JP2016169555A - 建設機械用制御装置及びこれを備える建設機械 - Google Patents

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Abstract

【課題】 冷却液路から流出した冷却液が、筐体の内部に浸入することを防止すると共に、冷却液を筐体の外側に流出させて、筐体内の制御部の短絡を防止する。【解決手段】 第1制御部17を収容する第1筐体20と、第1筐体20と結合し、第2制御部18を収容する第2筐体21と、第1及び第2制御部17、18の発熱部23、24を冷却するための熱交換器22とを備え、第2筐体21が建設機械12に結合する建設機械用制御装置10において、熱交換器22は、冷却液路28と、冷却液25とを有し、冷却液路28は、第1筐体20の第1外表面43と、第2筐体21の第2外表面44との間に形成され、第1及び第2外表面43、44のうち冷却液路28を液密封止するために互いに当接する部分が、第1及び第2筐体20、21の壁部の破壊強度よりも小さい結合強度の脆弱結合部41によって結合する。【選択図】 図4

Description

本発明は、発熱部を有する制御部を冷却するための熱交換器を備える建設機械用制御装置、及びこれを備える建設機械に関する。
上記従来の建設機械用制御装置の一例として、筐体内に収容されている発熱部を有する制御部を水冷式熱交換器によって冷却するものが、本願の発明者によって考えられている。この水冷式熱交換器は、冷却水管で形成され、筐体内の発熱部に接近して設けられている。そして、この冷却水管内には、冷却水が流通しており、この冷却水によって発熱部を冷却して制御部が過熱することを防止するようになっている。なお、この熱交換器には、その内部を流通する冷却水の入口部及び出口部が形成され、この入口部及び出口部には、循環管路が接続しており、この循環管路の途中に循環ポンプとラジエタが設けられている。循環ポンプは、冷却水を循環管路内で所定方向に循環させるためのものであり、ラジエタは、温度が上昇した冷却水を冷却して、冷却された冷却水が熱交換器に供給されるようにするためのものである。
また、上記のように水冷式熱交換器(冷却水管)を発熱部に接近して設けて、当該発熱部を冷却する装置の他の例として図6に示す電動装置1がある(例えば、特許文献1参照。)。この電動装置1は、ハイブリッドショベルに設けられ、このハイブリッドショベルは、油圧ポンプ2と、この油圧ポンプ2を駆動する電動機4と、油圧ポンプ2が吐出した作動油によって駆動されるアクチュエータ部を含む油圧回路(図示せず)と、油圧ポンプ2のドレン油(作動油)が流入する冷却通路3とを備えている。この油圧ポンプ2のドレン油は、冷却通路3に流入して、電動機4を冷却するように設けられている。
特開2010−53596号公報
しかし、上記従来の建設機械用制御装置では、筐体内に制御部と一緒に水冷式熱交換器(冷却水管)が設けられているので、例えば建設機械を使用して作業しているときに、建設機械用制御装置が衝撃等の外力を受けて筐体内の水冷式熱交換器が破損すると、この熱交換器内から流出した冷却水が、制御部の通電部分の短絡及び絶縁破壊を生じさせることがある。
また、図6に示す電動装置1でも同様に、当該電動装置1が衝撃等の外力を受けて冷却通路3が破損すると、この冷却通路3内から流出した冷却水が、電動機4の通電部分の短絡及び絶縁破壊を生じさせることがある。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、冷却液路を液密封止する脆弱結合部が破損するような外力を受けた場合に、冷却液路から流出した冷却液が、筐体の内部に浸入することを防止して、冷却液を筐体の外側に流出させることができる建設機械用制御装置及びこれを備える建設機械を提供することを目的としている。
本発明に係る建設機械用制御装置は、発熱部を有する制御部と、この制御部を内側に収容する筐体と、この筐体を形成する壁部が取り付けられる取付け部と、前記発熱部を冷却するための液体冷却式の熱交換器とを備え、前記取付け部が建設機械に設けられる建設機械用制御装置において、前記熱交換器は、冷却液路と、この冷却液路内に充填される冷却液とを有し、前記冷却液路は、前記筐体を形成する壁部の第1外表面と、当該第1外表面が取り付けられる前記取付け部の第2外表面との間に形成され、前記第1及び第2外表面のうち前記冷却液路を液密封止するために互いに当接する部分が、前記筐体の壁部の破壊強度よりも小さい結合強度の脆弱結合部によって結合していることを特徴とするものである。
この発明に係る建設機械用制御装置によると、例えば建設機械を使用して作業しているときに、建設機械用制御装置が衝撃等の外力を受けた場合に、制御部を収容する筐体の壁部が当該外力によって破損する前に、まず、冷却液路を液密封止する脆弱結合部が当該外力によって破損するようになっている。これによって、冷却液路から流出した冷却液が、筐体の内部に浸入することを防止して、冷却液を筐体の外側に流出させることができる。
この発明に係る建設機械用制御装置において、前記筐体が第1筐体であって、前記制御部が第1制御部であり、前記取付け部が第2筐体であり、当該第2筐体の内側に第2制御部が収容され、前記第2外表面が、前記第2筐体の壁部に形成されているものとするとよい。
このようにすると、第1筐体を第2筐体に取り付けることができ、この第2筐体を建設機械に取り付けることができるので、この建設機械用制御装置の建設機械に対する取付け面積を小さくすることができ、第1及び第2制御部の上記取付け面積に対する実装密度を大きくすることができる。
この発明に係る建設機械用制御装置において、前記第2制御部には、前記熱交換器によって冷却される発熱部を有するものとするとよい。
このようにすると、第1筐体の内部空間に発熱部を有する第1制御部を設けると共に、第2筐体の内部空間に発熱部を有する第2制御部を設けることができ、しかも、それぞれの発熱部を熱交換器の冷却液によって冷却することができる。これによって、それぞれが発熱部を有する第1及び第2制御部を、第1及び第2筐体内に設けるための設計の幅を広げることができる。
この発明に係る建設機械用制御装置において、前記脆弱結合部によって互いに結合する前記第1筐体の壁部が第1壁部であり、前記第2筐体の壁部が第2壁部であり、前記第1及び第2壁部には、前記第1及び第2筐体のそれぞれの内部空間どうしを連通させる貫通孔が形成され、この貫通孔を形成する前記第1及び第2壁部のそれぞれの内縁部を液密封止するために互いに当接する部分が、前記第1及び第2壁部の破壊強度と同程度以上の結合強度の強靭結合部で結合し、前記貫通孔には、前記第1制御部と前記第2制御部とを互いに電気的に接続する通電部が配置されているものとするとよい。
このようにすると、第1筐体の内側に設けた第1制御部と、第2筐体の内側に設けた第2制御部とが通電部を介して互いに電気的に接続された建設機械用制御装置を提供することができるので、第1及び第2制御部を、第1及び第2筐体内に設けるための設計の幅を広げることができる。
そして、例えば建設機械を使用して作業しているときに、建設機械用制御装置が衝撃等の外力を受けた場合に、冷却液路を液密封止する脆弱結合部が外力によって破損することがあっても、貫通孔を形成する第1及び第2壁部のそれぞれの内縁部どうしを結合している強靭結合部は、当該外力によって破損することを阻止することが可能であるので、冷却液が、貫通孔を通って第1及び第2筐体のそれぞれの内部に浸入することを防止することができる。
この発明に係る建設機械用制御装置において、前記発熱部は、当該発熱部が収容されている前記筐体の壁部を間に介して前記冷却液路と対向する位置に設けられているものとするとよい。
このようにすると、発熱部で発生する熱を冷却液路内の冷却液によって効率よく冷却することができる。
本発明に係る建設機械は、本発明に係る建設機械用制御装置を備えることを特徴とするものである。
本発明に係る建設機械は、本発明に係る建設機械用制御装置を備えており、この建設機械用制御装置は、上記と同様に作用する。
この発明に係る建設機械用制御装置及びこれを備える建設機械によると、冷却液路を液密封止する脆弱結合部が破損するような衝撃等の外力を当該建設機械用制御装置が受けた場合に、冷却液路から流出した冷却液が、筐体の内部に浸入することを防止して、冷却液を筐体の外側に流出させることができるので、筐体内に収容されている制御部の通電部分の短絡及び絶縁破壊を防ぐことができる。よって、冷却液が筐体から流出しても制御部の残った機能を用いて建設機械を安全に動作および停止させることが可能になる。
この発明の一実施形態に係る建設機械用制御装置を示す斜視図である。 図1に示す建設機械用制御装置の筐体の内部構造を示す断面斜視図である。 図2に示す建設機械用制御装置の筐体の内部構造を示す部分断面拡大斜視図である。 図2に示す建設機械用制御装置の筐体が外力を受けて破損した状態を示す断面斜視図である。 図1に示す建設機械用制御装置が設けられている油圧ショベルを示す側面図である。 従来のハイブリッドショベルに設けられている電動装置を示す回路図である。
以下、本発明に係る建設機械用制御装置、及びこれを備える建設機械の一実施形態を、図1〜図5を参照して説明する。図1〜図3に示す建設機械用制御装置10は、建設機械12に設けられている電動機、発電機、又は発電機能を有する電動機等の電気機器を制御するためのものである。そして、この実施形態の建設機械用制御装置10として、図5に示す建設機械12に設けられている旋回用直立型電動機11を含む各種電気機器を制御するものを例に挙げて説明する。また、図5では、建設機械12として油圧ショベルを例に挙げているが、これ以外のクレーン等にも適用することができるし、この建設機械12は、油圧及び電気を使用するハイブリッド式であってもよいし、そうでなくてもよい。
図5に示す油圧ショベル(建設機械)12は、下部走行体13と、この下部走行体13上に旋回可能に搭載された上部旋回体14と、この上部旋回体14に取り付けられ、掘削作業等を行う掘削作業機15とを備えている。そして、この上部旋回体14に電動機11が搭載され、この電動機11は、図示しない蓄電装置に蓄電された電気によって駆動する。この電動機11の駆動力によって上部旋回体14が旋回する。また、この上部旋回体14は、油圧モータ(図示せず)の駆動力によっても旋回するようになっている。
次に、図1〜図3を参照して建設機械用制御装置10を説明する。この図2に示す制御装置10は、例えば電動機11の速度制御を行うためのインバータを備える制御部16を備えている。そして、この制御部16は、筐体19内に設けられ、この筐体19は、建設機械12に取り付けられている。
また、図2に示すように、筐体19を構成する第1筐体20と第2筐体21(取付部)との間に液体冷却式の熱交換器22が設けられている。この熱交換器22は、発熱部23、24を有する制御部16を冷却するためのものであり、この発熱部23、24は、例えばインバータに含まれている。
更に、熱交換器22には、冷却液25が流通しており、この冷却液25の入口部26及び出口部27が形成され、この入口部26及び出口部27には、図1に示すように、循環管路29が接続しており、この循環管路29の途中に循環ポンプ30、ラジエタ31、及び冷却液用タンク32が設けられている。循環ポンプ30は、冷却液25を循環管路29内で所定方向に循環させるためのものであり、ラジエタ31は、温度が上昇した冷却液25を冷却して、冷却された冷却液25が熱交換器22に供給されるようにするためのものである。冷却液用タンク32は、冷却液25を貯留するためのものである。
そして、図2に示すように、筐体19を構成する第1及び第2筐体20、21は、それぞれが箱状に形成され、第2筐体21を形成する第2下壁部38が建設機械12に取り付けられている。この第1筐体20は、矩形板状の第1下壁部33と、四角筒状の第1側壁部34と、矩形板状の第1上壁部35とで形成されている。そして、第1上壁部35は、第1側壁部34の上側開口縁部に多数のボルト39で取り付けられ、当該第1側壁部34の上側開口部を密封している。
第2筐体21は、矩形板状の第2上壁部36と、四角筒状の第2側壁部37と、矩形板状の第2下壁部38とで形成されている。そして、第2下壁部38は、第2側壁部37の下側開口縁部に多数のボルト40で取り付けられ、当該第2側壁部37の下側開口部を密封している。
また、図2に示すように、第2筐体21を形成する第2上壁部36の上に第1筐体20を形成する第1下壁部33が配置され、この第1下壁部33は、後述する脆弱結合部41及び強靭結合部42によって第2上壁部36に取り付けられている。このように、第1下壁部33の第1外表面43と、第2上壁部36の第2外表面44とが互いに対向して配置されている。また、第1筐体20内に発熱部23を有する第1制御部17が設けられ、第2筐体21内に発熱部24を有する第2制御部18が設けられている。
熱交換器22は、図3に示すように、第1筐体20の第1下壁部33の第1外表面43と、第2筐体21の第2上壁部36の第2外表面44との間に形成された冷却液路28と、当該冷却液路28内を流通する冷却液25とを有している。
この冷却液路28は、第1外表面43に形成された断面形状が矩形状の溝部28aと、この溝部28aの開口部を閉塞する蓋部28bとによって形成されている。この溝部28aは、第1下壁部33の一部に形成され、蓋部28bは、第2上壁部36の一部で形成されている。そして、例えば溝部28aの開口縁部(第1外表面43)と、この開口縁部に圧接する蓋部28b(第2外表面44)との間には、この圧接する部分を密封するためのシール部材(図示せず)が挟み込まれている。
また、この冷却液路28を流通する冷却液25は、例えば比熱が1以下の不凍液であり、エチレングリコールと水との混合液である。勿論、上記以外の冷却液を使用してもよい。
そして、冷却液25を不凍液とすることによって、冷却液25が凍結したときに膨張して、熱交換器22、循環管路29、循環ポンプ30、ラジエタ31、及びタンク32等が破損することを防止できる。
次に、図3を参照して、第1及び第2制御部17、18、並びに、第1及び第2筐体20、21の構造について説明する。第1及び第2制御部17、18は、インバータを備えており、このインバータは、発熱部23、24を有している。例えばこの発熱部23は、トランジスタであり、発熱部24は、リアクトル(コイル)である。
このトランジスタ23は、当該トランジスタ23が収容されている第1筐体20の第1下壁部33における溝部28aの底壁に接触した状態で配置され、その底壁の部分を間に介して冷却液路28と対向する位置に設けられている。そして、リアクトル24は、当該リアクトル24が収容されている第2筐体21の第2上壁部36における蓋部28bに接触した状態で配置され、その蓋部28bを間に介して冷却液路28と対向する位置に設けられている。
このように発熱部23、24を、冷却液路28を形成する溝部28aの底壁や蓋部28bに接触した状態で設けることによって、発熱部23、24で発生する熱を冷却液路28内の冷却液25によって効率よく冷却することができる。
また、図3に示すように、第1下壁部33及び第2上壁部36には、第1及び第2筐体20、21のそれぞれの内部空間45、46どうしを連通させる貫通孔47が形成され、この貫通孔47には、第1制御部17と第2制御部18とを互いに電気的に接続する第1通電部48が設けられている。
次に、本発明の特徴とする第1下壁部33と第2上壁部36とを互いに結合する脆弱結合部41及び強靭結合部42について説明する。図3に示す第1及び第2外表面43、44のうち冷却液路28を液密封止するために、この冷却液路28に沿ってその両側の互いに当接する部分が、脆弱結合部41によって互いに結合している。この脆弱結合部41は、第1及び第2筐体20、21の第1下壁部33及び第2上壁部36の破壊強度よりも小さい結合強度で、第1下壁部33と第2上壁部36とを互いに結合させている。
そして、図3に示す貫通孔47を形成する第1下壁部33及び第2上壁部36のそれぞれの内縁部を液密封止するために、互いに当接する部分が強靭結合部42によって互いに結合している。この強靭結合部42は、第1及び第2筐体20、21の第1下壁部33及び第2上壁部36の破壊強度と同程度か、或いはそれ以上の結合強度で、第1下壁部33と第2上壁部36とを互いに結合させている。
この脆弱結合部41及び強靭結合部42の結合強度は、第1下壁部33と第2上壁部36とを互いに結合するための例えばボルトやリベットの本数、太さ、又は強度を調整することによって、予め定めた大きさにそれぞれを設定することができる。また、第1下壁部33と第2上壁部36との結合手段として、ボルトやリベットの代わりに接着剤を使用して、脆弱結合部41及び強靭結合部42を形成してもよい。また、第1下壁部33と第2上壁部36との間に両者を嵌合結合させる嵌合構造を設け、この嵌合構造が脆弱結合部41及び強靭結合部42に応じた結合強度となるように形成してもよい。
次に、上記のように構成された建設機械用制御装置10、及びこれを備える建設機械12の作用を説明する。この建設機械用制御装置10によると、例えば建設機械12を使用して作業しているときに、図4に示すように、当該建設機械用制御装置10が衝撃等の外力51を受けた場合に、第1筐体20を形成する第1下壁部33及び各壁部34、35、並びに、第2筐体21を形成する第2上壁部36及び各壁部37、38が当該外力51によって破損する前に、まず、冷却液路28を液密封止する脆弱結合部41が当該外力51によって破損するようになっている。これによって、冷却液路28から流出した冷却液25が、第1及び第2筐体20、21の内部空間45、46に浸入することを防止して、冷却液25を第1及び第2筐体20、21の外側に流出させることができる。
そしてこのとき、貫通孔47を形成する第1下壁部33及び第2上壁部36のそれぞれの内縁部どうしを結合している強靭結合部42は、当該外力51によって破損することを阻止できるので、冷却液25が、貫通孔47を通って第1及び第2筐体20、21のそれぞれの内部空間45、46に浸入することを防止することができる。このようにして、第1及び第2筐体20、21内に収容されている第1及び第2制御部17、18の第1〜第3通電部48、49、50の短絡及び絶縁破壊を防ぐことができる。よって、冷却液25が流出した場合でも、第1及び第2制御部17、18を作動させて建設機械12を動作させることが可能になる。
また、図2に示すように、第1制御部17を収容する第1筐体20、及び第2制御部18を収容する第2筐体21を上下方向に積重ねた構成とすることによって、第1筐体20を第2筐体21に取り付けることができ、この第2筐体21を建設機械12に取り付けることができるので、建設機械用制御装置10の建設機械12に対する取付け面積を小さくすることができ、第1及び第2制御部17、18の上記取付け面積に対する実装密度を大きくすることができる。
更に、図3に示す建設機械用制御装置10によると、第1筐体20の内部空間45にトランジスタ等の発熱部23を有する第1制御部17を設けると共に、第2筐体21の内部空間46にリアクトル等の発熱部24を有する第2制御部18を設けることができ、しかも、それぞれの発熱部23、24を熱交換器22の冷却液25によって冷却することができる。これによって、発熱部23、24を有する第1及び第2制御部17、18を、第1及び第2筐体20、21内に設けるための設計の幅を広げることができる。
そして、図3に示す建設機械用制御装置10によると、第1筐体20の内側に設けた第1制御部17と、第2筐体21の内側に設けた第2制御部18とが第1通電部48を介して互いに電気的に接続された建設機械用制御装置を提供することができるので、第1及び第2制御部17、18を、第1及び第2筐体20、21内に設けるための設計の幅を広げることができる。
ただし、上記実施形態では、図3に示すように、冷却液路28は、第1外表面43に形成された断面形状が矩形状の溝部28aと、この溝部28aの開口部を閉塞する蓋部28b(この蓋部28bは、第2上壁部36の一部に形成されている。)とによって形成されたものとしたが、これに代えて、第2外表面44の一部に形成された断面形状が矩形状の溝部と、この溝部の開口部を閉塞する蓋部(この蓋部は、第1下壁部33の一部に形成されている。)とによって形成されたものとしてもよい。
また、冷却液路28は、第1及び第2外表面43、44のそれぞれに形成された断面形状が矩形状の溝部のそれぞれの開口縁部を、互いに向い合せて接合して形成したものとしてもよい。
更に、上記実施形態では、図3に示すように、冷却液路28の断面形状を矩形状としたが、これ以外の形状としてもよく、例えば略半円形、略円形、略半楕円形、略楕円形、略多角形としてもよい。
そして、上記実施形態では、筐体19が第1及び第2の2つの筐体20、21で構成されたものとしたが、これに代えて、第2筐体21を省略して、第1筐体20の第1下壁部33を例えば平板状の取付け部に取り付け、この取付け部を建設機械12に取り付けた構成としてもよい。勿論、この取付け部は、建設機械12に設けられているものとした構成としてもよい。そして、このようにする場合は、図3に示す第1通電部48を省略して、第1下壁部33及び第2上壁部36に設けた貫通孔47を閉塞したものとする。
また、上記実施形態では、図3に示すように、第1下壁部33及び第2上壁部36に設けた貫通孔47内に第1通電部48を配置した構成としたが、これに代えて、第1通電部48を省略して、第1下壁部33及び第2上壁部36に設けた貫通孔47を閉塞したものとしてもよい。
以上のように、本発明に係る建設機械用制御装置及びこれを備える建設機械は、冷却液路を液密封止する脆弱結合部が破損するような外力を受けた場合に、冷却液路から流出した冷却液が、筐体の内部に浸入することを防止して、冷却液を筐体の外側に流出させることができる優れた効果を有し、このような建設機械用制御装置及びこれを備える建設機械に適用するのに適している。
10 建設機械用制御装置
11 電動機
12 建設機械
13 下部走行体
14 上部旋回体
15 掘削作業機
16 制御部
17 第1制御部
18 第2制御部
19 筐体
20 第1筐体
21 第2筐体
22 熱交換器
23、24 発熱部
25 冷却液
26 入口部
27 出口部
28 冷却液路
28a 溝部
28b 蓋部
29 循環管路
30 循環ポンプ
31 ラジエタ
32 冷却液用タンク
33 第1下壁部
34 第1側壁部
35 第1上壁部
36 第2上壁部
37 第2側壁部
38 第2下壁部
39、40 ボルト
41 脆弱結合部
42 強靭結合部
43 第1外表面
44 第2外表面
45、46 内部空間
47 貫通孔
48 第1通電部
49 第2通電部
50 第3通電部
51 外力

Claims (6)

  1. 発熱部を有する制御部と、
    この制御部を内側に収容する筐体と、
    この筐体を形成する壁部が取り付けられる取付け部と、
    前記発熱部を冷却するための液体冷却式の熱交換器とを備え、
    前記取付け部が建設機械に設けられる建設機械用制御装置において、
    前記熱交換器は、冷却液路と、この冷却液路内に充填される冷却液とを有し、
    前記冷却液路は、前記筐体を形成する壁部の第1外表面と、当該第1外表面が取り付けられる前記取付け部の第2外表面との間に形成され、
    前記第1及び第2外表面のうち前記冷却液路を液密封止するために互いに当接する部分が、前記筐体の壁部の破壊強度よりも小さい結合強度の脆弱結合部によって結合していることを特徴とする建設機械用制御装置。
  2. 前記筐体が第1筐体であって、前記制御部が第1制御部であり、
    前記取付け部が第2筐体であり、当該第2筐体の内側に第2制御部が収容され、
    前記第2外表面は、前記第2筐体の壁部に形成されていることを特徴とする請求項1記載の建設機械用制御装置。
  3. 前記第2制御部には、前記熱交換器によって冷却される発熱部を有することを特徴とする請求項2記載の建設機械用制御装置。
  4. 前記脆弱結合部によって互いに結合する前記第1筐体の壁部が第1壁部であり、前記第2筐体の壁部が第2壁部であり、
    前記第1及び第2壁部には、前記第1及び第2筐体のそれぞれの内部空間どうしを連通させる貫通孔が形成され、この貫通孔を形成する前記第1及び第2壁部のそれぞれの内縁部を液密封止するために互いに当接する部分が、前記第1及び第2壁部の破壊強度と同程度以上の結合強度の強靭結合部で結合し、
    前記貫通孔には、前記第1制御部と前記第2制御部とを互いに電気的に接続する通電部が配置されていることを特徴とする請求項2又は3記載の建設機械用制御装置。
  5. 前記発熱部は、当該発熱部が収容されている前記筐体の壁部を間に介して前記冷却液路と対向する位置に設けられていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の建設機械用制御装置。
  6. 請求項1乃至5のいずれかに記載の建設機械用制御装置を備えることを特徴とする建設機械。
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