KR101876154B1 - 하이브리드식 작업기 - Google Patents

하이브리드식 작업기 Download PDF

Info

Publication number
KR101876154B1
KR101876154B1 KR1020177001532A KR20177001532A KR101876154B1 KR 101876154 B1 KR101876154 B1 KR 101876154B1 KR 1020177001532 A KR1020177001532 A KR 1020177001532A KR 20177001532 A KR20177001532 A KR 20177001532A KR 101876154 B1 KR101876154 B1 KR 101876154B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power storage
storage device
cooling
inverter
radiator
Prior art date
Application number
KR1020177001532A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170020880A (ko
Inventor
야스노리 오타
미츠구 오지마
슈지 에가와
유지 아즈마
Original Assignee
히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 히다찌 겐끼 가부시키가이샤 filed Critical 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Publication of KR20170020880A publication Critical patent/KR20170020880A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101876154B1 publication Critical patent/KR101876154B1/ko

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/2058Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2062Control of propulsion units
    • E02F9/2075Control of propulsion units of the hybrid type
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/30Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom
    • E02F3/32Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom working downwardly and towards the machine, e.g. with backhoes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K11/00Arrangement in connection with cooling of propulsion units
    • B60K11/02Arrangement in connection with cooling of propulsion units with liquid cooling
    • B60K11/04Arrangement or mounting of radiators, radiator shutters, or radiator blinds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/40Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the assembly or relative disposition of components
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/44Series-parallel type
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48Parallel type
    • B60K6/485Motor-assist type
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/08Superstructures; Supports for superstructures
    • E02F9/0858Arrangement of component parts installed on superstructures not otherwise provided for, e.g. electric components, fenders, air-conditioning units
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/08Superstructures; Supports for superstructures
    • E02F9/0858Arrangement of component parts installed on superstructures not otherwise provided for, e.g. electric components, fenders, air-conditioning units
    • E02F9/0866Engine compartment, e.g. heat exchangers, exhaust filters, cooling devices, silencers, mufflers, position of hydraulic pumps in the engine compartment
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/08Superstructures; Supports for superstructures
    • E02F9/0858Arrangement of component parts installed on superstructures not otherwise provided for, e.g. electric components, fenders, air-conditioning units
    • E02F9/0883Tanks, e.g. oil tank, urea tank, fuel tank
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/18Counterweights
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/2058Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2091Control of energy storage means for electrical energy, e.g. battery or capacitors
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/2058Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2095Control of electric, electro-mechanical or mechanical equipment not otherwise provided for, e.g. ventilators, electro-driven fans
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2278Hydraulic circuits
    • E02F9/2296Systems with a variable displacement pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00Liquid cooling
    • F01P3/20Cooling circuits not specific to a single part of engine or machine
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P5/00Pumping cooling-air or liquid coolants
    • F01P5/02Pumping cooling-air; Arrangements of cooling-air pumps, e.g. fans or blowers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B63/00Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/04Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B63/00Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/06Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2050/00Applications
    • F01P2050/24Hybrid vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)
  • Component Parts Of Construction Machinery (AREA)

Abstract

엔진(8)에 의해 구동됨으로써 발전하거나, 또는 전력이 공급됨으로써 엔진(8)을 보조하는 전동기(12)와, 냉각 팬(8A)에 의해 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)를 구비한다. 게다가, 축전 장치용 라디에이터(42)와, 축전 장치용 냉각 펌프(43)와, 축전 장치용 냉각관로(44)에 의해, 인버터 장치(34)와는 별개로 축전 장치(30)를 단독으로 냉각하는 축전 장치용 냉각 시스템(41)을 구성하고, 이 축전 장치용 냉각 시스템(41)을 열교환 장치 상류실(28) 내에 배치한다.

Description

하이브리드식 작업기{HYBRID-TYPE WORKING 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 구비하고, 이 엔진에 의해 유압 펌프를 구동한다. 이 유압 셔블은, 유압 펌프로부터 공급되는 압유에 의해 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 의해 구동됨으로써 발전하거나, 또는 축전 장치로부터의 전력에 의해 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 1계통의 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 1계통의 냉각 회로를 사용하여 함께 냉각하는 것이 곤란하다고 하는 문제가 있다.
특히, 축전 장치로서 사용되는 리튬 이온 전지는, 고온 상태에 노출됨으로써 전지가 조기에 열화되어 내용 연수가 짧아지기 때문에, 냉각 온도를 인버터에 비해 낮게 설정할 필요가 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 축전 장치를 다른 발열체와는 별개로 단독으로 냉각할 수 있도록 한 하이브리드식 작업기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 전방측에 작업 장치가 설치된 자주 가능한 차체와, 당해 차체의 후방측에 설치되며 상기 작업 장치와의 중량 균형을 잡는 카운터 웨이트와, 당해 카운터 웨이트의 전방측에 배치되며 유압 펌프를 구동하는 엔진과, 당해 엔진에 의해 구동됨으로써 전력을 발전하거나, 또는 전력이 공급됨으로써 상기 엔진의 구동을 보조하는 전동기와, 엔진 냉각수 및/또는 작동유를 포함하는 유체를 냉각하는 열교환 장치와, 당해 열교환 장치에 냉각풍을 공급하는 냉각 팬과, 상기 열교환 장치에 공급되는 냉각풍의 흐름 방향에 대하여 상기 열교환 장치보다도 상류측인 열교환 장치 상류실에 배치되며, 전력을 충전하거나 또는 전력을 방전하는 축전 장치를 구비하여 이루어지는 하이브리드식 작업기에 적용된다.
본 발명의 특징은, 상기 열교환 장치에 공급되는 냉각풍의 흐름 방향의 상류측인 상기 열교환 장치 상류실에는, 냉매를 사용하여 상기 축전 장치를 단독으로 냉각하는 축전 장치용 라디에이터와, 냉매를 순환시키는 냉각 펌프와, 당해 냉각 펌프와 상기 축전 장치용 라디에이터 사이를 접속하는 냉각관로를 설치하고, 상기 축전 장치용 라디에이터, 상기 냉각 펌프, 상기 냉각관로에 의해 폐루프로서 형성된 축전 장치용 냉각 시스템을 구성한 것에 있다.
이 구성에 의하면, 축전 장치용 라디에이터를 구비한 축전 장치용 냉각 시스템을 사용하여, 축전 장치를 다른 발열체와는 별개로 단독으로 냉각할 수 있다. 따라서, 축전 장치용 냉각 시스템은, 축전 장치 이외의 발열체를 냉각할 필요가 없으므로, 축전 장치를 냉각하는 데에 최적의 냉각 온도를 설정할 수 있다. 이 결과, 축전 장치를 항상 적정한 온도 범위 내로 유지할 수 있으므로, 축전 장치를 원활하게 작동시킬 수 있고, 내용 연수도 향상시킬 수 있다. 게다가, 축전 장치용 냉각 시스템을 구성하는 축전 장치용 라디에이터, 냉각 펌프, 냉각관로를 열교환 장치 상류실에 설치함으로써, 축전 장치용 냉각 시스템 전체를 콤팩트하게 구성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 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 방향으로부터 본 단면도이다.
도 5는 열교환 장치, 축전 장치, 축전 장치용 라디에이터, 인버터용 라디에이터 등에 공급되는 냉각풍의 흐름을, 상방으로부터 본 확대 평면도이다.
도 6은 열교환 장치, 축전 장치, 축전 장치용 라디에이터, 인버터용 라디에이터 등을 도시하는 주요부 확대의 사시도이다.
도 7은 열교환 장치, 축전 장치용 라디에이터, 축전 장치용 냉각 펌프, 인버터용 라디에이터, 인버터용 냉각 펌프 등을 도시하는 주요부 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 상세하게 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 의해 구성되어 있다. 상부 선회체(3)의 전방측에는 작업 장치(4)가 부앙동 가능하게 설치되며, 이 작업 장치(4)를 사용하여 토사의 굴삭 작업 등을 행할 수 있다.
하부 주행체(2)는 좌, 우측의 사이드 프레임(2A)(좌측만 도시)을 갖는 트랙 프레임과, 각 사이드 프레임(2A)의 전, 후방 방향(길이 방향)의 일측에 설치된 구동륜(2B)과, 전, 후방 방향의 타측에 설치된 유동륜(2C)과, 구동륜(2B)과 유동륜(2C)에 권회된 크롤러 벨트(2D)를 포함하여 구성되어 있다. 좌, 우측의 구동륜(2B)은, 유압 모터로 이루어지는 좌, 우측의 주행 모터(2E, 2F)(도 9 참조)에 의해 각각 구동되어, 크롤러 벨트(2D)를 회전 구동시킴으로써 유압 셔블(1)을 주행시키는 것이다.
작업 장치(4)는 후술하는 선회 프레임(5)의 전방부측에 부앙동 가능하게 설치된 붐(4A)과, 당해 붐(4A)의 선단부측에 회동 가능하게 설치된 아암(4B)과, 당해 아암(4B)의 선단부측에 회동 가능하게 설치된 버킷(4C)과, 이들을 구동하는 유압 실린더로 이루어지는 붐 실린더(4D), 아암 실린더(4E), 버킷 실린더(4F)에 의해 구성되어 있다.
상부 선회체(3)는 베이스로 되는 선회 프레임(5)과, 당해 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 평판 형상으로 형성되어 전, 후방 방향으로 연장된 저부판(5A)과, 당해 저부판(5A) 상에 기립 설치되며 좌, 우측 방향에서 대면하면서 전, 후방 방향으로 연장된 좌측 종판(5B) 및 우측 종판(5C)과, 좌측 종판(5B)으로부터 좌측으로 돌출되어 설치된 복수의 좌측 돌출 빔(5D)과, 우측 종판(5C)으로부터 우측으로 돌출되어 설치된 복수의 우측 돌출 빔(도시하지 않음)과, 각 좌측 돌출 빔(5D)의 선단부측에 고착되어 전, 후방 방향으로 연장된 좌측 사이드 프레임(5E)과, 각 우측 돌출 빔의 선단부측에 고착되어 전, 후방 방향으로 연장된 우측 사이드 프레임(5F)을 포함하여 구성되어 있다. 선회 프레임(5)의 후방부 좌측에는, 좌측 종판(5B)과 좌측 사이드 프레임(5E) 사이에 위치하며, 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(모두 도시하지 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 위치하며 선회 프레임(5)의 후방측에 배치되어 있다. 엔진(8)은 크랭크축(도시하지 않음)의 축선이 좌, 우측 방향으로 연장되는 횡배치 상태에서, 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 의해 회전됨으로써 외기를 흡입하고, 이 외기를 냉각풍으로서 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(도시하지 않음)의 축선이 연장되는 방향(좌, 우측 방향)과 일치하고 있다.
유압 펌프(9)는 엔진(8)의 우측(출력측)에 설치되어 있다. 이 유압 펌프(9)는 엔진(8)에 의해 구동됨으로써, 유압 셔블(1)에 탑재된 좌, 우측의 주행 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 설치되고, 당해 작동유 탱크(10)는 유압 액추에이터에 공급되는 작동유를 저류하고 있다.
컨트롤 밸브(11)는 엔진(8)의 전방측에 설치되어 있다. 당해 컨트롤 밸브(11)는 복수의 방향 제어 밸브의 집합체로 이루어져 있다. 컨트롤 밸브(11)는 캡(6) 내에 배치된 조작 레버(도시하지 않음)의 조작에 따라서, 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 의해 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 의해 구동됨으로써 발전하는 발전기로서의 기능과, 후술하는 축전 장치(30)로부터 공급되는 전력에 의해 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, 당해 지지 프레임체(14)에 부착된 인터쿨러(15), 라디에이터(16), 오일 쿨러(17), 에어컨 콘덴서(18), 연료 쿨러(19) 등을 포함하여 구성되어 있다. 이에 의해, 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 따라서 열교환 장치(13)의 후방측에 배치된 후방 구획 부재로서의 후방 구획판(14B)과, 전, 후방의 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, 우측 방향으로 연장됨과 함께 상, 하측 방향으로 연장되어 있다. 후방 구획판(14B)은, 열교환 장치(13)의 후방측으로부터 좌측 사이드 프레임(5E)을 향하여 좌, 우측 방향으로 연장됨과 함께 상, 하측 방향으로 연장되어 있다. 연결 부재(14C)는, 전, 후방 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 상자 형상으로 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(도시하지 않음)에 의해 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 의해 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 의해 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, 후방 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.
건조물 커버(21)는 카운터 웨이트(7)의 전방측에 위치하며 선회 프레임(5) 상에 설치되어 있다. 이 건조물 커버(21)는 엔진(8), 유압 펌프(9), 어시스트 발전 모터(12), 열교환 장치(13) 등을 덮는 것이다. 여기서, 건조물 커버(21)의 상측은, 상면판(22)과 엔진 커버(22A)에 의해 구성되어 있다. 건조물 커버(21)의 좌측은, 후술하는 좌측 전방측 도어(24)와 좌측 후방측 도어(25)에 의해 구성되어 있다. 건조물 커버(21)의 우측은 우측 도어(26)에 의해 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, 후방 방향에서 간격을 두고 대면하며, 후술하는 유틸리티실(29)의 전방측을 구획하는 것이다.
좌측 전방측 도어(24)는 전방 구획 커버(23)에 개방, 폐쇄 가능하게 설치되어 있다. 이 좌측 전방측 도어(24)는 힌지 부재를 통해 전방 구획 커버(23)에 회동 가능하게 지지되어 있다. 좌측 전방측 도어(24)는 전방 구획 커버(23)의 위치를 중심으로 하여 전, 후방 방향으로 회동함으로써, 후술하는 유틸리티실(29)을 개방, 폐쇄하는 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 통해 회동 가능하게 지지되어 있다. 좌측 후방측 도어(25)는 후방 구획판(14B)의 위치를 중심으로 하여 전, 후방 방향으로 회동함으로써, 후술하는 열교환 장치 상류실(28)을 개방, 폐쇄하는 것이다.
엔진실(27)은 건조물 커버(21) 내에 형성되어 있다(도 4 참조). 이 엔진실(27)은 건조물 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 의해 구획 형성되어 있다. 이 엔진실(27) 내에는, 엔진(8), 유압 펌프(9), 어시스트 발전 모터(12) 등이 수용되어 있다.
열교환 장치 상류실(28)은 건조물 커버(21) 내에서 열교환 장치(13)를 사이에 두고 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 건조물 커버(21)의 상면판(22)에 의해 덮이고, 또한, 좌측 후방측 도어(25)에 의해 개방, 폐쇄된다. 또한, 열교환 장치 상류실(28)의 내부에는, 후술하는 축전 장치(30), 축전 장치용 라디에이터(42), 인버터용 라디에이터(46) 등이 배치되어 있다.
유틸리티실(29)은 건조물 커버(21) 내에서 열교환 장치 상류실(28)의 전방측에 형성되어 있다. 이 유틸리티실(29)은 건조물 커버(21)를 구성하는 상면판(22) 및 좌측 전방측 도어(24)와, 전방 구획 커버(23)와, 전방 구획판(14A)에 의해 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 구성되고, 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 의해 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 이중층의 캐패시터를 사용하여 구성해도 되는 것이다.
여기서, 도 5, 도 6에 도시한 바와 같이, 축전 장치(30)는 내부에 복수의 배터리 모듈이 수용된 직육면체 형상의 케이싱(30A)과, 당해 케이싱(30A)보다도 소형의 상자체로 이루어지며 케이싱(30A) 상에 설치된 접속 상자(정션 박스)(30B)를 포함하여 구성되어 있다. 케이싱(30A)에는, 냉각수가 유통하는 워터 재킷(도시하지 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(도시하지 않음)가 수용되고, 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 의해 둘러싸여 있다. 후방측면(30B3)의 좌, 우측 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, 우측 방향으로 나열되어 형성되어 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 형성되어 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 형성된 제1, 제2 케이블 접속구(30D, 30E)와, 접속 상자(30B)의 후방측면(30B3)에 형성된 신호선 접속구(30F)는, 접속 상자(30B)의 상면(30B1)보다도 낮은 위치에 배치되어 있다. 이에 의해, 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 의해 구동되는 선회 유압 모터(32)와, 당해 선회 유압 모터(32)에 부설된 후술하는 선회 전동 모터(33)에 의해 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(모두 도시하지 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 감속하였을 때의 회생 동작에 의해 회생 전력을 발전하고, 이 회생 전력을 축전 장치(30)에 충전한다.
즉, 선회 전동 모터(33)는 후술하는 케이블(38)을 통해 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 통해 축전 장치(30)에 공급되어, 축전 장치(30)의 충전이 행해진다.
다음에, 하이브리드식의 유압 셔블(1)의 전동 시스템에 대하여 설명한다.
도 9에 도시한 바와 같이, 유압 셔블(1)의 전동 시스템은, 전술한 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 의해 구성되고, 각 스위칭 소자의 온/오프가 제어부(35A)에 의해 제어되는 것이다. 또한, 제1 인버터(35)의 케이싱에는, 냉각수가 유통하는 워터 재킷(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
여기서, 제1 인버터(35)와 축전 장치(30)는, 정극측(플러스측)과 부극측(마이너스측)에서 한 쌍의 케이블(직류 모선)(36)을 통해 서로 접속되어 있다. 어시스트 발전 모터(12)의 발전 시에는, 제1 인버터(35)는 어시스트 발전 모터(12)에 의한 발전 전력을 직류 전력으로 변환하고, 케이블(36)을 통해 축전 장치(30)에 공급한다. 한편, 어시스트 발전 모터(12)를 전동기로서 구동할 때에는, 제1 인버터(35)는 케이블(36)을 통해 축전 장치(30)로부터 공급되는 직류 전력을 삼상 교류 전력으로 변환하여, 어시스트 발전 모터(12)에 공급한다.
제2 인버터(37)는 제1 인버터(35)와 상, 하로 겹친 상태에서 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 의해 구성되며, 각 스위칭 소자의 온/오프가 제어부(37A)에 의해 제어되는 것이다. 또한, 제2 인버터(37)의 케이싱에는, 냉각수가 유통하는 워터 재킷(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
여기서, 제2 인버터(37)와 축전 장치(30)는, 정극측(플러스측)과 부극측(마이너스측)에서 한 쌍의 케이블(직류 모선)(38)을 통해 서로 접속되어 있다. 선회 전동 모터(33)가 상부 선회체(3)를 선회 구동할 때에는, 제2 인버터(37)는 케이블(38)을 통해 공급되는 직류 전력을 삼상 교류 전력으로 변환하여, 선회 전동 모터(33)에 공급한다. 한편, 상부 선회체(3)의 선회 감속 시에 선회 전동 모터(33)가 회생 동작에 의해 회생 전력을 발전하였을 때에는, 제2 인버터(37)는 선회 전동 모터(33)에 의한 회생 전력을 직류 전력으로 변환하고, 케이블(38)을 통해 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 통해 축전 장치(30)의 제어부(30C)에 접속되고, 신호선(40B)을 통해 제1 인버터(35)의 제어부(35A)에 접속되어 있다. 또한, 제어 장치(39)는 신호선(40C)을 통해 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.
다음에, 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 폐루프를 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 위치하며, 열교환 장치(13)와 축전 장치(30) 사이에 배치되어 있다. 이 축전 장치용 라디에이터(42)는 축전 장치(30)의 케이싱(30A)에 형성된 워터 재킷을 흐르는 냉각수를 냉각함으로써, 축전 장치(30)를 냉각하는 것이다.
축전 장치용 라디에이터(42)는 받침대 부재(20) 상을 전, 후방 방향으로 연장되는 상자 형상을 이루고, 축전 장치(30)에 의해 가열된 냉각수가 유입되는 상부 탱크(42A)와, 냉각된 냉각수가 유입되는 하부 탱크(42B)와, 상부 탱크(42A)와 하부 탱크(42B) 사이에 설치된 방열부(코어)(42C)에 의해 대략 구성되어 있다.
방열부(42C)는, 상단부측이 상부 탱크(42A)로 개구됨과 함께 하단부측이 하부 탱크(42B)로 개구되는 복수개의 세관과, 이들 각 세관에 접속된 방열 핀에 의해 구성되어 있다. 방열부(42C)는, 상부 탱크(42A)에 유입된 냉각수가 각 세관을 통해 하부 탱크(42B)에 유입되는 동안에, 냉각풍에 노출되는 방열 핀을 통해 냉각수의 열을 방열하는 것이다.
따라서, 축전 장치(30)에 의해 가열된 냉각수는, 축전 장치용 냉각 펌프(43)에 의해 순환되어, 축전 장치용 라디에이터(42)의 상부 탱크(42A)에 유입된 후, 방열부(42C)를 통과하는 동안에, 냉각 팬(8A)에 의해 열교환 장치 상류실(28) 내에 공급되는 냉각풍에 의해 냉각된다. 방열부(42C)에 의해 방열된 냉각수는, 축전 장치용 라디에이터(42)의 하부 탱크(42B)로부터 축전 장치용 냉각관로(44)를 통해 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 동일 평면 내에 배치되어 있다. 즉, 방열부(42C)의 하단부(42D)는, 접속 상자(30B)의 상면(30B1)의 높이 이상의 높이 위치에 배치되어 있다. 이에 의해, 엔진(8)의 냉각 팬(8A)에 의해 열교환 장치 상류실(28) 내에 냉각풍이 유입되었을 때에, 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 다른 냉각 펌프로서의 인버터용 냉각 펌프(47)와, 인버터용 라디에이터(46), 제1, 제2 인버터(35, 37) 및 선회 전동 모터(33)를 서로 접속하는 다른 냉각관로로서의 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 폐루프를 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 위치하며, 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, 후방 방향으로 연장되는 상자 형상을 이루고, 제1, 제2 인버터(35, 37) 및 선회 전동 모터(33)에 의해 가열된 냉각수가 유입되는 상부 탱크(46A)와, 냉각된 냉각수가 유입되는 하부 탱크(46B)와, 상부 탱크(46A)와 하부 탱크(46B) 사이에 설치된 방열부(코어)(46C)에 의해 대략 구성되어 있다.
방열부(46C)는, 상단부측이 상부 탱크(46A)로 개구됨과 함께 하단부측이 하부 탱크(46B)로 개구되는 복수개의 세관과, 이들 각 세관에 접속된 방열 핀에 의해 구성되어 있다. 방열부(46C)는, 상부 탱크(46A)에 유입된 냉각수가 각 세관을 통해 하부 탱크(46B)에 유입되는 동안에, 냉각풍에 노출되는 방열 핀을 통해 냉각수의 열을 방열하는 것이다.
따라서, 제1, 제2 인버터(35, 37) 및 선회 전동 모터(33)에 의해 가열된 냉각수는, 인버터용 냉각 펌프(47)에 의해 순환되어, 인버터용 라디에이터(46)의 상부 탱크(46A)에 유입된 후, 방열부(46C)를 통과하는 동안에, 냉각 팬(8A)에 의해 열교환 장치 상류실(28) 내에 공급되는 냉각풍에 의해 냉각된다. 방열부(46C)에 의해 방열된 냉각수는, 인버터용 라디에이터(46)의 하부 탱크(46B)로부터 인버터용 냉각관로(48)를 통해 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 동일 평면 내에 배치되어 있다. 즉, 방열부(46C)의 하단부(46D)는, 접속 상자(30B)의 상면(30B1)의 높이 이상의 높이 위치에 배치되어 있다. 이에 의해, 열교환 장치 상류실(28) 내에 냉각풍이 유입되었을 때에, 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 각각 설치함으로써, 축전 장치(30)와 제1, 제2 인버터(35, 37)를 개별로 냉각할 수 있다. 이에 의해, 축전 장치(30)는 축전 장치용 라디에이터(42)에 의해 적정한 온도 범위로 유지할 수 있다. 또한, 제1, 제2 인버터(35, 37)는, 인버터용 라디에이터(46)에 의해 적정한 온도 범위로 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. 이에 의해, 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 데에 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 상류측이며, 또한 냉각풍의 흐름 방향 A에 대하여 병렬로 배치되어 있다. 이에 의해, 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 위치하며 유틸리티실(29) 내에 배치되어 있다. 한편, 인버터용 라디에이터(46)는 열교환 장치 상류실(28) 내에 있어서 인버터 장치(34)와 가까운 전방측[전방 구획판(14A)측]에 배치되고, 축전 장치용 라디에이터(42)는 열교환 장치 상류실(28) 내에 있어서 인버터용 라디에이터(46)의 후방측[후방 구획판(14B)측]에 배치되어 있다.
이에 의해, 인버터 장치(34)와 축전 장치(30)의 전, 후방 방향의 배치 관계와, 인버터용 라디에이터(46)와 축전 장치용 라디에이터(42)의 전, 후방 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 중첩하지 않고 정연하게 배치할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 하이브리드식의 유압 셔블(1)은 상술한 바와 같은 구성을 갖는 것이며, 다음에, 그 동작에 대하여 설명한다.
캡(6)에 탑승한 오퍼레이터가 엔진(8)을 작동시키면, 엔진(8)에 의해 유압 펌프(9)와 어시스트 발전 모터(12)가 구동된다. 이에 의해, 유압 펌프(9)로부터 토출된 압유는, 캡(6) 내에 설치된 조작 레버(도시하지 않음)의 조작에 따라서, 좌, 우측의 주행 모터(2E, 2F), 선회 유압 모터(32), 작업 장치(4)의 붐 실린더(4D), 아암 실린더(4E), 버킷 실린더(4F)에 공급된다. 이에 의해, 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 의해 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 통해 외부로 배출된다.
여기서, 유압 셔블(1)의 작동 시에 엔진(8)의 출력 토크가 유압 펌프(9)의 구동 토크보다도 클 때에는, 잉여 토크에 의해 어시스트 발전 모터(12)가 발전기로서 구동된다. 이에 의해, 어시스트 발전 모터(12)는 교류 전력을 발생하고, 이 교류 전력은 제1 인버터(35)에 의해 직류 전력으로 변환되어, 축전 장치(30)에 축적된다. 한편, 엔진(8)의 출력 토크가 유압 펌프(9)의 구동 토크보다도 작을 때에는, 어시스트 발전 모터(12)는 축전 장치(30)로부터의 전력에 의해 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 구동되며, 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 감속하였을 때의 회생 동작에 의해 교류 전력(회생 전력)을 발전한다. 이 교류 전력은 제2 인버터(37)에 의해 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 따라서 충전과 방전을 행함으로써 발열하여 온도 상승한다.
이에 반해, 본 실시 형태에서는, 온도 상승한 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 있고, 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 의해, 축전 장치(30)의 워터 재킷에 접속되는 폐루프를 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 상부 탱크(42A)에 유입된다. 상부 탱크(42A)에 유입된 냉각수는, 방열부(42C)를 통과하여 하부 탱크(42B)에 유입된다.
이때, 엔진(8)에 의해 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 때에, 냉각수의 열이 방열된다. 이 때문에, 축전 장치용 라디에이터(42)의 하부 탱크(42B)에는 방열된 냉각수가 유입하고, 방열된 냉각수는, 하부 탱크(42B)로부터 축전 장치용 냉각관로(44)를 통해 축전 장치(30)[케이싱(30A)]의 워터 재킷에 공급된다.
이와 같이 하여, 축전 장치(30)에 의해 온도 상승한 냉각수는, 축전 장치용 냉각 펌프(43)에 의해 축전 장치(30)의 워터 재킷과 축전 장치용 라디에이터(42) 사이를 순환하는 동안에, 열교환 장치 상류실(28) 내에 공급되는 냉각풍에 의해 냉각된다. 이 결과, 축전 장치용 냉각 시스템(41)에 의해, 축전 장치(30)를 항상 적정한 온도 범위로 유지할 수 있다.
다음에, 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 의해 폐루프를 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 상부 탱크(46A)에 유입된다. 상부 탱크(46A)에 유입된 냉각수는, 방열부(46C)를 통과하여 하부 탱크(46B)에 유입된다.
이때, 열교환 장치 상류실(28) 내에 외기(냉각풍)가 공급되므로, 이 냉각풍이, 인버터용 라디에이터(46)의 방열부(46C)를 통과할 때에, 냉각수의 열이 방열된다. 이 때문에, 인버터용 라디에이터(46)의 하부 탱크(46B)에는 방열된 냉각수가 유입된다. 방열된 냉각수는, 하부 탱크(46B)로부터 인버터용 냉각관로(48)를 통해 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 의해 온도 상승한 냉각수는, 인버터용 냉각 펌프(47)에 의해 제1, 제2 인버터(35, 37) 및 선회 전동 모터(33)의 워터 재킷과 인버터용 라디에이터(46) 사이를 순환하는 동안에, 열교환 장치 상류실(28) 내에 공급되는 냉각풍에 의해 냉각된다. 이 결과, 인버터용 냉각 시스템(45)에 의해, 제1, 제2 인버터(35, 37) 및 선회 전동 모터(33)를 항상 적정한 온도 범위로 유지할 수 있다.
이 경우, 본 실시 형태에 따른 유압 셔블(1)은 축전 장치용 라디에이터(42)와, 축전 장치용 냉각 펌프(43)와, 축전 장치용 냉각관로(44)에 의해, 폐루프를 형성하는 축전 장치용 냉각 시스템(41)을 구성하고 있다. 이 축전 장치용 냉각 시스템(41)은 냉각풍의 흐름 방향 A에 있어서 열교환 장치(13)의 상류측으로 되는 열교환 장치 상류실(28) 내에 배치되며, 축전 장치(30)의 워터 재킷에 접속되어 있다.
이에 의해, 축전 장치용 냉각 시스템(41)은 인버터 장치(34) 등의 다른 발열체와는 별개로 축전 장치(30)를 단독으로 냉각할 수 있기 때문에, 축전 장치(30)를 냉각하는 데에 최적의 냉각 온도를 설정할 수 있다. 이 결과, 축전 장치용 냉각 시스템(41)에 의해, 축전 장치(30)를 항상 적정한 온도 범위 내로 유지할 수 있으므로, 축전 장치(30)를 항상 원활하게 작동시킬 수 있고, 축전 장치(30)의 내용 연수도 향상시킬 수 있다.
게다가, 축전 장치용 라디에이터(42), 축전 장치용 냉각 펌프(43), 축전 장치용 냉각관로(44)를 열교환 장치 상류실(28) 내에 설치함으로써, 축전 장치용 냉각 시스템(41) 전체를 콤팩트하게 구성할 수 있다. 이 결과, 예를 들어 축전 장치용 냉각 시스템(41)에 대한 메인터넌스 시의 작업성을 높일 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 데에 최적의 냉각 온도를 설정할 수 있어, 이들을 효율적으로 냉각할 수 있다. 이 결과, 인버터 장치(34)를 적정한 온도 범위 내로 유지할 수 있어, 인버터 장치(34)의 제1, 제2 인버터(35, 37)를 항상 원활하게 작동시킬 수 있다.
게다가, 축전 장치용 라디에이터(42)와 인버터용 라디에이터(46)는, 냉각풍의 흐름 방향 A에 있어서 열교환 장치(13)보다도 상류측이며, 또한 냉각풍의 흐름 방향 A에 대하여 병렬로 배치되어 있다. 이에 의해, 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 따른 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. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 예를 들어 종래 기술과 같이, 축전 장치와 인버터 장치를 열교환 장치보다도 냉각풍의 흐름 방향의 상류측에서 상, 하로 겹쳐 배치하는 경우에 비해, 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) 내에 있어서는, 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, 후방 방향의 배치 관계와, 인버터용 라디에이터(46)와 축전 장치용 라디에이터(42)의 전, 후방 방향의 배치 관계를 일치시킬 수 있다. 이에 의해, 축전 장치용 냉각 시스템(41)을 구성하는 축전 장치용 냉각관로(44)와, 인버터용 냉각 시스템(45)을 구성하는 인버터용 냉각관로(48)를 서로 중첩하지 않고 정연하게 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 따른 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. 이에 의해, 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 따른 유압 셔블(1)은 축전 장치(30)의 케이싱(30A)의 상면측에, 상면(30B1), 전방측면(30B2), 후방측면(30B3), 좌측면(30B4), 우측면(30B5)에 의해 둘러싸인 접속 상자(30B)가 설치되어 있다. 이 접속 상자(30B)의 전방측면(30B2)에는, 제1, 제2 케이블 접속구(30D, 30E)가 형성되고, 접속 상자(30B)의 후방측면(30B3)에는, 신호선 접속구(30F)가 형성되어 있다. 이에 의해, 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 따른 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.
이에 의해, 냉각 팬(8A)에 의해 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 의해 인버터 장치(34)를 효율적으로 냉각할 수 있음과 함께, 축전 장치용 라디에이터(42)에 의해 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 의해 인버터 장치(34)를 구성한 경우를 예시하고 있다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 단일의 인버터에 의해 인버터 장치를 구성해도 되고, 또는 3개 이상의 인버터에 의해 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 않고, 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 않고, 예를 들어 차륜을 구비한 휠식 유압 셔블, 휠 로더, 포크리프트, 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 : 상부 탱크
42B, 46B : 하부 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(다른 냉각 펌프)
48 : 인버터용 냉각관로(다른 냉각관로)

Claims (5)

  1. 전방측에 작업 장치가 설치된 자주 가능한 차체와, 당해 차체의 후방측에 설치되며 상기 작업 장치와의 중량 균형을 잡는 카운터 웨이트와, 당해 카운터 웨이트의 전방측에 배치되며 유압 펌프를 구동하는 엔진과, 당해 엔진에 의해 구동됨으로써 전력을 발전하거나, 또는 전력이 공급됨으로써 상기 엔진의 구동을 보조하는 전동기와, 엔진 냉각수 및/또는 작동유를 포함하는 유체를 냉각하는 열교환 장치와, 당해 열교환 장치에 냉각풍을 공급하는 냉각 팬과, 상기 열교환 장치에 공급되는 냉각풍의 흐름 방향에 대하여 상기 열교환 장치보다도 상류측인 열교환 장치 상류실에 배치되며, 전력을 충전하거나 또는 전력을 방전하는 축전 장치를 구비하여 이루어지는 하이브리드식 작업기에 있어서,
    상기 열교환 장치에 공급되는 냉각풍의 흐름 방향의 상류측인 상기 열교환 장치 상류실에는, 냉매를 사용하여 상기 축전 장치를 단독으로 냉각하는 축전 장치용 라디에이터와, 냉매를 순환시키는 냉각 펌프와, 당해 냉각 펌프와 상기 축전 장치용 라디에이터 사이를 접속하는 냉각관로를 설치하고,
    상기 축전 장치용 라디에이터, 상기 냉각 펌프, 상기 냉각관로에 의해 폐루프로서 형성된 축전 장치용 냉각 시스템을 구성하고,
    상기 엔진에 의해 구동되는 상기 전동기인 제1 전동기와는 별개로, 상기 축전 장치로부터 공급되는 전력에 의해 구동되거나, 또는 회생 동작에 의해 발전한 회생 전력을 상기 축전 장치에 충전하는 제2 전동기를 설치하고,
    상기 제1 전동기의 동작을 제어하는 제1 인버터와, 상기 제2 전동기의 동작을 제어하는 제2 인버터로 이루어지는 인버터 장치를 설치하고,
    상기 제1, 제2 인버터를 냉각하는 인버터용 라디에이터를 설치하고,
    상기 인버터용 라디에이터는, 냉매를 순환시키는 다른 냉각 펌프와, 당해 다른 냉각 펌프와 상기 인버터용 라디에이터 사이를 접속하는 다른 냉각관로에 의해 폐루프로서 형성된 인버터용 냉각 시스템을 구성하고,
    상기 축전 장치용 라디에이터는, 냉각해야 할 냉매가 유입되는 상부 탱크와, 냉각된 냉매가 유입되는 하부 탱크와, 상기 상부 탱크와 상기 하부 탱크 사이에 설치되어 냉매의 열을 냉각풍 중에 방열하는 방열부를 갖고,
    상기 축전 장치용 라디에이터의 상기 방열부의 하단부는, 상기 축전 장치의 상면의 높이 이상의 높이 위치에 배치하는 구성으로서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 작업기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 축전 장치용 냉각 시스템의 상기 축전 장치용 라디에이터는, 상기 열교환 장치 상류실 내에서 상기 냉각풍의 흐름 방향에 있어서 상기 열교환 장치와 상기 축전 장치 사이에 배치하는 구성으로서 이루어지는, 하이브리드식 작업기.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열교환 장치 상류실은, 상기 차체의 전, 후방 방향에 있어서 상기 열교환 장치의 전방측에서 좌, 우측 방향으로 연장되는 전방 구획 부재와, 상기 차체의 전, 후방 방향에 있어서 상기 열교환 장치의 후방측에서 상기 카운터 웨이트를 따라서 좌, 우측 방향으로 연장되는 후방 구획 부재에 의해 둘러싸이며, 냉각풍의 흐름 방향의 상류측에 형성되는 공간에 의해 구성되어 이루어지는, 하이브리드식 작업기.
KR1020177001532A 2014-07-28 2015-07-13 하이브리드식 작업기 KR101876154B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014152860A JP6469381B2 (ja) 2014-07-28 2014-07-28 ハイブリッド式作業機
JPJP-P-2014-152860 2014-07-28
PCT/JP2015/070012 WO2016017409A1 (ja) 2014-07-28 2015-07-13 ハイブリッド式作業機

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170020880A KR20170020880A (ko) 2017-02-24
KR101876154B1 true KR101876154B1 (ko) 2018-07-06

Family

ID=55217315

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177001532A KR101876154B1 (ko) 2014-07-28 2015-07-13 하이브리드식 작업기

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10066358B2 (ko)
EP (1) EP3176334B1 (ko)
JP (1) JP6469381B2 (ko)
KR (1) KR101876154B1 (ko)
CN (1) CN106661862B (ko)
WO (1) WO2016017409A1 (ko)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6469381B2 (ja) * 2014-07-28 2019-02-13 日立建機株式会社 ハイブリッド式作業機
JP5904624B1 (ja) * 2014-08-21 2016-04-13 ニチユ三菱フォークリフト株式会社 産業用車両
JP5904626B1 (ja) * 2014-08-21 2016-04-13 ニチユ三菱フォークリフト株式会社 産業用車両
US10252611B2 (en) * 2015-01-22 2019-04-09 Ford Global Technologies, Llc Active seal arrangement for use with vehicle condensers
US10184227B2 (en) * 2016-06-21 2019-01-22 Kubota Corporation Work machine
JP6894814B2 (ja) 2017-09-21 2021-06-30 日立建機株式会社 ハイブリッド式作業機械
US10813286B2 (en) * 2017-11-15 2020-10-27 Cnh Industrial America Llc System and method for adjusting the flow orientation of an air flow exhausted from an agricultural harvester
DE102018115036A1 (de) * 2018-06-22 2019-12-24 Weidemann GmbH Arbeitsfahrzeug mit elektrischem Energiespeicher
JP7119900B2 (ja) * 2018-10-26 2022-08-17 トヨタ自動車株式会社 車両用冷却装置
DE102019106006A1 (de) * 2019-03-08 2020-09-10 Wacker Neuson Linz Gmbh Arbeitsmaschine mit Elektroantrieb und Kühlvorrichtung
JP7290070B2 (ja) * 2019-06-07 2023-06-13 株式会社デンソー 流体循環システム
JP7321008B2 (ja) * 2019-06-24 2023-08-04 株式会社クボタ 電動作業車
JP7420005B2 (ja) 2020-01-06 2024-01-23 株式会社デンソー 冷却制御装置、冷却システム、プログラム及び制御方法
WO2021140991A1 (ja) * 2020-01-06 2021-07-15 株式会社デンソー 冷却制御装置、冷却システム、プログラム及び制御方法
WO2021166117A1 (ja) * 2020-02-19 2021-08-26 日立建機株式会社 車両用熱交換システム及びダンプトラック
JP7243667B2 (ja) * 2020-03-17 2023-03-22 井関農機株式会社 作業車両
KR20210129482A (ko) * 2020-04-20 2021-10-28 현대자동차주식회사 차량용 전력계의 냉각 시스템
JP2022077853A (ja) * 2020-11-12 2022-05-24 住友建機株式会社 ショベル
JP2023062508A (ja) * 2021-10-21 2023-05-08 ヤンマーホールディングス株式会社 電動式作業機械
WO2023145293A1 (ja) * 2022-01-27 2023-08-03 株式会社小松製作所 作業機械
EP4306723A1 (en) * 2022-07-15 2024-01-17 Yanmar Holdings Co., Ltd. Electric work machine
WO2024023942A1 (ja) * 2022-07-26 2024-02-01 日産自動車株式会社 車両冷却系構造

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004196076A (ja) * 2002-12-17 2004-07-15 Toyota Motor Corp 車両用冷却装置
JP2006069423A (ja) * 2004-09-03 2006-03-16 Toyota Motor Corp 機器冷却システム、このシステムを搭載した自動車及び冷却ファン
KR20090024285A (ko) * 2006-08-02 2009-03-06 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼 하이브리드 작업 차량
JP2013188098A (ja) * 2012-03-12 2013-09-19 Daimler Ag ハイブリッド電気自動車の冷却装置

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7388301B2 (en) * 2005-10-12 2008-06-17 Kobelco Construction Machinery Co., Ltd. Construction machine
JP2007284873A (ja) * 2006-04-12 2007-11-01 Takeuchi Seisakusho:Kk 作業車
US8703311B2 (en) * 2008-03-05 2014-04-22 Calsonic Kansei Corporation Vehicle battery cooling device
CN102216198B (zh) * 2008-11-18 2014-09-10 住友重机械工业株式会社 工作机械
JP2010270555A (ja) * 2009-05-25 2010-12-02 Kobelco Contstruction Machinery Ltd 作業機械の架台
JP5338479B2 (ja) * 2009-05-25 2013-11-13 コベルコ建機株式会社 ハイブリッド作業機械
JP5163593B2 (ja) * 2009-05-25 2013-03-13 コベルコ建機株式会社 ハイブリッド作業機械
JP5189041B2 (ja) * 2009-07-17 2013-04-24 住友建機株式会社 ハイブリッド型建設機械
JP5113198B2 (ja) * 2010-01-19 2013-01-09 日立建機株式会社 建設機械の冷却構造
JP5499860B2 (ja) * 2010-04-14 2014-05-21 コベルコ建機株式会社 ハイブリッド作業機械の機器冷却装置
WO2012081620A1 (ja) * 2010-12-15 2012-06-21 住友重機械工業株式会社 ショベル
JP5527896B2 (ja) * 2010-12-28 2014-06-25 日立建機株式会社 ハイブリッド式作業機の冷却システム
JP2012154092A (ja) * 2011-01-26 2012-08-16 Kobelco Contstruction Machinery Ltd ハイブリッド建設機械
JP5290345B2 (ja) * 2011-03-31 2013-09-18 株式会社小松製作所 発電電動機および作業機械
JP5247848B2 (ja) * 2011-03-31 2013-07-24 株式会社小松製作所 建設機械
JP5274610B2 (ja) * 2011-03-31 2013-08-28 株式会社小松製作所 建設機械
CN103534418B (zh) * 2011-05-16 2016-06-08 日立建机株式会社 工程机械
JP5160668B2 (ja) * 2011-06-17 2013-03-13 株式会社小松製作所 油圧ショベル
CN103121401A (zh) * 2011-11-21 2013-05-29 北汽福田汽车股份有限公司 电动汽车冷却水路、电动汽车冷却系统以及电动汽车
CN102926417A (zh) * 2012-11-16 2013-02-13 山推工程机械股份有限公司 电驱动推土机及其冷却装置
KR101438608B1 (ko) * 2012-12-13 2014-09-05 현대자동차 주식회사 차량용 쿨링모듈
CN104487303A (zh) * 2013-07-23 2015-04-01 株式会社小松制作所 混合动力作业机械及混合动力作业机械的发动机自动停止控制方法
NL2011596C2 (nl) * 2013-10-11 2015-04-14 Hudson Bay Holding B V Elektrische aandrijving van mobiele inrichting.
JP6175405B2 (ja) * 2014-05-30 2017-08-02 日立建機株式会社 建設機械
JP6356002B2 (ja) * 2014-07-28 2018-07-11 日立建機株式会社 ハイブリッド式作業機
JP6469381B2 (ja) * 2014-07-28 2019-02-13 日立建機株式会社 ハイブリッド式作業機
JP6132273B2 (ja) * 2014-07-28 2017-05-24 日立建機株式会社 ハイブリッド式作業機
US20170291501A1 (en) * 2014-10-14 2017-10-12 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Hybrid Construction Machinery
JP6388285B2 (ja) * 2015-03-03 2018-09-12 日立建機株式会社 ハイブリッド式建設機械

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004196076A (ja) * 2002-12-17 2004-07-15 Toyota Motor Corp 車両用冷却装置
JP2006069423A (ja) * 2004-09-03 2006-03-16 Toyota Motor Corp 機器冷却システム、このシステムを搭載した自動車及び冷却ファン
KR20090024285A (ko) * 2006-08-02 2009-03-06 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼 하이브리드 작업 차량
JP2013188098A (ja) * 2012-03-12 2013-09-19 Daimler Ag ハイブリッド電気自動車の冷却装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN106661862B (zh) 2019-08-23
US20170226715A1 (en) 2017-08-10
EP3176334A1 (en) 2017-06-07
WO2016017409A1 (ja) 2016-02-04
EP3176334B1 (en) 2020-01-01
JP2016030923A (ja) 2016-03-07
EP3176334A4 (en) 2018-04-18
CN106661862A (zh) 2017-05-10
US10066358B2 (en) 2018-09-04
KR20170020880A (ko) 2017-02-24
JP6469381B2 (ja) 2019-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101876154B1 (ko) 하이브리드식 작업기
KR101860657B1 (ko) 하이브리드식 작업기
KR101832651B1 (ko) 하이브리드식 작업기
JP3998025B2 (ja) ハイブリッド式建設機械
JP2007107231A (ja) ハイブリッド式建設機械
US20230417019A1 (en) Electric work machine
US20230417022A1 (en) Electric work machine
US20240175238A1 (en) Electric Work Machine
JP2024004139A (ja) 電動式作業機械
JP6606118B2 (ja) 建設機械
US20240018745A1 (en) Electric Work Vehicle
US20230131436A1 (en) Electric Work Machine
JP2024004141A (ja) 電動式作業機械
US20240133156A1 (en) Electric Work Machine
WO2024048151A1 (ja) 電動式建設機械
KR20240055637A (ko) 전동식 작업 기계
KR20240010429A (ko) 전기 작업 기계
JP2023081617A (ja) 電動式作業機械
JP2023020294A (ja) 電動ショベル
CN116615350A (zh) 工程机械

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant