JP2018159240A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的に電磁ノイズ対策を行うことが可能な作業機械を提供する。【解決手段】作業機械は、複数の電気コンポーネントと、複数の電気コンポーネントのそれぞれを覆う金属部材と、複数の接続部品とを含む。接続部品は、複数の電気コンポーネントの金属部材の間で冷却媒体を循環させる機能と、複数の電気コンポーネントの金属部材を電気的に接続する機能とを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、作業機械に関する。

ハイブリッド型ショベル等の作業機械には、インバータ、昇降圧コンバータ、電動モータ、蓄電装置等の電気コンポーネントが搭載されている。これらの電気コンポーネントで発生した電磁ノイズの放射を抑制するために、電気コンポーネントの筐体を車体の金属部分に接続してアースを取ることにより、電磁ノイズの放射を低減している。下記の特許文献１に、駆動部一体型電動機を備えた建設機械において、コモンモードノイズを低減させる技術が開示されている。

特開２０１６−５３２７８号公報

作業機械において、より一層の電磁ノイズ対策が望まれている。本発明の目的は、効率的に電磁ノイズ対策を行うことが可能な作業機械を提供することである。

本発明の一観点によると、
複数の電気コンポーネントと、
複数の前記電気コンポーネントのそれぞれを覆う金属部材と、
複数の前記電気コンポーネントの前記金属部材の間で冷却媒体を循環させる機能と、複数の前記電気コンポーネントの前記金属部材を電気的に接続する機能とを持つ接続部品と
を有する作業機械が提供される。

電気コンポーネントを覆う金属部材が電磁シールドとして機能する。冷却媒体を流す接続部品が複数の金属部材を電気的に接続するアース線となるため、効率的に電磁ノイズ対策を行うことができる。

図１は、実施例によるショベルの側面図である。 図２は、実施例によるショベルのブロック図である。 図３は、実施例によるショベルに搭載された複数の電気コンポーネントの水冷系統図である。 図４は、他の実施例によるショベルの電気コンポーネントの筐体の導電性継手の部分の側面図である。 図５は、さらに他の実施例によるショベルに搭載された複数の電気コンポーネントの水冷系統図である。

図１〜図４を参照して、実施例による作業機械について説明する。
図１は、実施例によるショベル１０の側面図である。下部走行体１１に旋回体１２が旋回可能に搭載されている。旋回体１２にアタッチメント１５が取り付けられている。アタッチメント１５は、旋回体１２に取り付けられたブーム１６、ブーム１６の先端に取り付けられたアーム１７、及びアーム１７の先端に取り付けられたバケット１８を含む。ブームシリンダ２１がブーム１６を起伏方向に駆動する。アームシリンダ２２がアーム１７をブーム１６に対して開閉方向に駆動する。バケットシリンダ２３がバケット１８をアーム１７に対して開閉方向に駆動する。エンドアタッチメントとして、バケット１８の替わりにブレーカ、クラッシャ（粉砕機）、マグネット等を取り付けることも可能である。

旋回体１２のアタッチメント１５が取り付けられた位置の両側に、それぞれキャビン１３及び階段１４が配置されている。例えば、キャビン１３は、アタッチメント１５の左側に配置され、階段１４はアタッチメント１５の右側に配置される。オペレータがキャビン１３に乗り込んでショベル１０の操作を行う。階段１４は、メンテナンス時にオペレータまたは保守要員が旋回体１２の上に上がる際に利用される。階段１４の下の空間２５に、複数の電気コンポーネントが搭載されている。

次に、図２を参照して、実施例によるショベルの全体の機能の概略について説明する。
図２は、実施例によるショベルのブロック図である。エンジン３０及び電動発電機３２が、それぞれトルク伝達機構３１の２本の入力軸に接続されている。トルク伝達機構３１の出力軸にメインポンプ３３及びパイロットポンプ３４が接続されている。電動発電機３２は、エンジン３０からの動力を受けて発電を行う発電機、及びエンジンをアシストするアシストモータとして動作可能である。

電動発電機３２がインバータ５２を介して蓄電回路５５に接続されている。旋回モータ６０がインバータ５８を介して蓄電回路５５に接続されている。旋回モータ６０の回転軸にレゾルバ６２、機械式ブレーキ６１、及び減速機６３が接続されている。旋回モータ６０は、減速機６３を介して旋回体１２を旋回させる。また、旋回モータ６０は旋回体１２の運動エネルギを電気エネルギに変換する回生ブレーキとしても動作可能である。

蓄電回路５５は、コンバータ５６及び蓄電装置５７を含む。蓄電装置５７は電力の充電及び放電を行うことができる。蓄電装置５７には、例えばリチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ等を用いることができる。コンバータ５６は、インバータ５２及び５８とＤＣバスを介して接続されており、蓄電装置５７の充放電を制御する。例えば、蓄電装置５７の放電時には、コンバータ５６は、蓄電装置５７の電圧を昇圧して蓄電装置５７からＤＣバスに電力を供給し、蓄電装置５７の充電時には、ＤＣバスの電圧を降圧してＤＣバスから蓄電装置５７に電力を供給する。

インバータ５２、５８、コンバータ５６、及び蓄電装置５７等の電気コンポーネントは、階段１４の下の空間２５（図１）に配置されている。

メインポンプ３３は、コントロールバルブ４０に高圧の作動油を供給する。パイロットポンプ３４が操作装置４１に一次側パイロット圧を供給する。操作装置４１は、オペレータの操作に応じて一次側パイロット圧を二次側パイロット圧に変換し、コントロールバルブ４０及び圧力センサ４２に供給する。

コントロールバルブ４０は、二次側パイロット圧に応じて、ブームシリンダ２１、アームシリンダ２２、バケットシリンダ２３、油圧モータ２４Ａ、２４Ｂに高圧の作動油を分配する。油圧モータ２４Ａ、２４Ｂは、下部走行体１１（図１）の左右のクローラを駆動する。

圧力センサ４２は二次側パイロット圧を電気信号に変換し、変換された電気信号を制御装置５０に送信する。制御装置５０は、オペレータの操作に応じた電気信号に基づいて、インバータ５２、５８、コンバータ５６、及び機械式ブレーキ６１を制御する。

一例として、制御装置５０は、メインポンプ３３の油圧負荷がある値より大きくなると、電動発電機３２をアシストモータとして動作させる。具体的には、制御装置５０は、インバータ５２及びコンバータ５６を制御して蓄電装置５７を放電させ、電動発電機３２に電力を供給する。メインポンプ３３の油圧負荷がある値より小さくなると、制御装置５０はインバータ５２及びコンバータ５６を制御することにより、電動発電機３２を発電機として動作させて蓄電装置５７を充電する。

旋回体１２の旋回操作が行われると、制御装置５０はコンバータ５６及びインバータ５８を制御することにより、蓄電装置５７を放電させて旋回モータ６０を駆動する。旋回体１２の停止操作が行われると、制御装置５０はインバータ５８及びコンバータ５６を制御することにより、旋回モータ６０を回生ブレーキとして動作させて蓄電装置５７を充電する。

次に、図３を参照して、実施例によるショベルの水冷系統について説明する。
図３は、ショベル１０（図１）に搭載された複数の電気コンポーネントの水冷系統図である。複数の電気コンポーネントには、インバータ５２、５８、コンバータ５６、蓄電装置５７、旋回モータ６０、水冷ポンプ８０等が含まれる。これらの電気コンポーネントは、それぞれ金属部材である筐体７１に収容されている（筐体７１で覆われている）。インバータ５２及び５８は、共通の筐体７１に収容されている。これらの筐体７１は、電磁ノイズの放射を抑制する電磁シールドとしての機能を持つ。

各電気コンポーネントの筐体７１は、金属製の台座プレート９１またはボディアースプレート９０に固定されている。ボディアースプレート９０として、旋回体１２（図１）の旋回フレーム、または下部走行体１１（図１）を利用することができる。電気コンポーネントは旋回体１２に搭載されているため、ボディアースプレート９０として旋回フレームを利用するとよい。図３に示した例では、インバータ５２、５８の筐体７１、コンバータ５６の筐体７１、蓄電装置５７の筐体７１、及び旋回モータ６０の筐体７１が台座プレート９１に固定され、水冷ポンプ８０の筐体７１がボディアースプレート９０に直接固定されている。台座プレート９１は、金属製の中間プレート９２を介してボディアースプレート９０に固定されている。

複数の筐体７１内に、それぞれ筐体内の発熱部品を冷却するための冷却流路８１が設けられている。筐体７１に、冷却流路８１の流入口となる導電性の継手８２及び流出口となる導電性の継手８３が取り付けられている。導電性の継手８２、８３は、筐体７１に電気的に接続されている。継手８２、８３には、例えば金属製のものが用いられる。

複数の電気コンポーネントの冷却流路８１に冷却水を順番に流すように、電気コンポーネント間に水冷配管部品（接続部品）８５が接続されている。水冷配管部品８５は、冷却媒体を流す水冷配管８６と、それを被覆する導電部材８７とを含む。水冷配管８６は、上流側の電気コンポーネントの流出口となる継手８３と、下流側の電気コンポーネントの流入口となる継手８２とを接続している。複数の電気コンポーネント内の冷却流路８１、及び複数の水冷配管８６により、冷却媒体、例えば冷却水を循環させる循環経路が形成される。水冷ポンプ８０がこの循環経路内に冷却媒体を送り出し、回収する。水冷配管８６には、例えば可撓性を有する絶縁性ゴムホース等を用いることができる。

導電部材８７は、水冷配管部品８５の一方の端部から他方の端部まで導通させるように、水冷配管８６に沿って配置されている。例えば、導電部材８７に金属メッシュが用いられ、金属メッシュが水冷配管８６を被覆している。導電部材８７の一端は、上流側の電気コンポーネントの流出口となる継手８３に電気的に接続され、他端は、下流側の電気コンポーネントの流入口となる継手８２に電気的に接続される。これにより、水冷配管８６の両端に接続された電気コンポーネントの筐体７１同士が電気的に接続される。

次に、導電部材８７（図３）が設けられていない比較例について説明する。一般的に、電気コンポーネントの筐体７１、台座プレート９１、中間プレート９２、及びボディアースプレート９０は、防錆等の目的で塗装されている。このため、筐体７１と台座プレート９１との接触部、台座プレート９１と中間プレート９２との接触部、中間プレート９２とボディアースプレート９０との接触部において、塗装面同士が重なり合うように組み立てられる。これは、組み立て工数削減等のためである。このため、電気コンポーネントの筐体７１から台座プレート９１及び中間プレート９２を経由してボディアースプレート９０に至るまでの電気抵抗が大きくなる。その結果、筐体７１の電磁シールド部材としての機能が低下する。

全ての電気コンポーネント、すなわちインバータ５２、５８、コンバータ５６、蓄電装置５７、及び旋回モータ６０の筐体７１をボディアースプレート９０に直接固定し、かつ電気的に接続すれば筐体７１の接地を強化することが可能である。ところが、旋回体１２には、キャビン１３、アタッチメント１５、エンジン３０等の種々の機器が搭載されており、機器搭載スペースの都合上、全ての電気コンポーネントをボディアースプレート９０に直接固定することは困難である。

次に、上記比較例と比べて図１〜図３に示した実施例が有する優れた効果について説明する。
図１〜図３に示した実施例では、複数の電気コンポーネントの筐体７１が、水冷配管８６に沿う導電部材８７によって電気的に接続される。これにより、筐体７１間のアースが共通化される。また、複数の電気コンポーネントの筐体７１は、水冷ポンプ８０の筐体７１を介してボディアースプレート９０に接続される。これにより、各筐体７１から導電部材８７及び水冷ポンプ８０を経由してボディアースプレート９０に至る電流経路を確保することができる。その結果、各筐体７１の接地が強化され、電磁ノイズの放射を低減することができる。

上記実施例では、筐体７１をアースに落とすための導電部材８７が、水冷配管８６に沿って配置されているため、水冷配管８６を取り付ける組み立て作業時に、導電部材８７を取り付けることができる。このため、専用のアース線を引き回す場合に比べて、導電部材８７を取り付けるための作業工数の増加を抑制することができる。

水冷配管８６は、通常、電気的なパワーラインに用いられる導電線材よりも太い。アース用の導電部材８７として、この太い水冷配管８６を被覆する金属メッシュを用いることにより、アース経路の電気抵抗をより小さくすることができる。実施例においては、太いアース線を引き回すための専用の空間を新たに確保する必要は無い。また、水冷配管８６を金属メッシュ等の導電部材８７で被覆することにより、水冷配管８６の損傷を抑制することができる。

各筐体７１からボディアースプレート９０までの電気抵抗をより小さくするために、ボディアースプレート９０に取り付けられている筐体７１、図３の例では水冷ポンプ８０の筐体７１と、ボディアースプレート９０とを、塗膜を介すことなく電気的に接続することが好ましい。例えば、筐体７１の塗膜を剥離した部分と、ボディアースプレート９０の塗膜を剥離した部分とを導電ケーブルで接続するとよい。ボディアースプレート９０に直接固定される筐体７１は、水冷ポンプ８０の筐体７１に限られない。水冷ポンプ８０以外の電気コンポーネントの少なくとも１つの筐体７１をボディアースプレート９０に直接固定すればよい。

この構成では、ボディアースプレート９０の塗膜の一部分を剥離する作業、水冷ポンプ８０の筐体７１の塗膜の一部分を剥離する作業、及び水冷ポンプ８０の筐体７１とボディアースプレート９０とを導電ケーブルで接続する作業が増加する。ただし、他のすべての電気コンポーネントの筐体７１及び台座プレート９１に対して同様の作業を行う場合に比べて、作業工数の増加量は少ない。

図３に示した水冷系統には電動発電機３２（図２）を含めていないが、この水冷系統に電動発電機３２を含めてもよい。

次に、図４を参照して他の実施例によるショベルについて説明する。以下、図１〜図３に示した実施例と共通の構成については説明を省略する。

図４は、本実施例によるショベルの電気コンポーネントの筐体７１の継手８２の部分の側面図である。冷却水の流入口となる継手８２に、水冷配管８６が接続されている。図１〜図３に示した実施例では、導電部材８７として水冷配管８６を被覆する金属メッシュが用いられるが、本実施例では、水冷配管８６の表面に沿って水冷配管８６の長さ方向に延びる導電線材が用いられる。この導電線材の端部を継手８２に巻き付けて絞めることにより、導電部材８７と継手８２とを電気的に接続することができる。流出口となる継手８３（図３）と導電部材８７との接続構造も、図４に示した接続構造と同一である。

図４に示した実施例のように、導電部材８７は、必ずしも水冷配管８６を被覆する必要は無い。導電部材８７は、少なくとも水冷配管８６の一端から他端まで水冷配管８６に沿って延びていればよい。

次に、図５を参照して、さらに他の実施例による作業機械について説明する。以下、図１〜図３に示した実施例と共通の構成については説明を省略する。

図５は、本実施例によるショベル１０（図１）に搭載された複数の電気コンポーネントの水冷系統図である。図１〜図３に示した実施例では、水冷配管部品８５が、冷却媒体の流路を形成する水冷配管８６と、両端の間を導通させる導電部材８７とを含んでいる。これに対し、本実施例では、水冷配管部品８５が、導電性を有する水冷配管で形成されており、この水冷配管が、冷却媒体の流路を形成するとともに、両端の間を導通させるアース線としても作用する。例えば、水冷配管部品８５として導電性を有するゴムホースを用いるとよい。

本実施例では、水冷配管部品８５となる導電性の水冷配管を、複数の電気コンポーネントの筐体７１に取り付けるのみで、アースを強化することができる。このため、組み立て作業工数を少なくすることができる。

上記実施例では、水冷系統を持つ複数の電気コンポーネントを含む電気装置をショベルに適用したが、この電気装置は、その他の作業機械、例えばフォークリフト、クレーンシステム等に搭載するハイブリッドシステムに適用することが可能である。

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０ ショベル
１１ 下部走行体
１２ 旋回体
１３ キャビン
１４ 階段
１５ アタッチメント
１６ ブーム
１７ アーム
１８ バケット
２１ ブームシリンダ
２２ アームシリンダ
２３ バケットシリンダ
２４Ａ、２４Ｂ 油圧モータ
２５ 電気コンポーネントが搭載される空間
３０ エンジン
３１ トルク伝達機構
３２ 電動発電機
３３ メインポンプ
３４ パイロットポンプ
４０ コントロールバルブ
４１ 操作装置
４２ 圧力センサ
５０ 制御装置
５２ インバータ
５５ 蓄電回路
５６ コンバータ
５７ 蓄電装置
５８ インバータ
６０ 旋回モータ
６１ 機械式ブレーキ
６２ レゾルバ
６３ 減速機
７１ 電気コンポーネントの筐体
８０ 水冷ポンプ
８１ 冷却流路
８２ 流入口となる導電性の継手
８３ 流出口となる導電性の継手
８５ 水冷配管部品（接続部品）
８６ 水冷配管
８７ 導電部材
９０ ボディアースプレート
９１ 台座プレート
９２ 中間プレート

Claims (6)

1. 複数の電気コンポーネントと、
   複数の前記電気コンポーネントのそれぞれを覆う金属部材と、
   複数の前記電気コンポーネントの前記金属部材の間で冷却媒体を循環させる機能と、複数の前記電気コンポーネントの前記金属部材を電気的に接続する機能とを持つ接続部品と
   を有する作業機械。
2. 前記金属部材は、前記電気コンポーネントの筐体である請求項１に記載の作業機械。
3. 少なくとも１つの前記電気コンポーネントの前記金属部材がボディアースプレートに接続されている請求項１または２に記載の作業機械。
4. 前記接続部品は、冷却媒体を流す配管と、一方の端部から他方の端部まで導通させる導電部材とを含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の作業機械。
5. 前記導電部材は、前記配管を被覆している請求項４に記載の作業機械。
6. 前記配管が導電性を有し、前記導電部材を兼ねている請求項４に記載の作業機械。

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