JP2016030999A - Cooler for construction machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、油圧ショベル等の建設機械に設けられる冷却装置に関するものである。 The present invention relates to a cooling device provided in a construction machine such as a hydraulic excavator.
油圧ショベル等の建設機械には、一般に、ラジエータやオイルクーラ、インタークーラといった各種の被冷却体を冷却するための送風装置が搭載される。送風装置は、エンジンに連結されたファンを含み、当該ファンは、当該エンジンにより回転駆動されることにより冷却風を形成し、これを前記冷却対象物に供給する。 A construction machine such as a hydraulic excavator is generally equipped with a blower for cooling various objects to be cooled, such as a radiator, an oil cooler, and an intercooler. The blower device includes a fan connected to the engine, and the fan is rotated by the engine to form cooling air and supplies the cooling air to the object to be cooled.
この種の建設機械として、特許文献1は、前記冷却対象物としてラジエータ、オイルクーラ及びインタークーラを備えるとともに、これらにそれぞれ冷却風を供給するための第1冷却ファン、第2冷却ファン及び第3冷却ファンを備えた油圧ショベルを開示する。前記第1〜第3冷却ファンのうち、前記第1冷却ファンはエンジンにより直接駆動され、第2及び第3冷却ファンは油圧モータにより駆動される。また、当該特許文献1には、前記冷却ファンが電動モータによって駆動されてもよいことが記載されている。
As this type of construction machine,
前記複数の冷却ファンをそれぞれ電動モータによって駆動する場合、それぞれの冷却ファンをエンジンの回転数とは独立した速度で駆動することができる利点がある一方、各電動モータに必要な電力を供給するために大きな発電機が必要であり、その設置スペースの確保が難しいという課題がある。特に、油圧ショベルをはじめとする建設機械では、各種機器を搭載するためのスペースには著しい制約があり、大型の発電機をその動力源であるエンジンの近傍に無理なく配置することは困難である。 When each of the plurality of cooling fans is driven by an electric motor, there is an advantage that each cooling fan can be driven at a speed independent of the rotational speed of the engine. On the other hand, necessary electric power is supplied to each electric motor. However, a large generator is necessary, and it is difficult to secure the installation space. In particular, in construction machines such as hydraulic excavators, the space for mounting various devices is extremely limited, and it is difficult to reasonably arrange a large generator near the engine that is the power source. .
本発明は、このような事情に鑑み、建設機械の被冷却体を冷却するための装置であって、複数の冷却ファンをそれぞれ複数の電動機によって駆動することにより前記被冷却体の冷却を行い、かつ、限られたスペースの中で前記各冷却ファンの駆動のために必要な電力を生成することが可能な冷却装置を提供することを目的とする。 In view of such circumstances, the present invention is an apparatus for cooling a cooled object of a construction machine, wherein the cooled object is cooled by driving a plurality of cooling fans by a plurality of electric motors, respectively. And it aims at providing the cooling device which can produce | generate electric power required for the drive of each said cooling fan in the limited space.
本発明が提供するのは、建設機械に設けられる少なくとも一つの被冷却体を冷却するための装置であって、それぞれが回転駆動されることにより前記被冷却体を冷却するための冷却風を形成する複数の冷却ファンと、これらの冷却ファンをそれぞれ回転駆動する複数の電動機と、動力を生成しかつ出力するエンジンと、このエンジンが出力する動力により駆動され、これにより、前記各電動機に供給される電力を生成する発電ユニットと、を備える。当該発電ユニットは、前記エンジンの動力により回転駆動される入力軸と、この入力軸の軸方向に沿って並ぶように配置され、当該入力軸の回転によってそれぞれが個別に電力を生成する複数の発電機と、を有する。 The present invention provides an apparatus for cooling at least one object to be cooled provided in a construction machine, and each of them is rotationally driven to form cooling air for cooling the object to be cooled. A plurality of cooling fans, a plurality of electric motors that rotationally drive these cooling fans, an engine that generates and outputs power, and a power that is output from the engine, thereby being supplied to each of the motors. And a power generation unit that generates electric power. The power generation unit is arranged so as to be aligned along an input shaft that is rotationally driven by the power of the engine and the axial direction of the input shaft, and each of the power generation units individually generates electric power by rotation of the input shaft. And have a machine.
この冷却装置によれば、限られたスペース内に前記発電ユニットを配置しながら、この発電ユニットによって前記各電動機を駆動するために必要な電力を生成することができる。具体的に、当該発電ユニットは、複数の発電機を含むため、これらの発電機によって十分な電力を生成することが可能であるとともに、これらの発電機は共通の入力軸に沿って並ぶように配置され、かつ、その共通の入力軸の回転によってそれぞれが個別に電力を生成するので、同じだけの電力を生成するための1台の大型の発電機を使用する場合に比べ、発電ユニットの設置のためのスペースの自由度が増す。 According to this cooling device, it is possible to generate electric power necessary for driving each electric motor by the power generation unit while arranging the power generation unit in a limited space. Specifically, since the power generation unit includes a plurality of power generators, it is possible to generate sufficient power by these power generators, and these power generators are arranged along a common input shaft. Since each of them generates power separately by rotation of the common input shaft, it is necessary to install a power generation unit compared to using one large generator to generate the same amount of power. Increased freedom of space for.
この効果は、前記エンジンがその動力を出力するための出力軸を有する場合に、前記発電ユニットの入力軸が前記出力軸と平行となるように当該発電ユニットが配置されることで、より顕著となる。 This effect is more remarkable when the power generation unit is arranged so that the input shaft of the power generation unit is parallel to the output shaft when the engine has an output shaft for outputting the power. Become.
前記発電ユニットは、前記入力軸を回転可能に支持するとともに前記各発電機を一括して格納するケーシングをさらに有することが好ましい。このケーシングは、各発電機の一括保護及び入力軸の支持の双方を行うことが可能である。 It is preferable that the power generation unit further includes a casing that rotatably supports the input shaft and stores the generators collectively. This casing can perform both collective protection of each generator and support of the input shaft.
前記各発電機がそれぞれ固定子と回転子とを有し、当該固定子に対する当該回転子の相対回転によって電力を生成する場合に、前記各発電機の回転子が前記入力軸の軸方向に沿って並ぶように当該入力軸の外周面上に固定され、前記各発電機の固定子が前記回転子をそれぞれ回転半径方向の外側から囲むように前記ケーシングの内側面上に固定されることが、好ましい。この配置によれば、前記入力軸及び前記ケーシングを有効に利用して複数の発電機をコンパクトな構造で合理的に構築することができる。 When each of the generators has a stator and a rotor and generates electric power by relative rotation of the rotor with respect to the stator, the rotor of each generator follows the axial direction of the input shaft. Fixed on the outer peripheral surface of the input shaft so as to be lined up, and fixed on the inner surface of the casing so that the stator of each generator surrounds the rotor from the outside in the rotational radius direction, respectively. preferable. According to this arrangement, it is possible to rationally construct a plurality of generators with a compact structure by effectively using the input shaft and the casing.
この場合、前記ケーシングの内部に冷却媒体の流通を許容する冷却用流路が形成されることが好ましい。この冷却用流路内を前記冷却媒体が流れることにより、前記ケーシングに固定された各発電機の固定子を一括して効率よく冷却することが可能である。 In this case, it is preferable that a cooling flow path that allows the flow of the cooling medium is formed inside the casing. When the cooling medium flows through the cooling flow path, the stators of the generators fixed to the casing can be efficiently cooled together.
前記発電ユニットは、前記複数の発電機として、前記複数の電動機にそれぞれ対応する発電機を含み、各発電機は当該発電機に対応する電動機に電力を供給することができるように個別に当該電動機に電気的に接続されていることが、好ましい。このようにして複数の電動機に対してこれに対応する発電機がそれぞれ個別に電力を供給することは、各電動機の駆動制御を容易にする。 The power generation unit includes, as the plurality of generators, generators corresponding to the plurality of electric motors, respectively, and the electric motors are individually supplied so that each generator can supply electric power to the electric motors corresponding to the generators. It is preferable that it is electrically connected to. In this way, the power generators corresponding to the plurality of electric motors individually supply electric power to each other to facilitate drive control of the electric motors.
例えば、前記冷却装置は、前記複数の電動機とこれに対応する前記複数の発電機とを結ぶ給電径路をそれぞれ個別に開閉する複数の接点をさらに備えることが、好ましい。当該複数の接点の具備により、各電動機への電力供給を個別にオンオフすることが可能となり、そのオンオフによって前記複数の冷却ファンにより形成される冷却風の風量を高い自由度で制御することが可能になる。 For example, it is preferable that the cooling device further includes a plurality of contacts that individually open and close power supply paths connecting the plurality of electric motors and the plurality of generators corresponding thereto. With the provision of the plurality of contacts, it is possible to individually turn on / off the power supply to each electric motor, and it is possible to control the amount of cooling air generated by the plurality of cooling fans with a high degree of freedom. become.
具体的に、前記冷却装置は、前記少なくとも一つの被冷却体の温度を検出する温度検出部と、この温度検出部が検出する温度に基づいて前記各接点の開閉の切換を行う温度制御部と、をさらに備えるのが、好ましい。当該温度制御部は、前記各接点の開閉の切換という簡単な操作で前記被冷却体の温度を制御することができる。 Specifically, the cooling device includes a temperature detection unit that detects a temperature of the at least one object to be cooled, and a temperature control unit that switches between opening and closing of the contacts based on the temperature detected by the temperature detection unit. Are preferably further provided. The said temperature control part can control the temperature of the said to-be-cooled body by simple operation of switching of opening / closing of each said contact.
例えば、少なくとも一つの被冷却体について、当該被冷却体に対して複数の冷却ファンが形成する冷却風が当たるようにこれらの冷却ファンが配置されれば、前記温度制御部は、当該被冷却体について検出された温度に基づき、当該被冷却体に与えられた前記複数の冷却ファンのうち作動すべき冷却ファン(の個数)を決定してその冷却ファンのみを作動させるように前記各接点の開閉の切換を行うことにより、前記被冷却体に供給される冷却風の風量を調節して当該被冷却体の温度を適正に制御することができる。 For example, if these cooling fans are arranged so that the cooling air formed by a plurality of cooling fans strikes the object to be cooled with respect to at least one object to be cooled, the temperature control unit Based on the detected temperature, the number of cooling fans to be operated among the plurality of cooling fans given to the object to be cooled is determined and only the cooling fans are operated. By switching the above, it is possible to appropriately control the temperature of the object to be cooled by adjusting the amount of cooling air supplied to the object to be cooled.
また、前記冷却装置が前記少なくとも一つの被冷却体として複数の被冷却体を備える場合、前記温度検出部は各被冷却体の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出器を含み、前記各被冷却体に対して前記複数の冷却ファンのうちの少なくとも一つが与えられ、前記温度制御部は前記各温度検出器が検出する温度に基づいて前記各接点の開閉の切換を行うことが、好ましい。これにより、前記複数の冷却ファンを用いて前記複数の被冷却体の温度制御を個別にかつ適正に行うことが可能となる。 Further, when the cooling device includes a plurality of objects to be cooled as the at least one object to be cooled, the temperature detection unit includes a plurality of temperature detectors that respectively detect the temperatures of the objects to be cooled, and each of the objects to be cooled It is preferable that at least one of the plurality of cooling fans is provided to the body, and the temperature control unit performs switching of opening / closing of each contact based on a temperature detected by each temperature detector. Thereby, it becomes possible to perform the temperature control of the plurality of objects to be cooled individually and appropriately using the plurality of cooling fans.
以上のように、本発明によれば、複数の冷却ファンをそれぞれ複数の電動機によって駆動することにより建設機械の被冷却体の冷却を行い、かつ、限られたスペースの中で前記各冷却ファンの駆動のために必要な電力を生成することが可能な冷却装置が提供される。 As described above, according to the present invention, a cooling target of a construction machine is cooled by driving a plurality of cooling fans by a plurality of electric motors, respectively, and each cooling fan is limited in a limited space. A cooling device capable of generating electric power necessary for driving is provided.
本発明の好ましい実施形態について、以下、図面を参照しながら説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態に係る冷却装置が搭載される建設機械の例である油圧ショベルを示す。この油圧ショベルは、下部走行体1と、その上に旋回可能に搭載される上部旋回体2と、当該上部旋回体2に装着される掘削アタッチメント3と、を備える。前記上部旋回体2はアッパーフレーム4を有し、その上にキャビン5、エンジンルーム6等が搭載される。そして、このエンジンルーム6内に、被冷却体と、これを冷却するための前記冷却装置の主要部分が収容される。
FIG. 1 shows a hydraulic excavator which is an example of a construction machine on which a cooling device according to an embodiment of the present invention is mounted. The hydraulic excavator includes a
図2は、前記被冷却体と、前記冷却装置の主要な構成要素と、を示す。この実施の形態は複数の被冷却体、すなわち、第1冷却器11、第2冷却器12及び第3冷却器13を含む。前記冷却装置は、冷却のための動力源であるエンジン20と、このエンジン20により駆動されて電力を生成する発電ユニット30と、この発電ユニット30が生成する電力の供給を受けて前記各冷却器11〜13を冷却するための冷却風を形成する送風部40と、前記発電ユニット30と前記送風部40との間に介在するスイッチユニット50と、蓄電を行うバッテリー60と、前記送風部40を用いて前記各冷却器11〜13の温度制御を行うコントローラ70と、を備える。
FIG. 2 shows the object to be cooled and the main components of the cooling device. This embodiment includes a plurality of objects to be cooled, that is, a
前記第1〜第3冷却器11〜13は、その内部を流れる流体と当該第1〜第3冷却器11〜13に供給される前記冷却風との熱交換により当該流体を冷却する冷却用熱交換器であり、従って、当該冷却風による冷却対象すなわち本発明に係る「被冷却体」に相当する。前記第1冷却器11は、例えば、油圧回路に用いられる作動油を冷却するオイルクーラであり、第2冷却器12は、例えば、前記エンジン20を冷却するためのエンジン冷却水を冷却するラジエータであり、第3冷却器13は、例えば、過給機による断熱圧縮により昇温したエンジン吸入空気を冷却するためのインタークーラである。
The first to
前記第1冷却器11、第2冷却器12及び第3冷却器13には、それぞれ、当該冷却器内を流れる流体である被冷却流体の温度を検出する第1温度センサ14,第2温度センサ15及び第3温度センサ16が設けられている。前記被冷却流体の温度は、例えばオイルクーラでは作動油の温度、ラジエータではエンジン冷却水の温度、インタークーラでは断熱圧縮されたエンジン吸入空気の温度、である。
The
図3に示すように、この実施の形態に係る第1〜第3冷却器11〜13は、エンジンルーム6内において横一列に並べられている。ただし、本発明に係る「少なくとも一つの被冷却体」の具体的な個数及び配置は限定されない。また、本発明に係る「被冷却体」は前記第1〜第3冷却器11〜13のような冷却用の熱交換器に限定されるものではなく、冷却風の供給により冷却されることが可能なものはいずれも当該「被冷却体」に該当することが可能である。
As shown in FIG. 3, the first to
前記エンジン20は、冷却装置全体の動力源であるとともに、この実施の形態では油圧ショベルの主要なアクチュエータを駆動するための動力源であり、燃料の供給を受けて必要な動力を生成する。具体的に、当該エンジン20は、当該動力の出力部として回転するエンジン出力軸22を有する。
The
前記発電ユニット30は、複数の発電機、具体的にこの実施の形態では9つの発電機32A,32B,32C,32D,32E,32F,32G,32H及び32Iを含む。これらの発電機32A〜32Iは、前記エンジン20から供給される動力により駆動され、これにより、それぞれ個別に電力を生成する。
The
図4は、この実施の形態に係る発電ユニット30の詳細を示す。この発電ユニット30は、前記各発電機32A〜32Iの他、ケーシング35と、入力軸36と、を備える。
FIG. 4 shows the details of the
前記ケーシング35は、前記各発電機32A〜32Iを一括して格納するとともに、前記入力軸36を回転可能に支持する。図4に例示されるケーシング35は、円筒状の周壁35aと、その軸方向の両端に連結される一対の端壁35b,35cと、を有し、前記入力軸36が前記周壁35aの中心軸に沿って前記両端壁35b,35cを貫通する状態で、各端壁35b,35cがそれぞれ軸受37を介して前記入力軸36の前後の端部を回転可能に支持する。このケーシング35は、前記エンジンルーム6内の適当な部位、例えば上部旋回体2を構成する適当なフレームまたは固定板に固定される。図4に示す例では、前記端壁35cの外周部がフランジ部を構成し、このフランジ部がボルト38によって前記適当な部位に締結される。
The
前記入力軸36は、前記エンジン20が生成する動力を取り込んで各発電機32A〜32Iに伝達する。換言すれば、この入力軸36の回転によって前記各発電機32A〜32Iが発電を行う。発電ユニット30は、図2に示されるようにこの入力軸36が前記エンジン入力軸22と平行となる姿勢でエンジンルーム6内に配置されるのが、好ましく、これにより、エンジンルーム6内のさらなる省スペース化が可能になる。
The
前記入力軸36は、前記エンジン出力軸22に動力伝達機構24を介して連結される。この動力伝達機構24は、前記エンジン出力軸22の回転動力を前記入力軸36に伝達して当該入力軸36を回転させる。この動力伝達機構24は、図2に示す例では、前記エンジン出力軸22及び前記入力軸36にそれぞれ固定されるプーリ25,26と、これらのプーリ25,26に掛渡される動力伝達ベルト28と、を含むが、その他の巻き掛け伝動機構や歯車機構など、動力伝達機構24には周知の伝動機構が適用されることが可能である。
The
前記各発電機32A〜32Iは、前記入力軸36の軸方向に並んだ状態で配置され、その共通の入力軸36と前記ケーシング35との間に構築される。具体的に、各発電機32A〜32Iは、それぞれ、前記ケーシング35に固定されるステータ(固定子)33と、前記入力軸36に固定されてこれと一体に回転するロータ(回転子)34と、を有する。
The generators 32 </ b> A to 32 </ b> I are arranged in a state of being aligned in the axial direction of the
各ステータ33は、複数のステータコア33aと、各ステータコア33aの周囲に形成される複数の励磁コイル33bと、を有し、前記各ステータコア33aは前記ケーシング35の周壁35aの内周面上でその周方向に並ぶ複数の位置にそれぞれ配設される。励磁コイル33bは、前記ステータコア33aの周囲に巻回されるコイル線からなり、前記ステータ33に対する前記ロータ34の相対回転に伴って当該励磁コイル33bに電流が流れる。換言すれば、前記各ステータ33は、対応するロータ34を回転半径方向の外側から囲むように配置され、当該ロータ34は、当該ロータ34の当該ステータ33に対する相対回転によって当該ステータ33に起電力を与える構造を有している。具体的に、この実施の形態に係る各ロータ34は複数の永久磁石34aを含み、これらの永久磁石34aは前記入力軸36と一体に回転するように当該入力軸36の外周面上において周方向に並ぶ複数の位置にそれぞれ固定される。
Each
この発電ユニット30の構造、特に、エンジン20により駆動される共通の入力軸36の周囲に複数の発電機32A〜32Iが軸方向に並びながら構築される構造は、小さいスペースに多数の発電機32A〜32Iを収めて大きな電力の生成を可能にしながらこれらを一括して駆動することを可能にする。
The structure of the
また、前記ケーシング35は、前記入力軸36の支持と前記各発電機32A〜32Iの一括保護という重要な役割を担うのに加え、当該ケーシング35に冷却媒体の流通を許容する冷却用流路を設けることによって前記各発電機32A〜32Iの一括した冷却を行うことも可能にする。具体的に、図4に示す例では、複数の水冷配管39が前記ケーシング35の周壁35aを軸方向に貫通するように配設されている。この水冷配管39内を冷却水が流れることにより、前記ケーシング35に固定される各ステータコア33a及びその周囲に配置される励磁コイル33bの効率の良い冷却が行われる。
The
前記送風部40は、本発明に係る「複数の冷却ファン」及びこれらの冷却ファンをそれぞれ個別に駆動する「複数の電動機」を含む。具体的に、この実施の形態に係る送風部40は、9個の電動ファン42A,42B,42C,42D,42E,42F,42G,42H及び42Iを含み、それぞれが電動機44及び冷却ファン46を含む。前記電動ファン42A,42B,42C,42D,42E,42F,42G,42H及び42Iは、それぞれ、前記発電機32A,32B,32C,32D,32E,32F,32G,32H及び32Iに対応しており、その対応する発電機からの電力の供給を受けて作動することにより、冷却風を形成する。
The
前記各電動ファン42A〜42Iに含まれる電動機44は、モータ出力軸45を有し、前記発電機32A〜32Iのうちの対応する発電機から供給される電力によって前記モータ出力軸45を回転させる。前記各冷却ファン46は、前記モータ出力軸45と一体に回転するように当該モータ出力軸45に固定されるとともに、その回転によって前記冷却風を形成する形状を有する。具体的に、前記各冷却ファン46は、その回転軸の周囲に配置された複数枚の羽根を含み、当該羽根は前記回転軸に平行な方向に流れる冷却風を形成する形状を有する。
The
このように、前記各電動ファン42A〜42Iは冷却ファン46とその回転駆動のための電動機44とが一体化されたものであるが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明では、複数の冷却ファンとこれを駆動するための複数の電動機とが個別に配置され、対応する冷却ファンと電動機との間に駆動伝達機構が介設されてもよい。
Thus, although each said
前記複数の電動ファン42A〜42Iは、前記第1〜第3冷却器11〜13に対し、そのうちの任意の冷却器すなわち被冷却体に少なくとも一つの電動ファンが与えられるという条件を満たすように当該第1〜第3冷却器11〜13に割り当てられる。この実施の形態では、計9個の電動ファン42A〜42Iのうち、3個の電動ファン42A,42B及び42Cが第1冷却器11に割り当てられ、3個の電動ファン42D,42E及び42Fが第2冷却器12に割り当てられ、3個の電動ファン42G,42H及び42Iが第3冷却器13に割り当てられている。具体的には、前記3個の電動ファン42A〜42Cが形成する冷却風がいずれも前記第1冷却器11に当たり、前記3個の電動ファン42D〜42Fが形成する冷却風がいずれも前記第2冷却器12に当たり、前記3個の電動ファン42G〜42Iが形成する冷却風がいずれも前記第3冷却器13に当たるように、当該電動ファン42A〜42Iの配設位置が設定されている。
The plurality of electric fans 42 </ b> A to 42 </ b> I satisfy the condition that at least one electric fan is given to any one of the first to
これらの電動ファン42A〜42Iは、例えばそれぞれの電動機44が共通のフレームに固定されることにより、単一のユニットとして一括支持されることが、可能である。ただし、本発明はこのように複数の冷却ファン及び電動機が単一の「送風部」としてユニット化されるものに限られない。
These electric fans 42 </ b> A to 42 </ b> I can be collectively supported as a single unit, for example, by fixing the
本発明において、複数の冷却ファンが各被冷却体に割り当てられる個数も特に限定されない。当該個数は、各被冷却体の冷却に求められる冷却風の風量等に基づいて自由に設定されることが可能である。図5は、第1冷却器11に比して第2冷却器12に多くの風量が求められ、逆に第3冷却器13に少ない風量が求められる場合に好適な配置の例であり、図3に示す例と同じく計9個の電動ファン42A〜42Iのうち、図5に示す例では第2冷却器12に4個の電動ファン42D,42E,42F及び42Iが割り当てられ、逆に第3冷却器13には2個の電動ファン42G,42Hのみが割り当てられている。
In the present invention, the number of cooling fans assigned to each object to be cooled is not particularly limited. The number can be freely set based on the amount of cooling air required for cooling each object to be cooled. FIG. 5 is an example of a suitable arrangement when a large amount of air is required for the
また、「被冷却体に少なくとも一つの冷却ファンが与えられる」という条件は、一つの被冷却体に対して丸1個の電動ファンが与えられるものに限らず、少なくとも一つの電動ファンの一部のみが与えられるものも含む意である。例えば、それぞれの被冷却体の冷却に求められる風量に応じて対応する冷却ファンの有効面積が設定されてもよい。図6は、第2冷却器12に比して第1冷却器11に多くの風量が求められ、逆に第3冷却器13に少ない風量が求められる場合に好適な配置の例であり、これらの冷却のために計3個の電動ファン42J,42K及び42Lが具備されるとともに、電動ファン42Kが第1及び第2冷却器11,12にまたがるように配置され、電動ファン42Lが第2及び第3冷却器12,13にまたがるように配置されている。この配置では、第1冷却器11に電動ファン約1.5個分の有効面積が与えられ、第2冷却器12に電動ファン約1個分の有効面積が与えられ、第3冷却器13に電動ファン約0.5個分の有効面積が与えられている。
In addition, the condition that “at least one cooling fan is given to the object to be cooled” is not limited to the condition that one whole electric fan is given to one object to be cooled, but a part of at least one electric fan. It is meant to include those that are only given. For example, the effective area of the corresponding cooling fan may be set according to the air volume required for cooling each cooled object. FIG. 6 is an example of an arrangement suitable for the case where a large amount of air is required for the
また、本発明に係る複数の冷却ファンのサイズや送風能力は全て同一でなくてもよい。
例えば、複数の被冷却体に対してそれぞれ同数の冷却ファンが割り当てられるとともに、当該被冷却体の冷却に求められる風量に応じて各冷却ファンのサイズや送風能力に差が与えられてもよい。
In addition, the sizes and air blowing capacities of the plurality of cooling fans according to the present invention need not all be the same.
For example, the same number of cooling fans may be assigned to each of the plurality of objects to be cooled, and a difference may be given to the size and blowing capacity of each cooling fan according to the air volume required for cooling the objects to be cooled.
また、本発明は単一の被冷却体のみを冷却する場合であっても、当該被冷却体を冷却するために複数の冷却ファンを要する場合に有効に適用され得るものである。 Further, the present invention can be effectively applied to a case where only a single object to be cooled is cooled, in which a plurality of cooling fans are required to cool the object to be cooled.
図2に示される前記スイッチユニット50は、前記発電ユニット30と前記送風部40との間に介在し、当該発電ユニット30に含まれる各発電機32A〜32Iからこれに対応する電動ファン42A〜42Iに電力を供給するための給電経路を個別に開閉すなわち導通/遮断する。具体的に、この実施の形態では、前記発電機32A〜32Iと、前記電動ファン42A〜42Iの各電動機44と、が複数の給電線54を介して個別に接続される一方、前記スイッチユニット50は、9個の接点52A,52B,52C,52D,52E,52F,52G,52H及び52Iを含み、これらの接点は、前記発電機32A,32B,32C,32D,32E,32F,32G,32H及び32Iと前記電動ファン42A,42B,42C,42D,42E,42F,42G,42H及び42Iの各電動機44とをそれぞれ接続する9本の給電線54の途中にそれぞれ介在する。前記各接点52A〜52Iは、この実施の形態では、単一のスイッチユニット50に含まれて集約化されているが、それぞれ互いに独立して開閉することが可能である。
The switch unit 50 shown in FIG. 2 is interposed between the
前記バッテリー60は、前記発電ユニット30により生成される動力の余剰分を取り込んでこれを蓄える、すなわち蓄電する、とともに、前記スイッチユニット50やその他の電気的負荷に対して必要に応じて電力を供給する。このバッテリー60は、本発明に係る冷却装置に必須の要素ではない。
The
前記コントローラ70は、前記第1〜第3温度センサ14〜16が検出する第1〜第3冷却器11〜13に係る温度に基づいて、当該第1〜第3冷却器11〜13に供給される冷却風の風量を調節し、これにより当該温度の制御を行う。具体的に、当該コントローラ70は、前記第1〜第3温度センサ14〜16が検出する温度に応じて前記スイッチユニット50にオンオフ指令信号を入力することにより、それぞれの電動ファン42A〜42Iにおける電動機44の作動のオンオフ操作を行う。
The
図7は、前記コントローラ70の主要な機能構成を示し、図8はその制御動作を示す。このコントローラ70は、前記各検出温度T1〜T3の取り込みを行うとともに(図8のステップS0)、当該検出温度T1〜T3に基づく制御を行うための構成要素として、図7に示される第1温度判定部71、第2温度判定部72、第3温度判定部73及び駆動ファン判定部74を有する。
FIG. 7 shows the main functional configuration of the
前記第1温度判定部71は、前記第1温度センサ14により検出される第1検出温度T1すなわち前記第1冷却器11における被冷却流体の温度が、次のどの温度領域に属するのかを判定する(図8のステップS1)。
The first
低温領域:検出された温度が予め与えられた設定温度TL(例えば40°C)未満の領域
第1中間領域:検出された温度が前記設定温度TL以上で予め与えられた設定温度TM(例えば60°C)未満の領域
第2中間領域:検出された温度が前記設定温度TM以上で予め与えられた設定温度TH(例えば70°C)未満の領域
高温領域:検出された温度が前記設定温度TH以上の領域
同様に、前記第2温度判定部72は、前記第2温度センサ15により検出される第2検出温度T2すなわち前記第2冷却器12における被冷却流体の温度が、前記の温度領域のうちのどれに属するのかを判定し(図8のステップS2)、前記第3温度判定部73は、前記第3温度センサ16により検出される第3検出温度T3すなわち前記第3冷却器13における被冷却流体の温度が、前記の温度領域のうちのどれに属するのかを判定する(図8のステップS3)。
Low temperature region: a region in which the detected temperature is less than a preset temperature TL (for example, 40 ° C.) first intermediate region: a preset temperature TM (for example, 60 in which the detected temperature is equal to or higher than the preset temperature TL) Region below ° C) Second intermediate region: Region where the detected temperature is equal to or higher than the preset temperature TM and less than a preset temperature TH (for example, 70 ° C) High temperature region: The detected temperature is the preset temperature TH Similarly, the second
前記各設定温度TL,TM及びTHは相対的なものであり、その具体的な値は被冷却体の仕様に応じて自由に設定されることが可能である。また、当該設定温度の数も自由に設定可能であり、2個以下の設定温度(すなわち3以下の温度領域)が設定されてもよいし、4個以上の設定温度(すなわち5以上の温度領域)が設定されてもよい。 The set temperatures TL, TM, and TH are relative, and specific values can be freely set according to the specifications of the object to be cooled. Further, the number of the set temperatures can be freely set, and two or less set temperatures (that is, a temperature region of 3 or less) may be set, or four or more set temperatures (that is, a temperature region of 5 or more). ) May be set.
また、この実施の形態では第1〜第3冷却器11〜13についての第1〜第3検出温度T1〜T3のそれぞれに対して共通の設定温度TL,TM及びTHが与えられているが、被冷却体に応じて異なる設定温度が与えられてもよい。
In this embodiment, common set temperatures TL, TM, and TH are given to the first to third detection temperatures T1 to T3 for the first to
前記駆動ファン判定部74は、前記第1〜第3温度判定部71〜73の判定結果、すなわち、第1〜第3検出温度T1〜T3がそれぞれどの温度領域に属するかの判定の結果に基づき、前記電動ファン42A〜42Iのうち駆動すべき電動ファンを選定する。換言すれば、各電動ファン42A〜42Iにおける電動機44のオンオフの判断を個別に行う。具体的に、駆動ファン判定部74は、判定された温度領域と駆動すべき電動ファンとの対応関係について予め与えられた次の表に示す内容を記憶し、その記憶した内容に基づいて駆動すべき電動ファンの選定を行う(図8のステップS4)。つまり、それぞれの電動ファン42A〜42Iに含まれる電動機44について、当該電動機44を作動させるべきか否かの判定を行う。
The driving
すなわち、駆動ファン判定部74は、第1〜第3冷却器11〜13のそれぞれについて、その検出温度が高いほど、当該冷却器に割り当てられた電動ファンのうち作動させる電動ファンの個数を増やすように、具体的には、各冷却器11〜13に割り当てられる3個の電動ファンのうち中間段の電動ファン、下段の電動ファン及び上段の電動ファンの順に駆動すべき電動ファンを増やすように、当該電動ファンの選定を行う。すなわち、それぞれの電動機44についてこれに電力を供給すべきか否かの判定、換言すれば、各電動機44に係る接点52A〜52Iの開閉の判定、を個別に行う。
That is, for each of the first to
このコントローラ70が行う制御動作の具体例を以下に示す。図9は、第1〜第3検出温度T1〜T3の時間経過の例を示すグラフであって、当該第1〜第3検出温度T1〜T3の変化に伴うコントローラ70の制御動作の例を示すためのグラフである。この例において、第1検出温度T1はオイルクーラの作動油温度、第2検出温度T2はラジエータのエンジン冷却水温度、第3検出温度T3はインタークーラのエンジン吸気温度であり、設定温度TLは40°C、設定温度TMは60°C、設定温度THは70°Cである。
A specific example of the control operation performed by the
図9に示される各時刻t1〜t13において、コントローラ70は次の動作を行う。
At each time t1 to t13 shown in FIG. 9, the
時刻t0:検出温度T1〜T3がいずれも40°C以下→全ての電動ファン42A〜42Iを停止させる。
Time t0: the detected temperatures T1 to T3 are all 40 ° C. or lower → all the
時刻t1:第3検出温度(インタークーラ温度)T3が40°Cまで上昇→インタークーラについて中間段の電動ファン42Hを作動させる。
Time t1: The third detected temperature (intercooler temperature) T3 rises to 40 ° C. → The intermediate-stage
時刻t2:第1検出温度(オイルクーラ温度)T1が40°Cまで上昇→オイルクーラについて中間段の電動ファン42Bを作動させる。
Time t2: The first detected temperature (oil cooler temperature) T1 rises to 40 ° C. → The
時刻t3:第2検出温度(ラジエータ温度)T2が40°Cまで上昇すると同時に第3検出温度T3が60°Cまで上昇→ラジエータについて中間段の電動ファン42Eを作動させるとともに、インタークーラについて下段の電動ファン42Iを作動させる(インタークーラについて2個の電動ファン42H,42Iが作動)。
Time t3: The second detection temperature (radiator temperature) T2 rises to 40 ° C and at the same time the third detection temperature T3 rises to 60 ° C → the intermediate-stage
時刻t4:第1検出温度T1が60°Cまで上昇→オイルクーラについて下段の電動ファン42Cを作動させる(オイルクーラについて2個の電動ファン42B,42Cが作動)。
Time t4: First detection temperature T1 rises to 60 ° C. → Lower
時刻t5:第3検出温度T3が70°Cまで上昇→インタークーラについて上段の電動ファン42Gを作動させる(インタークーラについて3個の電動ファン42G〜42Iが作動)。
Time t5: Third detection temperature T3 rises to 70 ° C. → Upper
時刻t6:第2検出温度が60°Cまで上昇→ラジエータについて下段の電動ファン42Fを作動させる(ラジエータについて2個の電動ファン42E,42Fが作動)。
Time t6: The second detected temperature rises to 60 ° C. → The lower
時刻t7:第1検出温度T1が70°Cまで上昇→オイルクーラについて上段の電動ファン42Aを作動させる(オイルクーラについて3個の電動ファン42A〜42Cが作動)。
Time t7: The first detected temperature T1 rises to 70 ° C. → The upper
時刻t8:第2検出温度T2が70°Cまで上昇→ラジエータについて上段の電動ファン42Dを作動させる(ラジエータについて3個の電動ファン42D〜42Fが作動)。
Time t8: The second detected temperature T2 rises to 70 ° C. → The upper
時刻t9:第1〜第3検出温度T1〜T3がいずれも70°Cまで降下→上段の電動ファン42A,42D及び42Gを停止させる。
Time t9: The first to third detection temperatures T1 to T3 are all lowered to 70 ° C. → the upper
時刻t10:第3検出温度T3が60°Cまで降下→インタークーラについて下段の電動ファン42Iを停止させる。 Time t10: Third detected temperature T3 drops to 60 ° C. → Lower electric fan 42I is stopped for the intercooler.
時刻t11:第1検出温度T1が60°Cまで降下すると同時に第3検出温度T3が40°Cまで降下→オイルクーラについて下段の電動ファン42Cを停止させるとともにインタークーラについて中間段の電動ファン42Hを停止させる。
Time t11: At the same time the first detection temperature T1 drops to 60 ° C., the third detection temperature T3 drops to 40 ° C. → The lower
時刻t12:第2検出温度T2が60°Cまで降下すると同時に第1検出温度T1が40°Cまで降下→ラジエータについて下段の電動ファン42Fを停止させるとともにオイルクーラについて中間段の電動ファン42Bを停止させる。
Time t12: At the same time the second detection temperature T2 drops to 60 ° C., the first detection temperature T1 drops to 40 ° C. → The lower
時刻t13:第2検出温度T2が40°Cまで降下→ラジエータについて中間段の電動ファン42Eを停止させる。
Time t13: The second detected temperature T2 drops to 40 ° C. → The intermediate-stage
この制御の例では、電動ファンの駆動開始(駆動すべき電動ファンの増加)を判断するための設定温度と、電動ファンの駆動停止(駆動すべき電動ファンの減少)を判断するための設定温度と、が同じであるが、制御の安定化のために両者間にヒステリシスが与えられてもよい。 In this control example, a set temperature for determining the start of driving of the electric fan (increase in the number of electric fans to be driven) and a set temperature for determining stop of driving of the electric fan (a decrease in the number of electric fans to be driven). Are the same, but hysteresis may be provided between them for stabilization of control.
以上説明した実施の形態では、発電ユニット30に含まれる複数の発電機32A〜32Iと各電動ファン42A〜42Iを構成する複数の電動機44とが一対一で対応しており、その対応する発電機と電動機との間にそれぞれ接点52A〜52Iが介在しているので、コントローラ70は、当該接点52A〜52Iの開閉の切換を行うだけで、各冷却器11〜13に対する冷却風の風量を適正に調節することができ、これにより当該冷却11〜13の温度制御を行うことが可能である。
In the embodiment described above, the plurality of
しかし、本発明に係る冷却装置はこの実施の形態に限定されない。例えば、本発明において、複数の発電機の個数と複数の電動機の個数とは異なっていてもよい。この場合、当該複数の発電機と当該複数の電動機との間にインバータ等を含む制御装置が介在し、前記複数の発電機により生成された電力の前記複数の電動機に対する供給を制御してもよい。あるいは複数の発電機と複数の電動機とが一対一対応している場合でも、その対応する発電機と電動機との間に前記インバータ等が介在してもよい。 However, the cooling device according to the present invention is not limited to this embodiment. For example, in the present invention, the number of the plurality of generators may be different from the number of the plurality of electric motors. In this case, a control device including an inverter or the like may be interposed between the plurality of generators and the plurality of motors, and supply of the power generated by the plurality of generators to the plurality of motors may be controlled. . Alternatively, even when there is a one-to-one correspondence between a plurality of generators and a plurality of motors, the inverter or the like may be interposed between the corresponding generators and motors.
6 エンジンルーム
11 第1冷却器(被冷却体)
12 第2冷却器(被冷却体)
13 第3冷却器(被冷却体)
14 第1温度センサ(温度検出器)
15 第2温度センサ(温度検出器)
16 第3温度センサ(温度検出器)
20 エンジン
22 エンジン出力軸
30 発電ユニット
32A〜32I 発電機
33 ステータ(固定子)
34 ロータ(回転子)
35 ケーシング
36 入力軸
37 軸受
39 水冷配管(冷却用流路)
40 送風部
42A〜42I 電動ファン
44 電動機
46 冷却ファン
50 スイッチユニット
52A〜52I 接点
54 給電線
70 コントローラ(温度制御部)
71 第1温度判定部
72 第2温度判定部
73 第3温度判定部
74 駆動ファン判定部
6
12 Second cooler (object to be cooled)
13 Third cooler (cooled object)
14 First temperature sensor (temperature detector)
15 Second temperature sensor (temperature detector)
16 Third temperature sensor (temperature detector)
20
34 Rotor
35
40
71 First
Claims (10)
それぞれが回転駆動されることにより前記被冷却体を冷却するための冷却風を形成する複数の冷却ファンと、
これらの冷却ファンをそれぞれ回転駆動する複数の電動機と、動力を生成しかつ出力するエンジンと、
このエンジンが出力する動力により駆動され、これにより、前記各電動機に供給される電力を生成する発電ユニットと、を備え、当該発電ユニットは、前記エンジンの動力により回転駆動される入力軸と、この入力軸の軸方向に沿って並ぶように配置され、当該入力軸の回転によってそれぞれが個別に電力を生成する複数の発電機と、を有する、建設機械の冷却装置。 An apparatus for cooling at least one object to be cooled provided in a construction machine,
A plurality of cooling fans that form cooling air for cooling the cooled object by being driven to rotate;
A plurality of electric motors that respectively rotate and drive these cooling fans, an engine that generates and outputs power,
A power generation unit that is driven by the power output by the engine and thereby generates electric power to be supplied to each electric motor. The power generation unit includes an input shaft that is rotationally driven by the power of the engine; A cooling device for a construction machine, comprising: a plurality of generators that are arranged along the axial direction of an input shaft and that individually generate electric power by rotation of the input shaft.
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