JP2015098744A - 蓄電装置を搭載した建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド式油圧ショベル等の建設機械の上部旋回体に蓄電装置を配置する際に、安全性が確保され、温度特性に影響を与えぬ環境であって、かつ上部旋回体のバランスを崩すことなく、コスト増を押さえながら最適な配置が採用できる蓄電装置を搭載した建設機械を提供する。
【解決手段】 旋回体と、この旋回体上に配置されるエンジン室と、このエンジン室に配置されるエンジン、及びこのエンジンによって駆動される油圧ポンプと、アクチュエータを形成する電動機、またはアクチュエータを駆動する電動機と、この電動機を駆動する電力を供給可能な蓄電装置と、重量バランスを保つカウンタウエイトとを備えた建設機械において、前記カウンタウエイトに蓄電装置収納用の凹部である収納部を設け、前記収納部内に蓄電装置を収納し、蓄電装置とカウンタウエイトとがバランス良く旋回体に搭載されることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハイブリッド式油圧ショベル等の建設機械であって、特にカウンタウエイト内に設けた収納部に蓄電装置を収納する建設機械に関する。

従来の技術について図１、２を用いて説明する。

図１は従来の第一のハイブリッド式油圧ショベル等の建設機械の上部旋回体３の構成図を示す。ハイブリッド式油圧ショベルは、ハイブリッドでない油圧ショベルでは熱として外部に排出されていた旋回停止時の慣性エネルギーあるいはブーム回路に発生する位置エネルギーを油圧モータおよび電動発電機等により電気エネルギーに変換保存し、旋回起動時に再利用する構造を有している。この時電気エネルギーを蓄えるのが蓄電装置である。

従来の第二のハイブリッド式油圧ショベル等の建設機械は、この上部旋回体３を旋回させる旋回機構１９、図示しない走行用電動機への電力の供給に活用されるスリップリング２０、上述したブームシリンダ１６、アームシリンダ１７、バケットシリンダ１８等の油圧アクチュエータの作動を制御する油圧制御弁部２１、作動油タンク２２などが配置されている。エンジン室内には、エンジン２３と、このエンジン２３によって駆動され、油圧アクチュエータに供給される圧油を吐出する油圧ポンプ２４、及びエンジン２３によって駆動され、上述した走行用電動機、あるいは図示しない他の電動機を駆動する電力を供給する発電機２５などが配置されている。この場合、エンジン２３の発電機２５と反対側にラジエータ３２が配置され、さらにその外側に蓄電装置２６が配置される。

また、特許文献１では従来の他のハイブリッド式油圧ショベル等の建設機械を示しており、図２（ａ）に示すように走行体１には、走行フレーム５の他に、履帯６と、この履帯６を作動させる駆動輪７、この駆動輪７を駆動する図示しない走行電動機などが含まれている。ここで、図１と同一のものについては同一の指示番号を付している。

上部旋回体３の旋回フレーム８上には、運転室９やエンジン室１０が備えられている。また、後部付近には重量バランスを確保するカウンタウエイト１１が配備されている。

フロント作業機４には、上部旋回体３に上下方向の回動可能に取り付けられるブーム１３、このブーム１３の先端に上下方向の回動可能に取り付けられるアーム１４、このアーム１４の先端に上下方向の回動可能に取り付けられるバケット１５の他に、ブーム１３を作動させるブームシリンダ１６、アーム１４を作動させるアームシリンダ１７、バケット１５を作動させるバケットシリンダ１８などが含まれている。

また、上部旋回体３には、この上部旋回体３を旋回させる旋回機構１９、図示しない走行用電動機への電力の供給に活用されるスリップリング２０、上述したブームシリンダ１６、アームシリンダ１７、バケットシリンダ１８等の油圧アクチュエータの作動を制御する油圧制御弁部２１、作動油タンク２２などが配置されている。エンジン２３室内には、エンジン２３と、このエンジン２３によって駆動され、油圧アクチュエータに供給される圧油を吐出する油圧ポンプ２４、及びエンジン２３によって駆動され、上述した走行用電動機、あるいは図示しない他の電動機を駆動する電力を供給する発電機２５などが配置されている。

特許文献１は特に、図２（ｂ）に示すように、カウンタウエイト１１の上面１１ａの高さ位置がエンジン室１０のエンジンカバー１０ａの上面の平坦部の高さ位置よりも低くなるように、このカウンタウエイト１１を配置してあるとともに、このカウンタウエイト１１の上に、蓄電装置例えば蓄電装置２６、配電盤２７、各種電動機を制御するインバータ２８などの機器を収納可能な機器収納部３０を備えている。また、この機器収納部３０を覆うカバー部材１２を備えるとともに、図２（ａ）に示すように、このカバー部材１２の上面の高さ位置を、エンジンカバー１０ａの上面の平坦部の高さ位置に一致するように設定してある。

なお、カウンタウエイト１１の高さ位置を低く設定することにより、エンジン室１０のエンジンカバー１０ａの上面に形成される平坦部と、カウンタウエイト１１の上面１１ａとの間に段差を形成することができる。この段差によって形成される機器収納部３０に、上述のように蓄電装置２６、配電盤２７、インバータ２８などの機器を収納させることができる。この場合、例えばカウンタウエイト１１の全体を鉄材によって構成し、その密度を通常見られるエンジン式油圧ショベルのカウンタウエイトの密度よりも３倍程度高くすることにより、カウンタウエイト１１の高さをエンジン式油圧ショベルのカウンタウエイトの高さに比べて１／３程度に低くすることができ、カウンタウエイト１１上に蓄電装置２６等の機器を収納可能な機器収納部３０を設けることができる。すなわち、通常見られるエンジン式油圧ショベルと同等の車格を保つことができる。このように構成することで、通常見られる蓄電装置等の機器を備えていないエンジン式建設機械と同等の車格で、蓄電装置等の機器の収納を実現させることができ、エンジン式建設機械に比べて全体の重量が極度に重くなってしまうことを防ぐことができ、また、このような極度の重量化に伴う製作費用の高騰化を抑えることができる。

特開２００８−１０１４２７号公報

ところで、ハイブリッド式油圧ショベル等に搭載する蓄電装置は質量、容量共に大きい。また、安全性、さらに高温劣化などなる特性を考慮すると設置場所は限られてしまい、従来はエンジンユニットのラジエータ前に配置するのが一般的になっている。ただ、このラジエータ前に配置するとエンジンの直近となるため、高温下に蓄電装置がさらされることとなる。さらに、図１のように機体の側面に配置すると、左右バランスが不釣り合いとなる。このため、従来の配置は最良の位置とは言えない。

次に特許文献１について検討する。特許文献１では、カウンタウエイトの上部に蓄電装置２６を配置する方法が開示されている。しかし、実際には、カウンタウエイトの高さを下げて、そのかわり蓄電装置をカウンタウエイトの上部に積載する方法が記載されている。この方法を採用した場合は、部品点数の増大や、各部品のコスト増が見込まれ、かならずしも最適な解決方法とはなっていなかった。

そこで、本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、ハイブリッド式油圧ショベル等の建設機械の上部旋回体に蓄電装置を配置する際に、安全性が確保され、温度特性に影響を与えぬ環境であって、かつ上部旋回体のバランスを崩すことなく、コスト増を押さえながら最適な配置が採用できる蓄電装置を搭載した建設機械を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明に係る蓄電装置を搭載した建設機械は、旋回体と、この旋回体上に配置されるエンジン室と、このエンジン室に配置されるエンジン、及びこのエンジンによって駆動される油圧ポンプと、アクチュエータを形成する電動機、またはアクチュエータを駆動する電動機と、この電動機を駆動する電力を供給可能な蓄電装置と、重量バランスを保つカウンタウエイトとを備えた建設機械において、前記カウンタウエイトに蓄電装置収納用の凹部である収納部を設け、前記収納部内に蓄電装置を収納し、蓄電装置とカウンタウエイトとがバランス良く旋回体に搭載されることを特徴とする。

また、収納部がカウンタウエイトの中央に設けられてもよく、収納部がカウンタウエイトの中央より進行方向前よりに設けられてもよく、収納部がカウンタウエイトの中央より進行方向後ろよりに設けられてもよい。

さらに、蓄電装置は、その縦長方向がカウンタウエイトに対する進行方向と平行となるようにカウンタウエイトに配置されてもよく、蓄電装置は、複数個がカウンタウエイトに配置されてもよく、カウンタウエイトに代わって蓄電装置のみが旋回部に搭載されてもよい。

本発明に係る蓄電装置を搭載した建設機械は、旋回体と、この旋回体上に配置されるエンジン室と、このエンジン室に配置されるエンジン、及びこのエンジンによって駆動される油圧ポンプと、アクチュエータを形成する電動機、またはアクチュエータを駆動する電動機と、この電動機を駆動する電力を供給可能な蓄電装置と、重量バランスを保つカウンタウエイトとを備えた建設機械において、前記カウンタウエイトに蓄電装置収納用の凹部である収納部を設け、前記収納部内に蓄電装置を収納し、蓄電装置とカウンタウエイトとがバランス良く旋回体に搭載されることにより、ハイブリッド式油圧ショベル等の建設機械の上部旋回体に蓄電装置を配置する際に、安全性が確保され、温度特性に影響を与えぬ環境であって、かつ上部旋回体のバランスを崩すことなく、コスト増を押さえながら最適な配置が採用できる蓄電装置を搭載した建設機械を提供することができる。

従来の第一のハイブリッド式油圧ショベル等の建設機械の上部旋回体において、エンジン室を形成するエンジンカバーを除いた状態を示す平面図である。 従来の特許文献１に記載の第二のハイブリッド式油圧ショベル等の建設機械の（ａ）側面図と、（ｂ）カウンタウエイト付近を示す背面図である。 本発明に係る蓄電装置を搭載した建設機械の実施例１であって、（ａ）側面図と、（ｂ）カウンタウエイト付近を示す背面図である。 本発明に係る蓄電装置を搭載した建設機械の実施例１であって、上部旋回体のエンジン室を形成するエンジンカバーを除いた状態を示す平面図である。 本発明に係る蓄電装置を搭載した建設機械の実施例２であって、上部旋回体のエンジン室を形成するエンジンカバーを除いた状態を示す平面図である。 本発明に係る蓄電装置を搭載した建設機械の実施例３であって、上部旋回体のエンジン室を形成するエンジンカバーを除いた状態を示す平面図である。 本発明に係る蓄電装置を搭載した建設機械の実施例４であって、上部旋回体のエンジン室を形成するエンジンカバーを除いた状態を示す平面図である。 本発明に係る蓄電装置を搭載した建設機械の実施例５であって、上部旋回体のエンジン室を形成するエンジンカバーを除いた状態を示す平面図である。 本発明に係る蓄電装置を搭載した建設機械の実施例６であって、上部旋回体のエンジン室を形成するエンジンカバーを除いた状態を示す平面図である。 本発明に係る蓄電装置を搭載した建設機械の実施例７であって、上部旋回体のエンジン室を形成するエンジンカバーを除いた状態を示す平面図である。

図３乃至４ａ〜４ｇを用いて、本発明に係る蓄電装置を搭載した建設機械の構成について７つの実施例を通して説明する。なお、従来例と同一の指示番号は同様の構成を指示している。以下、従来例との差異を中心に説明する。

図３に、本発明に係る蓄電装置を搭載した建設機械の実施例１であって、（ａ）側面図と、（ｂ）カウンタウエイト付近を示す背面図を示し、図４ａに本発明に係る蓄電装置を搭載した建設機械の実施例１であって、上部旋回体のエンジン室を形成するエンジンカバーを除いた状態を示す平面図を示す。

図３（ａ）の側面図において、上部旋回体３のエンジン２３よりも後部にカウンタウエイト３４ａが配置されている。カウンタウエイト３４ａの内部には、カウンタウエイト３４ａのいずれの側面からも離れた中央部分に蓄電装置３６ａを収納する為の収納部３８ａが刻設される。蓄電装置３６ａが、直方体であることから、収納部３８ａも、蓄電装置３６ａが収納できるように蓄電装置３６ａより縦長と横長とが蓄電装置３６ａの縦長と横長より長く設定される。また、収納部３８ａの深さは蓄電装置３６ａを収納しても高さがエンジンルーム内に収納できれば、蓄電装置３６ａの高さよりも高くても、低くてもまた同一であってもよい。

以上のように構成することで、部品数を不必要に増加させることがなく、温度特性に影響を与えぬ環境であって、かつ上部旋回体のバランスを崩すことなく、コスト増を押さえながら最適な配置が採用できる。

図４ｂに本発明に係る蓄電装置を搭載した建設機械の実施例２であって、上部旋回体のエンジン室を形成するエンジンカバーを除いた状態を示す平面図を示す。

実施例１と異なる点は、収納部３８ｂの位置である。収納部３８ｂは、カウンタウエイト３４ｂの運転席９側端部に設けられる。運転席９側側面を、全面開口する。この場合、蓄電装置３６ｂが落下せぬようにカウンタウエイト３４ｂの開口面に固定板を設けてもよい。また、収納部３８ｂは、カウンタウエイト３４ｂ上の建設機械の進行方向に対して両側にバランス良く配置する為、カウンタウエイト３４ｂ中央に配置される。本位置に収納されることで蓄電装置３６ｂの収納が容易となる。

図４ｃに本発明に係る蓄電装置を搭載した建設機械の実施例３であって、上部旋回体のエンジン室を形成するエンジンカバーを除いた状態を示す平面図を示す。

実施例２と異なる点は、収納部３８ｃの位置である。収納部３８ｃは、カウンタウエイト３４ｃの運転席９と逆側端部に設けられる。収納部３８ｃは、カウンタウエイト３４ｃ上の建設機械の進行方向に対して両側にバランス良く配置する為、カウンタウエイト３４ｃ中央に配置される。進行方向前後についてのバランスを確保する場合に収納部３８ｃは、カウンタウエイト３４ｃの運転席９と逆側端部に設けられる。

図４ｄに本発明に係る蓄電装置を搭載した建設機械の実施例４であって、上部旋回体のエンジン室を形成するエンジンカバーを除いた状態を示す平面図を示す。

実施例３と異なる点は、蓄電装置３６ｄの長手方向の長さをカウンタウエイト３４ｄ１，３４ｄ２の進行方向の厚みと一致させている点である。このため、収納部３８ｄも、カウンタウエイト３４ｄ１、３４ｄ２の中央に設けられ、カウンタウエイト３４ｄ１，３４ｄ２の前部側面と後部側面の一部がそれぞれ開口する。必要に応じて、蓄電装置３６ｄが落下せぬようにカウンタウエイト３４ｄ１，３４ｄ２の開口面に固定板を設けてもよい。

図４ｅに本発明に係る蓄電装置を搭載した建設機械の実施例５であって、上部旋回体のエンジン室を形成するエンジンカバーを除いた状態を示す平面図を示す。

実施例４と異なる点は、蓄電装置３６ｅ１と蓄電装置３６ｅ２の二つを搭載するため、収納部もまた収納部３８ｅ１と３８ｅ２の２点を設けることとなる。カウンタウエイト３４ｅ1，３４ｅ２の進行方向の中心軸の両側にそれぞれ、収納部３８ｅ１と３８ｅ２を設ける。蓄電装置３６ｅ１と蓄電装置３６ｅ２をバランスよく配置することができる。

図４ｆに本発明に係る蓄電装置を搭載した建設機械の実施例６であって、上部旋回体のエンジン室を形成するエンジンカバーを除いた状態を示す平面図を示す。

実施例５と異なる点は、蓄電装置４点がカウンタウエイト３４ｆに渡って配置されている点である。カウンタウエイト３４ｆに収納部３８ｆ１、３８ｆ２、３８ｆ３、３８ｆ４の４点設け、それぞれ蓄電装置３６ｆ１、３６ｆ２、３６ｆ３、３６ｆ４がそれぞれ収納される。この場合、３８ｆ２、３８ｆ３については実施例５同様に、３６ｆ２、３６ｆ３の長手方向を建設機械の前進方向となるように配置される。一方、残りの３６ｆ１、と３６ｆ４については、長手方向を建設機械の前進方向と垂直となるように配置される。このように配置することで蓄電装置間のバランスを図ることができ、また、交換用の蓄電装置を複数個用意するため、非常時等に使用している蓄電装置が不具合で利用できない場合に直ちに他の蓄電装置への交換が可能であるため、バックアップとなる。

図４ｇに本発明に係る蓄電装置を搭載した建設機械の実施例７であって、上部旋回体のエンジン室を形成するエンジンカバーを除いた状態を示す平面図を示す。

実施例６と異なる点は、カウンタウエイトの代わりのカウンタウエイトと同一の形状である蓄電装置３６ｇを上部旋回体３の後方に配置したものである。

本配置とすることで、カウンタウエイトを必要とせず、蓄電装置３６ｇで重量を確保することができ、部品数を削減できる。また、蓄電装置３６ｇを大型とすることができるため、蓄電装置３６ｇの容量を十分確保することができる。

１ 走行体
３ 上部旋回体
４ フロント作業機
５ 走行フレーム
６ 履帯
７ 駆動輪
８ 旋回フレーム
９ 運転室
１０ エンジン室
１０ａ エンジンカバー
１１ カウンタウエイト
１１ａ 上面
１２ カバー部材
１３ ブーム
１４ アーム
１５ バケット
１６ ブームシリンダ
１７ アームシリンダ
１８ バケットシリンダ
１９ 旋回機構
２０ スリップリング
２１ 油圧制御弁部
２２ 作動油タンク
２３ エンジン
２４ 油圧ポンプ
２５ 発電機
２６ 蓄電装置
２７ 配電盤
２８ インバータ
３０ 機器収納部
３２ ラジエータ
３４ カウンタウエイト
３４ａ カウンタウエイト
３４ｂ カウンタウエイト
３４ｃ カウンタウエイト
３４ｄ カウンタウエイト
３４ｅ カウンタウエイト
３４ｆ カウンタウエイト
３６ａ 蓄電装置
３６ｂ 蓄電装置
３６ｄ 蓄電装置
３６ｅ１ 蓄電装置
３６ｅ２ 蓄電装置
３６ｆ１、３６ｆ２、３６ｆ３、３６ｆ４ 蓄電装置
３８ａ 収納部
３８ｂ 収納部
３８ｃ 収納部
３８ｃ 収納部
３８ｄ 収納部
３８ｅ１、３８ｅ２ 収納部
３８ｅ１、３８ｅ２ 収納部
３８ｆ１、３８ｆ２、３８ｆ３、３８ｆ４ 収納部
３６ｆ１、３６ｆ４、３６ｆ２、３６ｆ３ 収納部
３６ｇ 蓄電装置

Claims (7)

1. 旋回体と、この旋回体上に配置されるエンジン室と、このエンジン室に配置されるエンジン、及びこのエンジンによって駆動される油圧ポンプと、
   アクチュエータを形成する電動機、またはアクチュエータを駆動する電動機と、この電動機を駆動する電力を供給可能な蓄電装置と、
   重量バランスを保つカウンタウエイトとを備えた建設機械において、
   前記カウンタウエイトに蓄電装置収納用の凹部である収納部を設け、前記収納部内に蓄電装置を収納し、蓄電装置とカウンタウエイトとがバランス良く旋回体に搭載されることを特徴とする建設機械。
2. 収納部がカウンタウエイトの中央に設けられることを特徴とする請求項１記載の建設機械。
3. 収納部がカウンタウエイトの中央より進行方向前よりに設けられることを特徴とする請求項１記載の建設機械。
4. 収納部がカウンタウエイトの中央より進行方向後ろよりに設けられることを特徴とする請求項１記載の建設機械。
5. 蓄電装置は、その縦長方向がカウンタウエイトに対する進行方向と平行となるようにカウンタウエイトに配置される請求項１記載の建設機械。
6. 蓄電装置は、複数個がカウンタウエイトに配置される請求項５記載の建設機械。
7. カウンタウエイトに代わって蓄電装置のみが旋回部に搭載されていることを特徴とする請求項１記載の建設機械。

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