JP7379318B2 - 作業機 - Google Patents
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Description
本発明は、このような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、作業機の保護機構の内部をエネルギ効率良く且つ十分に暖めることを目的とする。
対象物である前記作動油と周囲の空気との間で熱交換を行う熱交換部を有し且つ前記作動油を冷却する冷却装置と、熱交換部により暖められた空気を暖房装置に案内し、当該暖房装置でさらに暖められた空気を保護機構の内部に案内する第1流路と、を備える。
先ず、作業機1の全体構成について説明する。
図5は、作業機1の全体側面図である。
作業機1は電動バックホーである。作業機1は、機体(旋回台)2と走行装置10と作業装置20等を備えている。
なお、本実施形態においては、運転席4に着座した作業者の前側(図5の矢印A1方向)を前方、当該作業者の後側(図5の矢印A2方向)を後方として説明する。また、その前後方向に直交する水平方向を幅方向として説明する。さらに、運転席8に着座した作業者が前方A1に向いた状態で、左側を左方、作業者の右側を右方として説明する。
走行機構12は、例えばクローラ式の走行機構である。走行機構12は、走行フレーム11の左側と右側にそれぞれ設けられている。走行機構12は、アイドラ13と、駆動輪14と、複数の転輪15と、無端状のクローラベルト16と、走行モータML、MRとを有している。
左用走行モータMLは、走行フレーム11の左側にある走行機構12に含まれている。右用走行モータMRは、走行フレーム11の右側にある走行機構12に含まれている。これら走行モータML、MRは、油圧モータから構成されている。各走行機構12では、走行モータML、MRの動力により、駆動輪14が回転駆動して、クローラベルト16を周方向に循環回走させる。
機体2は、走行フレーム11上に旋回ベアリング3を介して、旋回軸心X回りに回転可能に支持されている。機体2の内部には、旋回モータMTが設けられている。旋回モータMTは、油圧モータ(油圧機器Mに含まれる油圧アクチュエータ)から構成されている。機体2は、旋回モータMTの動力により旋回軸心X回りに旋回する。
スイングブラケット24は、機体2内に備えられたスイングシリンダC1の伸縮によって左右に揺動する。ブーム21は、ブームシリンダC2の伸縮によって上下(前後)に揺動する。アーム22は、アームシリンダC3の伸縮によって上下(前後)に揺動する。バケット23は、バケットシリンダ(作業具シリンダ)C4の伸縮によってスクイ動作及びダンプ動作を行う。スイングシリンダC1、ブームシリンダC2、アームシリンダC3、及びバケットシリンダC4は、油圧シリンダから構成されている。
次に、作業機1の電気的構成について説明する。
作業機1の操作装置5は、操作レバー5aと操作スイッチ5bとを有している。操作レバー5aと操作スイッチ5bは、運転席5に着座した作業者が操作可能になっている。図1では、便宜上、操作レバー5aと操作スイッチ5bをそれぞれ1つのブロックで示しているが、実際には、操作レバー5aと操作スイッチ5bはそれぞれ複数設けられている。
電動モータ9は、作業機1の駆動源であって、例えば永久磁石埋込式の三相交流同期モータから構成されている。インバータ38は、電動モータ9を駆動させるモータ駆動装置である。インバータ38は、電動モータ9及びジャンクションボックス39と接続されている。ジャンクションボックス39は、インバータ38の他に、バッテリユニット30とDC-DCコンバータ40と充電口41に接続されている。ジャンクションボックス39は、バッテリユニット30から入力された電力をインバータ38やDC-DCコンバータ40に出力する。
バッテリユニット30は蓄電池であり、複数のバッテリパック31、32を有している。複数のバッテリパック31、32は、互いに並列に接続されている。バッテリパック31、32は、例えばリチウムイオン電池や鉛蓄電池等の二次電池から成る。バッテリパック31、32は、内部に複数のセルを有しており、複数のセルが電気的に直列及び/又は並列に接続されている。図1では、バッテリユニット30に2つのバッテリパック31、32を設けているが、バッテリユニット30が有するバッテリパックの数は2つに限定されず、1つでもよいし又は3つ以上でもよい。
ラジエータ35は、電動モータ9、インバータ38、DC/DCコンバータ40、及びバッテリユニット30等の電気機器を冷却するための冷却水を冷却する。冷却水は、単なる水ではなく、例えば寒冷地でも凍らないような液体から構成されている。
冷却用ポンプ36は、ラジエータ35及び電気機器9、38、40、30と共に、機体2内に配設された冷却水路60(図3に図示)に設けられている。冷却用ポンプ36は、冷却水路60に対して冷却水を吐出及び循環させる。
図2は、作業機1に備わる油圧回路Kを示した図である。
油圧回路Kには、油圧アクチュエータC1~C5、ML、MR、MT、コントロールバルブV、油圧ポンプP1、P2、作動油タンクT、オイルクーラ37、操作弁PV1~PV6、アンロード弁58、及び油路50等の油圧機器が設けられている。
作動用油圧ポンプP1は、作動油タンクTに貯留された作動油を吸引した後、コントロールバルブVに向かって作動油を吐出する。図2では、便宜上、作動用油圧ポンプP1を1つ図示しているが、これに限らず、作動用油圧ポンプを適宜数設ければよい。
コントロールバルブVは、複数の制御弁V1~V8を有している。各制御弁V1~V8は、油圧ポンプP1、P2から各油圧アクチュエータC1~C5、ML、MR、MTに出力する作動油の流量を制御(調整)する。
第1吸引油路54は、作動用油圧ポンプP1が作動油タンクTから吸引した作動油を流す流路である。第2吸引油路55は、コントロール用油圧ポンプP2が作動油タンクTから吸引した作動油を流す流路である。
第2油路52は、制御弁V1~V8を通過した作動油を作動油タンクTに向かって流す流路である。作動油タンクTは作動油を貯留する。第2油路52には、往復油路52aと排出油路52bとが含まれている。
制限油路57は、コントロール用油圧ポンプP2が吐出した作動油を操作弁PV1~PV6に流す流路である。制限油路57の一端部は、コントロール用油圧ポンプP2に接続され、他端側は複数に分岐して、各操作弁PV1~PV6の一次側のポート(一次ポート)に接続されている。
詳しくは、アンロード弁58は、アンロードレバー(図示省略)を操作することにより、供給位置と遮断位置とに切り換えられる。アンロード弁58が供給位置に切り替わることで、コントロール用油圧ポンプP2から制限油路57に吐出された作動油が操作弁PV1~PV6に供給されて、制御弁V1~V8の操作が可能になる。またこれにより、油圧アクチュエータC1~C5、ML、MR、MT及び作業装置20の操作も可能となる。操作弁PV1~PV6から排出された作動油は、別の排出油路(図示省略)を通って作動油タンクTに戻る。
図3は、作業機1の冷却経路と暖房経路を示した模式図である。
作業機1には、作動油の冷却経路と、冷却水の冷却経路とが備わっている。
作動油の冷却経路には、前述の油路50(図3では1点鎖線で図示)が含まれている。油路50には、作動油タンクT、油圧ポンプP1、P2、油圧機器V、C1~C5、ML、MR、MT、58、PV1~PV6、及びオイルクーラ37が設けられている。
具体的には、熱交換部37bは、例えば高熱伝導性を有する金属などの材料で形成されている。熱交換部37bは、作動油を流すチューブと、当該チューブの周囲に設けられた複数のフィンとを有している(詳細図示省略)。この熱交換部37bのチューブの一端部から他端部へと作動油が流れることで、当該作動油とチューブやフィンの周囲にある空気との間で熱交換が行われる。これにより、油路50を通って熱交換部37bに流れて来た作動油が冷却(除熱)され、熱交換部37bの周囲の空気が暖められる。
具体的には、熱交換部35bは、例えば高熱伝導性を有する金属などの材料で形成されている。熱交換部35bは、作動油を流すチューブと、当該チューブの周囲に設けられた複数のフィンとを有している(詳細図示省略)。この熱交換部35bのチューブの一端部から他端部へと作動油が流れることで、当該作動油とチューブやフィンの周囲にある空気との間で熱交換が行われる。これにより、冷却水路60を通って熱交換部35bに流れて来た冷却水が冷却(除熱)され、熱交換部35bの周囲の空気が暖められる。
第1流路71の一端部は、保護機構6の内部(運転室4R)に連通している。第1流路71の他端部側は、2本に分岐している。第1流路71の他端部の一方は、オイルクーラ37のオイルクーラファン37fの排気側に連通している。第1流路71の他端部の他方は、ラジエータ35のラジエータファン35fの排気側に連通している。第1流路71の分岐点よりオイルクーラ37側とラジエータ35側には、排気オンオフ切替機構76b、76cがそれぞれ設けられている。第1流路71の分岐点より保護機構6側には、ファン75a、75bと排気オンオフ切替機構76aと電動暖房装置42と冷暖房切替機構77が設けられている。
オイルクーラファン37fは、当該ファン37fの吸気側にある熱交換部37bに冷却風を送風すると共に、熱交換部37bで暖められた周囲の空気を第1流路71に送風する。ラジエータファン35fは、当該ファン35fの吸気側にある熱交換部35bに冷却風を送風すると共に、熱交換部35bで暖められた周囲の空気を第1流路71に送風する。即ち、オイルクーラファン37fとラジエータファン35fは、冷却送風と暖気送風の兼用ファンである。
電動暖房装置42は、第1流路71の排気オンオフ切替機構76aと冷暖房切替機構77との間に設けられている。電動暖房装置42の電熱線42aは、低圧バッテリ33の電力により駆動(発熱)して、第1流路71を流れる空気を暖める。電動暖房装置42のファン42fは、ファンモータ42b(図1)の動力により回転駆動して、第1流路71を流れる空気を冷暖房切替機構77に向かって送風する。
上述した複数のファン35f、37f、75a、42f、75bは、ラジエータ35やオイルクーラ37の熱交換部35b、37bにより暖められた空気を、第1流路71に通して保護機構6の内部に送風する送風装置である。
排気オンオフ切替機構76aが排気状態に切り替わることで、第1流路71のファン75a側から電動暖房装置42側(保護機構6の内部側)への空気の流れが遮断され(第1流路71の閉塞状態)、第1流路71のファン75a側から第3流路73aに空気が導かれて(第3流路73aの開通状態)、当該空気が機体2の外部へ排出される。また、排気オンオフ切替機構76aが非排気状態に切り替わることで、第1流路71のファン75a側から第3流路73aへの空気の流れが遮断され(第3流路73aの閉塞状態)、第1流路71のファン75a側から電動暖房装置42側(保護機構6の内部側)に空気が導かれる(第1流路71の開通状態)。
冷暖房切替機構77が冷房状態に切り替わることで、第1流路71の電動暖房装置42側から保護機構6の内部に到る空気の流れが遮断されて(第1流路71の閉塞状態)、電動冷房装置46から第4流路74に送風された空気(冷気)が第1流路71のファン75b側を通って、保護機構6の内部に導かれる。また、冷暖房切替機構77が暖房状態に切り替わることで、電動冷却装置46から流路74、71を通って保護機構6の内部に到る空気の流れが遮断されて、第1流路71の電動暖房装置42側から保護機構6の内部に空気(暖気)が導かれる(第1流路71の開通状態)。
また、内外気切替機構78が外気導入状態に切り替わることで、第2流路72からラジエータ35及びオイルクーラ37への空気の流れが遮断される(第2流路72の閉塞状態)。このとき、第2流路72を通って内外気切替機構78まで流れて来た空気が、一方の第5流路79aを通って外部へ排出されたり、外気が他方の第5流路79bと内外気切替機構78と第2流路72を通って、ラジエータ35及びオイルクーラ37に導かれたりしてもよい。
保護機構6の内部の暖房を行わないときは、少なくとも排気オンオフ切替機構76a、76b、76cが排気状態に切り替えられ、ファン75aが回転駆動する。これにより、熱交換部35b、37bの周囲にある空気が、ファン35f、37fによって第3流路73c、73bに送風されて、排気オンオフ切替機構76c、76bを通って、機体2の外部へ排出される。また、熱交換部35b、37bの周囲にある空気が、ファン35f、37fによって第1流路71にも送風されて、排気オンオフ切替機構76aと第3流路73aを通って、機体2の外部へ排出される。
図4は、作業機1の機体2内の配置例を示した図である。図4では、機体2の内部を上方から見た状態を示している。機体2内において、コントロールバルブVは、旋回ベアリング3の前側(A1方向側)に配置されている。作動油タンクTは、旋回ベアリング3の右側で且つスイングシリンダC1の上方に配置されている。旋回ベアリング3の後方A2には、仕切り板80が機体2の幅方向と平行に設けられている。仕切り板80は、機体2の内部空間を前後に仕切っている。
バッテリユニット30のバッテリパック31、32は、機体2の幅方向に並べて配置されている。インバータ38、ジャンクションボックス39、及びDC/DCコンバータ40は、バッテリパック31、32の上方に配置されている。
図3に示した第1流路71と第2流路72と第3流路73a、73b、73cは、例えば図4に太線の矢印で示すように配設される。
本実施形態の作業機1は、機体2と、機体2に設けられた運転席4を保護する保護機構6と、保護機構6の内部の暖房を行う暖房装置42と、冷却対象物と周囲の空気との間で熱交換を行う熱交換部35b、37bを有し且つ冷却対象物を冷却する冷却装置35、37と、熱交換部35b、37bにより暖められた空気を暖房装置42に案内し、当該暖房装置42でさらに暖められた空気を保護機構6の内部に案内する第1流路71と、を備えている。
また、作業機1は、保護機構6の内部の空気を冷却装置に案内する第2流路72を備えている。この構成によれば、暖かい空気を第1流路71と第2流路72を通して、冷却装置35、37の熱交換部35b、37bと暖房装置42と保護機構6の内部に循環させて、保護機構6の内部の暖房をよりエネルギ効率良く行うことができる。また、保護機構6の内部にある暖かい空気が、第2流路72を通ってファン35f、37fの吸気側に導かれるため、例えば低温環境下において、当該暖かい空気で冷却対象物を暖めて、冷却対象物の機能や性能を維持することもできる。
上述した実施形態では、本発明をバックホー等の作業機1に適用する場合の例について説明したが、本発明の適用対象はこれに限らず、例えば、ホイールローダ、コンパクトトラックローダ、スキッドステアローダ等の他の建設機械に適用してもよく、トラクター、コンバイン、田植機、芝刈機等の農業機械に適用してもよい。また、本発明は、電動作業機に限らず、電動モータ以外のエンジンなどの駆動源を搭載した作業機にも適用可能である。
2 機体
4 運転席
6 保護機構
9 電動モータ(電気機器)
30 バッテリユニット(電気機器、蓄電池)
33 低圧バッテリ(蓄電池)
35 ラジエータ(冷却装置)
35b 熱交換部
35f ラジエータファン(送風装置、兼用ファン)
37 オイルクーラ(冷却装置)
37b 熱交換部
37f オイルクーラファン(送風装置、兼用ファン)
38 インバータ(モータ駆動装置、電気機器)
40 DC-DCコンバータ(電圧変換装置、電気機器)
42 電動暖房装置(暖房装置)
42f ファン(送風装置)
46 電動冷房装置(冷房装置)
58 アンロード弁(油圧機器)
60 冷却水路(冷却装置)
71 第1流路
72 第2流路
73a、73b、73c 第3油路
75a、75b ファン(送風装置)
76a、76b、76c 排気オンオフ切替機構
77 冷暖房切替機構
78 内外気切替機構
C1~C5、ML、MR、MT 油圧アクチュエータ(油圧機器)
P1、P2 油圧ポンプ(油圧機器)
PV1~PV6 操作弁(油圧機器)
V コントロールバルブ(油圧機器)
V1~V8 制御弁(油圧機器)
Claims (11)
- 機体と、
前記機体に設けられた運転席を保護する保護機構と、
前記保護機構の内部の暖房を行う暖房装置と、
作動油により駆動される油圧機器と、
冷却対象物である前記作動油と周囲の空気との間で熱交換を行う熱交換部を有し且つ前記作動油を冷却する冷却装置と、
前記熱交換部により暖められた空気を前記暖房装置に案内し、当該暖房装置でさらに暖められた空気を前記保護機構の内部に案内する第1流路と、を備えた作業機。 - 機体と、
前記機体に設けられた運転席を保護する保護機構と、
前記保護機構の内部の暖房を行う暖房装置と、
電気機器と、
前記電気機器を冷却する冷却水を流す冷却水路と、冷却対象物である前記冷却水と周囲の空気との間で熱交換を行う熱交換部とを有し、且つ前記冷却水を冷却する冷却装置と、
前記熱交換部により暖められた空気を前記暖房装置に案内し、当該暖房装置でさらに暖められた空気を前記保護機構の内部に案内する第1流路と、を備えた作業機。 - 機体と、
前記機体に設けられた運転席を保護する保護機構と、
前記保護機構の内部の暖房を行う暖房装置と、
作動油により駆動される油圧機器と、
電気機器と、
冷却対象物と周囲の空気との間で熱交換を行う熱交換部を有し且つ前記冷却対象物を冷却する冷却装置と、
前記熱交換部により暖められた空気を前記暖房装置に案内し、当該暖房装置でさらに暖められた空気を前記保護機構の内部に案内する第1流路と、を備え、
前記冷却装置として、前記冷却対象物である前記作動油と周囲の空気との間で熱交換を行う前記熱交換部を有するオイルクーラである第1冷却装置と、前記電気機器を冷却する
冷却水を流す冷却水路を含むと共に、前記冷却対象物である前記冷却水と周囲の空気との間で熱交換を行う前記熱交換部を有するラジエータを含んだ第2冷却装置とを設けた作業機。 - 前記第1流路は、前記油圧機器の近傍を通って配策されており、前記熱交換部により暖められた空気を前記油圧機器で暖められた当該油圧機器の周囲の空気でさらに暖めて前記暖房装置に案内する請求項1又は3に記載の作業機。
- 前記第1流路は、前記電気機器の近傍を通って配策されており、前記熱交換部により暖められた空気を前記電気機器で暖められた当該電気機器の周囲の空気でさらに暖めて前記暖房装置に案内する請求項2又は3に記載の作業機。
- 前記暖房装置は、前記機体に設けられた蓄電池の電力により駆動して、前記第1流路を流れる空気を暖める請求項1~5のいずれか1項に記載の作業機。
- 前記熱交換部により暖められた空気を、前記第1流路を通して前記保護機構の内部に送風する送風装置と、を備えた請求項1~6のいずれか1項に記載の作業機。
- 前記保護機構の内部の空気を前記冷却装置に案内する第2流路と、
前記保護機構の内部の空気を前記第2流路へ通して前記冷却装置に導く内気循環状態と、前記第2流路から前記冷却装置への前記空気の流れを遮断して、外気を前記冷却装置に導く外気導入状態とに切り替え可能な内外気切替機構と、を備えた請求項1~7のいずれか1項に記載の作業機。 - 前記保護機構の内部の冷房を行う冷房装置と、
前記冷房装置から前記保護機構の内部への空気の流れを遮断して、前記暖房装置で暖められた空気を前記保護機構の内部に導く暖房状態と、前記暖房装置から前記保護機構の内部への空気の流れを遮断して、前記冷房装置から送風された冷気を前記保護機構の内部に導く冷房状態とに切り替え可能な冷暖房切替機構と、を備えた請求項1~8のいずれか1項に記載の作業機。 - 前記冷却装置又は前記第1流路から外部へ空気を排気する第3流路と、
前記冷却装置から前記第1流路又は前記第1流路から前記保護機構の内部への空気の流れを遮断して、前記冷却装置又は前記第1流路から前記第3流路に空気を導く排気状態と、前記冷却装置又は前記第1流路から前記第3流路への空気の流れを遮断して、前記冷却装置から前記第1流路又は前記第1流路から前記保護機構の内部に空気を導く非排気状態とに切り替え可能な排気オンオフ切替機構と、を備えた請求項1~9のいずれか1項に記載の作業機。 - 前記冷却装置により冷却される前記電気機器は、蓄電池、電動モータ、前記蓄電池の電力で前記電動モータを駆動させるモータ駆動装置、及び前記蓄電池の電圧を異なる電圧に変換する電圧変換装置のうちの少なくとも1つを含む請求項3又は5に記載の作業機。
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