KR101860657B1 - 하이브리드식 작업기 - Google Patents

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KR101860657B1
KR101860657B1 KR1020167023705A KR20167023705A KR101860657B1 KR 101860657 B1 KR101860657 B1 KR 101860657B1 KR 1020167023705 A KR1020167023705 A KR 1020167023705A KR 20167023705 A KR20167023705 A KR 20167023705A KR 101860657 B1 KR101860657 B1 KR 101860657B1
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cooling
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야스노리 오타
미츠구 오지마
슈지 에가와
유지 아즈마
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히다찌 겐끼 가부시키가이샤
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    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/26—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/08—Superstructures; Supports for superstructures
    • E02F9/0858—Arrangement of component parts installed on superstructures not otherwise provided for, e.g. electric components, fenders, air-conditioning units
    • E02F9/0866—Engine compartment, e.g. heat exchangers, exhaust filters, cooling devices, silencers, mufflers, position of hydraulic pumps in the engine compartment
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/18—Counterweights
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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    • E02F9/2058—Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2062—Control of propulsion units
    • E02F9/2075—Control of propulsion units of the hybrid type
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
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    • E02F9/2058—Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
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Abstract

엔진(8)에 의하여 구동됨으로써 발전하거나 또는 전력이 공급됨으로써 엔진(8)을 보조하는 전동기(12)와, 냉각 팬(8A)에 의하여 냉각풍이 공급되는 열교환 장치(13)와, 열교환 장치(13)에 공급되는 냉각풍의 흐름 방향에 대하여 열교환 장치(13)보다도 상류측에 위치하는 열교환 장치 상류실(28)과, 전력을 충전하거나 또는 방전하는 축전 장치(30)와, 전동기(12)의 동작을 제어하는 인버터 장치(34)를 구비한다. 또한 축전 장치(30)를 냉각하는 축전 장치용 라디에이터(42)와, 인버터 장치(34)를 냉각하는 인버터용 라디에이터(46)를 서로 독립시켜 별개로 설치하고, 이들 축전 장치용 라디에이터(42)와 인버터용 라디에이터(46)를 열교환 장치 상류실(28) 내에서 열교환 장치(13)와 축전 장치(30) 사이에 병렬로 배치한다.

Description

하이브리드식 작업기 {HYBRID-TYPE WORK MACHINE}
본 발명은 유압 셔블, 휠식 유압 셔블 등의 작업기에 관한 것이며, 특히 동력원으로서 엔진과 전동기(전동 모터)를 병용한 하이브리드식 작업기에 관한 것이다.
일반적으로 작업기의 대표예인 유압 셔블은 주행용, 작업용의 동력원으로서 엔진을 구비하며, 이 엔진에 의하여 유압 펌프를 구동한다. 이 유압 셔블은, 유압 펌프로부터 공급되는 압유에 의하여 유압 모터, 유압 실린더 등의 유압 액추에이터를 작동시킴으로써 토사의 굴삭 작업 등을 행하는 것이다.
한편, 유압 셔블 등의 작업기로서, 엔진과 전동기를 병용한 하이브리드식 작업기가 알려져 있다. 이 하이브리드식 작업기는, 엔진과, 엔진에 의하여 구동됨으로써 발전하거나 또는 축전 장치로부터의 전력에 의하여 엔진의 구동을 보조하는 전동기와, 전동기에 공급되는 전력을 충전하는 축전 장치와, 전동기의 동작을 제어하는 인버터를 구비하여 구성되어 있다.
여기서, 하이브리드식 작업기에 탑재되는 축전 장치나 인버터는 적정한 온도 조건 하에서 사용할 필요가 있다. 이 때문에 하이브리드식 작업기에는, 엔진, 유압 펌프 등을 냉각하기 위한 열교환기 외에, 축전 장치나 인버터를 냉각하기 위한 라디에이터를 포함하는 냉각 회로가 구비되어 있다(특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2012-041819호 공보
그런데 상술한 종래 기술에 의한 하이브리드식 작업기에 있어서는, 축전 장치와 인버터를 유닛화하고, 이들 축전 장치와 인버터를, 단일의 라디에이터를 구비한 하나의 계통의 냉각 회로를 사용하여 함께 냉각하는 구성으로 하고 있다.
이 때문에, 축전 장치가 적정하게 작동하는 온도 범위와 인버터가 적정하게 작동하는 온도 범위가 상이한 경우에는, 축전 장치와 인버터를 하나의 계통의 냉각 회로를 사용하여 함께 냉각하는 것이 곤란하다는 문제가 있다.
특히 축전 장치로서 사용되는 리튬 이온 전지는, 고온 상태에 노출됨으로써 전지가 조기에 열화되어 내용 연수가 짧아지기 때문에, 냉각 온도를 인버터에 비교하여 낮게 설정할 필요가 있다.
또한 상술한 종래 기술에서는, 냉각풍이 공급됨으로써 엔진 등을 냉각하는 열교환 장치(쿨링 유닛)를 구비하며, 이 열교환 장치보다도 냉각풍의 흐름 방향의 상류측에, 유닛화된 축전 장치와 인버터를 배치하고 있다. 이 경우, 축전 장치와 인버터는 상, 하로 중첩시켜 유닛화되어 있으므로 열교환 장치에 공급되는 냉각풍의 방해로 되어, 열교환 장치에 의한 냉각 효율이 저하되어 버린다는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 축전 장치와 인버터를 개별로 냉각할 수 있도록 한 하이브리드식 작업기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 전방측에 작업 장치가 설치된 자주 가능한 차체와, 상기 작업 장치와의 중량 균형을 잡기 위하여 해당 차체의 후방측에 설치된 카운터 웨이트와, 해당 카운터 웨이트의 전방측에 배치되어 유압 펌프를 구동하는 엔진과, 해당 엔진에 의하여 구동됨으로써 전력을 발전하거나, 또는 전력이 공급됨으로써 상기 엔진의 구동을 보조하는 전동기와, 엔진 냉각수 및/또는 작동유를 포함하는 유체를 냉각하는 열교환 장치와, 해당 열교환 장치에 냉각풍을 공급하는 냉각 팬과, 상기 열교환 장치에 공급되는 냉각풍의 흐름 방향에 대하여 상기 열교환 장치보다도 상류측인 열교환 장치 상류실에 배치되어, 전력을 충전하거나 또는 전력을 방전하는 축전 장치와, 상기 전동기의 동작을 제어하는 인버터 장치를 구비하여 이루어지는 하이브리드식 작업기에 적용된다.
본 발명이 채용하는 구성의 특징은, 상기 축전 장치를 냉각하는 축전 장치용 라디에이터와, 해당 축전 장치용 라디에이터와는 별개로 설치되어 상기 인버터 장치를 냉각하는 인버터용 라디에이터를 구비하며, 상기 축전 장치용 라디에이터와 상기 인버터용 라디에이터는, 상기 열교환 장치 상류실 내에서 상기 열교환 장치와 상기 축전 장치 사이에 위치하고, 상기 냉각풍의 흐름 방향에 대하여 병렬로 배치한 것에 있다.
이 구성에 의하면, 인버터 장치와는 별개로 축전 장치를 축전 장치용 라디에이터에 의하여 냉각함으로써, 축전 장치를 냉각하는 데 최적의 냉각 온도를 설정할 수 있어, 축전 장치를 효율적으로 냉각할 수 있다. 또한 축전 장치와는 별개로 인버터 장치를 인버터용 라디에이터에 의하여 냉각함으로써, 인버터 장치를 냉각하는 데 최적의 냉각 온도를 설정할 수 있어, 인버터 장치를 효율적으로 냉각할 수 있다. 이 결과, 축전 장치와 인버터 장치를 각각 적정한 온도 범위 내에 유지할 수 있어, 이들 축전 장치와 인버터 장치를 항상 원활히 작동시킬 수 있으며, 내용 연수도 향상시킬 수 있다.
게다가 축전 장치용 라디에이터와 인버터용 라디에이터는, 냉각풍의 흐름 방향에 있어서 열교환 장치보다도 상류측이고, 또한 냉각풍의 흐름 방향에 대하여 병렬로 배치된다. 이것에 의하여, 축전 장치용 라디에이터와 인버터용 라디에이터에 대하여 냉각풍을 균등하게 공급할 수 있어, 축전 장치와 인버터 장치를 효율적으로 냉각할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 의한 하이브리드식 작업기로서의 유압 셔블을 도시하는 정면도이다.
도 2는 선회 프레임에 탑재된 엔진, 열교환 장치, 축전 장치, 제1, 제2 전동기, 인버터 등의 배치를 냉각 계통과 함께 도시하는 평면도이다.
도 3은 상부 선회체의 열교환 장치 상류실, 열교환 장치, 축전 장치, 축전 장치용 라디에이터, 인버터용 라디에이터 등을 도시하는 사시도이다.
도 4는 열교환 장치, 축전 장치, 축전 장치용 라디에이터, 인버터용 라디에이터 등에 공급되는 냉각풍의 흐름을 도 1 중의 화살표 Ⅳ-Ⅳ 방향에서 본 단면도이다.
도 5는 열교환 장치, 축전 장치, 축전 장치용 라디에이터, 인버터용 라디에이터 등에 공급되는 냉각풍의 흐름을 상방에서 본 확대 평면도이다.
도 6은 열교환 장치, 축전 장치, 축전 장치용 라디에이터, 인버터용 라디에이터 등을 도시하는 요부 확대의 사시도이다.
도 7은 열교환 장치, 축전 장치용 라디에이터, 축전 장치용 냉각 펌프, 인버터용 라디에이터, 인버터용 냉각 펌프 등을 도시하는 요부 확대의 사시도이다.
도 8은 열교환 장치, 축전 장치, 축전 장치용 라디에이터, 인버터용 라디에이터 등을 도시하는 일부 파단의 확대 정면도이다.
도 9는 유압 셔블의 유압 계통과 전기 계통을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 10은 축전 장치용 냉각 시스템과 인버터용 냉각 시스템을 도시하는 냉각 계통도이다.
이하, 본 발명에 관한 하이브리드식 작업기의 실시 형태를 유압 셔블에 적용한 경우를 예로 들어, 첨부 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
도면 중, 하이브리드식의 유압 셔블(1)은 하이브리드식 작업기의 대표예이다. 유압 셔블(1)의 차체는, 자주 가능한 크롤러식의 하부 주행체(2)와, 하부 주행체(2) 상에 선회 가능하게 탑재된 상부 선회체(3)에 의하여 구성되어 있다. 상부 선회체(3)의 전방측에는 작업 장치(4)가 부앙동(俯仰動) 가능하게 설치되며, 이 작업 장치(4)를 사용하여 토사의 굴삭 작업 등을 행할 수 있다.
하부 주행체(2)는, 좌, 우의 사이드 프레임(2A)(좌측만 도시)을 갖는 트랙 프레임과, 각 사이드 프레임(2A)의 전, 후 방향(길이 방향)의 한쪽에 설치된 구동륜(2B)과, 전, 후 방향의 다른 쪽에 설치된 유동륜(2C)과, 구동륜(2B)과 유동륜(2C)에 권회된 크롤러 벨트(2D)를 포함하여 구성되어 있다. 좌, 우의 구동륜(2B)은, 좌, 우의 주행 유압 모터(2E, 2F)(도 9 참조)에 의하여 각각 구동되어 크롤러 벨트(2D)를 회전시킴으로써 유압 셔블(1)을 주행시키는 것이다.
작업 장치(4)는, 후술하는 선회 프레임(5)의 전방부측에 부앙동 가능하게 설치된 붐(4A)과, 해당 붐(4A)의 선단부측에 회전 가능하게 설치된 아암(4B)과, 해당 아암(4B)의 선단부측에 회전 가능하게 설치된 버킷(4C)과, 이들을 구동하는 유압 실린더로 이루어지는 붐 실린더(4D), 아암 실린더(4E), 버킷 실린더(4F)에 의하여 구성되어 있다.
상부 선회체(3)는, 베이스로 되는 선회 프레임(5)과, 해당 선회 프레임(5) 상에 탑재된 후술하는 캡(6), 카운터 웨이트(7), 엔진(8), 유압 펌프(9), 어시스트 발전 모터(12), 열교환 장치(13), 축전 장치(30), 선회 모터(31), 인버터 장치(34), 축전 장치용 라디에이터(42), 인버터용 라디에이터(46) 등을 포함하여 구성되어 있다.
여기서, 선회 프레임(5)은, 도 2 등에 도시한 바와 같이, 후육의 평판형으로 형성되어 전, 후 방향으로 연장된 저판(5A)과, 해당 저판(5A) 상에 세워서 설치되어 좌, 우 방향으로 대면하면서 전, 후 방향으로 연장된 좌측 종판(5B) 및 우측 종판(5C)과, 좌측 종판(5B)으로부터 좌측에 게시하여 설치된 복수의 좌 돌출 빔5D와, 우측 종판(5C)로부터 우측방으로 돌출하여 설치된 복수의 우측 돌출 빔(도시되지 않음)과, 각 좌측 돌출 빔(5D)의 선단부측에 고착되어 전, 후 방향으로 연장된 좌측 사이드 프레임(5E)과, 각 우측 돌출 빔의 선단부측에 고착되어 전, 후 방향으로 연장된 우측 사이드 프레임(5F)를 포함하여 구성되어 있다. 선회 프레임(5)의 후방부 좌측에는, 좌측 종판(5B)과 좌측 사이드 프레임(5E) 사이에 위치하고, 후술하는 열교환 장치(13)가 설치되는 열교환 장치 설치판(5G)과, 후술하는 축전 장치(30)가 설치되는 축전 장치 설치판(5H)이 설치되어 있다(도 6, 도 7 참조).
선회 프레임(5)의 전방부 좌측에는, 운전실을 구획 형성하는 캡(6)이 설치되어 있다. 캡(6) 내에는 오퍼레이터가 착석하는 운전석이 설치되고, 운전석의 주위에는 주행용의 조작 레버, 작업용의 조작 레버(어느 것도 도시되지 않음)가 설치되어 있다. 한편, 선회 프레임(5)의 후단부측에는, 작업 장치(4)와의 중량 균형을 잡기 위한 카운터 웨이트(7)가 설치되어 있다.
엔진(8)은 카운터 웨이트(7)의 전방측에 위치하고, 선회 프레임(5)의 후방측에 배치되어 있다. 엔진(8)은, 크랭크축(도시되지 않음)의 축선이 좌, 우 방향으로 연장되는 횡배치 상태로 선회 프레임(5) 상에 탑재되어 있다. 엔진(8)의 우측에는 후술하는 유압 펌프(9)와 어시스트 발전 모터(12)가 설치되어 있다. 한편, 엔진(8)의 좌측{유압 펌프(9)와는 반대측}에는 흡입식의 냉각 팬(8A)이 설치되어 있다.
냉각 팬(8A)은, 엔진(8)에 의하여 회전됨으로써 외기를 흡입하고, 이 외기를 냉각풍으로 하여 후술하는 열교환 장치(13) 등에 공급하는 것이다. 이 경우, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 냉각 팬(8A)에 의한 냉각풍의 흐름 방향 A는, 엔진(8)의 크랭크축(도시되지 않음)의 축선이 연장되는 방향(좌, 우 방향)과 일치하고 있다.
유압 펌프(9)는 엔진(8)의 우측(출력측)에 설치되어 있다. 이 유압 펌프(9)는, 엔진(8)에 의하여 구동됨으로써, 유압 셔블(1)에 탑재된 좌, 우의 주행 유압 모터(2E, 2F), 각 실린더(4D, 4E, 4F), 후술하는 선회 유압 모터(32) 등의 각종 유압 액추에이터에 압유를 공급하는 것이다. 유압 펌프(9)의 전방측에는 작동유 탱크(10)가 설치되며, 해당 작동유 탱크(10)는 유압 액추에이터에 공급되는 작동유를 저류하고 있다.
컨트롤 밸브(11)는 엔진(8)의 전방측에 설치되어 있다. 해당 컨트롤 밸브(11)는 복수의 방향 제어 밸브의 집합체로 이루어져 있다. 컨트롤 밸브(11)는, 캡(6) 내에 배치된 조작 레버(도시되지 않음)의 조작에 따라, 유압 펌프(9)로부터 각종 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 방향을 제어하는 것이다.
제1 전동기로서의 어시스트 발전 모터(발전 전동기)(12)는 유압 펌프(9)와 함께 엔진(8)의 우측(출력측)에 설치되어 있다. 이 어시스트 발전 모터(12)는, 엔진(8)에 의하여 구동됨으로써 발전하거나 또는 후술하는 축전 장치(30)로부터 전력이 공급됨으로써 엔진(8)의 구동을 보조(어시스트)하는 것이다. 즉, 어시스트 발전 모터(12)는, 엔진(8)에 의하여 구동됨으로써 발전하는 발전기로서의 기능과, 후술하는 축전 장치(30)로부터 공급되는 전력에 의하여 엔진(8)의 구동을 보조하는 전동기로서의 기능을 갖고 있다.
열교환 장치(13)는 엔진(8)의 좌측에 위치하며 선회 프레임(5) 상에 탑재되어 있다. 도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 열교환 장치(13)는, 선회 프레임(5) 상에 설치되는 지지 프레임체(14)와, 해당 지지 프레임체(14)에 부착된 인터쿨러(15), 라디에이터(16), 오일 쿨러(17), 에어컨 콘덴서(18), 연료 쿨러(19) 등을 포함하여 구성되어 있다. 이것에 의하여 열교환 장치(13)는, 복수의 부재를 조합시킨 1개의 유닛을 구성하고 있다.
여기서, 지지 프레임체(14)는, 열교환 장치(13)의 전방측{캡(6)측}에 배치된 전방 구획 부재로서의 전방 구획판(14A)과, 카운터 웨이트(7)의 좌측 전방면부를 따라 열교환 장치(13)의 후방측에 배치된 후방 구획 부재로서의 후방 구획판(14B)과, 전, 후의 구획판(14A, 14B)의 상부를 연결하는 연결 부재(14C)를 포함하여 구성되어 있다. 전방 구획판(14A)은, 열교환 장치(13)의 전방측으로부터 좌측 사이드 프레임(5E)을 향하여 좌, 우 방향으로 연장됨과 함께 상, 하측 방향으로 연장되어 있다. 후방 구획판(14B)은, 열교환 장치(13)의 후방측으로부터 좌측 사이드 프레임(5E)을 향하여 좌, 우 방향으로 연장됨과 함께 상, 하측 방향으로 연장되어 있다. 연결 부재(14C)는 전, 후 방향으로 연장되어 전방 구획판(14A)과 후방 구획판(14B)의 상부를 연결하고 있다. 따라서 지지 프레임체(14)는, 인터쿨러(15), 라디에이터(16), 오일 쿨러(17)의 상부를 덮는 긴 상자형으로 형성되어 있다. 지지 프레임체(14)의 전방 구획판(14A)과 후방 구획판(14B) 사이에는, 열교환 장치(13)보다도 냉각풍의 흐름 방향 A의 상류측에 위치하여, 후술하는 열교환 장치 상류실(28)이 형성되어 있다.
지지 프레임체(14)에는, 터보 과급기(도시되지 않음)에 의하여 압축된 공기를 냉각하는 인터쿨러(15)와, 엔진 냉각수를 냉각하는 라디에이터(16)와, 작동유를 냉각하는 오일 쿨러(17)와, 공기 조화 장치(에어컨)용의 냉매를 냉각하는 에어컨 콘덴서(18)와, 연료를 냉각하는 연료 쿨러(19)가 부착되어 있다. 냉각 팬(8A)에 의하여 열교환 장치 상류실(28) 내에 흡입된 외기(냉각풍)는, 에어컨 콘덴서(18), 연료 쿨러(19), 인터쿨러(15), 라디에이터(16), 오일 쿨러(17)에 공급됨으로써 압축 공기, 엔진 냉각수, 작동유, 에어컨용의 냉매, 연료를 각각 냉각한다.
이 경우, 도 5 등에 도시한 바와 같이, 인터쿨러(15), 라디에이터(16), 오일 쿨러(17)는, 냉각 팬(8A)에 의하여 열교환 장치 상류실(28) 내에 공급되는 냉각풍의 흐름 방향 A에 대하여 병렬로 배치되어 있다. 또한 에어컨 콘덴서(18)는 냉각풍의 흐름 방향 A에 있어서 라디에이터(16)보다도 상류측에 배치되고, 연료 쿨러(19)는 냉각풍의 흐름 방향 A에 있어서 오일 쿨러(17)보다도 상류측에 배치되어 있다.
한편, 도 7에 도시한 바와 같이, 지지 프레임체(14)를 구성하는 전방 구획판(14A)과 후방 구획판(14B) 사이에는, 에어컨 콘덴서(18) 및 연료 쿨러(19)의 하측을 통과하여 전, 후 방향으로 연장되는 받침대 부재(20)가 고정되어 있다. 받침대 부재(20)의 상면측에는 후술하는 축전 장치용 라디에이터(42) 및 인버터용 라디에이터(46)가 설치되어 있다. 받침대 부재(20)의 하면측에는 후술하는 축전 장치용 냉각 펌프(43) 및 인버터용 냉각 펌프(47)가 배치되어 있다.
구조물 커버(21)는 카운터 웨이트(7)의 전방측에 위치하며 선회 프레임(5) 상에 설치되어 있다. 이 구조물 커버(21)는 엔진(8), 유압 펌프(9), 어시스트 발전 모터(12), 열교환 장치(13) 등을 덮는 것이다. 여기서, 구조물 커버(21)의 상측은 상면판(22)과 엔진 커버(22A)에 의하여 구성되어 있다. 구조물 커버(21)의 좌측은 후술하는 좌측 전방측 도어(24)와 좌측 후방측 도어(25)에 의하여 구성되어 있다. 구조물 커버(21)의 우측은 우측 도어(26)에 의하여 구성되어 있다(도 4 참조).
전방 구획 커버(23)는, 캡(6)의 후방측 위치와, 열교환 장치(13)를 구성하는 지지 프레임체(14)의 전방 구획판(14A) 사이에 설치되어 있다. 이 전방 구획 커버(23)는 지지 프레임체(14)의 전방 구획판(14A)과 전, 후 방향으로 간격을 두고 대면하며, 후술하는 유틸리티실(29)의 전방측을 구획하는 것이다.
좌측 전방측 도어(24)는 전방 구획 커버(23)에 개, 폐 가능하게 설치되어 있다. 이 좌측 전방측 도어(24)는 힌지 부재를 개재하여 전방 구획 커버(23)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 좌측 전방측 도어(24)는 전방 구획 커버(23)의 위치를 중심으로 하여 전, 후 방향으로 회전함으로써, 후술하는 유틸리티실(29)을 개, 폐하는 것이다.
좌측 후방측 도어(25)는 좌측 전방측 도어(24)의 후방측에 설치되어 있다. 이 좌측 후방측 도어(25)는, 열교환 장치(13)의 지지 프레임체(14)를 구성하는 후방 구획판(14B)에 힌지 부재를 개재하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 좌측 후방측 도어(25)는 후방 구획판(14B)의 위치를 중심으로 하여 전, 후 방향으로 회전함으로써, 후술하는 열교환 장치 상류실(28)을 개, 폐하는 것이다.
엔진실(27)은 구조물 커버(21) 내에 형성되어 있다(도 4 참조). 이 엔진실(27)은, 구조물 커버(21)를 구성하는 상면판(22), 엔진 커버(22A), 우측 도어(26)와, 열교환 장치(13)와, 카운터 웨이트(7)와, 작동유 탱크(10)에 의하여 구획 형성되어 있다. 이 엔진실(27) 내에는 엔진(8), 유압 펌프(9), 어시스트 발전 모터(12) 등이 수용되어 있다.
열교환 장치 상류실(28)은 구조물 커버(21) 내에서 열교환 장치(13)를 사이에 놓고 엔진실(27)과는 반대측에 형성되어 있다. 이 열교환 장치 상류실(28)은, 지지 프레임체(14)의 전방 구획판(14A)과 후방 구획판(14B) 사이에서, 열교환 장치(13)보다도 냉각풍의 흐름 방향 A의 상류측에 형성된 공간으로 이루어져 있다. 열교환 장치 상류실(28)은, 그 상방이 구조물 커버(21)의 상면판(22)에 의하여 덮이고, 또한 좌측 후방측 도어(25)에 의하여 개, 폐된다. 또한 열교환 장치 상류실(28)의 내부에는 후술하는 축전 장치(30), 축전 장치용 라디에이터(42), 인버터용 라디에이터(46) 등이 배치되어 있다.
유틸리티실(29)은 구조물 커버(21) 내에서 열교환 장치 상류실(28)의 전방측에 형성되어 있다. 이 유틸리티실(29)은, 구조물 커버(21)를 구성하는 상면판(22) 및 좌측 전방측 도어(24)와, 전방 구획 커버(23)와, 전방 구획판(14A)에 의하여 구획 형성되어 있다. 유틸리티실(29) 내에는 후술하는 인버터 장치(34)가 배치되어 있다.
축전 장치(30)는, 열교환 장치(13)에 공급되는 냉각풍의 흐름 방향 A에 있어서 열교환 장치(13)보다도 상류측, 즉, 좌측 후방측 도어(25)에 가까운 위치에 배치되어 있다. 축전 장치(30)는, 예를 들어 리튬 이온 전지를 사용하여 구성되며, 선회 프레임(5)의 축전 장치 설치판(5H) 상에 설치되어 있다. 이 축전 장치(30)는, 어시스트 발전 모터(12)가 발전한 전력, 상부 선회체(3)의 선회 감속 동작(회생 동작)에 의하여, 후술하는 선회 전동 모터(33)가 발전한 회생 전력을 충전(축전)한다. 한편, 축전 장치(30)는 충전된 전력을 어시스트 발전 모터(12), 선회 전동 모터(33)에 방전(급전)하는 것이다. 또한 축전 장치(30)는 배터리 이외에도, 예를 들어 전기 2중층의 캐패시터를 사용하여 구성해도 되는 것이다.
여기서, 도 5, 도 6에 도시한 바와 같이, 축전 장치(30)는, 내부에 복수의 배터리 모듈이 수용된 직육면체형의 케이싱(30A)과, 해당 케이싱(30A)보다도 소형의 상자체를 포함하는 케이싱(30A) 상에 설치된 접속 상자(정션 박스)(30B)를 포함하여 구성되어 있다. 케이싱(30A)에는, 냉각수가 유통하는 워터 재킷(도시되지 않음)이 형성되어 있다.
접속 상자(30B)는, 후술하는 제1, 제2 인버터(35, 37)로부터 연장되는 케이블(36, 38)과, 축전 장치(30)의 단자 사이를 접속하는 것이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 접속 상자(30B)의 내부에는 제어부(30C) 등의 전기 회로(도시되지 않음)가 수용되며, 이 전기 회로는, 후술하는 제어 장치(39)로부터의 신호가 공급됨으로써 축전 장치(30)의 충전, 방전을 제어한다.
여기서, 접속 상자(30B)는 상면(30B1), 전방측면(30B2), 후방측면(30B3), 좌측면(30B4), 우측면(30B5)에 의하여 둘러싸여 있다. 후방측면(30B3)의 좌, 우 방향의 중간부에는, 후방을 향하여 돌출되는 돌출부(30B6)가 형성되어 있다. 접속 상자(30B)의 전방측면(30B2)에는, 제1 케이블 접속구(30D)와 제2 케이블 접속구(30E)가 좌, 우 방향으로 나열되어 설치되어 있다. 제1 케이블 접속구(30D)에는, 제1 인버터(35)와의 사이를 접속하는 후술하는 케이블(36)이 접속되고, 제2 케이블 접속구(30E)에는, 제2 인버터(37)와의 사이를 접속하는 후술하는 케이블(38)이 접속되어 있다. 한편, 접속 상자(30B)의 후방측면(30B3)에는 신호선 접속구(30F)가 설치되어 있다. 신호선 접속구(30F)에는, 축전 장치(30)의 제어부(30C)와 제어 장치(39) 사이를 접속하는 후술하는 신호선(40A)이 접속되어 있다.
이 경우, 접속 상자(30B)의 상면(30B1)은 축전 장치(30)의 상단부 위치이다. 접속 상자(30B)의 전방측면(30B2)에 설치된 제1, 제2 케이블 접속구(30D, 30E)와, 접속 상자(30B)의 후방측면(30B3)에 설치된 신호선 접속구(30F)는, 접속 상자(30B)의 상면(30B1)보다도 낮은 위치에 배치되어 있다. 이것에 의하여, 제1, 제2 케이블 접속구(30D, 30E) 및 이들에 접속되는 케이블(36, 38), 신호선 접속구(30F) 및 이것에 접속되는 신호선(40A)이, 접속 상자(30B)의 상면(30B1)으로부터 상방으로 돌출되는 것을 억제할 수 있는 구성으로 되어 있다.
선회 모터(31)는 선회 프레임(5)의 중앙부에 설치되어 있다. 이 선회 모터(31)는 하부 주행체(2)에 대하여 상부 선회체(3)를 선회시키는 것이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 선회 모터(31)는, 유압 펌프(9)로부터 공급되는 압유에 의하여 구동되는 선회 유압 모터(32)와, 해당 선회 유압 모터(32)에 부설된 후술하는 선회 전동 모터(33)에 의하여 구성되어 있다.
선회 전동 모터(33)는 제2 전동기를 구성하고 있다. 이 선회 전동 모터(33)는 선회 유압 모터(32)와 협동하여 하부 주행체(2) 상에서 상부 선회체(3)를 선회시키는 것이다. 선회 전동 모터(33)의 외각을 이루는 케이싱에는, 냉각수가 유통하는 워터 재킷(어느 것도 도시되지 않음)이 형성되어 있다. 여기서, 선회 전동 모터(33)는, 축전 장치(30)에 충전된 전력이 공급됨으로써 구동되어 상부 선회체(3)를 선회시킨다. 또한 선회 전동 모터(33)는, 상부 선회체(3)가 선회 감속한 때의 회생 동작에 의하여 회생 전력을 발전하고, 이 회생 전력을 축전 장치(30)에 충전한다.
즉, 선회 전동 모터(33)는, 후술하는 케이블(38)을 통하여 축전 장치(30)로부터 전력이 공급됨으로써 상부 선회체(3)를 선회시키는 전동기로서의 기능을 갖고 있다. 한편, 선회 전동 모터(33)는, 상부 선회체(3)의 선회 감속 시에 상부 선회체(3)의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기로서의 기능을 갖고 있다. 선회 전동 모터(33)가 발전한 회생 전력은 케이블(38)을 통하여 축전 장치(30)에 공급되어, 축전 장치(30)의 충전이 행해진다.
다음으로, 하이브리드식의 유압 셔블(1)의 전동 시스템에 대하여 설명한다.
도 9에 도시한 바와 같이, 유압 셔블(1)의 전동 시스템은, 상술한 어시스트 발전 모터(12), 축전 장치(30), 선회 전동 모터(33), 후술하는 인버터 장치(34), 제어 장치(39) 등을 포함하여 구성되어 있다.
인버터 장치(34)는 유틸리티실(29) 내에 설치되어 있다. 이 인버터 장치(34)는 열교환 장치 상류실(28) 내에 설치된 축전 장치(30)보다도 전방측에 배치되어 있다(도 2 참조). 이 인버터 장치(34)는 후술하는 제1 인버터(35)와 제2 인버터(37)를 구비한 1개의 유닛으로서 구성되어 있다.
제1 인버터(35)는 축전 장치(30)보다도 전방측에 위치하며 유틸리티실(29) 내에 배치되어 있다. 이 제1 인버터(35)는 어시스트 발전 모터(12)의 동작을 제어하는 것이다. 제1 인버터(35)는, 외각을 이루는 케이싱 내에 수용된 트랜지스터, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 등으로 이루어지는 복수의 스위칭 소자에 의하여 구성되며, 각 스위칭 소자의 온/오프가 제어부(35A)에 의하여 제어되는 것이다. 또한 제1 인버터(35)의 케이싱에는, 냉각수가 유통하는 워터 재킷(도시되지 않음)이 형성되어 있다.
여기서, 제1 인버터(35)와 축전 장치(30)는, 정극측(플러스측)과 부극측(마이너스측)에서 1쌍의 케이블{직류 모선(36)}을 통하여 서로 접속되어 있다. 어시스트 발전 모터(12)의 발전 시에는, 제1 인버터(35)는 어시스트 발전 모터(12)에 의한 발전 전력을 직류 전력으로 변환하여, 케이블(36)을 통하여 축전 장치(30)에 공급한다. 한편, 어시스트 발전 모터(12)를 전동기로서 구동할 때는, 제1 인버터(35)는 케이블(36)을 통하여 축전 장치(30)로부터 공급되는 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환하여, 어시스트 발전 모터(12)에 공급한다.
제2 인버터(37)는 제1 인버터(35)와 함께 유틸리티실(29) 내에 배치되어 있다. 이 제2 인버터(37)는 선회 전동 모터(33)의 동작을 제어하는 것이다. 제2 인버터(37)는 제1 인버터(35)와 마찬가지로, 외각을 이루는 케이싱 내에 수용된 복수의 스위칭 소자에 의하여 구성되며, 각 스위칭 소자의 온/오프가 제어부(37A)에 의하여 제어되는 것이다. 또한 제2 인버터(37)의 케이싱에는, 냉각수가 유통하는 워터 재킷(도시되지 않음)이 형성되어 있다.
여기서, 제2 인버터(37)와 축전 장치(30)는, 정극측(플러스측)과 부극측(마이너스측)에서 1쌍의 케이블(직류 모선)(38)을 통하여 서로 접속되어 있다. 선회 전동 모터(33)가 상부 선회체(3)를 선회 구동할 때는, 제2 인버터(37)는 케이블(38)을 통하여 공급되는 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환하여, 선회 전동 모터(33)에 공급한다. 한편, 상부 선회체(3)의 선회 감속 시에 선회 전동 모터(33)가 회생 동작에 의하여 회생 전력을 발전한 때는, 제2 인버터(37)는 선회 전동 모터(33)에 의한 회생 전력을 직류 전력으로 변환하여, 케이블(38)을 통하여 축전 장치(30)에 공급한다.
제어 장치(39)는 축전 장치(30), 어시스트 발전 모터(12), 선회 전동 모터(33) 등의 동작을 제어하는 것이다. 제어 장치(39)는 신호선(40A)을 통하여 축전 장치(30)의 제어부(30C)에 접속되고, 신호선(40B)을 통하여 제1 인버터(35)의 제어부(35A)에 접속되어 있다. 또한 제어 장치(39)는 신호선(40C)을 통하여 제2 인버터(37)의 제어부(37A)에 접속되어 있다. 제어 장치(39)는 축전 장치(30)의 제어부(30C)에 대하여 제어 신호를 출력함으로써, 축전 장치(30)에 의한 충전 또는 방전을 제어한다. 또한 제어 장치(39)는 제1, 제2 인버터(35, 37)의 제어부(35A, 37A)에 대하여 제어 신호를 출력함으로써, 어시스트 발전 모터(12), 선회 전동 모터(33)의 동작을 제어한다.
다음으로, 유압 셔블(1)에 탑재된 축전 장치(30), 인버터 장치(34) 등을 냉각하는 냉각 시스템에 대하여 설명한다.
축전 장치용 냉각 시스템(41)은 인버터 장치(34)와는 별개로 축전 장치(30)를 단독으로 냉각하는 것이다. 축전 장치용 냉각 시스템(41)은, 냉매로서의 냉각수를 사용하여 축전 장치(30)를 냉각하는 축전 장치용 라디에이터(42)와, 냉각수를 순환시키는 축전 장치용 냉각 펌프(43)와, 축전 장치용 라디에이터(42)와 축전 장치용 냉각 펌프(43) 사이를 접속하는 축전 장치용 냉각관로(44)를 포함하여 구성되어 있다. 축전 장치용 냉각 시스템(41)은, 축전 장치(30)의 워터 재킷에 접속되는 폐 루프를 형성하고 있다(도 10 참조). 축전 장치용 냉각 시스템(41)을 구성하는 축전 장치용 라디에이터(42), 축전 장치용 냉각 펌프(43), 축전 장치용 냉각관로(44)는, 냉각풍의 흐름 방향 A에 있어서 열교환 장치(13)의 상류측에 위치하는 열교환 장치 상류실(28) 내에 설치되어 있다.
여기서, 도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 축전 장치용 라디에이터(42)는, 열교환 장치(13)의 지지 프레임체(14)에 설치된 받침대 부재(20) 상에 설치되어 있다. 따라서 축전 장치용 라디에이터(42)는, 열교환 장치(13)를 구성하는 에어컨 콘덴서(18)보다도 하측에 위치하고, 열교환 장치(13)와 축전 장치(30) 사이에 배치되어 있다. 이 축전 장치용 라디에이터(42)는, 축전 장치(30)의 케이싱(30A)에 설치된 워터 재킷을 흐르는 냉각수를 냉각함으로써 축전 장치(30)를 냉각하는 것이다.
축전 장치용 라디에이터(42)는, 받침대 부재(20) 상을 전, 후 방향으로 연장되는 상자 형상을 이루며, 축전 장치(30)에 의하여 가열된 냉각수가 유입되는 어퍼 탱크(42A)와, 냉각된 냉각수가 유입되는 로워 탱크(42B)와, 어퍼 탱크(42A)와 로워 탱크(42B) 사이에 설치된 방열부(코어)(42C)에 의하여 대략 구성되어 있다.
방열부(42C)는, 상단부측이 어퍼 탱크(42A)로 개구됨과 함께 하단부측이 로워 탱크(42B)로 개구되는 복수 개의 세관과, 이들 각 세관에 접속된 방열 핀에 의하여 구성되어 있다. 방열부(42C)는, 어퍼 탱크(42A)에 유입된 냉각수가 각 세관을 통하여 로워 탱크(42B)에 유입되는 사이, 냉각풍에 노출되는 방열 핀을 통하여 냉각수의 열을 방열하는 것이다.
따라서 축전 장치(30)에 의하여 가열된 냉각수는 축전 장치용 냉각 펌프(43)에 의하여 순환되어 축전 장치용 라디에이터(42)의 어퍼 탱크(42A)에 유입된 후, 방열부(42C)를 통과하는 사이, 냉각 팬(8A)에 의하여 열교환 장치 상류실(28) 내에 공급되는 냉각풍에 의하여 냉각된다. 방열부(42C)에 의하여 방열된 냉각수는 축전 장치용 라디에이터(42)의 로워 탱크(42B)로부터 축전 장치용 냉각관로(44)를 통하여 축전 장치(30)의 워터 재킷에 공급되어, 축전 장치(30)를 냉각한다.
이 경우, 축전 장치용 라디에이터(42)를 구성하는 방열부(42C)의 하단부(42D)는, 축전 장치(30)의 상단부로 되는 접속 상자(30B)의 상면(30B1)과 대략 동일한 평면 내에 배치되어 있다. 즉, 방열부(42C)의 하단부(42D)는, 접속 상자(30B)의 상면(30B1)의 높이 이상의 높이 위치에 배치되어 있다. 이것에 의하여, 엔진(8)의 냉각 팬(8A)에 의하여 열교환 장치 상류실(28) 내에 냉각풍이 유입된 때, 이 냉각풍의 흐름 방향 A에 있어서 접속 상자(30B)의 상측 부분이 방열부(42C)와 중첩되는 것을 억제하여, 방열부(42C)의 전체면에 걸쳐 거의 균등하게 냉각풍을 공급할 수 있다.
인버터용 냉각 시스템(45)은 축전 장치(30)와는 별개로, 인버터 장치(34)를 구성하는 제1, 제2 인버터(35, 37) 및 선회 전동 모터(33)를 냉각하는 것이다. 인버터용 냉각 시스템(45)은, 냉매로서의 냉각수를 사용하여 제1, 제2 인버터(35, 37) 및 선회 전동 모터(33)를 냉각하는 인버터용 라디에이터(46)와, 냉각수를 순환시키는 인버터용 냉각 펌프(47)와, 인버터용 라디에이터(46), 제1, 제2 인버터(35, 37) 및 선회 전동 모터(33)를 서로 접속하는 인버터용 냉각관로(48)를 포함하여 구성되어 있다. 인버터용 냉각 시스템(45)은, 제1, 제2 인버터(35, 37) 및 선회 전동 모터(33)의 워터 재킷에 접속되는 폐 루프를 형성하고 있다(도 10 참조). 인버터용 냉각 시스템(45)을 구성하는 인버터용 라디에이터(46)는, 냉각풍의 흐름 방향에 있어서 열교환 장치(13)의 상류측에 위치하는 열교환 장치 상류실(28) 내에, 축전 장치용 라디에이터(42)에 인접하여 설치되어 있다.
여기서, 인버터용 라디에이터(46)는, 열교환 장치(13)의 지지 프레임체(14)에 설치된 받침대 부재(20) 상에, 축전 장치용 라디에이터(42)의 전방측{전방 구획판(14A)측}에 인접하여 설치되어 있다. 따라서 인버터용 라디에이터(46)는, 열교환 장치(13)를 구성하는 연료 쿨러(19)보다도 하측에 위치하고, 열교환 장치(13)와 축전 장치(30) 사이에 배치되어 있다. 이 인버터용 라디에이터(46)는, 제1, 제2 인버터(35, 37)의 워터 재킷, 선회 전동 모터(33)의 워터 재킷을 흐르는 냉각수를 냉각함으로써, 이들 제1, 제2 인버터(35, 37) 및 선회 전동 모터(33)를 냉각하는 것이다.
인버터용 라디에이터(46)는, 받침대 부재(20) 상을 전, 후 방향으로 연장되는 상자 형상을 이루며, 제1, 제2 인버터(35, 37) 및 선회 전동 모터(33)에 의하여 가열된 냉각수가 유입되는 어퍼 탱크(46A)와, 냉각된 냉각수가 유입되는 로워 탱크(46B)와, 어퍼 탱크(46A)와 로워 탱크(46B) 사이에 설치된 방열부(코어)(46C)에 의하여 대략 구성되어 있다.
방열부(46C)는, 상단부측이 어퍼 탱크(46A)로 개구됨과 함께 하단부측이 로워 탱크(46B)로 개구되는 복수 개의 세관과, 이들 각 세관에 접속된 방열 핀에 의하여 구성되어 있다. 방열부(46C)는, 어퍼 탱크(46A)에 유입된 냉각수가 각 세관을 통하여 로워 탱크(46B)에 유입되는 사이, 냉각풍에 노출되는 방열 핀을 통하여 냉각수의 열을 방열하는 것이다.
따라서 제1, 제2 인버터(35, 37) 및 선회 전동 모터(33)에 의하여 가열된 냉각수는, 인버터용 냉각 펌프(47)에 의하여 순환되어 인버터용 라디에이터(46)의 어퍼 탱크(46A)에 유입된 후, 방열부(46C)를 통과하는 사이, 냉각 팬(8A)에 의하여 열교환 장치 상류실(28) 내에 공급되는 냉각풍에 의하여 냉각된다. 방열부(46C)에 의하여 방열된 냉각수는, 인버터용 라디에이터(46)의 로워 탱크(46B)로부터 인버터용 냉각관로(48)를 통하여 제1, 제2 인버터(35, 37) 및 선회 전동 모터(33)의 워터 재킷에 공급되어, 제1, 제2 인버터(35, 37) 및 선회 전동 모터(33)를 냉각한다.
이 경우, 인버터용 라디에이터(46)를 구성하는 방열부(46C)의 하단부(46D)는, 축전 장치(30)의 상단부로 되는 접속 상자(30B)의 상면(30B1)과 대략 동일한 평면 내에 배치되어 있다. 즉, 방열부(46C)의 하단부(46D)는, 접속 상자(30B)의 상면(30B1)의 높이 이상의 높이 위치에 배치되어 있다. 이것에 의하여, 열교환 장치 상류실(28) 내에 냉각풍이 유입한 때, 이 냉각풍의 흐름 방향 A에 있어서 접속 상자(30B)의 상측 부분이 방열부(46C)와 중첩되는 것을 억제하여, 방열부(46C)의 전체면에 걸쳐 거의 균등하게 냉각풍을 공급할 수 있다.
이와 같이, 축전 장치용 라디에이터(42)와 인버터용 라디에이터(46)를 따로따로 설치함으로써 축전 장치(30)와 제1, 제2 인버터(35, 37)를 개별로 냉각할 수 있다. 이것에 의하여, 축전 장치용 라디에이터(42)에 의하여 축전 장치(30)를 적정한 온도 범위에 유지함과 함께, 인버터용 라디에이터(46)에 의하여 제1, 제2 인버터(35, 37)를 적정한 온도 범위에 유지할 수 있다.
게다가 열교환 장치(13)와는 별개의 축전 장치용 라디에이터(42)를 구비한 축전 장치용 냉각 시스템(41)을 사용하여 축전 장치(30)를 단독으로 냉각하는 구성으로 하고 있다. 이것에 의하여, 축전 장치용 냉각 시스템(41)은 축전 장치(30) 이외의 발열체를 냉각할 필요가 없다. 따라서 축전 장치용 냉각 시스템(41)은 축전 장치(30)를 냉각하는 데 최적의 냉각 온도를 설정할 수 있다.
또한 도 5에 도시한 바와 같이, 축전 장치용 라디에이터(42)와 인버터용 라디에이터(46)는, 열교환 장치 상류실(28)에 유입되는 냉각풍의 흐름 방향 A에 있어서 열교환 장치(13)보다도 상류측이고, 또한 냉각풍의 흐름 방향 A에 대하여 병렬로 배치되어 있다. 이것에 의하여, 열교환 장치(13)를 통과하여 데워지기 전의 냉각풍을 축전 장치용 라디에이터(42)와 인버터용 라디에이터(46)에 대하여 균등하게 공급할 수 있다.
또한 도 10에 도시한 바와 같이, 인버터 장치(34)는, 열교환 장치 상류실(28) 내에 배치된 축전 장치(30)보다도 전방측에 위치하고, 유틸리티실(29) 내에 배치되어 있다. 한편, 인버터용 라디에이터(46)는, 열교환 장치 상류실(28) 내에서 인버터 장치(34)와 가까운 전방측{전방 구획판(14A)측}에 배치되고, 축전 장치용 라디에이터(42)는 열교환 장치 상류실(28) 내에서 인버터용 라디에이터(46)의 후방측{후방 구획판(14B)측}에 배치되어 있다.
이것에 의하여, 인버터 장치(34)와 축전 장치(30)의 전, 후 방향의 배치 관계와, 인버터용 라디에이터(46)와 축전 장치용 라디에이터(42)의 전, 후 방향의 배치 관계를 일치시킬 수 있다. 이 결과, 축전 장치용 냉각 시스템(41)의 축전 장치용 냉각관로(44)와 인버터용 냉각 시스템(45)의 인버터용 냉각관로(48)를 서로 중첩되지 않게 정연히 배치할 수 있다.
본 실시 형태에 의한 하이브리드식의 유압 셔블(1)은 상술한 바와 같은 구성을 갖는 것이며, 다음으로, 그 동작에 대하여 설명한다.
캡(6)에 탑승한 오퍼레이터가 엔진(8)을 작동시키면, 엔진(8)에 의하여 유압 펌프(9)와 어시스트 발전 모터(12)가 구동된다. 이것에 의하여, 유압 펌프(9)로부터 토출된 압유는, 캡(6) 내에 설치된 조작 레버(도시되지 않음)의 조작에 따라, 좌, 우의 주행 유압 모터(2E, 2F), 선회 유압 모터(32), 작업 장치(4)의 붐 실린더(4D), 아암 실린더(4E), 버킷 실린더(4F)에 공급된다. 이것에 의하여 유압 셔블(1)은, 하부 주행체(2)에 의한 주행 동작, 상부 선회체(3)의 선회 동작, 작업 장치(4)에 의한 굴삭 작업 등을 행한다.
유압 셔블(1)의 작동 시에는, 엔진(8)에 의하여 냉각 팬(8A)이 구동됨으로써 열교환 장치 상류실(28) 내에 외기가 흡입된다. 열교환 장치 상류실(28) 내에 흡입된 외기는 냉각풍으로 되어, 축전 장치(30), 축전 장치용 라디에이터(42), 인버터용 라디에이터(46), 열교환 장치(13) 등에 공급된 후, 엔진실(27)을 통하여 외부로 배출된다.
여기서, 유압 셔블(1)의 작동 시에 엔진(8)의 출력 토크가 유압 펌프(9)의 구동 토크보다도 클 때는, 잉여 토크에 의하여 어시스트 발전 모터(12)가 발전기로서 구동된다. 이것에 의하여 어시스트 발전 모터(12)는 교류 전력을 발생시키고, 이 교류 전력은 제1 인버터(35)에 의하여 직류 전력으로 변환되어, 축전 장치(30)에 축적된다. 한편, 엔진(8)의 출력 토크가 유압 펌프(9)의 구동 토크보다도 작을 때는, 어시스트 발전 모터(12)는 축전 장치(30)로부터의 전력에 의하여 전동기로서 구동되어, 엔진(8)에 의한 유압 펌프(9)의 구동을 보조(어시스트)한다.
선회 전동 모터(33)는, 축전 장치(30)에 충전된 전력이 공급됨으로써 구동되어, 선회 유압 모터(32)와 협동하여 하부 주행체(2) 상에서 상부 선회체(3)를 선회시킨다. 또한 선회 전동 모터(33)는, 상부 선회체(3)가 선회 감속한 때의 회생 동작에 의하여 교류 전력(회생 전력)을 발전한다. 이 교류 전력은 제2 인버터(37)에 의하여 직류 전력으로 변환되어 축전 장치(30)에 축적된다.
이와 같이, 유압 셔블(1)의 작동 시에는, 어시스트 발전 모터(12), 선회 전동 모터(33) 등이 구동되므로, 어시스트 발전 모터(12)를 제어하는 제1 인버터(35), 선회 전동 모터(33)를 제어하는 제2 인버터(37)가 발열하여 온도 상승한다. 또한 축전 장치(30)는 유압 셔블(1)의 운전 상황에 따라 충전과 방전을 행함으로써 발열하여 온도 상승한다.
이에 대하여, 본 실시 형태에서는, 온도 상승 밑 축전 장치(30)를 냉각하는 축전 장치용 냉각 시스템(41)과, 축전 장치(30)와는 별개로 제1, 제2 인버터(35, 37){인버터 장치(34)}를 냉각하는 인버터용 냉각 시스템(45)을 구비하고 있으며, 이하, 그 동작에 대하여 설명한다.
먼저, 축전 장치용 냉각 시스템(41)의 동작에 대하여 설명한다. 축전 장치용 냉각 시스템(41)은, 도 10에 도시한 바와 같이, 축전 장치용 라디에이터(42)와, 축전 장치용 냉각 펌프(43)와, 축전 장치용 냉각관로(44)에 의하여, 축전 장치(30)의 워터 재킷에 접속되는 폐 루프를 형성하고 있다. 따라서 축전 장치용 냉각 펌프(43)가 작동하면, 축전 장치(30)의 워터 재킷 내의 냉각수(냉매)는 축전 장치용 라디에이터(42)의 어퍼 탱크(42A)에 유입된다. 어퍼 탱크(42A)에 유입된 냉각수는 방열부(42C)를 통과하여 로워 탱크(42B)에 유입된다.
이때, 엔진(8)에 의하여 냉각 팬(8A)이 구동됨으로써, 열교환 장치 상류실(28) 내에 외기(냉각풍)가 공급된다. 이 냉각풍이 축전 장치용 라디에이터(42)의 방열부(42C)를 통과할 때, 냉각수의 열이 방열된다. 이로 인하여, 축전 장치용 라디에이터(42)의 로워 탱크(42B)에는 방열된 냉각수가 유입되고, 방열된 냉각수는 로워 탱크(42B)로부터 축전 장치용 냉각관로(44)를 통하여 축전 장치(30){케이싱(30A)}의 워터 재킷에 공급된다.
이와 같이 하여, 축전 장치(30)에 의하여 온도 상승한 냉각수는, 축전 장치용 냉각 펌프(43)에 의하여 축전 장치(30)의 워터 재킷과 축전 장치용 라디에이터(42) 사이를 순환하는 사이, 열교환 장치 상류실(28) 내에 공급되는 냉각풍에 의하여 냉각된다. 이 결과, 축전 장치용 냉각 시스템(41)에 의하여 축전 장치(30)를 항상 적정한 온도 범위에 유지할 수 있다.
다음으로, 인버터용 냉각 시스템(45)의 동작에 대하여 설명한다. 인버터용 냉각 시스템(45)은, 선회 전동 모터(33)의 워터 재킷과, 제1, 제2 인버터(35, 37)의 워터 재킷과, 인버터용 라디에이터(46)와, 인버터용 냉각 펌프(47)와, 인버터용 냉각관로(48)에 의하여 폐 루프를 형성하고 있다. 따라서 인버터용 냉각 펌프(47)가 작동하면, 제1, 제2 인버터(35, 37) 및 선회 전동 모터(33)의 워터 재킷 내의 냉각수(냉매)는 인버터용 라디에이터(46)의 어퍼 탱크(46A)에 유입된다. 어퍼 탱크(46A)에 유입된 냉각수는 방열부(46C)를 통과하여 로워 탱크(46B)에 유입된다.
이때, 열교환 장치 상류실(28) 내에 외기(냉각풍)가 공급되므로, 이 냉각풍이 인버터용 라디에이터(46)의 방열부(46C)를 통과할 때, 냉각수의 열이 방열된다. 이로 인하여, 인버터용 라디에이터(46)의 로워 탱크(46B)에는 방열된 냉각수가 유입된다. 방열된 냉각수는 로워 탱크(46B)로부터 인버터용 냉각관로(48)를 통하여 제1, 제2 인버터(35, 37) 및 선회 전동 모터(33)의 워터 재킷에 공급된다.
이와 같이 하여, 제1, 제2 인버터(35, 37) 및 선회 전동 모터(33)에 의하여 온도 상승한 냉각수는, 인버터용 냉각 펌프(47)에 의하여 제1, 제2 인버터(35, 37) 및 선회 전동 모터(33)의 워터 재킷과 인버터용 라디에이터(46) 사이를 순환하는 사이, 열교환 장치 상류실(28) 내에 공급되는 냉각풍에 의하여 냉각된다. 이 결과, 인버터용 냉각 시스템(45)에 의하여 제1, 제2 인버터(35, 37) 및 선회 전동 모터(33)를 항상 적정한 온도 범위에 유지할 수 있다.
이 경우, 본 실시 형태에 의한 유압 셔블(1)은, 축전 장치(30)를 냉각하는 축전 장치용 라디에이터(42)와, 제1, 제2 인버터(35, 37)로 이루어지는 인버터 장치(34)를 냉각하는 인버터용 라디에이터(46)를 서로 독립시켜 별개로 설치하고 있다. 또한 이들 축전 장치용 라디에이터(42)와 인버터용 라디에이터(46)를 열교환 장치 상류실(28) 내에서 열교환 장치(13)와 축전 장치(30) 사이에, 냉각풍의 흐름 방향 A에 대하여 병렬로 배치하고 있다.
이것에 의하여, 축전 장치용 냉각 시스템(41)은, 축전 장치용 라디에이터(42)를 사용하여 축전 장치(30)를 인버터 장치(34)와는 별도로 단독으로 냉각할 수 있다. 따라서 축전 장치용 냉각 시스템(41)은 축전 장치(30)를 냉각하는 데 최적의 냉각 온도를 설정할 수 있어, 축전 장치(30)를 효율적으로 냉각할 수 있다. 이 결과, 축전 장치(30)를 적정한 온도 범위 내에 유지할 수 있어, 축전 장치(30)를 항상 원활히 작동시킬 수 있으므로, 축전 장치(30)의 내용 연수도 향상시킬 수 있다.
한편, 인버터용 냉각 시스템(45)은, 인버터용 라디에이터(46)를 사용하여 인버터 장치(34)를 축전 장치(30)와는 별도로 냉각할 수 있다. 따라서 인버터용 냉각 시스템(45)은 인버터 장치(34) 및 선회 전동 모터(33)를 냉각하는 데 최적의 냉각 온도를 설정할 수 있어, 이들을 효율적으로 냉각할 수 있다. 이 결과, 인버터 장치(34)를 적정한 온도 범위 내에 유지할 수 있어, 인버터 장치(34)의 제1, 제2 인버터(35, 37)를 항상 원활히 작동시킬 수 있다.
게다가 축전 장치용 라디에이터(42)와 인버터용 라디에이터(46)는, 냉각풍의 흐름 방향 A에 있어서 열교환 장치(13)보다도 상류측이고, 또한 냉각풍의 흐름 방향 A에 대하여 병렬로 배치되어 있다. 이것에 의하여, 열교환 장치(13)를 통과하여 데워지기 전의 냉각풍을 축전 장치용 라디에이터(42)와 인버터용 라디에이터(46)에 대하여 균등하게 공급할 수 있다. 이 결과, 축전 장치(30)와 인버터 장치(34)의 제1, 제2 인버터(35, 37)를 효율적으로 냉각할 수 있다.
본 실시 형태에 의한 유압 셔블(1)은, 열교환 장치(13)에 공급되는 냉각풍의 흐름 방향 A에 대하여 열교환 장치(13)보다도 상류측으로 되는 열교환 장치 상류실(28) 내에 축전 장치(30)가 배치되어 있다. 이 축전 장치(30)보다도 전방측{캡(6)측}에는 인버터 장치(34)가 배치되어 있다. 이로 인하여, 본 실시 형태에서는, 예를 들어 종래 기술과 같이, 축전 장치와 인버터 장치를 열교환 장치보다도 냉각풍의 흐름 방향의 상류측에서 상, 하로 중첩시켜 배치하는 경우와 비교하여, 축전 장치(30)와 인버터 장치(34)가 냉각풍의 방해로 되는 것을 억제하여, 열교환 장치(13)에 대하여 충분한 냉각풍을 공급할 수 있다.
게다가 열교환 장치 상류실(28) 내에서는, 축전 장치용 라디에이터(42)가 인버터용 라디에이터(46)의 후방측{카운터 웨이트(7)측}에 배치되어 있다. 따라서 인버터 장치(34)와 축전 장치(30)의 전, 후 방향의 배치 관계와, 인버터용 라디에이터(46)와 축전 장치용 라디에이터(42)의 전, 후 방향의 배치 관계를 일치시킬 수 있다. 이것에 의하여, 축전 장치용 냉각 시스템(41)을 구성하는 축전 장치용 냉각관로(44)와 인버터용 냉각 시스템(45)을 구성하는 인버터용 냉각관로(48)를 서로 중첩되지 않게 정연히 배치할 수 있다. 이 결과, 예를 들어 축전 장치용 냉각 시스템(41), 인버터용 냉각 시스템(45)에 대한 메인터넌스 작업을 행할 때의 작업성을 높일 수 있다.
본 실시 형태에 의한 유압 셔블(1)에 의하면, 열교환 장치 상류실(28)은, 열교환 장치(13)의 전방측에 배치된 전방 구획판(14A)과, 열교환 장치(13)의 후방측에 배치된 후방 구획판(14B) 사이에서, 열교환 장치(13)보다도 냉각풍의 흐름 방향 A의 상류측에 형성된 공간으로서 형성되어 있다. 열교환 장치 상류실(28) 내에는 축전 장치용 라디에이터(42)와 인버터용 라디에이터(46)가 배치되어 있다. 이것에 의하여, 축전 장치용 라디에이터(42)와 인버터용 라디에이터(46)에 대하여 냉각 팬(8A)에 의한 대량의 냉각풍을 낭비 없이 공급할 수 있어, 축전 장치(30), 제1, 제2 인버터(35, 37)의 냉각을 촉진할 수 있다.
본 실시 형태에 의한 유압 셔블(1)은, 축전 장치(30)의 케이싱(30A)의 상면측에, 상면(30B1), 전방측면(30B2), 후방측면(30B3), 좌측면(30B4), 우측면(30B5)에 의하여 둘러싸인 접속 상자(30B)가 설치되어 있다. 이 접속 상자(30B)의 전방측면(30B2)에는 제1, 제2 케이블 접속구(30D, 30E)가 설치되고, 접속 상자(30B)의 후방측면(30B3)에는 신호선 접속구(30F)가 설치되어 있다. 이것에 의하여, 제1, 제2 케이블 접속구(30D, 30E)에 접속되는 케이블(36, 38)과, 신호선 접속구(30F)에 접속되는 신호선(40A)이, 접속 상자(30B)의 상면(30B1)으로부터 상방으로 돌출되는 것을 억제하여, 열교환 장치 상류실(28)에 공급되는 냉각풍의 방해로 되는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 축전 장치용 라디에이터(42) 및 인버터용 라디에이터(46)에 대하여 충분한 냉각풍을 공급할 수 있다.
본 실시 형태에 의한 유압 셔블(1)은, 축전 장치용 라디에이터(42)의 방열부(42C)의 하단부(42D) 및 인버터용 라디에이터(46)의 방열부(46C)의 하단부(46D)가, 축전 장치(30)의 상단부로 되는 접속 상자(30B)의 상면(30B1)의 높이 이상의 높이 위치에 배치되어 있다.
이것에 의하여, 냉각 팬(8A)에 의하여 열교환 장치 상류실(28) 내에 공급된 냉각풍은, 축전 장치(30)의 케이싱(30A)이나 접속 상자(30B)에 방해받지 않고 축전 장치용 라디에이터(42)의 방열부(42C) 및 인버터용 라디에이터(46)의 방열부(46C)에 공급된다. 이 결과, 인버터용 라디에이터(46)에 의하여 인버터 장치(34)를 효율적으로 냉각할 수 있음과 함께, 축전 장치용 라디에이터(42)에 의하여 축전 장치(30)를 효율적으로 냉각할 수 있다.
또한 실시 형태에서는, 인버터 장치(34)로서 제1 인버터(35)와 제2 인버터(37)의 2개의 인버터에 의하여 인버터 장치(34)를 구성한 경우를 예시하고 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 단일의 인버터에 의하여 인버터 장치를 구성해도 되고, 또는 3개 이상의 인버터에 의하여 인버터 장치를 구성해도 된다.
실시 형태에서는, 인버터용 냉각 시스템(45)이 인버터 장치(34)와 함께 선회 전동 모터(33)를 냉각하는 경우를 예시하고 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 인버터 장치(34)와는 별도로 선회 전동 모터(33)를 냉각하는 다른 냉각 시스템을 구비하는 구성으로 해도 된다.
실시 형태에서는, 하이브리드식 작업기로서, 크롤러 벨트(2D)를 구비한 크롤러식의 유압 셔블(1)을 예로 들어 설명하였다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 예를 들어 차륜을 구비한 휠식 유압 셔블, 휠 로더, 지게차, 덤프 트럭 등의 다양한 작업기에 널리 적용할 수 있다.
2: 하부 주행체(차체)
3: 상부 선회체(차체)
4: 작업 장치
7: 카운터 웨이트
8: 엔진
8A: 냉각 팬
9: 유압 펌프
12: 어시스트 발전 모터(제1 전동기)
13: 열교환 장치
14A: 전방 구획판
14B: 후방 구획판
28: 열교환 장치 상류실
30: 축전 장치
30B: 접속 상자
30B1: 상면
30B2: 전방측면(측면)
30B3: 후방측면(측면)
30D: 제1 케이블 접속구
30E: 제2 케이블 접속구
30F: 신호선 접속구
33: 선회 전동 모터(제2 전동기)
34: 인버터 장치
35: 제1 인버터
37: 제2 인버터
38: 케이블
39: 제어 장치
40A, 40B, 40C: 신호선
41: 축전 장치용 냉각 시스템
42: 축전 장치용 라디에이터
42A, 46A: 어퍼 탱크
42B, 46B: 로워 탱크
42C, 46C: 방열부
42D, 46D: 하단부
43: 축전 장치용 냉각 펌프
44: 축전 장치용 냉각관로
45: 인버터용 냉각 시스템
46: 인버터용 라디에이터
47: 인버터용 냉각 펌프
48: 인버터용 냉각관로

Claims (6)

  1. 전방측에 작업 장치가 설치된 자주 가능한 차체와, 상기 작업 장치와의 중량 균형을 잡기 위하여 해당 차체의 후방측에 설치된 카운터 웨이트와, 해당 카운터 웨이트의 전방측에 배치되어 유압 펌프를 구동하는 엔진과, 해당 엔진에 의하여 구동됨으로써 전력을 발전하거나, 또는 전력이 공급됨으로써 상기 엔진의 구동을 보조하는 전동기와, 엔진 냉각수 및 작동유 중 하나 이상을 포함하는 유체를 냉각하는 열교환 장치와, 해당 열교환 장치에 냉각풍을 공급하는 냉각 팬과, 상기 열교환 장치에 공급되는 냉각풍의 흐름 방향에 대하여 상기 열교환 장치보다도 상류측인 열교환 장치 상류실에 배치되어, 전력을 충전하거나 또는 전력을 방전하는 축전 장치와, 상기 전동기의 동작을 제어하는 인버터 장치를 구비하여 이루어지는 하이브리드식 작업기에 있어서,
    상기 축전 장치를 냉각하는 축전 장치용 라디에이터와, 해당 축전 장치용 라디에이터와는 별개로 설치되어 상기 인버터 장치를 냉각하는 인버터용 라디에이터를 구비하며,
    상기 축전 장치용 라디에이터와 상기 인버터용 라디에이터는, 상기 열교환 장치 상류실 내에서 상기 열교환 장치와 상기 축전 장치 사이에 위치하고, 상기 냉각풍의 흐름 방향에 대하여 병렬로 배치하는 구성으로 하고,
    상기 축전 장치의 상면측에는, 상기 인버터 장치로부터 연장되는 케이블과 상기 축전 장치의 단자와의 사이를 접속하는 접속 상자를 설치하고,
    상기 인버터용 라디에이터 및 상기 축전 장치용 라디에이터는, 냉각해야 하는 냉매가 유입되는 어퍼 탱크와, 냉각된 냉매가 유입되는 로워 탱크와, 상기 어퍼 탱크와 상기 로워 탱크 사이에 설치되어 냉매의 열을 냉각풍 중에 방열하는 방열부를 갖고,
    상기 인버터용 라디에이터의 상기 방열부의 하단부 및 상기 축전 장치용 라디에이터의 상기 방열부의 하단부는, 상기 접속 상자의 상면의 높이 이상의 높이 위치에 배치하는 구성으로서 이루어지는, 하이브리드식 작업기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 엔진에 의하여 구동되는 상기 전동기인 제1 전동기와는 별개로, 상기 축전 장치로부터 공급되는 전력에 의하여 구동되거나, 또는 회생 동작에 의하여 발전한 회생 전력을 상기 축전 장치에 충전하는 제2 전동기를 구비하며,
    상기 인버터 장치는, 상기 제1 전동기의 동작을 제어하는 제1 인버터와, 상기 제2 전동기의 동작을 제어하는 제2 인버터에 의하여 구성하여 이루어지는, 하이브리드식 작업기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 엔진은 좌, 우 방향으로 연장되는 횡배치 상태로 배치하고,
    상기 축전 장치와 상기 열교환 장치는 냉각풍의 흐름 방향에 대하여 직렬로 배치하며,
    상기 인버터 장치는 상기 차체의 전, 후 방향에 있어서 상기 축전 장치보다도 전방측에 배치하고,
    상기 인버터용 라디에이터는 상기 열교환 장치 상류실 내에서 상기 인버터 장치와 가까운 위치에 배치하고, 상기 축전 장치용 라디에이터는 상기 열교환 장치 상류실 내에서 상기 인버터용 라디에이터의 후방측에 배치하는 구성으로서 이루어지는, 하이브리드식 작업기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열교환 장치 상류실은, 상기 차체의 전, 후 방향에 있어서 상기 열교환 장치의 전방측에서 좌, 우 방향으로 연장되는 전방 구획 부재와, 상기 차체의 전, 후 방향에 있어서 상기 열교환 장치의 후방측에서 상기 카운터 웨이트를 따라 좌, 우 방향으로 연장되는 후방 구획 부재에 의하여 둘러싸이고, 상기 열교환 장치보다도 냉각풍의 흐름 방향의 상류측에 형성되는 공간에 의하여 구성하여 이루어지는, 하이브리드식 작업기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 접속 상자의 측면에는, 상기 케이블이 접속되는 케이블 접속구와, 상기 축전 장치에 의한 충전 또는 방전을 제어하는 제어 장치로부터의 신호선이 접속되는 신호선 접속구를 설치하는 구성으로서 이루어지는, 하이브리드식 작업기.
  6. 삭제
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