(57)【要約】【課題】駆動源をエンジンから電動機に転換しながら、パワーユニットの設備コストを安くし、かつ、大形化を抑えて既存の機械室に容易に収容できるようにする。【解決手段】駆動源としてエンジンに代えて電動機３１を用い、この電動機３１によって駆動される油圧ポンプ３９の最大吐出容量Ｂ２を、エンジン駆動方式における油圧ポンプの最大吐出容量Ｂ１に対して、Ｂ２＝Ｂ１・（Ａ１／Ａ２）Ａ１はエンジン定格回転数、Ａ２は電動機定格回転数の関係に設定し、エンジン駆動方式の場合とほぼ同じポンプ最大吐出量を確保するようにした。【選択図】　　　　図１
2004060505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源としてのエンジンと、このエンジンにより駆動されて油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプとが設置された機械室に、駆動源として上記エンジンに代えて電動機を設置するとともに、上記油圧ポンプに代えて、下記条件を満足する油圧ポンプを設置したことを特徴とする油圧式作業機械。
条件
上記エンジンの定格回転数をＡ１、このエンジンを駆動源とする油圧ポンプの最大吐出容量をＢ１、上記電動機の定格回転数をＡ２、この電動機を駆動源とする油圧ポンプの最大吐出容量をＢ２として、
Ｂ１／Ｂ２≒Ａ２／Ａ１
とする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は油圧ショベルや、油圧ショベルを母体にアタッチメントを一部変更して構成される解体機等の油圧式作業機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベルを例にとって従来の技術を説明する。
【０００３】
油圧ショベルは、図３に示すように、クローラ式の下部走行体１上に、キャビン２を備えた上部旋回体３が縦軸Ｏまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体３に、ブーム４とアーム５とバケット６を備えた掘削アタッチメント７が装着されて構成される。
【０００４】
また、油圧アクチュエータとして、図示しない走行用及び旋回用の油圧モータのほか、ブーム用、アーム用、バケット用の各油圧シリンダ８，９，１０等が装備されている。
【０００５】
これら各アクチュエータに圧油を供給する油圧源としての油圧ポンプと、この油圧ポンプを駆動する駆動源としてのエンジンを含むパワーユニット１１は、上部旋回体２の後部に設けられた機械室１２内に左右方向（機械幅方向）に設置される。
【０００６】
このパワーユニット１１における機器配置を図４に示す。
【０００７】
同図において、１３はエンジンで、このエンジン１３から左右（背面から見た左右、以下にいう左右の方向性について同じ）両側に出力軸１４，１５が突出し、右側出力軸１５にカップリング１６を介して可変容量型の油圧ポンプ１７の入力軸１７ａが連結される。
【０００８】
エンジン１３の左側には、エンジン１３から遠い順に作動油冷却用のオイルクーラー１８、エンジン冷却用のラジエータ１９及びこれらに冷却風を送るファン２０が配置され、左側出力軸１４に歯車伝動機構２１を介して連動連結されたファン駆動軸２２によってファン２０が駆動される。
【０００９】
なお、左側出力軸１４にはプーリ２３が取付けられ、同出力軸１４の回転力がこのプーリ２３を含むベルト伝動機構を介して空調用のコンプレッサまたはオルタネータ（図示しない）に伝達される。
【００１０】
ところで、トンネル内や建物内のように換気が悪い場所、またはエンジン騒音が問題となる場所等で使用される油圧ショベルの場合、上記エンジン１３に代えて、商用電源で駆動される電動機が駆動源として設置され、電動機駆動式油圧ショベルとして改装される場合がある。
【００１１】
この電動機駆動方式においては、エンジン駆動式と同様に電動機の左右一方の出力軸に油圧ポンプが連結される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、駆動源がエンジン１３から電動機に置換されることに伴い、次の問題が生じていた。
【００１３】
エンジン１３は、普通、２０００ｒｐｍ以上の回転数で使用されるが、電動機の場合、電源周波数との関係から、たとえば４極の場合、出力回転数が５０Ｈｚ地域では１５００ｒｐｍ、６０Ｈｚ地域では１８００ｒｐｍとエンジン回転数よりも格段に低いものとなる。
【００１４】
このため、油圧ポンプ１７の最大吐出量が著しく減少するため、そのままではショベル本来の作業能力が得られない。
【００１５】
そこで従来、電動機駆動方式への転換に伴って、インバータ（周波数変換器）を用いて電動機回転数をエンジン回転数と同等まで増速するインバータ方式がとられている。
【００１６】
また、電動機出力軸とポンプ入力軸との間に増速機構（たとえば遊星歯車機構）を設ける増速機構方式をとることも考えられる。
【００１７】
ところが、いずれの方式によっても、設備コストが高くなる（とくにインバータ方式ではインバータそのものが高価である上に、インバータ用の制御盤、及び高調波に対するノイズ対策が必要となる等の理由から設備コストが高騰する）ことに加えて、インバータ及びその制御盤、または増速機構を付加することでパワーユニットが大形化する。
【００１８】
このため、いずれの方式によっても、同じサイズの機械ではとくに機械幅方向のスペースが不足し、機械室１２内の幅Ｗ内に収めることが困難となる。
【００１９】
この場合、パワーユニットの一部（たとえばオイルクーラー）を機械室１２の外部に別置きする等のレイアウト変更を行うか、機械室１２を改造すること等で対処はできるが、コストがさらに高くなる。
【００２０】
この問題は、油圧ショベルだけでなく、油圧ショベルを母体として、そのアタッチメントを変更して構成される解体機や深穴掘削機等の油圧式作業機械においてエンジン駆動方式を電動機駆動方式に置換する場合に共通して生じ、この点の解決が望まれていた。
【００２１】
そこで本発明は、駆動源をエンジンから電動機に転換しながら、パワーユニットの設備コストを安くし、かつ、大形化を抑えて既存の機械室に容易に収めることができる油圧式作業機械を提供するものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、駆動源としてのエンジンと、このエンジンにより駆動されて油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプとが設置された機械室に、駆動源として上記エンジンに代えて電動機を設置するとともに、上記油圧ポンプに代えて、下記条件を満足する油圧ポンプを設置したものである。
【００２３】
条件
上記エンジンの定格回転数をＡ１、このエンジンを駆動源とする油圧ポンプの最大吐出容量をＢ１、上記電動機の定格回転数をＡ２、この電動機を駆動源とする油圧ポンプの最大吐出容量をＢ２として、
Ｂ１／Ｂ２≒Ａ２／Ａ１
とする。
【００２４】
このように、エンジンに代えて電動機を用い、この電動機によって駆動される油圧ポンプの最大吐出容量Ｂ２を、エンジン駆動方式における油圧ポンプの最大吐出容量Ｂ１に対して、
Ｂ２＝Ｂ１・（Ａ１／Ａ２）
の関係に設定、すなわち、ポンプ駆動源の定格回転数が減少する分、ポンプ吐出容量を大きくしたから、エンジン駆動方式の場合とほぼ同じポンプ最大吐出量が得られ、機械本来の作業能力をそのまま確保することができる。
【００２５】
しかも、ポンプ容量を大きくすることによるポンプの大形化及びコストアップは、インバータや増速機構という別設備を追加する場合よりも格段に小さくてすむ。
【００２６】
従って、パワーユニットの電動機駆動方式への置換に伴う設備コストの高騰を抑え、かつ、占有スペースの増加を最小限に抑えて、既存の機械室に容易に収めることが可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１，２によって説明する。
【００２８】
この作業機械（油圧ショベルの場合で説明する）においては、図３，４に示すショベルの機械室１２内に、エンジン１３に代えて電動機３１を駆動源とするパワーユニット３２が設置されている。
【００２９】
図１に示すように、この電動機３１は、エンジン１３同様、機械幅方向に長い横長姿勢で機械室１２内に設けられ、その左右両側に突出した出力軸３３，３４のうち、左側の出力軸３３に、オイルクーラー３５を冷却するためのファン３６が取付けられている。
【００３０】
３７は同出力軸３３に取付けられたプーリで、このプーリ３７を含むベルト伝動機構によって電動機３１の回転力が空調用のコンプレッサまたはオルタネータ（図示しない）に伝達される。
【００３１】
なお、電動機駆動方式の場合、両側出力軸３３，３４は電動機中心線上に並ぶため、図４のエンジン駆動方式における歯車伝動機構２１は不要となる。また、エンジン冷却用のラジエータ１９も不要となる。
【００３２】
右側の出力軸３４には、カップリング３８を介して可変容量型の油圧ポンプ３９の入力軸３９ａが連結され、電動機３１によってこの油圧ポンプ３９が駆動される。
【００３３】
ここで、油圧ポンプ３９は、図４に示すエンジン駆動方式における油圧ポンプ１７よりも吐出容量が大きいものが用いられ、駆動源の定格回転数の減少分がこのポンプ吐出容量の増加により補われてほぼ同等のポンプ最大吐出量が得られるように構成されている。
【００３４】
すなわち、図４のエンジン１３の定格回転数をＡ１、このエンジン１３を駆動源とする油圧ポンプ１７の最大吐出容量をＢ１、電動機３１の定格回転数をＡ２、この電動機３１を駆動源とする油圧ポンプ３９の最大吐出容量をＢ２とすると、
Ｂ１／Ｂ２≒Ａ２／Ａ１
に設定されている。
【００３５】
なお、電動機３１の定格回転数は電源周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）によって変化するため、この定格回転数の変化に関係なく同じポンプ最大吐出量が得られるように電源周波数に応じてポンプ３９の最大傾転位置が調整される。
【００３６】
この構成により、両ポンプ１７，３９の最大吐出量はほぼ同等となり、電動機駆動方式をとるこのショベルにおいても、図４のエンジン駆動方式をとるショベルとほぼ同等の作業能力を確保することができる。
【００３７】
しかも、このようにポンプ最大吐出容量を増加させても、それによるポンプ３９の大形化及びコストアップは、インバータや増速機構という別設備を追加する場合よりも格段に小さくてすむ。
【００３８】
従って、パワーユニットの電動機駆動方式への転換に伴う設備コストの高騰を抑え、かつ、占有スペースの増加を最小限に抑えることができる。
【００３９】
エンジン駆動方式とこの電動機駆動方式によるパワーユニット１１，３２の比較例を次表に示す。
【００４０】
【表１】
2004060505.tif 000003
【００４１】
このように、両パワーユニット１１，３２は全長において大差はなく、電動機駆動方式におけるパワーユニット３２の全長寸法を機械室１２の幅寸法Ｗ以下に抑えて、機械室１２内に容易に収めることが可能となる。
【００４２】
なお、標準的な電動機は、ストール時に定格トルクの５〜６倍のトルクが作用することから、出力軸もこのような大トルクに耐えうるように直径寸法が定められる。
【００４３】
一方、図２に示すように、電動機右側出力軸３４はカップリング３８に対してキー結合されるが、このキー結合部分４０にも大トルクが作用することを考慮して、標準ではこのキー結合部分４０の長さを長くとるために、その分、出力軸３４が長く設計される。
【００４４】
しかし、油圧ショベルの場合、リリーフ弁の作用によって油圧ポンプ３９には定格トルク以上のトルクは作用しないのが現実である。
【００４５】
そこで、この油圧ショベルにおいては、上記現実に基づき、キー結合のための出力軸３４の長さ寸法Ｌを、結合に必要な最小限の大きさとしている。
【００４６】
これにより、パワーユニット３２の全長がさらに短く抑えられるため、同ユニット３２を機械室１２内に一層容易に収容することができる。
【００４７】
ところで、上記実施形態では油圧ショベルを適用対象として例示したが、本発明は、油圧ショベルを母体として構成される他の作業機械、たとえば図３のアタッチメント７におけるバケット６に代えてクランプを装着した解体機や、アーム５に代えて伸縮腕を装着し、先端にクラムシェルバケットを取付けた深穴掘削機にも上記同様に適用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
上記のように本発明によると、駆動源としてエンジンに代えて電動機を用い、この電動機によって駆動される油圧ポンプの最大吐出容量Ｂ２を、エンジン駆動方式における油圧ポンプの最大吐出容量Ｂ１に対して、
Ｂ２＝Ｂ１・（Ａ１／Ａ２）
Ａ１：エンジン定格回転数
Ａ２：電動機定格回転数
の関係に設定したから、駆動源をエンジンから電動機に転換しながら、エンジン駆動方式の場合とほぼ同じポンプ最大吐出量が得られ、機械本来の作業能力をそのまま確保することができる。
【００４９】
しかも、ポンプ最大吐出容量を大きくすることによるポンプの大形化及びコストアップは、インバータや増速機構という別設備を追加する場合よりも格段に小さくてすむ。
【００５０】
従って、パワーユニットの電動機駆動方式への転換に伴う設備コストの高騰を抑え、かつ、占有スペースの増加を最小限に抑えて、既存の機械室に容易に収めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる油圧ショベルにおけるパワーユニットの背面図である。
【図２】図１の一部拡大断面図である。
【図３】油圧ショベルの全体側面図である。
【図４】従来のエンジン駆動方式によるパワーユニットの背面図である。
【符号の説明】
１２　機械室
３２　パワーユニット
３１　駆動源としての電動機
３９　油圧ポンプ
【図１】
2004060505.tif 000004
【図２】
2004060505.tif 000005
【図３】
2004060505.tif 000006
【図４】
2004060505.tif 000007