JP2013053512A - 油冷式発電機を有する建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】発電機を有する建設機械において、確実に、出来る限り簡単な手段で、発電機を一層良好に冷却する。
【解決手段】建設機械１は、油圧機能用油圧システムを更に含み、該油圧システムは、発電機１０を冷却するよう適合される。また、冷却用に、発電機１０は、その外面にパイプシステムを有し、パイプシステムは該油圧システムに接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の導入部分に記載の発電機を有する建設機械に関する。例えば、建設機械は、道路舗装機又は道路舗装機用フィーダとすることができる。

欧州特許第ＥＰ１１１８７１４Ａ２号から、道路舗装機において、高電力消費レベルの電気消費体があることが知られている。そうしたものとして、例えば、アスファルト混合物を加熱するためのスクリードの加熱装置や加熱ロッドが挙げられる。そうした消費体に電力を供給するのに、通常、補助電気駆動部、例えばポンプ伝達ギヤによって、連結され、駆動される強力な発電機が必要とされる。該補助駆動部は、主駆動部、例えばディーゼルモータによって駆動される。運転中に高レベルの電気を出力するため、そうした発電機は、それ自体高レベルの熱を発生するので、ファンを用いて発電機に冷却空気が供給される。これに関する短所は、ファンが、発電機で及び建設機械内で一定の構築空間を必要し、冷却能力は限定される点である。

また、自動車及び商用車では、別の種類の発電機、所謂ダイナモが、車両の電気系統電圧を発生するのに使用されていることが知られている。更に、これらの発電機は、運転中に様々な発熱源の影響を受ける、或いは発電機自体が発熱するため、断続的に又は連続的に冷却されなければならいことが、知られている。発電機は大部分が燃焼機関付近に配置される一方、他方では、発電機は、運転中それ自体一定の熱を発生する。自動車では、発電機は十分に空冷されるが、車両電気系統電圧が高い車両ほど、液体冷却が望ましい。液冷式発電機が、例えば独国特許第ＤＥ３０２８１７７Ｃ２号から知られており、該文献は、導体内に冷却流路を有する回転子巻線を有する発電機を記載している。冷却流路は、冷却水を還流させることができる。

更なる液冷式発電機について、独国特許第ＤＥ１９８５４４６４Ｃ２号に記載されている。この発電機は、リング型の冷却液用間隙部を含む筐体に配設される。

引用した技術水準に関する短所は、概して、導電性の水が電気部品付近で使用される点である。

独国特許第ＤＥ１９７５０３７９Ｂ４号から知られるのは、発電機及び油圧ポンプ組立体を有する構築ユニットであり、該油圧ポンプ組立体は、発電機を冷却するために備えられている。この場合の短所は、発電機とポンプ組立体とが共通の構築ユニットから成るため、容易には空間的に分離されることができない点である。

従って、本発明の目的は、確実に、出来る限り簡単な手段で、発電機を一層良好に冷却することである。

この目的は、本発明により、特許請求項１の特徴を持つ発電機を有する建設機械によって解決される。本発明の有利な更なる展開については、従属請求項で説明される。

本発明によると、発電機を有する建設機械は、油圧機能用油圧システムを含み、該油圧システムは、発電機を冷却するために備えられる。確かに、油圧オイルは、例えば、水より熱容量が小さく、その結果、油は水より蓄熱量が少ない。しかしながら、油圧オイルの使用に関して有利な点は、油圧オイルは、水より沸点が高く、その結果、添加物を混合する必要がない点である。オイルに関する更なる利点は、電気絶縁性が良好なことで、その結果、漏出しても、発電機に悪影響を与えない。油圧システムは、建設機械の電動機とは、独立して敷設されており、建設機械内で更なる機能を実行しており、別個な冷却システムが発電機に対して不要となる。油圧システムに導入される熱、つまりその温度は、概して燃焼機関用冷却システムより低くなる。

好ましくは、発電機は、その外面に冷却用にパイプシステムを有し、該パイプシステムは、油圧システムに接続される。パイプシステムが延伸されるほど、パイプシステムの熱伝導面は大きくなり、結果的に、発電機の冷却能力は大きくなる。

システムの冷却能力を最大限にするために、パイプシステムは、熱伝導率が良好な材料、好ましくは鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム又は銅から製造される。

冷却用に備えられたパイプシステムの表面を最大限にするために、パイプシステムをコイル形状にできる。二重ケーシング、例えば、ハーフパイプコイルは、特に有利なことが証明されている。油の粘性が高い低温開始時には、油全てが高圧で発電機のパイプシステムを通して搬送されないようにするために、圧力制限装置が、発電機のパイプシステムに備えられることができる。

本発明の特に有利な変形例では、発電機に対して規制装置を備え、該規制装置は、他のタスクと共に、発電機の出力を規制するように構成される。その結果、例えば、発電機内又は付近が高温の場合に、発電機の電力消費量が、適切に低減される。

本発明の更なる有利な変形例では、発電機のパイプシステムからの油圧オイルを収容するオイルタンクを備え、該オイルタンクは、油圧システムからの油圧オイルを収容するように更に構成される。共通のオイルタンクを使用することで、必要な空間を減少でき、その結果建設機械は全体的に一層コンパクトに構築されることができる。

パイプシステムの油圧オイル及び／又は油圧システムの油圧オイルを冷却するために熱交換器が備えられると、特に有利である。それにより、熱交換器は、単に冷却装置としてのみ使用されることができ、油圧オイルの熱を周囲に放出できる。更にまた、熱交換器は、建設機械の加熱システムに接続されること、及び油圧システムの熱は、建設機械の他の部品を加熱するのに使用されることが、考えられる。

発電機を有効に且つ安全に運転するために、発電機を監視する装置が備えられ、該装置は、理想的には発電機の規制装置と相互作用するように形成されると、好都合である。このように、発電機の危険で非効率的な運転状態が診断され、非常事態処置で対応されることができる。例えば、発電機の電力消費量が低減される可能性もある。

パイプシステムが発電機の筐体に組込まれると、パイプシステムと発電機との間の空隙が避けられるため、特に効果的であることが判明している。これは、例えば、パイプシステムを発電機の筐体に形成することによって、実現される。

本発明の特に有利な変形例では、発電機は、燃焼機関及び／又は補助駆動部によって駆動されるように設定されるようにする。燃焼機関が、概して建設機械の主駆動部となるため、結果的に発電機は建設機械の全作動を通して発電できる。また、燃焼機関と発電機との間に配設された補助駆動部で燃焼機関を駆動することで、発電機入力軸での、力のモーメントにおけるピークを回避し、発電機の適切な運転回転数を特定できる。

油圧システムと発電機のパイプシステムで一定の圧力を発生するために、パイプシステムで圧力を発生させるオイルポンプが備えられ、更にオイルポンプが油圧システムと相互作用するように設定されると、有利である。従って、共通のオイルポンプが、油圧システムと発電機のパイプシステムに使用され、その結果、更なる部品、結局は、構築空間が節約されることができる。

よって、オイルポンプを駆動するために、燃焼機関及び／又は補助駆動部が備えられると、特に有利なことが証明されている。従って、オイルポンプは、建設機械の油圧システム及び発電機のパイプシステムに対する油圧を、建設機械の全運転を通して、発生させる。

別の電動機がオイルポンプを駆動するために備えられる場合、或いはオイルポンプが補助駆動部によって直接駆動される場合には、切替可能な連結器が、補助駆動部とオイルポンプとの間に任意に備えられ、有利である。そうすることによってオイルポンプの駆動が燃焼機関から分離されることができ、燃焼機関での引きずり損失を低減できる。これにより、オイルポンプが常時運転されるのを回避可能になり、何より、油圧システムにおける、且つ発電機のパイプシステムにおける油圧を状況に応じて高くできる。

以下では、本発明の有利な実施形態ついて、図面に基づいてより詳細に説明される。特に示されるのは、以下である。

本発明による建設機械の側面図である。 本発明による発電機を有する建設機械の略図である。

図面中、同一部品については、全図面を通して同一の参照番号が付されている。

図１は、本発明による建設機械１を示す側面図であり、本明細書では、建設機械１は道路舗装機とする。

建設機械１は、制御ステーション３を保持するプラットホーム２を有する。プラットホーム２は下部走行体４によって支持される。下部走行体４は、駆動力を、車輪５又はクローラ（図示せず）を用いて走行面６に伝達する。駆動力を発生させるために、プラットホーム２は、主駆動源として燃焼機関７、この場合、ディーゼルモータを有する。加熱装置８ａを有するスクリード８は、プラットホーム２の後部領域に取付けられる。

この実施形態ではポンプ転送ギヤとする、補助駆動部９は、燃焼機関７のクランク軸に接続される。発電機１０の駆動軸は、ベルト駆動部１１又は突っ張り軸（ｐｒｏｐ ｓｈａｆｔ）によって補助駆動部９の出力に接続される、或いはまた、建設機械１の高電力消費体、例えば、スクリード８の加熱装置８ａに対する電圧を発生するために、直接補助駆動部に接続される。発電機１０によって発生される動作電圧は、約４００Ｖに達する。建設機械１内の発電機１０の機能については、図２を参照して以下で説明される。

図２は、本発明による発電機１０を有する建設機械１を表す。発電機１０は、電線１０ａによって、高電力消費体、例えばスクリード８の加熱装置８ａに接続される。加熱装置８ａは、アスファルト混合物の加熱用とする。そのため、加熱装置８ａの電力消費は、主にスクリード８の幅、及び任意の、追加で接続された消費体に応じて変化する。発電機１０は、規制装置１０ｂ及び監視装置１０ｃを有する。

また、建設機械１は、例えば、作動装置の調節といった、建設機械１のための様々な油圧機能を実行する油圧システム１１を更に有する。少なくとも２つの異なる回路を含む油圧システム１１は、オイルタンク１２を有し、該オイルタンクは、該２回路によって共有され、作動液を保存するのに使用される。この実施例の作動液は、良好な潤滑性と適当な粘性があるため、油圧オイルとしている。

油圧オイルは、オイルタンク１２から、該オイルタンク１２に接続された２ポンプ１３ａ、１３ｂによって搬送され、これら２ポンプ其々は、油圧システム１１の２つの異なる回路の１つに対して備えられる。それにより、油圧ポンプ１３ａ、１３ｂは、連続した体積流を発生させ、同作業に適した設計を有する。各ポンプ１３ａ、１３ｂは、補助駆動部９によって直接駆動される。つまり、ポンプ１３ａ、１３ｂは、燃焼機関７の運転中は、常時オイルタンク１２から油圧オイルを搬送でき、その結果、油圧システム１１において大体一定の圧力を発生できる。

油圧システム１１は、油流を、毎分４〜１０リットル間の特定可能なレベルに、しかしながら好ましくは毎分約８リットルに絶えず規制する２流量制御弁１７ａ、１７ｂを更に有する。

油圧システム１１は、建設機械１のために様々な油圧機能を実行する。そのために、油圧システム１１は、該油圧システム１１に接続される油圧作動部品１８ａ〜１８ｉ、例えば、スクリード８又は下部走行体用の調節シリンダを含む。従って、各作動部品１８ａ〜１８ｉは、それ自体の電気的に動作可能な弁１９ａ〜１９ｉを含む。この実施形態では、作動部品１８ａ〜１８ｇは、管路システム１６ａの回路に配設され、作動部品１８ｈ、１８ｉは、管路システム１６ｂの回路に配設される。

作動部品１８ａ〜１８ｇは、一定の体積流量を必要とするため、２流量制御弁１７ａ、１７ｂが、ポンプ１３ａと作動部品１８ａ〜１８ｇ間の管路システム１６ａに配設される。作動部品１８ｈ、１８ｉは、一定の体積流量を必要とせず、そのためポンプ１３ｂと作動部品１８ｈ、１８ｉとの間には流量制御弁は不要である。

管路システム１６ｂの還流では、熱交換器２０、この場合冷却装置は、油圧作動部品１８ｈ、１８ｉによって加熱される油圧オイルの温度に作用するために、油圧作動部品１８ｈ、１８ｉとオイルタンク１２との間に配置される。フィルタ２２を有する還流ライン２１は、管路システム１６ａ、１６ｂの還流をオイルタンク１２に接続する。

発電機１０は、好ましくは二重ケーシングの形で、発電機１０の筐体２４に形成されるコイル型パイプシステム２３を有する。パイプシステム２３は、油圧接続部２５によって油圧システム１１の油圧ライン１６ａの供給ラインに接続される。流量制御弁１７ａの規制によって、一定の油流が発電機１０のパイプシステム２３に行渡る。パイプシステム２３の一端部に、油圧ライン１６ａの還流に接続される更なる油圧接続部２６が、備えられる。該油圧ライン１６ａは、還流としてオイルタンク１２に接続され、その結果油圧オイルはオイルタンク１２へと戻る。

圧力制限装置２７は、パイプシステム２３におけるシステム圧力を制限するために備えられる。この実施形態では、圧力制限装置２７は圧力制限弁であり、逆止弁を有するバイパスを含む。

建設機械１中の発電機１０の冷却は、以下に記載されているように、進められる。

作業任務開始時に、建設機械１の油圧システム１１を急速に運転温度にする必要がある場合がある。例えば、油圧オイルは、約７０(Ｃに達するまで、油圧システム１１の殆どの部品に理想的な粘度には到達しない。そうした建設機械１の運転状態で、発電機１０の筐体２４に形成されたコイル型パイプシステム２３は、発電機１０によって発生された熱で油圧オイルを更に加熱するので、油圧システム１１を支援するように働く。

油圧オイルは、燃焼機関７の又は補助駆動部９の運転中に、ポンプ１３ａによって、油圧システム１１と、発電機１０のコイル型パイプシステム２３とを通して、略一定量で搬送される。

作動部品１８ａ〜１８ｉからのエネルギ導入によって、及び油圧オイルに放出される発電機１０自体の熱によって、油圧オイルは、建設機械１の更なる運転中に大幅に加熱される。管路システム１６ｂの還流に配設された冷却装置２０により、油圧オイルから周囲へ熱放射でき、その結果管路システム１６ｂの油圧オイルの温度は下げられる。

このようにして冷却されて、油圧システム１１の管路システム１６ｂを有する回路から来る油圧オイルは、共通のオイルタンク１２に流入し、該オイルタンク内で、発電機１０の管路システム１６ｂの回路、又はオイルタンク１２の作動部品１８ａ〜１８ｇの回路からの未冷却油圧オイルと混合するので、油圧オイルは、再びポンプ１３ａによって搬送され、パイプシステム２３に供給される前に、発電機１０によって冷却される。油圧オイルによる発電機１０の冷却が不十分な場合で、且つそのことが監視装置１０ｃによって検出された場合、規制装置１０ｂは、発電機１０の電力消費量を制限でき、その結果、発電機１０はそれ自体の発熱を少なくできる。

図示した実施形態を前提として、本発明による発電機１０を有する建設機械１は、様々に修正されることができる。例えば、ポンプ１３ａ、１３ｂは、燃焼機関７又は補助駆動部９によって駆動される代わりに、建設機械１に別に配設された電動機によって駆動されることができる。その結果、オイルポンプ１３ａ、１３ｂは、必要に応じて制御され、油圧システム１１と発電機のパイプシステム２３を通して油を常時搬送するということがなくなる。これにより、モータ始動停止システムとの特に有利な組合せが可能になる。

外部温度が低い場合に、発電機１０をより速く適切な運転温度に加熱するために、発電機１０のコイル型パイプシステム２３は、更なる予熱回路（図示せず）に接続されることが、更に考えられるだろう。

１ 建設機械
２ プラットホーム
３ 制御ステーション
４ 下部走行体
５ 車輪
６ 走行面
７ 燃焼機関
８ スクリード
８ａ スクリード８の加熱装置
９ 補助駆動部
１０ 発電機
１０ａ 電線
１０ｂ 規制装置
１０ｃ 監視装置
１１ 油圧システム
１２ オイルタンク
１３ａ、１３ｂ ポンプ
１６ａ、１６ｂ 管路システム
１７ａ、１７ｂ 流量制御弁
１８ａ〜１８ｉ 油圧作動部品
１９ａ〜１９ｉ 電気的に動作可能な弁
２０ 熱交換器
２１ 還流ライン
２２ フィルタ
２３ パイプシステム
２４ 筐体
２５、２６ 油圧接続部
２７ 圧力制限装置

Claims (15)

1. 発電機（１０）を有する建設機械（１）であり、油圧機能用油圧システム（１１）を更に含む前記建設機械（１）であって、前記油圧システム（１１）は、前記発電機（１０）を冷却するよう適合されることを特徴とする建設機械。
2. 冷却用に、前記発電機（１０）は、その外面にパイプシステム（２３）を有し、該パイプシステム（２３）は前記油圧システム（１１）に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の建設機械。
3. 前記パイプシステム（２３）は、熱伝導材料、好ましくは鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム又は銅から製造されることを特徴とする、請求項２に記載の建設機械。
4. 前記パイプシステム（２３）は、コイル形状を有することを特徴とする、請求項２又は３に記載の建設機械。
5. 前記パイプシステム（２３）は、前記発電機（１０）の外面上の二重ケーシングであることを特徴とする、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の建設機械。
6. 少なくとも１つの圧力制限装置（２７）が、前記パイプシステム（２３）に備えられることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の建設機械。
7. 前記油圧オイルを収容するオイルタンク（１２）が備えられ、該オイルタンク（１２）は、前記油圧システム（１１）からの前記油圧オイルを収容するように更に設定されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の建設機械。
8. 前記パイプシステム（２３）の前記油圧オイル及び／又は前記油圧システム（１１）の油圧オイルを冷却するために、熱交換器（２０）が備えられることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の建設機械。
9. 規制装置（１０ｂ）が、前記発電機（１０）のために備えられ、前記規制装置（１０ｂ）は、前記発電機（１０）の出力を規制するように構成されることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の建設機械。
10. 装置（１０ｃ）が、前記発電機（１０）を監視するために備えられ、前記装置（１０ｃ）は、前記規制装置（１０ｂ）と相互作用するよう形成されることを特徴とする、請求項９に記載の建設機械。
11. 前記パイプシステム（２３）は、前記発電機（１０）の筐体（２４）に組込まれることを特徴とする、請求項２乃至１０のいずれか一項に記載の建設機械。
12. 前記発電機（１０）は、補助駆動部（９）によって及び／又は燃焼機関（７）によって駆動されるよう設定されることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の建設機械。
13. 圧力発生オイルポンプ（１３ａ）が、前記パイプシステム（２３）に備えられ、前記オイルポンプ（１３ａ）は、前記油圧システム（１１）と相互作用するように更に設定されることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の建設機械。
14. 燃焼機関（７）及び／又は補助駆動部（９）は、前記オイルポンプ（１３ａ）を駆動するために備えられることを特徴とする、請求項１３に記載の建設機械。
15. 別の電動機が、前記オイルポンプ（１３ａ）を駆動するために、備えられることを特徴とする、請求項１３に記載の建設機械。

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