JP2011219917A

JP2011219917A - 電気駆動式建設機械

Info

Publication number: JP2011219917A
Application number: JP2010086384A
Authority: JP
Inventors: Tokuji Tanaka; 篤司田中
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2010-04-02
Filing date: 2010-04-02
Publication date: 2011-11-04
Anticipated expiration: 2030-04-02
Also published as: JP5564673B2

Abstract

【課題】上部旋回体の前方右側に配置されたインバータやその他の制御機器の冷却効率を高め、これらの制御機器の信頼性を確保できる電気駆動式建設機械を提供する。
【解決手段】下部走行体と、前記下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体とからなり、前記上部旋回体は、旋回フレームと、前記旋回フレームの後部側に設けられ、外部からの電力を受けて駆動する主電動機を収容した電動機室と、前記旋回フレーム上における前記主電動機の側方に設けられた油圧ポンプと、前記油圧ポンプの前方に設けられた制御盤とを備えた電気駆動式建設機械において、前記制御盤の上部に空気排出孔を、底部に空気導入孔をそれぞれ設け、前記空気導入孔に冷却風導入ダクトの一方側を連結し、前記冷却風導入ダクトの他方側の開口部を外部の空気を前記制御盤内に導くように前記上部旋回体の外部に臨ませて配置した。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動機を用いて油圧ポンプを駆動する油圧ショベル等の電気駆動式建設機械に関する。

排気ガスや騒音の影響が問題となる屋内作業や地下工事に対応する建設機械の油圧ショベルとして、エンジンと発電電動機を併用したハイブリッド式油圧ショベルや、外部電源とケーブル等により接続された電動機を駆動源とする電気駆動式油圧ショベルが提案されている。

ハイブリッド式油圧ショベルとして、上部旋回体の上部面後方にエンジンを横向きに配設し、このエンジンを動力源とする発電電動機により生成される電力をバッテリに充電し、充電された電力によりインバータを介して電動機を駆動して、作業機駆動用の油圧ポンプを駆動するように構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。

この従来のハイブリッド式油圧ショベルは、バッテリの温度管理を行い、バッテリの性能を十分に発揮することを目的に、インバータをエンジンルーム内の吸気室に配設している。

特開２００２−２２７２４１号公報

一般に、ハイブリッド式油圧ショベルや電気駆動式油圧ショベルでは、電力を貯めておくためのインバータやバッテリ等からなる蓄電装置、電動部を制御する制御機器等を配設しなければならず、これらの設置場所が問題となる。

その一方で、製造コストの観点からは、従来から用いられているエンジン駆動式の油圧ショベルの構成を有効利用して、これらの制御機器類の設置場所を決めることが求められている。

そのため、上述したハイブリッド式油圧ショベルでは、従来式の油圧ショベルの一部構成を利用して、エンジンルーム内のラジエータの吸気側にインバータを配設し、運転室を冷却する冷気やエンジン冷却空気を用いて冷却している。

しかし、エンジンの容量が大きい場合には、ラジエータの吸気側にインバータ等を配置することができないため、電気駆動式建設機械の場合には不要となる上部旋回体の前方右側の燃料タンクが配置されていた位置にインバータ等の制御機器を配置して、これらの制御機器を冷却するために、例えば、制御機器の下方側から空気を取り込み上方に排出することが考えられる。

しかしながら、上部旋回体の前方右側に制御機器を配置した場合、エンジン又は電動機を冷却した後の温風がこれらの制御機器に入り込んでしまうため、制御機器等が充分に冷却できないという憾みがある。例えば、リチウムイオンバッテリやキャパシタ等の蓄電装置は、外装体の強度低下による電解液漏れを防止する観点から、周囲の雰囲気温度５０℃〜７０℃を使用上限値としたものが多く、上述した制御機器の配置の場合には、使用上限値を超えてしまう懸念がある。

本発明は、上述の事項に基づいてなされたもので、その目的は、上部旋回体の前方右側に配置されたインバータやその他の制御機器の冷却効率を高め、これらの制御機器の信頼性を確保できる電気駆動式建設機械を提供することにある。

上記の目的を達成するために、第１の発明は、下部走行体と、前記下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体とからなり、前記上部旋回体は、旋回フレームと、前記旋回フレームの後部側に設けられ、外部からの電力を受けて駆動する主電動機を収容した電動機室と、前記旋回フレーム上における前記主電動機の側方に設けられた油圧ポンプと、前記油圧ポンプの前方に設けられた制御盤とを備えた電気駆動式建設機械において、前記制御盤の上部に空気排出孔を、底部に空気導入孔をそれぞれ設け、前記空気導入孔に冷却風導入ダクトの一方側を連結し、前記冷却風導入ダクトの他方側の開口部を外部の空気を前記制御盤内に導くように前記上部旋回体の外部に臨ませて配置したものとする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記冷却風導入ダクトは、前記旋回フレームのアンダーカバーと前記制御盤の底板との間に位置していることを特徴とする。

更に、第３の発明は、第２の発明において、前記冷却風導入ダクトの前記他方側の開口部は、前記アンダーカバーに設けた開口に接続され、前記上部旋回体の下方から外気を取り込むことを特徴とする。

また、第４の発明は、第２の発明において、前記冷却風導入ダクトの前記他方側の開口部は、前記上部旋回体のサイドビームに設けた開口に接続され、前記上部旋回体の側方から外気を取り込むことを特徴とする。

本発明によれば、上部旋回体の前方右側部にインバータやその他の制御機器を収納した制御盤を配置し、制御盤の底部に外気と連通する冷却風導入ダクトを設けたので、制御盤に収納された制御機器の冷却効率を高め、これらの機器の信頼性が確保された電気駆動式建設機械を提供することができる。

本発明の電気駆動式建設機械の一実施の形態による油圧ショベルを示す斜視図である。図１に示す油圧ショベルにおいて作業機を省略して示す側面図である。図２に示す油圧ショベルの平面図である。図２に示す油圧ショベルを構成する上部旋回体の前部右側の拡大側面図である。本発明の電気駆動式建設機械の一実施の形態を構成する制御盤を示す正面部拡大断面図である。本発明の電気駆動式建設機械の他の実施の形態における上部旋回体の前部右側の拡大側面図である。本発明の電気駆動式建設機械の他の実施の形態を構成する制御盤を示す側面部拡大断面図である。

以下、本発明の電気駆動式建設機械の一実施の形態を図面を用いて説明する。
図１乃至図３は本発明の電気駆動式建設機械の一実施の形態を示すもので、図１は本発明の電気駆動式建設機械の一実施の形態による油圧ショベルを示す斜視図、図２は図１に示す油圧ショベルにおいて作業機を省略して示す側面図、図３は図２に示す油圧ショベルの平面図である。

図１において、１は電気駆動式建設機械としての油圧ショベルを示している。この油圧ショベル１は自走可能な下部走行体２と、この下部走行体２の上に旋回可能に搭載され、下部走行体２と共に車体を構成する上部旋回体３と、この上部旋回体３上の前方部に上下方向に回動可能に（俯仰動可能に）取り付けられたフロント装置４とにより大略構成されている。

フロント装置４は多関節構造であり、上下方向に回動可能なブーム４Ａと、このブーム４Ａの先端に回動可能に設けられたアーム４Ｂと、このアーム４Ｂの先端に回動可能に設けられたバケット４Ｃと、これらを駆動するブームシリンダ４Ｄ、アームシリンダ４Ｅ、バケットシリンダ４Ｆとを備えている。

旋回フレーム５は、上部旋回体３のベースとなるもので、図２及び図３に示すように、厚肉な鋼板からなる前後方向に延びた底板５Ａと、この底板５Ａの中央寄りを前後方向に延びて立設された左右のセンタービーム５Ｂ，５Ｂと、このセンタービーム５Ｂ，５Ｂから左右方向の外側に延びた複数本の張出しビーム５Ｃ，５Ｃ，・・・と、この張出しビーム５Ｃ，５Ｃ，・・・の先端側に接合され前後方向に延びた左右のサイドビーム５Ｄ，５Ｄと、底板５Ａと各サイドビーム５Ｄ，５Ｄとの間に設けられた複数枚のアンダーカバー５Ｅとにより大略構成されている。

なお、旋回フレーム５の右前側に配設されたアンダーカバー５Ｅには、図５に示すように孔部５Ｅａが設けられ、この孔部５Ｅａに位置して後述の冷却風導入ダクト２１が接続される接続部材５Ｅｂが固着される。

オペレータが搭乗するキャブ６は、旋回フレーム５の左前側に搭載されていて、内部にはオペレータが着座する運転席、操作レバー等（いずれも図示せず）が配設されている。

カウンタウエイト７は、フロント装置４との重量バランスをとるものであって、図１及び図２に示すように円弧状をした重量物として形成され、旋回フレーム５の後端部に取り付けられている。

主電動機８は、旋回フレーム５の後部であってカウンタウエイト７の前側に左右方向横置きに配置されている。主電動機８の左側には、後述のオイルクーラ１０に冷却空気を供給する冷却ファン８Ａが設けられている。

主電動機８の右側方には、油圧ポンプ９が取り付けられている。油圧ポンプ９は、主電動機８によって駆動されることによって、フロント装置４等に作動油を圧油として供給する。この油圧ポンプ９には、複数本の油圧ホースが接続され、各油圧ホースは後述の作動油タンク１１や制御弁装置１２等に接続されている。

オイルクーラ１０は、主電動機８の冷却ファン８Ａに対面する位置に配設されていて、作動油を冷却する。

作動油タンク１１は、直方体状の耐圧タンクであって、主電動機８の前側であって、旋回フレーム５の右センタービーム５Ｂ右側に設けられている。

制御弁装置１２は、複数個の制御弁を連ねてなる多連弁として形成され、旋回フレーム５の右前部に設けられている。

建屋カバー１３は、キャブ６とカウンタウエイト７との間に位置して旋回フレーム５上に設けられている。この建屋カバー１３は、図１、図２に示すように、旋回フレーム５の左右両側に位置して前後方向に延びた左右の側面板１３Ａ，１３Ａと、この各側面板１３Ａ，１３Ａの上端部間を水平方向に延びた上面板１３Ｂとにより大略構成され、右側の側面板１３Ａには外気（冷却風）が流入する吸気スリット１３Ｃが設けられ、上面板１３Ｂ等には冷却風を排出する排気口（図示せず）が設けられている。また、旋回フレーム５の右前側には、制御弁装置を覆う前カバー部１３Ｄが設けられている。

さらに、建屋カバー１３内には、前後方向の中間部であって、左右方向に延びる隔壁１４が設けられ、この隔壁１４、建屋カバー１３、カウンタウエイト７等によって電動機室１５が区画されている。

制御盤１６は、直方体状の筺体であって、油圧ポンプ９の前方で作動油タンク１１の右側に隣接するように配設されている。通常のエンジン駆動の油圧ショベルにおいては、このスペースに燃料タンクが配置されているが、本実施の形態のように電気駆動式に転用した油圧ショベルにおいては、燃料タンクが不要となるため、ここに制御盤１６を設置することができる。

また、制御盤１６は、主電動機８を駆動するための電源を図示しない外部受電装置から電源ケーブル１０１を介して受電している。上部旋回体３の上部には、電源ケーブル１０１の下部走行体２との接触による損傷を防止するケーブルスタンド１０２が設けられ、電源ケーブル１０１を支持している。

次に、制御盤１６について図４及び図５を用いて詳細に説明する。図４は図２に示す油圧ショベルを構成する上部旋回体の前部右側の拡大側面図、図５は本発明の電気駆動式建設機械の一実施の形態を構成する制御盤を示す正面部拡大断面図である。図４及び図５において図１乃至図３に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図４は、上部旋回体３の右側のサイドビーム５Ｄを外した状態を示し、旋回フレ−ム５のアンダーカバー５Ｅの上部において、例えば、油圧ポンプ９から制御弁装置１２へ敷設された油圧ホースや、制御盤１６に引き込まれた配線類などが敷設されている状態も示している。

制御盤１６には、外部電源からの電源ケーブル１０１が接続されるブレーカおよびヒューズ、始動装置、制御装置、車体のアクセサリ用電源等の制御機器Ｅが収納されている。

図４及び図５において、制御盤１６を構成する筺体１６Ａは、長方形の底板１６Ｂと天板１６Ｃと、側面板１６Ｄ，１６Ｄと、背面板１６Ｅ、正面板１６Ｆと正面扉１６Ｇとを備えている。筺体１６Ａは、設置用ベース板１７，１７を介して張出しビーム５Ｃ，５Ｃの上にボルト締めにより固定されている。

また、底板１６Ｂには、電源ケーブル等を導入するケーブル導入孔（図示せず）と、空気導入孔１８が設けられ、この空気導入孔１８の盤内側には、異物混入防止のための吸入フィルタ１８Ａが配設されている。一方空気導入孔１８の盤外側には、後述の冷却風導入ダクト２１の一方側が接続される接続部材１８Ｂが固着されている。なお、ケーブル導入孔はケーブル敷設完了後に空隙部を充填剤などで充填して塞いでいる。

天板１６Ｃには、空気排出孔１９が設けられ、この空気排出孔１９の外側には、外部からの異物混入を防止する排出フィルタ部材２０が設けられている。

冷却風導入ダクト２１は、略直筒状の部材であって、アンダーカバー５Ｅと制御盤１６の底板１６Ｂとの間に設けられていて、その一方側の開口部が制御盤１６の接続部材１８Ｂに連結されていて、他方側の開口部がアンダーカバー５Ｅの接続部材５Ｅｂに連結されている。冷却風導入ダクト２１は、アンダーカバー５Ｅ下側の外気を冷却風として制御盤１６内に導くものである。つまり、冷却風導入ダクト２１の他方側の開口部は、外部の空気を制御盤１６内に導くように上部旋回体３の外部に臨ませて配置されている。

次に、上述した本発明の電気駆動式建設機械の一実施の形態の動作を説明する。
まず、オペレータは制御盤１６の正面扉１６Ｇを開き、内部のブレーカを投入して外部電源からの電源を受電する。その後、キャブ６に乗り込み、操作レバー等を操作することにより、下部走行体２を走行させ、フロント装置４を作動して例えば土砂の掘削作業等を行う。

油圧ショベル１を運転することにより、冷却ファン８Ａが回転駆動され、これにより建屋カバー１３の吸気スリット１３Ｃから流入する外気が冷却風としてオイルクーラ１０に供給され、このオイルクーラ１０を通過した冷却風は主電動機８の周りを図３、図４に実線で示す矢印のように流通する。

このときに、オイルクーラ１０を通過した冷却風は、オイルクーラ１０によって温度上昇し、一部は上面板１３Ｂ等に設けられた排気口から排出されるが、一部は電動機室１５内の隔壁１４に遮られ下方側に流れ、底板５Ａとアンダーカバー５Ｅとの間の空間内に流入する。この温められた冷却風は、底板５Ａとアンダーカバー５Ｅとの間の空間を通る際に、電力ケーブルや油圧ポンプ９から制御弁装置１２へ敷設された油圧ホースやその他の機器から発生する熱によってさらに温められる。このように、制御盤１６の下方とアンダーカバー５Ｅの上部との間の雰囲気は、温度上昇しているが、制御盤１６はアンダーカバー５Ｅの下部の外気を導入する冷却風導入ダクト２１を設けているので、温められた冷却風が制御盤１６の内部に流入するのを防止することができる。

上述した本発明の電気駆動式建設機械の一実施の形態によれば、上部旋回体３の前方右側部にインバータやその他の制御機器を収納した制御盤１６を配置し、制御盤１６の底板１６Ｂに外気と連通する冷却風導入ダクト２１を設けたので、制御盤１６に収納された制御機器の冷却効率を高め、これらの機器の信頼性が確保された電気駆動式建設機械を提供することができる。

また、本実施の形態においては、旋回フレーム５の下面を形成するアンダーカバー５Ｅに孔部５Ｅａを設け、冷却風導入ダクト２１はこの孔部５Ｅａを介して外部に開口する構成としているから、冷却風導入ダクト２１はアンダーカバー５Ｅを利用して容易に外部に開口させることができる。また、冷却風として上部旋回体３外部の冷えた外気を吸い込むことができるので、制御盤１６に収納された制御機器の冷却効率を向上することができる。

次に、本発明の電気駆動式建設機械の他の実施の形態を図６及び図７を用いて説明する。図６は本発明の電気駆動式建設機械の他の実施の形態における上部旋回体の前部右側の拡大側面図、図７は本発明の電気駆動式建設機械の他の実施の形態を構成する制御盤を示す側面部拡大断面図である。なお、図６及び図７において、図１乃至図５に示す符号と同符号のものは同一部分又は相当する部分であるので、その部分の説明を省略する。

本実施の形態においては、大略、一実施の形態のアンダーカバー５Ｅの孔部５Ｅａと接続部材５Ｅｂとを省略し、制御盤１６の下部側のサイドビーム５Ｄの一部箇所に外側と内側を貫通するスリット部５Ｄａを設け、このスリット部５Ｄａに位置して後述の冷却風導入ダクト２１Ａの他方側の開口部が接続される接続部材２１Ｂを内側に固着したものである。つまり、本実施の形態においては、制御盤１６に吸入する外気をアンダーカバー５Ｅの下方からではなく、サイドブーム５Ｄの外側から導入するものである。

図６及び図７において、冷却風導入ダクト２１Ａは、略中間部で直角に屈曲して形成された角筒状の部材であって、一方側の開口部が制御盤１６の底板１６Ｂに固着された接続部材１８Ｂに接続され、他方側の開口部がサイドビーム５Ｄの内側に固着した接続部材２１Ｂに接続されている。冷却風導入ダクト２１Ａは、サイドビーム５Ｄ外側の外気を冷却風として制御盤１６内に導くものである。

本発明の電気駆動式建設機械の他の実施の形態によれば、上述した一実施の形態と同様な効果を得ることができる。

また、本実施の形態においては、旋回フレーム５の下部側面を形成するサイドビーム５Ｄにスリット部５Ｄａを設け、冷却風導入ダクト２１Ａはこの孔部５Ｄａを介して外部に開口する構成としているから、冷却風導入ダクト２１Ａはサイドビーム５Ｄを利用して容易に外部に開口させることができる。また、冷却風として上部旋回体３の側方から外部の冷えた外気を吸い込むことができるので、制御盤１６に収納された制御機器の冷却効率を向上することができる。

なお、一実施の形態においては、冷却風導入ダクト２１を直筒状に形成し、他の実施の形態においては、冷却風導入ダクト２１Ａを角筒状に形成した場合を例示したが、本発明はこれに限るものではなく、円筒状、多角筒状等の形状としてもよい。

また、本発明の実施の形態においては、電気駆動式建設機械として油圧ショベルを例に説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば油圧クレーン等の他の電気駆動式建設機械にも適用することができる。

１油圧ショベル
２下部走行体
３上部旋回体
４フロント装置
５旋回フレーム
５Ａ底板
５Ｂセンタービーム
５Ｃ張出しビーム
５Ｄサイドビーム
５Ｅアンダーカバー
６キャブ
７カウンタウエイト
８主電動機
９油圧ポンプ
１０オイルクーラ
１１作動油タンク
１２制御弁装置
１３建屋カバー
１４隔壁
１５電動機室
１６制御盤
１７設置用ベース板
１８冷気導入孔
１９空気排出孔
２０排出フィルタ部材
２１冷却風導入ダクト
Ｅ制御機器

Claims

下部走行体と、前記下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体とからなり、前記上部旋回体は、旋回フレームと、前記旋回フレームの後部側に設けられ、外部からの電力を受けて駆動する主電動機を収容した電動機室と、前記旋回フレーム上における前記主電動機の側方に設けられた油圧ポンプと、前記油圧ポンプの前方に設けられた制御盤とを備えた電気駆動式建設機械において、
前記制御盤の上部に空気排出孔を、底部に空気導入孔をそれぞれ設け、前記空気導入孔に冷却風導入ダクトの一方側を連結し、前記冷却風導入ダクトの他方側の開口部を外部の空気を前記制御盤内に導くように前記上部旋回体の外部に臨ませて配置した
ことを特徴とする電気駆動式建設機械。
請求項１記載の電気駆動式建設機械において、
前記冷却風導入ダクトは、前記旋回フレームのアンダーカバーと前記制御盤の底板との間に位置している
ことを特徴とする電気駆動式建設機械。
請求項２に記載の電気駆動式建設機械において、
前記冷却風導入ダクトの前記他方側の開口部は、前記アンダーカバーに設けた開口に接続され、前記上部旋回体の下方から外気を取り込む
ことを特徴とする電気駆動式建設機械。
請求項２に記載の電気駆動式建設機械において、
前記冷却風導入ダクトの前記他方側の開口部は、前記上部旋回体のサイドビームに設けた開口に接続され、前記上部旋回体の側方から外気を取り込む
ことを特徴とする電気駆動式建設機械。