JP5253272B2

JP5253272B2 - 電動式建設機械

Info

Publication number: JP5253272B2
Application number: JP2009089510A
Authority: JP
Inventors: 幹雄高橋
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2009-04-01
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2029-04-01
Also published as: JP2010242320A

Description

本発明は、例えば、電動機を動力源として油圧ポンプを駆動する電動式油圧ショベル等の電動式建設機械に関する。

油圧ショベル等の建設機械は、エンジンを動力源としているため、エンジンから発生する騒音、排気ガス等が、周囲環境を悪化させる可能性がある。特に、大型の油圧ショベル等の建設機械においては、大型のエンジンを搭載するため、周囲環境への悪影響が顕著に現れる。

このため、動力源としてエンジンの代わりに電動機を搭載した電動式建設機械が登場している（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００３−１０５８０４号公報

電動式建設機械に動力源である電動機を搭載する場合、電動機の軸方向一方側にオイルクーラ等の熱交換器とその冷却ファン及びコンプレッサを配置し、電動機の軸方向他方側に油圧ポンプを配置する方策が採られる。

この場合、一般的に、電動機はその内部の巻線等を冷却するための冷却翼を内蔵している。また、熱交換器には、別の動力で駆動される熱交換器冷却用のファンを設置する必要があるため、電動機、熱交換器等の軸線方向の寸法が大きくならざるを得ないのが現状である。

一方、この種の電動式建設機械においては、その機械本体のベースは、エンジン搭載型のものを基本ベースとしているので、上述したように軸線方向寸法が長大となる補機を含めた電動機を動力源として機械本体の機械室に載置する場合、電動機の軸線が建設機械における旋回体の幅方向に向くように配置（横置き配置）すると共に、旋回体に作用する機器の重量バランスのために、電動機の重心が旋回体の幅方向の中心部にほぼ一致するように配置する必要がある。

この結果、電動機の軸方向寸法とオイルクーラ等の熱交換器とその冷却ファンとからなる冷却装置の軸方向寸法によっては、冷却装置を上述した電動機の一方の回転軸側の機械室の空間に設置できないという問題あった。

本発明は、上述した事情に基づきなされたもので、その目的とするところは、電動機等が配置されている機械室の省スペース化が可能な電動式建設機械を提供するものである。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、本体の幅方向に電動機を搭載した電動式建設機械であって、本体の幅方向に電動機架台を介して搭載され、冷却翼を具備しない両軸形の電動機と、前記電動機の一方側の回転軸に設けられ、前記電動機の径よりも大きい径を有する冷却ファンと、冷却風を電動機本体の外周に沿わせるように前記電動機の冷却ファン取付側の軸方向端面に固定した整流板と、前記電動機の冷却ファン取付側の軸方向端面の近傍で、前記電動機架台に固定されたファンシュラウド固定用ブラケットと、前記冷却ファンの外周を覆うように前記ファンシュラウド固定用ブラケットに固定されたファンシュラウドと、前記ファンシュラウド固定用ブラケットの下隅部の内側に固定され、前記電動機の一方側の回転軸にプーリとベルトを介してその回転軸を連結したエアコン用のコンプレッサと、前記冷却ファンの上流側に配置され、前記冷却ファンによって生起される冷却風によって冷却される熱交換器と、前記電動機の他方側の回転軸に設けた油圧ポンプとを備えたものとする。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記電動機は、前記冷却ファンによって生起した冷却風に接離する放熱フィンを前記電動機の外周面の軸線方向に沿って設けているものとする。

（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記電動機は、前記電動機架台と防振ゴムとを介して旋回体に載置されているものとする。

本発明によれば、冷却翼を備えていない両軸形の電動機を電動式建設機械の幅方向に設置し、電動機の一方側の回転軸に電動機外径より径大な冷却ファンを設け、この冷却ファンの上流側にオイルクーラ等の熱交換器を配置したので、電動機、熱交換器等の軸方向寸法が長大化せず、機械室の各種機器のレイアウト上の制約を解消した上で、十分な冷却効果を得ることができる。この結果、機械室の省スペース化が図れる。

本発明の電動式建設機械の一実施の形態としての電動式油圧ショベルの側面外観図である。本発明の電動式建設機械の一実施の形態としての電動式油圧ショベルの平面外観図である。本発明の電動式建設機械の一実施の形態を構成するパワーユニット示す平面図である。本発明の電動式建設機械の一実施の形態を構成するパワーユニット示す斜視図である。本発明の電動式建設機械の一実施の形態を構成する冷却ファンを示す斜視図である。

以下に、本発明の電動式建設機械の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１及び図２は、本発明の電動式建設機械の一実施の形態として油圧ショベルを示すもので、図１は、本発明の電動式建設機械の一実施の形態としての電動式油圧ショベルの側面外観図、図２は、本発明の電動式建設機械の一実施の形態としての電動式油圧ショベルの平面外観図である。

油圧ショベルの構造は、油圧ショベルの下部に配設される走行体１と、走行体１の上側に旋回可能に配設された旋回体２と、旋回体２に上下方向に回動可能に取り付けられた作業装置３との３つの部分で大略構成されている。
図１において、１は走行体、２は走行体１の上部に旋回可能に搭載された旋回体、３はこの旋回体２上の前方部に上下方向に回動可能に（俯仰動可能に）取り付けられた作業装置、４は旋回体２上の左側前方部に配設された運転室、５は旋回体２上の後方部に取り付けられたカウンタウエイト、６は運転室４の後方に設けられた機械室である。旋回体２は旋回フレーム２ａを備え、この旋回フレーム２ａの上方をカバーで囲むことにより機械室６が形成されている。

この油圧ショベルは、機械室６の前後方向の長さが短く形成され、旋回体２の後端が走行体１の後端よりも前方に位置する、いわゆる後方小旋回が可能な油圧ショベルである。

図２において、機械室６には横長姿勢で配置された動力源としての両軸形の電動機７の一方の回転軸７Ａ（左側）に冷却ファン８とオイルクーラ９が、他方の回転軸７Ｂ（右側）に油圧ポンプ１０がそれぞれ配置されていて、冷却ファン８の回転軸，油圧ポンプ１０の回転軸，はそれぞれ電動機７の回転軸７Ａ，７Ｂと中心を一にして直列に連結されている。油圧ポンプ１０の前方には作動油タンク１１が配置されている。また、電動機７の回転軸７Ａには、プーリとベルトを介してエアコン用のコンプレッサ１２の駆動軸が連結されている。なお、冷却ファン８，電動機７，油圧ポンプ１０，コンプレッサ１２の各機器で構成したユニットをパワーユニット２０と称する。なお、機械室６の左側面には、冷却空気吸入孔６ａが、右側面には、排気孔６ｂがそれぞれ、スリット状に形成されている。

冷却ファン８は、油圧モータ，別置電動モータ，電動機７のいずれかにより構成される駆動手段を備えている。本実施の形態においては、電動機７により駆動されるように構成されている。

次に、上述した本発明の電動式建設機械の一実施の形態におけるパワーユニット２０について図３乃至図５を用いて詳細に説明する。図３は、本発明の電動式建設機械の一実施の形態を構成するパワーユニット示す平面図、図４は、本発明の電動式建設機械の一実施の形態を構成するパワーユニット示す斜視図、図５は、本発明の電動式建設機械の一実施の形態を構成する冷却ファンを示す斜視図である。図３乃至図５において、図１及び図２に示す符号と同符号のものは同一部分であるのでその詳細な説明は省略する。

電動機７は、長矩形の放熱フィン７２，７２，・・・の長手方向が、電動機７の外周の軸方向に立設しているモータボディ７３と、モータボディ７３の上部で内部端子台に図示しない電源ケーブルが接続される端子箱７４と、冷却空気をモータボディ７３の外周に沿わせるように整流する整流板７５とを備えている。ここで、長矩形の平鋼板を断面Ｃ字状に曲げ加工した整流板７５は、図３及び図５に示すように、電動機７の冷却ファン８取付側の軸方向端面のモータボディ７３外周にボルトで締め付けて固定されている。整流板７５は、その短辺が冷却ファン８側に庇状に突出するように、モータボディ７３の外周に固定され、その長辺は、電動機７の軸方向端面のモータボディ７３外周を覆う形に配置され、コンプレッサ１２の位置する下部側面の上側と下側にその両端を固定している。また、電動機７は、図４に示すように、電動機架台７６，防振ゴム７７を介して旋回フレーム２ａに載置されている。

なお、電動機７の冷却ファン８取付側の軸方向端面には、一般的には、電動機用の冷却翼が内蔵されていて、この冷却翼を覆うエンドキャップが取り付けられているが、本実施の形態においては、この冷却翼、エンドキャップを取り外し、このスペースの一部に整流板７５を取り付けている。

油圧ポンプ１０は、図４に示すように筒型のポンプ固定用フランジ１０１を介して、電動機７の軸方向端面に、油圧ポンプ７の基部を固定し、油圧ポンプ１０の回転軸を図示しない連結具を介して、電動機７の回転軸７Ｂに固定している。なお、固定用フランジ１０１の上部には、通常はカバー１０２で覆われている連結部点検孔１０３が設けられている。

冷却ファン８は、図３乃至図５に示すように、回転軸７Ａに取り付けられた円柱状のハブ８１と、このハブ８１の周囲に設けられた複数の翼８２とで構成されたファン８０と、吸込側と吐出し側に曲面を有し空気の流れをファン８０に集めるためにファン８０の周囲に配置した環状のファンシュラウド８３と、このファンシュラウド８３を電動機７の軸方向端面に固定するファンシュラウド固定用ブラケット８４とから大略構成されている。

図４において、ハブ８１は、その円柱の外周に４枚の翼８２が均等の間隔で設けられている。また、翼８２の外側端部と回転軸中心との長さは、電動機７のモータボディ７３の軸方向端面の半径より長く形成されている。なお、図示の都合上、ファンシュラウド８３，ファンシュラウド固定用ブラケット８４，整流板７５は省略している。

図３及び図５に示すように、ファンシュラウド固定用ブラケット８４は、平鋼板を曲げ加工して断面Ｌ字状に形成した下部固定用ブラケット８４ａ，８４ａと、同様に断面コ字状に形成した上部固定用ブラケット８４ｂとから構成されている。下部固定用ブラケット８４ａ，８４ａは、それぞれのＬ字短辺側の面を電動機７の軸方向端面部の近傍の電動機架台７６にボルトで締め付けて固定し、それぞれのＬ字長辺側の面を電動機７の軸方向側面部の外側に立設させている。上部固定用ブラケット８４ｂは、両端部を下部固定用ブラケット８４ａ，８４ａの立設した面の端部にボルトで締め付けて固定している。なお、図３において、ファンシュラウド固定用ブラケット８４のうち、上部固定用ブラケット８４ｂを図示の都合上省略している。

ファンシュラウド８３は、図５に示すように、電動機７の軸方向端面の外径より大径に形成され、ファンシュラウド固定用ブラケット８４に取付部材８５を介してボルトで締め付けて固定されている。また、ファンシュラウド８３の吐出し側端面の上半側には、電動機７側からファン８０への異物の侵入を防止するファンガード８６が設けられている。なお、図５においてファン８０のうち、複数の翼８２を図示の都合上省略している。

コンプレッサ１２は、一方の下部固定用ブラケット８４ａに取付部材を介してボルトで締め付けて固定されているコンプレッサ本体１２０と、電動機７の回転軸７Ａと軸方向が平行なコンプレッサ本体１２０の回転軸に設けられたコンプレッサプーリ１２１と、電動機７の回転軸７Ａに嵌装された主プーリ１２２と、コンプレッサプーリ１２１の回転軸と主プーリ１２２の回転軸との水平方向間隔の略中間であって、コンプレッサプーリ１２１の回転軸より低い高さにその回転軸が配置されるベルト張力調整用プーリ１２３と、これらのプーリ１２１，１２２，１２３の外周に巻回され、軸方向視Ｖ字状となるベルト１２４とから大略構成されている。

なお、主プーリ１２２は、電動機７の回転軸７Ａにおいて、上述した冷却ファン８を構成するハブ８１より電動機７側に配置されている。つまり、本実施の形態におけるコンプレッサ１２は、上述した電動機７の冷却翼、エンドキャップを取り外すことによって形成されたスペースの一部に取り付けられている。

次に、上述した本発明の電動式建設機械の一実施の形態の動作を、図２乃至図５を用いて説明する。
電動機７が起動すると回転軸７Ａ，７Ｂが回転駆動する。回転軸７Ｂの軸方向の他端面側に連結された油圧ポンプ１０の回転軸が駆動し、油圧ポンプ１０による圧油が油圧系統に供給され、油圧シリンダ等の各作業機器の動作が可能となる。

一方、電動機７の軸方向の一端面側の回転軸７Ａに連結された冷却ファン８は、回転軸７Ａの回転により駆動される。この結果、図２に示す機械室６の冷却空気吸入孔６ａから冷却空気としての外気が吸引され、この冷却空気は、オイルクーラ９の通風路を通過した後、電動機７、油圧ポンプ１０の周囲を通過して各部において熱交換し、温まった後、機械室６の排気孔６ｂから外部に排出される。

図５において、冷却ファン８から吐き出された冷却空気は、まず、電動機７の軸方向端面のモータボディ７３外周に設けた整流板７５によって、モータボディ７３の外周側に導入される。次に、モータボディ７３外周に立設された放熱フィン７２，７２，・・・の周りを軸方向に進み、油圧ポンプ１０の外周を通過して、各部で熱交換がなされる。この結果、電動機７，油圧ポンプ１０の外周部からの冷却が可能となる。

上述した本発明の電動式建設機械の一実施の形態によれば、電動機７内蔵の冷却翼を取り外し、電動機７外径より径大な冷却ファン８を電動機７とオイルクーラ９の間に配置したので、直列回転軸が長大化せず、機械室６の各種機器のレイアウト上の制約が生じない。この結果、機械室６の省スペース化が図れる。

また、本発明の電動式建設機械の一実施の形態によれば、電動機７内蔵の冷却翼とこの冷却翼を覆うエンドキャップを取り外し、このスペースの一部に整流板７５を取り付けたので、冷却空気が電動機７のモータボディ７３の外周に沿って流通することができる。この結果、放熱フィン７２の冷却が効率よく行えると共に、回転軸の長大化が防止でき、機械室６の省スペース化が図れる。また、動力源として電動機７を使用したので、ラジエータ、インタークーラ等の熱交換器が不要となり、冷却機器の構成をさらに簡略化することができる。

また、本発明の電動式建設機械の一実施の形態によれば、上述したスペースの一部にエアコン用のコンプレッサ１２を配置したので、機械室６のスペースを侵すことなくエアコン用コンプレッサ１２の駆動を可能とする。この結果、電動式建設機械の省スペース化を実現しつつ、高機能化の要求に応えることができる。

なお、本発明の実施の形態においては、電動式建設機械として油圧ショベルを例に説明したが、これに限られるものではなく、例えば油圧クレーン等の他の建設機械であっても、電動式建設機械であれば適用できる。

２旋回体
６機械室
７電動機
８冷却ファン
９オイルクーラ
１０油圧ポンプ
１２コンプレッサ
７Ａ，７Ｂ回転軸
７２放熱フィン
７５整流板
７６電動機架台
７７防振ゴム
８０ファン
８２翼
８３ファンシュラウド
１２１コンプレッサプーリ
１２２主プーリ
１２４ベルト

Claims

本体の幅方向に電動機を搭載した電動式建設機械であって、
本体の幅方向に電動機架台を介して搭載され、冷却翼を具備しない両軸形の電動機と、
前記電動機の一方側の回転軸に設けられ、前記電動機の径よりも大きい径を有する冷却ファンと、
冷却風を電動機本体の外周に沿わせるように前記電動機の冷却ファン取付側の軸方向端面に固定した整流板と、
前記電動機の冷却ファン取付側の軸方向端面の近傍で、前記電動機架台に固定されたファンシュラウド固定用ブラケットと、
前記冷却ファンの外周を覆うように配置され、前記ファンシュラウド固定用ブラケットに固定されたファンシュラウドと、
前記ファンシュラウド固定用ブラケットの下隅部の内側に固定され、前記電動機の一方側の回転軸にプーリとベルトを介してその回転軸を連結したエアコン用のコンプレッサと、
前記冷却ファンの上流側に配置され、前記冷却ファンによって生起される冷却風によって冷却される熱交換器と、
前記電動機の他方側の回転軸に設けた油圧ポンプとを備えた
ことを特徴とする電動式建設機械。
請求項１に記載の電動式建設機械において、
前記電動機は、前記冷却ファンによって生起した冷却風に接離する放熱フィンを前記電動機の外周面の軸線方向に沿って設けている
ことを特徴とする電動式建設機械。
請求項１又は２に記載の電動式建設機械において、
前記電動機は、前記電動機架台と防振ゴムとを介して旋回体に載置されている
ことを特徴とする電動式建設機械。