JP2021147886A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】補機駆動用の電動システムを低コストで構築することが可能な作業機械を提供する。【解決手段】作業機械１は、エンジン３１と、エンジン３１にそれぞれ第１ベルト８４及び第２ベルト９６を介して接続されたＭＧ６５及びＧＥＮ６６と、ＭＧ６５及びＧＥＮ６６の各々が発電した電力を全て加えた合計電力の供給により駆動される補機装置とを備える。補機装置は、例えば、第１補機ユニット６８及び第２補機ユニット６９を含む。第１補機ユニット６８は、ＭＧ６５及びＧＥＮ６６からの電力の供給により駆動可能な第１電動機７５と、第１電動機７５を駆動源とする冷却ファン７５とで構成されている。第２補機ユニット６９は、ＭＧ６５及びＧＥＮ６６からの電力の供給により駆動可能な第２電動機４２と、第２電動機７５を共通の駆動源とするパイロットポンプ４１及び空調システム１００のコンプレッサ１０８とで構成されている。【選択図】 図４

Description

本発明は、作業機械に係り、更に詳しくは、電動機により駆動される補機を備えた作業機械に関する。

油圧ショベルやクレーン、ホイールローダ等の作業機械の中には、エンジンにより駆動された発電機が発電する電力を用いて補機を含む各種機器を駆動するものがある（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載の建設機械では、メインポンプ、旋回機構、パイロットポンプ、冷却ファン、冷却ポンプがそれぞれ電動機によって駆動されている。すなわち、当該建設機械は、メインポンプ用の電動機、旋回機構用の電動機、パイロットポンプ用の電動機、冷却ファン用の電動機、冷却ポンプ用の電動機を備えている。これらの電動機には、エンジン駆動の発電機によって発電された電力が供給されている。

特開２０１２−７６５２号公報

電動機は通常、定格出力に応じて定格電圧が決まるが、建設機械のメインポンプや旋回機構を駆動するための電動機は、一般的に、数十ｋＷ（キロワット）程度の定格出力が必要となるため、定格電圧が高くなる。一方、パイロットポンプや冷却ファン、冷却ポンプを駆動するための電動機では、メインポンプ用などの電動機よりも低出力の数ｋＷ程度の定格出力が一般的であり、定格電圧を低く設定できる。

特許文献１に記載の技術のように補機を含む各種機器を電動機で駆動するシステムにおいて、高出力の電動機と低出力の電動機とが混在する場合には、コスト抑制の観点から、システム全体の電圧を高出力の電動機に対応させて設定する必要がある。数十ｋＷの高い定格出力の電動機を含むシステムの場合には、例えば、電動機の定格電圧が３００Ｖ（ボルト）クラスの高電圧に設定されることがある。仮に、発電機の定格電圧（システムの電圧）が低く設定されると、その分、定格電流（電流）が過大になり、電力ケーブルの径をより大きくする必要性が生じる。これは、ケーブルの取り回しが難しくなる上に、ケーブルコストが増加することを意味する。

しかし一方で、３００Ｖクラスのような高い定格電圧の電動機を用いるシステムの場合には、規格品（汎用品）の電動機を用いずに、新に開発した専用の電動機を採用することが一般的である。量産台数が極めて多い自動車の分野では、電動機を専用に開発しても、量産によるコスト低減が可能である。それに対して、作業機械の分野では、高電圧の電動機を専用に開発すると、自動車と比べて量産台数が少ないので、コスト低減は難しい。

また、特許文献１に記載の建設機械においては、１つの発電機が発電する電力を複数の電動機に供給する構成となっている。そのため、発電機の定格出力は、複数の電動機の合計出力の大きさに応じて大きくなる。数十ｋＷの高い定格出力の発電機の場合には、電動機の場合と同様に、定格電圧が高電圧（例えば、３００Ｖクラス）に設定される。しかし一方で、３００Ｖクラスのような高い定格電圧の発電機を用いるシステムの場合、高い定格電圧の電動機を用いる場合と同様に、新に開発した専用の発電機を採用することが一般的であり、コスト低減が難しい。

本発明は、上記の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、補機駆動用の電動システムを低コストで構築することが可能な作業機械を提供することである。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、エンジンと、前記エンジンにより駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの作動油により駆動される油圧アクチュエータとを備えた作業機械において、前記エンジンにそれぞれベルトを介して接続された複数の発電機と、前記複数の発電機の各々が発電した電力を全て加えた合計電力の供給により駆動される補機装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、補機装置に必要な電力を複数の発電機が発電した合計電力によって賄うことが可能なので、各発電機の定格出力を小さく抑えることができる。したがって、各発電機の駆動電圧を、専用開発が不要で規格品の利用が可能な低い範囲に設定することができるので、補機駆動用の電動システムを低コストで構築することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の作業機械の一実施の形態としての油圧ショベルを示す側面図である。 図１に示す油圧ショベルの上部旋回体における機器配置を概略的に示す平面図である。 本発明の作業機械の一実施の形態における油圧システムの概略構成を示す回路図である。 本発明の作業機械の一実施の形態における電動システムの概略構成を示すブロック図である。 図４に示す本発明の作業機械の一実施の形態の電動システムの一部を構成する発電電動機及び発電機におけるエンジンとの配置関係およびエンジンとの接続構造を示す斜視図である。 本発明の作業機械の一実施の形態における空調システムの概略構成を示すブロック図である。 本発明の作業機械の一実施の形態の一部を構成する機体コントローラの機能構成を示すブロック図である。

以下、本発明の作業機械の実施の形態について図面を用いて説明する。本実施の形態においては、作業機械の一例として油圧ショベルを例に挙げて説明する。

［一実施の形態］
まず、本発明の作業機械の一実施の形態としての油圧ショベルの概略構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は本発明の作業機械の一実施の形態としての油圧ショベルを示す側面図である。図２は図１に示す油圧ショベルの上部旋回体における機器配置を概略的に示す平面図である。ここでは、運転席に着座したオペレータから見た方向を用いて説明する。

図１において、作業機械としての油圧ショベルは、掘削作業等を行うためのフロント作業装置１と、フロント作業装置１が取り付けられる機体とで構成されている。機体は、自走可能な下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に搭載された上部旋回体３とで構成されている。

フロント作業装置１は、例えば、ブーム５、アーム６、作業具としてのバケット７を備えた多関節型のものである。ブーム５の基端側は、上部旋回体３の前部に回動可能に連結されている。ブーム５の先端部には、アーム６の基端部が回動可能に連結されている。アーム６の先端部には、バケット７の基端部が回動可能に連結されている。ブーム５、アーム６、バケット７はそれぞれ、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０によって駆動される。

下部走行体２は、トラックフレーム１２と、トラックフレーム１２の左右両側にそれぞれ設けられれたクローラ式の走行装置１３（一方側のみ図示）とを含んで構成されている。左右の走行装置１３はそれぞれ油圧アクチュエータである走行油圧モータ１３ａにより駆動する。

上部旋回体３は、メインフレーム１５と、メインフレーム１５上の前方左側に設置された運転室１６と、メインフレーム１５の後端部に設けられたカウンタウェイト１７とを備えている。メインフレーム１５の前部には、フロント作業装置１が取り付けられる。カウンタウェイト１７は、フロント作業装置１との重量バランスをとるためのものである。運転室１６とカウンタウェイト１７の間の位置には、各種機器を収容するエンジン室１８、ラジエータ室１９、ユーティリティ室２０が設けられている。

メインフレーム１５は、図２に示すように、複数の鋼板や鋼材を接合した支持構造体である。メインフレーム１５の中央部には、上部旋回体３を下部走行体２に対して旋回させる油圧アクチュエータとしての旋回油圧モータ２２が配置されている。メインフレーム１５の中央部における旋回油圧モータ２２の後方には、後述の油圧システム３０（後述の図３参照）の一部を構成する制御弁ユニット３５が配置されている。

運転室１６は、オペレータが搭乗するための空間である。運転室１６内には、オペレータが着座する運転席２３やオペレータが操作する操作装置２４などが設けられている。また、油圧ショベルの各種機器を制御する機体コントローラ１２０などが配置されている。運転室１６には、運転室１６内の温度を調節するための空調ユニット１０１が設置されている。空調ユニット１０１を含む空調システム１００（後述の図６参照）の詳細は後述する。

エンジン室１８は、例えば、油圧ショベルの前後方向における旋回油圧モータ２２とカウンタウェイト１７との間に形成されている。エンジン室１８では、エンジン３１がメインフレーム１５上に搭載されている。エンジン３１は、クランク軸（図示せず）の軸線が左右方向に延在する横置き状態で配置されている。エンジン３１の軸線方向（左右方向）の一方側（右側）には、油圧ポンプ３２が連結されている。

エンジン３１を挟んで油圧ポンプ３２の反対側には、冷却ファン７５が配置されている。冷却ファン７５は、外気を吸い込んで冷却風を生起し、ラジエータ室１９内の後述の各種機器およびエンジン室１８に冷却風を供給するものである。本実施の形態の冷却ファン７５は、後述の第１電動機７６（後述の図４参照）によって駆動される電動式の補機である。

ラジエータ室１９は、例えば、エンジン室１８に隣接した位置（エンジン室１８の左方）に形成されている。ラジエータ室１９には、熱交換装置２５、後述の空調システム１００（後述の図６参照）の一部を構成するコンデンサ１０９、後述の電動システム６０（後述の図４参照）の一部を構成するＤＣＤＣコンバータ６３、第１蓄電装置（リチウムイオンバッテリ）６７、第２蓄電装置（鉛バッテリ）７１などが収容されている。熱交換装置２５は、例えば、オイルクーラ２５１、ラジエータ２５２、インタークーラ２５３の３つの熱交換器によって構成されており、３つの熱交換器２５１、２５２、２５３が冷却風の流れに対して並列に配置されている。コンデンサ１０９、ＤＣＤＣコンバータ６３、第１蓄電装置６７、第２蓄電装置７１は、熱交換装置２５よりも冷却風の上流側に配置されており、熱交換装置２５との熱交換によって温度上昇した冷却風（熱風）の影響を受けないようになっている。

ユーティリティ室２０は、運転室１６の後方かつラジエータ室１９の前方に形成されており、スペアパーツやオプション機器を収容するものである。ユーティリティ室２０には、例えば、後述の空調システム１００（後述の図６参照）の一部を構成する空調用ウォータポンプ１０５などが配置されている。

次に、本発明の作業機械の一実施の形態における油圧システムの構成について図３を用いて説明する。図３は本発明の作業機械の一実施の形態における油圧システムの概略構成を示す回路図である。

図３において、油圧ショベルは、下部走行体２、上部旋回体３、フロント作業装置１（共に図１参照）を圧油によって駆動させる油圧システム３０を備えている。油圧システム３０は、原動機としてのエンジン３１と、エンジン３１により駆動される油圧ポンプ３２と、油圧ポンプ３２から供給される圧油（作動油）により駆動する複数の油圧アクチュエータと、油圧ポンプ３２から各油圧アクチュエータに供給される圧油の流れ（方向及び流量）を制御する複数の方向制御弁とを備えている。

油圧ポンプ３２は、エンジン３１に機械的に接続されている。油圧ポンプ３２は、例えば、可変容量型のポンプであり、油圧ポンプ３２の容積を調節するレギュレータ３２ａを有している。レギュレータ３２ａは、油圧ポンプ３２の斜板又は斜軸の傾転を制御することでポンプ容積を調節するものである。レギュレータ３２ａは、機体コントローラ１２０からの指令信号に応じてポンプ容積を調整する。

複数の油圧アクチュエータは、ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０、左右の走行油圧モータ１３ａ、旋回油圧モータ２２などを含んでいる。図３では、説明の煩雑さを避けるために、ブームシリンダ８（以下、油圧アクチュエータと称することがある）及びアームシリンダ９（以下、油圧アクチュエータと称することがある）のみが図示されており、バケットシリンダ１０、走行油圧モータ１３ａ、旋回油圧モータ２２などが省略されている。

複数の方向制御弁は、ブームシリンダ８に供給される圧油の流れを制御する方向制御弁、アームシリンダ９に供給される圧油の流れを制御する方向制御弁、バケットシリンダ１０に供給される圧油の流れを制御する方向制御弁、左右の走行油圧モータ１３ａにそれぞれ供給される圧油の流れを制御する方向制御弁、旋回油圧モータ２２に供給される圧油の流れを制御する方向制御弁を含んでいる。当該複数の方向制御弁が相互に組み付けられることで、方向制御弁の集合体としての制御弁ユニット３５が構成されている。ただし、図３では、説明の煩雑さを避けるために、ブームシリンダ８に対応する第１方向制御弁３６及びアームシリンダ９に対応する第２方向制御弁３７のみが図示されており、バケットシリンダ１０、走行油圧モータ１３ａ、旋回油圧モータ２２に対応する方向制御弁が省略されている。第１方向制御弁３６と第２方向制御弁３７は、例えば、油圧ポンプ３２に対して互いにパラレルに接続されている。

各方向制御弁３６、３７は、油圧パイロット式の制御弁である。第１方向制御弁３６は両端部にそれぞれ電磁比例弁３６ａ、３６ｂを有している。第２方向制御弁３７は、両端部にそれぞれ電磁比例弁３７ａ、３７ｂを有している。第１方向制御弁３６の電磁比例弁３６ａ、３６ｂ及び第２方向制御弁３７の電磁比例弁３７ａ、３７ｂはそれぞれ、第１方向制御弁３６及び第２方向制御弁３７に作用させる操作パイロット圧の大きさを機体コントローラ１２０からの指令信号に応じて調節することで、第１方向制御弁３６及び第２方向制御弁３７の駆動（切換方向やストローク量）を制御するものである。

油圧パイロット式の各方向制御弁３６、３７を駆動させるための油圧（パイロット一次圧）は、パイロット油圧回路４０によって供給される。パイロット油圧回路４０は、例えば、油圧源であるパイロットポンプ４１と、パイロットポンプ４１の駆動源である第２電動機４２と、パイロット油圧回路４０の最高圧を規定するパイロットリリーフ弁４３とを備えており、パイロットライン４４を介して各方向制御弁３６、３７の電磁比例弁３６ａ、３６ｂ、３７ａ、３７ｂにパイロット一次圧を供給する。

本実施の形態のパイロットポンプ４１は、第２電動機４２により駆動される電動式のものであり、後述の第２補機ユニット６９（後述の図４参照）の一部を構成する。パイロットポンプ４１は、例えば、固定容量型のポンプであり、吐出流量が第２電動機４２の回転数に応じて変化する。第２電動機４２の駆動は、機体コントローラ１２０からの指令信号によって制御される。

パイロットリリーフ弁４３は、パイロットライン４４から分岐して作動油タンク３８に接続されたリリーフライン４５上に設けられている。パイロットリリーフ弁４３は、パイロットポンプ４１の吐出圧（パイロット一次圧）が予め設定されたリリーフ圧Ｐｒｆに達すると開弁し、リリーフ圧Ｐｒｆ以上の過剰な油圧を作動油タンク３８へ逃がすものである。リリーフ圧Ｐｒｆはパイロット設定圧Ｐｓよりも高圧（Ｐｒｆ＞Ｐｓ）に設定されており、パイロットリリーフ弁４３はパイロット油圧回路４０の圧力がパイロット設定圧Ｐｓに保持されている状態において常時閉じるように構成されている。

エンジン３１には、エンジン回転数を検出する第１回転数センサ５１が設けられている。第１回転数センサ５１は、エンジン回転数の検出信号を機体コントローラ１２０へ出力する。第２電動機４２には、第２電動機４２の回転数を検出する第２回転数センサ５２が設けられている。第２回転数センサ５２は、第２電動機４２の回転数の検出信号を機体コントローラ１２０へ出力する。

油圧ポンプ３２の吐出側には、油圧ポンプ３２の吐出圧を検出する第１圧力センサ５３が設けられている。第１圧力センサ５３は、油圧ポンプ３２の吐出圧の検出信号を機体コントローラ１２０へ出力する。パイロットポンプ４１の吐出側には、パイロットポンプ４１の吐出圧（パイロット一次圧）を検出する第２圧力センサ５４が設けられている。第２圧力センサ５４は、パイロットポンプ４１の吐出圧（パイロット一次圧）の検出信号を機体コントローラ１２０へ出力する。

機体コントローラ１２０には、複数の油圧アクチュエータ８、９、１０、１３ａ、２２を操作するための操作装置２４が電気的に接続されている。操作装置２４は、例えば、電気式の操作レバーや操作ペダルであり、オペレータが操作した操作方向および操作量に応じた操作信号Ｌｖを電気信号として機体コントローラ１２０へ出力する。本実施の形態に係る電気式の操作装置２４は、操作装置２４の操作量を検出する検出器としても機能する。

機体コントローラ１２０は、操作装置２４の操作信号（操作方向と操作量）に応じた指令信号を各方向制御弁３６、３７の電磁比例弁３６ａ、３６ｂ、３７ａ、３７ｂへ出力することで、各方向制御弁３６、３７の駆動（切換方向とストローク量）を操作装置２４の操作に応じて制御する。同時に、操作装置２４の操作信号（操作量）、第１圧力センサ５３の検出信号（油圧ポンプ３２の吐出圧）、第１回転数センサ５１の検出信号（エンジン回転数Ｎｅ）を基に演算した結果を指令信号としてレギュレータ３２ａへ出力することで、油圧ポンプ３２のポンプ容積（吐出流量）を制御する。また、機体コントローラ１２０は第２電動機４２の駆動を制御するが、その制御の詳細は後述する。

油圧システム３０が上述した構成を備えることで、フロント作業装置１、下部走行体２、上部旋回体３が操作装置２４の操作に応じて所望の動作を行うことが可能となっている。

次に、本発明の作業機械の一実施の形態における電動システムの構成について図４を用いて説明する。図４は本発明の作業機械の一実施の形態における電動システムの概略構成を示すブロック図である。

電動システム６０は、所定の範囲内の電圧仕様の第１電気系統６１と第１電気系統６１よりも低い電圧仕様の第２電気系統６２とをＤＣＤＣコンバータ６３を介して接続したものである。例えば、第１電気系統６１は４８Ｖ（ボルト）の電圧仕様の系統であり、第２電気系統６２は２４Ｖの電圧仕様の系統である。ＤＣＤＣコンバータ６３は、第１電気系統６１と第２電気系統６２との間で双方向に電圧変換が可能なものであり、機体コントローラ１２０によって制御されている。本実施の形態の電動システム６０は、定格電圧が例えば３００Ｖ以上のような専用の開発が必要となる電圧の電気系統を構築せずに、規格品（汎用品）の使用が可能な２４Ｖや４８Ｖの系統を採用したものである。規格品を利用可能な電動システム６０を構築することで、専用開発した機器を用いる電動システムを構築する場合よりも、電動システム６０のコストを低減することが可能である。

第１電気系統６１は、例えば、発電電動機６５（以下、ＭＧと称する）および発電機６６（以下、ＧＥＮと称する）が第１電力ライン６１ａを介して第１蓄電装置６７、第１補機ユニット６８（後述の第１電動機７６）、第２補機ユニット６９（第２電動機４２）に電気的に接続されたものである。第１電気系統６１は、主に、第１補機ユニット６８及び第２補機ユニット６９を駆動するためのものであり、ＭＧ６５、ＧＥＮ６６、第１蓄電装置６７を電力供給源とする。

ＭＧ６５は、エンジン３１の動力により駆動されて発電する発電動作および電力の供給によりエンジン３１の駆動を補助する力行動作が可能なものである。ＭＧ６５は、例えば、ＭＧベルト駆動機構８１を介してエンジン３１に接続されている。ＭＧ６５のエンジン３１への接続構造の詳細については後述する（図５参照）。ＭＧ６５は、例えば、インバータを内蔵した４８Ｖ系の規格品（汎用品）であり、数ｋＷ程度の定格出力を想定したものである。

ＧＥＮ６６は、例えば、ＭＧ６５と同様な発電動作と力行動作が可能な発電電動機を発電専用のジェネレータとして用いるものであり、エンジン３１の動力により駆動されて発電する。ＧＥＮ６６は、例えば、ＧＥＮベルト駆動機構９１を介してエンジン３１に接続されている。ＧＥＮ６６のエンジン３１への接続構造の詳細については後述する（図５参照）。ＧＥＮ６６も、例えば、インバータを内蔵した４８Ｖ系の規格品であり、数ｋＷ程度の定格出力を想定したものである。

第１蓄電装置６７は、ＭＧ６５及びＧＥＮ６６が発電した電力の充電及び受電した電力の放電を行うものである。第１蓄電装置６７は、第１補機ユニット６８（後述の第１電動機７６）及び第２補機ユニット６９（第２電動機４２）への電力の供給に加えて、ＭＧ６５への電力の供給が可能である。第１蓄電装置６７は、例えば、４８Ｖ系のリチウムイオンバッテリである。

第１補機ユニット６８は、補機である冷却ファン７５と、冷却ファン７５の駆動源である第１電動機７６と、冷却ファン７５を第１電動機７６に機械的に接続するファン用ベルト駆動機構７７とで構成されている。第１電動機７６は、例えば、インバータを内蔵した４８Ｖ系の規格品（汎用品）である。ファン用ベルト駆動機構７７は、冷却ファン７５に設けられたファンプーリ７７１と、第１電動機７６に設けられたモータプーリ７７２と、ファンプーリ７７１とモータプーリ７７２に巻き掛けられたファンベルト７７３とで構成されている。第１補機ユニット６８は、ＭＧ６５及びＧＥＮ６６からの発電電力の供給または第１蓄電装置６７からの電力の供給により駆動した第１電動機７６の動力がファン用ベルト駆動機構７７を介して伝達されることで冷却ファン７５を駆動するものである。

第２補機ユニット６９は、パイロットポンプ４１と、補機である後述の空調システム１００（図６参照）のコンプレッサ１０８と、パイロットポンプ４１とコンプレッサ１０８の共通の駆動源である第２電動機４２と、パイロットポンプ４１を第２電動機４２に機械的に接続するポンプ用ベルト駆動機構７８と、コンプレッサ１０８を第２電動機４２に機械的に接続するコンプレッサ用ベルト駆動機構７９とで構成されている。すなわち、第２補機ユニット６９は、１つの第２電動機４２によってパイロットポンプ４１とコンプレッサ１０８の２つの機器を駆動するように構成されている。これにより、これらの機器を個別に電動機で駆動するシステムに比べて、少ない数の電動機で電動システム６０を構築できるので、電動システム６０のコストを抑えることが可能である。

パイロットポンプ４１とコンプレッサ１０８は共に、冷却ファン７５よりも低負荷の機器であり、冷却ファン７５の駆動源である第１電動機７６と同等な出力の電動機を共通の駆動源として用いることが可能である。コンプレッサ１０８は、第２電動機４２（後述のコンプレッサプーリ７９１）からの動力伝達を遮断可能なクラッチ１０８ａを内蔵しており、クラッチ１０８ａを切断することで第２電動機４２の負荷を軽減することが可能である。第２電動機４２は、パイロットポンプ４１とコンプレッサ１０８の同時駆動が可能な定格出力を有するものであり、例えば、インバータを内蔵した４８Ｖ系の規格品（汎用品）である。

ポンプ用ベルト駆動機構７８は、パイロットポンプ４１に設けられたポンププーリ７８１と、第２電動機４２に設けられたモータ第１プーリ７８２と、ポンププーリ７８１とモータ第１プーリ７８２に巻き掛けられたポンプベルト７８３とで構成されている。コンプレッサ用ベルト駆動機構７９は、コンプレッサ１０８に設けられたコンプレッサプーリ７９１と、第２電動機４２に設けられたモータ第２プーリ７９２と、コンプレッサプーリ７９１とモータ第２プーリ７９２に巻き掛けられたコンプレッサベルト７９３とで構成されている。第２補機ユニット６９は、ＭＧ６５及びＧＥＮ６６からの発電電力の供給または第１蓄電装置６７からの電力の供給により駆動した第２電動機４２の動力が、ポンプ用ベルト駆動機構７８を介して伝達されることでパイロットポンプ４１を駆動すると共に、コンプレッサ用ベルト駆動機構７９を介して伝達されることでコンプレッサ１０８を駆動するものである。

第２電気系統６２は、第２蓄電装置７１が第２電力ライン６２ａを介してラジオや照明、ワイパなどのアクセサリ（ともに図示せず）および機体コントローラ１２０に電気的に接続されたものである。第２電気系統６２は、第１蓄電装置６７よりも低電圧の第２蓄電装置７１を電力供給源とするものである。第２蓄電装置７１は、第１電気系統６１の電力供給源であるＭＧ６５、ＧＥＮ６６、第１蓄電装置６７からの電力をＤＣＤＣコンバータ６３により降圧することで充電が可能である。例えば、第２蓄電装置７１は２４Ｖ系の鉛バッテリであり、アクセサリは２４Ｖ系の機器である。第２電気系統６２は、機体コントローラ１２０の制御に応じたＤＣＤＣコンバータ６３の降圧制御（４８Ｖから２４Ｖへの電圧変換）により適正な電圧値に維持される。

ＭＧ６５、ＧＥＮ６６、第１畜電装置６７、第１電動機７６、第２電動機４２、コンプレッサ１０８のクラッチ１０８ａはそれぞれ、各種センサの検出信号や操作装置２４の操作信号Ｌｖなどに応じて機体コントローラ１２０によって制御される。機体コントローラ１２０によるこれらの制御の詳細は後述する。

本実施の形態においては、第１補機ユニット６８及び第２補機ユニット６９が電力の供給により駆動する補機装置を構成する。また、ＭＧ６５及びＧＥＮ６６が第１補機ユニット６８及び第２補機ユニット６９（補機装置）並びに第１蓄電装置６７に電力を供給する発電装置を構成する。

次に、発電電動機（ＭＧ）及び発電機（ＧＥＮ）のエンジンへの接続構造について図５を用いて説明する。図５は図４に示す本発明の作業機械の一実施の形態の電動システムの一部を構成する発電電動機（ＭＧ）及び発電機（ＧＥＮ）とエンジンとの配置関係及び接続構造を示す斜視図である。

図５において、ＭＧ６５は、エンジン３１の冷却ファン７５側（図５中、紙面手前側）における旋回油圧モータ２２側（図５中、左側）に配置されている。一方、ＧＥＮ６６は、エンジン３１の冷却ファン７５側（図５中、紙面手前側）におけるカウンタウェイト１７側（図５中、右側）に配置されている。

ＭＧ６５は、ＭＧベルト駆動機構８１を介してエンジン３１に機械的に接続されている。ＭＧベルト駆動機構８１は、エンジン３１のクランク軸（図示せず）に動力的に接続された第１クランクプーリ８２と、ＭＧ６５に設けられた第１駆動プーリ８３と、第１クランクプーリ８２と第１駆動プーリ８３とに巻き掛けられた第１ベルト８４とを有している。ＭＧベルト駆動機構８１は、エンジン３１が駆動すると、エンジン３１のクランク軸を介して第１クランクプーリ８２が回転駆動し、第１クランクプーリ８２の回転が第１ベルト８４を介して第１駆動プーリ８３に伝達されることで、ＭＧ６５を駆動する。一方、ＭＧ６５がモータ駆動すると、第１駆動プーリ８３が回転駆動し、第１駆動プーリ８３の回転が第１ベルト８４を介して第１クランクプーリ８２に伝達されることで、エンジン３１の駆動を補助する。ＭＧベルト駆動機構８１では、第１クランクプーリ８２と第１駆動プーリ８３間の駆動と従動の関係がＭＧ６５の発電動作時と力行動作時とで反転する。このとき、第１ベルト８４の張り側と緩み側の部分も反転する。

そのため、ＭＧベルト駆動機構８１は、第１ベルト８４の張力を自動調整するオートテンショナ８５を更に有している。オートテンショナ８５は、例えば、ダブルアームテンショナと称するものである。具体的には、オートテンショナ８５は、第１駆動プーリ８３の回転軸線の回りに取り付けられた揺動可能な一対のアーム部材８６と、各アーム部材８６の先端部に保持された一対のテンションプーリ８７と、一対のアーム部材８６に取り付けられた圧縮コイルスプリング８８とを含んで構成されており、第１駆動プーリ８３に巻き掛けられている第１ベルト８４における一方側部分８４ａ（図５中、下側に位置する部分）及び他方側部分８４ｂ（図５中、上側に位置する部分）をそれぞれ外周面側から一方のテンションプーリ８７及び他方のテンションプーリ８７によって挟み込んで加圧するものである。

ＭＧベルト駆動機構８１では、第１ベルト８４の一方側部分８４ａの張力が高くなると、圧縮コイルスプリング８８が取り付けられている一対のアーム部材８６が共に図５に示す矢印Ａの方向に揺動することで、張り側の一方側部分８４ａの張力が低下し、緩み側の他方側部分８４ｂの張力が上昇する。また、第１ベルト８４の他方側部分８４ｂの張力が高くなると、一対のアーム部材８６が共に図５に示す矢印Ｂの方向に揺動することで、張り側の他方側部分８４ｂの張力が低下し、緩み側の一方側部分８４ａの張力が上昇する。ＭＧベルト駆動機構８１は、第１ベルト８４の一方側部分８４ａと他方側部分８４ｂの張りと緩みが反転する場合においても、オートテンショナ８５によって安定した動力伝達を可能としている。オートテンショナ８５は、第１ベルト８４の過大な張力の発生を抑制するので、第１ベルト８４の長寿命化の効果も発揮する。

ＧＥＮ６６は、ＧＥＮベルト駆動機構９１を介してエンジン３１に機械的に接続されている。ＧＥＮベルト駆動機構９１は、第１クランクプーリ８２と同軸上に設けられた第２クランクプーリ９２と、ＧＥＮ６６に設けられた第２駆動プーリ９３と、エンジン３１用の後述のウォータポンプ３１ａ（後述の図７参照）に設けられた第３駆動プーリ９４と、複数（図５中、４つ）のアイドラプーリ９５と、第２クランクプーリ９２と第２駆動プーリ９３と第３駆動プーリ９４と複数のアイドラプーリ９５とに巻き掛けられた第２ベルト９６とを有している。ＧＥＮベルト駆動機構９１は、第２クランクプーリ９２がＭＧベルト駆動機構８１の第１クランクプーリ８２と駆動源を共有しているが、ＭＧベルト駆動機構８１とは独立して駆動するように構成されている。

本実施の形態においては、油圧ショベルがエンジン３１の駆動により発電する発電機を複数基（本実施例では、ＭＧ６５及びＧＥＮ６６の２基）備えることで、一基当たりの発電電力を数ｋＷ程度に抑制している。このため、ＭＧ６５及びＧＥＮ６６のエンジン動力による駆動機構として、ベルト８４、９６による駆動機構の採用が可能となっている。

なお、既存の油圧ショベルの中には、２４Ｖ系の電動システムで用いられているエンジン駆動のオルタネータを本実施の形態のＧＥＮ６６と同様な位置に配置しているものがある。このオルタネータは一般的なベルト駆動機構を介してエンジン３１に接続されている。したがって、このような構成の既存の油圧ショベルに対して、エンジン駆動の２４Ｖ仕様のオルタネータに代えて、本実施の形態の４８Ｖ仕様のＧＥＮ６６を同じような位置に配置し、ＧＥＮベルト駆動機構９１を用いて既設のエンジンに接続することが可能である。すなわち、既設のエンジンの周辺構造を大幅に改造することなく、４８Ｖ仕様のＧＥＮ６６を既設のエンジンに容易に取り付けることが可能である。

また、既存の油圧ショベルの中には、運転室用の空調システムのコンプレッサをエンジンにより駆動させ、エンジン駆動のコンプレッサを本実施の形態のＭＧ６５と同様な位置に配置しているものがある。このコンプレッサも一般的なベルト駆動機構を介してエンジンに接続されている。このような構成の既存の油圧ショベルに対して、エンジン駆動のコンプレッサに代えて、本実施の形態に係るエンジン駆動のＭＧ６５を同じような位置に配置し、ＭＧベルト駆動機構８１を用いて既設のエンジンに接続することが可能である。すなわち、既設のエンジンの周辺構造を大幅に改造することなく、４８Ｖ仕様のＭＧ６５を既設のエンジンに容易に取り付けることが可能である。

次に、本発明の作業機械の一実施の形態における空調システムの構成について図６を用いて説明する。図６は本発明の作業機械の一実施の形態における空調システムの概略構成を示すブロック図である。

図６において、油圧ショベルは、運転室１６内の温度を調整する空調システム１００を備えている。空調システム１００は、運転室１６の暖房と冷房が可能な空調ユニット１０１と、空調ユニット１０１に温熱媒体を循環させる暖房系統１０２と、空調ユニット１０１に冷媒を循環させる冷房系統１０３とで構成されている。

暖房系統１０２は、例えば、エンジン３１を冷却することで温められたエンジン冷却水を温熱媒体として用いるものである。暖房系統１０２は、温熱媒体としてのエンジン冷却水を送出する空調用ウォータポンプ１０５と、温熱媒体を空調ユニット１０１にエンジン３１を介して循環させるヒータ管路１０６とを有している。エンジン３１内のエンジン冷却水（温熱媒体）は、エンジン駆動のウォータポンプ３１ａによってエンジン３１内を流通する。空調用ウォータポンプ１０５は、エンジン駆動のウォータポンプ３１ａの駆動の有無によらずに温熱媒体を空調ユニット１０１に供給するためのものである。これにより、エンジン３１がアイドリングストップした場合おいても、空調システム１００は暖房機能を維持することが可能である。

本実施の形態の暖房系統１０２は、発熱するＭＧ６５、ＧＥＮ６６、第１電動機７６、第２電動機４２を冷却する冷却機能も有している。具体的には、暖房系統１０２は、冷却材として機能するエンジン冷却水が空調ユニット１０１、ＭＧ６５、ＧＥＮ６６、第１電動機７６、第２電動機４２、エンジン３１を順に流通して循環するように構成されている。ヒータ管路１０６は、エンジン３１と空調ユニット１０１を接続する第１ヒータホース１０６ａ、空調ユニット１０１と空調用ウォータポンプ１０５を接続する第２ヒータホース１０６ｂ、空調用ウォータポンプ１０５とＭＧ６５を接続する第３ヒータホース１０６ｃ、ＭＧ６５とＧＥＮ６６を接続する第４ヒータホース１０６ｄ、ＧＥＮ６６と第１電動機７６を接続する第５ヒータホース１０６ｅ、第１電動機７６と第２電動機４２を接続する第６ヒータホース１０６ｆ、第２電動機４２とエンジン３１を接続する第７ヒータホース１０６ｇを有している。

冷房系統１０３は、例えば、冷媒を圧縮するコンプレッサ１０８と、コンプレッサ１０８より圧縮された冷媒を冷却するコンデンサ１０９と、空調ユニット１０１とコンプレッサ１０８とコンデンサ１０９とを順に冷媒を流通させて循環させる冷媒管路１１０とを有している。冷媒管路１１０は、空調ユニット１０１とコンプレッサ１０８を接続する第１冷媒ホース１１０ａ、コンプレッサ１０８とコンデンサ１０９を接続する第２冷媒ホース１１０ｂ、コンデンサ１０９と空調ユニット１０１を接続する第３冷媒ホース１１０ｃを有している。冷房系統１０３の冷媒管路１１０（第３冷媒ホース１１０ｃ）には、コンデンサ１０９の出口側の冷媒の圧力を検出する冷媒圧センサ１１１が設けられている。コンプレッサ１０８は、従来の空調システムにおけるエンジン駆動のコンプレッサと異なり、第２電動機４２により駆動される補機である。これにより、エンジン３１がアイドリングストップした場合おいても、空調システム１００は冷房機能を維持することが可能である。

次に、本発明の作業機械の一実施の形態の一部を構成するコントローラのハード構成及び機能構成について図７を用いて説明する。図７は本発明の作業機械の一実施の形態の一部を構成する機体コントローラの機能構成を示すブロック図である。

図７において、機体コントローラ１２０は、第１補機ユニット６８の第１電動機７６（冷却ファン７５の駆動源）及び第２補機ユニット６９の第２電動機４２（パイロットポンプ４１及び空調用のコンプレッサ１０８の駆動源）の駆動を制御するものである。また、ＭＧ６５及びＧＥＮ６６の発電電力を制御すると共に、第１蓄電装置６７の充放電を制御するものである。

機体コントローラ１２０は、ハード構成として、例えば、ＲＡＭやＲＯＭ等からなる記憶装置１２１と、ＣＰＵまたはＭＰＵ等からなる処理装置１２２とを備えている。記憶装置１２１には、第１電動機７６及び第２電動機４２の駆動制御、ＭＧ６５及びＧＥＮ６６の発電制御、第１蓄電装置６７の充放電制御に必要なプラグラムや各種情報が予め記憶されている。処理装置１２２は、記憶装置１２１からプログラムや各種情報を適宜読み込み、当該プログラムに従って処理を実行することで以下の機能を含む各種機能を実現する。

機体コントローラ１２０は、処理装置１２２により実行される機能として、冷却ファン制御部１３１、第１電動機制御部１３２、パイロットポンプ制御部１３３、コンプレッサ制御部１３４、第２電動機制御部１３５、発電制御部１３６、ＭＧ制御部１３７、ＧＥＮ制御部１３８、バッテリ制御部１３９を備えている。

冷却ファン制御部１３１は、熱交換装置２５及び空調システム１００のコンデンサ１０９を冷却するための冷却ファン７５の必要風量を算出し、算出した必要風量を冷却ファン７５が供給可能となる第１電動機７６（冷却ファン７５）の目標回転数を演算するものである。例えば、第１温度センサ５５が検出した作動油の油温Ｔｈ、第２温度センサ５６が検出したエンジン冷却水の温度Ｔｃ、第３温度センサ５７が検出したエンジン吸気温度Ｔｉなどの熱交換装置２５に関する温度情報、および、冷媒圧センサ１１１からの検出圧力（空調システム１００の冷媒の圧力）Ｐｒに基づき、冷却ファン７５の必要風量を算出する。次に、冷却ファン７５の風量に対する第１電動機７６（冷却ファン７５）の回転数の関係を規定するテーブルを参照し、算出した必要風量に応じた第１電動機７６（冷却ファン７５）の目標回転数を演算する。

第１電動機制御部１３２は、冷却ファン制御部１３１の演算結果の第１電動機７６（冷却ファン７５）の目標回転数を指令する第１回転数指令Ｃｍ１を第１電動機７６へ出力する。これにより、第１電動機７６の駆動は、実回転数が目標回転数に一致するように制御される。

パイロットポンプ制御部１３３は、パイロット油圧回路４０のパイロット一次圧を所定値に維持するためのパイロットポンプ４１の必要流量を算出し、算出した必要流量をパイロットポンプ４１が供給可能となる第２電動機４２（パイロットポンプ４１）の第１目標回転数Ｎｐを演算する。例えば、第２圧力センサ５４からの検出圧力（パイロットポンプ４１の吐出圧）Ｐｐと予め設定されたパイロット設定圧Ｐｓとの圧力差ΔＰ、操作装置２４からの操作量Ｌｖ、第１回転数センサ５１からの検出回転数（エンジン回転数）Ｎｅに基づき、パイロットポンプ４１の必要流量を算出する。次に、パイロットポンプ４１の流量に対する第２電動機４２（パイロットポンプ４１）の回転数の関係を規定するテーブルを参照し、算出した必要流量に応じた第２電動機４２（パイロットポンプ４１）の第１目標回転数Ｎｐを演算する。パイロット設定圧Ｐｓは、例えば、予め記憶装置１２１に記憶されている。

コンプレッサ制御部１３４は、空調システム１００の冷房のためのコンプレッサ１０８の必要流量を算出し、算出した必要流量をコンプレッサ１０８が供給可能となる第２電動機４２（コンプレッサ１０８）の第２目標回転数Ｎｃを演算する。例えば、第４温度センサ５８が検出した運転室１６内の温度Ｔａと空調ユニット１０１で設定されたエアコン設定温度Ｔｓとの温度差、冷媒圧センサ１１１からの検出圧力（空調システム１００の冷媒の圧力）Ｐｒ、第１回転数センサ５１からの検出回転数（エンジン回転数）Ｎｅなどに基づき、コンプレッサ１０８の必要流量を算出する。次に、コンプレッサ１０８の流量に対する第２電動機４２（コンプレッサ１０８）の回転数の関係を規定するテーブルを参照し、算出した必要流量に応じた第２電動機４２（コンプレッサ１０８）の第２目標回転数Ｎｃを演算する。エアコン設定温度Ｔｓは、例えば、記憶装置１２１に記憶される。

また、コンプレッサ制御部１３４は、所定の条件下において、コンプレッサ１０８のクラッチ１０８ａの切断を指令する切断指令Ｃｃをクラッチ１０８ａに対して出力する。所定の条件として、例えば、空調システム１００の冷房が不要な場合、第１電気系統６１に異常が生じて第２電動機４２の消費電力を抑制する必要がある場合などが挙げられる。

第２電動機制御部１３５は、パイロットポンプ制御部１３３の演算結果の第１目標回転数Ｎｐとコンプレッサ制御部１３４の演算結果の第２目標回転数Ｎｃとのいずれか大きい目標回転数を選択し、選択した目標回転数を指令する第２回転数指令Ｃｍ２を第２電動機４２へ出力する。これにより、第２電動機４２の駆動は、実回転数が目標回転数に一致するように制御される。

発電制御部１３６は、図４に示す第１電気系統６１の電圧値が適正範囲内に維持されるように、ＭＧ６５及びＧＥＮ６６に要求される合計の発電電力量を演算すると共に、第１蓄電装置６７の充電または放電を決定するものである。例えば、電圧センサ５９が検出した第１電気系統６１の電圧値Ｖ１または第１蓄電装置６７の充電率（ＳＯＣ）に基づき、ＭＧ６５とＧＥＮ６６の要求合計発電電力量を演算すると共に、第１蓄電装置６７の充放電を決定する。なお、発電制御部１３６は、ＭＧ６５とＧＥＮ６６が発電する発電電力量の配分を所定条件に応じて決定する。また、発電制御部１３６は、エンジンアシスト要求が入力された場合には、ＭＧ６５の力行動作の必要動力及び第１蓄電装置６７の供給電力を演算する。

ＭＧ制御部１３７は、発電制御部１３６の演算結果に応じたＭＧ６５の発電を指令するＭＧ発電指令Ｃｇ１をＭＧ６５へ出力する。ＧＥＮ制御部１３８は発電制御部１３６の演算結果に応じたＧＥＮ６６の発電を指令するＧＥＮ発電指令Ｃｇ２をＧＥＮ６６へ出力する。これらの指令Ｃｇ１、Ｃｇ２により、ＭＧ６５及びＧＥＮ６６の両者が発電した合計の発電電力量が第１電気系統６１に供給される。

バッテリ制御部１３９は、発電制御部１３６の決定に応じて、第１蓄電装置６７の充電または放電を指令するバッテリ指令Ｃｂを第１蓄電装置６７へ出力する。これにより、第１蓄電装置６７は、ＭＧ６５及びＧＥＮ６６の発電電力の充電、又は、第１補機ユニット６８及び第２補機ユニット６９への電力の供給若しくはＭＧ６５への電力の供給を行う。

次に、本発明の作業機械の一実施の形態における電動システムの各種機器の動作について図３、図４、図６及び図７を用いて説明する。

図４に示すＭＧ６５及びＧＥＮ６６がエンジン３１の駆動によって発電制御されると、電圧センサ５９からの第１電気系統６１の電圧値Ｖ１や第１充電装置６７の充電率（ＳＯＣ）を基に第１蓄電装置６７が充電され、第１電気系統６１（４８Ｖ系）の電圧値が適正に維持される。同時に、ＤＣＤＣコンバータ６３が機体コントローラ１２０の指令に応じて４８Ｖを２４Ｖに変換する降圧制御を行うことで第２蓄電装置７１が充電され、第２電気系統６２（２４Ｖ系）の電圧値も適正に維持される。

また、ＭＧ６５及びＧＥＮ６６からの発電電力の供給や第１蓄電装置６７からの電力の供給によって、第１電動機７６が駆動される。これにより、図６に示す補機である冷却ファン７５が駆動して冷却風が生起され、熱交換装置２５や空調システム１００のコンデンサ１０９に冷却風が供給される。第１電動機７６の駆動は熱交換装置２５に関する温度情報（図７に示す作動油の油温Ｔｈ、エンジン冷却水の温度Ｔｃ、エンジン吸気温度Ｔｉ）や空調システム１００の冷媒の圧力Ｐｒなどにより制御され、熱交換装置２５やコンデンサ１０９を正常に機能させるための適切な冷却風の風量が確保される。

また、ＭＧ６５及びＧＥＮ６６からの発電電力の供給や第１蓄電装置６７からの電力の供給によって、第２電動機４２が駆動される。これにより、図３に示すパイロットポンプ４１が駆動してパイロット油圧回路４０のパイロット一次圧を生成し、生成されたパイロット一次圧を各方向制御弁３６、３７の電磁比例弁３６ａ、３６ｂ、３７ａ、３７ｂに供給する。第２電動機４２の駆動は、例えば、第２圧力センサ５４が検出したパイロット一次圧（パイロットポンプ４１の吐出圧）Ｐｐとパイロット設定圧Ｐｓとの圧力差ΔＰがなくなるように制御される。これにより、パイロット油圧回路４０の圧力が確実に安定した状態でパイロット設定圧Ｐｓの近傍に保持される。すなわち、パイロット油圧回路４０の圧力がパイロットリリーフ弁４３のリリーフ圧Ｐｒｆ（Ｐｒｆ＞Ｐｓ）よりも低く維持される。したがって、パイロットリリーフ弁４３が開弁してパイロットポンプ４１の吐出油の一部が常に作動油タンク３８に流出することで生じるエネルギ損失を防ぎ、省エネルギを図ることができる。

さらに、第２電動機４２が駆動されることで、図６に示す空調システム１００のコンプレッサ１０８が駆動して冷房機能に必要な冷媒を圧縮する。第２電動機４２の駆動は、例えば、図７に示す第４温度センサ５８が検出した運転室１６内の温度Ｔａとエアコン設定温度Ｔｓとの温度差がなくなるように制御される。これにより、運転室１６内の温度が空調ユニット１０１によって適温に維持される。なお、運転室１６内の温度維持に支障のない範囲において、コンプレッサ１０８のクラッチ１０８ａを切断することでコンプレッサ１０８の負荷を一時的に解除することが可能である。例えば、図４に示す第１電動システム６０に異常が生じた場合、クラッチ１０８ａの切断によりコンプレッサ１０８の負荷を一時的に解除することで第２電動機４２の駆動出力を抑制させながら、パイロットポンプ４１の駆動を優先することが可能である。

一方、エンジンアシスト要求がなされた場合には、ＭＧ６５が第１蓄電装置６７からの電力の供給によって力行動作を行い、ＭＧベルト駆動機構８１を介してエンジン３１の駆動をアシストする。例えば、エンジン３１の始動時、急激なトルク変動作用時、ピーク負荷時、アイドリングストップからのエンジン再始動時などで、エンジン３１の駆動をアシストすることができる。

上述したように、本発明の一実施の形態に係る油圧ショベル（作業機械）は、エンジン３１と、エンジン３１により駆動される油圧ポンプ３２と、油圧ポンプ３２からの作動油により駆動される油圧アクチュエータ８、９、１０、１３ａ、２２とを備える。さらに、エンジン３１にそれぞれ第１ベルト８４及び第２ベルト９６（ベルト）を介して接続されたＭＧ６５及びＧＥＮ６６（複数の発電機）と、ＭＧ６５及びＧＥＮ６６（複数の発電機）の各々が発電した電力を全て加えた合計電力の供給により駆動される補機装置とを備えている。

この構成よれば、補機装置に必要な電力をＭＧ６５及びＧＥＮ６６（複数の発電機）が発電した合計電力によって賄うことが可能なので、ＭＧ６５及びＧＥＮ６６（複数の発電機）の各々の定格出力を小さく抑えることができる。したがって、ＭＧ６５及びＧＥＮ６６の各々の駆動電圧を、専用開発が不要で規格品の利用が可能な低い範囲（例えば、４８Ｖ）に設定することができるので、補機駆動用の電動システム６０を低コストで構築することが可能となる。

また、本実施の形態に係る油圧ショベル（作業機械）は、油圧アクチュエータ８、９、１０、１３ａ、２２を操作するための操作装置２４と、油圧ポンプ３２から油圧アクチュエータ８、９、１０、１３ａ、２２へ供給される作動油の流れを操作装置２４の操作に応じて制御する油圧パイロット式の第１方向制御弁３６及び第２方向制御弁３７（方向制御弁）と、第１方向制御弁３６及び第２方向制御弁３７（方向制御弁）を駆動させるための油圧を供給するパイロット油圧回路４０と、オペレータが搭乗するための空間である運転室１６と、運転室１６内の温度を調節する空調システム１００とをさらに備えている。パイロット油圧回路４０は油圧源であるパイロットポンプ４１を有している。空調システム１００は、冷媒を圧縮するコンプレッサ１０８と、コンプレッサ１０８により圧縮された冷媒を冷却するコンデンサ１０９とを有している。パイロットポンプ４１とコンプレッサ１０８は、ＭＧ６５及びＧＥＮ６６（複数の発電機）からの電力の供給により駆動可能な第２電動機４２を共通の駆動源とするものである。補機装置は、パイロットポンプ４１とコンプレッサ１０８と第２電動機４２とで構成された第２補機ユニット６９である。

この構成によれば、パイロットポンプ４１とコンプレッサ１０８の２つの機器を１つの第２電動機４２で駆動させるので、当該機器を個別に電動機で駆動するシステムに比べて、少ない数の電動機で電動システム６０を構築できる。したがって、電動システム６０のコストを抑えることができる。

また、本実施の形態に係る油圧ショベル（作業機械）は、パイロットポンプ４１の吐出圧Ｐｐを検出する第２圧力センサ５４（第１検出器）と、操作装置２４の操作量Ｌｖを検出する操作装置２４（第２検出器）と、運転室１６内の温度Ｔａを検出する第４温度センサ５８（第３検出器）と、空調システム１００の冷媒の圧力Ｐｒを検出する冷媒圧センサ１１１（第４検出器）と、第２電動機４２の駆動を制御する機体コントローラ１２０（コントローラ）とをさらに備えている。機体コントローラ１２０（コントローラ）は、第２圧力センサ５４（第１検出器）が検出した吐出圧Ｐｐおよび操作装置２４（第２検出器）が検出した操作量Ｌｖに基づき算出した第１目標回転数Ｎｐと、第４温度センサ５８（第３検出器）が検出した温度Ｔａおよび冷媒圧センサ１１１（第４検出器）が検出した圧力Ｐｒに基づき算出した第２目標回転数Ｎｃのうち、いずれか大きい目標回転数を選択し、第２電動機４２の回転数が選択した目標回転数に一致するように第２電動機４２の駆動を制御する。

この構成によれば、パイロットポンプ４１とコンプレッサ１０８の２つの機器の目標回転数のうち、大きい方の目標回転数を選択するので、両機器４１、１０８の機能低下を防ぐことができる。

また、本実施の形態に係る油圧ショベル（作業機械）は、エンジン３１を冷却するためのエンジン冷却水および油圧アクチュエータ８、９、１０、１３ａ、２２を駆動するための作動油を冷却する熱交換装置２５と、熱交換装置２５およびコンデンサ１０９に冷却風を供給する冷却ファン７５と、熱交換装置２５に関連する温度情報を検出する第１温度センサ５５、第２温度センサ５６、第３温度センサ５７（第５検出器）とをさらに備えている。冷却ファン７５は、ＭＧ６５及びＧＥＮ６６（複数の発電機）からの電力の供給により駆動可能な第１電動機７６を駆動源とするものである。補機装置は、冷却ファン７５と第１電動機７６とで構成された第１補機ユニット６８をさらに含むものである。機体コントローラ１２０（コントローラ）は、冷媒圧センサ１１１（第４検出器）が検出した圧力Ｐｒ並びに第１温度センサ５５及び第２温度センサ５６（第５検出器）が検出した温度情報に基づき第１電動機７６の駆動を制御する
この構成によれば、熱交換装置２５およびコンデンサ１０９の状態に応じて第１電動機７６の駆動を最適化することができるので、電動システム６０の省エネルギを図ることができる。

また、本実施の形態に係る油圧ショベル（作業機械）は、ＭＧ６５及びＧＥＮ６６（複数の発電機）により発電された電力の充電及び充電した電力の放電が可能な第１蓄電装置（蓄電装置）をさらに備えている。ＭＧ６５及びＧＥＮ６６（複数の発電機）のうちの少なくとも１つは、第１蓄電装置６７（蓄電装置）からの電力の供給によりエンジン３１の駆動を補助する力行動作が可能な発電電動機（ＭＧ６５）である。この構成によれば、ＭＧ６５が必要に応じてエンジン３１の駆動を補助することで、エンジン３１の燃料消費を低減することができる。

［その他の実施の形態］
なお、上述した実施の形態においては、本発明を油圧ショベルに適用した例を示したが、本発明は補機を電動機で駆動する油圧クレーンやホイールローダ等の各種の作業機械に広く適用することができる。

また、本発明は本実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上述した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

例えば、上述した実施の形態においては、油圧ショベルが発電動作および力行動作の両方を実行可能なＭＧ６５と発電動作のみの実行が可能なＧＥＮ６６とを備えた例を示した。しかし、油圧ショベルは、発電動作のみの実行が可能な２つの発電機を備える構成が可能である。また、発電動作および力行動作の両方を実行可能な２つの発電電動機を備える構成も可能である。

また、上述した実施の形態においては、油圧ショベルがＭＧ６５及びＧＥＮ６６の２つの発電機能（発電機）を備えた構成の例を示した。しかし、油圧ショベルは３つ以上の複数の発電機を備える構成も可能である。この場合、複数の発電機の発電した電力を全て加えた合計電力を第１補機ユニット６８及び第２補機ユニット６９に対して供給可能な電動システムを構築する。

この構成においても、第１補機ユニット６８及び第２補機ユニット６９に必要な電力を複数の発電機が発電した合計電力によって賄うことが可能なので、各発電機の定格出力を小さく、例えば数ｋＷに抑えることができる。したがって、各発電機の駆動電圧を専用開発が不要で規格品の利用が可能な低い範囲（例えば、４８Ｖ）に設定ことができるので、補機駆動用の電動システムを低コストで構築することが可能となる。

また、上述した実施の形態においては、冷却ファン７５を第１電動機７６にファンベルト７７３を介して接続することで冷却ファン７５を駆動する構成の例を示した。しかし、冷却ファン７５を第１電動機７６にギアを介して接続することで冷却ファン７５を駆動する構成も可能である。また、冷却ファン７５を第１電動機７６に直結することで冷却ファン７５を駆動する構成も可能である。

また、上述した実施の形態においては、パイロットポンプ４１を第２電動機４２にポンプベルト７８３を介して接続することでパイロットポンプ４１を駆動する構成の例を示した。しかし、パイロットポンプ４１を第２電動機４２にギアを介して接続することでパイロットポンプ４１を駆動する構成も可能である。また、パイロットポンプ４１を第２電動機４２に直結することでパイロットポンプ４１を駆動する構成も可能である。

また、上述した実施の形態においては、コンプレッサ１０８を第２電動機４２にコンプレッサベルト７９３を介して接続することでコンプレッサ１０８を駆動する構成の例を示した。しかし、コンプレッサ１０８を第２電動機４２にギアを介して接続することでコンプレッサ１０８を駆動する構成も可能である。また、コンプレッサ１０８を第２電動機４２に直結することでコンプレッサ１０８を駆動する構成も可能である。

また、上述した実施の形態においては、機体コントローラ１２０が、パイロットポンプ４１の吐出圧Ｐｐとパイロット設定圧Ｐｓとの圧力差、操作装置２４の操作量Ｌｖ、エンジン回転数Ｎｅなどに基づきパイロットポンプ４１を駆動する第２電動機４２の第１目標回転数Ｎｐを演算する例を示した。しかし、第２電動機４２の第１目標回転数Ｎｐを当該圧力差および操作装置２４の操作量Ｌｖに基づき演算することも可能である。パイロット油圧回路４０の圧力（パイロット一次圧）とエンジン３１の駆動状態との関連性が低いので、第１目標回転数Ｎｐの演算の際にエンジン回転数Ｎｅを省略しても実用上問題がない。

また、上述した実施の形態においては、機体コントローラ１２０が、運転室１６内の温度Ｔａとエアコン設定温度Ｔｓとの温度差、空調システム１００の冷媒の圧力Ｐｒ、エンジン回転数Ｎｅなどに基づきコンプレッサ１０８を駆動する第２電動機４２の第２目標回転数Ｎｃを演算する例を示した。しかし、第２電動機４２の第２目標回転数Ｎｃを当該温度差および空調システム１００の冷媒の圧力Ｐｒに基づき演算することも可能である。空調システム１００の温度調節とエンジン３１の駆動状態との関連性が低いので、第２目標回転数Ｎｃの演算の際にエンジン回転数Ｎｅを省略しても実用上問題がない。

また、上述した実施の形態においては、操作装置２４を電気式で構成した例を示したが、操作装置を油圧式で構成することも可能である。この構成の場合、操作装置が生成する操作圧を検出する圧力センサよって、操作装置の操作方向および操作量を検出することが可能である。すなわち、当該圧力センサが操作装置の操作方向および操作量を検出する検出器として機能する。

また、上述した実施の形態においては、オイルクーラ２５１、ラジエータ２５２、インタークーラ２５３の３つの熱交換器で構成された熱交換装置２５の例を示した。しかし、インタークーラのないオイルクーラとラジエータのみで構成された熱交換装置の場合もある。

８…ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）、 ９…アームシリンダ（油圧アクチュエータ）、 １０…バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）、 １３ａ…走行油圧モータ（油圧アクチュエータ）、 １６…運転室、 ２２…旋回油圧モータ（油圧アクチュエータ）、 ２４…操作装置（第２検出器）、 ２５…熱交換装置、 ３１…エンジン、 ３２…油圧ポンプ、 ３６…第１方向制御弁（方向制御弁）、 ３７…第２方向制御弁（方向制御弁）、４０…パイロット油圧回路、 ４１…パイロットポンプ、 ４２…第２電動機（第１電動機）、 ５４…第２圧力センサ（第１検出器）、 ５５…第１温度センサ（第５検出器）、 ５６…第２温度センサ（第５検出器）、 ５８…第４温度センサ（第３検出器）、 ６５…ＭＧ（発電機）、 ６６…ＧＥＮ（発電機）、 ６７…第１蓄電装置（蓄電装置）、 ６８…第１補機ユニット（補機装置）、 ６９…第２補機ユニット（補機装置）、 ７５…冷却ファン、 ７６…第１電動機（第２電動機）、 ８４…第１ベルト（ベルト）、 ９６…第２ベルト（ベルト）、 １００…空調システム、 １０８…コンプレッサ、 １０９…コンデンサ、 １１１…冷媒圧センサ（第４検出器）、 １２０…機体コントローラ（コントローラ）

Claims (5)

1. エンジンと、
   前記エンジンにより駆動される油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプからの作動油により駆動される油圧アクチュエータとを備えた作業機械において、
   前記エンジンにそれぞれベルトを介して接続された複数の発電機と、
   前記複数の発電機の各々が発電した電力を全て加えた合計電力の供給により駆動される補機装置とを備える
   ことを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記油圧アクチュエータを操作するための操作装置と、
   前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータへ供給される作動油の流れを、前記操作装置の操作に応じて制御する油圧パイロット式の方向制御弁と、
   前記方向制御弁を駆動させるための油圧を供給するパイロット油圧回路と、
   オペレータが搭乗するための空間である運転室と、
   前記運転室内の温度を調節する空調システムとをさらに備え、
   前記パイロット油圧回路は、油圧源であるパイロットポンプを有し、
   前記空調システムは、冷媒を圧縮するコンプレッサと、前記コンプレッサにより圧縮された冷媒を冷却するコンデンサとを有し、
   前記パイロットポンプと前記コンプレッサは、前記複数の発電機からの電力の供給により駆動可能な第１電動機を共通の駆動源とするものであり、
   前記補機装置は、前記パイロットポンプと前記コンプレッサと前記第１電動機とで構成された第１補機ユニットである
   ことを特徴とする作業機械。
3. 請求項２に記載の作業機械において、
   前記パイロットポンプの吐出圧を検出する第１検出器と、
   前記操作装置の操作量を検出する第２検出器と、
   前記運転室内の温度を検出する第３検出器と、
   前記空調システムの冷媒の圧力を検出する第４検出器と、
   前記第１電動機の駆動を制御するコントローラとをさらに備え、
   前記コントローラは、
   前記第１検出器が検出した吐出圧および前記第２検出器が検出した操作量に基づき算出した第１目標回転数と、前記第３検出器が検出した温度および前記第４検出器が検出した圧力に基づき算出した第２目標回転数のうち、いずれか大きい目標回転数を選択し、
   前記第１電動機の回転数が選択した目標回転数に一致するように前記第１電動機の駆動を制御する
   ことを特徴とする作業機械。
4. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記エンジンを冷却するためのエンジン冷却水および前記油圧アクチュエータを駆動するための作動油を冷却する熱交換装置と、
   前記熱交換装置および前記コンデンサに冷却風を供給する冷却ファンと、
   前記熱交換装置に関連する温度情報を検出する第５検出器とをさらに備え、
   前記冷却ファンは、前記複数の発電機からの電力の供給により駆動可能な第２電動機を駆動源とするものであり、
   前記補機装置は、前記冷却ファンと前記第２電動機とで構成された第２補機ユニットを含み、
   前記コントローラは、前記第４検出器が検出した圧力および前記第５検出器が検出した温度情報に基づき前記第２電動機の駆動を制御する
   ことを特徴とする作業機械。
5. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記複数の発電機により発電された電力の充電及び充電した電力の放電が可能な蓄電装置をさらに備え、
   前記複数の発電機のうちの少なくとも１つは、前記蓄電装置からの電力の供給により前記エンジンの駆動を補助する力行動作が可能な発電電動機である
   ことを特徴とする作業機械。

Images