JP5189042B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、建設機械に関する。

従来、エンジンの駆動により発電を行い、発電された電力を蓄電装置に蓄電し、その蓄電された電力によりエンジンの駆動を補助し或いは電動モータを駆動する所謂ハイブリッド型建設機械が提案されている。このような建設機械に用いられる蓄電装置として、例えば、特許文献１に記載された蓄電装置が知られている。この蓄電装置は、複数の蓄電セルにより構成されるモジュール、モジュールを覆うカバー、モジュールに接続される配線を収容する配線ボックス、配線ボックスに収容された配線に外部配線を取り付けるための取付部材等を備えている。

特開２００８−１８７０４７号公報

しかしながら、上記特許文献１記載された蓄電装置では、建設機械のメンテナンス時において作業者が回路を遮断するための安全スイッチについては明らかにされていなかった。そのため、メンテナンス時の安全性が十分に確保されないという問題があった。

そこで、本発明の目的は、メンテナンス時の安全性を十分に確保することができる建設機械を提供することにある。

本発明の建設機械は、エンジンと、エンジンの駆動により発電を行う発電手段と、発電手段により発電された電力を蓄電する蓄電手段と、蓄電手段からの電力により駆動する電動駆動手段とを備えた建設機械において、蓄電手段は、複数のセルを備えたサブモジュールを複数有し、これらのサブモジュールを纏めて外枠内に配置した一のサブモジュール群及び他のサブモジュール群と、一のサブモジュール群と他のサブモジュール群との間であって外枠の外方側に配置され、蓄電手段の回路を遮断可能とするための安全スイッチと、を備え、エンジン、発電手段、及び蓄電手段は、旋回体のハウス部内に配置されており、エンジンを収容するハウス部内に安全スイッチが配置されていることを特徴としている。

本発明の建設機械によれば、蓄電手段において、複数のセルを備えたサブモジュールを複数纏め、外枠内に、上段のサブモジュール群及び下段のサブモジュール群を配置し、上段のサブモジュール群と下段のサブモジュール群との間で外枠の外方側に、蓄電手段の回路を遮断可能とするための安全スイッチを配置しているため、メンテナンス時において安全スイッチのオフ操作が容易であると共に、この安全スイッチのオフ操作により蓄電手段の回路が遮断され、メンテナンス時の安全性を十分に確保できる。

また、本発明の建設機械において、サブモジュールは、複数のセルが内枠により纏められたものであり、内枠は前記外枠内に配置されていることが好ましい。このような構成によれば、内枠によって容易に複数のセルを纏めることができ、サブモジュール群を容易に形成できる。

また、本発明の建設機械において、安全スイッチは、防水性を有するカバーにより覆われていることが好ましい。このような構成によれば、防水性を有するカバーによって水分の浸入による短絡を防止できる。

また、本発明の建設機械において、安全スイッチは、外枠に対してネジにより固定されていることが好ましい。このような構成によれば、容易な構成で安全スイッチを外枠に固定できる。

また、本発明の建設機械において、安全スイッチと蓄電手段のキャパシタ又はバッテリとを接続する配線は、配線を保護するための配線カバーにより覆われていることが好ましい。このような構成によれば、配線カバーにより当該配線が保護されるため、安全スイッチの安全性がより一層高められる。

また、本発明の建設機械において、蓄電手段は、電動駆動手段の駆動により旋回する旋回体の右前部分に形成された櫓内に配置されていることが好ましい。このような構成によれば、旋回体の右前部分に形成された櫓内のスペースを有効利用できると共に、外部からの荷重や衝撃に対して蓄電手段及び安全スイッチを好適に保護することができる。

さらにまた、本発明の建設機械において、安全スイッチは、旋回体の右前部分の右側面において外方側に向けられていることが好ましい。このような構成によれば、旋回体の右側方から安全スイッチを容易に操作でき、メンテナンス時の操作性を向上させることができる。

本発明の建設機械によれば、メンテナンス時において操作が容易であると共に安全性を十分に確保することができる。

本発明の一実施形態に係る建設機械の外観を示す斜視図である。 図１に示す建設機械の電気系統や油圧系統等の内部構成を示すブロック図である。 図２中の蓄電手段の内部構成を示す回路図である。 図１中の旋回体のハウス部を示す斜視図である。 ハウス部内に蓄電手段のキャパシタボックスを設置した状態を示す断面図である。 キャパシタボックスを示す斜視図である。 図６に示すキャパシタボックスから側面外枠及び上面外枠を取り外した状態を示す一部破断斜視図である。 図７を奥側から見た一部破断斜視図である。 図６〜図８中のサブモジュールを示す斜視図である。 キャパシタボックスの内部構成を示す回路図である。 図４中のハウス部の右前部を示す側面図である。 キャパシタボックスを正面側から見た斜視図である。 安全スイッチを示す斜視図である。 安全スイッチを右側面側から見た図である。 さらに他の実施形態に係る建設機械の電気系統や油圧系統等の内部構成を示すブロック図である。

以下、本発明による建設機械の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る建設機械の外観を示す斜視図である。この実施形態の建設機械は、所謂ハイブリッド型建設機械であり、その一例としてのリフティングマグネット車両を示すものである。

図１に示すように、リフティングマグネット車両１は、無限軌道を含む走行機構２と、走行機構２の上部に旋回機構３を介して回動自在に搭載された旋回体４とを備えている。旋回体４には、ブーム５と、ブーム５の先端にリンク接続されたアーム６と、アーム６の先端にリンク接続されたリフティングマグネット７とが取り付けられている。このリフティングマグネット７は、鋼材などの吊荷Ｇを磁力により吸着して捕獲するための設備である。ブーム５、アーム６及びリフティングマグネット７は、各々ブームシリンダ８、アームシリンダ９及びバケットシリンダ１０によって油圧駆動される。

また、旋回体４には、リフティングマグネット７の位置や励磁動作及び釈放動作を操作する操作者を収容するための運転室４ａや、油圧を発生するための動力源であるエンジン１１（図２参照）といった動力源等を収容したハウス部４ｂが設けられている。エンジン１１は、例えばディーゼルエンジンで構成される。

図２は、図１に示す建設機械の電気系統や油圧系統等の内部構成を示すブロック図であり、構成は所謂パラレル方式と称されるものである。なお、図２では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。また、図３は、図２中の蓄電手段１２０の内部構成を示す図である。

図２に示すように、リフティングマグネット車両１は電動発電機（発電手段）１２及び変速機１３を備えており、エンジン１１及び電動発電機１２の回転軸は、共に変速機１３の入力軸に接続されることにより互いに連結されている。エンジン１１の負荷が大きいときには、電動発電機１２がこのエンジン１１を作業要素として駆動することによりエンジン１１の駆動力を補助（アシスト）し、電動発電機１２の駆動力が変速機１３の出力軸を経てメインポンプ１４に伝達される。一方、エンジン１１の負荷が小さいときには、エンジン１１の駆動力が変速機１３を経て電動発電機１２に伝達されることにより、電動発電機１２が発電を行う。

電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ（Interior Permanent Magnetic）モータによって構成される。電動発電機１２の駆動と発電との切り替えは、リフティングマグネット車両１における電気系統の駆動制御を行うコントローラ３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。

変速機１３の出力軸にはメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されており、メインポンプ１４には高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。コントロールバルブ１７は、リフティングマグネット車両１における油圧系の制御を行う装置である。このコントロールバルブ１７には、図１に示した走行機構２を駆動するための左右の油圧モータ２ａ，２ｂの他、ブームシリンダ８、アームシリンダ９及びバケットシリンダ１０が高圧油圧ラインを介して接続されており、コントロールバルブ１７は、これらに供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御する。

電動発電機１２の電気的な端子には、インバータ回路１８Ａの出力端が接続されている。インバータ回路１８Ａの入力端には、蓄電手段１２０が接続されている。蓄電手段１２０は、図３に示すように、直流母線であるＤＣバス１１０、昇降圧コンバータ１００及びキャパシタ１９を備えている。すなわち、インバータ回路１８Ａの入力端は、ＤＣバス１１０を介して昇降圧コンバータ１００の入力端に接続されている。昇降圧コンバータ１００の出力端には、キャパシタ１９が接続されている。キャパシタ１９は、ここでは、多数のセルを有する構成とされている。なお、キャパシタに代えてバッテリを用いることもできる。

図２に戻って、インバータ回路１８Ａは、コントローラ３０からの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。すなわち、インバータ回路１８Ａが電動発電機１２を電動（アシスト）運転させる際には、必要な電力をキャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００からＤＣバス１１０を介して電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２を発電運転させる際には、電動発電機１２により発電された電力をＤＣバス１１０及び昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に充電する。なお、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧値及びキャパシタ電流値に基づき、コントローラ３０によって行われる。これにより、ＤＣバス１１０を、予め定められた一定電圧値に蓄電された状態に維持することができる。

また、蓄電手段１２０のＤＣバス１１０には、インバータ回路２０Ｂを介して図１に示したリフティングマグネット７が接続されている。リフティングマグネット７は、金属物を磁気的に吸着させるための磁力を発生する電磁石を含んでおり、インバータ回路２０Ｂを介してＤＣバス１１０から電力が供給される。インバータ回路２０Ｂは、コントローラ３０からの指令に基づき、電磁石をオンにする際には、リフティングマグネット７へ要求された電力をＤＣバス１１０より供給する。また、電磁石をオフにする場合には、回生された電力をＤＣバス１１０に供給する。

さらに、蓄電手段１２０には、インバータ回路２０Ａが接続されている。インバータ回路２０Ａの一端には作業用電動機としての旋回用電動機（交流電動機；電動駆動手段）２１が接続されており、インバータ回路２０Ａの他端は蓄電手段１２０のＤＣバス１１０に接続されている。旋回用電動機２１は、旋回体４を旋回させる図１に示した旋回機構３の動力源である。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３及び旋回減速機２４が接続される。

旋回用電動機２１が力行運転を行う際には、旋回用電動機２１の回転駆動力の回転力が旋回減速機２４にて増幅され、旋回体４が加減速制御され回転運動を行う。また、旋回体４の慣性回転により、旋回減速機２４にて回転数が増加されて旋回用電動機２１に伝達され、回生電力を発生させる。旋回用電動機２１は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号によりインバータ回路２０Ａによって交流駆動される。旋回用電動機２１としては、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータが好適である。

レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転位置及び回転角度を検出するセンサであり、旋回用電動機２１と機械的に連結することで回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出する。レゾルバ２２が回転軸２１Ａの回転角度を検出することにより、旋回機構３の回転角度及び回転方向が導出される。メカニカルブレーキ２３は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、コントローラ３０からの指令によって、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。旋回減速機２４は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転速度を減速して旋回機構３に機械的に伝達する減速機である。

なお、ＤＣバス１１０には、インバータ回路１８Ａ，２０Ａ，２０Ｂを介して、電動発電機１２、旋回用電動機２１及びリフティングマグネット７が接続されているため、電動発電機１２で発電された電力がリフティングマグネット７又は旋回用電動機２１に直接的に供給される場合もあり、リフティングマグネット７で回生された電力が電動発電機１２又は旋回用電動機２１に供給される場合もあり、さらに、旋回用電動機２１で回生された電力が電動発電機１２又はリフティングマグネット７に供給される場合もある。

パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続されている。操作装置２６は、旋回用電動機２１、走行機構２、ブーム５、アーム６及びリフティングマグネット７を操作するための操作装置であり、操作者によって操作される。操作装置２６には、油圧ライン２７を介してコントロールバルブ１７が接続され、また、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９が接続される。操作装置２６は、パイロットライン２５を通じて供給される油圧（１次側の油圧）を操作者の操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置２６から出力される２次側の油圧は、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７に供給されると共に、圧力センサ２９によって検出される。

圧力センサ２９は、操作装置２６に対して旋回機構３を旋回させるための操作が入力されると、この操作量を油圧ライン２８内の油圧の変化として検出する。圧力センサ２９は、油圧ライン２８内の油圧を表す電気信号を出力する。この電気信号は、コントローラ３０に入力され、旋回用電動機２１の駆動制御に用いられる。

コントローラ３０は、本実施形態における制御回路を構成する。コントローラ３０は、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置によって構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵが実行することにより実現される。また、コントローラ３０の電源は、キャパシタ１９とは別のバッテリ（例えば２４Ｖ車載バッテリ）である。コントローラ３０は、圧力センサ２９から入力される信号のうち、旋回機構３を旋回させるための操作量を表す信号を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。また、コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（アシスト運転及び発電運転の切り替え）、リフティングマグネット７の駆動制御（励磁と消磁の切り替え）、並びに、昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによるキャパシタ１９の充放電制御を行う。

ここで、本実施形態における昇降圧コンバータ１００について詳細に説明する。図３に示すように、昇降圧コンバータ１００は、昇降圧型のスイッチング制御方式を備えており、リアクトル１０１、トランジスタ１００Ｂ，１００Ｃを有する。トランジスタ１００Ｂは昇圧用のスイッチング素子であり、トランジスタ１００Ｃは降圧用のスイッチング素子である。トランジスタ１００Ｂ，１００Ｃは、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）によって構成され、互いに直列に接続されている。

具体的には、トランジスタ１００Ｂのコレクタとトランジスタ１００Ｃのエミッタとが相互に接続され、トランジスタ１００Ｂのエミッタはキャパシタ１９の負側端子およびＤＣバス１１０の負側配線に接続され、トランジスタ１００ＣのコレクタはＤＣバス１１０の正側配線に接続されている。そして、リアクトル１０１は、その一端がトランジスタ１００Ｂのコレクタ及びトランジスタ１００Ｃのエミッタに接続されると共に、他端がキャパシタ１９の正側端子に接続されている。トランジスタ１００Ｂ，１００Ｃのゲートには、コントローラ３０からＰＷＭ電圧が印加される。

なお、トランジスタ１００Ｂのコレクタとエミッタとの間には、整流素子であるダイオード１００ｂが逆方向に並列接続されている。同様に、トランジスタ１００Ｃのコレクタとエミッタとの間には、ダイオード１００ｃが逆方向に並列接続されている。トランジスタ１００Ｃのコレクタとトランジスタ１００Ｂのエミッタとの間（すなわち、ＤＣバス１１０の正側配線と負側配線との間）には、ＤＣバス１１０において平滑用のコンデンサ１１０ａが接続される。コンデンサ１１０ａは、昇降圧コンバータ１００からの出力電圧、電動発電機１２からの発電電圧や旋回用電動機２１からの回生電圧を平滑化する。

このような構成を備える昇降圧コンバータ１００において、直流電力をキャパシタ１９からＤＣバス１１０へ供給する際には、コントローラ３０からの指令によってトランジスタ１００ＢのゲートにＰＷＭ電圧が印加される。そして、トランジスタ１００Ｂのオン／オフに伴ってリアクトル１０１に発生する誘導起電力がダイオード１００ｃを介して伝達され、この電力がコンデンサ１１０ａにより平滑化される。また、直流電力をＤＣバス１１０からキャパシタ１９へ供給する際には、コントローラ３０からの指令によってトランジスタ１００ＣのゲートにＰＷＭ電圧が印加されると共に、トランジスタ１００Ｃから出力される電流がリアクトル１０１により平滑化される。

続いて、旋回体４について説明する。図４は、旋回体４のハウス部４ｂを示す斜視図である。以下、ハウス部４ｂの構成の説明においては、特に断らない限り、前後左右はリフティングマグネット車両１を基準としている。図４に示すように、ハウス部４ｂは、平面視において略コの字状を成すように構成され、コの字を構成する開放部が前方を向くように配置されている。ここで、ハウス部４ｂにおいて、車両における右前部分（図４の図示左手前部分）を右前部Ｒｆ、右後ろ部分（図４の図示左奥部分）を右後部Ｒｒ、左前部分（図４の図示右手前部分）を左前部Ｌｆ、左後ろ部分（図４の図示右奥部分）を左後部Ｌｒ、及び右前部Ｒｆと左前部Ｌｆとの間の部分を中央部Ｃと呼ぶ。

このようなハウス部４ｂの左前部Ｌｆに対応して、図１に示す運転室４ａが設けられ、中央部Ｃには、図１に示すブーム５の基端が上下動可能に取り付けられる。そして、ハウス部４ｂを有する旋回体４は、中央部Ｃの下部に設けられた旋回用電動機２１（図２参照）により上下方向の軸心回りに回転し、すなわち、旋回方向Ｄに沿って左右に旋回する。右前部Ｒｆには、メンテナンス作業用のステップ３１及び手摺り３２が設けられている。

右前部Ｒｆ内には、図２に示した蓄電手段１２０、インバータ回路１８Ａ，２０Ａ，２０Ｂ、及びコントローラ３０が設置されている。右前部Ｒｆの左右面下部には各々開口部が形成されており、右面の開口部３４（図５参照）と左面の開口部３３との間には、蓄電手段１２０のキャパシタ１９が設置されている。すなわち、左右面の開口部３４，３３は、キャパシタ１９を冷却するための空気を左右方向に通す通気口として形成されている。

図５は、右前部Ｒｆの下部に設置されたキャパシタ１９等を前方から見た断面図である。図５には、ハウス部４ｂの底部を形成する骨格部材である底部フレームＢａと、底部フレームＢａの周縁（図５では左側）において立設された外周フレームＢｂと、から構成されるベースフレームＢが示されている。

図５に示すように、右前部Ｒｆにおいて、右面の開口部３４及び左面の開口部３３の内側には、ルーバー３６，３５が各々設けられている。そして、ルーバー３５，３６の間には、キャパシタ１９を含むキャパシタボックス８０が、台座１５５及び防振ゴム１５６を介して底部フレームＢａ上に設置されている。キャパシタ１９は、上段及び下段に各々多数のセル４１を並設し纏めたもので、上段のセル４１の集合体により上段モジュール４５（上段のサブモジュール群）が、下段のセル４１の集合体により下段モジュール４５（下段のサブモジュール群）が各々構成され、これらのモジュール４５，４５を、左右方向に通気可能に外枠で囲い補強したものがキャパシタボックス８０である。

キャパシタボックス８０の右側（図５では左側）には、吸気ダクト４０が接続されると共に、吸気ダクト４０内の上流側の端部には、ルーバー３６に対向してルーバー３８が設けられている。また、キャパシタボックス８０の左側（図５では右側）端部には、上下段のセル４１，４１のそれぞれに対応して、冷却風を図示左から右へと流すためのファン４３，４３が設けられ、さらに左側（図５では右側）には、排気ダクト３９が接続されると共に、排気ダクト３９内の下流側の端部には、ルーバー３５に対向してルーバー３７が設けられている。

吸気側のルーバー３６は、図示左から右へと流れる冷却風の流れ方向に対して下方に傾斜し、これより下流の吸気ダクト４０内のルーバー３８は、ルーバー３６とは反対に上方に傾斜している。さらに、排気ダクト３９内のルーバー３７は、冷却風の流れ方向に対して下方に傾斜し、これより下流の排気側のルーバー３５は、ルーバー３７とは反対に上方に傾斜している。このようなルーバーの構成により、キャパシタボックス８０内に対する防水が図られている。

また、上記のように、キャパシタボックス８０は底部フレームＢａ上に設置されているため、その設置位置は、右面の開口部３４及び左面の開口部３３に対して低くなっている。このため、吸気ダクト４０及び排気ダクト３９は、上下非対称な形状をなしている。すなわち、吸気ダクト４０及び排気ダクト３９は、両側のルーバー３８，３７からキャパシタボックス８０に向かうにつれて、下方に広がる形状とされている。

さらに、吸気ダクト４０内には、上段モジュール４５と下段モジュール４５との間の上流側端部と、ルーバー３８の下流側端部とを連結し、吸気ダクト４０内を上下に仕切る仕切壁４４が設けられている。この仕切壁４４は、上下に並設されたルーバー３８に対して正対せずに下方にずれて配置された下段のモジュール４５に対しても、上段のモジュール４５と同量の冷却風を分配するためのものであり、上側の入口（ルーバー３８の出口）での流量より下側の入口での流量が大きくなるように、水平では無く冷却風の流れ方向に対して下方に傾斜する構成とされている。

なお、ここでは、キャパシタボックス８０、吸気ダクト４０、排気ダクト３９、開口部３４、開口部３３等は右前部Ｒｆに設置されることとしたが、左前部Ｌｆにおいて運転室４ａの下方に設置されていてもよい。

また、図４の左後部Ｌｒ内には、エンジン用ラジエタ、オイルクーラ、インタークーラ、燃料クーラ、ハイブリッドシステム用ラジエタ（ハイブリッド用ラジエタ）、運転室４ａのエアコンディショナ用熱交換器（エアコン用コンデンサ）、（いずれも図示せず）といった冷却器が設置されている。

さらに、左後部Ｌｒから右後部Ｒｒにかけて、すなわち天板を構成するエンジンフードＨの下方には、図２に示したエンジン１１、変速機１３、電動発電機１２、及びメインポンプ１４等が設置されている。エンジン１１にはファン（図示せず）が接続されており、エンジン１１の回転に伴いファンが回転することにより、左前部Ｌｆの左側面に設けられた通気口４６から左後部Ｌｒ内に向けて空気が流れ、左後部Ｌｒ内に設置された上記の各冷却器が冷却される。また、右後部Ｒｒ内には、上記の電動発電機１２及びメインポンプ１４を収容するポンプ室（図示せず）が形成されている。

中央部Ｃには、ブーム５を上下動可能に挟むようにして支持する枠体である所謂Ａフレーム４７、及びブームシリンダ８の基端が取り付けられる枠体であるブームシリンダフレーム４８が設けられている。Ａフレーム４７の後方近傍には、旋回用電動機２１（図２参照）が配置されている。

次に、図５で説明したキャパシタボックス８０について詳説する。図６は、キャパシタボックス８０を示す斜視図、図７は、図６に示すキャパシタボックス８０から側面外枠５５及び上面外枠５６を取り外した状態を示す一部破断斜視図、図８は、図７を奥側から見た一部破断斜視図、図９は、図６〜図８中のサブモジュール５１を示す斜視図、図１０は、キャパシタボックス８０の内部構成を示す回路図である。

図１０に示すように、キャパシタボックス８０は、セル４１の集合体から成る上段モジュール４５及び下段モジュール４５と、モジュール４５，４５の間に設けられた安全スイッチ９６と、モジュール４５，４５から成るキャパシタ１９で蓄電された電力を図３に示した昇降圧コンバータ１００との間で入出力するための部分であるジャンクションボックス９０と、を備えている。

ジャンクションボックス９０は、上段モジュール４５の正側端部に対して正側キャパシタケーブル６１（図７参照）により接続されキャパシタ１９の正側の端子となる正側端子７２と、上段モジュール４５と正側端子７２との間に直列に設けられた正側リレー７３及びヒューズ７４と、下段モジュール４５の負側端部に対して負側キャパシタケーブル６２（図７参照）により接続されキャパシタ１９の負側の端子となる負側端子７５と、下段モジュール４５と負側端子７５との間に設けられた負側リレー７６と、を備えている。

安全スイッチ７６は、上段モジュール４５の負側端部及び下段モジュール４５の正側端部に対して安全スイッチケーブル（配線）６３（図７、図８、図１３参照）により接続され、メンテナンス時にこの接続を切断する（手動操作部９６ａをオフする）ことによりキャパシタ１９の回路を手動で遮断するスイッチである。

また、ジャンクションボックス９０の正側リレー７３及び負側リレー７６（ともに図７参照）は、操作者によるイグニッションキーのオンオフに連動してキャパシタ１９の回路を接続・遮断することによりキャパシタ１９における電力の入出力を切断可能とするものである。ヒューズ７４は、短絡等により所定の流量以上の電流がキャパシタ１９の回路を流れた場合に当該回路を切断するものである。

このような内部構成を有するキャパシタボックス８０は、図９に示すように、上側の内枠５０及び下側の内枠１５０により挟むようにして（詳しくは後述）複数のセル４１を纏めて搭載したサブモジュール５１を、図７及び図８に示すように集合し、この集合体（前述したサブモジュール群）を、図６に示すように、外枠５２内に纏めて配置して成るものである。

図９に示すように、上側の内枠５０は、内部にバスバーが配線された直方体形状に構成され、この直方体形状を構成する長手方向の一対の側壁５０ｂと、これに直交する短手方向の一対の側壁５０ｃと、を有し、下側の内枠１５０は、平面視矩形（長方形）に構成された矩形板５０ａと、この矩形板５０ａの周縁において周方向に沿って短尺に立設された、長手方向の一対の側壁５０ｂとこれに直交する短手方向の一対の側壁５０ｃと、を有する。そして、サブモジュール５１は、上側の内枠５０に複数のセル４１を縦横に並べて垂下させるように結合し、この複数のセル４１を内枠１５０により下面から支持し補強することで構成されている。このサブモジュール５１の長手方向の一方側の端部（排気側の端部；図示手前側の端部）には、空間が設けられており、当該空間に、図５及び図８に示すように、ファン４３が取り付けられている。

サブモジュール５１は、旋回体４を旋回可能に搭載した走行機構２の前後方向（図５の紙面垂直方向）に沿って、一列に複数個（ここでは４個）が並設されている。これにより、図７及び図８に示すように、サブモジュール５１を構成する長尺な側壁５０ｂが、走行機構２の前後方向（図５の紙面垂直方向）に並ぶと共に、隣り合い対面する長尺な側壁５０ｂ，５０ｂ同士が、旋回体４の旋回方向Ｄ（図４及び図７参照）を向くように配置されている。

サブモジュール５１を並設したサブモジュール群である下段モジュール４５に、サブモジュール５１を並設したサブモジュール群である上段モジュール４５が重ねられており、上、下段モジュール４５，４５を各々構成する各サブモジュール５１の上部（上側の内枠５０内）には、セル４１に接続されると共に、外部配設との接続を行うための端子台９５や、メンテナンス時に手動で切断可能な安全スイッチ９６に接続されるバスバーが設けられている。そして、これらの上、下段モジュール４５，４５は、例えば螺子留め等により外枠５２に固定される。

外枠５２は概略、図６に示すように、底面外枠５４と、側面外枠５５及び上面外枠５６を備え、さらに、端子台９５や安全スイッチ９６が設けられたモジュール４５，４５の長手方向両端側の側面外枠５５を覆う端面カバー５９（図１２、図１３参照）を備える。

底面外枠５４は、サブモジュール５１全体、すなわち上、下段モジュール４５，４５を載置するものであり、側面外枠５５は、サブモジュール５１全体を四方の側方から覆うものであり、上面外枠５６は、天板であってサブモジュール５１全体を上から覆うものであり、サブモジュール５１は、外枠５２に対してボルト結合されている。これにより、サブモジュール５１全体の補強が成されると共に振動の発生が防止されている。

側面外枠５５は、複数のセル４１に対応する所定箇所に開口部５７を有する。ここでは、旋回体４の旋回方向Ｄ、すなわち冷却風の流れる方向（図５の左右方向）に対面して上、下段に各３個が、走行機構２の前後方向（図５の紙面垂直方向）に並ぶように設けられており、隣り合う開口部５７，５７同士の間に、上下方向に延びるリブ５８を有する構成とされている。なお、図６の図示手前側に示す側面外枠５５の開口部５７及びリブ５８は、図示奥側の側面外枠５５にも同様な位置（対向位置）に設けられており、図示奥側の側面外枠５５の開口部５７は、図８に示すファン４３に対向して開口されている。

図１１は、ハウス部４ｂの右前部Ｒｆを示す側面図である。図１１に示すように、ベースフレームＢ上には、下から上に向けて、吸気ダクト４０及び排気ダクト３９が接続されたキャパシタボックス８０、インバータ回路１８Ａ，２０Ａ，２０Ｂ，昇降圧コンバータ１００、及びコントローラ３０が搭載されている。

キャパシタボックス８０は、吸気ダクト４０及び排気ダクト３９と共に前部及び上部がステップ（階段）３１に覆われることにより、また、インバータ回路１８Ａ，２０Ａ，２０Ｂ，昇降圧コンバータ１００、及びコントローラ３０は、前部及び上部がステップを構成する前面板９８及びハウス部４ｂの天板９９に覆われることにより、前方や上方からの荷重・衝撃に対して保護されている。これらのステップ３１、前面板９８、及び天板９９は、櫓８３を形成しており、当該櫓８３内に、これらの蓄電手段１２０の構成機器が配置されている。なお、右前部Ｒｆの右側面（図示手前側）には開閉可能なサイドパネルが設けられ（図１１では開の状態）、このサイドパネルには、前述したように、右前部Ｒｆの右面の開口部３４やルーバー３６（ともに図５参照）が設けられている。

また、右前部Ｒｆ最下段に配置されたキャパシタボックス８０において、安全スイッチ９６を含む安全スイッチボックス８２が車両前方側（図１１の右側）に、ジャンクションボックス９０が車両後方側（図１１の左側）に設けられている。車両のメンテナンス時において、安全スイッチ９６は、前述したサイドパネルを開くことにより右方からアクセス可能とされ、またジャンクションボックス９０は、右前部Ｒｆ下面に設けられたアンダーカバー（図示せず）を取り外すことにより下方からアクセス可能とされている。

図１２は、キャパシタボックス８０を正面側すなわち車両前方側から見た斜視図、図１３は、安全スイッチ９６を示す斜視図、図１４は、安全スイッチ９６を右側面側から見た図である。図１２には、キャパシタボックス８０の右側（図示左側）に接続された吸気ダクト４０及びルーバー３８と、キャパシタボックス８０の左側（図示右側）に接続された排気ダクト３９及びルーバー３７とが、キャパシタボックス８０と共に示されている。

安全スイッチ９６は、上段モジュール４５と下段モジュール４５との間（図８参照）で外枠５２の外方側において端面カバー５９に対してネジ（図示せず）により固定されており、安全スイッチ９６の手動操作部９６ａは、図１１に示したハウス部４ｂの右前部Ｒｆの右側面において外方側に向けられている（図１３参照；図示手前側）。

また、安全スイッチ９６は、図１２に示すように、防水性を有する防水カバー８４及びスイッチカバー８５により覆われている。防水カバー８４は、雨水や高圧洗浄水に対して安全スイッチ９６の防水を図るものである。この防水カバー８４には、図１４に示すように、安全スイッチ９６の手動操作部９６ａに対応する位置に開口部８４ａが形成されている。図１２に示すように、スイッチカバー８５は、防水カバー８４の開口部を覆うように設けられ、メンテナンス時以外における手動操作部９６ａの誤操作を防止すると共に安全スイッチ９６の防水を図るものである。防水カバー８４は、端面カバー５９に対してネジ８６により固定されており、防水カバー８４と端面カバー５９との接合面には、パッキン（図示せず）が設けられている。

また、安全スイッチ９６と上段モジュール４５、下段モジュール４５とを接続する安全スイッチケーブル６３（図１３参照）は、図１２に示すように、この安全スイッチケーブル６３を保護するための配線カバー８７により覆われている。

以上説明した本実施形態のリフティングマグネット車両１によれば、蓄電手段１２０において、複数のセル４１を備えたサブモジュール５１を複数纏め、外枠５２内に、上段モジュール４５及び下段モジュール４５を配置し、上段モジュール４５と下段モジュール４５との間で外枠５２の外方側に、蓄電手段１２０のキャパシタ１９の回路を遮断可能とするための安全スイッチ９６を配置しているため、メンテナンス時において安全スイッチ９６のオフ操作が容易であると共に、この安全スイッチ９６のオフ操作によりキャパシタ１９の回路が遮断され、メンテナンス時の安全性を十分に確保できる。

また、サブモジュール５１は、複数のセル４１が内枠５０により纏められたものであるため、内枠５０によって容易に複数のセル４１を纏めることができ、上段モジュール４５及び下段モジュール４５を容易に形成できる。

また、安全スイッチ９６は、防水性を有する防水カバー８４により覆われているため、水分の浸入による短絡を防止できる。

また、安全スイッチ９６は、外枠５２の端面カバー５９に対してネジにより固定されているため、容易な構成で安全スイッチ９６を外枠５２に固定できる。

また、配線カバー８７により安全スイッチケーブル６３が保護されるため、安全スイッチ９６の安全性がより一層高められる。

また、蓄電手段１２０は、旋回用電動機２１の駆動により旋回する旋回体４の右前部Ｒｆに形成された櫓８３内に配置されているため、櫓８３内のスペースを有効利用できると共に、外部からの荷重や衝撃に対して蓄電手段１２０及び安全スイッチ９６を好適に保護することができる。

また、安全スイッチ９６の手動操作部９６ａは、旋回体４の右前部Ｒｆの右側面において外方側に向けられているため、旋回体４の右側方から手動操作部９６ａを容易に操作でき、メンテナンス時の操作性を向上させることができる。

さらにまた、安全スイッチ９６は、モジュール４５，４５を収容する外枠５２の外方側に配置されるため、モジュール４５，４５に対して流れる冷却風の通風性を妨げることがない。

図１５は、さらに他の実施形態に係る建設機械の電気系統や油圧系統等の内部構成を示すブロック図である。

図１５に示す構成は、所謂シリーズ方式と称されるもので、図２に示すパラレル方式の構成において、変速機１３とメインポンプ１４とを連結する構成に代えて、ポンプ用電動機１４０及びインバータ１８Ｄを別途設け、エンジン１１の全ての動力を一旦電気エネルギに変換して、各種の駆動要素を駆動するものである。

具体的には、インバータ１８Ｄは、蓄電手段１２０のＤＣバス１１０（図３参照）と電気的に接続されると共に、コントローラ３０により制御される。また、インバータ１８Ｄの出力端は、ポンプ用電動機１４０に接続されており、ポンプ用電動機１４０は、インバータ１８Ｄにより駆動制御される。また、ポンプ用電動機１４０においてメインポンプ１４により発電された電力は、回生エネルギとしてインバータ１８Ｄを経て蓄電手段１２０に供給される。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、特に好適であるとして、リフティングマグネットタイプのハイブリッド型建設機械に対する適用を述べているが、ショベルやホイルローダ、クレーン等の他の建設機械に対しても適用可能である。

１…リフティングマグネット車両（建設機械）、４…旋回体、１１…エンジン、１２…電動発電機（発電手段）、１９…キャパシタ、２１…旋回用電動機（電動駆動手段）、４１…セル、４５…モジュール（サブモジュール群）、５０…内枠、５１…サブモジュール、５２…外枠、５９…端面カバー（外枠）、６３…安全スイッチケーブル（配線）、８３…櫓、８４…防水カバー、８７…配線カバー、９６…安全スイッチ、１２０…蓄電手段、Ｒｆ…右前部（右前部分）。

Claims (7)

1. エンジンと、前記エンジンの駆動により発電を行う発電手段と、前記発電手段により発電された電力を蓄電する蓄電手段と、前記蓄電手段からの電力により駆動する電動駆動手段とを備えた建設機械において、
   前記蓄電手段は、
   複数のセルを備えたサブモジュールを複数有し、
   これらのサブモジュールを纏めて外枠内に配置した一のサブモジュール群及び他のサブモジュール群と、
   前記一のサブモジュール群と前記他のサブモジュール群との間であって前記外枠の外方側に配置され、前記蓄電手段の回路を遮断可能とするための安全スイッチと、を備え、
   前記エンジン、前記発電手段、及び前記蓄電手段は、旋回体のハウス部内に配置されており、
   前記エンジンを収容する前記ハウス部内に前記安全スイッチが配置されていることを特徴とする建設機械。
2. 前記サブモジュールは、前記複数のセルが内枠により纏められたものであり、
   前記内枠は前記外枠内に配置されていることを特徴とする請求項１記載の建設機械。
3. 前記安全スイッチは、防水性を有するカバーにより覆われていることを特徴とする請求項１又は２記載の建設機械。
4. 前記安全スイッチは、前記外枠に対してネジにより固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の建設機械。
5. 前記安全スイッチと前記蓄電手段のキャパシタ又はバッテリとを接続する配線は、前記配線を保護するための配線カバーにより覆われていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の建設機械。
6. 前記蓄電手段は、前記電動駆動手段の駆動により旋回する旋回体の右前部分に形成された櫓内に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の建設機械。
7. 前記安全スイッチは、前記旋回体の前記右前部分の右側面において外方側に向けられていることを特徴とする請求項６記載の建設機械。

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