(57)【要約】【課題】電気機器の制御を行うための制御盤を搭載した作業機械において、駆動装置の冷却効率を低下させることなく簡単な構成で制御盤内部温度上昇を抑制することの可能な作業機械を提供する。【解決手段】動力源としての電動モータの作動制御を行うための制御盤(13)は、制御ユニット(28)を囲うインナーケース(26)と、該インナーケースを空気層(21)を有して囲うアウターケース(20)とからなり、空気層のうちインナーケースの上方に位置する部分を仕切壁(25a)で仕切るようにして電動モータの冷却ファンの風を流通させる流通路(25)を備え、さらにインナーケース内に外気を取り込む吸入口(22)を備えており、インナーケースの上壁に排出口(27)を有するとともに仕切壁に排出口に対応し連通する連通口(29)を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体の上に上部旋回体が旋回可能に設けられ、前記上部旋回体に駆動装置と前記駆動装置を制御する制御盤とが載置された作業機械において、
前記駆動装置を送風により冷却する冷却ファンを有し、
前記制御盤が、
前記駆動装置の動作制御を行う制御ユニットと、
前記制御ユニットを囲うインナーケースと、
前記インナーケースを空気層を介して囲うアウターケースと、
前記空気層のうち前記インナーケースの上方に位置する部分を仕切壁で仕切るよう設けられ、前記アウターケースを貫通して前記冷却ファンの送風を流通させる流通路と、
前記インナーケースから延びて前記アウターケースに開口して設けられ、前記インナーケース内に外気を取り込む吸入口と、
前記インナーケースの上壁を開口して設けられた排出口と、
前記仕切壁を開口して設けられた連通口と、
を備えることを特徴とする作業機械。
【請求項２】
前記制御盤は、前記駆動装置よりも前記冷却ファンの送風方向の下流側に位置してなることを特徴とする、請求項１に記載の作業機械。
【請求項３】
前記吸入口は、前記制御ユニットの下部に位置して設けられるとともに、外気を上方向に取り込む流路を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の作業機械。
【請求項４】
前記排出口には、排気用ファンが設けられることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の作業機械。
【請求項５】
前記仕切壁は、前記インナーケースの前記上壁を含んで構成され、前記排出口が前記連通口であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の作業機械。
【請求項６】
前記駆動装置は、電動モータであることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機械に係り、詳しくは作業機械に設けられた制御盤の放熱技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建設機械（作業機械）の電動化に伴い、電気機器の制御を行うための制御盤を搭載した建設機械が増加している。建設機械での制御盤の搭載位置は、比較的制御盤の筐体が大きいことから、例えば電動モータで駆動力を発生する電動式建設機械では、不要となる燃料タンクのスペースであったり、或いはリフティングマグネット仕様機では、車体上部であったりと様々である。
【０００３】
このように、建設機械において制御盤の搭載位置は様々であるが、いずれにしても、制御盤内の制御機器は発熱量が多いことから、制御盤ひいては制御盤内の制御機器を効果的に冷却する必要がある。そこで、例えば制御盤を駆動装置である内燃エンジンまたは電動モータの冷却ファンの直上流、即ち冷却風の吸気口近辺に配置することで制御盤の冷却を行う技術が開発されている（特許文献１）。この技術では、冷却効率を高めるために冷却風の流路に位置して制御盤に冷却フィンを設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−９５８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、制御盤の筐体は比較的熱伝達率に優れた鋼板を用いて構成されることから、周囲に熱源があるとその影響を受け易い。そのため建設機械における制御盤は、制御機器の発熱に加え直射日光の影響や駆動装置である内燃エンジンや電動モータによる車体からの熱の影響を強く受けて内部温度が上昇し易く、制御機器の故障に繋がるという問題がある。上記特許文献１に示す技術の場合においても、制御盤は車体上面に配置されており、直射日光が当たって筐体が暖められるため、十分な冷却効果が得られず、制御盤内部の温度が上昇し易く、内部機器の故障に繋がるおそれがある。
特に、電動モータで駆動力を発生する電動式建設機械の場合にあっては、制御機器が多く、故に制御機器の発熱量が多く制御盤も大きいことから、この問題は顕著である。夏場や温暖な地域のように外気温が高い環境では、この問題はさらに顕著である。
【０００６】
また、上記特許文献１に示すように、駆動装置である内燃エンジンや電動モータの冷却風の吸気口に制御盤を配置すると、制御盤が空気の吸い込みの抵抗となり、ラジエータ等の熱交換器ひいては内燃エンジンや電動モータの冷却効率を低下させ、内燃エンジンや電動モータのオーバーヒートの原因となり好ましいことではない。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気機器の制御を行うための制御盤を搭載した作業機械において、駆動装置の冷却効率を低下させることなく簡単な構成で制御盤内部温度上昇を抑制することの可能な作業機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る作業機械は、下部走行体の上に上部旋回体が旋回可能に設けられ、前記上部旋回体に駆動装置と前記駆動装置を制御する制御盤とが載置された作業機械において、前記駆動装置を送風により冷却する冷却ファンを有し、前記制御盤が、前記駆動装置の動作制御を行う制御ユニットと、前記制御ユニットを囲うインナーケースと、前記インナーケースを空気層を介して囲うアウターケースと、前記空気層のうち前記インナーケースの上方に位置する部分を仕切壁で仕切るよう設けられ、前記アウターケースを貫通して前記冷却ファンの送風を流通させる流通路と、前記インナーケースから延びて前記アウターケースに開口して設けられ、前記インナーケース内に外気を取り込む吸入口と、前記インナーケースの上壁を開口して設けられた排出口と、前記仕切壁を開口して設けられた連通口とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の作業機械では、請求項１の作業機械において、前記制御盤は、前記駆動装置よりも前記冷却ファンの送風方向の下流側に位置してなることを特徴とする。
請求項３の作業機械では、請求項１または２の作業機械において、前記吸入口は、前記制御ユニットの下部に位置して設けられるとともに、外気を上方向に取り込む流路を備えることを特徴とする。
請求項４の作業機械では、請求項１乃至３のいずれかの作業機械において、前記排出口には、排気ファンが設けられることを特徴とする。
【０００９】
請求項５の作業機械では、請求項１乃至４のいずれかの作業機械において、前記仕切壁は、前記インナーケースの前記上壁を含んで構成され、前記排出口が前記連通口であることを特徴とする。
請求項６の作業機械では、請求項１乃至５のいずれかの作業機械において、前記駆動装置は、電動モータであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の作業機械によれば、制御盤のインナーケースとアウターケース間に空気層を設けることで直射日光および車体からの熱の影響を遮断できる。また、吸入口よりインナーケース内に外気が取り込まれると、インナーケース内の空気の対流によりインナーケース内の空気は排出口を経て空気層側に排出されるが、冷却ファンの送風をアウターケースを貫通する流通路に流通させることにより、空気層側に排出された空気は仕切壁に開口した連通口を経て流通路に吸引される。
これにより、簡単な構成でありながら、インナーケース内に滞留した熱を流通路を経て外部へ排出でき、制御盤内部の温度上昇を抑制することができる。
【００１１】
請求項２の作業機械によれば、制御盤は駆動装置よりも冷却ファンの送風方向の下流側に位置してなるので、駆動装置の冷却効率を低下させることなく制御盤内部の温度上昇を抑制することができる。
請求項３の作業機械によれば、制御ユニットの下部に位置して吸気口を設けることで、取り込んだ外気の流路上に制御ユニットを位置させ、制御ユニットの冷却効率を向上させることができるとともに、吸気口が外気を上方向に取り込む流路を備えることで、外部からの雨水の浸入を極力防止できる。
請求項４の作業機械によれば、排出口に排気ファンを設けることで、インナーケース内の空気ひいてはインナーケース内に滞留した熱を強制的に空気層側に排出するようにでき、制御ユニットの冷却効率をさらに向上させることができる。
【００１２】
請求項５の作業機械によれば、仕切壁をインナーケースの上壁を含んで構成し、排出口を連通口とすることで、制御盤の部品点数の削減やコスト削減を図ることができる。
請求項６の作業機械によれば、駆動装置が特に電動モータである場合、電動モータを制御するための制御ユニットは大きく、故に制御盤も大きくなり且つ制御ユニットの発熱量も多くなるのであるが、制御盤内部の温度上昇を良好に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る作業機械の側面図である。
【図２】本発明に係る作業機械の平面図である。
【図３】本発明に係る制御盤の斜視図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う、第１実施例に係る制御盤の断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ線に沿う、第１実施例に係る制御盤の断面図である。
【図６】図３のＡ−Ａ線に沿う、第２実施例に係る制御盤の断面図である。
【図７】図３のＡ−Ａ線に沿う、第３実施例に係る制御盤の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る作業機械の一実施形態について図面に基づき説明する。
まず、第１実施例について説明する。
作業機械は、建設機械、例えば電動式油圧ショベルであり、図１には電動式油圧ショベルの概略側面図、図２には電動式油圧ショベルの概略平面図が示されている。
図１、２に示すように、電動式油圧ショベルは、走行体（下部走行体）１と、この走行体１上に配置され、車体を構成する旋回体（上部旋回体）２と、この旋回体２に取り付けられ、土砂の掘削作業等を行う作業装置３とを備えて構成されている。
【００１５】
作業装置３は、旋回体２に上下方向で回動可能に取り付けられるブーム４と、このブーム４の先端に上下方向で回動可能に取り付けられるアーム５と、さらにこのアーム５の先端に上下方向で回動可能に取り付けられるバケット６とを含んで構成されている。また、この作業装置３には、ブーム４を駆動するブームシリンダ４ａ、アーム５を駆動するアームシリンダ５ａ、およびバケット６を駆動するバケットシリンダ６ａが含まれている。
旋回体２上には、前側位置に運転室７が設けられており、後側位置に重量バランスを確保するカウンタウエイト９が設けられている。また、運転室７とカウンタウエイト９の間には、図２に示すように、電動モータ１０や油圧ポンプ（図示せず）等が収容された機械室８が設けられている。詳しくは、機械室８は鋼板からなる壁に囲まれるように構成されている。
【００１６】
電動モータ１０は、各種油圧装置を作動させる油圧ポンプを駆動するための大型の電動モータであり、連結機構の詳細については説明を省略するが、電動モータ１０の軸は連結機構を介して油圧ポンプに連結されている。また、図２に示すように、電動モータ１０の軸上にはさらにモータを冷却するための冷却ファン１１が接合されている。機械室８の壁のうち、冷却ファン１１に対応する部分は、吸気口８ａとして例えばパンチングメタル等の多孔質の鋼板部材で構成されている。
図２に示すように、電動式油圧ショベルには、車体外部に設けられた外部電源１００から電力の供給を受けるための受電装置１２が設けられている。受電装置１２はバッテリ（図示せず）を含んでおり、電力をバッテリに蓄電するよう構成されている。
【００１７】
また、旋回体２の電動モータ１０よりも冷却ファン１１の送風方向の下流側、即ち機械室８の排気口８ｂの直近には、電動モータ１０や各種電気機器を制御する制御盤１３が載置されている。制御盤１３は、受電装置１２を介して電力の供給を受けるとともに、運転室７に設けられた各種操作装置（図示せず）と電気的に接続されており、これにより、運転者による各種操作装置の操作に応じて、電動モータ１０や各種電気機器を作動制御可能である。
【００１８】
以下、本発明に係る制御盤１３について詳細に説明する。
図３には制御盤１３の概略図が斜視図で示されており、図４には図３のＡ−Ａ線に沿う制御盤１３の断面図が示され、図５には図３のＢ−Ｂ線に沿う制御盤１３の断面図が示されている。
制御盤１３は、図３に示すように直方体状をしており、直方体状のアウターケース２０の内部にやはり直方体状のインナーケース２６がスペーサ３０を介して収容され、インナーケース２６の内部に制御ユニット２８が収容されて構成されている。
【００１９】
即ち、制御盤１３は、図４に示すように、制御ユニット２８を収容するインナーケース２６をアウターケース２０で覆う二重構造をなし、インナーケース２６とアウターケース２０の間に所定の間隔の空気層２１を有して構成されている。そして、アウターケース２０の一対の側面には、電動モータ１０側に面して冷却ファン１１の送風を取り込むための吸気口２３が、また取り込んだ送風を排出するための排気口２４が、アウターケース２０の上部に位置して設けられており、これら吸気口２３と排気口２４とを繋ぐアウターケース２０を貫通する流路として換気流路（流通路）２５が設けられている。即ち、換気流路２５が、上記空気層２１を仕切壁２５ａで仕切るようにしてインナーケース２６の上方に位置して設けられている。
【００２０】
アウターケース２０の上記一対の側面とは別の側面の一つには、インナーケース２６からアウターケース２０までダクト状に延びて開口し、制御盤１３の外部とインナーケース２６の内部とを連通する吸入口２２が設けられている。この吸入口２２は、制御ユニット２８を冷却するために外気をインナーケース２６の内部に吸入するためのものであり、制御ユニット２８よりも低くなるよう制御盤１３の下部に位置して設けられている。そして、吸入口２２のダクト状に延びる流路は、外気をインナーケース２６に向けて上方向に取り込むよう斜め上方向に延びて構成されている。
インナーケース２６の上部の上壁２６ａには、インナーケース２６の内部と空気層２１とを連通するようにして排出口２７が開口して設けられている。この排出口２７は、吸入口２２からインナーケース２６の内部に吸入されて制御ユニット２８を冷却すべく吸熱した空気を空気層２１側へ排出するためのものである。
【００２１】
一方、換気流路２５の下部の仕切壁２５ａには、換気流路２５と空気層２１とを連通するようにして連通口２９が開口して設けられている。連通口２９は、図４、５に示すように、例えば排出口２７に対応して位置している。これより、インナーケース２６の内部の空気は、実質的に排出口２７及び連通口２９を介して換気流路２５へ流通可能である。
以下、このように構成された作業機械の制御盤１３の作用効果について説明する。
上述したように、制御盤１３は、インナーケース２６とアウターケース２０の二重構造で構成され、インナーケース２６とアウターケース２０の間に所定の間隔の空気層２１が構成されている。これにより、制御盤１３が直射日光や車体側からの熱の影響を受けたとしても、空気層２１はインナーケース２６やアウターケース２０のような金属よりも熱伝達率が低いため、アウターケース２０が受けた熱がインナーケース２６にまで伝達され難く、インナーケース２６ひいては制御盤１３の内部の温度上昇が抑制される。
【００２２】
また、インナーケース２６の上方には換気流路２５が設けられており、制御盤１３は旋回体２の電動モータ１０よりも冷却ファン１１の送風方向の下流側に配置されているため、電動モータ１０が駆動すると同時に冷却ファン１１が回転すると、冷却ファン１１により送風された空気が、図２中に破線矢印で示すように、機械室８の壁に沿って方向を変えながら排気口８ｂから出て制御盤１３に流れ、さらに図４に細実線矢印で示すように、制御盤１３の吸気口２３から排気口２４に向けて換気流路２５内を流通する。
【００２３】
このように冷却ファン１１により送風された空気が換気流路２５内を流通すると、換気流路２５の下部の仕切壁２５ａには、換気流路２５と空気層２１とを連通するようにして連通口２９が開口し、インナーケース２６の上部の上壁２６ａには、インナーケース２６の内部と空気層２１とを連通するようにして排出口２７が開口しているので、吸入口２２より吸入されたインナーケース２６の内部の空気が、図４及び図５に太実線矢印で示すように、排出口２７及び連通口２９を介して換気流路２５を流通する冷却ファン１１により送風された空気によって換気流路２５に吸引されるように流れ、冷却ファン１１により送風された空気とともに排気口２４から排出される。
【００２４】
これにより、吸入口２２より吸入されて制御ユニット２８から吸熱して昇温したインナーケース２６内の空気をインナーケース２６の内部やアウターケース２０の内部に滞留させることなく排気口２４から良好にアウターケース２０の外に常時排出するようにでき、インナーケース２６ひいては制御盤１３の内部の温度上昇がさらに抑制される。
このように、本発明に係る作業機械の制御盤１３によれば、インナーケース２６およびアウターケース２０間に空気層２１を設けることで直射日光および車体からの熱のインナーケース２６の内部への影響を遮断できる。また、吸気ダクト２２よりインナーケース２６内に取り込まれ制御ユニット２８を冷却すべく吸熱した空気を換気流路２５に流通させた冷却ファン１１の送風によって換気流路２５に吸引させ、効率よく外部へ排出することができる。これにより、簡単な構成にして、制御盤１３の内部の温度上昇を抑制することができる。
【００２５】
この際、制御盤１３は旋回体２の電動モータ１０よりも冷却ファン１１の送風方向の下流側に配置されているので、冷却ファン１１による電動モータ１０の冷却効率を低下させることなく制御盤１３の内部の温度上昇を抑制することができる。
さらに、吸入口２２は、制御ユニット２８よりも低い位置に設けられているので、吸入口２２から取り込んだ外気の流路上に制御ユニット２８を位置させ、制御ユニット２８の冷却効率を向上させることができる。また、吸入口２２のダクト状に延びる流路は、外気をインナーケース２６に向けて上方向に取り込むよう斜め上方向に延びて構成されているので、外部からインナーケース２６への雨水の浸入を好適に防止することができる。この場合、吸入口２２にフィルタを設けるようにしてもよく、これにより雨水のみならず粉塵の浸入をも良好に防止することができる。
【００２６】
つぎに、第２実施例について説明する。
ここでは上記第１実施例と共通する部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図６には、図３のＡ−Ａ線に沿う、第２実施例に係る制御盤１３’の断面図が示されている。
同図に示すように、第２実施例では、制御盤１３’は排出口２７に電動式の排気ファン３１を備えて構成されている。
【００２７】
このように、排出口２７に排気ファン３１が設けられていると、吸入口２２より吸入されて制御ユニット２８から吸熱して昇温したインナーケース２６内の空気が、図６に太実線矢印で示すように、排気ファン３１で強制的に換気流路２５に排気され、細実線矢印で示す冷却ファン１１により送風された空気とともに排気口２４から排出される。
これにより、インナーケース２６内の空気をさらに良好に排気口２４からアウターケース２０の外に常時排出するようにでき、インナーケース２６ひいては制御盤１３’の内部の温度上昇をより確実に抑制することができる。
また、排出口２７に排気ファン３１が設けられていると、冷却ファン１１により送風されて換気流路２５を流通する空気のインナーケース２６内への逆流をも好適に防止することができる。
【００２８】
つぎに、第３実施例について説明する。
ここでも上記第１及び第２実施例と共通する部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図７には、図３のＡ−Ａ線に沿う、第３実施例に係る制御盤１３”の断面図が示されている。
【００２９】
同図に示すように、第３実施例では、制御盤１３”は、換気流路２５がアウターケース２０の内壁とインナーケース２６”の外壁とを含んで構成されている。即ち、制御盤１３”は、インナーケース２６”の上壁が換気流路２５の下部の仕切壁２５ａに含まれて構成され、排出口が連通口２９として構成されている。
なお、図７には、第２実施例と同様、連通口２９に排気ファン３１を有した構成が示されているが、排気ファン３１は無くてもよい。
このように、インナーケース２６”の上壁が換気流路２５の下部の仕切壁２５ａに含まれて構成され、排出口が連通口２９として構成されていると、制御盤１３”の部品点数の削減やコスト削減を図ることができる。
【００３０】
そして、この場合であっても、吸入口２２より吸入されて制御ユニット２８から吸熱して昇温したインナーケース２６”内の空気が、図７に太実線矢印で示すように、換気流路２５に排気され、細実線矢印で示す冷却ファン１１により送風された空気とともに排気口２４から排出され、インナーケース２６”ひいては制御盤１３”の内部の温度上昇を良好に抑制することができる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上記実施形態に限定されるものではない。
【００３１】
例えば、上記実施形態では、旋回体２の電動モータ１０よりも冷却ファン１１の送風方向の下流側に制御盤１３、１３’、１３”を配置するようにしたが、冷却ファン１１の電動モータ１０への送風を十分に確保することができれば、電動モータ１０よりも冷却ファン１１の送風方向の上流側、或いは冷却ファン１１と電動モータ１０との間に制御盤１３、１３’、１３”を配設することも可能である。
また、上記実施形態では、駆動装置が電動モータ１０である場合を例に説明したが、冷却ファン１１を有し且つ制御盤１３、１３’、１３”を備えていれば、駆動装置は内燃エンジン等であってもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１  走行体
２  旋回体
８  機械室
８ａ  吸気口
８ｂ  排気口
１０  電動モータ
１１  冷却ファン
１２  受電装置
１３、１３’、１３”  制御盤
２０  アウターケース
２１  空気層
２２  吸入口
２３  吸気口
２４  排気口
２５  換気流路（流通路）
２５ａ  仕切壁
２６、２６”  インナーケース
２６ａ  上壁
２７  排出口
２８  制御ユニット
２９  連通口
３１  排気ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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