WO2016017409A1 - ハイブリッド式作業機 - Google Patents

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WO2016017409A1
WO2016017409A1 PCT/JP2015/070012 JP2015070012W WO2016017409A1 WO 2016017409 A1 WO2016017409 A1 WO 2016017409A1 JP 2015070012 W JP2015070012 W JP 2015070012W WO 2016017409 A1 WO2016017409 A1 WO 2016017409A1
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WO
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storage device
cooling
inverter
radiator
heat exchange
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PCT/JP2015/070012
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泰典 太田
貢 小島
秀二 江川
東 祐司
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日立建機株式会社
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Priority to US15/329,755 priority patent/US10066358B2/en
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    • E02F9/2075Control of propulsion units of the hybrid type
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    • F02B63/04Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
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    • F02B63/06Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for pumps
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    • F01P2050/00Applications
    • F01P2050/24Hybrid vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a working machine such as a hydraulic shovel and a wheeled hydraulic shovel, and more particularly to a hybrid working machine using an engine and a motor (electric motor) in combination as a power source.
  • a working machine such as a hydraulic shovel and a wheeled hydraulic shovel
  • a motor electric motor
  • a hydraulic shovel which is a typical example of a working machine, includes an engine as a power source for traveling and work, and drives the hydraulic pump by this engine.
  • the hydraulic shovel performs excavation work of soil and the like by operating hydraulic actuators such as a hydraulic motor and a hydraulic cylinder by pressure oil supplied from a hydraulic pump.
  • the hybrid work machine includes an engine, an electric motor that generates electric power by being driven by the engine, or assists the driving of the engine by electric power from the electric storage device, an electric storage device that charges electric power supplied to the electric motor, and an electric motor And an inverter for controlling the operation of the circuit.
  • the power storage device and the inverter mounted on the hybrid type work machine need to be used under appropriate temperature conditions. Therefore, in addition to the heat exchanger for cooling the engine, the hydraulic pump, etc., the hybrid work machine is provided with a cooling circuit including a radiator for cooling the power storage device and the inverter (Patent Document 1) reference).
  • the power storage device and the inverter are united, and the power storage device and the inverter are cooled together using a single cooling circuit provided with a single radiator. It has composition.
  • the battery is deteriorated prematurely by being exposed to a high temperature state and the service life is shortened, and therefore, the cooling temperature needs to be set low compared to the inverter.
  • the present invention has been made in view of the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to provide a hybrid type work machine which can cool a power storage device independently from other heating elements.
  • the present invention comprises a self-propelled vehicle body provided with a working device on the front side, a counterweight provided on the rear side of the vehicle body to balance the weight of the working device, and the counterweight
  • An engine disposed on the front side of the engine to drive a hydraulic pump, an electric motor generating power by being driven by the engine, or an electric motor assisting the drive of the engine by being supplied with electric power, engine cooling water and / or
  • the present invention is applied to a hybrid type work machine which is disposed in a heat exchange device upstream chamber which is a side, and includes a power storage device for charging power or discharging power.
  • a feature of the present invention is that, in the heat exchange device upstream chamber upstream of the flow direction of the cooling air supplied to the heat exchange device, a radiator for a power storage device for independently cooling the power storage device using a refrigerant; A cooling pump for circulating the refrigerant, and a cooling pipeline connecting the cooling pump and the radiator for the storage battery, wherein the storage pump radiator, the cooling pump, and the cooling pipeline are formed as a closed loop.
  • Another object of the present invention is to provide a cooling system for a storage battery.
  • the power storage device can be independently cooled separately from the other heating elements by using the power storage device cooling system including the power storage device radiator. Therefore, since the storage system cooling system does not need to cool the heat generating elements other than the storage system, it is possible to set an optimal cooling temperature for cooling the storage system. As a result, since the power storage device can always be kept within the proper temperature range, the power storage device can be operated smoothly and the service life can be improved. In addition, by providing the electric storage device radiator, the cooling pump, and the cooling pipeline that constitute the electric storage device cooling system in the heat exchange device upstream chamber, the entire electric storage device cooling system can be made compact.
  • FIG. 1 It is a front view which shows the hydraulic shovel as a hybrid type working machine by embodiment of this invention. It is a top view which shows arrangement
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the flow of cooling air supplied to the heat exchange device, the storage device, the radiator for the storage device, the radiator for the inverter, etc., as viewed in the direction of arrows IV-IV in FIG. It is the enlarged plan view which looked at the flow of the cooling air supplied to a heat exchange apparatus, an electrical storage apparatus, the radiator for electrical storage apparatuses, the radiator for inverters, etc. from upper direction. It is a perspective view of the principal part expansion which shows a heat exchange apparatus, an electrical storage apparatus, the radiator for electrical storage apparatuses, the radiator for inverters, etc.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing a hydraulic system and an electric system of a hydraulic shovel.
  • FIG. 2 is a cooling system diagram showing a storage system cooling system and an inverter cooling system.
  • a hybrid hydraulic shovel 1 is a representative example of a hybrid working machine.
  • the vehicle body of the hydraulic shovel 1 is configured of a crawler type lower traveling body 2 capable of self-propelled movement, and an upper revolving structure 3 rotatably mounted on the lower traveling body 2.
  • a working device 4 is provided on the front side of the upper swing body 3 so as to be able to move up and down, and using this working device 4 it is possible to carry out a digging operation and the like of earth and sand.
  • the lower traveling body 2 includes a track frame having left and right side frames 2A (only the left side is shown), and driving wheels 2B provided on one side in the front and rear directions (length direction) of the side frames 2A.
  • An idler wheel 2C provided on the other side in the front and rear directions and a crawler belt 2D wound around a drive wheel 2B and an idler wheel 2C are configured.
  • the left and right driving wheels 2B are respectively driven by left and right traveling motors 2E and 2F (see FIG. 9), which are hydraulic motors, and rotate the crawler 2D to cause the hydraulic shovel 1 to travel.
  • the work device 4 includes a boom 4A attached to the front side of a pivot frame 5 to be described later, an arm 4B rotatably attached to the tip end of the boom 4A, and a tip end of the arm 4B. And a boom cylinder 4D comprising an oil pressure cylinder for driving the bucket 4C, an arm cylinder 4E, and a bucket cylinder 4F.
  • the upper swing body 3 includes a swing frame 5 serving as a base, a cab 6 described later mounted on the swing frame 5, a counterweight 7, an engine 8, a hydraulic pump 9, an assist power generation motor 12, a heat exchange device 13, and storage. It comprises the apparatus 30, the swing motor 31, the inverter apparatus 34, the radiator 42 for electrical storage devices, the radiator 46 for inverters, etc.
  • the swing frame 5 is formed in a thick flat plate shape and extends in the front and rear direction, and the swing frame 5 is erected on the bottom plate 5A and faces in the left and right directions. While extending left and right longitudinal plates 5B and 5C extending forward and backward, a plurality of left overhanging beams 5D provided to project leftwardly from the left longitudinal plate 5B, and extending rightward from the right longitudinal plate 5C A plurality of right overhanging beams (not shown) provided, a left side frame 5E fixed to the tip end side of each left overhanging beam 5D and extending forward and backward, and fixed to the tip end side of each right overhanging beam , And a right side frame 5F extending in the rear direction.
  • a heat exchange device mounting plate 5G to which a heat exchange device 13 described later is attached and a power storage device 30 described later are mounted on the left side of the rear portion of the swing frame 5 at a position between the left vertical plate 5B and the left side frame 5E.
  • a storage device mounting plate 5H is provided (see FIGS. 6 and 7).
  • a cab 6 that defines a driver's cab is provided on the front left side of the turning frame 5.
  • a driver's seat in which the operator is seated is provided in the cab 6, and a control lever for traveling and a control lever for operation (not shown) are provided around the driver's seat.
  • a counterweight 7 is provided on the rear end side of the turning frame 5.
  • the engine 8 is disposed on the front side of the counterweight 7 and is disposed on the rear side of the swing frame 5.
  • the engine 8 is mounted on the turning frame 5 in a horizontally placed state in which the axis of a crankshaft (not shown) extends in the left and right directions.
  • a hydraulic pump 9 and an assist power generation motor 12 described later are attached on the right side of the engine 8.
  • a suction type cooling fan 8A is attached to the left side of the engine 8 (opposite to the hydraulic pump 9).
  • the cooling fan 8A sucks outside air by being rotated by the engine 8, and supplies the outside air as a cooling air to a heat exchange device 13 or the like described later.
  • the flow direction A of the cooling air by the cooling fan 8A is one direction (left, right) along which the axis of the crankshaft (not shown) of the engine 8 extends. I do.
  • the hydraulic pump 9 is mounted on the right side (output side) of the engine 8.
  • the hydraulic pump 9 is driven by the engine 8 to move the left and right traveling motors 2E and 2F mounted on the hydraulic shovel 1, cylinders 4D, 4E and 4F, and a turning hydraulic motor 32 described later. It supplies pressure oil to the hydraulic actuator.
  • a hydraulic oil tank 10 is provided on the front side of the hydraulic pump 9, and the hydraulic oil tank 10 stores hydraulic oil supplied to a hydraulic actuator.
  • the control valve 11 is provided on the front side of the engine 8.
  • the control valve 11 is composed of a plurality of directional control valves.
  • the control valve 11 controls the direction of pressure oil supplied from the hydraulic pump 9 to various hydraulic actuators in response to the operation of an operation lever (not shown) disposed in the cab 6.
  • An assist power generation motor (generator motor) 12 as a first electric motor is mounted on the right side (output side) of the engine 8 together with the hydraulic pump 9.
  • the assist power generation motor 12 generates electric power by being driven by the engine 8 or assists (drives) the drive of the engine 8 by being supplied with electric power from a power storage device 30 described later. That is, the assist power generation motor 12 has a function as a generator that generates electric power by being driven by the engine 8 and a function as a motor that assists the drive of the engine 8 by the power supplied from the storage device 30 described later. doing.
  • the heat exchange device 13 is mounted on the swing frame 5 so as to be located on the left side of the engine 8. As shown in FIGS. 6 to 8, the heat exchange device 13 includes a support frame 14 mounted on the swing frame 5, an intercooler 15 assembled to the support frame 14, a radiator 16, an oil cooler 17, and an air conditioner. A condenser 18, a fuel cooler 19 and the like are included. Thus, the heat exchange device 13 constitutes one unit in which a plurality of members are combined.
  • the support frame body 14 includes a front partition plate 14A as a front partition member disposed on the front side (the cab 6 side) of the heat exchange device 13 and a heat exchange device 13 along the left front surface portion of the counterweight 7.
  • a rear partition plate 14B as a rear partition member disposed on the rear side and a connecting member 14C that connects the upper portions of the front and rear partition plates 14A and 14B are configured.
  • the front partition plate 14A extends from the front side of the heat exchange device 13 toward the left side frame 5E in the left and right directions and also extends in the upper and lower directions.
  • the rear partition plate 14B extends from the rear side of the heat exchange device 13 toward the left side frame 5E in the left and right directions and extends in the upper and lower directions.
  • the connecting member 14C extends in the front and rear directions, and connects the front partition plate 14A and the upper portion of the rear partition plate 14B. Therefore, the support frame body 14 is formed in the shape of a long box covering the upper part of the intercooler 15, the radiator 16, and the oil cooler 17. Between the front partition plate 14A and the rear partition plate 14B of the support frame 14, a heat exchange device upstream chamber 28 described later is formed upstream of the heat exchange device 13 in the flow direction A of the cooling air. ing.
  • the support frame 14 includes an intercooler 15 for cooling air compressed by a turbocharger (not shown), a radiator 16 for cooling engine cooling water, an oil cooler 17 for cooling hydraulic fluid, and air conditioning.
  • An air conditioner condenser 18 for cooling a refrigerant for a device (air conditioner) and a fuel cooler 19 for cooling a fuel are assembled.
  • the outside air (cooling air) sucked into the heat exchange device upstream chamber 28 by the cooling fan 8A is supplied to the air conditioner condenser 18, the fuel cooler 19, the intercooler 15, the radiator 16 and the oil cooler 17 to make compressed air and engine Cooling water, hydraulic oil, refrigerant for air conditioner, fuel respectively.
  • the intercooler 15, the radiator 16, and the oil cooler 17 are disposed in parallel to the flow direction A of the cooling air supplied into the heat exchanger upstream chamber 28 by the cooling fan 8A. ing.
  • the air conditioner condenser 18 is disposed upstream of the radiator 16 in the flow direction A of the cooling air, and the fuel cooler 19 is disposed upstream of the oil cooler 17 in the flow direction A of the cooling air.
  • the front partition plate 14A and the rear partition plate 14B constituting the support frame 14 it extends forward and backward through the lower side of the air conditioner condenser 18 and the fuel cooler 19.
  • the pedestal member 20 is fixed.
  • a later-described electric storage device radiator 42 and an inverter radiator 46 are attached.
  • a power storage device cooling pump 43 and an inverter cooling pump 47 described later are disposed.
  • the building cover 21 is provided on the swing frame 5 at a front side of the counterweight 7.
  • the building cover 21 covers the engine 8, the hydraulic pump 9, the assist power generation motor 12, the heat exchange device 13 and the like.
  • the upper side of the building cover 21 is configured by the upper surface plate 22 and the engine cover 22A.
  • the left side of the building cover 21 is configured by a left front door 24 and a left rear door 25 described later.
  • the right side of the building cover 21 is constituted by the right side door 26 (see FIG. 4).
  • the front partition cover 23 is provided between the rear side position of the cab 6 and the front partition plate 14A of the support frame 14 that constitutes the heat exchange device 13.
  • the front partition cover 23 faces the front partition plate 14A of the support frame 14 at intervals in the front and rear directions, and partitions the front side of the utility chamber 29 described later.
  • the left front door 24 is attached to the front partition cover 23 so as to be openable and closable.
  • the left front door 24 is rotatably supported by the front partition cover 23 via a hinge member.
  • the left front door 24 opens and closes a utility chamber 29, which will be described later, by pivoting forward and backward around the position of the front partition cover 23.
  • the left rear door 25 is provided on the rear side of the left front door 24.
  • the left rear side door 25 is rotatably supported by a rear partition plate 14B constituting the support frame 14 of the heat exchange device 13 via a hinge member.
  • the left rear door 25 opens and closes a heat exchange device upstream chamber 28 described later by pivoting forward and backward around the position of the rear partition plate 14B.
  • the engine room 27 is formed in the building cover 21 (see FIG. 4).
  • the engine room 27 is defined by an upper surface plate 22 constituting the building cover 21, an engine cover 22 A, a right side door 26, a heat exchange device 13, a counterweight 7 and a hydraulic oil tank 10.
  • the engine 8, the hydraulic pump 9, the assist power generation motor 12 and the like are accommodated.
  • the heat exchange device upstream chamber 28 is formed on the opposite side to the engine chamber 27 with the heat exchange device 13 in the building cover 21.
  • the heat exchange device upstream chamber 28 is a space formed on the upstream side of the heat exchange device 13 in the flow direction A of the cooling air between the front partition plate 14A of the support frame 14 and the rear partition plate 14B. ing.
  • the upper part of the heat exchange device upstream chamber 28 is covered by the top plate 22 of the building cover 21 and is opened and closed by the left rear door 25.
  • an electric storage device 30, an electric storage device radiator 42, an inverter radiator 46, and the like, which will be described later, are disposed inside the heat exchange device upstream chamber 28.
  • the utility room 29 is formed in the building cover 21 on the front side of the heat exchange device upstream room 28.
  • the utility room 29 is defined by the top plate 22 and the left front door 24 constituting the building cover 21, the front partition cover 23, and the front partition plate 14A.
  • an inverter device 34 described later is disposed in the utility room 29.
  • the storage device 30 is disposed upstream of the heat exchange device 13 in the flow direction A of the cooling air supplied to the heat exchange device 13, that is, at a position near the left rear door 25.
  • the storage device 30 is configured using, for example, a lithium ion battery, and is mounted on the storage device mounting plate 5H of the revolving frame 5.
  • the power storage device 30 charges (stores) electric power generated by the assist power generation motor 12 and regenerative electric power generated by a swing electric motor 33 described later by the swing decelerating operation (regeneration operation) of the upper swing body 3.
  • the power storage device 30 discharges (feeds) the charged power to the assist power generation motor 12 and the swing electric motor 33.
  • Power storage device 30 may be configured using, for example, a capacitor of an electric double layer other than the battery.
  • the power storage device 30 comprises a rectangular parallelepiped casing 30A in which a plurality of battery modules are accommodated, and a box smaller than the casing 30A, and is formed on the casing 30A. It is comprised including the attached connection box (junction box) 30B.
  • the casing 30A is formed with a water jacket (not shown) through which cooling water flows.
  • Connection box 30B is for connecting between cables 36 and 38 extending from first and second inverters 35 and 37 described later and terminals of power storage device 30.
  • an electric circuit (not shown) such as a control unit 30C is accommodated in the connection box 30B, and the electric circuit is supplied with a signal from a control device 39 described later. It controls charging and discharging of the power storage device 30.
  • connection box 30B is surrounded by the upper surface 30B1, the front side 30B2, the rear side 30B3, the left side 30B4, and the right side 30B5.
  • a protruding portion 30B6 that protrudes rearward is provided.
  • a first cable connection port 30D and a second cable connection port 30E are provided side by side in the left and right directions on the front side surface 30B2 of the connection box 30B.
  • the first cable connection port 30D is connected with a later-described cable 36 connecting the first inverter 35 and the second cable connection port 30E is connected with the second inverter 37.
  • a cable 38 described later is connected.
  • a signal line connection port 30F is provided on the rear side 30B3 of the connection box 30B.
  • the signal line connection port 30F is connected to a signal line 40A described later that connects the control unit 30C of the power storage device 30 and the control device 39.
  • the upper surface 30B1 of the connection box 30B is the upper end position of the power storage device 30.
  • the first and second cable connection ports 30D, 30E provided on the front side surface 30B2 of the connection box 30B and the signal line connection port 30F provided on the rear side surface 30B3 of the connection box 30B are the upper surface 30B1 of the connection box 30B. It is located at a lower position.
  • the first and second cable connection ports 30D and 30E, the cables 36 and 38 connected thereto, the signal line connection port 30F, and the signal line 40A connected thereto are upward from the upper surface 30B1 of the connection box 30B. Can be suppressed.
  • the swing motor 31 is provided at the center of the swing frame 5.
  • the swing motor 31 turns the upper swing body 3 with respect to the lower traveling body 2.
  • the swing motor 31 includes a swing hydraulic motor 32 driven by pressure oil supplied from the hydraulic pump 9 and a swing electric motor 33 described later attached to the swing hydraulic motor 32. ing.
  • the swing electric motor 33 constitutes a second electric motor.
  • the swing electric motor 33 rotates the upper swing body 3 on the lower traveling body 2 in cooperation with the swing hydraulic motor 32.
  • a water jacket (not shown) through which the cooling water flows is formed in a casing which forms an outer shell of the swing electric motor 33.
  • the swing electric motor 33 is driven by the supply of the electric power charged to the power storage device 30, and causes the upper swing body 3 to swing. Further, the swing electric motor 33 generates regenerative electric power by the regeneration operation when the upper swing body 3 decelerates the swing, and charges the electric storage device 30 with the regenerative electric power.
  • the swing electric motor 33 has a function as a motor that causes the upper swing body 3 to swing by being supplied with electric power from the power storage device 30 via the cable 38 described later.
  • the swing electric motor 33 has a function as a generator for converting kinetic energy of the upper swing body 3 into electric energy at the time of the decelerating of the upper swing body 3.
  • the regenerative electric power generated by the swing electric motor 33 is supplied to the power storage device 30 via the cable 38, and the power storage device 30 is charged.
  • the electric system of the hydraulic shovel 1 is configured to include the assist power generation motor 12, the power storage device 30, the swing electric motor 33, the inverter device 34 described later, the control device 39 and the like.
  • the inverter device 34 is provided in the utility room 29.
  • the inverter device 34 is disposed on the front side of the power storage device 30 provided in the heat exchange device upstream chamber 28 (see FIG. 2).
  • the inverter device 34 is configured as one unit provided with a first inverter 35 and a second inverter 37 described later.
  • the first inverter 35 is located in front of the power storage device 30 and disposed in the utility chamber 29.
  • the first inverter 35 controls the operation of the assist power generation motor 12.
  • the first inverter 35 is composed of a plurality of switching elements including a transistor, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and the like housed in a casing forming an outer shell, and on / off of each switching element is controlled by the control unit 35A. It is Further, the casing of the first inverter 35 is formed with a water jacket (not shown) through which cooling water flows.
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • first inverter 35 and the storage device 30 are connected to each other through a pair of cables (DC buses) 36 on the positive electrode side (plus side) and the negative electrode side (minus side).
  • the first inverter 35 converts the power generated by the assist power generation motor 12 into DC power, and supplies the DC power to the power storage device 30 through the cable 36.
  • first inverter 35 converts direct current power supplied from power storage device 30 through cable 36 into three-phase alternating current power, and supplies it to assist power generation motor 12. .
  • the second inverter 37 is disposed in the utility chamber 29 together with the first inverter 35 in a state of being overlapped with the first inverter 35 at the top and bottom.
  • the second inverter 37 controls the operation of the swing electric motor 33.
  • the second inverter 37 is composed of a plurality of switching elements housed in a casing forming an outer shell, and the on / off of each switching element is controlled by the control unit 37A. It is. Further, in the casing of the second inverter 37, a water jacket (not shown) through which the cooling water flows is formed.
  • the second inverter 37 and the storage device 30 are connected to each other through the pair of cables (DC bus) 38 on the positive electrode side (plus side) and the negative electrode side (minus side).
  • DC bus DC bus
  • the second inverter 37 converts direct current power supplied via the cable 38 into three-phase alternating current power and supplies it to the swing electric motor 33.
  • the swing electric motor 33 generates regenerative electric power by regeneration operation at the time of the swing decelerating of the upper swing body 3
  • the second inverter 37 converts the regenerative power by the swing electric motor 33 into direct current power and via the cable 38 Power storage device 30.
  • the control device 39 controls the operation of the power storage device 30, the assist power generation motor 12, the swing electric motor 33, and the like.
  • Control device 39 is connected to control unit 30C of power storage device 30 via signal line 40A, and connected to control unit 35A of first inverter 35 via signal line 40B. Further, the control device 39 is connected to the control unit 37A of the second inverter 37 via the signal line 40C.
  • Control device 39 controls charging or discharging by power storage device 30 by outputting a control signal to control unit 30C of power storage device 30. Further, the control device 39 controls the operation of the assist power generation motor 12 and the swing electric motor 33 by outputting control signals to the control units 35A and 37A of the first and second inverters 35 and 37.
  • the storage device cooling system 41 is for independently cooling the storage device 30 separately from the inverter device 34.
  • Power storage device cooling system 41 includes a power storage device radiator 42 for cooling power storage device 30 using cooling water as a refrigerant, a power storage device cooling pump 43 for circulating the cooling water, a power storage device radiator 42, and a power storage device. And a power storage device cooling pipeline 44 connected to the cooling pump 43.
  • Power storage device cooling system 41 forms a closed loop connected to the water jacket of power storage device 30 (see FIG. 10).
  • the heat exchanger for power storage device, the power storage device radiator 42, the power storage device cooling pump 43, and the power storage device cooling pipeline 44 that constitute the power storage device cooling system 41 are located upstream of the heat exchange device 13 in the flow direction A of the cooling air. It is provided in the apparatus upstream chamber 28.
  • the storage device radiator 42 is mounted on a pedestal member 20 provided on the support frame 14 of the heat exchange device 13. Accordingly, the storage device radiator 42 is located below the air conditioner condenser 18 that constitutes the heat exchange device 13, and is disposed between the heat exchange device 13 and the storage device 30.
  • the storage device radiator 42 cools the storage device 30 by cooling the cooling water flowing through the water jacket provided in the casing 30A of the storage device 30.
  • the power storage device radiator 42 has a box shape extending forward and backward on the base member 20, and includes an upper tank 42A into which cooling water heated by the power storage device 30 flows, and a lower tank 42B into which cooled cooling water flows.
  • a heat dissipating section (core) 42C is generally provided between the upper tank 42A and the lower tank 42B.
  • the heat radiating portion 42C is constituted by a plurality of thin tubes whose upper end side opens to the upper tank 42A and whose lower end side opens to the lower tank 42B, and heat radiating fins connected to the respective thin tubes.
  • the heat radiating portion 42C radiates the heat of the cooling water through the radiation fins exposed to the cooling air while the cooling water flowing into the upper tank 42A flows into the lower tank 42B through the respective thin tubes.
  • the cooling water heated by the storage device 30 is circulated by the storage device cooling pump 43, flows into the upper tank 42A of the storage device radiator 42, and then flows through the heat radiating portion 42C while being cooled by the cooling fan 8A. It is cooled by the cooling air supplied into the exchange device upstream chamber 28.
  • the cooling water radiated by the heat radiating portion 42C is supplied from the lower tank 42B of the electric storage device radiator 42 to the water jacket of the electric storage device 30 through the electric storage device cooling pipeline 44, thereby cooling the electric storage device 30.
  • the lower end portion 42D of the heat radiating portion 42C constituting the electric storage device radiator 42 is disposed in substantially the same plane as the upper surface 30B1 of the connection box 30B which is the upper end portion of the electric storage device 30. That is, the lower end portion 42D of the heat radiating portion 42C is disposed at a height position higher than the height of the top surface 30B1 of the connection box 30B.
  • the inverter cooling system 45 cools the first and second inverters 35 and 37 and the swing electric motor 33 that constitute the inverter device 34 separately from the power storage device 30.
  • the inverter cooling system 45 includes an inverter radiator 46 for cooling the first and second inverters 35 and 37 and the swing electric motor 33 using cooling water as a refrigerant, and other cooling pumps for circulating the cooling water.
  • An inverter cooling pump 47 and an inverter cooling pipeline 48 as another cooling pipeline connecting the inverter radiator 46, the first and second inverters 35 and 37, and the swing electric motor 33 to each other. It is done.
  • the inverter cooling system 45 forms a closed loop connected to the water jackets of the first and second inverters 35 and 37 and the swing electric motor 33 (see FIG. 10).
  • the inverter radiator 46 constituting the inverter cooling system 45 is provided adjacent to the storage device radiator 42 in the heat exchanger upstream chamber 28 located on the upstream side of the heat exchanger 13 in the flow direction of the cooling air. ing.
  • the inverter radiator 46 is mounted adjacent to the front side (front partition plate 14A side) of the power storage device radiator 42 on the pedestal member 20 provided on the support frame 14 of the heat exchange device 13 . Accordingly, the inverter radiator 46 is located below the fuel cooler 19 that constitutes the heat exchange device 13 and is disposed between the heat exchange device 13 and the power storage device 30.
  • the inverter radiator 46 cools the water jackets of the first and second inverters 35 and 37 and the water jacket of the swing electric motor 33 to cool the first and second inverters 35 and 37 and the second jacket.
  • the turning electric motor 33 is cooled.
  • the inverter radiator 46 has a box shape extending forward and backward on the base member 20, and an upper tank 46A into which cooling water heated by the first and second inverters 35 and 37 and the swing electric motor 33 flows;
  • the lower tank 46B into which the cooled cooling water flows, and a heat radiating portion (core) 46C provided between the upper tank 46A and the lower tank 46B are generally configured.
  • the heat radiating portion 46C is configured by a plurality of thin tubes whose upper end side opens to the upper tank 46A and whose lower end side opens to the lower tank 46B, and heat radiating fins connected to the respective thin tubes.
  • the heat radiating portion 46C radiates the heat of the cooling water through the radiation fins exposed to the cooling air while the cooling water flowing into the upper tank 46A flows into the lower tank 46B through the respective thin tubes.
  • the heat radiating portion 46C is While passing through, it is cooled by the cooling air supplied into the heat exchanger upstream chamber 28 by the cooling fan 8A.
  • the cooling water radiated by the radiator 46C is supplied from the lower tank 46B of the inverter radiator 46 to the first and second inverters 35 and 37 and the water jacket of the swing electric motor 33 through the inverter cooling pipeline 48, and the first , Second inverters 35 and 37 and the swing electric motor 33 are cooled.
  • the lower end portion 46D of the heat radiating portion 46C constituting the inverter radiator 46 is disposed in substantially the same plane as the upper surface 30B1 of the connection box 30B which is the upper end portion of the power storage device 30. That is, the lower end portion 46D of the heat radiating portion 46C is disposed at a height position higher than the height of the top surface 30B1 of the connection box 30B.
  • the storage device 30 and the first and second inverters 35 and 37 can be separately cooled.
  • the power storage device 30 can be maintained in an appropriate temperature range by the power storage device radiator 42.
  • the first and second inverters 35 and 37 can be maintained in an appropriate temperature range by the inverter radiator 46.
  • the storage system 30 is independently cooled using the storage system cooling system 41 provided with the storage system radiator 42 separate from the heat exchange system 13.
  • cooling system for power storage device 41 does not have to cool the heat generating elements other than power storage device 30. Accordingly, the storage system cooling system 41 can set an optimal cooling temperature for cooling the storage system 30.
  • the storage device radiator 42 and the inverter radiator 46 are upstream of the heat exchange device 13 in the flow direction A of the cooling air flowing into the heat exchange device upstream chamber 28 and are cooled It is arranged parallel to the flow direction A of the wind. Thereby, the cooling air before passing through the heat exchange device 13 and being warmed can be equally supplied to the electric storage device radiator 42 and the inverter radiator 46.
  • the inverter device 34 is disposed in the utility chamber 29 on the front side of the power storage device 30 disposed in the heat exchange device upstream chamber 28.
  • the inverter radiator 46 is disposed on the front side (front partition plate 14A side) near the inverter device 34 in the heat exchange device upstream chamber 28, and the storage device radiator 42 is for inverter in the heat exchange device upstream chamber 28. It is disposed on the rear side (rear partition plate 14B side) of the radiator 46.
  • the arrangement relation between the inverter device 34 and the power storage device 30 in the front and back direction can be matched with the arrangement relation between the inverter radiator 46 and the power storage device radiator 42 in the front and rear direction.
  • the power storage device cooling pipeline 44 of the power storage device cooling system 41 and the inverter cooling pipeline 48 of the inverter cooling system 45 can be neatly arranged without overlapping with each other.
  • the hybrid hydraulic shovel 1 according to the present embodiment has the above-described configuration, and the operation thereof will be described next.
  • the hydraulic pump 9 and the assist power generation motor 12 are driven by the engine 8.
  • the pressure oil discharged from the hydraulic pump 9 is subjected to left and right traveling motors 2E and 2F, a turning hydraulic motor 32, and a working device according to the operation of an operation lever (not shown) provided in the cab 6. 4, the boom cylinder 4D, the arm cylinder 4E, and the bucket cylinder 4F.
  • the hydraulic shovel 1 performs traveling operation by the lower traveling body 2, turning operation of the upper swing body 3, excavating work by the work device 4, and the like.
  • the cooling fan 8A is driven by the engine 8 to draw outside air into the heat exchange device upstream chamber 28.
  • the engine chamber 27 is It is discharged to the outside through
  • assist power generation motor 12 when the output torque of the engine 8 is larger than the drive torque of the hydraulic pump 9 at the time of operation of the hydraulic shovel 1, the assist power generation motor 12 is driven as a generator by the surplus torque. Thereby, assist power generation motor 12 generates AC power, which is converted into DC power by first inverter 35 and stored in power storage device 30.
  • assist power generation motor 12 when the output torque of engine 8 is smaller than the drive torque of hydraulic pump 9, assist power generation motor 12 is driven as a motor by the power from power storage device 30, and assists the drive of hydraulic pump 9 by engine 8 (assist) Do.
  • the swing electric motor 33 is driven by the supply of the electric power charged to the power storage device 30, and cooperates with the swing hydraulic motor 32 to swing the upper swing body 3 on the lower traveling body 2.
  • the swing electric motor 33 generates AC power (regeneration power) by the regeneration operation when the upper swing body 3 is decelerated to swing.
  • the AC power is converted to DC power by the second inverter 37 and stored in the storage device 30.
  • the assist power generation motor 12, the swing electric motor 33, and the like are driven. Therefore, the first inverter 35 that controls the assist power generation motor 12 and the second The inverter 37 generates heat and the temperature rises. In addition, the power storage device 30 generates heat and rises in temperature by performing charging and discharging according to the operating condition of the hydraulic shovel 1.
  • An inverter cooling system 45 for cooling is provided, and the operation thereof will be described below.
  • the storage device cooling system 41 is connected to the water jacket of the storage device 30 by the storage device radiator 42, the storage device cooling pump 43, and the storage device cooling pipeline 44, as shown in FIG. It forms a closed loop. Therefore, when the power storage device cooling pump 43 operates, the coolant (refrigerant) in the water jacket of the power storage device 30 flows into the upper tank 42A of the power storage device radiator 42. The cooling water which has flowed into the upper tank 42A passes through the heat radiating portion 42C and flows into the lower tank 42B.
  • the cooling fan 8A is driven by the engine 8 to supply outside air (cooling air) into the heat exchange device upstream chamber 28.
  • outside air cooling air
  • the cooling air passes through the heat radiating portion 42C of the electric storage device radiator 42, the heat of the cooling water is dissipated.
  • the cooled coolant flows into the lower tank 42B of the electric storage device radiator 42, and the radiated cooling water flows from the lower tank 42B through the electric storage device cooling pipeline 44 to the water jacket of the electric storage device 30 (casing 30A). Supplied to
  • the cooling water whose temperature has been raised by the storage device 30 is circulated between the water jacket of the storage device 30 and the storage device radiator 42 by the storage device cooling pump 43, while the heat exchange device upstream chamber 28 It is cooled by the cooling air supplied to the inside.
  • the storage system 30 can be always maintained in an appropriate temperature range by the storage system cooling system 41.
  • the inverter cooling system 45 includes a water jacket of the swing electric motor 33, a water jacket of the first and second inverters 35 and 37, an inverter radiator 46, an inverter cooling pump 47, and an inverter cooling pipeline 48. And form a closed loop. Therefore, when the inverter cooling pump 47 operates, the cooling water (refrigerant) in the water jackets of the first and second inverters 35 and 37 and the swing electric motor 33 flows into the upper tank 46A of the inverter radiator 46. The cooling water flowing into the upper tank 46A passes through the heat radiating portion 46C and flows into the lower tank 46B.
  • the cooling water whose temperature has been raised by the first and second inverters 35 and 37 and the swing electric motor 33 is transferred to the first and second inverters 35 and 37 and the swing electric motor 33 by the inverter cooling pump 47. While circulating between the water jacket and the inverter radiator 46, the air is cooled by the cooling air supplied into the heat exchanger upstream chamber 28. As a result, the inverter cooling system 45 can always keep the first and second inverters 35 and 37 and the swing electric motor 33 in an appropriate temperature range.
  • the hydraulic shovel 1 includes a storage system cooling system 41 forming a closed loop by the storage system radiator 42, the storage system cooling pump 43, and the storage system cooling pipeline 44. doing.
  • the storage system cooling system 41 is disposed in the heat exchange apparatus upstream chamber 28 upstream of the heat exchange apparatus 13 in the flow direction A of the cooling air, and is connected to the water jacket of the storage system 30.
  • cooling system 41 for storage device can cool storage device 30 independently from other heating elements such as inverter device 34, so the cooling temperature optimum for cooling storage device 30 can be reduced. It can be set. As a result, since power storage device 30 can always be kept within an appropriate temperature range by power storage device cooling system 41, power storage device 30 can always be operated smoothly, and the service life of power storage device 30 is also improved. be able to.
  • the entire storage device cooling system 41 can be made compact. .
  • the workability at the time of maintenance on the storage system cooling system 41 can be enhanced.
  • inverter cooling system 45 can cool inverter device 34 separately from power storage device 30 using inverter radiator 46. Therefore, the cooling system 45 for inverters can set the cooling temperature optimal for cooling the inverter apparatus 34 and the turning electric motor 33, and can cool these efficiently. As a result, the inverter device 34 can be maintained within an appropriate temperature range, and the first and second inverters 35, 37 of the inverter device 34 can always be operated smoothly.
  • the storage device radiator 42 and the inverter radiator 46 are disposed upstream of the heat exchange device 13 in the flow direction A of the cooling air and parallel to the flow direction A of the cooling air.
  • the cooling air before passing through the heat exchange device 13 and being warmed can be equally supplied to the electric storage device radiator 42 and the inverter radiator 46.
  • power storage device 30 and first and second inverters 35 and 37 of inverter device 34 can be efficiently cooled.
  • the power storage device 30 is disposed in the heat exchange device upstream chamber 28 located upstream of the heat exchange device 13 with respect to the flow direction A of the cooling air supplied to the heat exchange device 13. It is arranged.
  • An inverter device 34 is disposed on the front side (cab 6 side) of the power storage device 30. Therefore, in the present embodiment, for example, as in the prior art, in comparison with the case where the power storage device and the inverter device are disposed above and below the heat exchange device on the upstream side in the flow direction of the cooling air. Thus, it is possible to prevent the storage device 30 and the inverter device 34 from obstructing the cooling air, and to supply the heat exchange device 13 with a sufficient amount of cooling air.
  • the electric storage device radiator 42 is disposed on the rear side (the counterweight 7 side) of the inverter radiator 46. Accordingly, the arrangement relationship between the inverter device 34 and the power storage device 30 in the front and back directions can be matched with the arrangement relationship between the inverter radiator 46 and the power storage device radiator 42 in the front and rear directions. As a result, the power storage device cooling pipeline 44 configuring the power storage device cooling system 41 and the inverter cooling pipeline 48 configuring the inverter cooling system 45 can be neatly arranged without overlapping with each other. As a result, for example, the workability when performing maintenance work on the storage system cooling system 41 and the inverter cooling system 45 can be enhanced.
  • the heat exchange device upstream chamber 28 includes the front partition plate 14A disposed on the front side of the heat exchange device 13 and the rear partition plate 14B disposed on the rear side of the heat exchange device 13. And a space formed upstream of the heat exchange device 13 in the flow direction A of the cooling air.
  • a storage device radiator 42 and an inverter radiator 46 are disposed in the heat exchange device upstream chamber 28.
  • a large amount of cooling air from the cooling fan 8A can be supplied to the electric storage device radiator 42 and the inverter radiator 46 without loss, and the electric storage device 30 and the first and second inverters 35 and 37 can be cooled. Can be promoted.
  • Hydraulic excavator 1 is provided on upper surface side of casing 30A of power storage device 30 with connection box 30B surrounded by upper surface 30B1, front side 30B2, rear side 30B3, left side 30B4 and right side 30B5.
  • the front side 30B2 of the connection box 30B is provided with first and second cable connection ports 30D, 30E
  • the rear side 30B3 of the connection box 30B is provided with a signal line connection port 30F.
  • the cables 36 and 38 connected to the first and second cable connection ports 30D and 30E and the signal line 40A connected to the signal line connection port 30F protrude upward from the upper surface 30B1 of the connection box 30B. It is possible to suppress the problem and prevent the obstruction of the cooling air supplied to the heat exchanger upstream chamber 28. As a result, sufficient cooling air can be supplied to the storage device radiator 42 and the inverter radiator 46.
  • connection box 30B in which lower end portion 42D of heat radiating portion 42C of radiator 42 for power storage device and lower end portion 46D of heat radiating portion 46C of radiator 46 for inverter are upper end portions of power storage device 30. Is disposed at a height position higher than the height of the upper surface 30B1.
  • the cooling air supplied into the heat exchange device upstream chamber 28 by the cooling fan 8A is not disturbed by the casing 30A or the connection box 30B of the power storage device 30, and the heat radiating portion 42C of the power storage device radiator 42 and the inverter It is supplied to the heat radiating portion 46C of the radiator 46.
  • the inverter device 34 can be efficiently cooled by the inverter radiator 46, and the power storage device 30 can be efficiently cooled by the power storage device radiator 42.
  • the inverter device 34 is exemplified as the inverter device 34 by two inverters of the first inverter 35 and the second inverter 37.
  • the present invention is not limited to this.
  • the inverter device may be configured by a single inverter, or may be configured by three or more inverters.
  • the embodiment exemplifies a case where the inverter cooling system 45 cools the swing electric motor 33 together with the inverter device 34.
  • the present invention is not limited to this, and another cooling system for cooling the swing electric motor 33 may be provided separately from the inverter device 34.
  • the crawler type hydraulic shovel 1 provided with the crawler belt 2D has been described as an example of the hybrid type work machine.
  • the present invention is not limited to this, and can be widely applied to various working machines such as, for example, a wheeled hydraulic excavator equipped with wheels, a wheel loader, a forklift, and a dump truck.

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Abstract

 エンジン(8)によって駆動されることにより発電し、または電力が供給されることによりエンジン(8)を補助する電動機(12)と、冷却ファン(8A)によって冷却風が供給される熱交換装置(13)と、熱交換装置(13)に供給される冷却風の流れ方向に対し熱交換装置(13)よりも上流側に位置する熱交換装置上流室(28)と、電力を充電しまたは放電する蓄電装置(30)とを備える。この上で、蓄電装置用ラジエータ(42)と、蓄電装置用冷却ポンプ(43)と、蓄電装置用冷却管路(44)とにより、インバータ装置(34)とは別個に蓄電装置(30)を単独で冷却する蓄電装置用冷却システム(41)を構成し、この蓄電装置用冷却システム(41)を、熱交換装置上流室(28)内に配置する。

Description

ハイブリッド式作業機
 本発明は、油圧ショベル、ホイール式油圧ショベル等の作業機に関し、特に、動力源としてエンジンと電動機(電動モータ)とを併用したハイブリッド式作業機に関する。
 一般に、作業機の代表例である油圧ショベルは、走行用、作業用の動力源としてエンジンを備え、このエンジンによって油圧ポンプを駆動する。この油圧ショベルは、油圧ポンプから供給される圧油によって油圧モータ、油圧シリンダ等の油圧アクチュエータを作動させることにより、土砂の掘削作業等を行うものである。
 一方、油圧ショベル等の作業機として、エンジンと電動機とを併用したハイブリッド式作業機が知られている。このハイブリッド式作業機は、エンジンと、エンジンによって駆動されることにより発電し、または蓄電装置からの電力によりエンジンの駆動を補助する電動機と、電動機に供給される電力を充電する蓄電装置と、電動機の動作を制御するインバータとを備えて構成されている。
 ここで、ハイブリッド式作業機に搭載される蓄電装置やインバータは、適正な温度条件の元で使用する必要がある。このため、ハイブリッド式作業機には、エンジン、油圧ポンプ等を冷却するための熱交換器の他に、蓄電装置やインバータを冷却するためのラジエータを含む冷却回路が備えられている(特許文献1参照)。
特開2012-041819号公報
 ところで、上述した従来技術によるハイブリッド式作業機においては、蓄電装置とインバータとをユニット化し、これら蓄電装置とインバータとを、単一のラジエータを備えた一系統の冷却回路を用いて一緒に冷却する構成としている。
 このため、蓄電装置が適正に作動する温度範囲と、インバータが適正に作動する温度範囲とが異なる場合には、蓄電装置とインバータとを一系統の冷却回路を用いて一緒に冷却することが困難であるという問題がある。
 特に、蓄電装置として用いられるリチウムイオン電池は、高温状態に晒されることにより電池が早期に劣化して耐用年数が短くなるため、冷却温度をインバータに比較して低く設定する必要がある。
 本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、蓄電装置を他の発熱体とは別個に単独で冷却することができるようにしたハイブリッド式作業機を提供することを目的としている。
 上述した課題を解決するため本発明は、前側に作業装置が設けられた自走可能な車体と、該車体の後側に設けられ前記作業装置との重量バランスをとるカウンタウエイトと、該カウンタウエイトの前側に配置され油圧ポンプを駆動するエンジンと、該エンジンによって駆動されることにより電力を発電し、または電力が供給されることにより前記エンジンの駆動を補助する電動機と、エンジン冷却水および/または作動油を含む流体を冷却する熱交換装置と、該熱交換装置に冷却風を供給する冷却ファンと、前記熱交換装置に供給される冷却風の流れ方向に対して前記熱交換装置よりも上流側である熱交換装置上流室に配置され、電力を充電しまたは電力を放電する蓄電装置とを備えてなるハイブリッド式作業機に適用される。
 本発明の特徴は、前記熱交換装置に供給される冷却風の流れ方向の上流側である前記熱交換装置上流室には、冷媒を用いて前記蓄電装置を単独で冷却する蓄電装置用ラジエータと、冷媒を循環させる冷却ポンプと、該冷却ポンプと前記蓄電装置用ラジエータとの間を接続する冷却管路とを設け、前記蓄電装置用ラジエータ、前記冷却ポンプ、前記冷却管路によって閉ループとして形成された蓄電装置用冷却システムを構成したことにある。
 この構成によれば、蓄電装置用ラジエータを備えた蓄電装置用冷却システムを用いて、蓄電装置を他の発熱体とは別個に単独で冷却することができる。従って、蓄電装置用冷却システムは、蓄電装置以外の発熱体を冷却する必要がないので、蓄電装置を冷却するのに最適な冷却温度を設定することができる。この結果、蓄電装置を常に適正な温度範囲内に保つことができるので、蓄電装置を円滑に作動させることができ、耐用年数も向上させることができる。しかも、蓄電装置用冷却システムを構成する蓄電装置用ラジエータ、冷却ポンプ、冷却管路を熱交換装置上流室に設けることにより、蓄電装置用冷却システム全体をコンパクトに構成することができる。
本発明の実施の形態によるハイブリッド式作業機としての油圧ショベルを示す正面図である。 旋回フレームに搭載されたエンジン、熱交換装置、蓄電装置、第1,第2の電動機、インバータ等の配置を冷却系統と共に示す平面図である。 上部旋回体の熱交換装置上流室、熱交換装置、蓄電装置、蓄電装置用ラジエータ、インバータ用ラジエータ等を示す斜視図である。 熱交換装置、蓄電装置、蓄電装置用ラジエータ、インバータ用ラジエータ等に供給される冷却風の流れを、図1中の矢示IV-IV方向からみた断面図である。 熱交換装置、蓄電装置、蓄電装置用ラジエータ、インバータ用ラジエータ等に供給される冷却風の流れを、上方からみた拡大平面図である。 熱交換装置、蓄電装置、蓄電装置用ラジエータ、インバータ用ラジエータ等を示す要部拡大の斜視図である。 熱交換装置、蓄電装置用ラジエータ、蓄電装置用冷却ポンプ、インバータ用ラジエータ、インバータ用冷却ポンプ等を示す要部拡大の斜視図である。 熱交換装置、蓄電装置、蓄電装置用ラジエータ、インバータ用ラジエータ等を示す一部破断の拡大正面図である。 油圧ショベルの油圧系統と電気系統を概略的に示すブロック図である。 蓄電装置用冷却システムとインバータ用冷却システムを示す冷却系統図である。
 以下、本発明に係るハイブリッド式作業機の実施の形態を、油圧ショベルに適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
 図中、ハイブリッド式の油圧ショベル1は、ハイブリッド式作業機の代表例である。油圧ショベル1の車体は、自走可能なクローラ式の下部走行体2と、下部走行体2上に旋回可能に搭載された上部旋回体3とにより構成されている。上部旋回体3の前側には作業装置4が俯仰動可能に設けられ、この作業装置4を用いて土砂の掘削作業等を行うことができる。
 下部走行体2は、左,右のサイドフレーム2A(左側のみ図示)を有するトラックフレームと、各サイドフレーム2Aの前,後方向(長さ方向)の一側に設けられた駆動輪2Bと、前,後方向の他側に設けられた遊動輪2Cと、駆動輪2Bと遊動輪2Cとに巻回された履帯2Dとを含んで構成されている。左,右の駆動輪2Bは、油圧モータからなる左,右の走行モータ2E,2F(図9参照)によってそれぞれ駆動され、履帯2Dを回転駆動させることにより油圧ショベル1を走行させるものである。
 作業装置4は、後述する旋回フレーム5の前部側に俯仰動可能に取付けられたブーム4Aと、該ブーム4Aの先端側に回動可能に取付けられたアーム4Bと、該アーム4Bの先端側に回動可能に取付けられたバケット4Cと、これらを駆動する油圧シリンダからなるブームシリンダ4D、アームシリンダ4E、バケットシリンダ4Fとにより構成されている。
 上部旋回体3は、ベースとなる旋回フレーム5と、該旋回フレーム5上に搭載された後述のキャブ6、カウンタウエイト7、エンジン8、油圧ポンプ9、アシスト発電モータ12、熱交換装置13、蓄電装置30、旋回モータ31、インバータ装置34、蓄電装置用ラジエータ42、インバータ用ラジエータ46等を含んで構成されている。
 ここで、旋回フレーム5は、図2等に示すように、厚肉な平板状に形成され前,後方向に延びた底板5Aと、該底板5A上に立設され左,右方向で対面しつつ前,後方向に延びた左縦板5B及び右縦板5Cと、左縦板5Bから左側方に張出して設けられた複数の左張出しビーム5Dと、右縦板5Cから右側方に張出して設けられた複数の右張出しビーム(図示せず)と、各左張出しビーム5Dの先端側に固着され前,後方向に延びた左サイドフレーム5Eと、各右張出しビームの先端側に固着され前,後方向に延びた右サイドフレーム5Fとを含んで構成されている。旋回フレーム5の後部左側には、左縦板5Bと左サイドフレーム5Eとの間に位置して、後述の熱交換装置13が取付けられる熱交換装置取付板5Gと、後述の蓄電装置30が取付けられる蓄電装置取付板5Hが設けられている(図6,図7参照)。
 旋回フレーム5の前部左側には、運転室を画成するキャブ6が設けられている。キャブ6内には、オペレータが着席する運転席が設けられ、運転席の周囲には走行用の操作レバー、作業用の操作レバー(いずれも図示せず)が設けられている。一方、旋回フレーム5の後端側には、作業装置4との重量バランスをとるためのカウンタウエイト7が設けられている。
 エンジン8は、カウンタウエイト7の前側に位置して旋回フレーム5の後側に配設されている。エンジン8は、クランク軸(図示せず)の軸線が左,右方向に延在する横置き状態で、旋回フレーム5上に搭載されている。エンジン8の右側には、後述の油圧ポンプ9とアシスト発電モータ12とが取付けられている。一方、エンジン8の左側(油圧ポンプ9とは反対側)には吸込式の冷却ファン8Aが取付けられている。
 冷却ファン8Aは、エンジン8によって回転されることにより外気を吸込み、この外気を冷却風として後述の熱交換装置13等に供給するものである。この場合、図4および図5に示すように、冷却ファン8Aによる冷却風の流れ方向Aは、エンジン8のクランク軸(図示せず)の軸線が延在する方向(左,右方向)と一致している。
 油圧ポンプ9は、エンジン8の右側(出力側)に取付けられている。この油圧ポンプ9は、エンジン8によって駆動されることにより、油圧ショベル1に搭載された左,右の走行モータ2E,2F、各シリンダ4D,4E,4F、後述する旋回油圧モータ32等の各種の油圧アクチュエータに圧油を供給するものである。油圧ポンプ9の前側には作動油タンク10が設けられ、該作動油タンク10は、油圧アクチュエータに供給される作動油を貯溜している。
 コントロールバルブ11は、エンジン8の前側に設けられている。該コントロールバルブ11は複数の方向制御弁の集合体からなっている。コントロールバルブ11は、キャブ6内に配置された操作レバー(図示せず)の操作に応じて、油圧ポンプ9から各種の油圧アクチュエータに供給される圧油の方向を制御するものである。
 第1の電動機としてのアシスト発電モータ(発電電動機)12は、油圧ポンプ9と共にエンジン8の右側(出力側)に取付けられている。このアシスト発電モータ12は、エンジン8によって駆動されることにより発電し、または後述する蓄電装置30から電力が供給されることによりエンジン8の駆動を補助(アシスト)するものである。即ち、アシスト発電モータ12は、エンジン8によって駆動されることにより発電する発電機としての機能と、後述の蓄電装置30から供給される電力によりエンジン8の駆動を補助する電動機としての機能とを有している。
 熱交換装置13は、エンジン8の左側に位置して旋回フレーム5上に搭載されている。図6ないし図8に示すように、熱交換装置13は、旋回フレーム5上に取付けられる支持枠体14と、該支持枠体14に組付けられたインタクーラ15、ラジエータ16、オイルクーラ17、エアコンコンデンサ18、燃料クーラ19等を含んで構成されている。これにより、熱交換装置13は、複数の部材を組合わせた1つのユニットを構成している。
 ここで、支持枠体14は、熱交換装置13の前側(キャブ6側)に配置された前仕切部材としての前仕切板14Aと、カウンタウエイト7の左前面部に沿って熱交換装置13の後側に配置された後仕切部材としての後仕切板14Bと、前,後の仕切板14A,14Bの上部を連結する連結部材14Cとを含んで構成されている。前仕切板14Aは、熱交換装置13の前側から左サイドフレーム5Eに向けて左,右方向に延びると共に上,下方向に延びている。後仕切板14Bは、熱交換装置13の後側から左サイドフレーム5Eに向けて左,右方向に延びると共に上,下方向に延びている。連結部材14Cは、前,後方向に延び、前仕切板14Aと後仕切板14Bの上部を連結している。従って、支持枠体14は、インタクーラ15、ラジエータ16、オイルクーラ17の上部を覆う長箱状に形成されている。支持枠体14の前仕切板14Aと後仕切板14Bとの間には、熱交換装置13よりも冷却風の流れ方向Aの上流側に位置して後述の熱交換装置上流室28が形成されている。
 支持枠体14には、ターボ過給機(図示せず)によって圧縮された空気を冷却するインタクーラ15と、エンジン冷却水を冷却するラジエータ16と、作動油を冷却するオイルクーラ17と、空気調和装置(エアコン)用の冷媒を冷却するエアコンコンデンサ18と、燃料を冷却する燃料クーラ19とが組付けられている。冷却ファン8Aによって熱交換装置上流室28内に吸込まれた外気(冷却風)は、エアコンコンデンサ18、燃料クーラ19、インタクーラ15、ラジエータ16、オイルクーラ17に供給されることにより、圧縮空気、エンジン冷却水、作動油、エアコン用の冷媒、燃料をそれぞれ冷却する。
 この場合、図5等に示すように、インタクーラ15、ラジエータ16、オイルクーラ17は、冷却ファン8Aによって熱交換装置上流室28内に供給される冷却風の流れ方向Aに対し、並列に配置されている。また、エアコンコンデンサ18は、冷却風の流れ方向Aにおいてラジエータ16よりも上流側に配置され、燃料クーラ19は、冷却風の流れ方向Aにおいてオイルクーラ17よりも上流側に配置されている。
 一方、図7に示すように、支持枠体14を構成する前仕切板14Aと後仕切板14Bとの間には、エアコンコンデンサ18および燃料クーラ19の下側を通って前,後方向に延びる台座部材20が固定されている。台座部材20の上面側には、後述の蓄電装置用ラジエータ42およびインバータ用ラジエータ46が取付けられている。台座部材20の下面側には、後述の蓄電装置用冷却ポンプ43およびインバータ用冷却ポンプ47が配置されている。
 建屋カバー21は、カウンタウエイト7の前側に位置して旋回フレーム5上に設けられている。この建屋カバー21は、エンジン8、油圧ポンプ9、アシスト発電モータ12、熱交換装置13等を覆うものである。ここで、建屋カバー21の上側は、上面板22とエンジンカバー22Aとによって構成されている。建屋カバー21の左側は、後述する左前側ドア24と左後側ドア25とによって構成されている。建屋カバー21の右側は、右側ドア26によって構成されている(図4参照)。
 前仕切カバー23は、キャブ6の後側位置と熱交換装置13を構成する支持枠体14の前仕切板14Aとの間に設けられている。この前仕切カバー23は、支持枠体14の前仕切板14Aと前,後方向で間隔をもって対面し、後述するユーティリティ室29の前側を仕切るものである。
 左前側ドア24は、前仕切カバー23に開,閉可能に取付けられている。この左前側ドア24は、ヒンジ部材を介して前仕切カバー23に回動可能に支持されている。左前側ドア24は、前仕切カバー23の位置を中心として前,後方向に回動することにより、後述のユーティリティ室29を開,閉するものである。
 左後側ドア25は、左前側ドア24の後側に設けられている。この左後側ドア25は、熱交換装置13の支持枠体14を構成する後仕切板14Bに、ヒンジ部材を介して回動可能に支持されている。左後側ドア25は、後仕切板14Bの位置を中心として前,後方向に回動することにより、後述の熱交換装置上流室28を開,閉するものである。
 エンジン室27は、建屋カバー21内に形成されている(図4参照)。このエンジン室27は、建屋カバー21を構成する上面板22、エンジンカバー22A、右側ドア26と、熱交換装置13と、カウンタウエイト7と、作動油タンク10とによって画成されている。このエンジン室27内には、エンジン8、油圧ポンプ9、アシスト発電モータ12等が収容されている。
 熱交換装置上流室28は、建屋カバー21内で熱交換装置13を挟んでエンジン室27とは反対側に形成されている。この熱交換装置上流室28は、支持枠体14の前仕切板14Aと後仕切板14Bとの間で、熱交換装置13よりも冷却風の流れ方向Aの上流側に形成された空間からなっている。熱交換装置上流室28は、その上方が建屋カバー21の上面板22によって覆われ、また、左後側ドア25によって開,閉される。さらに、熱交換装置上流室28の内部には、後述する蓄電装置30、蓄電装置用ラジエータ42、インバータ用ラジエータ46等が配置されている。
 ユーティリティ室29は、建屋カバー21内で熱交換装置上流室28の前側に形成されている。このユーティリティ室29は、建屋カバー21を構成する上面板22および左前側ドア24と、前仕切カバー23と、前仕切板14Aとによって画成されている。ユーティリティ室29内には、後述するインバータ装置34が配置されている。
 蓄電装置30は、熱交換装置13に供給される冷却風の流れ方向Aにおいて熱交換装置13よりも上流側、即ち、左後側ドア25に近い位置に配置されている。蓄電装置30は、例えばリチウムイオン電池を用いて構成され、旋回フレーム5の蓄電装置取付板5H上に取付けられている。この蓄電装置30は、アシスト発電モータ12が発電した電力、上部旋回体3の旋回減速動作(回生動作)によって後述する旋回電動モータ33が発電した回生電力を充電(蓄電)する。一方、蓄電装置30は、充電された電力をアシスト発電モータ12、旋回電動モータ33に放電(給電)するものである。なお、蓄電装置30は、バッテリ以外にも、例えば電気二重層のキャパシタを用いて構成してもよいものである。
 ここで、図5,図6に示すように、蓄電装置30は、内部に複数のバッテリモジュールが収容された直方体状のケーシング30Aと、該ケーシング30Aよりも小型の箱体からなりケーシング30A上に取付けられた接続箱(ジャンクションボックス)30Bとを含んで構成されている。ケーシング30Aには、冷却水が流通するウォータジャケット(図示せず)が形成されている。
 接続箱30Bは、後述する第1,第2のインバータ35,37から延びるケーブル36,38と蓄電装置30の端子との間を接続するものである。図9に示すように、接続箱30Bの内部には、制御部30C等の電気回路(図示せず)が収容され、この電気回路は、後述する制御装置39からの信号が供給されることにより蓄電装置30の充電、放電を制御する。
 ここで、接続箱30Bは、上面30B1、前側面30B2、後側面30B3、左側面30B4、右側面30B5によって囲まれている。後側面30B3の左,右方向の中間部には、後方に向けて張出す張出し部30B6が設けられている。接続箱30Bの前側面30B2には、第1のケーブル接続口30Dと、第2のケーブル接続口30Eとが、左,右方向に並んで設けられている。第1のケーブル接続口30Dには、第1のインバータ35との間を接続する後述のケーブル36が接続され、第2のケーブル接続口30Eには、第2のインバータ37との間を接続する後述のケーブル38が接続されている。一方、接続箱30Bの後側面30B3には、信号線接続口30Fが設けられている。信号線接続口30Fには、蓄電装置30の制御部30Cと制御装置39との間を接続する後述の信号線40Aが接続されている。
 この場合、接続箱30Bの上面30B1は蓄電装置30の上端位置である。接続箱30Bの前側面30B2に設けられた第1,第2のケーブル接続口30D,30Eと、接続箱30Bの後側面30B3に設けられた信号線接続口30Fとは、接続箱30Bの上面30B1よりも低い位置に配置されている。これにより、第1,第2のケーブル接続口30D,30E及びこれらに接続されるケーブル36,38、信号線接続口30F及びこれに接続される信号線40Aが、接続箱30Bの上面30B1から上方に突出するのを抑えることができる構成となっている。
 旋回モータ31は、旋回フレーム5の中央部に設けられている。この旋回モータ31は、下部走行体2に対して上部旋回体3を旋回させるものである。図9に示すように、旋回モータ31は、油圧ポンプ9から供給される圧油によって駆動される旋回油圧モータ32と、該旋回油圧モータ32に付設された後述の旋回電動モータ33とにより構成されている。
 旋回電動モータ33は、第2の電動機を構成している。この旋回電動モータ33は、旋回油圧モータ32と協働して下部走行体2上で上部旋回体3を旋回させるものである。旋回電動モータ33の外殻をなすケーシングには、冷却水が流通するウォータジャケット(いずれも図示せず)が形成されている。ここで、旋回電動モータ33は、蓄電装置30に充電された電力が供給されることにより駆動され、上部旋回体3を旋回させる。また、旋回電動モータ33は、上部旋回体3が旋回減速したときの回生動作によって回生電力を発電し、この回生電力を蓄電装置30に充電する。
 即ち、旋回電動モータ33は、後述のケーブル38を介して蓄電装置30から電力が供給されることにより上部旋回体3を旋回させる電動機としての機能を有している。一方、旋回電動モータ33は、上部旋回体3の旋回減速時に上部旋回体3の運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機としての機能とを有している。旋回電動モータ33が発電した回生電力は、ケーブル38を介して蓄電装置30に供給され、蓄電装置30の充電が行われる。
 次に、ハイブリッド式の油圧ショベル1の電動システムについて説明する。
 図9に示すように、油圧ショベル1の電動システムは、前述したアシスト発電モータ12、蓄電装置30、旋回電動モータ33、後述するインバータ装置34、制御装置39等を含んで構成されている。
 インバータ装置34は、ユーティリティ室29内に設けられている。このインバータ装置34は、熱交換装置上流室28内に設けられた蓄電装置30よりも前側に配置されている(図2参照)。このインバータ装置34は、後述する第1のインバータ35と第2のインバータ37とを備えた1つのユニットとして構成されている。
 第1のインバータ35は、蓄電装置30よりも前側に位置してユーティリティ室29内に配置されている。この第1のインバータ35はアシスト発電モータ12の動作を制御するものである。第1のインバータ35は、外殻をなすケーシング内に収容されたトランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)等からなる複数のスイッチング素子により構成され、各スイッチング素子のオン/オフが制御部35Aによって制御されるものである。また、第1のインバータ35のケーシングには、冷却水が流通するウォータジャケット(図示せず)が形成されている。
 ここで、第1のインバータ35と蓄電装置30とは、正極側(プラス側)と負極側(マイナス側)で一対のケーブル(直流母線)36を通じて相互に接続されている。アシスト発電モータ12の発電時には、第1のインバータ35は、アシスト発電モータ12による発電電力を直流電力に変換し、ケーブル36を通じて蓄電装置30に供給する。一方、アシスト発電モータ12を電動機として駆動するときには、第1のインバータ35は、ケーブル36を介して蓄電装置30から供給される直流電力を三相交流電力に変換し、アシスト発電モータ12に供給する。
 第2のインバータ37は、第1のインバータ35と上,下に重なった状態で第1のインバータ35と共にユーティリティ室29内に配置されている。この第2のインバータ37は旋回電動モータ33の動作を制御するものである。第2のインバータ37は、第1のインバータ35と同様に、外殻をなすケーシング内に収容された複数のスイッチング素子により構成され、各スイッチング素子のオン/オフが制御部37Aによって制御されるものである。また、第2のインバータ37のケーシングには、冷却水が流通するウォータジャケット(図示せず)が形成されている。
 ここで、第2のインバータ37と蓄電装置30とは、正極側(プラス側)と負極側(マイナス側)で一対のケーブル(直流母線)38を通じて相互に接続されている。旋回電動モータ33が上部旋回体3を旋回駆動するときには、第2のインバータ37は、ケーブル38を介して供給される直流電力を三相交流電力に変換し、旋回電動モータ33に供給する。一方、上部旋回体3の旋回減速時に旋回電動モータ33が回生動作によって回生電力を発電したときには、第2のインバータ37は、旋回電動モータ33による回生電力を直流電力に変換し、ケーブル38を介して蓄電装置30に供給する。
 制御装置39は、蓄電装置30、アシスト発電モータ12、旋回電動モータ33等の動作を制御するものである。制御装置39は、信号線40Aを介して蓄電装置30の制御部30Cに接続され、信号線40Bを介して第1のインバータ35の制御部35Aに接続されている。また、制御装置39は、信号線40Cを介して第2のインバータ37の制御部37Aに接続されている。制御装置39は、蓄電装置30の制御部30Cに対して制御信号を出力することにより、蓄電装置30による充電または放電を制御する。また、制御装置39は、第1,第2のインバータ35,37の制御部35A,37Aに対して制御信号を出力することにより、アシスト発電モータ12,旋回電動モータ33の動作を制御する。
 次に、油圧ショベル1に搭載された蓄電装置30、インバータ装置34等を冷却する冷却システムについて説明する。
 蓄電装置用冷却システム41は、インバータ装置34とは別個に蓄電装置30を単独で冷却するものである。蓄電装置用冷却システム41は、冷媒としての冷却水を用いて蓄電装置30を冷却する蓄電装置用ラジエータ42と、冷却水を循環させる蓄電装置用冷却ポンプ43と、蓄電装置用ラジエータ42と蓄電装置用冷却ポンプ43との間を接続する蓄電装置用冷却管路44とを含んで構成されている。蓄電装置用冷却システム41は、蓄電装置30のウォータジャケットに接続される閉ループを形成している(図10参照)。蓄電装置用冷却システム41を構成する蓄電装置用ラジエータ42、蓄電装置用冷却ポンプ43、蓄電装置用冷却管路44は、冷却風の流れ方向Aにおいて熱交換装置13の上流側に位置する熱交換装置上流室28内に設けられている。
 ここで、図6ないし図8に示すように、蓄電装置用ラジエータ42は、熱交換装置13の支持枠体14に設けられた台座部材20上に取付けられている。従って、蓄電装置用ラジエータ42は、熱交換装置13を構成するエアコンコンデンサ18よりも下側に位置して、熱交換装置13と蓄電装置30との間に配設されている。この蓄電装置用ラジエータ42は、蓄電装置30のケーシング30Aに設けられたウォータジャケットを流れる冷却水を冷却することにより、蓄電装置30を冷却するものである。
 蓄電装置用ラジエータ42は、台座部材20上を前,後方向に延びる箱形状をなし、蓄電装置30によって加熱された冷却水が流入するアッパタンク42Aと、冷却された冷却水が流入するロアタンク42Bと、アッパタンク42Aとロアタンク42Bとの間に設けられた放熱部(コア)42Cとにより大略構成されている。
 放熱部42Cは、上端側がアッパタンク42Aに開口すると共に下端側がロアタンク42Bに開口する複数本の細管と、これら各細管に接続された放熱フィンとにより構成されている。放熱部42Cは、アッパタンク42Aに流入した冷却水が各細管を通じてロアタンク42Bに流入する間に、冷却風に晒される放熱フィンを介して冷却水の熱を放熱するものである。
 従って、蓄電装置30によって加熱された冷却水は、蓄電装置用冷却ポンプ43により循環され、蓄電装置用ラジエータ42のアッパタンク42Aに流入した後、放熱部42Cを通過する間に、冷却ファン8Aによって熱交換装置上流室28内に供給される冷却風によって冷却される。放熱部42Cにより放熱された冷却水は、蓄電装置用ラジエータ42のロアタンク42Bから蓄電装置用冷却管路44を通じて蓄電装置30のウォータジャケットに供給され、蓄電装置30を冷却する。
 この場合、蓄電装置用ラジエータ42を構成する放熱部42Cの下端部42Dは、蓄電装置30の上端部となる接続箱30Bの上面30B1と略同一平面内に配置されている。即ち、放熱部42Cの下端部42Dは、接続箱30Bの上面30B1の高さ以上の高さ位置に配置されている。これにより、エンジン8の冷却ファン8Aによって熱交換装置上流室28内に冷却風が流入したときに、この冷却風の流れ方向Aにおいて、接続箱30Bの上側部分が放熱部42Cと重なり合うのを抑え、放熱部42Cの全面に亘ってほぼ均等に冷却風を供給することができる。
 インバータ用冷却システム45は、蓄電装置30とは別個に、インバータ装置34を構成する第1,第2のインバータ35,37および旋回電動モータ33を冷却するものである。インバータ用冷却システム45は、冷媒としての冷却水を用いて第1,第2のインバータ35,37および旋回電動モータ33を冷却するインバータ用ラジエータ46と、冷却水を循環させる他の冷却ポンプとしてのインバータ用冷却ポンプ47と、インバータ用ラジエータ46、第1,第2のインバータ35,37および旋回電動モータ33を相互に接続する他の冷却管路としてのインバータ用冷却管路48とを含んで構成されている。インバータ用冷却システム45は、第1,第2のインバータ35,37および旋回電動モータ33のウォータジャケットに接続される閉ループを形成している(図10参照)。インバータ用冷却システム45を構成するインバータ用ラジエータ46は、冷却風の流れ方向において熱交換装置13の上流側に位置する熱交換装置上流室28内に、蓄電装置用ラジエータ42に隣接して設けられている。
 ここで、インバータ用ラジエータ46は、熱交換装置13の支持枠体14に設けられた台座部材20上に、蓄電装置用ラジエータ42の前側(前仕切板14A側)に隣接して取付けられている。従って、インバータ用ラジエータ46は、熱交換装置13を構成する燃料クーラ19よりも下側に位置して、熱交換装置13と蓄電装置30との間に配設されている。このインバータ用ラジエータ46は、第1,第2のインバータ35,37のウォータジャケット、旋回電動モータ33のウォータジャケットを流れる冷却水を冷却することにより、これら第1,第2のインバータ35,37および旋回電動モータ33を冷却するものである。
 インバータ用ラジエータ46は、台座部材20上を前,後方向に延びる箱形状をなし、第1,第2のインバータ35,37および旋回電動モータ33によって加熱された冷却水が流入するアッパタンク46Aと、冷却された冷却水が流入するロアタンク46Bと、アッパタンク46Aとロアタンク46Bとの間に設けられた放熱部(コア)46Cとにより大略構成されている。
 放熱部46Cは、上端側がアッパタンク46Aに開口すると共に下端側がロアタンク46Bに開口する複数本の細管と、これら各細管に接続された放熱フィンとにより構成されている。放熱部46Cは、アッパタンク46Aに流入した冷却水が各細管を通じてロアタンク46Bに流入する間に、冷却風に晒される放熱フィンを介して冷却水の熱を放熱するものである。
 従って、第1,第2のインバータ35,37および旋回電動モータ33によって加熱された冷却水は、インバータ用冷却ポンプ47により循環され、インバータ用ラジエータ46のアッパタンク46Aに流入した後、放熱部46Cを通過する間に、冷却ファン8Aによって熱交換装置上流室28内に供給される冷却風によって冷却される。放熱部46Cにより放熱された冷却水は、インバータ用ラジエータ46のロアタンク46Bからインバータ用冷却管路48を通じて第1,第2のインバータ35,37および旋回電動モータ33のウォータジャケットに供給され、第1,第2のインバータ35,37および旋回電動モータ33を冷却する。
 この場合、インバータ用ラジエータ46を構成する放熱部46Cの下端部46Dは、蓄電装置30の上端部となる接続箱30Bの上面30B1と略同一平面内に配置されている。即ち、放熱部46Cの下端部46Dは、接続箱30Bの上面30B1の高さ以上の高さ位置に配置されている。これにより、熱交換装置上流室28内に冷却風が流入したときに、この冷却風の流れ方向Aにおいて、接続箱30Bの上側部分が放熱部46Cと重なり合うのを抑え、放熱部46Cの全面に亘ってほぼ均等に冷却風を供給することができる。
 このように、蓄電装置用ラジエータ42とインバータ用ラジエータ46とを別々に設けることにより、蓄電装置30と第1,第2のインバータ35,37とを個別に冷却することができる。これにより、蓄電装置30は、蓄電装置用ラジエータ42によって適正な温度範囲に保つことができる。また、第1,第2のインバータ35,37は、インバータ用ラジエータ46によって適正な温度範囲に保つことができる。
 しかも、熱交換装置13とは別個の蓄電装置用ラジエータ42を備えた蓄電装置用冷却システム41を用いて、蓄電装置30を単独で冷却する構成としている。これにより、蓄電装置用冷却システム41は、蓄電装置30以外の発熱体を冷却する必要がない。従って、蓄電装置用冷却システム41は、蓄電装置30を冷却するのに最適な冷却温度を設定することができる。
 また、図5に示すように、蓄電装置用ラジエータ42とインバータ用ラジエータ46とは、熱交換装置上流室28に流入する冷却風の流れ方向Aにおいて熱交換装置13よりも上流側で、かつ冷却風の流れ方向Aに対して並列に配置されている。これにより、熱交換装置13を通過して暖められる前の冷却風を、蓄電装置用ラジエータ42とインバータ用ラジエータ46とに対して均等に供給することができる。
 さらに、図10に示すように、インバータ装置34は、熱交換装置上流室28内に配置された蓄電装置30よりも前側に位置してユーティリティ室29内に配置されている。一方、インバータ用ラジエータ46は、熱交換装置上流室28内においてインバータ装置34と近い前側(前仕切板14A側)に配置され、蓄電装置用ラジエータ42は、熱交換装置上流室28内においてインバータ用ラジエータ46の後側(後仕切板14B側)に配置されている。
 これにより、インバータ装置34と蓄電装置30との前,後方向の配置関係と、インバータ用ラジエータ46と蓄電装置用ラジエータ42との前,後方向の配置関係とを一致させることができる。この結果、蓄電装置用冷却システム41の蓄電装置用冷却管路44と、インバータ用冷却システム45のインバータ用冷却管路48とを、互いに重なり合うことなく整然と配置することができる。
 本実施の形態によるハイブリッド式の油圧ショベル1は上述の如き構成を有するもので、次に、その動作について説明する。
 キャブ6に搭乗したオペレータがエンジン8を作動させると、エンジン8によって油圧ポンプ9とアシスト発電モータ12が駆動される。これにより、油圧ポンプ9から吐出した圧油は、キャブ6内に設けられた操作レバー(図示せず)の操作に応じて、左,右の走行モータ2E,2F、旋回油圧モータ32、作業装置4のブームシリンダ4D,アームシリンダ4E,バケットシリンダ4Fに供給される。これにより、油圧ショベル1は、下部走行体2による走行動作、上部旋回体3の旋回動作、作業装置4による掘削作業等を行う。
 油圧ショベル1の作動時には、エンジン8によって冷却ファン8Aが駆動されることにより、熱交換装置上流室28内に外気が吸込まれる。熱交換装置上流室28内に吸込まれた外気は、冷却風となって、蓄電装置30、蓄電装置用ラジエータ42、インバータ用ラジエータ46、熱交換装置13等に供給された後、エンジン室27を介して外部に排出される。
 ここで、油圧ショベル1の作動時にエンジン8の出力トルクが油圧ポンプ9の駆動トルクよりも大きいときには、余剰トルクによってアシスト発電モータ12が発電機として駆動される。これにより、アシスト発電モータ12は交流電力を発生し、この交流電力は第1のインバータ35により直流電力に変換され、蓄電装置30に蓄えられる。一方、エンジン8の出力トルクが油圧ポンプ9の駆動トルクよりも小さいときには、アシスト発電モータ12は、蓄電装置30からの電力によって電動機として駆動され、エンジン8による油圧ポンプ9の駆動を補助(アシスト)する。
 旋回電動モータ33は、蓄電装置30に充電された電力が供給されることにより駆動され、旋回油圧モータ32と協働して下部走行体2上で上部旋回体3を旋回させる。また、旋回電動モータ33は、上部旋回体3が旋回減速したときの回生動作によって交流電力(回生電力)を発電する。この交流電力は第2のインバータ37により直流電力に変換され、蓄電装置30に蓄えられる。
 このように、油圧ショベル1の作動時には、アシスト発電モータ12、旋回電動モータ33等が駆動されるので、アシスト発電モータ12を制御する第1のインバータ35、旋回電動モータ33を制御する第2のインバータ37が発熱して温度上昇する。また、蓄電装置30は、油圧ショベル1の運転状況に応じて充電と放電を行うことにより発熱して温度上昇する。
 これに対し、本実施の形態では、温度上昇した蓄電装置30を冷却する蓄電装置用冷却システム41と、蓄電装置30とは別個に第1,第2のインバータ35,37(インバータ装置34)を冷却するインバータ用冷却システム45とを備えており、以下、その動作について説明する。
 まず、蓄電装置用冷却システム41の動作について説明する。蓄電装置用冷却システム41は、図10に示すように、蓄電装置用ラジエータ42と、蓄電装置用冷却ポンプ43と、蓄電装置用冷却管路44とにより、蓄電装置30のウォータジャケットに接続される閉ループを形成している。従って、蓄電装置用冷却ポンプ43が作動すると、蓄電装置30のウォータジャケット内の冷却水(冷媒)は、蓄電装置用ラジエータ42のアッパタンク42Aに流入する。アッパタンク42Aに流入した冷却水は、放熱部42Cを通過してロアタンク42Bに流入する。
 このとき、エンジン8によって冷却ファン8Aが駆動されることにより、熱交換装置上流室28内に外気(冷却風)が供給される。この冷却風が、蓄電装置用ラジエータ42の放熱部42Cを通過するときに、冷却水の熱が放熱される。このため、蓄電装置用ラジエータ42のロアタンク42Bには放熱された冷却水が流入し、放熱された冷却水は、ロアタンク42Bから蓄電装置用冷却管路44を通じて蓄電装置30(ケーシング30A)のウォータジャケットに供給される。
 このようにして、蓄電装置30によって温度上昇した冷却水は、蓄電装置用冷却ポンプ43によって蓄電装置30のウォータジャケットと蓄電装置用ラジエータ42との間を循環する間に、熱交換装置上流室28内に供給される冷却風によって冷却される。この結果、蓄電装置用冷却システム41によって、蓄電装置30を常に適正な温度範囲に保つことができる。
 次に、インバータ用冷却システム45の動作について説明する。インバータ用冷却システム45は、旋回電動モータ33のウォータジャケットと、第1,第2のインバータ35,37のウォータジャケットと、インバータ用ラジエータ46と、インバータ用冷却ポンプ47と、インバータ用冷却管路48とにより閉ループを形成している。従って、インバータ用冷却ポンプ47が作動すると、第1,第2のインバータ35,37および旋回電動モータ33のウォータジャケット内の冷却水(冷媒)は、インバータ用ラジエータ46のアッパタンク46Aに流入する。アッパタンク46Aに流入した冷却水は、放熱部46Cを通過してロアタンク46Bに流入する。
 このとき、熱交換装置上流室28内に外気(冷却風)が供給されるので、この冷却風が、インバータ用ラジエータ46の放熱部46Cを通過するときに、冷却水の熱が放熱される。このため、インバータ用ラジエータ46のロアタンク46Bには放熱された冷却水が流入する。放熱された冷却水は、ロアタンク46Bからインバータ用冷却管路48を通じて第1,第2のインバータ35,37および旋回電動モータ33のウォータジャケットに供給される。
 このようにして、第1,第2のインバータ35,37および旋回電動モータ33によって温度上昇した冷却水は、インバータ用冷却ポンプ47によって第1,第2のインバータ35,37および旋回電動モータ33のウォータジャケットとインバータ用ラジエータ46との間を循環する間に、熱交換装置上流室28内に供給される冷却風によって冷却される。この結果、インバータ用冷却システム45によって、第1,第2のインバータ35,37および旋回電動モータ33を常に適正な温度範囲に保つことができる。
 この場合、本実施の形態による油圧ショベル1は、蓄電装置用ラジエータ42と、蓄電装置用冷却ポンプ43と、蓄電装置用冷却管路44とにより、閉ループを形成する蓄電装置用冷却システム41を構成している。この蓄電装置用冷却システム41は、冷却風の流れ方向Aにおいて熱交換装置13の上流側となる熱交換装置上流室28内に配置され、蓄電装置30のウォータジャケットに接続されている。
 これにより、蓄電装置用冷却システム41は、インバータ装置34等の他の発熱体とは別個に蓄電装置30を単独で冷却することができるため、蓄電装置30を冷却するのに最適な冷却温度を設定することができる。この結果、蓄電装置用冷却システム41により、蓄電装置30を常に適正な温度範囲内に保つことができるので、蓄電装置30を常に円滑に作動させることができ、蓄電装置30の耐用年数も向上させることができる。
 しかも、蓄電装置用ラジエータ42、蓄電装置用冷却ポンプ43、蓄電装置用冷却管路44を熱交換装置上流室28内に設けることにより、蓄電装置用冷却システム41全体をコンパクトに構成することができる。この結果、例えば蓄電装置用冷却システム41に対するメンテナンス時の作業性を高めることができる。
 一方、インバータ用冷却システム45は、インバータ用ラジエータ46を用いて、インバータ装置34を蓄電装置30とは別に冷却することができる。従って、インバータ用冷却システム45は、インバータ装置34および旋回電動モータ33を冷却するのに最適な冷却温度を設定することができ、これらを効率良く冷却することができる。この結果、インバータ装置34を適正な温度範囲内に保つことができ、インバータ装置34の第1,第2のインバータ35,37を常に円滑に作動させることができる。
 しかも、蓄電装置用ラジエータ42とインバータ用ラジエータ46とは、冷却風の流れ方向Aにおいて熱交換装置13よりも上流側で、かつ冷却風の流れ方向Aに対して並列に配置されている。これにより、熱交換装置13を通過して暖められる前の冷却風を、蓄電装置用ラジエータ42とインバータ用ラジエータ46とに対して均等に供給することができる。この結果、蓄電装置30とインバータ装置34の第1,第2のインバータ35,37とを効率良く冷却することができる。
 本実施の形態による油圧ショベル1は、熱交換装置13に供給される冷却風の流れ方向Aに対し、熱交換装置13よりも上流側となる熱交換装置上流室28内に、蓄電装置30が配置されている。この蓄電装置30よりも前側(キャブ6側)には、インバータ装置34が配置されている。このため、本実施の形態では、例えば従来技術のように、蓄電装置とインバータ装置とを熱交換装置よりも冷却風の流れ方向の上流側で上,下に重ねて配置する場合に比較して、蓄電装置30とインバータ装置34とが冷却風の妨げになるのを抑え、熱交換装置13に対して充分な冷却風を供給することができる。
 しかも、熱交換装置上流室28内においては、蓄電装置用ラジエータ42がインバータ用ラジエータ46の後側(カウンタウエイト7側)に配置されている。従って、インバータ装置34と蓄電装置30との前,後方向の配置関係と、インバータ用ラジエータ46と蓄電装置用ラジエータ42との前,後方向の配置関係とを一致させることができる。これにより、蓄電装置用冷却システム41を構成する蓄電装置用冷却管路44と、インバータ用冷却システム45を構成するインバータ用冷却管路48とを、互いに重なり合うことなく整然と配置することができる。この結果、例えば蓄電装置用冷却システム41、インバータ用冷却システム45に対するメンテナンス作業を行うときの作業性を高めることができる。
 本実施の形態による油圧ショベル1によると、熱交換装置上流室28は、熱交換装置13の前側に配置された前仕切板14Aと、熱交換装置13の後側に配置された後仕切板14Bとの間で、熱交換装置13よりも冷却風の流れ方向Aの上流側に形成された空間として形成されている。熱交換装置上流室28内には、蓄電装置用ラジエータ42とインバータ用ラジエータ46とが配置されている。これにより、蓄電装置用ラジエータ42とインバータ用ラジエータ46とに対し、冷却ファン8Aによる大量の冷却風を無駄なく供給することができ、蓄電装置30、第1,第2のインバータ35,37の冷却を促進することができる。
 本実施の形態による油圧ショベル1は、蓄電装置30のケーシング30Aの上面側に、上面30B1、前側面30B2、後側面30B3、左側面30B4、右側面30B5によって囲まれた接続箱30Bが設けられている。この接続箱30Bの前側面30B2には、第1,第2のケーブル接続口30D,30Eが設けられ、接続箱30Bの後側面30B3には、信号線接続口30Fが設けられている。これにより、第1,第2のケーブル接続口30D,30Eに接続されるケーブル36,38と、信号線接続口30Fに接続される信号線40Aとが、接続箱30Bの上面30B1から上方に突出するのを抑え、熱交換装置上流室28に供給される冷却風の妨げになるのを抑えることができる。この結果、蓄電装置用ラジエータ42およびインバータ用ラジエータ46に対して充分な冷却風を供給することができる。
 本実施の形態による油圧ショベル1は、蓄電装置用ラジエータ42の放熱部42Cの下端部42D、およびインバータ用ラジエータ46の放熱部46Cの下端部46Dが、蓄電装置30の上端部となる接続箱30Bの上面30B1の高さ以上の高さ位置に配置されている。
 これにより、冷却ファン8Aにより熱交換装置上流室28内に供給された冷却風は、蓄電装置30のケーシング30Aや接続箱30Bに妨げられることなく、蓄電装置用ラジエータ42の放熱部42C、およびインバータ用ラジエータ46の放熱部46Cに供給される。この結果、インバータ用ラジエータ46によってインバータ装置34を効率良く冷却できると共に、蓄電装置用ラジエータ42によって蓄電装置30を効率良く冷却することができる。
 なお、実施の形態では、インバータ装置34として第1のインバータ35と第2のインバータ37との2個のインバータによってインバータ装置34を構成した場合を例示している。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば単一のインバータによってインバータ装置を構成してもよく、あるいは3個以上のインバータによってインバータ装置を構成してもよい。
 実施の形態では、インバータ用冷却システム45が、インバータ装置34と一緒に旋回電動モータ33を冷却する場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、インバータ装置34とは別に旋回電動モータ33を冷却する他の冷却システムを備える構成としてもよい。
 実施の形態では、ハイブリッド式作業機として、履帯2Dを備えたクローラ式の油圧ショベル1を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば車輪を備えたホイール式油圧ショベル、ホイールローダ、フォークリフト、ダンプトラック等の種々の作業機に広く適用することができる。
 2 下部走行体(車体)
 3 上部旋回体(車体)
 4 作業装置
 7 カウンタウエイト
 8 エンジン
 8A 冷却ファン
 9 油圧ポンプ
 12 アシスト発電モータ(第1の電動機)
 13 熱交換装置
 14A 前仕切板
 14B 後仕切板
 28 熱交換装置上流室
 30 蓄電装置
 30B 接続箱
 30B1 上面
 30B2 前側面(側面)
 30B3 後側面(側面)
 30D 第1のケーブル接続口
 30E 第2のケーブル接続口
 30F 信号線接続口
 33 旋回電動モータ(第2の電動機)
 34 インバータ装置
 35 第1のインバータ
 37 第2のインバータ
 38 ケーブル
 39 制御装置
 40A,40B,40C 信号線
 41 蓄電装置用冷却システム
 42 蓄電装置用ラジエータ
 42A,46A アッパタンク
 42B,46B ロアタンク
 42C,46C 放熱部
 42D,46D 下端部
 43 蓄電装置用冷却ポンプ
 44 蓄電装置用冷却管路
 45 インバータ用冷却システム
 46 インバータ用ラジエータ
 47 インバータ用冷却ポンプ(他の冷却ポンプ)
 48 インバータ用冷却管路(他の冷却管路)

Claims (5)

  1.  前側に作業装置(4)が設けられた自走可能な車体(3)と、該車体(3)の後側に設けられ前記作業装置(4)との重量バランスをとるカウンタウエイト(7)と、該カウンタウエイト(7)の前側に配置され油圧ポンプ(9)を駆動するエンジン(8)と、該エンジン(8)によって駆動されることにより電力を発電し、または電力が供給されることにより前記エンジン(8)の駆動を補助する電動機(12)と、エンジン冷却水および/または作動油を含む流体を冷却する熱交換装置(13)と、該熱交換装置(13)に冷却風を供給する冷却ファン(8A)と、前記熱交換装置(13)に供給される冷却風の流れ方向に対して前記熱交換装置(13)よりも上流側である熱交換装置上流室(28)に配置され、電力を充電しまたは電力を放電する蓄電装置(30)とを備えてなるハイブリッド式作業機において、
     前記熱交換装置(13)に供給される冷却風の流れ方向の上流側である前記熱交換装置上流室(28)には、冷媒を用いて前記蓄電装置(30)を単独で冷却する蓄電装置用ラジエータ(42)と、冷媒を循環させる冷却ポンプ(43)と、該冷却ポンプ(43)と前記蓄電装置用ラジエータ(42)との間を接続する冷却管路(44)とを設け、
     前記蓄電装置用ラジエータ(42)、前記冷却ポンプ(43)、前記冷却管路(44)によって閉ループとして形成された蓄電装置用冷却システム(41)を構成したことを特徴とするハイブリッド式作業機。
  2.  前記エンジン(8)によって駆動される前記電動機である第1の電動機(12)とは別個に、前記蓄電装置(30)から供給される電力により駆動され、または回生動作によって発電した回生電力を前記蓄電装置(30)に充電する第2の電動機(33)を設け、
     前記第1の電動機(12)の動作を制御する第1のインバータ(35)と、前記第2の電動機(33)の動作を制御する第2のインバータ(37)とからなるインバータ装置(34)を設け、
     前記第1,第2のインバータ(35),(37)を冷却するインバータ用ラジエータ(46)を設け、
     前記インバータ用ラジエータ(46)は、冷媒を循環させる他の冷却ポンプ(47)と、該他の冷却ポンプ(47)と前記インバータ用ラジエータ(46)との間を接続する他の冷却管路(48)とにより閉ループとして形成されたインバータ用冷却システム(45)を構成してなる請求項1に記載のハイブリッド式作業機。
  3.  前記蓄電装置用冷却システム(41)の前記蓄電装置用ラジエータ(42)は、前記熱交換装置上流室(28)内で前記冷却風の流れ方向において前記熱交換装置(13)と前記蓄電装置(30)との間に配置する構成としてなる請求項1に記載のハイブリッド式作業機。
  4.  前記蓄電装置用ラジエータ(42)は、冷却すべき冷媒が流入するアッパタンク(42A)と、冷却された冷媒が流入するロアタンク(42B)と、前記アッパタンク(42A)と前記ロアタンク(42B)との間に設けられ冷媒の熱を冷却風中に放熱する放熱部(42C)とを有し、
     前記蓄電装置用ラジエータ(42)の前記放熱部(42C)の下端部は、前記蓄電装置(30)の上面(30B1)の高さ以上の高さ位置に配置する構成としてなる請求項1に記載のハイブリッド式作業機。
  5.  前記熱交換装置上流室(28)は、前記車体(3)の前,後方向において前記熱交換装置(13)の前側で左,右方向に延びる前仕切部材(14A)と、前記車体(3)の前,後方向において前記熱交換装置(13)の後側で前記カウンタウエイト(7)に沿って左,右方向に延びる後仕切部材(14B)とにより囲まれ、冷却風の流れ方向の上流側に形成される空間により構成してなる請求項1に記載のハイブリッド式作業機。
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