JP2013002160A - 電動式建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】
電動建設機械において、制御盤で発生した熱をキャブ内の暖房に有効に利用する。
【解決手段】
電動式建設機械１００は、下部走行体１０と、この下部走行体の上部に旋回可能に搭載されキャブ２２を有する上部旋回体２０と、この上部旋回体に一端部が回動可能に接続されたフロント作業機５０と、フロント作業機を駆動する油圧ポンプ３４用の電動モータ３６と、この電動モータを制御する制御盤３０とを備える。キャブ内にはこのキャブ内を空調する空調機６５が設けられている。空調機で暖房運転が選択されたときに制御盤内空気をキャブ内に導く導入手段６７、６８および制御盤内部の空気をこの電動式建設機械外へ導く熱交換器６１の稼動を停止させるリレー６２を設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は電動式建設機械に係り、特にキャブ内を空調する空調設備を備えた電動式建設機械に関する。

従来の建設機械の例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載の建設機械では、運転室本体に設けた電子機器の発熱により、運転室本体内の室温が上昇するのを防止するために、運転室本体内にコントローラを収容する収容ケースを設け、収容ケースの冷却風導入口を分岐配管により空調装置の冷却風導管の冷却風分配口に接続している。そして、収容ケースの排気口を排気配管により取り付けブラケットを介して運転室本体の外部に連通している。空調装置を作動させれば、冷却風の一部が収容ケース内に導かれ、コントローラの熱を奪い、運転室外へ排気するようになっている。

従来の建設機械の他の例が、特許文献２に記載されている。この公報に記載のハイブリッド式建設機械では、インバータ／コンバータをエンジンルームに設置して、外気により本体を効果的に冷却するために、ハイブリッド機器の一つであるインバータ／コンバータを、本体とこの本体を覆うケーシングで構成し、エンジンルームに配置している。そしてケーシングに、ファンを有する空気取り入れ口と空気取り出し口を設け、エンジンルーム外の空気をケーシング内に取り込んで流通させた後に、空気取り出し口から排出している。

特開平７−１２７１０１号公報 特開２００７−１０６２０９号公報

エンジン式の建設機械では、操作者が居るキャブ内を空調するために空調機が設けられているが、暖房運転時にエンジンの排熱を利用しており、ヒータ等の余分な機器を設ける必要がなく、省エネにも寄与している。これに対して、電動式の建設機械では、ヒータ等の温水発生装置を別途設けこの温水によりエンジンの排熱の代わりとしていた。そのため、温水発生用の余分な電力が必要となっていた。

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、電動式建設機械において、ヒータ等の温水発生装置を別途設けることなく、暖房運転を可能にすることにある。

上記目的を達成する本発明の特徴は、下部走行体と、この下部走行体の上部に旋回可能に搭載されキャブを有する上部旋回体と、この上部旋回体に一端部が回動可能に接続されたフロント作業機と、前記フロント作業機を駆動する油圧ポンプ用の電動モータと、この電動モータを制御する制御盤と、を備えた電動式建設機械において、前記キャブ内にこのキャブ内を空調する空調機を設け、前記空調機で暖房運転が選択されたときに前記制御盤内空気を前記キャブ内に導く導入手段および前記制御盤内部の空気をこの電動式建設機械外へ導く手段の稼動を停止させる切替手段とを設けたことにある。

そしてこの特徴において、前記制御盤内部の空気をこの電動式建設機械外へ導く手段は、前記制御盤の筐体に設けた熱交換器であるのが好ましく、前記切替手段は、前記空調機に付設したＯＮ／ＯＦＦスイッチ部に接続されたリレーと、このリレーを介して前記制御盤内部の空気を前記電動式建設機械外へ導く手段に接続された電源手段とを有するようにしてもよい。また、前記制御盤内空気を前記キャブ内に導く導入手段は、前記キャブと前記制御盤間を接続するダクトと、ファンを有し前記ダクトの一端側に設けられた温風取入れ部とを有するようにしてもよい。

本発明によれば、電動式建設機械に制御盤とキャブとを連通する流路を設け、暖房運転時に制御盤内の空気をキャブ内に導くようにしたので、制御盤で発生した熱をキャブ内の暖房に有効に利用できる。そのため、ヒータ等の温水発生装置を別途設けることなく、暖房運転が可能となる。また、制御盤で発生した熱をキャブ内で使用できるので、電動式建設機械の省エネルギ化が可能になる。

本発明に係る電動式建設機械の一実施例の斜視図である。 図１に示した電動式建設機械における、キャブと制御盤を含む部分の模式図である。 図２に示した空調設備の動作を説明する図である。 空調設備の動作のフローチャート。

以下、本発明に係る電動式建設機械の一実施例を、図面を用いて説明する。図１は、電動式建設機械１００の斜視図である。javascript:CheckImage(2)電動式建設機械としては、電動ショベルを取り上げているが、本発明はショベル以外の、ホイールローダやクレーンなど他の建設機械にも適用できることは言うまでもない。

電動ショベル１００では、エンジンの代わりに電動モータ３６を搭載し、この電動モータ３６により油圧ポンプ３４を駆動する。そのため、排気ガスを排出せず、騒音及び振動も大幅に低減する利点を有する。図１において、電動ショベル１００は、外部の電源（図示せず）からの電力供給によって電動モータ３６を駆動している。

電動ショベル１００は、大別して下部走行体１０と上部旋回体２０とフロント作業機５０とから構成される。上部旋回体２０は、下部走行体１０に対して旋回可能に搭載されている。フロント作業機５０は、上部旋回体２０の前部に上下動可能に取り付けられている。

下部走行体１０は、この電動ショベル１００の左右両端側であって、後端側に設けた走行装置１１と、前方側に設けたフロントアイドラ１２と、走行装置１１とフロントアイドラ１２に装架された無限履帯装置１３とを有している。

上部旋回体２０には、前部左側にこの電動ショベル１００を操作する操作者が搭乗するキャブ２２が設けられており、後部側にはフロント作業機５０とのバランスを取るためのカウンタウェイト２４が配置されている。さらに、フロント作業機５０を操作するために、油圧ポンプ３４とその油圧ポンプ３４のための作動油タンク３２が、上部旋回体２０の右側部後方に配置されている。

上述したように、油圧ポンプ３４は電動モータ３６で駆動され、電動モータ３６と油圧ポンプ３４は上部旋回体２０の後部に配設されている。また、電動モータ３６の回転軸には、冷却ファン４０が取り付けられている。そして、電動モータ３６の駆動に伴って、冷却ファン４０が回転し、これによって吸気口から外気が冷却風として導入され、電動モータ３６を冷却する。

フロント作業機５０は、上部旋回体２０にその一端部を取り付けられたブーム５１と、このブーム５１の他端に接続されるアーム５４と、アーム５４の先端に取り付けられたバケット５６とを有する多関節構造である。ブーム５１を回動駆動するために、ブームシリンダ５２が、アーム５４を回動駆動するためにアームシリンダ５５が、バケット５６を回動駆動するためにバケットシリンダ５７がそれぞれ設けられている。ブームシリンダ５２、アームシリンダ５５、およびバケットシリンダ５７には、電動モータ３６により駆動される油圧ポンプ３４で発生する圧油が供給され、バケット５６に所定の動作をさせることが可能になる。

ところで電動ショベル１００では、油圧ポンプ３４の駆動源である電動モータ３６を制御するために従来に比して大きな制御盤３０が必要になっており、従来燃料タンク等が搭載されている部分に配置されて、その他の電気部品の制御も含めた制御を実行する。この制御盤３０には、インバータ等の多大な発熱部品も含まれ、制御盤３０の冷却が電動ショベル１００の安定した動作には、必要不可欠になっている。

従来は、制御盤３０で発生する熱を周囲空気と熱交換して、冷却していた。すなわち、制御盤３０で発生する熱を周囲に排出することにより、制御盤３０の安定した動作を確保していた。本発明では、図２に示すように、この制御盤３０で発生した熱を有効利用することとしている。図２は、電動ショベル１００における、キャブ２２と制御盤３０を含む部分の模式図である。上部旋回体２０の側部に配置される制御盤３０の筐体内とキャブ２２内とをダクト６７で接続し、連通させている。ダクト６７は、制御盤３０の筐体の下部に形成したダクト孔６６に嵌合している。

制御盤３０には、主たる発熱源である電圧変換機６３と、図示しないがその他多くの制御手段が収容されている。制御盤３０の筐体の外部に面している部分には、熱交換器６１が配置されている。この熱交換器６１は、例えばコルゲート方式の熱交換器でコルゲートの一方を外部空気が、他方を筐体内の空気が通過することで熱交換される。外部空気を熱交換器６１導くときに、外部空気に含まれる塵埃等が筐体内部に侵入するのを防止するため、熱交換器６１の外気導入側表面に図示しないフィルタを備える。また外気の導入のために、熱交換器６１が図示しないファンを備える。

熱交換器６１には熱交換器切替部６２が付設されており、信号配線７３で接続されている。この熱交換器切替部６２は、後述する空調機６５との相互動作を制御するときに使用される。熱交換器切替部６２には、信号配線７１，７２も接続されている。信号配線７１は、キャブ２２内に設けた空調機６５に接続されている。信号配線７２は、グラウンドＧに接地されている。

一方キャブ２２内には、空調機６５が配設されており、夏季の冷房および冬季の暖房に供している。また、ダクト６７の一端が接続された温風取入れ部６９もキャブ２２の床面近傍に配置されている。温風取入れ部６９は、キャブ２２の内部に温風を吹き出すことができるように、図示しない複数の吹き出し口を備えている。さらに温風取入れ部６９は、ダクト６７を介して制御盤３０内の温風をキャブ２２内に効率よく導くために、吸引ファンを備えている。

ここで、熱交換器切替部６２の詳細を、図３に示した模式図を用いて説明する。熱交換器切替部６２内にはリレー８０が配置されており、その１次側には、１次コイル８１が配設されている。１次コイル８１の一端側は、キャブ２２内に配設した空調機６５に付設された空調機ＯＮ/ＯＦＦスイッチ６４からの信号が入力される。１次コイル８１の他端側は、グラウンドＧに接続されている。

リレー８０の２次側には、２次側スイッチ８２が設けられている。一次コイル８１の作動状態により、２次側スイッチ８２がオンまたはオフし、制御盤３０の筐体に設けた熱交換器６１を動作させるか停止させるかを決定する。２次側スイッチ８２を動作させるために、熱交換器切替部８１は電源７５を有しており、この電源７５と２次側スイッチとが接続されている。

次にこのように構成した本発明に係る電動ショベル１００の空調動作について、図4に示したフローチャートを用いて説明する。

キャブ２２内に設置した空調機６５には、室温設定手段が設けられている。電動ショベル１００の操作者は、室温の設定手段を操作する。そして、ステップＳ２００において空調機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６４がＯＮになっていれば、ステップＳ２１０に進む。ステップＳ２１０において設定温度により暖房運転と判断されると、制御盤３０で発生した熱をキャブ２２内に導くために空調機６５が備える温風取り入れ部６９に設けたファン６８を回転作動させる（ステップS３１０）。

また、制御盤３０側では、空調機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６４がＯＮ状態になった情報が、信号配線７１を経由して熱交換器切替部６２に送られ、熱交換器切替部６２のリレー８０が有する１次コイル８１を励磁する（ステップＳ３２０）。

リレー８０は、１次コイル８１が非励磁状態では熱交換器６１と電源７５とを接続状態に維持しており、励磁状態に切り替わると２次側スイッチ８２が熱交換器６１と電源との接続を遮断する(ステップＳ３３０)。このステップＳ３３０で２次側スイッチ８２が切り替わったので、熱交換器６１には電源から電力が供給されなくなる（ステップＳ３４０）。

キャブ２２の温風取り入れ部６９に備えたファン６８が稼動しているので、制御盤３０で発生した熱はダクト６７を介して温風取り入れ部６９に導かれる（ステップＳ３５０）。そして、吹き出し口からキャブ２２内の複数個所に温風が吹き出される。このとき制御盤３０内には、外部空気が導入されないので、制御盤３０内を冷却する積極的な手段はないものの、周囲空気温が低下して暖房を必要としている状態であるから、制御盤３０内の冷却に関しては特に問題はない。

一方、ステップＳ２１０で設定された温度から冷房運転が必要と判断される場合には、キャブ２２内に設置された空調機６５が本来備える制御手段の制御に任せる。すなわち、通常の運転モードに設定する（ステップＳ４１０）。

制御盤３０側では、空調機６５に付設された空調機ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６４から信号配線７１を介して空調運転をしないというスイッチＯＦＦ状態（ステップＳ２００）の情報または冷房運転との情報(ステップ２１０)が得られると、熱交換器切替部６２の１次コイル８１を非励磁とする（ステップＳ４２０）。リレー８０の１次コイル８１が非励磁であるから、初期状態と同じく２次側スイッチ８２が接続状態になり、熱交換器６１と電源７５とが通電し続ける（ステップＳ４３０）。

熱交換器６１が通電されているので、熱交換器６１が備える図示しないファンは作動し続け、外気を熱交換器６１に導き、制御盤３０内の温度上昇した空気が外気と熱交換される（ステップＳ４４０）。このとき、空調機６５の温風取り入れ部６９に設けたファン６８は停止しているので、キャブ２２側にダクト６７を介して制御盤３０内の暖められた空気が流れることはほとんどない。その理由は、熱交換器６１により制御盤３０内の空気の温度が低下することと、ダクト６７の流路断面積が小さく、流動抵抗が大きいためである。これにより、キャブ２２内は冷房もしくは空調無しの状態でありながら、制御盤３０内も外気により冷却することができる。

本実施例によれば、ヒータ等の温水発生装置を別途設けることなく、簡単な構成で制御盤で発生する熱をキャブ内に導くことが可能になる。そのため、キャブ内を暖房運転することが必要なときに余分なエネルギを使用することなく、快適にキャブ内を暖房できる。

１０…下部走行体、１１…走行装置、１２…フロントアイドラ、１４…無限履帯装置、２０…上部旋回体、２２…キャブ、２４…カウンタウェイト、３０…制御盤、３２…作動油タンク、３４…油圧ポンプ、３６…電動モータ、３８…オイルクーラ、４０…冷却ファン、５０…フロント作業機、５１…ブーム、５２…ブームシリンダ、５４…アーム、５５…アームシリンダ、５６…バケット、５７…バケットシリンダ、６１…熱交換器、６２…熱交換器切替部、６３…電圧変換機、６４…ON/OFFスイッチ部、６５…空調機、６６…ダクト穴、６７…ダクト、６８…ファン、６９…温風取入れ部、７１〜７３…信号配線、７５…電源、８０…リレー、８１…１次コイル、８２…２次側スイッチ、１００…電動ショベル（電動式建設機械）、G…グラウンド。

Claims (4)

1. 下部走行体と、この下部走行体の上部に旋回可能に搭載されキャブを有する上部旋回体と、この上部旋回体に一端部が回動可能に接続されたフロント作業機と、前記フロント作業機を駆動する油圧ポンプと、この油圧ポンプ駆動用の電動モータと、この電動モータを制御する制御盤とを備えた電動式建設機械において、前記キャブ内に設けた空調機で暖房運転が選択されたときに前記制御盤内部を冷却する手段の稼動を停止させると共に前記制御盤内部の空気を前記キャブ内に導く導入手段を稼動させる切替手段を設けたことを特徴とする電動式建設機械。
2. 前記制御盤内部の空気を冷却する手段は、前記制御盤の筐体に設けた熱交換器であることを特徴とする請求項１に記載の電動式建設機械。
3. 前記切替手段は、前記空調機に付設したＯＮ／ＯＦＦスイッチ部に接続されたリレーと、このリレーを介して前記制御盤内部の空気を前記電動式建設機械外へ導く手段に接続された電源手段とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の電動式建設機械。
4. 前記制御盤内空気を前記キャブ内に導く導入手段は、前記キャブと前記制御盤間を接続するダクトと、ファンを有し前記ダクトの一端側に設けられた温風取入れ部とを有することを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の電動式建設機械。

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