(57)【要約】【課題】エンジンとジェネレータ・モータを併用して油圧ポンプを駆動するハイブリッド式建設機械において、車体長さを小型化でき、充電系機器の電力損失や電気的ノイズの低減ができ、温度上昇を抑制できる機器配置構造を提供する。【解決手段】エンジン（４１）にＰＴＯ（４６）を介して油圧ポンプ（４７）を接続し、油圧アクチュエータからの戻り油により回生する回生モータ（５９）と、電動機としてエンジン（４１）を助勢して油圧ポンプ（４７）を駆動したり、またエンジン（４１）または回生モータ（５９）の余剰トルクで発電するジェネレータ・モータ（５５）とを、ＰＴＯ（４６）を介して油圧ポンプ（４７）に並設した。また、充電系機器および高圧油圧系機器を互いに分離して配置した。インバータ（６１）をファン（４３）上流側に配設し、ジェネレータ・モータ（５５）をインバータ（６１）に近い側のエンジン端部に接続した。【選択図】        図２
2004169465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（４１）とジェネレータ・モータ（５５）を併用して油圧ポンプ（４７）を駆動し、該油圧ポンプ（４７）の吐出油の油圧アクチュエータへの流入量を制御して各作業機を駆動するハイブリッド式建設機械において、
エンジン（４１）にＰＴＯ（４６）を介して前記油圧ポンプ（４７）を接続し、
前記油圧アクチュエータからの戻り油により駆動して作業機の慣性エネルギーまたは位置エネルギーを回生し、前記油圧ポンプ（４７）を駆動する回生モータ（５９）と、該回生モータ（５９）の回生トルクが前記油圧ポンプ（４７）の駆動トルクよりも大きいときには、その余剰トルクで発電機として駆動され、一方では、電動機として駆動されて前記油圧ポンプ（４７）の駆動を助勢する前記ジェネレータ・モータ（５５）とを、前記ＰＴＯ（４６）を介して前記油圧ポンプ（４７）に並設した
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械の機器配置構造。
【請求項２】
エンジン（４１）とジェネレータ・モータ（５５）を併用して油圧ポンプ（４７）を駆動し、該油圧ポンプ（４７）の吐出油の油圧アクチュエータへの流入量を制御して各作業機を駆動するハイブリッド式建設機械において、
エンジン（４１）にＰＴＯ（４６）を介して接続された前記油圧ポンプ（４７）と、該油圧ポンプ（４７）の吐出油の前記油圧アクチュエータへの流入量を制御する油圧バルブ（４９）と、前記ＰＴＯ（４６）を介して前記油圧ポンプ（４７）に接続され、前記油圧アクチュエータからの戻り油により駆動して作業機の慣性エネルギーまたは位置エネルギーを回生し、前記油圧ポンプ（４７）を駆動する回生モータ（５９）と、油圧アクチュエータからの戻り油を回生モータ（５９）を経由してドレンさせる作動油タンク（５１）とを含む高圧油圧系機器を備え、
前記回生モータ（５９）の回生トルクが前記油圧ポンプ（４７）の駆動トルクよりも大きいときには、その余剰トルクで発電機として駆動され、一方では、電動機として駆動されて前記油圧ポンプ（４７）の駆動を助勢する前記ジェネレータ・モータ（５５）と、該ジェネレータ・モータ（５５）の発電機としての発電電力を充電し、電動機としての駆動電力を供給する蓄電装置（１７）と、該ジェネレータ・モータ（５５）の発電電力の前記蓄電装置（１７）への充電、および電動機としての駆動を制御するインバータ（６１）と含む充電系機器を、前記高圧油圧系機器より分離して配置した
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械の機器配置構造。
【請求項３】
請求項２記載のハイブリッド式建設機械の機器配置構造において、
前記インバータ（６１）を、エンジン（４１）のファン（４３）の上流側に配設し、
前記ジェネレータ・モータ（５５）を、エンジン（４１）の前記インバータ（６１）に近い側に接続した
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械の機器配置構造。
【請求項４】
請求項２記載のハイブリッド式建設機械の機器配置構造において、
前記インバータ（６１）を、エンジン（４１）の吸引式ファン（４３）の上流側に配設し、
前記ジェネレータ・モータ（５５）を、エンジン（４１）の前記ファン（４３）に近い側に設けたＰＴＯ（４８）を介して接続した
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械の機器配置構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド式建設機械の機器配置構造に関し、特にはエンジンに油圧ポンプとジェネレータ・モータを接続したハイブリッド式建設機械の機器配置構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の油圧ショベル等の建設機械は、エンジンを動力源とした油圧ポンプから吐出された圧油の各油圧アクチュエータへの流入量を制御して、各種作業機の駆動、車両走行等を行うようにした油圧駆動方式が一般的である。ところが、油圧ショベルの作業は、エンジンの能力（最大出力馬力）に対して常に１００％の能力を必要とする作業ばかりではなく、これよりも小さい（例えば８０％の）能力で充分にできる作業も多い。このため、作業に必要とするエンジン能力のレベル、つまり作業負荷の大きさに応じてエンジンの出力を設定し、このエンジンの出力トルクと油圧ポンプの駆動トルクとがマッチングするように、油圧ポンプの吐出量をＰＱカーブ（等馬力曲線）に従い制御する、いわゆる等馬力制御を行うようしたものがある。この制御によると、エンジンの出力を有効に活用でき、燃費の向上が図れる。
【０００３】
上記の等馬力制御を行う油圧ショベルにおいては、当該油圧ショベルに要求される最大負荷の作業を行うために必要な最大必要馬力と一致する出力を有するエンジンを搭載しなければならない。ところが、油圧ショベルの負荷は通常一定ではなく、掘削、旋回、走行、排土等の作業の繰り返しのために負荷変動が非常に激しいので、その作業内容によっては作業の１サイクルにおけるエンジンの最大馬力に対する平均負荷率は１００％以下（例えば８０％程度）であり、従ってエンジン馬力には余裕が生じていることになる。このことは、最大必要馬力相当の出力を有するエンジンを搭載した油圧ショベルにおいては、該エンジンの最大能力、つまり出し得る出力を有効に使用していないということになる。
【０００４】
このような問題を解決するために、エンジンの出力トルクが油圧ポンプの駆動トルクよりも大きいときには、エンジンの余剰トルクで第１の電動機を発電機として駆動してその発電電力をバッテリに充電しつつ、前記油圧ポンプから吐出される圧油の油圧アクチュエータへの流入量を制御すると共に、上部旋回体を前記バッテリから電力を受ける第２の電動機で旋回駆動し、また油圧ポンプの駆動トルクがエンジンの出力トルクよりも大きくなったときには、前記バッテリに充電された電力により前記第１の電動機をモータとして回転駆動してエンジンが油圧ポンプを駆動するのを助勢し、また上部旋回体の制動停止時には、その慣性エネルギーで前記第２の電動機を発電機として駆動してその発電電力を前記バッテリに充電し、またブーム下降時にはブームシリンダからの戻り油で該ブームシリンダにバイパスして設けた油圧モータを回転駆動し、この回転で発電機を駆動して発電した電力を前記バッテリに充電するようにしたハイブリッド式建設機械が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
上記のようなハイブリッド式建設機械によると、作業負荷が小さく、油圧ポンプの駆動トルクがエンジンの所定出力トルクよりも小さい場合には、エンジン出力の余剰分で第１の電動機を発電機として駆動してその発電電力をバッテリに充電し、一方、作業負荷が大きく、油圧ポンプの駆動トルクがエンジンの所定出力トルクよりも大きくなった場合には、前記バッテリに充電された電力により前記第１の電動機をモータとして回転駆動してエンジンが油圧ポンプを駆動するのを助勢している。これにより、作業負荷の軽重に拘わらずエンジンの負荷率を略一定にし、かつその平均負荷率を大きくするので、エンジン出力を有効に使用することができる。さらに、旋回制動時の上部旋回体の慣性エネルギーで前記第２の電動機を発電機として駆動した発電電力や、ブーム下降時のブームシリンダからの高圧戻り油による位置エネルギーで発電機を駆動して発電した電力をバッテリに充電するので、エネルギーを回収して再利用でき、実質的なエンジン最大必要馬力を従来よりも小さくすることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２７５９４５号公報（第４頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のハイブリッド式建設機械においては、第１電動機を介して回収されるエンジンの余剰エネルギーをはじめ、第２電動機を介して回収される上部旋回体の旋回制動時の慣性エネルギー、および発電機を介して回収されるブーム下降時のブーム位置エネルギーは、全て電気エネルギーに変換されて前記バッテリに充電されるようになっている。しかしながら、これらの全てのエネルギーを確実に回収してバッテリに充電しようとすると、前記各電動機や発電機を大型化しなければならず、また大容量のバッテリ等の蓄電装置が必要になるといった、充電系機器の大型化という問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであり、確実にエネルギーの回収ができ、しかも蓄電装置や発電機、電動機等の充電系機器の小型化ができるハイブリッド式建設機械の機器配置構造を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記目的を達成するため、第１発明は、エンジンとジェネレータ・モータを併用して油圧ポンプを駆動し、該油圧ポンプの吐出油の油圧アクチュエータへの流入量を制御して各作業機を駆動するハイブリッド式建設機械において、エンジンにＰＴＯを介して前記油圧ポンプを接続し、前記油圧アクチュエータからの戻り油により駆動して作業機の慣性エネルギーまたは位置エネルギーを回生し、前記油圧ポンプを駆動する回生モータと、該回生モータの回生トルクが前記油圧ポンプの駆動トルクよりも大きいときには、その余剰トルクで発電機として駆動され、一方では、電動機として駆動されて前記油圧ポンプの駆動を助勢する前記ジェネレータ・モータとを、前記ＰＴＯを介して前記油圧ポンプに並設した構成としている。
【００１０】
第１発明によれば、油圧アクチュエータからの戻り油により回生モータを駆動して作業機の慣性エネルギーまたは位置エネルギーを回生トルクに変換し、この回生トルクでＰＴＯを介して油圧ポンプを駆動する、すなわち油圧ポンプの駆動トルクとして即時使用するようにしている。このとき、回生トルクが油圧ポンプの駆動トルクよりも大きいときには、エンジンの代わりにこの回生トルクのみで油圧ポンプを駆動している。また、一方では、例えば前記回生トルクが油圧ポンプの駆動トルクよりも小さいときに、回生トルク分を油圧ポンプ駆動トルクから差し引いた不足分のトルクのみをエンジンで出力し、または、ジェネレータ・モータを電動機として駆動して油圧ポンプの駆動を助勢するようにした。このため、エンジンの平均必要馬力が低くなるので、エンジンの小型化を図ることができる。また、上記のように回生トルクの内、油圧ポンプの駆動トルクとして使用されなかった余剰トルクでジェネレータ・モータを駆動して発電電力を蓄電装置に充電するようにしたため、蓄電装置、ジェネレータ・モータ、インバータ等の充電系機器には上記余剰トルク分の回生エネルギーのみが流れるから、これらの蓄電装置、ジェネレータ・モータおよびインバータの小型化を図ることができると共に、確実にエネルギーを回収することができる。
【００１１】
さらに、エンジンにＰＴＯを介して油圧ポンプと回生モータとジェネレータ・モータとを並設したため、これらエンジン接続機器の設置スペースのエンジン出力軸方向の長さをそれぞれの長さを合計したものよりも小さくできると共に、エンジン回転軸と油圧ポンプ回転軸と回生モータ回転軸とジェネレータ・モータ回転軸とをそれぞれずらして別個に設けたためこれらをコンパクトに配置できる。これにより、エンジン横置き（出力軸が車両左右方向）の場合には車両左右幅を、また、エンジン縦置き（出力軸が車両前後方向）の場合には車両前後長さを小さくすることができ、車両の小型化が図れる。
【００１２】
また第２発明は、エンジンとジェネレータ・モータを併用して油圧ポンプを駆動し、該油圧ポンプの吐出油の油圧アクチュエータへの流入量を制御して各作業機を駆動するハイブリッド式建設機械において、エンジンにＰＴＯを介して接続された前記油圧ポンプと、該油圧ポンプの吐出油の前記油圧アクチュエータへの流入量を制御する油圧バルブと、前記ＰＴＯを介して前記油圧ポンプに接続され、前記油圧アクチュエータからの戻り油により駆動して作業機の慣性エネルギーまたは位置エネルギーを回生し、前記油圧ポンプを駆動する回生モータと、油圧アクチュエータからの戻り油を回生モータを経由してドレンさせる作動油タンクとを含む高圧油圧系機器を備え、前記回生モータの回生トルクが前記油圧ポンプの駆動トルクよりも大きいときには、その余剰トルクで発電機として駆動され、一方では、電動機として駆動されて前記油圧ポンプの駆動を助勢する前記ジェネレータ・モータと、該ジェネレータ・モータの発電機としての発電電力を充電し、電動機としての駆動電力を供給する蓄電装置と、該ジェネレータ・モータの発電電力の前記蓄電装置への充電、および電動機としての駆動を制御するインバータと含む充電系機器を、前記高圧油圧系機器より分離して配置した構成としている。
【００１３】
第２発明によれば、第１発明と同様に、油圧アクチュエータからの戻り油により駆動して作業機のエネルギーを回生し、その回生トルクでＰＴＯを介して油圧ポンプを駆動する回生モータを設けたので、回生トルクを油圧ポンプの駆動トルクとして即時使用することができる。このとき、エンジンの代わりにこの回生トルクのみで油圧ポンプを駆動し、一方で、回生トルク分を油圧ポンプ駆動トルクから差し引いた不足分のトルクのみをエンジンで出力し、または、ジェネレータ・モータを電動機として駆動して油圧ポンプの駆動を助勢するようにした。このため、エンジンの平均必要馬力が低くなるので、エンジンの小型化を図ることができる。また、上記のように回生トルクの内、余剰トルクのみでジェネレータ・モータを介して発電し蓄電装置に充電するようにしたため、蓄電装置、ジェネレータ・モータ、インバータ等の充電系機器の小型化を図ることができると共に、確実にエネルギーを回収することができる。
【００１４】
また、充電系機器を高圧油圧系機器より分離して例えばそれぞれを車体左右に配置したため、充電系機器は高圧油圧系機器から熱の影響を受け難くなり、その温度上昇が抑制されるので、充電系機器の信頼性を向上できると共に、万一充電系機器の発火のときに高圧油に引火するのを未然に防止できる。
【００１５】
第３発明は、第２発明において、前記インバータを、エンジンのファンの上流側に配設し、前記ジェネレータ・モータを、エンジンの前記インバータに近い側に接続した構成としている。
【００１６】
第３発明によれば、ジェネレータ・モータをインバータに近い側のエンジン端部に接続したため、ジェネレータ・モータとインバータとの配線長さが短くなり、これにより、この間の電力損失を小さくできるのでジェネレータ・モータの駆動効率および回生効率を向上できる。また、この間の配線から出る電気的なノイズが低減されるので、信頼性を向上できる。さらに、インバータを、ファンの上流側に配設したため、外気での冷却によってインバータの温度上昇を抑制でき、動作の信頼性を向上できる。
【００１７】
第４発明は、第２発明において、前記インバータを、エンジンの吸引式ファンの上流側に配設し、前記ジェネレータ・モータを、エンジンの前記ファンに近い側に設けたＰＴＯを介して接続した構成としている。
【００１８】
第４発明によれば、ジェネレータ・モータを、吸引式ファンに近い側、すなわちインバータに近い側のエンジン端部に設けたＰＴＯを介して接続したため、ジェネレータ・モータとインバータとの配線長さが短くなり、これにより、この間の電力損失を小さくできるのでジェネレータ・モータの駆動効率および回生効率を向上できる。また、この間の配線から出る電気的なノイズが低減されるので、信頼性を向上できる。さらに、インバータを、ファンの上流側に配設したため、外気での冷却によってインバータの温度上昇を抑制でき、動作の信頼性を向上できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。尚、以下の実施形態では、本発明の適用機例として油圧ショベルを挙げて説明する。
【００２０】
図１は、本発明が適用される油圧ショベルの側面図であり、図２は第１実施形態に係る上部旋回体の平面図で表した各機器配置図である。
図１及び図２において、油圧ショベル１は、下部走行体３（図示ではクローラ式走行装置を有しているが、これに限定されない）の上部に旋回自在に上部旋回体５を搭載し、上部旋回体５の前部の左右略中央部に例えば掘削等の作業を行うための作業機７を俯仰自在に設けている。上部旋回体５のベースフレームとなる旋回フレーム９の上部の左前部には、所定高さを有する運転室支持部材１５を介して運転室１１が設置されており、後端部にはカウンタウエイト８が取着されている。カウンタウエイト８前方で、旋回フレーム９の後部および右部には、エンジン４１およびエンジン系の機器類等を収納したエンジンルーム１３を備えている。また、旋回フレーム９の前側略中央部には、作業機７を上下揺動自在に支持するブラケット７ａが配設されている。
【００２１】
エンジンルーム１３には、エンジン４１、ファン４３、ラジエータ４５、オイルクーラ４４ａ、アフタクーラ４４ｂ、油圧ポンプ４７、油圧バルブ４９、作動油タンク５１、燃料タンク５３、ジェネレータ・モータ５５、回生モータ５９等が収容されている。エンジン４１は、旋回フレーム９上の後部略中央部に横置きに（つまり、クランク軸を車両左右方向に向けて）、かつクランク軸方向前部を車両左方に向けて設置されており、エンジン４１のクランク軸方向前方には、ファン４３、ラジエータ４５、オイルクーラ４４ａおよびアフタクーラ４４ｂが配設されている。
【００２２】
油圧ポンプ４７および回生モータ５９は、エンジン４１のクランク軸方向後部に設けた第１動力取出装置（以下、ＰＴＯと言う）４６を介して連結されており、またジェネレータ・モータ５５は、クランク軸方向前部に設けた第２ＰＴＯ４８を介して連結され、エンジン４１側方に配置されている。さらに、油圧ポンプ４７および回生モータ５９の近傍の、旋回フレーム９上の右部には、作動油タンク５１と油圧バルブ４９が設置され、旋回フレーム９上の右端部には燃料タンク５３が設置されている。
【００２３】
油圧ポンプ４７は作動油タンク５１の油を吸引して加圧し、その圧油を運転室１１に設けた操作レバーにより操作された油圧バルブ４９で切換えて、作業機７の各アクチュエータ（ブームシリンダ、旋回モータ等）を駆動している。油圧バルブ４９は、作業機７の各アクチュエータをそれぞれ駆動する複数のメインバルブが積層状に一体的に取り付けられている。
【００２４】
また回生モータ５９は、図示しない第１配管により油圧バルブ４９中の一つのメインバルブに、また図示しない第２配管により作動油タンク５１にそれぞれ接続されている。この回生モータ５９は、各アクチュエータの戻り圧を油圧バルブ４９から受けて作動し、その回生トルクで第１ＰＴＯ４６を介してエンジン４１の油圧ポンプ４７の駆動を助勢し、またそのときの余剰トルクで第２ＰＴＯ４８を介してジェネレータ・モータ５５を発電機として駆動し、エネルギーを回収している。
【００２５】
ジェネレータ・モータ５５は図示しない配線によりインバータ６１に接続されており、インバータ６１により電動機として制御され、その駆動トルクで第１ＰＴＯ４６を介してエンジン４１の油圧ポンプ４７の駆動を助勢するときと、第２ＰＴＯ４８を介してエンジン４１の余剰トルクや回生モータ５９の回生トルクで発電機として回転駆動されるときとがある。
【００２６】
一方、エンジンルーム１３は、ラジエータ４５の外方で遮蔽板５７により仕切られており、遮蔽板５７に対してエンジン４１と反対側に吸気室３７が形成されている。この吸気室３７は、運転室１１の後方に位置し、運転室１１に隣接して旋回フレーム９上に形成されている。吸気室３７は、その内部にインバータ６１とバッテリ６３を収容しており、バッテリ６３はインバータ６１に隣接して配設されている。なお、バッテリ６３は本例では２個のバッテリで構成しているが、この数に限定されない。インバータ６１と前記ジェネレータ・モータ５５は共にエンジン４１のファン４３が設けられた側に配設されており、両者間の距離は短く、両者間を接続する配線の長さが短くなるようにしている。
【００２７】
また、前記運転室１１の下方には、蓄電装置１７の蓄電器１９（詳細は後述する）を設置している。すなわち、運転室１１は、前記運転室支持部材１５の上面に所定個数の緩衝マウント１１ａを介して取着されており、この運転室支持部材１５は、正面視が門型形状で、前後部にそれぞれ開口部２３，２３を有し、その門型の中央部が旋回フレーム９の上面から所定距離離間して形成されており、その内部空間内に蓄電器１９を含む蓄電装置１７を収容している。
【００２８】
そして、前記インバータ６１はこの蓄電器１９に隣接して設けられており、蓄電器１９に短い配線６５で接続されている。この配線６５は、インバータ６１と蓄電器１９が隣接して配設されているため、最短長さで接続されている。このインバータ６１は、蓄電器１９の蓄電エネルギーで前記ジェネレータ・モータ５５を電動機として回転制御し、または、前記ジェネレータ・モータ５５で発電されたエネルギーを蓄電器１９に蓄電（充電）するものである。これにより、インバータ６１での駆動効率およびジェネレータ・モータ５５による回生効率を高めるとともに、この配線６５から発生する電気的なノイズを低減することができ、機器の信頼性が向上している。
【００２９】
バッテリ６３は、エンジン始動用、センサとコントローラ（図示せず）等の制御計器用、またはライト用等の電力供給に使用され、例えばＤＣ２４Ｖの電圧を出力している。なお、このバッテリ６３を、図示しない配線で充電器を介して蓄電器１９に接続し、蓄電器１９の電圧（ＤＣ３５０）をこの充電器によりＤＣ２４Ｖに変換してバッテリ６３を充電するようにしてもよい。
【００３０】
蓄電装置１７は、電力を蓄電している蓄電器１９と、この蓄電器１９を載置して所定の固定部材（図示せず）で固定し、かつ旋回フレーム９上に車両前後方向に移動自在に設けられた蓄電器用ブラケット２１とを備えており、蓄電器１９はこの蓄電器用ブラケット２１上に載置された状態で、運転室支持部材１５の前側の開口部２３より出入可能に配設されている。蓄電器１９には、本実施形態では高電圧で高容量の電荷を蓄電可能なキャパシタが用いられており、その最大作動電圧は例えばＤＣ３５０Ｖである。なお、蓄電器１９としては高電圧で高容量の電荷をコンパクトに蓄電可能なものであればよく、例えばリチウム電池等であっても構わない。
【００３１】
前記運転室支持部材１５は、その前面が外装蓋で、また側面が外装カバーでそれぞれ覆われており、前側の開口部２３から蓄電装置１７を引き出す時に前記外装蓋を開くようにしている。
【００３２】
運転室支持部材１５の内部空間および前記吸気室３７を覆う外装カバーには吸気孔７１が形成されており、蓄電器１９、インバータ６１およびバッテリ６３は、エンジン４１の駆動によって回転されるファン４３の吸引で生ずる前記吸気孔７１からの冷却風により冷却されている。これにより、蓄電器１９およびインバータ６１の温度の上昇を抑制することが可能となり、熱に弱い蓄電器１９およびインバータ６１の信頼性を向上できる。
【００３３】
上記構成による作動および効果について説明する。
油圧ショベル１は、エンジン４１が駆動されて油圧ポンプ４７を回転し、作動油タンク５１の油を吸引して加圧し、その圧油で各油圧シリンダ７ｂ（図１に示す）等のアクチュエータを駆動して作業機７を作動させ、掘削や地ならし等の作業を行なっている。そして、各アクチュエータの戻り油により回生モータを回転させて作業機の位置エネルギーや慣性エネルギーを回生し、この回生トルクを直ぐに油圧ポンプの駆動に使用している。
【００３４】
このとき、回生モータ５９の回生トルクが油圧ポンプ４７の駆動トルクよりも大きいときには、回生モータ５９の回生トルクのみで油圧ポンプ４７を回転駆動する。また、回生モータ５９の回生トルクが油圧ポンプ４７の駆動トルクよりも小さいときには、油圧ポンプ４７の駆動トルクから前記回生トルク分を差し引いた不足トルク分のみをエンジン４１が出力し、回生モータ５９の回生トルクとエンジン４１の出力トルクとで油圧ポンプ４７を駆動している。これにより、エンジン４１の平均必要馬力は低くなるので、エンジンを小型化できる。また、ジェネレータ・モータ５５を電動機として駆動し、この駆動トルクで油圧ポンプ４７の駆動を助勢することもできるので、エンジン４１の平均必要馬力をさらに低くでき、エンジン４１の小型化がさらに容易となる。
【００３５】
上記したように回生トルクのみで油圧ポンプ４７を回転駆動したとき、油圧ポンプ４７の駆動に使用されなかった余剰回生トルクでジェネレータ・モータ５５を電動機として駆動して、その余剰トルク分の発電電力のみをインバータ６１を経由して蓄電装置１７に充電するようにしたため、蓄電装置１７、ジェネレータ・モータ５５、およびインバータ６１には小電力しか流れない。これにより、蓄電装置１７、ジェネレータ・モータ５５、およびインバータ６１を小型化することができる。また、回生エネルギーを確実に回収することができる。
【００３６】
また蓄電装置１７の蓄電器１９として、少ない個数で、高速で、しかも高頻度で高電圧、高電流の充放電を可能とする、小型大容量のキャパシタまたはリチウムイオン電池等を用いて構成しており、この蓄電器１９とこれに隣接して設けたインバータ６１とを接続する配線６５が短い配線で、かつ簡略な形状で接続されている。また、このインバータ６１に近い側（実施形態では、ファン４３の取付側）のエンジン端部にジェネレータ・モータ５５をＰＹＯを介して接続しているので、インバータ６１とジェネレータ・モータ５５の間の配線長が短くなる。このため、インバータ６１によりジェネレータ・モータ５５を駆動するとき、またジェネレータ・モータ５５の発電電力を充電器１９に充電するときの、配線による電力損失を低減でき、駆動効率および回生効率を高めることができる。また、上記の配線からの電気的なノイズの発生を低減することができるので、機器の信頼性を向上できる。さらに、蓄電器１９が運転室下方の一箇所に配設されているので、点検作業や交換作業が容易である。
【００３７】
また、油圧ポンプ４７および回生モータ５９は、エンジン４１のクランク軸方向後部に設けた第１ＰＴＯ４６に連結しており、作動油タンク５１および油圧バルブ４９は、これらの油圧ポンプ４７および回生モータ５９の近傍の、旋回フレーム９上の右部に配置しているため、これらの高圧油圧系機器は車両右側に集中して配置されることになる。一方、ジェネレータ・モータ５５はエンジン４１のクランク軸方向前部に設けた第２ＰＴＯ４８を介してエンジン４１に連結しており、インバータ６１および蓄電装置１７は同じくクランク軸方向前方に設けたファン４３の上流側の吸気室３７およびその近接位置に配置しているため、これらの充電系機器は車両左側に配置されることになる。この結果、充電系機器は高圧油圧系機器から分離した位置に配置されるので、高圧油圧系機器の熱の影響を受け難く、しかも充電系機器は高圧油圧系機器よりもファン冷却風の上流側に位置するため、その温度上昇が抑制され、作動の信頼性を向上できる。また、充電系機器の故障時の発火による高圧油圧系機器の圧油への引火を防止できる。
【００３８】
またさらに、エンジン４１がファン４３を回転駆動して、吸気孔７１を経て外気を吸引（矢印Ｙａ）している。この外気によって蓄電器１９、インバータ６１、バッテリ６３を低温で冷却することにより、蓄電器１９、インバータ６１およびバッテリ６３の温度上昇を抑制しているので、これらの使用温度が高温になって動作が不安定になることを防止でき、これら熱に弱い機器の信頼性を向上できる。また、蓄電器１９は運転室１１の下方空間内に単独で収納されているので、蓄電器１９を広い空間内で外気によって効率的に冷却することができる。
【００３９】
通常の電装品用のバッテリ６３と蓄電装置１７との距離が短いので、ジェネレータ・モータ５５によって充電される蓄電装置１７の蓄電器１９でこのバッテリ６３を充電する場合、その間の配線抵抗による電力損失を小さくでき、充電効率を高めることができる。
【００４０】
さらに、油圧ポンプ４７および回生モータ５９は、第１ＰＴＯ４６を介して互いに並設しており、ジェネレータ・モータ５５は第２ＰＴＯ４８に連結してエンジン４１に並設されている。このため、これらの設置スペースのエンジン出力軸方向長さは、油圧ポンプ４７、回生モータ５９およびジェネレータ・モータ５５のそれぞれの長さの合計よりも短くなり、上部旋回体５の左右幅を小さくすることができる。また、これらの回転軸は第１ＰＴＯ４６を介してそれぞれずらして別個に設けられているので、周囲の空スペースに合わせてこれらの装置をコンパクトに配置できる。
【００４１】
次に、図３により第２実施形態を説明する。図３は、第２実施形態に係る機器配置図である。なお、以下では図２で説明した構成部品と同一の部品には同一符号を付して説明を省く、異なる構成についてのみ説明する。
ジェネレータ・モータ５５は、エンジン４１のクランク軸方向後部に設けた第１ＰＴＯ４６を介して油圧ポンプ４７および回生モータ５９に並設されている。他の構成は第１実施形態と同様である。
【００４２】
第２実施形態によると、油圧ポンプ４７、回生モータ５９およびジェネレータ・モータ５５は、第１ＰＴＯ４６を介して互いに並設しているため、これらの設置スペースの軸方向長さは、油圧ポンプ４７、回生モータ５９およびジェネレータ・モータ５５のそれぞれの長さの合計よりも短くなり、上部旋回体５の左右幅を小さくすることができる。
【００４３】
充電系機器の内、ジェネレータ・モータ５５は同じＰＴＯ４６でも油圧ポンプ４７および回生モータ５９から離れた位置に設け、インバータ６１および蓄電装置１７は、油圧ポンプ４７および回生モータ５９等の高圧油圧系機器が設置された車両右側と反対の左側に配置している。このため、充電系機器は高圧油圧系機器から分離した位置に配置されるので、高圧油圧系機器の熱の影響を受け難く、しかも充電系機器は高圧油圧系機器よりもファン冷却風の上流側に位置するため、その温度上昇が抑制され、作動の信頼性を向上できる。また、充電系機器の故障時の発火により高圧油圧系機器の圧油へ引火する恐れが少なくなる。
その他の効果は第１実施形態と同じであるため、ここでの説明は省く。
【００４４】
以上説明したように、本発明によると以下の効果が得られる。
作業機を駆動する油圧アクチュエータの戻り油により駆動される回生モータを油圧ポンプと共にエンジンにＰＴＯを介して接続し、回生モータの回生トルクで油圧ポンプを駆動してその回生エネルギーを即時使用するようにしたため、エンジンの平均必要馬力が低くなり、エンジンの小型化ができる。また、回生トルクの内、上記の油圧ポンプの駆動に使用されなかった余剰トルク分のエネルギーのみを、ＰＴＯに接続されたジェネレータ・モータを介して蓄電装置に充電するようにしたので、これらの蓄電装置、ジェネレータ・モータ、インバータ等の充電系機器を小型化することが可能となると共に、確実にエネルギーの回収ができる。
【００４５】
エンジンに連結する油圧ポンプ、回生モータおよびジェネレータ・モータをＰＴＯを介して並設したため、設置スペースはこれらの軸方向長さを合計した長さよりも小さくなり、またそれぞれの機器をコンパクトに配置できるので、車両の小型化ができる。
【００４６】
また、蓄電装置、ジェネレータ・モータ、インバータ等の充電系機器を油圧ポンプ、回生モータ、油圧バルブ、および作動油タンク等の高圧油圧系機器から分離した位置に設置したため、充電系機器は高圧油圧系機器の熱の影響を受け難くなり、温度上昇が抑制されるので、動作の信頼性および寿命を向上できる。また、万一充電系機器が発火した場合の圧油への引火を防止できる。
充電系機器のジェネレータ・モータ、インバータ、蓄電装置を互いに近接した位置に配置したので、これらの機器間の配線長を短くでき、これにより電力損失を低減して、駆動効率及び回生効率を向上することができる。また、電気的なノイズの発生を少なくして、他の電子機器（センサ、コントローラ等）へのノイズの影響を無くすことができる。
【００４７】
さらに、充電系機器の内、インバータおよび蓄電装置を、ファン上流側つまりエンジンの吸気室に設置して、外気で冷却しているので、温度上昇を確実に抑制でき、高温環境に弱いこれらの機器の信頼性を向上できる。
【００４８】
なお、上記実施形態では、油圧ショベルの例で示したが、排土板付油圧ショベル、ホイールローダ、移動式クレーン等の各種建設機械にも適用することができる。また、ファンは吸引式、押出式のいずれでも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される油圧ショベルの側面図である。
【図２】第１実施形態に係る上部旋回体の平面図で表した各機器配置図である。
【図３】第２実施形態に係る上部旋回体の平面図で表した各機器配置図である。
【符号の説明】
１…油圧ショベル、３…下部走行体、５…上部旋回体、７…作業機、８…カウンタウエイト、９…旋回フレーム、１１…運転室、１３…エンジンルーム、１５…運転室支持部材、１７…蓄電装置、１９…蓄電器、２１…蓄電器用ブラケット、２３…開口部、２５…カムフォロア（移動手段）、２５ａ…転動輪、２９…固定用ブラケット、２９ａ…緩衝板、３３…吊りボルト、３７…吸気室、４１…エンジン、４３…ファン、４４ａ…オイルクーラ、４４ｂ…アフタクーラ、４５…ラジエータ、４６…第１ＰＴＯ（動力取出装置）、４７…油圧ポンプ、４８…第２ＰＴＯ、４９…油圧バルブ、５１…作動油タンク、５３…燃料タンク、５５…ジェネレータ・モータ、５７…遮蔽板、５９…回生モータ、６１…インバータ、６３…バッテリ、６５…配線、７１…吸気孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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