JP5189039B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、建設機械に関する。

従来、電気モータの駆動により油圧ポンプを駆動させ、油圧ポンプから吐出された作動油により旋回台を旋回させ、ブーム及びアームを作動させる建設機械が知られている。例えば、特許文献１に記載された建設機械では、電気モータへの電力の供給源としてバッテリを用いており、油圧ポンプや電気モータの発熱の影響を考慮してバッテリを車体内部に配置している。

特開２００７−２６２８５６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたバッテリでは、他の機器の発熱を考慮しているものの、バッテリの構成要素であるセル自体が発熱した場合のセルの冷却については考慮されていなかった。そのため、建設機械の連続運転において、セルが発熱し高温になることで所望の電力供給性能が得られず、作業を安定して継続することが難しい場合があった。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、セルを効率的に冷却できる建設機械を提供することを目的とする。

本発明による建設機械は、エンジンと、エンジンの駆動により発電を行う発電手段と、発電手段により発電された電力を蓄電する蓄電手段と、蓄電手段からの電力により駆動する電動駆動手段とを備えた建設機械において、蓄電手段は、電動駆動手段の駆動により旋回する旋回体に設置されると共に、複数のセルを収容したケースを備え、ケースは、旋回体の旋回方向に向かって開口され外気を冷却風として当該ケース内に流すための開口部を有することを特徴としている。

このような建設機械によれば、複数のセルを収容したケースが旋回体に設置され、このケースには、旋回体の旋回方向に向かって開口された開口部が設けられているため、旋回体が旋回すると、この旋回によって生じる風が冷却風としてケースの開口部を通してケース内を流れ、セルを効率的に冷却できる。

ここで、ケースは、当該ケース内から外へ向けて冷却風を排出するファンを有していると、旋回体の旋回によって生じる風に、さらにファンによる冷却風が加わるため、セルを一層効率的に冷却できる。

また、ケースは、当該ケース内へ外気を冷却風として供給するファンを有していると、排気側ファンにさらに吸気側ファンが加わるため、セルを一層効率的に冷却できる。

また、ファンは、旋回体の旋回方向に応じて風向が切り替わる構成であると、旋回体が一方向に旋回する場合には、ファンの風向が旋回体の一方向の旋回によって生じる風と同方向となるようにファンを駆動することができ、旋回体が一方向とは反対方向に旋回する場合には、ファンの風向を切り替えて旋回体の反対方向の旋回によって生じる風と同方向となるようにファンを駆動することができる。従って、旋回体が何れの方向に旋回しても、風向が切り替え可能なファンによりセルを一層効率的に冷却できる。

ここで、ケースに対しては、作業時に下方から突き上げ荷重が作用する場合があるため、ファンは、ケースの側壁又は上壁に設けられているのが好ましい。なお、この構成に対応して、ケースの排気側の開口部も当該ケースの側壁又は上壁に設けることになる。

また、セルの温度に関する情報を検出する温度情報検出手段と、この温度情報検出手段で検出された情報に基づいて、ファンの駆動を制御する制御手段と、を備えていると、温度情報検出手段で検出されたセルの温度に関する情報に基づいて、制御手段によってファンの駆動が制御されるため、ファン駆動の省エネを図りつつ当該ファンによりセルを効率的に冷却できる。

また、ケースを構成する側壁と当該側壁の近くに位置するセルとの間隔の方が、複数のセル同士の並設間隔より広くされていると、太陽光やエンジンの熱影響を最も受けるケースの側壁からセルが離して配置されることになり、セルに対する熱影響が低減され、セル全体を均一に冷却でき、セルを一層効率的に冷却できる。

また、複数のセルは、冷却風の流れ方向に対して、千鳥状にずらして配置されていると、冷却風の流れ方向に対してセルが一列に並ぶことにより最上流のセルに冷却風が当たりこれより下流側のセルに対する冷却効率が悪くなる構成に比して、各々のセルに対して冷却風が当たるようになり、セル全体を均一に冷却でき、セルを一層効率的に冷却できる。

また、ケースは、当該ケース内を流れる冷却風の流路とは別に、排気側に配置されたセルに対して冷却風をバイパスして送るためのバイパス流路を有していると、最上流のセルに冷却風が当たり排気側のセルに対する冷却効率が悪くなる構成に比して、排気側に配置されたセルに対しても冷却風がバイパス流路を通して送られることになり、セル全体を均一に冷却でき、セルを一層効率的に冷却できる。

また、複数のセルが配置された上段モジュールと、この上段モジュールの下に配置され複数のセルが配置された下段モジュールとを備え、上段モジュール及び下段モジュールに対して外気を冷却風として外から導く流路において、上段モジュールと下段モジュールへ向かう冷却風を均等に分配するように当該流路を上下に仕切り、冷却風の流れ方向に対して傾斜して配置された仕切壁を有していると、当該仕切壁により、冷却風は上段モジュールと下段モジュールに均等に分配されることになり、セル全体を均一に冷却でき、セルを一層効率的に冷却できる。

このように本発明によれば、セルを効率的に冷却できる建設機械を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る建設機械の外観を示す斜視図である。 図１に示す建設機械の電気系統や油圧系統等の内部構成を示すブロック図である。 図２中の蓄電手段の内部構成を示す回路図である。 図１中の旋回体のハウス部を示す斜視図である。 ハウス部内に蓄電手段のキャパシタボックスを設置した状態を示す断面図である。 キャパシタボックスを示す斜視図である。 図６に示すキャパシタボックスから側面外枠及び上面外枠を取り外した状態を示す一部破断斜視図である。 図７を奥側から見た一部破断斜視図である。 図６〜図８中のサブモジュールを示す斜視図である。 第２実施形態に係る建設機械のキャパシタボックス内を示す平面構成図である。 第３実施形態に係る建設機械のキャパシタボックス内を示す平面構成図である。 第４実施形態に係る建設機械のキャパシタボックス内を示す平面構成図である。 図１２のXIII-XIII矢視図である。 さらに他の実施形態に係る建設機械の電気系統や油圧系統等の内部構成を示すブロック図である。

以下、本発明による建設機械の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る建設機械の外観を示す斜視図である。この実施形態の建設機械は、所謂ハイブリッド型建設機械であり、その一例としてのリフティングマグネット車両を示すものである。

図１に示すように、リフティングマグネット車両１は、無限軌道を含む走行機構２と、走行機構２の上部に旋回機構３を介して回動自在に搭載された旋回体４とを備えている。旋回体４には、ブーム５と、ブーム５の先端にリンク接続されたアーム６と、アーム６の先端にリンク接続されたリフティングマグネット７とが取り付けられている。このリフティングマグネット７は、鋼材などの吊荷Ｇを磁力により吸着して捕獲するための設備である。ブーム５、アーム６及びリフティングマグネット７は、各々ブームシリンダ８、アームシリンダ９及びバケットシリンダ１０によって油圧駆動される。

また、旋回体４には、リフティングマグネット７の位置や励磁動作及び釈放動作を操作する操作者を収容するための運転室４ａや、油圧を発生するための動力源であるエンジン１１（図２参照）といった動力源等を収容したハウス部４ｂが設けられている。エンジン１１は、例えばディーゼルエンジンで構成される。

図２は、図１に示す建設機械の電気系統や油圧系統等の内部構成を示すブロック図であり、構成は所謂パラレル方式と称されるものである。なお、図２では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。また、図３は、図２中の蓄電手段１２０の内部構成を示す図である。

図２に示すように、リフティングマグネット車両１は電動発電機（発電手段）１２及び変速機１３を備えており、エンジン１１及び電動発電機１２の回転軸は、共に変速機１３の入力軸に接続されることにより互いに連結されている。エンジン１１の負荷が大きいときには、電動発電機１２がこのエンジン１１を作業要素として駆動することによりエンジン１１の駆動力を補助（アシスト）し、電動発電機１２の駆動力が変速機１３の出力軸を経てメインポンプ１４に伝達される。一方、エンジン１１の負荷が小さいときには、エンジン１１の駆動力が変速機１３を経て電動発電機１２に伝達されることにより、電動発電機１２が発電を行う。

電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ（Interior Permanent Magnetic）モータによって構成される。電動発電機１２の駆動と発電との切り替えは、リフティングマグネット車両１における電気系統の駆動制御を行うコントローラ３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。

変速機１３の出力軸にはメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されており、メインポンプ１４には高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。コントロールバルブ１７は、リフティングマグネット車両１における油圧系の制御を行う装置である。このコントロールバルブ１７には、図１に示した走行機構２を駆動するための左右の油圧モータ２ａ，２ｂの他、ブームシリンダ８、アームシリンダ９及びバケットシリンダ１０が高圧油圧ラインを介して接続されており、コントロールバルブ１７は、これらに供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御する。

電動発電機１２の電気的な端子には、インバータ回路１８Ａの出力端が接続されている。インバータ回路１８Ａの入力端には、蓄電手段１２０が接続されている。蓄電手段１２０は、図３に示すように、直流母線であるＤＣバス１１０、昇降圧コンバータ１００及びキャパシタ１９を備えている。すなわち、インバータ回路１８Ａの入力端は、ＤＣバス１１０を介して昇降圧コンバータ１００の入力端に接続されている。昇降圧コンバータ１００の出力端には、キャパシタ１９が接続されている。キャパシタ１９は、ここでは、多数のセルを有する構成とされている。なお、キャパシタに代えてバッテリを用いることもできる。

図２に戻って、インバータ回路１８Ａは、コントローラ３０からの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。すなわち、インバータ回路１８Ａが電動発電機１２を電動（アシスト）運転させる際には、必要な電力をキャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００からＤＣバス１１０を介して電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２を発電運転させる際には、電動発電機１２により発電された電力をＤＣバス１１０及び昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に充電する。なお、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧値及びキャパシタ電流値に基づき、コントローラ３０によって行われる。これにより、ＤＣバス１１０を、予め定められた一定電圧値に蓄電された状態に維持することができる。

また、蓄電手段１２０のＤＣバス１１０には、インバータ回路２０Ｂを介して図１に示したリフティングマグネット７が接続されている。リフティングマグネット７は、金属物を磁気的に吸着させるための磁力を発生する電磁石を含んでおり、インバータ回路２０Ｂを介してＤＣバス１１０から電力が供給される。インバータ回路２０Ｂは、コントローラ３０からの指令に基づき、電磁石をオンにする際には、リフティングマグネット７へ要求された電力をＤＣバス１１０より供給する。また、電磁石をオフにする場合には、回生された電力をＤＣバス１１０に供給する。

さらに、蓄電手段１２０には、インバータ回路２０Ａが接続されている。インバータ回路２０Ａの一端には作業用電動機としての旋回用電動機（交流電動機；電動駆動手段）２１が接続されており、インバータ回路２０Ａの他端は蓄電手段１２０のＤＣバス１１０に接続されている。旋回用電動機２１は、旋回体４を旋回させる図１に示した旋回機構３の動力源である。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３及び旋回減速機２４が接続される。

旋回用電動機２１が力行運転を行う際には、旋回用電動機２１の回転駆動力の回転力が旋回減速機２４にて増幅され、旋回体４が加減速制御され回転運動を行う。また、旋回体４の慣性回転により、旋回減速機２４にて回転数が増加されて旋回用電動機２１に伝達され、回生電力を発生させる。旋回用電動機２１は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号によりインバータ回路２０Ａによって交流駆動される。旋回用電動機２１としては、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータが好適である。

レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転位置及び回転角度を検出するセンサであり、旋回用電動機２１と機械的に連結することで回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出する。レゾルバ２２が回転軸２１Ａの回転角度を検出することにより、旋回機構３の回転角度及び回転方向が導出される。メカニカルブレーキ２３は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、コントローラ３０からの指令によって、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。旋回減速機２４は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転速度を減速して旋回機構３に機械的に伝達する減速機である。

なお、ＤＣバス１１０には、インバータ回路１８Ａ，２０Ａ，２０Ｂを介して、電動発電機１２、旋回用電動機２１及びリフティングマグネット７が接続されているため、電動発電機１２で発電された電力がリフティングマグネット７又は旋回用電動機２１に直接的に供給される場合もあり、リフティングマグネット７で回生された電力が電動発電機１２又は旋回用電動機２１に供給される場合もあり、さらに、旋回用電動機２１で回生された電力が電動発電機１２又はリフティングマグネット７に供給される場合もある。

パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続されている。操作装置２６は、旋回用電動機２１、走行機構２、ブーム５、アーム６及びリフティングマグネット７を操作するための操作装置であり、操作者によって操作される。操作装置２６には、油圧ライン２７を介してコントロールバルブ１７が接続され、また、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９が接続される。操作装置２６は、パイロットライン２５を通じて供給される油圧（１次側の油圧）を操作者の操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置２６から出力される２次側の油圧は、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７に供給されると共に、圧力センサ２９によって検出される。

圧力センサ２９は、操作装置２６に対して旋回機構３を旋回させるための操作が入力されると、この操作量を油圧ライン２８内の油圧の変化として検出する。圧力センサ２９は、油圧ライン２８内の油圧を表す電気信号を出力する。この電気信号は、コントローラ３０に入力され、旋回用電動機２１の駆動制御に用いられる。

コントローラ３０は、本実施形態における制御回路を構成する。コントローラ３０は、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置によって構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵが実行することにより実現される。また、コントローラ３０の電源は、キャパシタ１９とは別のバッテリ（例えば２４Ｖ車載バッテリ）である。コントローラ３０は、圧力センサ２９から入力される信号のうち、旋回機構３を旋回させるための操作量を表す信号を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。また、コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（アシスト運転及び発電運転の切り替え）、リフティングマグネット７の駆動制御（励磁と消磁の切り替え）、並びに、昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによるキャパシタ１９の充放電制御を行う。

ここで、本実施形態における昇降圧コンバータ１００について詳細に説明する。図３に示すように、昇降圧コンバータ１００は、昇降圧型のスイッチング制御方式を備えており、リアクトル１０１、トランジスタ１００Ｂ，１００Ｃを有する。トランジスタ１００Ｂは昇圧用のスイッチング素子であり、トランジスタ１００Ｃは降圧用のスイッチング素子である。トランジスタ１００Ｂ，１００Ｃは、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）によって構成され、互いに直列に接続されている。

具体的には、トランジスタ１００Ｂのコレクタとトランジスタ１００Ｃのエミッタとが相互に接続され、トランジスタ１００Ｂのエミッタはキャパシタ１９の負側端子およびＤＣバス１１０の負側配線に接続され、トランジスタ１００ＣのコレクタはＤＣバス１１０の正側配線に接続されている。そして、リアクトル１０１は、その一端がトランジスタ１００Ｂのコレクタ及びトランジスタ１００Ｃのエミッタに接続されると共に、他端がキャパシタ１９の正側端子に接続されている。トランジスタ１００Ｂ，１００Ｃのゲートには、コントローラ３０からＰＷＭ電圧が印加される。

なお、トランジスタ１００Ｂのコレクタとエミッタとの間には、整流素子であるダイオード１００ｂが逆方向に並列接続されている。同様に、トランジスタ１００Ｃのコレクタとエミッタとの間には、ダイオード１００ｃが逆方向に並列接続されている。トランジスタ１００Ｃのコレクタとトランジスタ１００Ｂのエミッタとの間（すなわち、ＤＣバス１１０の正側配線と負側配線との間）には、ＤＣバス１１０において平滑用のコンデンサ１１０ａが接続される。コンデンサ１１０ａは、昇降圧コンバータ１００からの出力電圧、電動発電機１２からの発電電圧や旋回用電動機２１からの回生電圧を平滑化する。

このような構成を備える昇降圧コンバータ１００において、直流電力をキャパシタ１９からＤＣバス１１０へ供給する際には、コントローラ３０からの指令によってトランジスタ１００ＢのゲートにＰＷＭ電圧が印加される。そして、トランジスタ１００Ｂのオン／オフに伴ってリアクトル１０１に発生する誘導起電力がダイオード１００ｃを介して伝達され、この電力がコンデンサ１１０ａにより平滑化される。また、直流電力をＤＣバス１１０からキャパシタ１９へ供給する際には、コントローラ３０からの指令によってトランジスタ１００ＣのゲートにＰＷＭ電圧が印加されると共に、トランジスタ１００Ｃから出力される電流がリアクトル１０１により平滑化される。

続いて、旋回体４について説明する。図４は、旋回体４のハウス部４ｂを示す斜視図である。以下、ハウス部４ｂの構成の説明においては、特に断らない限り、前後左右はリフティングマグネット車両１を基準としている。図４に示すように、ハウス部４ｂは、平面視において略コの字状を成すように構成され、コの字を構成する開放部が前方を向くように配置されている。ここで、ハウス部４ｂにおいて、車両における右前部分（図４の図示左手前部分）を右前部Ｒｆ、右後ろ部分（図４の図示左奥部分）を右後部Ｒｒ、左前部分（図４の図示右手前部分）を左前部Ｌｆ、左後ろ部分（図４の図示右奥部分）を左後部Ｌｒ、及び右前部Ｒｆと左前部Ｌｆとの間の部分を中央部Ｃと呼ぶ。

このようなハウス部４ｂの左前部Ｌｆに対応して、図１に示す運転室４ａが設けられ、中央部Ｃには、図１に示すブーム５の基端が上下動可能に取り付けられる。そして、ハウス部４ｂを有する旋回体４は、中央部Ｃの下部に設けられた旋回用電動機２１（図２参照）により上下方向の軸心回りに回転し、すなわち、旋回方向Ｄに沿って左右に旋回する。右前部Ｒｆには、メンテナンス作業用のステップ３１及び手摺り３２が設けられている。

右前部Ｒｆ内には、図２に示した蓄電手段１２０、インバータ回路１８Ａ，２０Ａ，２０Ｂ、及びコントローラ３０が設置されている。右前部Ｒｆの左右面下部には各々開口部が形成されており、右面の開口部３４（図５参照）と左面の開口部３３との間には、蓄電手段１２０のキャパシタ１９が設置されている。すなわち、左右面の開口部３４，３３は、キャパシタ１９を冷却するための空気を左右方向に通す通気口として形成されている。

図５は、右前部Ｒｆの下部に設置されたキャパシタ１９等を前方から見た断面図である。図５には、ハウス部４ｂの底部を形成する骨格部材である底部フレームＢａと、底部フレームＢａの周縁（図５では左側）において立設された外周フレームＢｂと、から構成されるベースフレームＢが示されている。

図５に示すように、右前部Ｒｆにおいて、右面の開口部３４及び左面の開口部３３の内側には、ルーバー３６，３５が各々設けられている。そして、ルーバー３５，３６の間には、キャパシタ１９を含むキャパシタボックス８０が、台座１５５及び防振ゴム１５６を介して底部フレームＢａ上に設置されている。キャパシタ１９は、上段及び下段に各々多数のセル４１を並設し纏めたもので、上段のセル４１の集合体により上段モジュール４５が、下段のセル４１の集合体により下段モジュール４５が各々構成され、これらのモジュール４５，４５を、左右方向に通気可能に外枠で囲い補強したものがキャパシタボックス８０である。

キャパシタボックス８０の右側（図５では左側）には、吸気ダクト４０が接続されると共に、吸気ダクト４０内の上流側の端部には、ルーバー３６に対向してルーバー３８が設けられている。また、キャパシタボックス８０の左側（図５では右側）端部には、上下段のセル４１，４１のそれぞれに対応して、冷却風を図示左から右へと流すためのファン４３，４３が設けられ、さらに左側（図５では右側）には、排気ダクト３９が接続されると共に、排気ダクト３９内の下流側の端部には、ルーバー３５に対向してルーバー３７が設けられている。

吸気側のルーバー３６は、図示左から右へと流れる冷却風の流れ方向に対して下方に傾斜し、これより下流の吸気ダクト４０内のルーバー３８は、ルーバー３６とは反対に上方に傾斜している。さらに、排気ダクト３９内のルーバー３７は、冷却風の流れ方向に対して下方に傾斜し、これより下流の排気側のルーバー３５は、ルーバー３７とは反対に上方に傾斜している。このようなルーバーの構成により、キャパシタボックス８０内に対する防水が図られている。

また、上記のように、キャパシタボックス８０は底部フレームＢａ上に設置されているため、その設置位置は、右面の開口部３４及び左面の開口部３３に対して低くなっている。このため、吸気ダクト４０及び排気ダクト３９は、上下非対称な形状をなしている。すなわち、吸気ダクト４０及び排気ダクト３９は、両側のルーバー３８，３７からキャパシタボックス８０に向かうにつれて、下方に広がる形状とされている。

さらに、吸気ダクト４０内には、上段モジュール４５と下段モジュール４５との間の上流側端部と、ルーバー３８の下流側端部とを連結し、吸気ダクト４０内を上下に仕切る仕切壁４４が設けられている。この仕切壁４４は、上下に並設されたルーバー３８に対して正対せずに下方にずれて配置された下段のモジュール４５に対しても、上段のモジュール４５と同量の冷却風を分配するためのものであり、上側の入口（ルーバー３８の出口）での流量より下側の入口での流量が大きくなるように、水平では無く冷却風の流れ方向に対して下方に傾斜する構成とされている。

なお、ここでは、キャパシタボックス８０、吸気ダクト４０、排気ダクト３９、開口部３４、開口部３３等は右前部Ｒｆに設置されることとしたが、左前部Ｌｆにおいて運転室４ａの下方に設置されていてもよい。

また、図４の左後部Ｌｒ内には、エンジン用ラジエタ、オイルクーラ、インタークーラ、燃料クーラ、ハイブリッドシステム用ラジエタ（ハイブリッド用ラジエタ）、運転室４ａのエアコンディショナ用熱交換器（エアコン用コンデンサ）、（いずれも図示せず）といった冷却器が設置されている。

さらに、左後部Ｌｒから右後部Ｒｒにかけて、すなわち天板を構成するエンジンフードＨの下方には、図２に示したエンジン１１、変速機１３、電動発電機１２、及びメインポンプ１４等が設置されている。エンジン１１にはファン（図示せず）が接続されており、エンジン１１の回転に伴いファンが回転することにより、左前部Ｌｆの左側面に設けられた通気口４６から左後部Ｌｒ内に向けて空気が流れ、左後部Ｌｒ内に設置された上記の各冷却器が冷却される。また、右後部Ｒｒ内には、上記の電動発電機１２及びメインポンプ１４を収容するポンプ室（図示せず）が形成されている。

中央部Ｃには、ブーム５を上下動可能に挟むようにして支持する枠体である所謂Ａフレーム４７、及びブームシリンダ８の基端が取り付けられる枠体であるブームシリンダフレーム４８が設けられている。Ａフレーム４７の後方近傍には、旋回用電動機２１（図２参照）が配置されている。

次に、図５で説明したキャパシタボックス８０について詳説する。図６は、キャパシタボックス８０を示す斜視図、図７は、図６に示すキャパシタボックス８０から側面外枠５５及び上面外枠５６を取り外した状態を示す一部破断斜視図、図８は、図７を奥側から見た一部破断斜視図、図９は、図６〜図８中のサブモジュール５１を示す斜視図である。

キャパシタボックス８０は概略、図９に示すように、上側の内枠５０及び下側の内枠１５０により挟むようにして（詳しくは後述）複数のセル４１を搭載したサブモジュール５１を、図７及び図８に示すように集合し、この集合体を、図６に示すように、外枠５２により補強して成るものである。

図９に示すように、上側の内枠５０は、内部にバスバーが配線された直方体形状に構成され、この直方体形状を構成する長手方向の一対の側壁５０ｂと、これに直交する短手方向の一対の側壁５０ｃと、を有し、下側の内枠１５０は、平面視矩形（長方形）に構成された矩形板５０ａと、この矩形板５０ａの周縁において周方向に沿って短尺に立設された、長手方向の一対の側壁５０ｂとこれに直交する短手方向の一対の側壁５０ｃと、を有する。そして、サブモジュール５１は、上側の内枠５０に複数のセル４１を縦横に並べて垂下させるように結合し、この複数のセル４１を内枠１５０により下面から支持し補強することで構成されている。このサブモジュール５１の長手方向の一方側の端部（排気側の端部；図示手前側の端部）には、空間が設けられており、当該空間に、図５及び図８に示すように、ファン４３が取り付けられている。

サブモジュール５１は、旋回体４を旋回可能に搭載した走行機構２の前後方向（図５の紙面垂直方向）に沿って、一列に複数個（ここでは４個）が並設されている。これにより、図７及び図８に示すように、サブモジュール５１を構成する長尺な側壁５０ｂが、走行機構２の前後方向（図５の紙面垂直方向）に並ぶと共に、隣り合い対面する長尺な側壁５０ｂ，５０ｂ同士が、旋回体４の旋回方向Ｄ（図４及び図７参照）を向くように配置されている。

サブモジュール５１を並設した下段モジュール４５に、サブモジュール５１を並設した上段モジュール４５が重ねられており、上、下段モジュール４５，４５を各々構成する各サブモジュール５１の上部（上側の内枠５０内）には、セル４１に接続されると共に、外部配設との接続を行うための端子台９５や、メンテナンス時に手動で切断可能な安全スイッチ９６に接続されるバスバーが設けられている。そして、これらの上、下段モジュール４５，４５は、例えば螺子留め等により外枠５２に固定される。

外枠５２は概略、図６に示すように、底面外枠５４と、側面外枠５５及び上面外枠５６を備える。

底面外枠５４は、サブモジュール５１全体、すなわち上、下段モジュール４５，４５を載置するものであり、側面外枠５５は、サブモジュール５１全体を四方の側方から覆うものであり、上面外枠５６は、天板であってサブモジュール５１全体を上から覆うものであり、サブモジュール５１は、外枠５２に対してボルト結合されている。これにより、サブモジュール５１全体の補強が成されると共に振動の発生が防止されている。

側面外枠５５は、複数のセル４１に対応する所定箇所に開口部５７を有する。ここでは、旋回体４の旋回方向Ｄ、すなわち冷却風の流れる方向（図５の左右方向）に対面して上、下段に各３個が、走行機構２の前後方向（図５の紙面垂直方向）に並ぶように設けられており、隣り合う開口部５７，５７同士の間に、上下方向に延びるリブ５８を有する構成とされている。なお、図６の図示手前側に示す側面外枠５５の開口部５７及びリブ５８は、図示奥側の側面外枠５５にも同様な位置（対向位置）に設けられており、図示奥側の側面外枠５５の開口部５７は、図８に示すファン４３に対向して開口されている。

そして、外枠５２及び内枠５０，１５０によりケースが構成されている。

このような構成を有する建設機械１によれば、旋回体４が旋回すると、この旋回によって生じる風が冷却風として、ハウス部４ｂの右前部Ｒｆの右面の開口部３４、吸気ダクト４０、キャパシタボックス８０の開口部５７（図６参照）を通して当該キャパシタボックス８０内に導入され、各セル４１に接触し当該セル４１を冷却しながら下流側に向かい、ファン４３、キャパシタボックス８０の開口部５７を通してキャパシタボックス８０外に排出され、排気ダクト３９、ハウス部４ｂの右前部Ｒｆの左面の開口部３３を通して外部に排出されることになり、セル４１を効率的に冷却できる。

すなわち、本実施形態にあっては、複数のセル４１を収容したケースには、旋回体４の旋回方向Ｄに向かって開口された開口部５７が設けられているため、旋回体４が旋回すると、この旋回によって生じる風が冷却風として、ケースの開口部５７を通してケース内を流れ、セル４１を効率的に冷却できる。

また、ケースは、当該ケース内から外へ向けて冷却風を排出するファン４３を有しているため、旋回体４の旋回によって生じる風に、さらにファン４３による冷却風が加わり、セル４１を一層効率的に冷却できる。

また、複数のセル４１が配置された上段モジュール４５及び下段モジュール４５に対して外気を冷却風として外から導く流路である吸気ダクト４０において、上段モジュール４５と下段モジュール４５に向かう冷却風を均等に分配するように当該吸気ダクト４０を上下に仕切り、冷却風の流れ方向に対して傾斜して配置された仕切壁４４を備えているため、当該仕切壁４４により、冷却風は、上段モジュール４５と下段モジュール４５に均等に分配されることになり、セル全体を均一に冷却でき、セル４１を一層効率的に冷却できる。

なお、ケースは、当該ケース内へ外気を冷却風として供給するファンを有しているのが好ましい。このような構成を採用した場合、排気側ファン４３にさらに吸気側ファンが加わるため、セル４１を一層効率的に冷却できる。

また、上記両ファン又は排気側ファン４３は、旋回体４の旋回方向Ｄに応じて風向が切り替わる構成であるのが好ましい。このような構成を採用した場合、旋回体４が一方向に旋回する場合には、ファンの風向が旋回体４の一方向の旋回によって生じる風と同方向となるようにファンを駆動することができ、旋回体４が一方向とは反対方向に旋回する場合には、ファンの風向を切り替えて旋回体４の反対方向の旋回によって生じる風と同方向となるようにファンを駆動することができる。従って、旋回体４が何れの方向に旋回しても、風向が切り替え可能なファンによりセル４１を一層効率的に冷却できる。

因みに、ケースに対しては、作業時に下方から突き上げ荷重が作用する場合があるため、ファンは、ケースの側壁又は上壁に設けられているのが好ましい。なお、この構成に対応して、ケースの排気側の開口部も当該ケースの側壁又は上壁に設けることになる。

なお、この実施形態でいうケースとは、外枠５２及び内枠５０，１５０の２種類の枠部材を有するものとしており、開口部５７は外枠５２に設けられ、ファン４３は内枠５０，１５０に設けられているが、１部材より構成されたケースに対しても勿論適用できる。この場合には、当該ケースに開口部５７やファン４３が設けられる。

図１０は、第２実施形態に係る建設機械のキャパシタボックス内を示す平面構成図である。

この第２実施形態が第１実施形態と違う点は、複数のセル４１を収容したケース９０のその側壁９０ａと当該側壁９０ａの近くに位置するセル４１との間隔ｘを、複数のセル４１同士の並設間隔ｙより広くした点である。

このような第２実施形態によれば、複数のセル４１を収容するケース９０の側壁９０ａと当該側壁９０ａの近くに位置するセル４１との間隔ｘの方が、複数のセル４１同士の並設間隔ｙより広くされているため、太陽光やエンジンの熱影響を最も受けるケース９０の側壁９０ａからセル４１が離して配置されることになり、セル４１に対する熱影響が低減され、セル全体を均一に冷却でき、セル４１を一層効率的に冷却できる。

また、この第２実施形態にあっては、ファン４３の駆動を制御手段８１により制御する点も第１実施形態と異なっている。すなわち、この第２実施形態においては、セル４１の温度に関する情報を検出する温度情報検出手段８２と、この温度情報検出手段８２で検出された情報に基づいて、ファン４３の駆動を制御する制御手段８１と、を備えている。

ここで、セル４１の温度に関する情報を検出する温度情報検出手段８２としては種々のものが挙げられるが、ここでは温度センサが用いられる。そして、ここでは、１つのケース９０に対して２個の温度センサが配置され、冷却風に対する最上流側のセル４１よりさらに上流に配置された温度センサ８２ａと、ケース９０の下流側の隅に配置された温度センサ８２ｂと、を有する。温度センサ８２ａは、ケース９０内の最も温度の低い位置の温度を測定するものであり、温度センサ８２ｂは、ケース９０内の最も温度の高い位置の温度を測定するものである。

制御手段８１は、これらの温度センサ８２ａ，８２ｂからの検出温度に基づいてファン４３の駆動を制御する。具体的には、検出温度が、予め設定した設定温度以上となったらファン４３の駆動を開始し、検出温度が設定温度を下回ったらファン４３の駆動を停止する。

また、吸気側（上流側）にもファンを設けている場合には、制御手段８１は以下のように制御する。具体的には、検出温度が、予め設定した低温時の設定温度に達しない場合には、吸気側ファン及び排気側ファン４３の両方とも停止とし、検出温度が低温時の設定温度以上となったら排気側ファン４３のみ駆動を開始し、その後は、検出温度に応じて吸気側ファンも駆動する。

このような第２実施形態によれば、温度センサ８２で検出されたセル４１の温度に基づいて、制御手段８１によってファンの駆動が制御されるため、ファン駆動の省エネを図りつつ当該ファンによりセル４１を効率的に冷却できる。

なお、この制御手段８１を有する構成は、ケース９０の側壁９０ａとセル４１との間隔ｘが、セル４１同士の並設間隔ｙとほぼ同じである構成に対しても勿論適用可能である。

図１１は、第３実施形態に係る建設機械のキャパシタボックス内を示す平面構成図である。

この第３実施形態が第２実施形態と違う点は、複数のセル４１を、冷却風の流れ方向（図示上から下）に対して、千鳥状にずらして配置した点である。

このような第３実施形態によれば、冷却風の流れ方向に対してセル４１が一列に並ぶことにより最上流のセル４１に冷却風が当たりこれより下流側のセル４１に対する冷却効率が悪くなる構成に比して、各々のセル４１に対して冷却風が当たるようになり、セル全体を均一に冷却でき、セル４１を一層効率的に冷却できる。

なお、この第３実施形態にあっては、第２実施形態で説明した制御手段８１を有する構成は無くても良く、また、この第３実施形態の千鳥状の配列の構成は、ケース９０の側壁９０ａとセル４１との間隔ｘが、セル４１同士の並設間隔ｙとほぼ同じである構成に対しても勿論適用可能である。

図１２は、第４実施形態に係る建設機械のキャパシタボックス内を示す平面構成図、図１３は、図１２のXIII-XIII矢視図である。

この第４実施形態が第１実施形態と違う点は、複数のセル４１を収容したケース９０内を流れる冷却風の流路とは別に、排気側に配置されたセル４１に対して冷却風をバイパスして送るためのバイパス流路８５を備えた点である。

ここで、バイパス流路８５は、複数のセル４１を並設して収容したセル領域８６の例えば底部や側部の外側に沿うように設けられ、冷却風を流すための流路８４と、この流路８４とセル領域８６とを連通する多数の連通孔８３と、を有する。

そして、多数の連通孔８３は、冷却風の流れ方向に並ぶセル４１，４１同士間の両脇に設けられている。

このような第４実施形態によれば、最上流のセル４１に冷却風が当たり排気側のセル４１に対する冷却効率が悪くなる構成（セル領域８６）に比して、排気側に配置されたセル４１に対しても冷却風がバイパス流路８５を通して送られることになり、セル全体を均一に冷却でき、セル４１を一層効率的に冷却できる。

なお、第４実施形態の構成は、第２、第３実施形態に対しても勿論適用可能である。

図１４は、さらに他の実施形態に係る建設機械の電気系統や油圧系統等の内部構成を示すブロック図である。

図１４に示す構成は、所謂シリーズ方式と称されるもので、図２に示すパラレル方式の構成において、変速機１３とメインポンプ１４とを連結する構成に代えて、ポンプ用電動機１４０及びインバータ１８Ｄを別途設け、エンジン１１の全ての動力を一旦電気エネルギに変換して、各種の駆動要素を駆動するものである。

具体的には、インバータ１８Ｄは、蓄電手段１２０のＤＣバス１１０（図３参照）と電気的に接続されると共に、コントローラ３０により制御される。また、インバータ１８Ｄの出力端は、ポンプ用電動機１４０に接続されており、ポンプ用電動機１４０は、インバータ１８Ｄにより駆動制御される。また、ポンプ用電動機１４０においてメインポンプ１４により発電された電力は、回生エネルギとしてインバータ１８Ｄを経て蓄電手段１２０に供給される。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、特に好適であるとして、リフティングマグネットタイプのハイブリッド型建設機械に対する適用を述べているが、ショベルやホイルローダ、クレーン等の他の建設機械に対しても適用可能である。

１…建設機械、４…旋回体、１１…エンジン、１２…電動発電機（発電手段）、２１…旋回用電動機（電動駆動手段）、４０…吸気ダクト、４１…セル、４３…ファン、４４…仕切壁、４５…上、下段モジュール、５０，１５０…内枠（ケース）、５２…外枠（ケース）、５７…開口部、８１…制御手段、８２，８２ａ，８２ｂ…温度センサ（温度情報検出手段）、８３…連通孔、８４…流路、８５…バイパス流路、９０…ケース、９０ａ…側壁、１２０…蓄電手段、Ｄ…旋回方向、ｘ…ケースの側壁と当該側壁の近くに位置するセルとの間隔、ｙ…セル同士の並設間隔。

Claims (10)

1. エンジンと、前記エンジンの駆動により発電を行う発電手段と、前記発電手段により発電された電力を蓄電する蓄電手段と、前記蓄電手段からの電力により駆動する電動駆動手段とを備えた建設機械において、
   前記蓄電手段は、前記電動駆動手段の駆動により旋回する旋回体に設置されると共に、複数のセルを収容したケースを備え、
   前記ケースは、前記旋回体の旋回方向に向かって開口され外気を冷却風として当該ケース内に流すための開口部を有することを特徴とする建設機械。
2. 前記ケースは、当該ケース内から外へ向けて冷却風を排出するファンを有することを特徴とする請求項１記載の建設機械。
3. 前記ケースは、当該ケース内へ外気を冷却風として供給するファンを有することを特徴とする請求項２記載の建設機械。
4. 前記ファンは、前記旋回体の旋回方向に応じて風向が切り替わることを特徴とする請求項２又は３記載の建設機械。
5. 前記ファンは、前記ケースの側壁又は上壁に設けられていることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の建設機械。
6. 前記セルの温度に関する情報を検出する温度情報検出手段と、
   この温度情報検出手段で検出された情報に基づいて、前記ファンの駆動を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項２〜５の何れか一項に記載の建設機械。
7. 前記ケースを構成する側壁と当該側壁の近くに位置するセルとの間隔の方が、前記複数のセル同士の並設間隔より広いことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の建設機械。
8. 前記複数のセルは、前記冷却風の流れ方向に対して、千鳥状にずらして配置されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の建設機械。
9. 前記ケースは、当該ケース内を流れる前記冷却風の流路とは別に、排気側に配置されたセルに対して冷却風をバイパスして送るためのバイパス流路を有することを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の建設機械。
10. 前記複数のセルが配置された上段モジュールと、この上段モジュールの下に配置され前記複数のセルが配置された下段モジュールとを備え、
    前記上段モジュール及び前記下段モジュールに対して外気を冷却風として外から導く流路において、前記上段モジュールと前記下段モジュールへ向かう前記冷却風を均等に分配するように当該流路を上下に仕切り、前記冷却風の流れ方向に対して傾斜して配置された仕切壁を有することを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の建設機械。

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