WO2024090038A1 - 建設機械の油圧システム - Google Patents

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WO2024090038A1
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hydraulic
hydraulic oil
battery
pump
heat exchanger
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PCT/JP2023/032248
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崇伸 中村
幸人 今村
英紀 田中
淳人 樋口
健太 過能
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川崎重工業株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/26—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00

Definitions

  • This disclosure relates to hydraulic systems for construction machinery.
  • Construction machinery such as hydraulic excavators is equipped with a hydraulic system that supplies hydraulic oil from a hydraulic pump to multiple hydraulic actuators.
  • Patent Document 1 discloses a hydraulic system for construction machinery that includes a hydraulic pump driven by an engine.
  • the present disclosure therefore aims to provide a hydraulic system for construction machinery that can increase the temperature of the battery.
  • the present disclosure provides a hydraulic system for a construction machine, comprising: an electric motor supplied with power from a battery; a hydraulic pump driven by the electric motor; a circulation pump for circulating cooling water through a circulation path passing through the battery and a radiator; a heat exchanger connected to the circulation path in parallel with the radiator and for exchanging heat between the cooling water and hydraulic oil; a first switching valve for switching whether or not the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump is supplied to the heat exchanger; and a second switching valve for switching whether the cooling water that has passed through the battery is supplied to the radiator or to the heat exchanger.
  • the present disclosure provides a hydraulic system for a construction machine that can increase the temperature of the battery.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hydraulic system of a construction machine according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view showing an internal configuration of a rotating body of a hydraulic excavator on which the hydraulic system is mounted.
  • FIG. 2 is a side view showing an internal configuration of a rotating body of the hydraulic excavator.
  • FIG. 4 is a plan view taken along line IV-IV in FIG. 3.
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a hydraulic system of a construction machine according to a modified example.
  • FIG. 1 shows a hydraulic system 2 for a construction machine according to one embodiment.
  • the hydraulic system 2 is mounted on a construction machine 1 as shown in FIG. 2.
  • the construction machine 1 is a hydraulic excavator 1A.
  • the hydraulic system 2 may also be mounted on a construction machine 1 other than a hydraulic excavator, such as a crane or a wheel loader.
  • the hydraulic excavator 1A includes a rotating body 11 and a boom 14 that moves up and down relative to the rotating body 11.
  • the rotating body 11 is supported on a running body so as to be able to rotate.
  • the rotating body 11 has a driver's seat 12 provided to the side of the boom 14.
  • the hydraulic system 2 supplies hydraulic oil from at least one hydraulic pump 33 to a plurality of hydraulic actuators 15 shown in FIG. 3.
  • FIG. 3 shows only the boom cylinder 15A out of the plurality of hydraulic actuators 15.
  • Hydraulic actuators other than the boom cylinder 15A include a swing motor, an arm cylinder, and a bucket cylinder.
  • the hydraulic system 2 includes a hydraulic oil tank 31 that stores hydraulic oil, at least one hydraulic pump 33 connected to the hydraulic oil tank 31 by hydraulic piping 32, an electric motor 21 that drives the at least one hydraulic pump 33, and a control valve unit 4 that is connected to the at least one hydraulic pump 33 by hydraulic oil piping 35 and to the hydraulic oil tank 31 by hydraulic oil piping 47.
  • the pump unit including the hydraulic pump 33 and the electric motor 21 is installed horizontally, but the pump unit may also be installed vertically.
  • the hydraulic system 2 includes two hydraulic pumps 33.
  • the hydraulic system 2 may include only one hydraulic pump 33, or may include three or more hydraulic pumps 33.
  • each hydraulic pump 33 is a variable displacement pump, and the displacement of each hydraulic pump 33 is changed by a regulator 34.
  • each hydraulic pump 33 is a swash plate pump or a bent axis pump, which is an axial piston pump.
  • two hydraulic pumps 33 are arranged coaxially to form a tandem pump.
  • the rotating shaft of the tandem pump is connected to the output shaft of the electric motor 21 by a coupling.
  • two hydraulic pumps 33 may be arranged side-by-side to form a parallel pump.
  • each regulator 34 is controlled by the control device 9. Note that in FIG. 1, some signal lines are omitted to simplify the drawing.
  • the regulator 34 may be one that electrically changes the hydraulic pressure acting on a servo piston connected to the swash plate of the hydraulic pump 33, or may be an electric actuator connected to the swash plate of the hydraulic pump 33.
  • each regulator 34 does not necessarily need to be controlled by the control device 9, and may be operated by the pressure of the hydraulic oil.
  • each regulator 34 may be of a negative control type or a load sensing type.
  • each hydraulic pump 33 may be a fixed displacement pump, and the discharge flow rate may be changed according to the rotation speed.
  • the driver's seat 12 is provided with multiple operating devices, such as a boom operating device, an arm operating device, and a bucket operating device.
  • the electric motor 21 drives the hydraulic pump 33 at a constant rotation speed.
  • the control device 9 keeps the capacity of the hydraulic pump 33 at a minimum when none of the operating devices are operated.
  • the control device 9 increases the capacity of the hydraulic pump 33 that supplies hydraulic oil to the hydraulic actuator 15 corresponding to the operated operating device as the amount of operation of the operating device increases.
  • the hydraulic oil tank 31 is disposed within the rotating body 11.
  • the hydraulic oil tank 31 is located on the opposite side of the boom 14 from the driver's seat 12.
  • the battery 13 is also disposed within the rotating body 11.
  • the battery 13 is located behind the driver's seat 12 and the boom 14. Power is supplied to the electric motor 21 from the battery 13.
  • control valve unit 4 supplies hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 33 to the hydraulic actuator 15 corresponding to the operated operating device, and returns the hydraulic oil discharged from the hydraulic actuator 15 to the hydraulic oil tank 31.
  • control valve unit 4 includes a plurality of control valves each corresponding to a hydraulic actuator 15.
  • the control valve unit 4 is formed with two pump passages 41 each communicating with the hydraulic oil pipes 35, and a tank passage 46 communicating with the hydraulic oil pipes 47, and each control valve is connected to one of the pump passages 41 and the tank passage 46.
  • the control valve unit 4 also has a pair of supply and discharge passages for each control valve.
  • the control valve unit 4 is connected to the hydraulic actuator 15 by hydraulic oil pipes 48 shown in FIG. 2 which communicate with the supply and discharge passages.
  • the control valve unit 4 is disposed between the boom 14 and the battery 13 within the rotating body 11.
  • control valve unit 4 is formed with a relief passage 44 in which a relief valve 45 is provided, and a relay passage 42 is formed to connect each pump passage 41 to the relief passage 44.
  • Each relay passage 42 is provided with a check valve 43 that allows flow from the pump passage 41 to the relief passage 44 but prohibits flow from the relief passage 44 to the pump passage 41.
  • the control valve unit 4 is connected to the first switching valve 52 by the hydraulic oil piping 51.
  • the relief passage 44 described above communicates with the hydraulic oil piping 51.
  • the relief valve 45 is interposed between the first switching valve 52 and the hydraulic pump 33.
  • the first switching valve 52 is connected to an oil cooler 54 by a hydraulic oil pipe 53, and the oil cooler 54 is connected to the hydraulic oil tank 31 by a hydraulic oil pipe 55.
  • the hydraulic oil pipe 55 is provided with a check valve 56 that allows flow from the oil cooler 54 to the hydraulic oil tank 31 but prohibits flow from the hydraulic oil tank 31 to the oil cooler 54. Note that the check valve 56 is not shown in Figures 2 and 3.
  • the oil cooler 54 cools the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 33 and passing through the relief valve 45. That is, the hydraulic oil pipes 51, 53, 55, the first switching valve 52, and the oil cooler 54 constitute the cooling path 5.
  • the oil cooler 54 is an air-cooled type in which air is blown from the fan motor 22, but the oil cooler 54 may also be a water-cooled type.
  • a heat exchanger 24 is connected to the cooling path 5 in parallel with the oil cooler 54.
  • the heat exchanger 24 exchanges heat between the hydraulic oil and the cooling water. More specifically, the heat exchanger 24 is connected to the first switching valve 52 by a hydraulic oil pipe 61, and is connected to the hydraulic oil tank 31 by a hydraulic oil pipe 62.
  • the hydraulic oil pipe 62 is provided with a check valve 63 that allows flow from the heat exchanger 24 to the hydraulic oil tank 31 but prohibits flow from the hydraulic oil tank 31 to the heat exchanger 24. Note that the check valve 63 is not shown in Figures 2 and 3.
  • the first switching valve 52 is switched between a cooling position in which the hydraulic oil pipe 51 is connected to the hydraulic oil pipe 53, and a non-cooling position in which the hydraulic oil pipe 51 is connected to the hydraulic oil pipe 61. That is, the first switching valve 52 switches whether the hydraulic oil that has passed through the relief valve 45 is supplied to the heat exchanger 24 or to the oil cooler 54, in other words, whether the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 33 is supplied to the heat exchanger 24 or not.
  • the first switching valve 52 is controlled by the control device 9.
  • the hydraulic system 2 includes a radiator 76 and a circulation pump 71 that circulates cooling water through the circulation path 7 that passes through the battery 13 and the radiator 76.
  • the radiator 76 is an air-cooled type in which air is blown from the fan motor 23, but the radiator 76 may also be a water-cooled type.
  • the circulation pump 71 is connected to the battery 13 by a cooling water pipe 72, and the battery 13 is connected to a second switching valve 74 by a cooling water pipe 73.
  • An internal flow path 13a is formed in the battery 13, and the internal flow path 13a communicates with the cooling water pipes 72 and 73.
  • a jacket may be used instead of the internal flow path 13a.
  • a cooling water tank may be provided in the circulation path 7 (for example, the cooling water pipe 77 described below upstream of the circulation pump 71).
  • the second switching valve 74 is connected to a radiator 76 via a cooling water pipe 75, and the radiator 76 is connected to the circulation pump 71 via a cooling water pipe 77.
  • the cooling water pipe 77 is provided with a check valve 78 that allows flow from the radiator 76 to the circulation pump 71 but prohibits flow from the circulation pump 71 to the radiator 76. Note that the check valve 78 is not shown in Figures 2 and 3.
  • the heat exchanger 24 is connected to the circulation path 7 in parallel with the radiator 76. More specifically, the heat exchanger 24 is connected to the second switching valve 74 by a cooling water pipe 81, and is connected to the downstream portion of the check valve 78 in the cooling water pipe 77 by a cooling water pipe 82.
  • a heater 83 is provided in the cooling water pipe 81, but the heater 83 can be omitted.
  • a check valve 84 is provided in the cooling water pipe 82, which allows flow from the heat exchanger 24 to the cooling water pipe 77 but prohibits flow from the cooling water pipe 77 to the heat exchanger 24. Note that the check valve 84 is not shown in Figures 2 and 3.
  • the second switching valve 74 is switched between a cooling position in which the cooling water pipe 73 is connected to the cooling water pipe 75, and a heating position in which the cooling water pipe 73 is connected to the cooling water pipe 81. In other words, the second switching valve 74 switches whether the cooling water that has passed through the battery 13 is supplied to the radiator 76 or to the heat exchanger 24.
  • the second switching valve 74 is controlled by the control device 9.
  • circuits or processing circuits including general purpose processors, special purpose processors, integrated circuits, ASICs (Application Specific Integrated Circuits), conventional circuits, and/or combinations thereof, configured or programmed to perform the disclosed functions.
  • Processors are considered processing circuits or circuits because they include transistors and other circuitry.
  • a circuit, unit, or means is hardware that performs the recited functions or hardware that is programmed to perform the recited functions.
  • the hardware may be hardware disclosed herein or other known hardware that is programmed or configured to perform the recited functions. Where the hardware is a processor, which is considered a type of circuit, the circuit, means, or unit is a combination of hardware and software, and the software is used to configure the hardware and/or the processor.
  • the control device 9 is electrically connected to a temperature sensor 91 provided in the hydraulic oil tank 31 and a temperature sensor 92 provided in the battery 13.
  • the temperature sensor 91 detects the temperature of the hydraulic oil stored in the hydraulic oil tank 31, and the temperature sensor 92 detects the temperature of the battery 13.
  • the temperature sensor 91 may be provided in one of the hydraulic oil pipes, and the temperature sensor 92 may be provided in one of the cooling water pipes.
  • the control device 9 displays the temperature of the hydraulic oil detected by the temperature sensor 91 on a display device provided in the driver's seat 12.
  • the pilot performs a warm-up operation to reduce the viscosity of the hydraulic oil.
  • the control device 9 switches the first switching valve 52 to the non-cooling position, and when the temperature of the hydraulic oil detected by the temperature sensor 91 is higher than the predetermined value ⁇ , the control device 9 switches the first switching valve 52 to the cooling position.
  • the predetermined value ⁇ is within the range of 10°C to 40°C.
  • the operator tilts the control lever of the boom operation device to its maximum extent to shorten the boom cylinder 15A to its stroke end, and then maintains the tilted state of the control lever. This causes the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 33 at the maximum flow rate to generate heat as it passes through the relief valve 45.
  • the control device 9 also switches the second switching valve 74 to the cooling position when the temperature of the battery 13 detected by the temperature sensor 92 is higher than a predetermined value ⁇ , and switches the second switching valve 74 to the heating position when the temperature of the battery 13 detected by the temperature sensor 92 is lower than the predetermined value ⁇ .
  • the predetermined value ⁇ is within the range of 10°C to 40°C.
  • the first switching valve 52 supplies the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 33 and passing through the relief valve 45 to the heat exchanger 24, and the second switching valve 74 supplies the cooling water that has passed through the battery 13 to the heat exchanger 24, so that the cooling water circulating through the battery 13 is heated by the hydraulic oil. Therefore, the temperature of the battery 13 can be increased.
  • the electric motor 21, hydraulic pump 33, oil cooler 54, first switching valve 52, heat exchanger 24, circulation pump 71, radiator 76 and second switching valve 74 are arranged in the space surrounded by the side surface 11a of the rotating body 11 facing the hydraulic oil tank 31, the battery 13, the control valve unit 4 and the hydraulic oil tank 31, so that the hydraulic oil piping and cooling water piping can be laid out in short lengths.
  • the warm-up operation does not have to be performed by the operator, but may be performed automatically by the control device 9 when the construction machine 1 is powered on.
  • the heating operation of the battery 13 may be performed continuously after the temperature of the hydraulic oil has risen above the predetermined value ⁇ through the warm-up operation.
  • a check valve 49 with a cracking pressure set slightly higher may be provided in the hydraulic oil piping 47, and the tank passage 46 may communicate with the relief passage 44 downstream of the relief valve 45.
  • the oil cooler 54 cools the hydraulic oil discharged from the multiple hydraulic actuators 15 through the control valve unit 4.
  • the hydraulic oil piping 53 may directly connect the relief passage 44 and the oil cooler 54, the first switching valve 52 may simply be an on-off valve, a branch passage branching off from the pump passage 41 may be formed in the control valve unit 4, and the hydraulic oil piping 51 extending from the first switching valve 52 may be connected to the branch passage.
  • the temperature of the hydraulic oil can be increased when it passes through the relief valve 45. Furthermore, when it is not necessary to heat the cooling water, the hydraulic oil that has passed through the relief valve 45 can be cooled by the oil cooler 54.
  • the present disclosure provides a hydraulic system for a construction machine comprising: an electric motor supplied with power from a battery; a hydraulic pump driven by the electric motor; a circulation pump for circulating cooling water through a circulation path passing through the battery and a radiator; a heat exchanger connected to the circulation path in parallel with the radiator and performing heat exchange between the cooling water and hydraulic oil; a first switching valve for switching whether the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump is supplied to the heat exchanger; and a second switching valve for switching whether the cooling water that has passed through the battery is supplied to the radiator or to the heat exchanger.
  • the first switching valve supplies hydraulic oil discharged from the hydraulic pump to the heat exchanger
  • the second switching valve supplies cooling water that has passed through the battery to the heat exchanger, so that the cooling water circulating through the battery is heated by the hydraulic oil. This makes it possible to increase the temperature of the battery.
  • the hydraulic system of the first aspect further includes a relief valve interposed between the hydraulic pump and the first switching valve, and an oil cooler that cools the hydraulic oil that has passed through the relief valve, and the first switching valve may switch whether the hydraulic oil that has passed through the relief valve is supplied to the heat exchanger or to the oil cooler.
  • the hydraulic system described above in the second aspect may further include a hydraulic oil tank connected to the hydraulic pump, and a control valve unit connected to the hydraulic pump and a plurality of hydraulic actuators.
  • the oil cooler may cool the hydraulic oil discharged from the multiple hydraulic actuators through the control valve unit. With this configuration, it is possible to cool not only the hydraulic oil that has passed through the relief valve, but also the hydraulic oil discharged from the hydraulic actuators.
  • the construction machine may be a hydraulic excavator including a rotating body, a boom that moves up and down relative to the rotating body, and a driver's seat provided on the rotating body on the side of the boom, and within the rotating body, the hydraulic oil tank is disposed on the opposite side of the driver's seat with the boom in between, the battery is disposed behind the driver's seat and the boom, the control valve unit is disposed between the boom and the battery, and the electric motor, the hydraulic pump, the oil cooler, the first switching valve, the heat exchanger, the circulation pump, the radiator, and the second switching valve are disposed within a space surrounded by the side of the rotating body facing the hydraulic oil tank, the battery, the control valve unit, and the hydraulic oil tank.
  • the hydraulic oil piping and the cooling water piping can be laid out in short lengths.

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Abstract

一実施形態に係る建設機械の油圧システム（２）は、バッテリ（１３）から電力が供給される電動モータ（２１）と、電動モータ（２１）により駆動される油圧ポンプ（３３）と、バッテリ（１３）およびラジエータ（７６）を経由する循環路（７）に冷却水を循環させる循環ポンプ（７１）を含む。さらに、油圧システム（２）は、ラジエータ（７６）と並列に循環路（７）に接続された熱交換器（２４）と、油圧ポンプ（３３）から吐出された作動油を熱交換器（２４）へ供給するか否かを切り換える第１切換弁（５２）と、バッテリ（１３）を通過した冷却水をラジエータ（７６）へ供給するか熱交換器（２４）へ供給するかを切り換える第２切換弁（７４）を含む。

Description

建設機械の油圧システム
　本開示は、建設機械の油圧システムに関する。
　油圧ショベルなどの建設機械には、油圧ポンプから複数の油圧アクチュエータへ作動油を供給する油圧システムが搭載される。例えば、特許文献１には、エンジンにより駆動される油圧ポンプを含む建設機械の油圧システムが開示されている。
特許第４９０９１６４号公報
　近年では、エンジンの代わりに電動モータが採用された建設機械の油圧システムが開発されつつある。この場合、電動モータへはバッテリから電力が供給される。しかし、寒冷地ではバッテリの性能が大きく低下する。
　そこで、本開示は、バッテリの温度を上昇させることができる建設機械の油圧システムを提供することを目的とする。
　本開示は、バッテリから電力が供給される電動モータと、前記電動モータにより駆動される油圧ポンプと、前記バッテリおよびラジエータを経由する循環路に冷却水を循環させる循環ポンプと、前記ラジエータと並列に前記循環路に接続された、前記冷却水と作動油との間で熱交換を行う熱交換器と、前記油圧ポンプから吐出された作動油を前記熱交換器へ供給するか否かを切り換える第１切換弁と、前記バッテリを通過した冷却水を前記ラジエータへ供給するか前記熱交換器へ供給するかを切り換える第２切換弁と、を備える、建設機械の油圧システムを提供する。
　本開示によれば、バッテリの温度を上昇させることができる建設機械の油圧システムが提供される。
一実施形態に係る建設機械の油圧システムの概略構成図である。 前記油圧システムが搭載された油圧ショベルの旋回体の内部構成を示す平面図である。 前記油圧ショベルの旋回体の内部構成を示す側面図である。 図３のIV－IV線の位置から見た平面図である。 変形例の建設機械の油圧システムの概略構成図である。
　図１に、一実施形態に係る建設機械の油圧システム２を示す。油圧システム２は、図２に示すような建設機械１に搭載される。本実施形態では、建設機械１が油圧ショベル１Ａである。ただし、油圧システム２は、クレーンやホイールローダなどの油圧ショベル以外の建設機械１に搭載されてもよい。
　図２および図３に示すように、油圧ショベル１Ａは、旋回体１１と、旋回体１１に対して俯仰するブーム１４を含む。油圧ショベル１Ａが自走式である場合、旋回体１１が走行体に旋回可能に支持される。旋回体１１には、ブーム１４の側方に運転席１２が設けられている。
　図１に示すように、油圧システム２は、少なくとも１つの油圧ポンプ３３から図３に示す複数の油圧アクチュエータ１５へ作動油を供給するものである。なお、図３では、複数の油圧アクチュエータ１５のうちのブームシリンダ１５Ａのみを示す。ブームシリンダ１５Ａ以外の油圧アクチュエータとしては、旋回モータ、アームシリンダおよびバケットシリンダなどがある。
　具体的に、油圧システム２は、作動油を貯留する作動油タンク３１と、油圧配管３２により作動油タンク３１と接続された少なくとも１つの油圧ポンプ３３と、少なくとも１つの油圧ポンプ３３を駆動する電動モータ２１と、作動油配管３５により少なくとも１つの油圧ポンプ３３と接続されるとともに作動油配管４７により作動油タンク３１と接続された制御弁ユニット４を含む。なお、図３では、油圧ポンプ３３および電動モータ２１を含むポンプユニットが横向きで設置されているが、ポンプユニットは縦向きで設置されてもよい。
　本実施形態では、油圧システム２が２つの油圧ポンプ３３を含む。ただし、油圧システム２は油圧ポンプ３３を１つだけ含んでもよいし、３つ以上の油圧ポンプ３３を含んでもよい。また、本実施形態では、各油圧ポンプ３３が可変容量型ポンプであり、各油圧ポンプ３３の容量がレギュレータ３４により変更される。例えば、各油圧ポンプ３３は、アキシャルピストンポンプである斜板ポンプまたは斜軸ポンプである。
　本実施形態では、図３に示すように、２つの油圧ポンプ３３が同軸上に配置されてタンデムポンプを構成する。当該タンデムポンプの回転軸がカップリングにより電動モータ２１の出力軸と連結されている。ただし、２つの油圧ポンプ３３が横並びに配置されてパラレルポンプを構成してもよい。
　図１に戻って、本実施形態では、各レギュレータ３４が制御装置９により制御される。なお、図１では、図面の簡略化のために一部の信号線の作図を省略する。例えば、油圧ポンプ３３が斜板ポンプである場合、レギュレータ３４は、油圧ポンプ３３の斜板と連結されたサーボピストンに作用する油圧を電気的に変更するものであってもよいし、油圧ポンプ３３の斜板と連結された電動アクチュエータであってもよい。
　ただし、各レギュレータ３４は、必ずしも制御装置９により制御される必要はなく、作動油の圧力によって動作してもよい。例えば、各レギュレータ３４は、ネガティブコントロール方式またはロードセンシング方式であってもよい。あるいは、各油圧ポンプ３３が固定容量型ポンプであり、回転数によって吐出流量が変更されてもよい。
　運転席１２には、ブーム操作装置、アーム操作装置、バケット操作装置などの複数の操作装置が設けられている。本実施形態では、電動モータ２１が一定の回転数で油圧ポンプ３３を駆動する。制御装置９は、操作装置のいずれも操作されていないときに、油圧ポンプ３３の容量を最小に保つ。一方、操作装置のいずれかが操作されたとき、制御装置９は、操作された操作装置に対応する油圧アクチュエータ１５へ作動油を供給する油圧ポンプ３３の容量を、操作装置の操作量が大きくなるほど増大させる。
　作動油タンク３１は、旋回体１１内に配置されている。作動油タンク３１はブーム１４を挟んで運転席１２と反対側に位置している。また、旋回体１１内にはバッテリ１３も配置されている。バッテリ１３は、運転席１２およびブーム１４の後方に位置している。電動モータ２１にはバッテリ１３から電力が供給される。
　制御弁ユニット４は、上述した操作装置のいずれかが操作されたときに、油圧ポンプ３３から吐出された作動油を、操作された操作装置に対応する油圧アクチュエータ１５へ供給するとともに、当該油圧アクチュエータ１５から排出された作動油を作動油タンク３１へ戻す。
　具体的に、制御弁ユニット４は、油圧アクチュエータ１５にそれぞれ対応する複数の制御弁を含む。制御弁ユニット４には、作動油配管３５とそれぞれ連通する２つのポンプ通路４１と、作動油配管４７と連通するタンク通路４６が形成されており、各制御弁が一方のポンプ通路４１およびタンク通路４６と接続される。また、制御弁ユニット４には、各制御弁ごとに一対の給排通路が形成されている。制御弁ユニット４は、前記給排通路と連通する図２に示す作動油配管４８により油圧アクチュエータ１５と接続されている。制御弁ユニット４は、旋回体１１内においてブーム１４とバッテリ１３の間に配置されている。
　さらに、制御弁ユニット４には、図１に示すように、リリーフ弁４５が設けられたリリーフ通路４４が形成されているとともに、各ポンプ通路４１とリリーフ通路４４とを接続する中継通路４２が形成されている。各中継通路４２には、ポンプ通路４１からリリーフ通路４４へ向かう流れは許容するがリリーフ通路４４からポンプ通路４１へ向かう流れは禁止するチェック弁４３が設けられている。
　制御弁ユニット４は、作動油配管５１により第１切換弁５２と接続されている。上述したリリーフ通路４４は作動油配管５１と連通する。すなわち、リリーフ弁４５は第１切換弁５２と油圧ポンプ３３との間に介在する。
　第１切換弁５２は作動油配管５３によりオイルクーラ５４と接続され、オイルクーラ５４は作動油配管５５により作動油タンク３１と接続されている。作動油配管５５には、オイルクーラ５４から作動油タンク３１へ向かう流れは許容するが作動油タンク３１からオイルクーラ５４へ向かう流れは禁止するチェック弁５６が設けられている。なお、図２および図３ではチェック弁５６の作図を省略する。
　オイルクーラ５４は、油圧ポンプ３３から吐出されてリリーフ弁４５を通過した作動油を冷却する。すなわち、作動油配管５１，５３，５５、第１切換弁５２およびオイルクーラ５４は冷却路５を構成する。本実施形態では、オイルクーラ５４が、ファンモータ２２から空気が送風される空冷式であるが、オイルクーラ５４は水冷式であってもよい。
　冷却路５には、オイルクーラ５４と並列に熱交換器２４が接続されている。熱交換器２４は、作動油と冷却水との間で熱交換を行う。より詳しくは、熱交換器２４は、作動油配管６１により第１切換弁５２と接続されているとともに、作動油配管６２により作動油タンク３１と接続されている。作動油配管６２には、熱交換器２４から作動油タンク３１へ向かう流れは許容するが作動油タンク３１から熱交換器２４へ向かう流れは禁止するチェック弁６３が設けられている。なお、図２および図３ではチェック弁６３の作図を省略する。
　第１切換弁５２は、作動油配管５１を作動油配管５３と連通させる冷却位置と、作動油配管５１を作動油配管６１と連通させる非冷却位置との間で切り換えられる。すなわち、第１切換弁５２は、リリーフ弁４５を通過した作動油を熱交換器２４へ供給するかオイルクーラ５４へ供給するか、換言すれば油圧ポンプ３３から吐出された作動油を熱交換器２４へ供給するか否かを切り換える。第１切換弁５２は制御装置９により制御される。
　さらに、本実施形態では、バッテリ１３を冷却するための構成が採用されている。具体的に、油圧システム２は、ラジエータ７６と、バッテリ１３およびラジエータ７６を経由する循環路７に冷却水を循環させる循環ポンプ７１を含む。本実施形態では、ラジエータ７６が、ファンモータ２３から空気が送風される空冷式であるが、ラジエータ７６は水冷式であってもよい。
　循環ポンプ７１は冷却水配管７２によりバッテリ１３と接続されており、バッテリ１３は冷却水配管７３により第２切換弁７４と接続されている。バッテリ１３には内部流路１３ａが形成されており、内部流路１３ａが冷却水配管７２，７３と連通する。ただし、内部流路１３ａの代わりにジャケットが採用されてもよい。また、循環路７（例えば、循環ポンプ７１の上流の後述する冷却水配管７７）に冷却水タンクが設けられてもよい。
　第２切換弁７４は冷却水配管７５によりラジエータ７６と接続されており、ラジエータ７６は冷却水配管７７により循環ポンプ７１と接続されている。冷却水配管７７には、ラジエータ７６から循環ポンプ７１へ向かう流れは許容するが循環ポンプ７１からラジエータ７６へ向かう流れは禁止するチェック弁７８が設けられている。なお、図２および図３ではチェック弁７８の作図を省略する。
　循環路７には、ラジエータ７６と並列に熱交換器２４が接続されている。より詳しくは、熱交換器２４は、冷却水配管８１により第２切換弁７４と接続されているとともに、冷却水配管８２により冷却水配管７７におけるチェック弁７８よりも下流側部分と接続されている。
　本実施形態では冷却水配管８１にヒータ８３が設けられているが、ヒータ８３は省略可能である。冷却水配管８２には、熱交換器２４から冷却水配管７７へ向かう流れは許容するが冷却水配管７７から熱交換器２４へ向かう流れは禁止するチェック弁８４が設けられている。なお、図２および図３ではチェック弁８４の作図を省略する。
　第２切換弁７４は、冷却水配管７３を冷却水配管７５と連通させる冷却位置と、冷却水配管７３を冷却水配管８１と連通させる加熱位置との間で切り換えられる。すなわち、第２切換弁７４は、バッテリ１３を通過した冷却水をラジエータ７６へ供給するか熱交換器２４へ供給するかを切り換える。第２切換弁７４は制御装置９により制御される。
　制御装置９に関し、本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、および/または、それらの組み合わせ、を含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本開示において、回路、ユニット、または手段は、列挙された機能を実行するハードウエアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウエアである。ハードウエアは、本明細書に開示されているハードウエアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウエアであってもよい。ハードウエアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段、またはユニットはハードウエアとソフトウエアの組み合わせであり、ソフトウエアはハードウエアおよび/またはプロセッサの構成に使用される。
　制御装置９は、作動油タンク３１に設けられた温度センサ９１、およびバッテリ１３に設けられた温度センサ９２と電気的に接続されている。温度センサ９１は、作動油タンク３１に貯留される作動油の温度を検出し、温度センサ９２は、バッテリ１３の温度を検出する。ただし、温度センサ９１がいずれかの作動油配管に設けられ、温度センサ９２がいずれかの冷却水配管に設けられてもよい。
　制御装置９は、温度センサ９１で検出される作動油の温度を運転席１２に設けられた表示装置に表示する。操縦者は、作動油の温度が低いときは、作動油の粘度を低下させるために暖機運転を行う。制御装置９は、温度センサ９１で検出される作動油の温度が所定値αよりも低いときは第１切換弁５２を非冷却位置に切り換え、温度センサ９１で検出される作動油の温度が所定値αよりも高いときは第１切換弁５２を冷却位置に切り換える。例えば、所定値αは１０℃乃至４０℃の範囲内である。
　例えば、操縦者は、ブーム操作装置の操作レバーを最大限に傾倒させてブームシリンダ１５Ａをストロークエンドまで短縮させ、その後も操作レバーの傾倒状態を維持する。これにより、最大流量で油圧ポンプ３３から吐出された作動油がリリーフ弁４５を通過することによって発熱する。
　また、制御装置９は、温度センサ９２で検出されるバッテリ１３の温度が所定値βよりも高いときは第２切換弁７４を冷却位置に切り換え、温度センサ９２で検出されるバッテリ１３の温度が所定値βよりも低いときは第２切換弁７４を加熱位置に切り換える。例えば、所定値βは１０℃乃至４０℃の範囲内である。
　以上説明したように、本実施形態の油圧システム２では、第１切換弁５２により油圧ポンプ３３から吐出されてリリーフ弁４５を通過した作動油を熱交換器２４へ供給するとともに、第２切換弁７４によりバッテリ１３を通過した冷却水を熱交換器２４へ供給すれば、バッテリ１３を経由して循環する冷却水が作動油によって加熱される。従って、バッテリ１３の温度を上昇させることができる。
　しかも、本実施形態では、図２乃至図４に示すように、旋回体１１の作動油タンク３１側の側面１１ａとバッテリ１３と制御弁ユニット４と作動油タンク３１とで囲まれる空間内に、電動モータ２１、油圧ポンプ３３、オイルクーラ５４、第１切換弁５２、熱交換器２４、循環ポンプ７１、ラジエータ７６および第２切換弁７４が配置されているので、作動油配管と冷却水配管を短い長さでレイアウトすることができる。
　＜変形例＞
　本開示は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
　例えば、暖機運転は操縦者によって行われる必要はなく、建設機械１の電源投入時に制御装置９によって自動的に行われてもよい。この場合、暖機運転によって作動油の温度が所定値αよりも高くなった後にバッテリ１３の加熱運転が連続して行われてもよい。
　また、図５に示す変形例の油圧システム２Ａのように、作動油配管４７にクラッキング圧が少し高く設定されたチェック弁４９が設けられるとともに、タンク通路４６がリリーフ弁４５の下流側でリリーフ通路４４と連通してもよい。この場合、オイルクーラ５４が、制御弁ユニット４を通じて複数の油圧アクチュエータ１５から排出される作動油を冷却する。このような構成であれば、リリーフ弁４５を通過した作動油だけでなく、油圧アクチュエータ１５から排出される作動油も冷却することができる。なお、油圧アクチュエータ１５から戻される作動油およびリリーフ弁４５を通過した作動油は、基本的にはオイルクーラ５４を通過するように流れるが、オイルクーラ５４のトラブルや大量の作動油の戻りによって作動油の圧力が高くなった場合に作動油配管４７に流れる。
　また、作動油配管５３によりリリーフ通路４４とオイルクーラ５４を直接連通させ、第１切換弁５２を単なる開閉弁とし、制御弁ユニット４にポンプ通路４１から分岐する分岐路を形成し、第１切換弁５２から延びる作動油配管５１を前記分岐路と連通させてもよい。
　ただし、前記実施形態のような構成であれば、作動油がリリーフ弁４５を通過するときに作動油の温度を上昇させることができる。しかも、冷却水の加熱が不要なときは、リリーフ弁４５を通過した作動油をオイルクーラ５４で冷却することができる。
　＜まとめ＞
　第１の態様として、本開示は、バッテリから電力が供給される電動モータと、前記電動モータにより駆動される油圧ポンプと、前記バッテリおよびラジエータを経由する循環路に冷却水を循環させる循環ポンプと、前記ラジエータと並列に前記循環路に接続された、前記冷却水と作動油との間で熱交換を行う熱交換器と、前記油圧ポンプから吐出された作動油を前記熱交換器へ供給するか否かを切り換える第１切換弁と、前記バッテリを通過した冷却水を前記ラジエータへ供給するか前記熱交換器へ供給するかを切り換える第２切換弁と、を備える、建設機械の油圧システムを提供する。
　上記の構成によれば、第１切換弁により油圧ポンプから吐出された作動油を熱交換器へ供給するとともに、第２切換弁によりバッテリを通過した冷却水を熱交換器へ供給すれば、バッテリを経由して循環する冷却水が作動油によって加熱される。従って、バッテリの温度を上昇させることができる。
　第２の態様として、第１の態様において、上記の油圧システムは、前記油圧ポンプと前記第１切換弁との間に介在するリリーフ弁と、前記リリーフ弁を通過した作動油を冷却するオイルクーラと、をさらに備え、前記第１切換弁は、前記リリーフ弁を通過した作動油を前記熱交換器へ供給するか前記オイルクーラへ供給するかを切り換えてもよい。当該構成によれば、作動油がリリーフ弁を通過するときに作動油の温度を上昇させることができる。しかも、冷却水の加熱が不要なときは、リリーフ弁を通過した作動油をオイルクーラで冷却することができる。
　第３の態様として、第２の態様において、例えば、上記の油圧システムは、前記油圧ポンプと接続された作動油タンクと、前記油圧ポンプおよび複数の油圧アクチュエータと接続された制御弁ユニットと、をさらに備えてもよい。
　第４の態様として、第３の態様において、前記オイルクーラは、前記制御弁ユニットを通じて前記複数の油圧アクチュエータから排出される作動油を冷却してもよい。当該構成によれば、リリーフ弁を通過した作動油だけでなく、油圧アクチュエータから排出される作動油も冷却することができる。
　第５の態様として、第３または第４の態様において、前記建設機械は、旋回体と、前記旋回体に対して俯仰するブームと、前記ブームの側方で前記旋回体に設けられた運転席を含む油圧ショベルであり、前記旋回体内において、前記作動油タンクは前記ブームを挟んで前記運転席と反対側に配置され、前記バッテリは前記運転席および前記ブームの後方に配置され、前記制御弁ユニットは前記ブームと前記バッテリの間に配置され、前記旋回体の前記作動油タンク側の側面と前記バッテリと前記制御弁ユニットと前記作動油タンクとで囲まれる空間内に、前記電動モータ、前記油圧ポンプ、前記オイルクーラ、前記第１切換弁、前記熱交換器、前記循環ポンプ、前記ラジエータおよび前記第２切換弁が配置されてもよい。当該構成によれば、作動油配管と冷却水配管を短い長さでレイアウトすることができる。
 

Claims (5)

  1. 　バッテリから電力が供給される電動モータと、
    　前記電動モータにより駆動される油圧ポンプと、
    　前記バッテリおよびラジエータを経由する循環路に冷却水を循環させる循環ポンプと、
    　前記ラジエータと並列に前記循環路に接続された、前記冷却水と作動油との間で熱交換を行う熱交換器と、
    　前記油圧ポンプから吐出された作動油を前記熱交換器へ供給するか否かを切り換える第１切換弁と、
    　前記バッテリを通過した冷却水を前記ラジエータへ供給するか前記熱交換器へ供給するかを切り換える第２切換弁と、
    を備える、建設機械の油圧システム。
  2. 　前記油圧ポンプと前記第１切換弁との間に介在するリリーフ弁と、
    　前記リリーフ弁を通過した作動油を冷却するオイルクーラと、をさらに備え、
    　前記第１切換弁は、前記リリーフ弁を通過した作動油を前記熱交換器へ供給するか前記オイルクーラへ供給するかを切り換える、請求項１に記載の建設機械の油圧システム。
  3. 　前記油圧ポンプと接続された作動油タンクと、
    　前記油圧ポンプおよび複数の油圧アクチュエータと接続された制御弁ユニットと、をさらに備える、請求項２に記載の建設機械の油圧システム。
  4. 　前記オイルクーラは、前記制御弁ユニットを通じて前記複数の油圧アクチュエータから排出される作動油を冷却する、請求項３に記載の建設機械の油圧システム。
  5. 　前記建設機械は、旋回体と、前記旋回体に対して俯仰するブームと、前記ブームの側方で前記旋回体に設けられた運転席を含む油圧ショベルであり、
    　前記旋回体内において、前記作動油タンクは前記ブームを挟んで前記運転席と反対側に配置され、前記バッテリは前記運転席および前記ブームの後方に配置され、前記制御弁ユニットは前記ブームと前記バッテリの間に配置され、
    　前記旋回体の前記作動油タンク側の側面と前記バッテリと前記制御弁ユニットと前記作動油タンクとで囲まれる空間内に、前記電動モータ、前記油圧ポンプ、前記オイルクーラ、前記第１切換弁、前記熱交換器、前記循環ポンプ、前記ラジエータおよび前記第２切換弁が配置されている、請求項３または４に記載の建設機械の油圧システム。
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