JPWO2016006718A1 - ハイブリッド作業車両 - Google Patents

Abstract

油圧ショベルは、電動機、電気機器（７）、冷却ファン（２）、仕切部材（３０）、及び冷却ユニット（３）を備えている。電気機器（７）は、電動機と電気的に接続される。冷却ファン（２）は、冷却風を発生させる。仕切部材（３０）は、冷却風を導く通風路（３０ａ）を有する。冷却ユニット（３）は、通風路（３０ａ）を塞ぐように配置される。冷却ユニット（３）は、第１及び第２冷却装置（３１，３２）を有する。第１冷却装置（３１）は、電気機器（７）用の冷媒を冷却する。第２冷却装置（３２）は、第１冷却装置（３１）の側方に配置される。

Description

本発明は、ハイブリッド作業車両に関するものである。

近年、エンジンからの駆動力と電動機からの駆動力とによって走行するハイブリッド作業車両が提案されている。ハイブリッド作業車両は、エンジンラジエータ、オイルクーラ、アフタクーラなどの従来の冷却装置に加えて、インバータなどの電気機器を冷却するためのラジエータ（以下、「電気機器ラジエータ」と称する）を備えている。

図８は、従来の電気ラジエータなどの配置を示す概略平面図である。図８に示すように、従来のハイブリッド作業車両では、エンジンラジエータ１３２、オイルクーラ１３３、及びアフタクーラ１３４が横一列に配置され、その前面側に電気機器ラジエータ１３１が配置されている。

特開２０１２−４１８１９号公報

上述したようなハイブリッド作業車両では、電気機器ラジエータにおける冷媒の冷却効率を向上させたいという要望がある。

本発明の課題は、電気機器ラジエータにおける冷媒の冷却効率を向上させることにある。

本発明の第１側面に係るハイブリッド作業車両は、電動機と、電気機器と、ファンと、仕切部材と、冷却ユニットと、を備えている。電気機器は、電動機と電気的に接続されている。ファンは、冷却風を生成する。仕切部材は、冷却風を導く通風路を形成する。冷却ユニットは、第１冷却装置及び第２冷却装置を有する。第１冷却装置は、電動機及び電気機器の少なくとも一方を冷却する冷媒を冷却する。第２冷却装置は、第１冷却装置の側方に配置される。冷却ユニットは、通風路を塞ぐように配置される。

従来の電気機器ラジエータ１３１は、図８に示すように、他のラジエータに対して、冷却風の上流側に単独で配置されていた。このように電気機器ラジエータ１３１が配置されると、外気は、図８の矢印Ａのように、電気機器ラジエータ１３１を避けるように、電気機器ラジエータ１３１が配置されていない領域を通って電気機器ラジエータ１３１の下流へと流れてしまうことを本発明者らは見出した。これに対して、本発明に係る第１冷却装置は、冷却風を導く通風路を塞ぐ冷却ユニットの一部として配置されている。このため、外気は、冷却ユニットの各冷却装置を通過するように流れる。このため、第１冷却装置にも十分に外気が通過し、第１冷却装置における冷媒の冷却効率を向上させることができる。なお、通風路は冷却ユニットによって完全に封鎖されていなくてもよい。

好ましくは、ハイブリッド作業車両は、第３冷却装置をさらに備える。第３冷却装置は、第１冷却装置に対して、冷却風の下流側に配置される。第１冷却装置は第１入口及び第１出口を有し、第３冷却装置は第２入口及び第２出口を有する。第１入口は、第１冷却装置の上部及び下部の一方に配置され且つ冷却風の上流側を向く。第１出口は、第1冷却装置の上部及び下部の他方に配置され且つ冷却風の上流側を向く。第２入口は、第３冷却装置の上部及び下部の一方に配置され且つ冷却風の下流側を向く。第２出口は、第３冷却装置の上部及び下部の他方に配置され且つ冷却風の下流側を向く。この構成によれば、第１冷却装置及び第３冷却装置に接続される配管を効率よく設置することができる。

好ましくは、電気機器は、冷却ユニットに対して、冷却風の上流側に配置される。電気機器は、電動機によって生成される電力を蓄電する蓄電器と、電力を直流から交流に変換するインバータと、を有する。インバータの長辺は、蓄電器の長辺よりも短い。インバータは、インバータの長辺方向において第１冷却装置から離れる方向に寄せられて配置される。この構成によれば、インバータによる冷却風の妨げを抑制し、第１冷却装置へ外気を十分に送ることができる。

好ましくは、ハイブリッド作業車両は、作動油を貯留する作動油タンクをさらに備える。第３冷却装置は、作動油を冷却するオイルクーラである。第３冷却装置は、第１冷却装置と対向する第１面と、第１面と反対を向く第２面とを有する。作動油タンクは、第２面が向く側に配置される。この構成によれば、作動油タンクと第３冷却装置とを接続する配管を効率よく設置することができる。

好ましくは、ハイブリッド作業車両は、作動油の流量を制御する制御バルブをさらに備える。制御バルブは、第２面が向く側に配置される。この構成によれば、制御バルブと第３冷却装置とを接続する配管を効率よく設置することができる。

好ましくは、冷却ユニットは、第１冷却装置と第２冷却装置との間に配置される充填部材をさらに有する。この構成によれば、各冷却装置により十分な量の外気を送ることができる。

好ましくは、冷却ユニットは、第２冷却装置の側方に配置される第４冷却装置をさらに有する。

好ましくは、第２冷却装置は、エンジン用の冷媒を冷却するエンジンラジエータである。

本発明の第２側面に係るハイブリッド作業車両は、電動機と、電気機器と、ファンと、第１冷却装置と、第３冷却装置とを備えている。電気機器は、電動機と電気的に接続される。ファンは、冷却風を生成する。第１冷却装置は、電動機及び電気機器の少なくとも一方の冷媒を冷却する。第３冷却装置は、第１冷却装置に対して、冷却風の下流側に配置される。第１冷却装置は、第１入口及び第１出口を有する。第１入口は、当該第１冷却装置の上部及び下部の一方に配置され且つ冷却風の上流側を向く。第１出口は、第１冷却装置の上部及び下部の他方に配置され且つ冷却風の上流側を向く。第３冷却装置は、第２入口及び第２出口を有する。第２入口は、当該第３冷却装置の上部及び下部の一方に配置され且つ冷却風の下流側を向く。第２出口は、第３冷却装置の上部及び下部の他方に配置され且つ冷却風の下流側を向く。この構成によれば、第１冷却装置及び第３冷却装置に接続される配管を効率よく設置することができる。

本発明によれば、電気機器ラジエータにおける冷媒の冷却効率を向上させることができる。

油圧ショベルの斜視図。 エンジン室内を示す平面図。 冷却風の上流側から見た冷却ユニットの正面図。 第１冷却装置によって冷却される冷媒の流れを示すブロック図。 冷却風の下流側から見た冷却ユニットの背面図。 エンジン室内を示す側面図。 各部材の配置を示す平面図。 従来の油圧ショベルにおける電気機器ラジエータの配置を示す概略平面図。

以下、本発明に係る作業車両の実施形態である油圧ショベル１００について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、「前」及び「後」とは車両本体１０１の前後を意味する。また、以下の説明における「右」、「左」、「上」、及び「下」とは運転席から前方を見た状態を基準とする方向を示す。「車幅方向」と「左右方向」とは同義である。

図１は、油圧ショベル１００の斜視図である。図１に示すように、油圧ショベル１００は、車両本体１０１と作業機１０とを備えている。油圧ショベル１００は、作業機１０を用いて所望の作業を行う。また、この油圧ショベル１００は、ハイブリッド型の油圧ショベルであり、後述するようにエンジン４、発電電動機５、及び旋回電動機６などを備えている（図７参照）。油圧ショベル１００では、車体旋回の減速時に発生するエネルギーが旋回電動機によって電気エネルギーに変換されて蓄電器７１に蓄えられる。この蓄えられた電気エネルギーは、発電電動機５を通じてエンジン加速時の補助エネルギーとして用いられる。なお、旋回電動機６が、本発明の電動機に相当する。

車両本体１０１は、走行体１０２と旋回体１０３とを有する。走行体１０２は、一対の走行装置１０４，１０５を有する。走行装置１０４は履帯１０６を有し、走行装置１０５は履帯１０７を有する。走行装置１０４，１０５は、後述するエンジン４及び発電電動機５から駆動力を得て各履帯１０６，１０７を駆動することによって、油圧ショベル１００を走行させる。

旋回体１０３は、走行体１０２上に載置され、走行体１０２に対して旋回可能に設けられる。旋回体１０３は、旋回電動機６によって、任意の方向に旋回する。旋回体１０３は、キャブ１０８、燃料タンク１０９、作動油タンク１１０、及びエンジン室１１１を有する。

燃料タンク１０９は、エンジン４を駆動するための燃料を貯留する。燃料タンク１０９は、作動油タンク１１０の前方に配置される。作動油タンク１１０は、作動油を貯留する。作動油タンク１１０は、燃料タンク１０９と前後方向に並んで配置されている。車幅方向において、燃料タンク１０９及び作動油タンク１１０は一方の端部に配置され、キャブ１０８は他方の端部に配置される。本実施形態では、燃料タンク１０９及び作動油タンク１１０は車幅方向の右端部に配置され、キャブ１０８は左端部に配置されている。

エンジン室１１１は、キャブ１０８、燃料タンク１０９、及び作動油タンク１１０の後方に配置される。エンジン室１１１は、旋回体１０３の後部に位置している。エンジン室１１１は、車幅方向に延びている。

作業機１０は、旋回体１０３の前部に取り付けられている。作業機１０は、作動油によって駆動される。作業機１０は、ブーム１１、アーム１２、バケット１３、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５、及びバケットシリンダ１６を有する。なお、本実施形態の作業機１０は、一対のブームシリンダ１４を有する。

ブーム１１の基端部は、旋回体１０３に回転可能に連結される。また、アーム１２の基端部はブーム１１の先端部に回転可能に連結される。バケット１３は、アーム１２の先端部に回転可能に連結される。各ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５およびバケットシリンダ１６は、油圧シリンダであり、作動油によって駆動される。各シリンダ１４〜１６は、油圧ポンプ（図示省略）から吐出された作動油によって駆動される。各ブームシリンダ１４は、ブーム１１を動作させる。アームシリンダ１５は、アーム１２を動作させる。バケットシリンダ１６は、バケット１３を動作させる。これらのシリンダ１４〜１６が駆動されることによって作業機１０が駆動される。

図２は、エンジン室１１１内を示す平面図である。図２に示すように、エンジン室１１１内には、冷却ファン２、仕切部材３０、冷却ユニット３、エンジン４、発電電動機５、蓄電器７１、及びインバータ７２などが収容されている。エンジン室１１１は、車体カバー１１１ａ、エンジンフード（図示省略）、及び隔壁（図示省略）などによって区切られている。エンジン室１１１は、車体カバー１１１ａに形成された通気孔（図示省略）を介して外部と連通している。

冷却ファン２は、冷却風を生成するように構成されている。仕切部材３０は、冷却風を導く通風路３０ａを有している。仕切部材３０は、板状であって、通風路３０ａを画定している。冷却ファン２は、この通風路３０ａの一端部に配置されている。冷却ファン２によって生成された冷却風は、この通風路３０ａ内を流れる。通風路３０ａは、冷却風が流れる方向に延びている。冷却ファン２は、回転することによってエンジン室１１１の外部から外気をエンジン室１１１内に吸い込む。この冷却ファン２によって生成される冷却風は、車幅方向に沿う。また、冷却ファン２によって生成された冷却風は、通風路３０ａ内で整流される。

上記通風路３０ａを塞ぐように、冷却ユニット３が配置されている。冷却ユニット３は、通風路３０ａの他端部に配置されている。冷却ユニット３は、通風路３０ａの他端部において、通風路３０ａを塞いでいる。冷却ユニット３は、第１冷却装置３１、第２冷却装置３２、第３冷却装置３３、及び第４冷却装置３４を有している。また、冷却ユニット３は、各冷却装置間の隙間を埋めるための充填部材３５をさらに有している。充填部材３５は、例えばスポンジシートである。

第１冷却装置３１は、蓄電器７１及びインバータ７２用の冷媒を冷却する電気機器ラジエータである。なお、この第１冷却装置３１によって冷却された冷媒は、旋回電動機６も冷却する。第１冷却装置３１の内部には、インバータ７２及び蓄電器７１を冷却するための冷媒が流れている。第１冷却装置３１は、通風路３０ａが延びる方向と直交する直交方向において、端部に配置されている。第１冷却装置３１は、冷却ユニット３の中で最も車両前方に配置されている。第１冷却装置３１と仕切り板３０ａとの間には充填部材３５が配置されている。

図３は、冷却風の上流側から見た冷却ユニット３の正面図である。図３に示すように、第１冷却装置３１は、第１入口３１ａと第１出口３１ｂとを有している。冷媒は、第１入口３１ａを介して第１冷却装置３１内に供給され、第１出口３１ｂを介して第１冷却装置３１から排出される。第１入口３１ａ及び第１出口３１ｂは、冷却風の上流側を向いている。第１入口３１ａは第１冷却装置３１の上端部に位置しており、第１出口３１ｂは第１冷却装置３１の下端部に位置している。この第１入口３１ａには第１供給管３０１ａが接続されており、第１出口３１ｂには第１排出管３０１ｂが接続されている。第１供給管３０１ａ及び第１排出管３０１ｂは、後述する電気機器７と第１冷却装置３１とを接続している。

図４は、第１冷却装置３１によって冷却される冷媒の流れを示すブロック図である。図４に示すように、第１冷却装置３１によって冷却された冷媒は、蓄電器７１、インバータ７２、旋回電動機６にこの順で供給され、蓄電器７１、インバータ７２、及び旋回電動機６を冷却する。

図２に示すように、第３冷却装置３３は、第１冷却装置３１と対向するように配置されている。第３冷却装置３３は、第１冷却装置３１に対して、冷却風の下流側に配置されている。第３冷却装置３３は、例えば、作動油を冷却するオイルクーラである。

図５は、冷却風の下流側から見た冷却ユニット３の背面図である。図５に示すように、第３冷却装置３３は、第２入口３３ａと第２出口３３ｂとを有している。第３冷却装置３３がオイルクーラの場合、作動油は、第２入口３３ａを介して第３冷却装置３３内に供給され、第２出口３３ｂを介して第３冷却装置３３から排出される。第２入口３３ａ及び第２出口３３ｂは、冷却風の下流側を向いている。第２入口３３ａは第３冷却装置３３の下端部に位置しており、第２出口３３ｂは第３冷却装置３３の上端部に位置している。この第２入口３３ａには第２供給管３０２ａが接続されており、第２出口３３ｂには第２排出管３０２ｂが接続されている。第２供給管３０２ａは、第３冷却装置３３と制御バルブ１１２とを接続しており、第２排出管３０２ｂは第３冷却装置３３と作動油タンク１１０とを接続している。

図２に示すように、第２冷却装置３２は、第１冷却装置３１の側方に配置される。第２冷却装置３２は、通風路３０ａが延びる方向と実質的に直交する直交方向において、第１冷却装置３１の側方に配置されている。なお、直交方向は、水平に延びている。本実施形態では、直交方向は、車両前後方向と平行である。車両前後方向において、第１冷却装置３１と第２冷却装置３２とが並んでいる。第２冷却装置３２は、第１冷却装置３１よりも厚い。通風路３０ａが延びる方向において、第２冷却装置３２は、第１冷却装置３１よりも大きいサイズを有する。第２冷却装置３２は、冷却ファン２の回転軸の延長線上に配置されている。第１冷却装置３１の受風面と、第２冷却装置３２の受風面とは実質的に同一の平面上に配置される。なお、各冷却装置の受風面は、冷却風の上流側を向いている面である。第２冷却装置３２は、例えば、エンジン用の冷媒を冷却するエンジンラジエータである。第２冷却装置３２と第１及び第３冷却装置３１，３３との間には、充填部材３５が配置されている。

第４冷却装置３４は、第２冷却装置３２の側方に配置されている。第４冷却装置３４は、直交方向において、第２冷却装置３２の側方に配置されている。直交方向において、第１冷却装置３１、第２冷却装置３２、第４冷却装置３４の順に並んでいる。第４冷却装置３１の受風面は、第１及び第２冷却装置３１、３２の受風面と実質的に同一の平面上に配置されている。第４冷却装置３４は、例えば、圧縮された過給空気を冷却するためのアフタクーラである。第４冷却装置３４と第２冷却装置３２との間には、充填部材３５が配置されている。また、第４冷却装置３４と仕切り板３０ａとの間にも充填部材３５が配置されている。以上のように、通風路３０ａは、第１冷却装置３１、第２冷却装置３２、及び第４冷却装置３４によって塞がれている。また、各冷却装置の間の隙間を充填部材３５によって埋めている。なお、通風路３０ａは完全に塞がれていなくてもよい。

この冷却ユニット３の冷却風の上流側に、電気機器７が配置されている。電気機器７は、第１冷却装置３１からの冷媒によって冷却される。電気機器７は、旋回電動機６に電気的に接続されている。図６は、エンジン室１１１内を示す側面図である。図６に示すように、電気機器７は、蓄電器７１及びインバータ７２を有している。蓄電器７１は、旋回電動機６によって生成される電力を蓄電する。また、インバータ７２は、旋回電動機６によって生成された電力を直流から交流に変換する。インバータ７２は、蓄電器７１の上面に配置されている。

蓄電器７１及びインバータ７２は、第１冷却装置３１と第２冷却装置３２とが並ぶ並び方向に沿って延びている。蓄電器７１及びインバータ７２は、直交方向に延びている。本実施形態では、蓄電器７１及びインバータ７２は、前後方向に延びている。

インバータ７２の長辺は、蓄電器７１の長辺よりも短い。直交方向において、インバータ７２は、蓄電器７１よりも短い。そして、インバータ７２は、直交方向において、第１冷却装置３１から離れる方向に寄せられて配置されている。蓄電器７１は、直交方向において、第１冷却装置３１から第４冷却装置３４まで延びている。そして、インバータ７２は、直交方向において、第２冷却装置３２から第４冷却装置３４まで延びている。第１冷却装置３１へ流れる冷却風の流れを妨害しないようにインバータ７２は配置されている。

図７は、各部材の配置を示す平面図である。図７に示すように、第３冷却装置３３は、第１冷却装置３１と対向する第１面３３１と、第１面３３１と反対を向く第２面３３２とを有している。第１面３３１は、車幅方向の第１側（左側）を向いており、第２面３３２は、車幅方向の第２側（右側）を向いている。

作動油タンク１１０は、第２面３３２が向く側に配置されている。また、制御バルブ１１２も、第２面３３２が向く側に配置されている。なお、制御バルブ１１２は、油圧機器へ供給される作動油の流量を制御するように構成されている。電気機器７は、第１面３３１が向く側に配置されている。冷却ユニット３を基準にして、車幅方向の第１側（左側）に蓄電器７１及びインバータ７２が配置され、車幅方向の第２側（右側）に作動油タンク１１０及び制御バルブ１１２が配置されている。車幅方向において、電気機器７、冷却ユニット３、制御バルブ１１２、作動油タンク１１０の順に配置されている。

以上のように、上述した本実施形態における油圧ショベル１００は、従来の油圧ショベルに比べて、第１冷却装置３１における冷媒の冷却効率を向上させることができる。図８に示すように、従来の電気機器ラジエータ１３１は、他のラジエータに対して、冷却風の上流側に単独で配置されている。このため、外気は、図８の矢印Ａのように、電気機器ラジエータ１３１を避けるように、電気機器ラジエータ１３１が配置されていない領域を通って電気機器ラジエータ１３１の下流へと流れてしまう。これに対して、第１冷却装置３１は、図２に示すように、通風路３０ａを塞ぐ冷却ユニット３の一部として配置されている。このため、外気は、図２の矢印Ａのように、冷却ユニット３の各冷却装置３１〜３４を通過するように流れる。このため、第１冷却装置３１にも十分に外気が通過し、第１冷却装置３１における冷媒の冷却効率を向上させることができる。

また、第１冷却装置３１は、冷却ユニット３の上流側に配置されておらず、冷却ユニット３の一部として通風路３０ａに配置されている。このため、冷却ユニット３の上流側のスペースを確保することができ、ひいては冷却ユニット３などのメンテナンスを容易にすることができる。また、冷却ユニット３の上流側に第１冷却装置３１が配置されていないため、冷却ユニット３を従来の冷却ユニットよりも冷却風の上流側に配置することができる。この結果、冷却ユニット３と冷却ファン２との距離を長くすることができ、ひいては、通風路３０ａにおける整流効果を向上させることができる。また、第１冷却装置３１が単独で配置されるのではなく、冷却ユニット３の一部として配置されるため、他の冷却装置３２〜３４を支持する支持部材によって第１冷却装置３１を支持することができる。従来のように、第１冷却装置３１用の支持部材を別途設ける必要が無い。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、冷却ユニット３は、第１から第４冷却装置３１〜３４を有しているが、特にこれに限定されない。例えば、冷却ユニット３は、第４冷却装置３４を有していなくてもよい。また、冷却ユニット３は、さらに他の冷却装置を有していてもよい。

また、直交方向における各冷却装置の順番は特に上記実施形態の順番に限定されない。

上記実施形態では、本発明を油圧ショベルに適用しているが、本発明は、ホイールローダ、又はモータグレーダなどの他のハイブリッド作業車両にも適用することができる。

２ 冷却ファン
３ 冷却ユニット
３０ 仕切部材
３０ａ 通風路
３１ 第１冷却装置
３２ 第２冷却装置
３３ 第３冷却装置
６ 旋回電動機

Claims (8)

1. 電動機と、
   前記電動機と電気的に接続される電気機器と、
   冷却風を生成するファンと、
   前記冷却風を導く通風路を形成する仕切部材と、
   前記電動機及び前記電気機器の少なくとも一方を冷却する冷媒を冷却する第１冷却装置、及び前記第１冷却装置の側方に配置される第２冷却装置、を有し、前記通風路を塞ぐように配置される冷却ユニットと、
   を備える、
   ハイブリッド作業車両。
2. 前記第１冷却装置に対して、前記冷却風の下流側に配置される第３冷却装置をさらに備え、
   前記第１冷却装置は、当該第１冷却装置の上部及び下部の一方に配置され且つ前記冷却風の上流側を向く第１入口と、当該第1冷却装置の上部及び下部の他方に配置され且つ前記冷却風の上流側を向く第１出口と、を有し、
   前記第３冷却装置は、当該第３冷却装置の上部及び下部の一方に配置され且つ前記冷却風の下流側を向く第２入口と、当該第３冷却装置の上部及び下部の他方に配置され且つ前記冷却風の下流側を向く第２出口と、を有する、
   請求項１に記載のハイブリッド作業車両。
3. 前記電気機器は、前記冷却ユニットに対して、前記冷却風の上流側に配置され、
   前記電気機器は、前記電動機によって生成される電力を蓄電する蓄電器と、前記蓄電器の上面に配置され前記電力を直流から交流に変換するインバータと、を有し、
   前記インバータの長辺は、前記蓄電器の長辺よりも短く、
   前記インバータは、前記インバータの長辺方向において前記第１冷却装置から離れる方向に寄せられて配置される、
   請求項１又は２に記載の作業車両。
4. 作動油を貯留する作動油タンクをさらに備え、
   前記第３冷却装置は、前記作動油を冷却するオイルクーラであり、
   前記第３冷却装置は、前記第１冷却装置と対向する第１面と、前記第１面と反対を向く第２面とを有し、
   前記作動油タンクは、前記第２面が向く側に配置される、
   請求項１から３のいずれかに記載のハイブリッド作業車両。
5. 前記第２面が向く側に配置され、前記作動油の流量を制御する制御バルブをさらに備える、
   請求項４に記載のハイブリッド作業車両。
6. 前記冷却ユニットは、前記第１冷却装置と前記第２冷却装置との間に配置される充填部材をさらに有する、
   請求項１から５のいずれかに記載のハイブリッド作業車両。
7. 前記冷却ユニットは、前記第２冷却装置の側方に配置される第４冷却装置をさらに有する、
   請求項１から６のいずれかに記載のハイブリッド作業車両。
8. 前記第２冷却装置は、前記エンジン用の冷媒を冷却するエンジンラジエータである、
   請求項１から７のいずれかに記載のハイブリッド作業車両。

Images