JP2023124943A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの電力で駆動する作業機械において、機関室内の空間に効率的に機器が配置しつつ、発熱する機器の冷却を可能とする作業機械を提供する。【解決手段】バッテリパック５１０と、機体後端部に設けられた第１通風口３８０と、第１通風口３８０とバッテリパック５１０の間に配置されたファン５２０と、バッテリパック５１０の前方かつ上方に設けられた第２通風口３８１と、バッテリパック５１０の電力により回転する電動モータ５１２と、を備える作業機械。【選択図】図１０

Description

本発明は、バッテリの電力により駆動する作業機械に関する。

複数のバッテリを収容するバッテリボックスを有する電動式作業機が知られている。（特許文献１参照）

このような電動式作業機は、バッテリボックスの上方に配置されたバッテリ用ファンにより、複数のバッテリを収容する空間内の空気を下方から上方に向け流通させバッテリを冷却させている。

特開２０２０－４５７０１号公報

しかし電動式作業機は、バッテリの冷却だけでなく、電動モータやインバータ等の電気機器のほか、アクチュエータを動かす作動油も冷却する必要があり、バッテリ用ファンだけでなく、別途電気機器や作動油を冷却するためのファンを配置する必要がある。

特に機器を配置するスペースが狭い超ミニショベルのような小型の作業機械においては、電気機器及び油圧機器に加え、電気機器や作動油を冷却するためのファンやバッテリ用ファンを別途それぞれ配置することは、困難であるという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、その課題は、バッテリの電力で駆動する作業機械において、機関室内の空間に効率的に機器が配置しつつ、発熱する機器の冷却を可能とする作業機械を提供することにある。

上述した課題を解決するため本発明は、バッテリパックと、機体後端部に設けられた第１通風口と、前記第１通風口と前記バッテリパックの間に配置されたファンと、前記バッテリパックの前方かつ上方に設けられた第２通風口と、前記バッテリパックの電力により回転する電動モータと、を備える作業機械である。

本発明の他の態様に係る発明は、前記バッテリパックの前方かつ前記第２通風口より、下方に設けられた第３通風口を備える作業機械である。

本発明の他の態様に係る発明は、前記第３通風口が前記バッテリパックより下方に設けられている作業機械である。

本発明の他の態様に係る発明は、前記ファンが前記第３通風口の上方に配置されている作業機械である。

本発明の他の態様に係る発明は、前記ファンの少なくとも一部が前記バッテリパックの上方に配置されている作業機械である。

本発明の他の態様に係る発明は、前記電動モータにより駆動する油圧ポンプにより圧送される作動油を冷却する熱交換器を備えており、前記熱交換器が、前記バッテリパックの後方かつ、前記ファンの前方に配置され、前記ファンが前記機体内部の空気を外部に排出する作業機械である。

本発明の他の態様に係る発明は、前記ファンの前方でかつ前記ファンの隣接する機体側面に設けられた第４通風口を備えている作業機械である。

本発明の他の態様に係る発明は、前記作動油を貯蔵し、前記熱交換器の下方に配置された作動油タンクを備える作業機械である。

本発明の他の態様に係る発明は、前記作動油タンクの下部側方の切り欠け部内部に配置された前記油圧ポンプと機械的に結合する前記電動モータの上方に配置された電気機器を備えている作業機械である。

本発明の他の態様に係る発明は、前記バッテリパックが前後に互いに間隔を空けて複数列設されている作業機械である。

本発明によれば、バッテリの電力で駆動する作業機械において、機関室内の空間に効率的に機器が配置しつつ、発熱する機器の冷却を可能とする作業機械を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電動式油圧ショベルの左側面図である。 本発明の一実施形態に係る電動式油圧ショベルの背面図である。 本発明の一実施形態に係る電動式油圧ショベルから運転席とレバースタンドを取り外した上部旋回体の正面図である。 本発明の一実施形態に係る電動式油圧ショベルの上部旋回体の平面図である。 本発明の一実施形態に係る電動式油圧ショベルの上部旋回体の左側面図である。 本発明の一実施形態に係る電動式油圧ショベルの上部旋回体のＡ－Ａ断面図である。 本発明の一実施形態に係る電動式油圧ショベルの上部旋回体のＢ－Ｂ断面図である。 本発明の一実施形態に係る電動式油圧ショベルの上部旋回体のＣ－Ｃ断面図である。 本発明の一実施形態に係る電動式油圧ショベルの上部旋回体のＤ－Ｄ断面図である。 本発明の一実施形態に係る電動式油圧ショベルの上部旋回体のＡ－Ａ断面を流れる空気を模式的に示した模式図。 本発明の一実施形態に係る電動式油圧ショベルの上部旋回体のＤ－Ｄ断面を流れる空気を模式的に示した模式図。

以下、本発明に係る作業機械の代表例としての電動式油圧ショベル１００を例に挙げ図１を参照しつつ詳細に説明する。なお上部旋回体３００に作業装置４００が配置されている方向を前方としその反対方向を後方とする。

電動式油圧ショベル１００は、自走可能な下部走行体２００と、下部走行体２００上に旋回可能に支持された上部旋回体３００と、上部旋回体３００の前方に上下に回動可能に支持された作業装置４００を備えて構成されている。

作業装置４００は、上部旋回体３００の先端部に水平方向に回動するように支持されたスイングポスト４１０と、スイングポスト４１０に上下に回動可能に支持されたブーム４２０と、ブーム４２０の先端に上下に回動可能に装着されたアーム４３０と、アーム４３０の先端に回動可能に装着されたバケット４５０と、上部旋回体３００の下方に設置され、スイングポスト４１０を水平方向に回動させるスイングシリンダ４６０と、ブーム４２０の下方に設置された、ブーム４２０を動かすブームシリンダ４７０と、ブーム４２０の上方に設置され、アーム４３０を動かすアームシリンダ４８０と、アーム４３０の上方に設置され、バケットリンク４４０を介してバケット４５０を動かすバケットシリンダ４９０により構成されている

下部走行体２００は、センターフレーム（図示せず）とセンターフレームに左右対称に対をなし前後方向に延びるサイドフレーム２１０（一方側のみ図示）を有しており、サイドフレーム２１０は、後方一端側には走行モータ（図示せず）により駆動する駆動輪２１１（一方側のみ図示）が設置され、前方一端に向け複数の遊動輪２１２（一方側のみ図示）が配置されている。そして駆動輪２１１と遊動輪２１２は、履帯２１３（一方側のみ図示）が巻装され、センターフレーム前方に排土装置２２０が装着されている。

上部旋回体３００は、旋回ベアリング（図示せず）を介し、旋回モータ（図示せず）により旋回し、上部旋回体３００の真ん中から後方にかけて操縦席３１０が配置され、操縦席３１０の下方には、床部３２０の後端から立ちあがり上部旋回体３００の後端部を形成するカウンタウエイト３３０まで延びるボンネット３４０によって上方から覆われた機関室３５０が配置され、そして床部３２０前方には、前記電動式油圧ショベル１００を操作するための各種操作装置が装着されたレバースタンド３６０が配置され、床部３２０を下方から支持し、カウンタウエイト３３０と一体となって形成され、構造を支える旋回フレーム３７０から形成されている。

続いて図１～図３を用いて、機関室３５０内部に外部の空気を取り込むための通風口について説明する。

ボンネット３４０の背面中央には、左右対称に上下に孔設された４つの開口からなる第１通風口３８０が形成される。

ボンネット３４０の前面中央上部には、左右に操縦席３１０の両端あたりまで延びるように孔設された開口からなる第２通風口３８１が形成される。

床部３２０の右側部下方には、旋回フレーム３７０の先端に水平方向に回動するように枢結されたスイングポスト４１０にスイングシリンダ４６０のロッド側の端部が枢結し、カウンタウエイト３３０の内部側方の前部底面にスイングシリンダ４６０のボトム側が枢結され、スイングシリンダ４６０のチューブが旋回フレーム３７０の側部底面と重なるように設置され、スイングシリンダ４６０のチューブの下方と側面を覆い前方からカウンタウエイト３３０まで延び、機関室３５０の内部と連通するダクトを形成する側面カバー３９０が着装されている。側面カバー３９０の前方端部下方には、シリンダ―ロッドが延出する第３通風口３８２が形成される。

ボンネット３４０の左側面前方には、上方から左右対称に上下に孔設された４つの開口からなる第４通風口３８３が形成される。

第１通風口３８０は、機関室３５０内部の空気を外部に排出する排出口であり、第２通風口３８１、第３通風口３８２及び第４通風口３８３は、外部の空気を機関室３５０内部に取り込むための吸引口である。

すなわち第１通風口３８０と第２通風口３８１によって、機関室３５０内部上方で前後方向の空気の流れを形成することができ、機関室３５０内部に効率的に外部の空気を取り込むことができる。

そして第１通風口３８０と第３通風口３８２によって、側面カバー３９０で構成されるダクト内の前後方向の空気の流れと、機関室内３５０の下方の前後方向の空気の流れを形成することができ、機関室３５０内部に効率的に外部の空気を取り込むことができる。

さらに第１通風口３８０と第４通風口３８３によって、機関室内３５０内の右側部の前後方向の空気の流れを形成することができ、機関室内部に効率的に外部の空気を取り込むことができる。

続いて、図４～図５を用いて機関室３５０内部と、機関室３５０と連通する側面カバー３９０で形成されるダクトの内部について説明する。

機関室３５０内部には、ボンネット３４０の前部内壁と対面するように旋回フレーム３７０の底面に防振支持された第１バッテリパック５１０と、第１バッテリパック５１０の後方かつ機関室３５０の中央より前方の旋回フレーム３７０の底面に防振支持された第２バッテリパック５１１が配置されている。

ここで、第１バッテリパック５１０及び第２バッテリパック５１１は、機関室３５０中央部より前方に配置されていることから、上部旋回体３００の後端部もしくは、前端部に障害物が衝突しても、バッテリパックの破損の可能性が低減される。

また第１バッテリパック５１０及び第２バッテリパック５１１は、機関室３５０の左右側壁近傍まで延設されており、第１バッテリパック５１０及び第２バッテリパック５１１の上端部は、第２通風口２８１の下方に配置されていることから、機関室３５０の天井と、第１バッテリパック５１０及び第２バッテリパック５１１の上端部の間に空気の流れる上部流路を形成することができる。

さらに第１バッテリパック５１０の側面及び第２バッテリパック５１１の側面の間には、空間が設けられており、この空間は、第１バッテリパック５１０及び第２バッテパック５１１の発熱により下方から上方に向けて空気が流れる上昇流路を形成することができ、上部流路と上昇流路は連通する。

カウンタウエイト３３０は、後面視、ボンネット３４０の後端の凸部と嵌る凹部を有しており、カウンタウエイト３３０の凹部の中央に防振支持された電動ファン５２０が、ボンネット３４０の後端の内壁と対面するように配置されている。

電動ファン５２０は、第１通風口３８０と対面し、第１通風口３８０から外部の空気を機関室３５０外部に吐き出すようにファンを回転させることにより、第２通風口３８１，第３通風口３８２及び第４通風口３８３から取り込んだ空気を第１通風口３８０から排出させることができる。

カウンタウエイト３３０と第２バッテリパック５１１の間には、機関室３５０の側壁に一端側が面するように、旋回フレーム３７０の底面に防振支持されており、第１バッテリパック５１０及び第
２バッテリパック５１１の電力により回転する電動モータ５１２と、電動モータ５１２により駆動し作動油を圧送して各アクチュエータを動かし、電動モータ５１２の他端側に装着されている油圧ポンプ５３０と、油圧ポンプ５３０の隣に配置されており、機関室３５０の側壁に面している作動油を貯蔵する作動油タンク５４０が配置されている。

作動油タンク５４０は、油圧ポンプ５３０と隣り合う側面の下部の一部が下方から切り欠かれて形成される切り欠け部を有しており、油圧ポンプ５３０は、切かけ部内部に配置することにより、電動モータ５１２、油圧ポンプ５３０及び作動油タンク５４０を機関室３５０内に効率的に収容することができる。

電動ファン５２０と第２バッテリパック５１１の間には、作動油タンク５４０の上方に配置された作動油を冷却するオイルクーラ５５０と、第１バッテリパック５１０及び第２バッテリパック５１１の電力をインバータ５１３、コンバータ５１４及び充電装置（図示せず）に接続し、電動モータ５１２を上方から跨ぐように上部旋回体３００の底面に設置された台座５６０に防振支持されたジャンクションボックス５１５が配置されている。

すなわち第２バッテリパック５１１の後方には、油圧ポンプ５３０、作動油タンク５４０及びオイルクーラ５５０等の油圧機器が機関室３５０の一方側に配置されており、機関室３５０の他方側には、電動モータ５１２及びジャンクションボックス５１５等の電気機器が配置されている。

また作動油タンク５４０と対面する機関室３５０の側面の上方でかつ、オイルクーラ５５０の前方には、第４通風口３８３が配置されている。この結果第２バッテリパック５１１の後方の機体一方側に配置された発熱温度の高い油圧機器を効率的に冷却することができる。機関室３５０に油圧機器と電気機器を冷却効率と収納効率を妨げることなく配置することができる。

床部３２０とスイングシリンダ４６０のチューブの間には、スイングシリンダ４６０のチューブを上方から跨ぐように上部旋回体３００の底面に設置された台座５７０により防振支持されたインバータ５１３が第１バッテリパック５１０の前方に配置され、第１バッテリパック５１０及び第２バッテリパック５１１から電動モータ５１２に供給する電力を制御している。

さらにインバータ５１３の前方の、床部３２０とスイングシリンダ４６０のチューブの間には、スイングシリンダ４６０のチューブを上方から跨ぐように上部旋回体３００の底面に設置された台座５８０により防振支持されたコンバータ５１２が配置され、電動式油圧ショベル１００を統合制御するコントローラ（図示せず）と電動ファン５２０に電源を供給する低電圧バッテリ（図示せず）に電力を供給するために第１バッテリパック５１０及び第２バッテリパック５１１からの電力の電圧を変換する。

床部３２０と側面カバー３９０で形成されるダクトは、スイングシリンダ４６０に沿って空気の流れる流路を形成し、機関室３５０と連通し、上部旋回体３００の底面を流れる下部流路を形成する。そして第１バッテリパック５１０及び第２バッテリパック５１１の間に形成された上昇流路と連通する。

続いて図１０及び図１１を用いて機関室３５０内部に流れ込み排出される空気の流れについて説明する。ここで図中の矢印は、空気の流れる方向を模式的に表現したものである。

第２通風口３８１から第１バッテリパック５１０及び第２バッテリパック５１１の上方を通り、さらにジャンクションボックス５１５及びオイルクーラ５５０の上方を通って、第１バッテリパック５１０、第２バッテリパック５１１、ジャンクションボックス５１５及びオイルクーラ５５０の上端部より一部が上方に突出するように設置された冷却ファン５２０を経過することにより、第１通風口３８０に至る上部流路は、冷却ファン５２０によって機関室３５０内部上方の機体前方から後方に流れる空気の流れを形成する。

機関室３５０内部上方の機体前方から後方に流れる空気の流れは、機関室３５０内に設置された電機器や油圧機器によって温められ、機関室３５０内部上方に向け上昇する空気を効率よく第１通風口３８１より効率よく排出することができる。

さらに第１バッテリパック５１０の側面及び第２バッテリパック５１１の側面の間に、空間を設けることにより、第１バッテリパック５１０及び第２バッテリパック５１１の発熱により下方から上方に向けて流れる空気を機関室３５０内部上方の機体前方から後方に流れる空気の流れに合流させることができる。

また床部３２０と側面カバー３９０で形成され、第３通風口を吸引口とするダクトは、冷却ファン５２０によってスイングシリンダ４６０に沿って空気が前方から後方に流れる空気の流れを形成し、スイングシリンダ上方に配置したコンバータ５１４及びインバータ５１３を冷却した空気は、機関室３５０中部に流れ込み、機関室３５０内に設置された電機器や油圧機器によって温められて発生する上昇気流を発生させながら、上部旋回体３００の底面を前後方向に流れる空気の流れを形成し、電動モータ５１２、油圧ポンプ５３０、作動油タンク５５０を冷却しながら上昇し、熱せられた空気は、第１通風口３８０より排出される。

電機器や油圧機器によって温められて発生する上昇気流は、機関室３５０内部上方の機体前方から後方に流れる空気の流れに合流することにより、機関室３５０内部に熱せられた空気を滞留させることなく第１通風口３８０より排出される。

また、第１通風口３８０より低い位置に第３通風口３８２が配置されており、さらに冷却ファンより低い位置に第３通風口３８１が配置されていることにより上部旋回体３００の底面を前後方向に流れる空気の流速に比べ、機関室３５０内部上方の機体前方から後方に流れる空気の流速は速く流れる。この結果より多くの下方から上方に向けて流れる空気を機関室３５０内部上方の機体前方から後方に流れる空気の流れに合流させることができ、機関室３５０内部の熱せられた空気を効率よく第１通風口３８０から排出させることができる。

さらに上部旋回体３００の底面を前後方向に流れる空気の流れは、第１バッテリパック５１０及び第２バッテリパック５１１の下方を流れる空気の流れを形成することができるため、第１バッテリパック５１０の側面及び第２バッテリパック５１１の側面を下方から上方にかけて流れることからより効率的に第１バッテリパック５１０及び第２バッテリパック５１１をより効率的に冷却することができる。

また第２通風口３８１から第１通風口３８０に至る上部流路は、作動油タンク５４０とオイルクーラ５５０側の機関室３５０の側壁に第４通風口３８３を有しており、第４通風口３８３から作動油タンク５４０とオイルクーラ５５０に向かう空気の流れを発生させることにより、電機器より発熱する油圧機器を効率的に冷却することができる。

以上において、他の実施形態として機関室３５０前方の床部３２０近傍に他の通風口を設置してもよくその場合は、第１バッテリパック５１０を前方からより効率よく冷却することができる。

さらに変形例として、第１通風口３８０から機関室３５０内部に空気を取り入れ、第２通風口、第３通風口及び第４通風口から機関室３５０内部の空気を排出してもよい。

上記で説明した他の実施形態、変形例又は実施形態で説明した種々の構成は、適宜組み合わせて採用可能である。

以上では、作業機械として、油圧ショベルを例に挙げて説明したが、作業機械は油圧ショベルに限定されず、ホイルローダーや、コンパクトトラックローダなどの他の作業機械であってもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で拡張又は、変更して実施することができる。

本発明は、作業機械に関するものであり産業上の利用可能性を有する。

３８０ 第１通風口３８１ 第２通風口３８２ 第３通風口 ５１０ 第１バッテリパック ５１２ 電動モータ ５２０ 電動ファン（ファン）

Claims (10)

1. バッテリパックと、機体後端部に設けられた第１通風口と、前記第１通風口と前記バッテリパックの間に配置されたファンと、前記バッテリパックの前方かつ上方に設けられた第２通風口と、前記バッテリパックの電力により回転する電動モータと、を備える作業機械。
2. 前記作業機械は、前記バッテリパックの前方かつ前記第２通風口より、下方に設けられた第３通風口を備える請求項1記載の作業機械。
3. 前記第３通風口が、前記バッテリパックより下方に設けられている請求項2記載の作業機械。
4. 前記ファンが前記第３通風口の上方に配置されている請求項２又は請求項３記載の作業機械。
5. 前記ファンの少なくとも一部が前記バッテリパックの上方に配置されている請求項1乃至請求項４記載の何れか1項に記載の作業機械。
6. 前記作業機械が前記電動モータにより駆動する油圧ポンプにより圧送される作動油を冷却する熱交換器を備えており、前記熱交換器が、前記バッテリパックの後方かつ、前記ファンの前方に配置され、前記ファンが前記機体内部の空気を外部に排出する請求項１乃至請求項５記載の何れか1項に記載の作業機械。
7. 前記作業機械が前記ファンの前方でかつ前記ファンの隣接する機体側面に設けられた第４通風口を備えている請求項６記載の作業機械。
8. 前記作業機械が前記作動油を貯蔵し、前記熱交換器の下方に配置された作動油タンクを備える請求項６又は７記載の作業機械。
9. 前記作業機械が前記作動油タンクの下部側方の切り欠け部内部に配置された前記油圧ポンプと機械的に結合する前記電動モータの上方に配置された電気機器を備えている請求項８記載建設機械。
10. 前記バッテリパックが前後に互いに間隔を空けて複数列設されている請求項1乃至請求項９記載の作業機械。