(57)【要約】【課題】空冷方式によって蓄電装置を効率良く冷却する。【解決手段】上部旋回体２のアッパーフレーム２１におけるキャビン１０内のオペレータから見て右側後部に、複数本の支柱２４と天板２５とを備えた架台２３を組み込み、この架台２３の天板２５上に蓄電装置１７を設置することにより、蓄電装置１７を、上部旋回体に搭載されるすべての機器のうちで最も高位に配置する。蓄電装置１７は本体とケーシングとで構成し、ケーシング内に冷却空気を取り込んで冷却するように構成した。【選択図】図１
2010270554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業アタッチメントを備えた上部旋回体が下部走行体上に旋回自在に搭載され、この上部旋回体には、上記作業アタッチメントが装着された前部の左側にキャビンが設置され、かつ、発電機作用と電動機作用を行う発電電動機の電源となる蓄電装置が搭載されるハイブリッド作業機械において、上記蓄電装置が、上記キャビン内のオペレータから見て右側後部に、上部旋回体に搭載されるすべての機器のうちで最も高位に位置する状態で上部旋回体のアッパーフレームに設置されたことを特徴とするハイブリッド作業機械。
【請求項２】
蓄電装置本体が蓄電装置ケーシング内に収容されて蓄電装置が構成され、冷却空気を上記ケーシング内に導入して上記蓄電装置本体に直接接触させ、冷却後にケーシング外に排出するように構成されたことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド作業機械。
【請求項３】
上記蓄電装置のケーシングの上面内側に、太陽熱に対して蓄電装置本体を防護する断熱層が設けられたことを特徴とする請求項２記載のハイブリッド作業機械。
【請求項４】
上記断熱層として、上記ケーシングの上面が外、内板から成る二重壁構造に構成されて空気層が形成されるとともに、この空気層の熱をケーシング外部に逃がすための逃がし穴がケーシング州面に設けられたことを特徴とする請求項３記載のハイブリッド作業機械。
【請求項５】
複数本の支柱と、この支柱間の上端部間に架け渡された天板とを備えた架台が上記アッパーフレームに組み込まれ、この架台の天板上に上記蓄電装置が設置されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のハイブリッド作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジン動力と電力を併用するハイブリッド作業機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ショベルは、図８に示すようにクローラ式の下部走行体１上に上部旋回体２が、地面に対して鉛直となる縦軸まわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体２の前部に、ブーム３、アーム４、バケット５、及びこれらを作動させるブーム、アーム、バケット各シリンダ６,７,８を備えた作業アタッチメント９が取付けられて構成される。
【０００３】
上部旋回体２には、前部左側にキャビン１０が搭載されるとともに、後端部にカウンタウェイト１１が装着される。
【０００４】
上部旋回体２の後部にはエンジンルーム１２が設けられ、このエンジンルーム１２に動力源としてのエンジン１３が設置される(特許文献１参照)。
【０００５】
なお、この明細書において、「前後」「左右」はキャビン１０内に着座したオペレータから見た方向性をいう。
【０００６】
このショベルをハイブリッド式として構成した場合の駆動系及び制御系のブロック構成を図９に示す。
【０００７】
エンジン１３に、発電機作用と電動機作用を行う発電電動機１４と油圧ポンプ１５とが接続され、これらがエンジン１３によって駆動される。
【０００８】
油圧ポンプ１５からの吐出油はコントロールバルブ(弁そのものはアクチュエータごとに設けられているが、ここでは複数の弁の集合体として示す)１６を介して図８に示すブーム、アーム、バケット各シリンダ６〜８、及び図示しない左、右両走行用油圧モータ等の油圧アクチュエータに供給され、これら油圧アクチュエータが駆動される。
【０００９】
一方、発電電動機１４には、二次電池等からなる蓄電装置（動力バッテリ）１７がコントローラ１８を介して、また旋回駆動源としての旋回電動機１９がインバータ２０を介してそれぞれ接続される。
【００１０】
コントローラ１８は、発電電動機１４の発電機出力の過不足に応じた蓄電装置１７の充・放電作用等を制御する。
【００１１】
インバータ２０は、発電電動機１４の発電機作用と電動機作用の切換え、及び発電電力あるいは電動機としての電流またはトルクの制御等を行う。
【００１２】
従来、このようなハイブリッド式ショベルに搭載されるハイブリッド機器は特許文献２に示されるようにエンジンルーム１２等に設置されている。
【００１３】
ここで、ハイブリッド機器のうち、自ら発熱し、しかも熱に弱い蓄電装置１７については、本来の性能及び寿命確保のため冷却する必要があり、その冷却手段として空冷方式をとることがコスト、スペース等の点で最も有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許第３６４９１４７号公報
【特許文献２】特開２００７−１０７２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献１，２に示された公知技術では、蓄電装置１７を、他のハイブリッド機器、及び油圧機器である油圧ポンプ１５、コントロールバルブ１６と同じ平面上に並んで配置している。
【００１６】
しかし、ハイブリッド作業機械では、既存の機械の限られたスペースにハイブリッド機器を追加することになるため、機器設置スペースが制限される。
【００１７】
このため、同一平面配置をとる公知技術では、狭いスペースに蓄電装置１７を含めた多くの機器が密集することになる。
【００１８】
従って、空冷方式をとる場合に、蓄電装置１７の周囲に、冷却空気の通路となる空間を十分とることができない。このため、蓄電装置１７に対する冷却空気の流れが悪くなって冷却効率が悪くなり、蓄電装置１７の性能、寿命が低下するという問題があった。
【００１９】
そこで本発明は、空冷方式によって蓄電装置を効率良く冷却することができるハイブリッド作業機械を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
請求項１の発明は、作業アタッチメントを備えた上部旋回体が下部走行体上に旋回自在に搭載され、この上部旋回体には、上記作業アタッチメントが装着された前部の左側にキャビンが設置され、かつ、発電機作用と電動機作用を行う発電電動機の電源となる蓄電装置が搭載されるハイブリッド作業機械において、上記蓄電装置が、上記キャビン内のオペレータから見て右側後部に、上部旋回体に搭載されるすべての機器のうちで最も高位に位置する状態で上部旋回体のアッパーフレームに設置されたものである。
【００２１】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、蓄電装置本体が蓄電装置ケーシング内に収容されて蓄電装置が構成され、冷却空気を上記ケーシング内に導入して上記蓄電装置本体に直接接触させ、冷却後にケーシング外に排出するように構成されたものである。
【００２２】
請求項３の発明は、請求項２の構成において、上記蓄電装置のケーシングの上面内側に、太陽熱に対して蓄電装置本体を防護する断熱層が設けられたものである。
【００２３】
請求項４の発明は、請求項３の構成において、断熱層として、上記ケーシングの上面が外、内板から成る二重壁構造に構成されて空気層が形成されるとともに、この空気層の熱をケーシング外部に逃がすための逃がし穴がケーシング州面に設けられたものである。
【００２４】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの構成において、複数本の支柱と、この支柱間の上端部間に架け渡された天板とを備えた架台が上記アッパーフレームに組み込まれ、この架台の天板上に上記蓄電装置が設置されたものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によると、蓄電装置を、上部旋回体に搭載されるすべての機器のうちで最も高位置、すなわち、最もまわりに障害物がなくて風通しの最も良い位置に設けたから、冷却空気との接触を活発にして蓄電装置を効果的に冷却することができる。
【００２６】
また、周囲に十分なメンテナンスの障害となるものがないため、蓄電装置の交換を含めたメンテナンスが容易となる。
【００２７】
しかも、キャビン内のオペレータから見て右側後部という、作業時に必要な視界から外れた位置に設置しているため、蓄電装置が高い位置にあっても、作業視界の妨げとなるおそれが低い。
【００２８】
請求項２〜４の発明によると、ケーシング内に冷却空気を導入して蓄電装置本体に直接接触させるため、冷却効率が一層良いものとなる。
【００２９】
この場合、請求項３，４の発明によると、蓄電装置ケーシングの上面内側に設けた断熱層によって蓄電装置本体を太陽熱から防護し、蓄電装置の冷却効果を上げることができる。
【００３０】
とくに、請求項４の発明によると、ケーシング上面を二重壁構造として断熱層としての空気層を形成し、かつ、この空気層にこもった熱を逃がし穴によってケーシング外に逃がす構成としたから、断熱効果を一層高めることができる。
【００３１】
請求項５の発明によると、蓄電装置（架台天板）の下方空間や架台の支柱を利用して、他の機器を、蓄電装置の冷却性能やメンテナンス性を阻害しない状態でコンパクトに組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係るハイブリッドショベルにおける上部旋回体のアッパーフレームの斜視図である。
【図２】同平面図である。
【図３】アッパーフレームに設けられる架台とこれに組み込まれる蓄電装置及びコントローラの分解斜視図である。
【図４】同架台に蓄電装置及びコントローラを組み込んだ状態の斜視図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図４の背面図である。
【図７】蓄電装置の断熱構造に関する他の実施形態を示す部分斜視図である。
【図８】本発明の適用対象例であるショベルの概略側面図である。
【図９】同ショベルをハイブリッド式として構成した場合の駆動系及び制御系のブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の実施形態を図１〜図７によって説明する。
【００３４】
実施形態では、図８，９に示すハイブリッドショベルを適用対象としている。
【００３５】
なお、実施形態において、ハイブリッドショベルに装着または搭載される部材や機器について図８，９に示すものと同一のものに同一符号を付して示す。
【００３６】
図１，２において、２１は上部旋回体２を構成するアッパーフレームで、このアッパーフレーム２１の前部ほぼ中央に図８の作業アタッチメント９が装着されるとともに、前部左側にキャビン１０、後部にエンジン１３がそれぞれ搭載され、エンジン１３には発電電動機１４及び油圧ポンプ１５が接続される。図２中、２２はエンジン１３のマフラーである。
【００３７】
アッパーフレーム２１の右サイドデッキの後部（キャビン１０内のオペレータから見て右斜め後）に架台２３が取付けられ、この架台２３に蓄電装置１７等のハイブリッド機器を含む複数の機器が組み込まれる。
【００３８】
この点を詳述する。
【００３９】
架台２３は、図３〜図６に詳しく示すように、前後左右計四本（五本以上でもよい）の支柱２４…が複数の梁材でボルト結合されるとともに、この支柱２４…の上端間に天板２５が取付けられた自立可能な組立式の独立した台として構成されている。
【００４０】
この架台２３は、アッパーフレーム２１に対し、図５，６に示すように天板２５の下方の空間Ｓに油圧ポンプ１５及びコントロールバルブ１６が収容される（両者１５，１６を跨ぐ）状態で、各支柱２４…の下端部で着脱自在に取付けられ、天板２５の上面側に蓄電装置１７、下面側にコントローラ１８がそれぞれ設置されている。
【００４１】
すなわち、蓄電装置１７とコントローラ１８が互いの間に天板２５を介在させた状態で上下に重ねて配置され、上側の蓄電装置１７は、上部旋回体２に搭載されたすべての機器のうちで最も高位に位置する状態で設置されている。
【００４２】
蓄電装置１７及びコントローラ１８は、それぞれ本体１７ａ，１８ａと、これを覆うケーシング１７ｂ，１８ｂとから成り、本体同士が天板２５を挟んで対向する状態で天板２５に取付けられている。
【００４３】
なお、蓄電装置ケーシング１７ｂは下面が開口した箱状、コントローラケーシング１８ｂは上面が開口した箱状にそれぞれ形成され、蓄電装置ケーシング１７ｂは防振マウント２５ａ…（図５，６参照）を介して天板２５上に設置されている。
【００４４】
蓄電装置１７のケーシング１７ｂには右側面に吸気口２６、コントローラ１８のケーシング１８ｂには左側面に排気口２７がそれぞれ設けられるとともに、天板２５における両者が重なる位置に、ケーシング１７ｂ，１８ｂ同士を連通させる通気口２８（蓄電装置１７単独で見た場合に冷却空気の排出口となる）が設けられている。
【００４５】
なお、図示しないが吸気口２６及び排気口２７には、異物の侵入を防止するための金網またはフィルタが設けられる。
【００４６】
また、蓄電装置１７のケーシング１７ｂ内に吸い込みファン２９が設けられている。
【００４７】
この構成によると、吸い込みファン２９によって蓄電装置１７（ケーシング１７ｂ）内に外気（冷却空気）が吸入され、図１，５中の矢印で示すように蓄電装置本体１７ａとケーシング１７ｂとの間を通って通気口２８からコントローラ１８（ケーシング１８ｂ）内に入る。
【００４８】
そして、蓄電装置１７と同様にコントローラ本体１８ａとケーシング１８ｂとの間を通って排気口２７から外部に排出される。
【００４９】
なお、図示しないが、通常、架台２３における排気口２７が開口する側の面（架台２３の左側面）には、遮熱板を兼ねるガード部材が排気口２７を覆う状態で設けられるため、この遮熱板兼ガード部材に、排気口２８から出た排気を外部に逃がす開口が設けられる。
【００５０】
一方、蓄電装置１７を最も高位に配置すると、太陽の直射熱を受けるため、冷却効果が低下するおそれがある。
【００５１】
そこで、蓄電装置本体１７ａを太陽の熱に対して保護する手段として、図５に示すように、ケーシング１７ｂの上面内側に太陽熱を遮断するための断熱層としての断熱材３０が設けられている。
【００５２】
また、天板下面に、発熱する油圧機器である油圧ポンプ１５及びコントロールバルブ１６からの熱を遮断する断熱材３１が設けられている。
【００５３】
さらに、架台２３の前後及び左右の各側面（支柱間）に、図示しない遮熱板が油圧機器空間Ｓを周囲から囲む状態で取付けられている。
【００５４】
この遮熱板により、油圧機器（油圧ポンプ１５、コントロールバルブ１６）からの熱が架台外周側に出て天板２５上の蓄電装置１７に回り込んだり、架台２３まわりに設置された蓄電装置１７以外の電気機器（後述するように架台前方に設置されたインバータ２０等）に放射されたりすること、及びマフラー２２からの熱を含むエンジンルームの熱が架台２３の空間Ｓに侵入することがそれぞれ防止される。
【００５５】
また、架台２３の前面に、通常バッテリを制御するコンバータ３２が取付けられるとともに、架台前方にインバータ２０が図示しない別の架台を介してアッパーフレーム２１上に設置される。
【００５６】
このように、蓄電装置１７を、上部旋回体２に搭載されるすべての機器のうちで最も高位置、すなわち、まわりに障害物がなくて最も風通しの良い位置に設けたから、冷却空気との接触を活発にして蓄電装置１７を効果的に冷却することができる。
【００５７】
また、周囲にメンテナンスの障害となるものがなく、十分なメンテナンス空間を確保できるため、蓄電装置１７のメンテナンスが容易となる。
【００５８】
さらに、キャビン１０内のオペレータから見て右側後部という、作業時に必要な視界から外れた位置に設置しているため、蓄電装置１７が高い位置にあっても、作業視界の妨げとなるおそれが低い。
【００５９】
加えて、実施形態によると次の効果を得ることができる。
【００６０】
（ｉ）蓄電装置１７のケーシング１７ｂ内に冷却空気を導入して蓄電装置本体１７ａに直接接触させること、及び吸い込みファン２９による強制吸排方式であることにより、本体１７ａを一層効率良く冷却することができる。
【００６１】
（ｉｉ）蓄電装置ケーシング１７ｂの上面内側に設けた断熱材３０（断熱層）によって蓄電装置本体１７ａを太陽熱から防護し、蓄電装置本体１７ａの冷却効果を上げることができる。
【００６２】
（ｉｉｉ）蓄電装置１７（架台天板２５）の下方空間や架台支柱２４…を利用して、他の機器（コントローラ１８、コンバータ３２、油圧ポンプ１５、コントロールバルブ１６）を、蓄電装置１７の冷却性能やメンテナンス性を阻害しない状態でコンパクトに組み込むことができる。
【００６３】
これにより、スペースの利用効率を上げることができるため、機器レイアウトが容易となる。あるいは機器占有スペースを縮小して機械の後端旋回半径を縮小することができる。
【００６４】
（ｉｖ）架台天板２５の下側に設置した蓄電装置制御用のコントローラ１８を蓄電装置１７と共通の冷却構造で冷却するため、コスト及びスペースの点で有利となる。
【００６５】
（ｖ）同時に点検されることが多い蓄電装置１７とコントローラ１８を上下配置したことにより、限られたスペース内で両者１７，１８を近接させることができる。このため、メンテナンスが一層容易となる。
【００６６】
（ｖｉ）通気口２８を、両者１７，１８をつなぐ配線の通し穴として利用できるため、配線が容易となり、かつ、最短距離ですむ。
【００６７】
他の実施形態
（１）蓄電装置本体１７ａを太陽熱から防護する断熱層に関する他の実施形態を図７に示す。
【００６８】
この実施形態では、蓄電装ケーシング１７ｂの上面部を外、内板３３，３４から成る二重壁構造として間に断熱層としての空気層３５を形成している。
【００６９】
また、この空気層３５に対応するケーシング周面上部に、空気層３５にこもった熱をケーシング外部に逃がす多数の逃がし穴３６…を設けている。
【００７０】
こうすれば、太陽熱に対する断熱効果を高め、蓄電装置１７の冷却効果を一層上げることができる。
【００７１】
この実施形態において、図示のように空気層３５の下側に断熱材３０を設けてもよいし、設けなくてもよい。また、空気層３５に断熱材を充填してもよい。
【００７２】
（２）吸い込みファン２９を通気口２８またはコントローラケーシング１８ｂの排気口２７近くに設けてもよい。
【００７３】
あるいは、吸い込みファン２９に代えて押し込みファンを用いてもよい。また、このようなファンを設けず、自然対流によって空気を吸排するようにしてもよい。この場合、状況によっては実施形態の吸気口２６が排気口、排気口２７が吸気口として機能する可能性がある。
【００７４】
（３）蓄電装置１７とコントローラ１８の冷却構造を別々に設け、それぞれ独立して冷却する構成をとってもよい。
【００７５】
この場合、蓄電装置１７の排気口は蓄電装置ケーシング１７ｂ（側面等）に設けられる。
【００７６】
（４）上記実施形態では、架台天板２５の下側にコントローラ１８を設置したが、このコントローラ１８を別の位置、また蓄電装置１７から離れた位置に設けてもよい。
【００７７】
（５）上記実施形態ではアッパーフレーム２１に対して独立して組立てられた架台２３の天板２５上に蓄電装置１７を設置したが、アッパーフレーム２１の右側後部にブラケットを介して棚状の支持板を固定し、この支持板上（すべての機器のうち最も高位）に蓄電装置１７を設置してもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１  下部走行体
２  上部旋回体
９  作業アタッチメント
１０  キャビン
１３  エンジン
１４  発電電動機
１７  蓄電装置
１７ａ  蓄電装置本体
１７ｂ  ケーシング
２１  アッパーフレーム
２３  架台
２５  架台の天板
２６  吸気口
２７  排気口
２８  通気口（蓄電装置単独で見た場合の排気口）
２９  吸い込みファン
【図１】
2010270554.tif 000003
【図２】
2010270554.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010270554.tif 000008
【図７】
2010270554.tif 000009
【図８】
2010270554.tif 000010
【図９】
2010270554.tif 000011