JP4883058B2

JP4883058B2 - 建設機械

Info

Publication number: JP4883058B2
Application number: JP2008219758A
Authority: JP
Inventors: 利幸酒井
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2028-08-28
Also published as: JP2010053596A

Description

本発明は、例えば、油圧ショベル、クレーン、ブルドーザ、杭打ち機などの建設機械に関する。

近年、ＣＯ_２排出量削減といった環境対策が建設機械に要求されている。これを受け、油圧ショベルが、乗用車同様、エンジンと電動機のハイブリッド化されている。

従来、ハイブリッドショベルとしては、特開２００２−１７４２０２号公報（特許文献１）に記載されたものがある。このハイブリッドショベルは、エンジンで駆動される発電機またはバッテリを電源とする電動機と、この電動機を駆動源として回転する油圧ポンプと、この油圧ポンプによって駆動される油圧シリンダとを備えている。

ところで、上記従来のハイブリッドショベルは、乗用車と違って、電動機の回転数を短時間で頻繁に変動させる使い方が多い。このような使い方は、電動機の効率を著しく悪くするものであるから、電動機の発熱が増大する。

したがって、上記電動機を空冷で積極的に冷却して、電動機の過熱問題の発生を防ぐ必要がある。

しかしながら、上記従来のハイブリッドショベルにおいて、電動機を空冷式電動機に改造しようとしても、電動機を冷却する風を案内する風通路を設けるスペースがない。

したがって、上記従来のハイブリッドショベルは、電動機を空冷化しようとすると、大幅に改造しなければならない。

また、上記電動機を空冷化したとしても、風による電動機の冷却効率は低いため、高発熱時の電動機を十分に冷却できない恐れがある。

上記電動機の冷却効率は、電動機を水冷化すれば、上げることができるが、その水冷化のための冷却水配管、冷却水ポンプおよびラジエタを搭載するスペースも、上記従来のハイブリッドショベルにない。

したがって、上記電動機の水冷化には、空冷化の場合と同様に、大掛かりな改造を伴うことになる。

このように、上記従来のハイブリッドショベルには、少し改造で電動機の冷却効率を上げることができないという問題がある。
特開２００２−１７４２０２号公報

そこで、本発明の課題は、少しの改造で電動機の冷却効率を上げることができる建設機械を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の建設機械は、
油圧ポンプと、
上記油圧ポンプを駆動する第１電動機と、
上記油圧ポンプが吐出した作動油によって駆動されるアクチュエータと、
上記油圧ポンプからの作動油が流入すると共に、上記第１電動機を冷却する冷却通路と、
旋回体を旋回させる第２電動機と、
上記第２電動機を冷却する作動油が流れる冷却通路と
を備え、
上記第２電動機は、電動機本体と、この電動機本体に取り付けられた湿式ブレーキとを有し、
上記湿式ブレーキを冷却する作動油が流れる冷却通路を備え、
上記湿式ブレーキを冷却する作動油が流れる冷却通路は、上記電動機本体を冷却する作動油が流れる冷却通路に略一直線状に連結されていることを特徴としている。

上記構成の建設機械によれば、上記油圧ポンプの作動油は、冷却通路に流入して、第１電動機を冷却するので、空冷よりも高い冷却効率で第１電動機を冷却することができる。

また、上記従来のハイブリッドショベルを上記構成に改造する場合、冷却水配管、冷却水ポンプおよびラジエタを追加しなくてもよく、例えば油圧回路の改造で済むから、改造量が少なくなる。

したがって、上記構成を用いることによって、上記従来のハイブリッドショベルの電動機の冷却効率を少しの改造で上げることができる。
また、上記冷却通路を流れる作動油が第２電動機を冷却するので、空冷よりも高い冷却効率で第２電動機を冷却することができる。
また、上記冷却通路を流れる作動油が湿式ブレーキを冷却するので、湿式ブレーキを冷却するためだけの構成は不要となり、冷却構造が複雑になるのを防ぐことができる。
また、上記湿式ブレーキを冷却する作動油が流れる冷却通路は、電動機本体を冷却する作動油が流れる冷却通路に略一直線状に連結されていることによって、作動油が電動機本体および湿式ブレーキを順次経由するので、冷却通路に作動油を流せば、電動機本体および湿式ブレーキの両方を冷却できる。

一実施形態の建設機械は、
上記油圧ポンプの作動油はドレン油である。

上記実施形態の建設機械によれば、上記油圧ポンプの作動油がドレン油であるので、ドレン油を有効利用することができる。

一実施形態の建設機械は、
上記第２電動機を冷却する作動油はパイロットポンプからの作動油である。

上記実施形態の建設機械によれば、上記第２電動機を冷却する作動油がパイロットポンプからの作動油であるので、パイロットポンプ以外に、冷却通路に作動油を流すためのポンプを設置しなくてもよく、ポンプ数が増えない。

したがって、上記従来のハイブリッドショベルを作動油で冷却するための改造量を少なくできる。

本発明の建設機械によれば、油圧ポンプの作動油が、冷却通路に流入し、第１電動機を冷却するので、空冷よりも高い冷却効率で第１電動機を冷却することができる。

また、上記構成に、上記従来のハイブリッドショベルを改造する場合、冷却水配管、冷却水ポンプおよびラジエタを追加しなくてもよく、例えば油圧回路の改造で済むから、改造量が少なくなる。

したがって、上記構成を用いることによって、上記従来のハイブリッドショベルを少しの改造で電動機の冷却効率を上げることができる。

以下、本発明の建設機械を図示の実施の形態により詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態のハイブリッドショベル１の概略斜視図である。

上記ハイブリッドショベル１は、下部走行体２と、この下部走行体２上に旋回可能に搭載された上部旋回体３と、この上部旋回体３に取り付けられ、掘削作業等を行う掘削作業機４とを備えている。また、上記下部走行体２および上部旋回体３は、ハイブリッドショベル１の車両本体を構成している。なお、以下の説明では、特に断らない限り「前側」、「後側」、「左側」および「右側」はそれぞれ下部走行体２を基準として前側、後側、左側および右側を意味する。

上記下部走行体２には、走行用のクローラ５と、整地作業等を行うためのブレード６とが設けられている。そして、上記下部走行体２には、クローラ５を駆動するための走行用油圧モータ１５と、ブレード６を駆動するためのブレードシリンダ１６とが設けられている。

上記上部旋回体３にはオペレータキャビン７が設けられている。このオペレータキャビン７の後側には、作動油を蓄えるタンク８を設置している。また、上記オペレータキャビン７の右側にはマシンキャブ９を設置している。

上記掘削作業機４は、基端部が上部旋回体３に回動可能に連結されるブーム１０と、このブーム１０の先端部に回動可能に連結されるアーム１１と、このアーム１１の先端部に回動可能に連結されるバケット１２とを有している。そして、上記掘削作業機４には、ブーム１０を駆動するためのブームシリンダ１７と、アーム１１を駆動するためのアームシリンダ１８と、バケット１２を駆動するためのバケットシリンダ１９とが設けられている。

上記ブームシリンダ１７は、一端が上部旋回体３に回動可能に支持され、他端であるロッド１７ａの先端がブーム１０の基端部寄りに回動可能に連結されており、伸縮によりブーム１０を基端部を中心に回動（起伏）させる。

上記アームシリンダ１８は、一端がブーム１０の上面に回動可能に支持され、他端であるロッド１８ａの先端がアーム１１に回動可能に連結されており、伸縮によりアーム１１をブーム１０との連結軸を中心に回動させる。

上記バケットシリンダ１９は、一端がアーム１１の前面に回動可能に支持され、他端であるロッド１９ａの先端がバケット１２に回動可能に連結されており、伸縮によりバケット１２をアーム１１との連結軸を中心に回動させる。

図２は、上記ハイブリッドショベル１の要部の構成を示す模式図である。

上記ハイブリッドショベル１は、エンジン２０と、このエンジン２０で駆動される発電機兼電動機２１と、エンジン２０で駆動される二連可変容量油圧ポンプ２２と、この二連可変容量油圧ポンプ２２の吐出口にメインライン２６を介して接続されたマルチ弁２３と、このマルチ弁２３に接続されたアクチュエータ部２４とを備えている。なお、上記発電機兼電動機２１は第１電動機の一例で、二連可変容量油圧ポンプ２２は油圧ポンプの一例で、アクチュエータ部２４はアクチュエータの一例である。

上記発電機兼電動機２１は、エンジン２０と二連可変容量油圧ポンプ２２との間に設置され、エンジン２０および二連可変容量油圧ポンプ２２に接続されている軸に直結されている。この発電機兼電動機２１は、エンジン２０の負荷が低いと、発電機として使用され、発電した電気を蓄電装置２９に蓄える。一方、上記発電機兼電動機２１は、エンジン２０の負荷が高いと、蓄電装置２９に蓄えた電気を使って、エンジン２０をアシストする。

上記二連可変容量油圧ポンプ２２は第１ポンプ部Ｐ１および第２ポンプ部Ｐ２を含む。この二連可変容量油圧ポンプ２２は、タンク８内の作動油を吸い込み、メインライン２６を介してマルチ弁２３に供給する。

上記マルチ弁２３は、二連可変容量油圧ポンプ２２からの作動油を、アクチュエータ部２４に流したり、流さなかったりする。そして、上記マルチ弁２３は、図示しないが、走行操作用バルブ、ブレード操作用バルブ、ブームシリンダ操作用バルブ、アーム操作用バルブ、バケット操作用バルブを含んでいる。

上記アクチュエータ部２４は、走行用油圧モータ１５、ブレードシリンダ１６、ブームシリンダ１７、アームシリンダ１８およびバケットシリンダ１９を含んでいる（図１参照）。上記走行用油圧モータ１５には走行操作用バルブの開放で、ブレードシリンダ１６にはブレード操作用バルブの開放で、ブームシリンダ１７にはブームシリンダ操作用バルブの開放で、アームシリンダ１８にはアーム操作用バルブの開放で、バケットシリンダ１９にはバケット操作用バルブの開放で、それぞれ、作動油が供給される。

コントローラ２７は、旋回用電動機２５の駆動軸の回転速度も制御する。より詳しくは、上記コントローラ２７は操作レバー２８の操作量に応じた信号を旋回用電動機２５に送出する。

上記旋回用電動機２５は、図１に示すように、上部旋回体３に搭載され、蓄電装置２９に蓄電された電気を使用する。この旋回用電動機２５の駆動力によって上部旋回体３が旋回する。

図３は、図２の一部をより詳しく説明するための模式図である。なお、図３においては、二連可変容量油圧ポンプ２２を簡略化して図示している。

上記発電機兼電動機２１のハウジング（図示せず）には冷却通路３０が設けられている。この冷却通路３０は、二連可変容量油圧ポンプ２２のドレン油を、排出ライン３１においてオイルクーラ３２よりも上流側の部分に案内する。上記作動油は、冷却通路３０を流れ、発電機兼電動機２１の熱を吸収した後、排出ライン３１に入り、吸収した熱をオイルクーラ３２で放出して、タンク８に戻る。

上記構成のハイブリッドショベル１によれば、上記二連可変容量油圧ポンプ２２が吐出した作動油は、冷却通路３０に流入して、発電機兼電動機２１を冷却するので、空冷よりも高い冷却効率で発電機兼電動機２１を冷却することができる。

また、例えば特開２００２−１７４２０２号公報に記載の従来のハイブリッドショベルを上記構成に改造する場合、冷却水配管、冷却水ポンプおよびラジエタを追加しなくてもよく、発電機兼電動機２１のハウジングの改造で済むから、改造量が少ない。

したがって、上記構成を用いることによって、上記従来のハイブリッドショベルの電動機の冷却効率を少しの改造で上げることができる。

また、上記従来のハイブリッドショベルを上記構成に改造する場合、発電機兼電動機２１を水冷で冷却する場合に比べて配管の増加数を少なくできる。

また、上記冷却通路３０には二連可変容量油圧ポンプ２２のドレン油が流入するので、二連可変容量油圧ポンプ２２以外に、冷却通路３０に作動油を流すためのポンプを設置しなくてもよく、ポンプ数が増えない。

上記第１実施の形態では、二連可変容量油圧ポンプ２２のドレン油で発電機兼電動機２１を冷却していたが、メインライン２６の作動油で発電機兼電動機２１を冷却するようにしてもよい。つまり、上記二連可変容量油圧ポンプ２２を出た油であれば、発電機兼電動機２１の冷却に用いてもよい。

［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態のハイブリッドショベルの要部の構成を示す模式図である。また、図４において、図２，図３に示した第１実施行形態の構成部と同一構成部は、図２，図３における構成部と同一参照番号を付して説明を省略する。

上記ハイブリッドショベルは、パイロットポンプ１２２と、上部旋回体を旋回させる旋回用電動機１２５と、この旋回用電動機１２５を冷却する冷却ライン１３０とを備えている。なお、上記旋回用電動機１２５は第２電動機の一例で、冷却ライン１３０は冷却通路の一例である。

上記パイロットポンプ１２２は、上記第１実施形態と同様にエンジン（図示せず）で駆動され、このエンジンとパイロットポンプ１２２との間には発電機兼電動機（図示せず）が設置されている。また、上記パイロットポンプ１２２の吐出口にはパイロットライン１２６の一端が接続されている。

上記旋回用電動機１２５は、電動機本体１３６と、この電動機本体１３６に取り付けられた湿式ブレーキ１３７と、電動機本体１３６が発生した駆動力を減速させて駆動軸１３９に伝達する減速ギア１３８と、駆動軸１３９の先端部に取り付けられたピニオンギア１４０とを有している。また、上記ピニオンギア１４０は、下部走行体に固定された内歯式単列形のリングギア（図示せず）に歯合している。

上記冷却ライン１３０は、電動機本体１３６に巻き付けられるように、かつ、湿式ブレーキ１３７および減速ギア１３８を経由するように設けられている。上記冷却ライン１３０の上流端は、リリーフライン１３３において絞り１３５よりも上流側の部分に接続されている。一方、上記冷却ライン１３０の下流端は、排出ライン３１においてオイルクーラ３２よりも上流側の部分に接続されている。

上記リリーフライン１３３にはリリーフ弁１３４および絞り１３５が設けられ、パイロットライン１２６から作動油が流入可能となっている。上記リリーフ弁１３４から放出された作動油の一部は、冷却ライン１３０に入って、オイルクーラ３２を経由した後、タンク８に戻る。また、上記リリーフ弁１３４から放出された作動油の残りは、絞り１３５を経由して、タンク８に戻る。

上記構成のハイブリッドショベルによれば、リリーフ弁１３４が開放されると、パイロットライン１２６の作動油がリリーフ弁１３４を通って冷却ライン１３０に流入する。これにより、上記作動油が、電動機本体１３６を冷却した後、湿式ブレーキ１３７および減速ギア１３８を冷却するので、空冷よりも高い冷却効率で電動機本体１３６、湿式ブレーキ１３７および減速ギア１３８を冷却することができる。

また、例えば特開２００２−１７４２０２号公報に記載の従来のハイブリッドショベルを上記構成に改造する場合、冷却水配管、冷却水ポンプおよびラジエタを追加しなくてもよく、冷却ライン１３０の追加する改造で済むから、改造量が少ない。

また、上記従来のハイブリッドショベルを上記構成に改造する場合、旋回用電動機１２５を水冷で冷却する場合に比べて配管の増加数を少なくできる。

また、上記リリーフ弁１３４から放出された作動油が冷却ライン１３０に流入するので、二連可変容量油圧ポンプ２２以外に、冷却ライン１３０に作動油を流すためのポンプを設置しなくてもよく、ポンプ数が増えない。

上記第２実施形態において、上記発電機兼電動機のハウジングに、上記第１実施形態と同様の冷却通路を設けてもよい。つまり、上記第２実施形態に第１実施形態の冷却通路を用いてもよい。

上記第２実施形態において、冷却ライン１３０の代わりに、駆動軸１３９の軸方向に沿って略一直線状に延びる部分を有する図５の冷却ライン２３０を用いてもよい。この冷却ライン２３０に入った作動油は、電動機本体１３６、湿式ブレーキ１３７および減速ギア１３８を順次流れて冷却する。上記冷却ライン２３０を用いた場合、冷却ライン１３０に比べて、作動油の圧力損失を少なくできる。

上記第１，第２実施形態では、本発明をパラレル方式のハイブリッドショベルに適用した一例について説明したが、本発明をシリーズ方式のハイブリッドショベルに適用してもよい。つまり、本発明は、シリーズ方式やパラレル方式などの方式に限定されることなく、様々な方式のハイブリッド建設機械に用いることができる。

また、本発明は、ハイブリッドショベル以外にも、例えば、ハイブリッドクレーン、ハイブリッドブルドーザ、ハイブリッド杭打ち機などに適用できる。また、上記第１実施形態と上記第２実施形態とを適宜組み合わせたものを本発明の一実施形態としてもよい。

図１は本発明の第１実施形態のハイブリッドショベルの概略斜視図である。図２は上記第１実施形態のハイブリッドショベルの要部の構成を示す模式図である。図３は図２の一部をより詳しく説明するための模式図である。図４は本発明の第２実施形態のハイブリッドショベルの要部の構成を示す模式図である。図５は上記第２実施形態のハイブリッドショベルの変形例の要部の模式図である。

１ハイブリッドショベル
８タンク
２１発電機兼電動機
２２二連可変容量油圧ポンプ
２４アクチュエータ部
２６メインライン
３０冷却通路
１２２パイロットポンプ
１２５旋回用電動機
１３０，２３０冷却ライン
１３６電動機本体
１３３リリーフライン
１３４リリーフ弁
１３５絞り
１３７湿式ブレーキ
１３８減速ギア

Claims

油圧ポンプ(２２)と、
上記油圧ポンプ(２２)を駆動する第１電動機(２１)と、
上記油圧ポンプ(２２)が吐出した作動油によって駆動されるアクチュエータ(２４)と、
上記油圧ポンプ(２２)からの作動油が流入すると共に、上記第１電動機(２１)を冷却する冷却通路(３０)と、
旋回体を旋回させる第２電動機(１２５)と、
上記第２電動機(１２５)を冷却する作動油が流れる冷却通路(２３０)と
を備え、
上記第２電動機(１２５)は、電動機本体(１３６)と、この電動機本体(１３６)に取り付けられた湿式ブレーキ(１３７)とを有し、
上記湿式ブレーキ(１３７)を冷却する作動油が流れる冷却通路(２３０)を備え、
上記湿式ブレーキ(１３７)を冷却する作動油が流れる冷却通路(２３０)は、上記電動機本体(１３６)を冷却する作動油が流れる冷却通路(２３０)に略一直線状に連結されていることを特徴とする建設機械。
請求項１に記載の建設機械において、
上記油圧ポンプ(２２)の作動油はドレン油であることを特徴とする建設機械。
請求項１または２に記載の建設機械において、
上記第２電動機(１２５)を冷却する作動油は、パイロットポンプ(１２２)からの作動油であることを特徴とする建設機械。