JP7284304B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、建設機械に関する。

下記特許文献１には、エンジンに連結された水冷の冷却構造を有する回転電機の冷却構造として、エンジンの後方に設けられ、且つエンジンの前方から後方に向かう気流を発生可能な冷却ファンが開示されている。

下記特許文献２には、動力源としての電動機と、この電動機を制御する制御盤とを備える電動式作業機械において、制御盤本体を収容するケーシング内の熱を機械室外に放出する換気ダクトが開示されている。

特開２０１７－２２７００１号公報 特開２０１１－２２００１４号公報

エンジンとモータを直結するパラレルハイブリッド方式で使用される高トルク薄型モータは、発熱により温度上昇するため、特許文献１で記載されたように外部から空冷する方法では冷却が十分でない。そこで、冷却水または冷却油によるステータの冷却に加えて、ロータに取り付けられたファンによって空気を導入し、ロータを冷却することが考えられる。しかしながら、エンジンルームといった高温環境においては、モータに導入される空気の温度が高くなるため十分な冷却効果が得られない。特許文献２は、電動式作業機械の機械室の空気がケーシング内の制御盤を冷却して機械室外に放出することから、ハイブリッド建設機械のように機関室内にエンジンが配置されている場合、エンジンの放熱により機械室の温度が上昇しているため、十分な冷却効果が得られないという問題がある。

そこで、本発明は上記課題に鑑み、動力源として使用可能な電動機を備える建設機械において、電動機を十分に冷却することができる建設機械を提供することを目的とする。

本発明の建設機械は、動力源として使用可能な電動機と、
前記電動機を収容する機関室と、
前記電動機の筐体内で前記電動機の回転軸と一体となって回転するファンにより生じる吸引力によって、前記機関室の外部から前記筐体内に空気を導く吸引流路と、前記ファンの回転により前記筐体内から前記機関室内に空気を導く排出流路と、を備えるものである。

本発明によれば、機関室の外部から直接導入した空気により電動機を十分に冷却することができる。また、電動機の冷却に使用された空気は、機関室内に排出されて機関室内を冷却することができる。

本実施形態に係る油圧ショベルを示す側面図である。 エンジンルーム内の分解斜視図である。 電動発電機の断面を模式的に示す図である。 吸引口周辺の分解斜視図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

［油圧ショベルの構造］
まず、図１を参照しながら、建設機械の一例としての油圧ショベル１の概略構造について説明する。

下部走行体２は、エンジン４２等からの動力を受けて駆動し、油圧ショベル１を走行させる。下部走行体２は、左右一対のクローラ２１，２１及び左右一対の走行モータ２２，２２（図１では右走行モータ２２は図示していない）を備える。油圧モータである左右の走行モータ２２，２２が左右のクローラ２１，２１をそれぞれ駆動することで油圧ショベル１の前後進を可能としている。また、下部走行体２には、ブレード２３、及びブレード２３を上下方向に回動させるための油圧アクチュエータであるブレードシリンダ２４が設けられている。

作業機３は、エンジン４２からの動力を受けて駆動し、土砂等の掘削作業を行うものである。作業機３は、ブーム３１、アーム３２、及びバケット３３を備え、これらを独立して駆動することによって掘削作業を可能としている。ブーム３１、アーム３２、及びバケット３３は、それぞれ作業部に相当し、油圧ショベル１は、複数の作業部を有する。

ブーム３１は、基端部が上部旋回体４の前部に支持されて、伸縮自在に可動するブームシリンダ３１ａによって回動される。また、アーム３２は、基端部がブーム３１の先端部に支持されて、伸縮自在に可動するアームシリンダ３２ａによって回動される。そして、バケット３３は、基端部がアーム３２の先端部に支持されて、伸縮自在に可動するバケットシリンダ３３ａによって回動される。ブームシリンダ３１ａ、アームシリンダ３２ａ、及びバケットシリンダ３３ａは、作業部を駆動する油圧アクチュエータに相当する。

バケット３３は、作業機３の先端に設けられ、掘削作業を行うためのツメを備えた容器状の部材である。バケット３３は、アーム３２の先端にピン３４を介して回動可能に取り付けられている。さらに、バケット３３は、リンク機構３５を介してバケットシリンダ３３ａと連結されている。

上部旋回体４は、その中央部で上下方向に延びる軸線回りに下部走行体２に対して旋回可能に構成されている。上部旋回体４には、操縦部４１、エンジン４２、旋回モータ４３等が配設されている。油圧モータである旋回モータ４３の駆動力で上部旋回体４が旋回ベアリングを介して旋回する。

操縦部４１には、操縦席４１１が配置されている。操縦席４１１の左右に一対の作業操作レバー４１２，４１２、前方に一対の走行レバー４１３，４１３が配置されている。作業者は、操縦席４１１に着座して作業操作レバー４１２，４１２、走行レバー４１３，４１３等を操作することによって、エンジン４２、各油圧モータ、各油圧アクチュエータ等の制御を行い、走行、旋回、作業等を行うことができる。

上部旋回体４の後端部には、ボンネット４４とカウンタウェイト４５が上下に配設されている。カウンタウェイト４５は、上部旋回体４の後端部に立設され、エンジン４２を覆う。ボンネット４４は、カウンタウェイト４５の上端部から上方へ延びて操縦部４１の後壁下端部に達し、カウンタウェイト４５とともにエンジン４２を覆っている。上部旋回体４の後端部は、平面視で円弧状に形成されており、ボンネット４４とカウンタウェイト４５は、上部旋回体４の後端部に沿わせて湾曲して形成されている。

上部旋回体４の底部は、旋回フレーム５０で構成され、旋回フレーム５０上にエンジン４２、不図示のバッテリ、燃料タンク等が載置される。

旋回フレーム５０は、平板状の底板５１と、第１縦板５２及び第２縦板３３とを備えている。底板５１は、平面視において前端部が左右方向に切り取られた円形をしている。第１縦板５２及び第２縦板５３は、底板５１上に左右に間隔をあけて位置し、前後方向に延びるように立設されている。第１縦板５２は、旋回フレーム５０の左右中央よりも左側に配置され、第２縦板５３は、旋回フレーム５０の左右中央よりも右側に配置されている。第１縦板５２と第２縦板５３の間の底板５１には、スイベルジョイントを挿入するためのジョイント開口部５１ａや旋回モータ４３を取り付けるためのモータ開口部５１ｂが設けられている。また、底板５１には、排水用、メンテナンス用のその他複数の開口が形成されている。

第１縦板５２及び第２縦板５３は、その下縁が底板５１の上面に溶接されている。第１縦板５２の前端部及び第２縦板５３の前端部は、底板５１よりも前方に突出し、取付部５４の一部を構成している。取付部５４には、ブーム３１の基端部がブームブラケット３１ｂを介して取り付けられる。

旋回フレーム５０の上方には、操縦席４１１が固定されるシートマウント４６（図１参照）が配設されている。旋回フレーム５０、ボンネット４４、カウンタウェイト４５、シートマウント４６等によって区画された空間をエンジンルーム４７（機関室に相当）と称する。

エンジンルーム４７には、エンジン４２により駆動される電動発電機４８（電動機の一例）及び油圧ポンプ４９が配設される。油圧ポンプ４９は、エンジン４２によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ４９から吐出された作動油は、ブームシリンダ３１ａ、アームシリンダ３２ａ、バケットシリンダ３３ａ、旋回モータ４３、ブレードシリンダ２４、走行モータ２２，２２等に供給される。

電動発電機４８は、エンジン４２のクランクシャフトの一端側に連結されている。電動発電機４８は、モータジェネレータとも呼ばれ、回生時には発電機として作動し、かつエンジン４２の駆動トルクをアシストする必要がある時には電動機として作動する。電動発電機４８には、油圧ポンプ４９が接続されている。

図３は、電動発電機４８の断面を模式的示した図である。電動発電機４８は、ロータ４８１と、ステータ４８２と、ハウジング４８３（筐体に相当）とを備えている。

ロータ４８１は、ロータコア４８１ａに複数の磁石４８１ｂを埋め込んだものある。ロータコア４８１ａは、２枚の円盤状部材で構成され、２枚の円盤状部材の間にステータ４８２が配置されている。磁石４８１ｂは、ロータコア４８１ａのうちステータ４８２に対向する面に配置される。ロータコア４８１ａの中心には、ロータ軸４８１ｃが貫通されており、ロータコア４８１ａとロータ軸４８１ｃは、ロータコア４８１ａに設けられた穴スプラインと、ロータ軸４８１ｃに設けられた軸スプラインとでスプライン結合されている。磁石４８１ｂは、ステータ４８２に巻回された不図示のコイルに所定の通電を行うことで発生する磁界によりトルクを発生し、ロータコア４８１ａと一体としてロータ軸４８１ｃを回転させる。

ステータ４８２は、円環状のステータコアと、ステータコアに巻回されたコイルとを備えている。ステータ４８２は、不図示の冷却装置により冷却水又は冷却油で冷却される。ロータ４８１は、ステータ４８２の内周面に回転自在に支持されている。

ハウジング４８３は、ステータ４８２を固定する。ハウジング４８３は、ロータ４８１とステータ４８２を両者の間に隙間をあけて収納する。ロータコア４８１ａの回転軸方向の両端部は、円筒状をしており、その円筒状の両端部は、ハウジング４８３に設けられたダストシール４８３ｄと外周で接触している。

また、ロータ４８１には、複数のブレード４８１ｄが設けられている。複数のブレード４８１ｄは、ロータコア４８１ａの周方向に並べて配置されており、ロータコア４８１ａと一体としてファンを構成する。複数のブレード４８１ｄは、回転することで、吸引管４８３ａからハウジング４８３内に空気を吸引し、排出管４８３ｂからハウジング４８３内の空気を排出する。吸引管４８３ａには、ダクトホース５５の一端部５５ａ（図２を参照）が接続され、吸引流路を構成する。排出管４８３ｂは、エンジンルーム４７に開放され、排出流路を構成する。吸引管４８３ａと排出管４８３ｂは、ステータ４８２で区画されたハウジング４８３の左右の内部空間にそれぞれ設けられている。複数のブレード４８１ｄは、ロータコア４８１ａのうち左側の内部空間に配置された円盤状部材に設けられており、これにより、ブレード４８１ｄを吸引管４８３ａに近接配置して、配管ロスの低減、及び吸引する空気量の増加を図ることができる。また、ハウジング４８３には、左右の内部空間を連通させる連通管４８３ｃが設けられており、冷却用の空気が左側の内部空間から右側の内部空間へと流れるようになっている。

ダクトホース５５の他端部５５ｂは、旋回フレーム５０の底板５１に穿設された吸引口５６ａと接続され、エンジンルーム４７の外部と連通する。これにより、吸引口５６ａ及びダクトホース５５を介してエンジンルーム４７の外部からハウジング４８３内に空気を導くことができる。また、吸引口５６ａがエンジンルーム４７の下面に設けられているため、吸引口５６ａから雨水がハウジング４８３内に侵入することを防止できる。

吸引口５６ａは、底板５１の開口５１ｃを塞ぐカバー５６に形成されている。カバー５６は、不図示のボルトにより開口５１ｃの周縁部に固定される。吸引口５６ａの周縁には、パイプ５６ｂが上方へ向かって突設されている。ダクトホース５５の他端部５５ｂは、ホースバンド５５ｃによってパイプ５６ｂに固定される。また、パイプ５６ｂの周囲には、４個のナット５６ｃが溶接されている。

吸引口５６ａには、フィルタ５７が装着される。フィルタ５７は、吸引口５６ａからの異物の侵入を防止する。フィルタ５７には、カバー５６のナット５６ｃに対応する位置に第１貫通孔５７ａが形成されている。

フィルタ５７は、枠状の固定部材５８によって固定される。固定部材５８の中央部には、吸引口５６ａに対応する位置に空気導入口５８ａが形成されている。また、空気導入口５８ａの周囲には、カバー５６のナット５６ｃに対応する位置に第２貫通孔５８ｂが形成されている。

フィルタ５７及び固定部材５８は、固定ボルト５９によってカバー５６に対して固定される。これにより、フィルタ５７は、エンジンルーム４７の下方から吸引口５６ａの周縁部に固定部材５８によって固定される。この構成によれば、エンジンルーム４７の外部からフィルタ５７を交換することができるため、メンテナンスが容易である。

上記の構成によれば、電動発電機４８のロータ軸４８１ｃと一体となって回転するファンにより生じる吸引力によって、吸引管４８３ａ及びダクトホース５５を介してエンジンルーム４７の外部からハウジング４８３内に空気を導くことができ、一方、ファンの回転によりハウジング４８３内から排出管４８３ｂを介してエンジンルーム４７内に空気を導くことができる。その結果、エンジンルーム４７の外部から直接導入した空気により電動発電機４８を十分に冷却することができる。よって、エンジン４２の発熱による高温環境においても、電動発電機４８を適切に冷却することができる。また、電動発電機４８の冷却に使用された空気は、エンジンルーム４７内に排出されてエンジンルーム４７の内部を冷却することができる。

［他の実施形態］
前述の実施形態では、電動機の一例として、ハイブリッド式の油圧ショベル１で用いられる電動発電機４８を示したが、電動式の油圧ショベルで動力源として用いられる電動モータでもよい。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ 油圧ショベル
２ 下部走行体
３ 作業機
４ 上部旋回体
４２ エンジン
４７ エンジンルーム
４８ 電動発電機
４８１ ロータ
４８１ｃ ロータ軸
４８１ｄ ブレード
４８２ ステータ
４８３ ハウジング
５０ 旋回フレーム
５５ ダクトホース
５６ａ 吸引口
５７ フィルタ
５８ 固定部材

Claims (5)

1. 動力源として使用可能な電動機であって、筐体と、当該筐体内の空間を２つの内部空間に分けるように設けられたステータとを有する電動機と、
   前記電動機を収容する機関室と、
   前記機関室の外部と、前記２つの内部空間のうちの一方の内部空間とを直接繋げる流路とを備え、
   前記２つの内部空間のうちの他方の内部空間は、前記機関室の内部と連通するとともに、前記２つの内部空間のうちの一方の内部空間とも連通する、
   ことを特徴とする建設機械。
2. 前記建設機械が前記流路と接合し、前記機関室の下面に穿設された開口部を有する請求項１記載の建設機械。
3. 前記筐体内と前記機関室の内部を連通する前記筐体の開口が下方にむけて設置されている請求項１又は請求項２記載の建設機械。
4. 前記筐体内で前記電動機の回転軸と一体となって回転するファンを備える請求項１乃至請求項３のいずれか記載の建設機械。
5. 前記ファンが前記機関室の外部から前記筐体内に空気を導く請求項４記載の建設機械。

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