング９０から伝達された中心軸１３２の回転は、第１のギア１４０及び第２のギア１４２を経由して回転軸１２２に伝達されることによって電動発電機１２に伝達され当該電動発電機１２が駆動されると共に、第１のギア１４０及び第３のギア１４４を経由して回転軸１４８に伝達されることによってメインポンプ１４に伝達され当該メインポンプ１４が駆動される。すなわち、変速機１３は、エンジン１１の駆動による回転動力を電動発電機１２及びメインポンプ１４に分割して伝達するスプリッタとしても機能する。

ここで、本実施形態に係るリフティングマグネット車両１では、エンジン１１による出力が非常に大きく回転変動による振動が発生しやすいが、連結部７０に柔軟性のゴム製のカップリング９０を用いることによって、従来用いられている樹脂製のカップリングと比較して、エンジン１１の出力軸７１の振動を効果的に減衰させることができる。

ただし、ゴム製のカップリング９０は熱老化特性を有するため、エンジン１１近傍等の高温環境下では劣化が促進して、使用できなくなるまでの寿命が短くなる可能性がある。これに対して、本実施形態に係るリフティングマグネット車両１では、カップリング９０が収容されるカップリング室Ｐの内面１３４を隔壁１３６で塞ぎ、内面１３４と隔壁１３６との間の空間を循環する冷媒Ｗによって、カップリング室Ｐ内が冷却されるため、ゴム製のカップリング９０の熱による劣化の促進を抑制することができる。

また、カップリング室Ｐの内面１３４と隔壁１３６との間の空間を循環する冷媒Ｗによって、内面１３４の裏面側に設けられたギアボックス１３８内が冷却されるため、ギアボックス１３８内の潤滑油の温度上昇を抑制することもできる。

このように、本実施形態に係るリフティングマグネット車両１では、柔軟性の高いゴム製のカップリング９０が用いられるため、エンジン１１の回転変動による振動がゴム製のカップリング９０によって減衰されると共に、エンジン１１の出力軸７１の回転がメインポンプ１４及び電動発電機１２に対して好適に伝達され、且つ、ゴム製のカップリング９０を収容するカップリング室Ｐの内部が冷媒Ｗの循環によって冷却されることから、連続して高い負荷が加わっても、カップリング室Ｐ内のゴム製のカップリング９０の高温環境下での使用が回避され、カップリング９０の劣化を抑制することができる。このため、安定した作業を継続することができる。

図９は、さらに他の実施形態に係る建設機械の電気系統や油圧系統等の内部構成を示すブロック図である。また、図１０は、図９に示す建設機械においてエンジン１１、電動発電機１２及び変速機１３の間で動力を伝達する連結部７０Ａの主要部の断面図である。

図９に示す構成は、所謂シリーズ方式と称されるもので、図２に示すパラレル方式の構成において、変速機１３とメインポンプ１４とを連結する構成に代えて、ポンプ用電動機１４０及びインバータ１８Ｄを別途設け、エンジン１１の全ての動力を一旦電気エネルギに変換して、各種の駆動要素を駆動するものである。

具体的には、インバータ１８Ｄは、蓄電手段１２０のＤＣバス１１０（図３参照）と電気的に接続されると共に、コントローラ３０により制御される。また、インバータ１８Ｄの出力端は、ポンプ用電動機１４０に接続されており、ポンプ用電動機１４０は、インバータ１８Ｄにより駆動制御される。また、ポンプ用電動機１４０においてメインポンプ１４により発電された電力は、回生エネルギとしてインバータ１８Ｄを経て蓄電手段１２０に供給される。

このように、図９に示す建設機械では、エンジン１１の回転は変速機１３を介して電動発電機１２に対してのみ伝達される。この場合、エンジン１１、電動発電機１２及び変速機１３の間で動力を伝達する連結部７０Ａは、図１０に示すように、エンジン１１の出力軸７１の回転を変速機１３側に伝達するフライホイール７３と、エンジン１１の出力軸７１の振動を減衰させるカップリング９０と、エンジン１１及び電動発電機１２の回転軸を連結して動力を互いに伝達する変速機１３と、を有する構成とされる。そして上記の構成によれば、エンジン１１の駆動によって回転する出力軸７１の回転は、フライホイール７３を介してカップリング９０に伝達されて、さらにカップリング９０から、変速機１３のうちカップリング９０とスプライン結合する中心軸１３２に伝達される。そして、カップリング９０から伝達された中心軸１３２の回転は、第１のギア１４０及び第２のギア１４２を経由して回転軸１２２に伝達されることによって電動発電機１２に伝達され当該電動発電機１２が駆動される。

そして、この連結部７０Ａにおいて、柔軟性の高いゴム製のカップリング９０が用いられるため、エンジン１１の回転変動による振動がゴム製のカップリング９０によって減衰されると共に、エンジン１１の出力軸７１の回転が電動発電機１２に対して好適に伝達され、且つ、ゴム製のカップリング９０を収容するカップリング室Ｐの内部が冷媒Ｗの循環によって冷却されることから、カップリング室Ｐ内のゴム製のカップリング９０の高温環境下での使用が回避され、カップリング９０の劣化を抑制することができるというパラレル方式の建設機械と同様の効果が奏される。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、特に好適であるとして、リフティングマグネットタイプのハイブリッド型建設機械に対する適用を述べているが、ショベルやホイルローダ、クレーン等の他の建設機械に対しても適用可能である。

また、上記図１〜図８で説明した実施形態では、エンジン１１の駆動による出力軸７１の回転動力を電動発電機１２及びメインポンプ１４に分割して伝達するスプリッタとしての機能を変速機１３が備えるハイブリッド型建設機械の構成について説明し、図９及び図１０で説明した実施形態では、出力軸７１の回転動力を電動発電機１２に伝達するハイブリッド型建設機械について説明したが、メインポンプ１４のみに伝達するハイブリッド型建設機械又は通常の建設機械に対しても適用することができる。

また、上記実施形態では、エンジン１１の駆動による出力軸７１の回転動力を電動発電機１２及びメインポンプ１４に対して伝達するための第１のギア１４０、第２のギア１４２及び第３のギア１４４が収容されるギアボックス１３８内は密閉空間とされ、その密閉空間には潤滑油が満たされている場合について説明したが、ギアボックス１３８内に対して、潤滑油が注入口から注入されて排出口から排出されることで、ギアボックス１３８内を潤滑油が循環する構成としてもよい。

また、上記実施形態においては、カップリング室Ｐ内を冷却する方法として、カップリング室Ｐ内でエンジンの出力軸７１の延びる方向に対して略垂直に延びる内面１３４と、この内面１３４を内側から塞ぐ隔壁１３６との間に設けられた空間に冷媒Ｗを循環させる構成について説明したが、他の方法によってカップリング室Ｐ内を冷却してもよく、例えば、冷媒Ｗを循環させる流路をカップリング室Ｐの側壁（エンジン１１の出力軸７１を軸心とした円環状の内面）に設ける構成としてもよい。

また、上記実施形態のように内面１３４と隔壁１３６との間に設けられた空間に冷媒Ｗを循環させてカップリング室Ｐ内を水冷する構成に代えて、例えば内面１３４と隔壁１３６との間に設けられた空間に冷却風を流すか、隔壁１３６を設けずにカップリング室Ｐ内に冷却風を流す等によってカップリング室Ｐ内を空冷する構成としてもよい。

１…リフティングマグネット車両、４…旋回体、４ｂ…ハウス部、１１…エンジン、１２…電動発電機（発電手段）、１３…変速機、１４…メインポンプ（ポンプ）、２１…旋回用電動機（電動駆動手段）、６２…ファン、７０…連結部、７１…出力軸、９０…カップリング、１２０…蓄電手段、Ｐ…カップリング室（ケーシング）、Ｗ…冷媒。

Claims

エンジンと前記エンジンの駆動によりポンプ動作を行うポンプとを備えた建設機械であって、
前記エンジンの出力軸の回転を前記ポンプに伝達するゴム製のカップリングと、
前記カップリングを覆うように設けられて前記カップリングを収容するケーシングと、
前記ケーシング内を冷却する冷却手段と、
を備えることを特徴とする建設機械。
エンジンと、前記エンジンの駆動により発電を行う発電手段と、前記発電手段により発電された電力を蓄電する蓄電手段と、前記蓄電手段からの電力により駆動する電動駆動手段とを備えた建設機械であって、
前記エンジンの出力軸の回転を前記発電手段に伝達するゴム製のカップリングと、
前記カップリングを覆うように設けられて前記カップリングを収容するケーシングと、
前記ケーシング内を冷却する冷却手段と、
を備えることを特徴とする建設機械。
エンジンと、前記エンジンの駆動によりポンプ動作を行うポンプと、前記エンジンの駆動により発電を行う発電手段と、前記発電手段により発電された電力を蓄電する蓄電手段と、前記蓄電手段からの電力により駆動する電動駆動手段とを備えた建設機械であって、
前記エンジンの出力軸の回転を前記ポンプ及び前記発電手段に伝達するゴム製のカップリングと、
前記カップリングを覆うように設けられて前記カップリングを収容するケーシングと、
前記ケーシング内を冷却する冷却手段と、
を備えることを特徴とする建設機械。
前記ケーシングは、前記エンジンの出力軸の延びる方向に対して略垂直に延びる内面を有し、
前記冷却手段は、前記内面を内側から塞ぐ隔壁によって前記内面と前記隔壁との間に設けられた空間に冷媒を循環させることによって前記ケーシング内を冷却する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の建設機械。