建設機械
【課題】旋回体の旋回時に旋回方向に衝撃が作用しても、セルを収容するサブモジュールが潰れること無くセルを十分に保護できる建設機械を提供する。
【解決手段】一方向に複数並設すると共に外枠内に配置して当該外枠に固定したサブモジュールのその側壁のうちで、一列に並ばずに隣り合い対面する側壁同士を、旋回体４ｂの旋回方向Ｄを向くように配置することによって、旋回体４ｂの旋回時に旋回方向Ｄに生じる衝撃を、一方向に並設した複数の側壁に座屈荷重として分散して受けるようにし、剛性を高めた結果、サブモジュールに収容したセルを十分に保護する。
【解決手段】一方向に複数並設すると共に外枠内に配置して当該外枠に固定したサブモジュールのその側壁のうちで、一列に並ばずに隣り合い対面する側壁同士を、旋回体４ｂの旋回方向Ｄを向くように配置することによって、旋回体４ｂの旋回時に旋回方向Ｄに生じる衝撃を、一方向に並設した複数の側壁に座屈荷重として分散して受けるようにし、剛性を高めた結果、サブモジュールに収容したセルを十分に保護する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、走行体上に上下方向の軸心回りに回動自在に支持され旋回モータの駆動により旋回する旋回体を備え、この旋回体の前部に揺動自在なブームを有するパワーショベル装置が取り付けられた建設機械が知られている（例えば特許文献１参照）。この建設機械にあっては、蓄電手段を構成する多数のバッテリを、有底矩形枠に構成されたバッテリ格納部に縦横に並べて収納する。そして、このバッテリ格納部は、旋回体に対して引き出し／挿入可能に構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２６２８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記公報においては、バッテリ格納部の剛性が何ら考慮されていないため、特に、旋回体を旋回し例えば何かに衝突し衝撃を受けると、バッテリ格納部が潰れてバッテリが破損する虞があり、このようにバッテリが破損すると、建設機械を運転できなくなってしまう。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、旋回体の旋回時に旋回方向に衝撃が作用しても、蓄電手段を構成するセルを収容した収容体が潰れること無くセルを十分に保護できる建設機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による建設機械は、エンジンと、エンジンの駆動により発電を行う発電手段と、発電手段により発電された電力を蓄電する蓄電手段と、蓄電手段からの電力により駆動する電動駆動手段とを備えた建設機械において、蓄電手段は、電動駆動手段の駆動により旋回する旋回体に設置され、当該蓄電手段は、平面視矩形の矩形板の周方向に沿って設けられた側壁の内側で矩形板上に複数のセルを搭載して成るサブモジュールを備え、サブモジュールは、一方向に複数が並設され、これらの並設されたサブモジュールが、外枠内に配置されて当該外枠に固定され、複数のサブモジュールの側壁のうちで、一列に並ばずに隣り合い対面する側壁同士が、旋回体の旋回方向を向くように配置されたことを特徴としている。
【０００７】
このような本発明によれば、一方向に複数並設されると共に外枠内に配置されて当該外枠に固定されたサブモジュールのその側壁のうちで、一列に並ばずに隣り合い対面する側壁同士が、旋回体の旋回方向を向くように配置されているため、旋回体の旋回時に旋回方向に生じる衝撃は、一方向に並設された複数の側壁に座屈荷重として分散して受けられることになり、剛性が高められる結果、サブモジュールに収容されたセルを十分に保護できる。
【０００８】
ここで、サブモジュールは、旋回体を旋回可能に搭載した走行機構の前後方向に沿って一列に並設されていると、一列という最もコンパクト化を図りつつ、サブモジュールに収容されたセルを十分に保護できる。
【０００９】
また、外枠は、複数のセルに対応する箇所に開口部を有し、隣り合う開口部同士の間には、上下方向に延びるリブが設けられていると、当該リブにより剛性が高められるため、サブモジュールに収容されたセルを一層十分に保護できると共に、開口部を通して風の流通が可能となるため、セルの効率的な冷却が可能とされる。
【００１０】
また、リブの外側に、当該リブを補強するための補強部材が設けられていると、当該補強部材により剛性が一層高められるため、サブモジュールに収容されたセルを一層十分に保護できる。
【００１１】
また、開口部に対向して冷却風を流すためのファンを有していると、当該ファンにより、開口部を通して冷却風が流れるため、セルを効率的に冷却できる。
【発明の効果】
【００１２】
このように本発明によれば、サブモジュールに収容されたセルを十分に保護できる建設機械を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る建設機械の外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示す建設機械の電気系統や油圧系統等の内部構成を示すブロック図である。
【図３】図２中の蓄電手段の内部構成を示す回路図である。
【図４】図１中の旋回体のハウス部を示す斜視図である。
【図５】ハウス部内に蓄電手段のキャパシタボックスを設置した状態を示す断面図である。
【図６】キャパシタボックスを示す斜視図である。
【図７】図６に示すキャパシタボックスから側面外枠及び上面外枠を取り外した状態を示す一部破断斜視図である。
【図８】図７を奥側から見た一部破断斜視図である。
【図９】図６〜図８中のサブモジュールを示す斜視図である。
【図１０】第２実施形態に係る建設機械のキャパシタボックスの要部を示す斜視図である。
【図１１】さらに他の実施形態に係る建設機械の電気系統や油圧系統等の内部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明による建設機械の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る建設機械の外観を示す斜視図である。この実施形態の建設機械は、所謂ハイブリッド型建設機械であり、その一例としてのリフティングマグネット車両を示すものである。
【００１６】
図１に示すように、リフティングマグネット車両１は、無限軌道を含む走行機構２と、走行機構２の上部に旋回機構３を介して回動自在に搭載された旋回体４とを備えている。旋回体４には、ブーム５と、ブーム５の先端にリンク接続されたアーム６と、アーム６の先端にリンク接続されたリフティングマグネット７とが取り付けられている。このリフティングマグネット７は、鋼材などの吊荷Ｇを磁力により吸着して捕獲するための設備である。ブーム５、アーム６及びリフティングマグネット７は、各々ブームシリンダ８、アームシリンダ９及びバケットシリンダ１０によって油圧駆動される。
【００１７】
また、旋回体４には、リフティングマグネット７の位置や励磁動作及び釈放動作を操作する操作者を収容するための運転室４ａや、油圧を発生するための動力源であるエンジン１１（図２参照）といった動力源等を収容したハウス部４ｂが設けられている。エンジン１１は、例えばディーゼルエンジンで構成される。
【００１８】
図２は、図１に示す建設機械の電気系統や油圧系統等の内部構成を示すブロック図であり、構成は所謂パラレル方式と称されるものである。なお、図２では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。また、図３は、図２中の蓄電手段１２０の内部構成を示す図である。
【００１９】
図２に示すように、リフティングマグネット車両１は電動発電機（発電手段）１２及び変速機１３を備えており、エンジン１１及び電動発電機１２の回転軸は、共に変速機１３の入力軸に接続されることにより互いに連結されている。エンジン１１の負荷が大きいときには、電動発電機１２がこのエンジン１１を作業要素として駆動することによりエンジン１１の駆動力を補助（アシスト）し、電動発電機１２の駆動力が変速機１３の出力軸を経てメインポンプ１４に伝達される。一方、エンジン１１の負荷が小さいときには、エンジン１１の駆動力が変速機１３を経て電動発電機１２に伝達されることにより、電動発電機１２が発電を行う。
【００２０】
電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ（Interior Permanent Magnetic）モータによって構成される。電動発電機１２の駆動と発電との切り替えは、リフティングマグネット車両１における電気系統の駆動制御を行うコントローラ３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。
【００２１】
変速機１３の出力軸にはメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されており、メインポンプ１４には高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。コントロールバルブ１７は、リフティングマグネット車両１における油圧系の制御を行う装置である。このコントロールバルブ１７には、図１に示した走行機構２を駆動するための左右の油圧モータ２ａ，２ｂの他、ブームシリンダ８、アームシリンダ９及びバケットシリンダ１０が高圧油圧ラインを介して接続されており、コントロールバルブ１７は、これらに供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御する。
【００２２】
電動発電機１２の電気的な端子には、インバータ回路１８Ａの出力端が接続されている。インバータ回路１８Ａの入力端には、蓄電手段１２０が接続されている。蓄電手段１２０は、図３に示すように、直流母線であるＤＣバス１１０、昇降圧コンバータ１００及びキャパシタ１９を備えている。すなわち、インバータ回路１８Ａの入力端は、ＤＣバス１１０を介して昇降圧コンバータ１００の入力端に接続されている。昇降圧コンバータ１００の出力端には、キャパシタ１９が接続されている。キャパシタ１９は、ここでは、多数のセルを有する構成とされている。なお、キャパシタに代えてバッテリを用いることもできる。
【００２３】
図２に戻って、インバータ回路１８Ａは、コントローラ３０からの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。すなわち、インバータ回路１８Ａが電動発電機１２を電動（アシスト）運転させる際には、必要な電力をキャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００からＤＣバス１１０を介して電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２を発電運転させる際には、電動発電機１２により発電された電力をＤＣバス１１０及び昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に充電する。なお、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧値及びキャパシタ電流値に基づき、コントローラ３０によって行われる。これにより、ＤＣバス１１０を、予め定められた一定電圧値に蓄電された状態に維持することができる。
【００２４】
また、蓄電手段１２０のＤＣバス１１０には、インバータ回路２０Ｂを介して図１に示したリフティングマグネット７が接続されている。リフティングマグネット７は、金属物を磁気的に吸着させるための磁力を発生する電磁石を含んでおり、インバータ回路２０Ｂを介してＤＣバス１１０から電力が供給される。インバータ回路２０Ｂは、コントローラ３０からの指令に基づき、電磁石をオンにする際には、リフティングマグネット７へ要求された電力をＤＣバス１１０より供給する。また、電磁石をオフにする場合には、回生された電力をＤＣバス１１０に供給する。
【００２５】
さらに、蓄電手段１２０には、インバータ回路２０Ａが接続されている。インバータ回路２０Ａの一端には作業用電動機としての旋回用電動機（交流電動機；電動駆動手段）２１が接続されており、インバータ回路２０Ａの他端は蓄電手段１２０のＤＣバス１１０に接続されている。旋回用電動機２１は、旋回体４を旋回させる図１に示した旋回機構３の動力源である。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３及び旋回減速機２４が接続される。
【００２６】
旋回用電動機２１が力行運転を行う際には、旋回用電動機２１の回転駆動力の回転力が旋回減速機２４にて増幅され、旋回体４が加減速制御され回転運動を行う。また、旋回体４の慣性回転により、旋回減速機２４にて回転数が増加されて旋回用電動機２１に伝達され、回生電力を発生させる。旋回用電動機２１は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号によりインバータ回路２０Ａによって交流駆動される。旋回用電動機２１としては、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータが好適である。
【００２７】
レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転位置及び回転角度を検出するセンサであり、旋回用電動機２１と機械的に連結することで回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出する。レゾルバ２２が回転軸２１Ａの回転角度を検出することにより、旋回機構３の回転角度及び回転方向が導出される。メカニカルブレーキ２３は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、コントローラ３０からの指令によって、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。旋回減速機２４は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転速度を減速して旋回機構３に機械的に伝達する減速機である。
【００２８】
なお、ＤＣバス１１０には、インバータ回路１８Ａ，２０Ａ，２０Ｂを介して、電動発電機１２、旋回用電動機２１及びリフティングマグネット７が接続されているため、電動発電機１２で発電された電力がリフティングマグネット７又は旋回用電動機２１に直接的に供給される場合もあり、リフティングマグネット７で回生された電力が電動発電機１２又は旋回用電動機２１に供給される場合もあり、さらに、旋回用電動機２１で回生された電力が電動発電機１２又はリフティングマグネット７に供給される場合もある。
【００２９】
パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続されている。操作装置２６は、旋回用電動機２１、走行機構２、ブーム５、アーム６及びリフティングマグネット７を操作するための操作装置であり、操作者によって操作される。操作装置２６には、油圧ライン２７を介してコントロールバルブ１７が接続され、また、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９が接続される。操作装置２６は、パイロットライン２５を通じて供給される油圧（１次側の油圧）を操作者の操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置２６から出力される２次側の油圧は、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７に供給されると共に、圧力センサ２９によって検出される。
【００３０】
圧力センサ２９は、操作装置２６に対して旋回機構３を旋回させるための操作が入力されると、この操作量を油圧ライン２８内の油圧の変化として検出する。圧力センサ２９は、油圧ライン２８内の油圧を表す電気信号を出力する。この電気信号は、コントローラ３０に入力され、旋回用電動機２１の駆動制御に用いられる。
【００３１】
コントローラ３０は、本実施形態における制御回路を構成する。コントローラ３０は、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置によって構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵが実行することにより実現される。また、コントローラ３０の電源は、キャパシタ１９とは別のバッテリ（例えば２４Ｖ車載バッテリ）である。コントローラ３０は、圧力センサ２９から入力される信号のうち、旋回機構３を旋回させるための操作量を表す信号を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。また、コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（アシスト運転及び発電運転の切り替え）、リフティングマグネット７の駆動制御（励磁と消磁の切り替え）、並びに、昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによるキャパシタ１９の充放電制御を行う。
【００３２】
ここで、本実施形態における昇降圧コンバータ１００について詳細に説明する。図３に示すように、昇降圧コンバータ１００は、昇降圧型のスイッチング制御方式を備えており、リアクトル１０１、トランジスタ１００Ｂ，１００Ｃを有する。トランジスタ１００Ｂは昇圧用のスイッチング素子であり、トランジスタ１００Ｃは降圧用のスイッチング素子である。トランジスタ１００Ｂ，１００Ｃは、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）によって構成され、互いに直列に接続されている。
【００３３】
具体的には、トランジスタ１００Ｂのコレクタとトランジスタ１００Ｃのエミッタとが相互に接続され、トランジスタ１００Ｂのエミッタはキャパシタ１９の負側端子およびＤＣバス１１０の負側配線に接続され、トランジスタ１００ＣのコレクタはＤＣバス１１０の正側配線に接続されている。そして、リアクトル１０１は、その一端がトランジスタ１００Ｂのコレクタ及びトランジスタ１００Ｃのエミッタに接続されると共に、他端がキャパシタ１９の正側端子に接続されている。トランジスタ１００Ｂ，１００Ｃのゲートには、コントローラ３０からＰＷＭ電圧が印加される。
【００３４】
なお、トランジスタ１００Ｂのコレクタとエミッタとの間には、整流素子であるダイオード１００ｂが逆方向に並列接続されている。同様に、トランジスタ１００Ｃのコレクタとエミッタとの間には、ダイオード１００ｃが逆方向に並列接続されている。トランジスタ１００Ｃのコレクタとトランジスタ１００Ｂのエミッタとの間（すなわち、ＤＣバス１１０の正側配線と負側配線との間）には、ＤＣバス１１０において平滑用のコンデンサ１１０ａが接続される。コンデンサ１１０ａは、昇降圧コンバータ１００からの出力電圧、電動発電機１２からの発電電圧や旋回用電動機２１からの回生電圧を平滑化する。
【００３５】
このような構成を備える昇降圧コンバータ１００において、直流電力をキャパシタ１９からＤＣバス１１０へ供給する際には、コントローラ３０からの指令によってトランジスタ１００ＢのゲートにＰＷＭ電圧が印加される。そして、トランジスタ１００Ｂのオン／オフに伴ってリアクトル１０１に発生する誘導起電力がダイオード１００ｃを介して伝達され、この電力がコンデンサ１１０ａにより平滑化される。また、直流電力をＤＣバス１１０からキャパシタ１９へ供給する際には、コントローラ３０からの指令によってトランジスタ１００ＣのゲートにＰＷＭ電圧が印加されると共に、トランジスタ１００Ｃから出力される電流がリアクトル１０１により平滑化される。
【００３６】
続いて、旋回体４について説明する。図４は、旋回体４のハウス部４ｂを示す斜視図である。以下、ハウス部４ｂの構成の説明においては、特に断らない限り、前後左右はリフティングマグネット車両１を基準としている。図４に示すように、ハウス部４ｂは、平面視において略コの字状を成すように構成され、コの字を構成する開放部が前方を向くように配置されている。ここで、ハウス部４ｂにおいて、車両における右前部分（図４の図示左手前部分）を右前部Ｒｆ、右後ろ部分（図４の図示左奥部分）を右後部Ｒｒ、左前部分（図４の図示右手前部分）を左前部Ｌｆ、左後ろ部分（図４の図示右奥部分）を左後部Ｌｒ、及び右前部Ｒｆと左前部Ｌｆとの間の部分を中央部Ｃと呼ぶ。
【００３７】
このようなハウス部４ｂの左前部Ｌｆに対応して、図１に示す運転室４ａが設けられ、中央部Ｃには、図１に示すブーム５の基端が上下動可能に取り付けられる。そして、ハウス部４ｂを有する旋回体４は、中央部Ｃの下部に設けられた旋回用電動機２１（図２参照）により上下方向の軸心回りに回転し、すなわち、旋回方向Ｄに沿って左右に旋回する。右前部Ｒｆには、メンテナンス作業用のステップ３１及び手摺り３２が設けられている。
【００３８】
右前部Ｒｆ内には、図２に示した蓄電手段１２０、インバータ回路１８Ａ，２０Ａ，２０Ｂ、及びコントローラ３０が設置されている。右前部Ｒｆの左右面下部には各々開口部が形成されており、右面の開口部３４（図５参照）と左面の開口部３３との間には、蓄電手段１２０のキャパシタ１９が設置されている。すなわち、左右面の開口部３４，３３は、キャパシタ１９を冷却するための空気を左右方向に通す通気口として形成されている。
【００３９】
図５は、右前部Ｒｆの下部に設置されたキャパシタ１９等を前方から見た断面図である。図５には、ハウス部４ｂの底部を形成する骨格部材である底部フレームＢａと、底部フレームＢａの周縁（図５では左側）において立設された外周フレームＢｂと、から構成されるベースフレームＢが示されている。
【００４０】
図５に示すように、右前部Ｒｆにおいて、右面の開口部３４及び左面の開口部３３の内側には、ルーバー３６，３５が各々設けられている。そして、ルーバー３５，３６の間には、キャパシタ１９を含むキャパシタボックス８０が、台座１５５及び防振ゴム１５６を介して底部フレームＢａ上に設置されている。キャパシタ１９は、上段及び下段に各々多数のセル４１を並設し纏めたもので、上段のセル４１の集合体により上段モジュール４５が、下段のセル４１の集合体により下段モジュール４５が各々構成され、これらのモジュール４５，４５を、左右方向に通気可能に外枠で囲い補強したものがキャパシタボックス８０である。
【００４１】
キャパシタボックス８０の右側（図５では左側）には、吸気ダクト４０が接続されると共に、吸気ダクト４０内の上流側の端部には、ルーバー３６に対向してルーバー３８が設けられている。また、キャパシタボックス８０の左側（図５では右側）端部には、上下段のセル４１，４１のそれぞれに対応して、冷却風を図示左から右へと流すためのファン４３，４３が設けられ、さらに左側（図５では右側）には、排気ダクト３９が接続されると共に、排気ダクト３９内の下流側の端部には、ルーバー３５に対向してルーバー３７が設けられている。
【００４２】
吸気側のルーバー３６は、図示左から右へと流れる冷却風の流れ方向に対して下方に傾斜し、これより下流の吸気ダクト４０内のルーバー３８は、ルーバー３６とは反対に上方に傾斜している。さらに、排気ダクト３９内のルーバー３７は、冷却風の流れ方向に対して下方に傾斜し、これより下流の排気側のルーバー３５は、ルーバー３７とは反対に上方に傾斜している。このようなルーバーの構成により、キャパシタボックス８０内に対する防水が図られている。
【００４３】
また、上記のように、キャパシタボックス８０は底部フレームＢａ上に設置されているため、その設置位置は、右面の開口部３４及び左面の開口部３３に対して低くなっている。このため、吸気ダクト４０及び排気ダクト３９は、上下非対称な形状をなしている。すなわち、吸気ダクト４０及び排気ダクト３９は、両側のルーバー３８，３７からキャパシタボックス８０に向かうにつれて、下方に広がる形状とされている。
【００４４】
さらに、吸気ダクト４０内には、上段モジュール４５と下段モジュール４５との間の上流側端部と、ルーバー３８の下流側端部とを連結し、吸気ダクト４０内を上下に仕切る仕切壁４４が設けられている。この仕切壁４４は、上下に並設されたルーバー３８に対して正対せずに下方にずれて配置された下段のモジュール４５に対しても、上段のモジュール４５と同量の冷却風を分配するためのものであり、上側の入口（ルーバー３８の出口）での流量より下側の入口での流量が大きくなるように、水平では無く冷却風の流れ方向に対して下方に傾斜する構成とされている。
【００４５】
なお、ここでは、キャパシタボックス８０、吸気ダクト４０、排気ダクト３９、開口部３４、開口部３３等は右前部Ｒｆに設置されることとしたが、左前部Ｌｆにおいて運転室４ａの下方に設置されていてもよい。
【００４６】
また、図４の左後部Ｌｒ内には、エンジン用ラジエタ、オイルクーラ、インタークーラ、燃料クーラ、ハイブリッドシステム用ラジエタ（ハイブリッド用ラジエタ）、運転室４ａのエアコンディショナ用熱交換器（エアコン用コンデンサ）、（いずれも図示せず）といった冷却器が設置されている。
【００４７】
さらに、左後部Ｌｒから右後部Ｒｒにかけて、すなわち天板を構成するエンジンフードＨの下方には、図２に示したエンジン１１、変速機１３、電動発電機１２、及びメインポンプ１４等が設置されている。エンジン１１にはファン（図示せず）が接続されており、エンジン１１の回転に伴いファンが回転することにより、左前部Ｌｆの左側面に設けられた通気口４６から左後部Ｌｒ内に向けて空気が流れ、左後部Ｌｒ内に設置された上記の各冷却器が冷却される。また、右後部Ｒｒ内には、上記の電動発電機１２及びメインポンプ１４を収容するポンプ室（図示せず）が形成されている。
【００４８】
中央部Ｃには、ブーム５を上下動可能に挟むようにして支持する枠体である所謂Ａフレーム４７、及びブームシリンダ８の基端が取り付けられる枠体であるブームシリンダフレーム４８が設けられている。Ａフレーム４７の後方近傍には、旋回用電動機２１（図２参照）が配置されている。
【００４９】
次に、図５で説明したキャパシタボックス８０について詳説する。図６は、キャパシタボックス８０を示す斜視図、図７は、図６に示すキャパシタボックス８０から側面外枠５５及び上面外枠５６を取り外した状態を示す一部破断斜視図、図８は、図７を奥側から見た一部破断斜視図、図９は、図６〜図８中のサブモジュール５１を示す斜視図である。
【００５０】
キャパシタボックス８０は概略、図９に示すように、上側の内枠５０及び下側の内枠１５０により挟むようにして（詳しくは後述）複数のセル４１を搭載したサブモジュール５１を、図７及び図８に示すように集合し、この集合体を、図６に示すように、外枠５２により補強して成るものである。
【００５１】
図９に示すように、上側の内枠５０は、内部にバスバーが配線された直方体形状に構成され、この直方体形状を構成する長手方向の一対の側壁５０ｂと、これに直交する短手方向の一対の側壁５０ｃと、を有し、各セル４１を接続するバスバーが収納される。補強部材としての下側の内枠１５０は、平面視矩形（長方形）に構成された矩形板１５０ａと、この矩形板１５０ａの周縁において周方向に沿って短尺に立設された、長手方向の一対の側壁１５０ｂと、これに直交する短手方向の一対の側壁１５０ｃと、を有する。そして、サブモジュール５１は、上側の内枠５０に複数のセル４１を縦横に並べて垂下させるように結合し、この複数のセル４１を内枠１５０により下面から支持し補強することで構成されている。このサブモジュール５１の長手方向の一方側の端部（排気側の端部；図示手前側の端部）には、空間が設けられており、当該空間に、図５及び図８に示すように、ファン４３が取り付けられている。
【００５２】
サブモジュール５１は、旋回体４を旋回可能に搭載した走行機構２の前後方向（図５の紙面垂直方向）に沿って、一列に複数個（ここでは４個）が並設されている。これにより、図８に示すように、サブモジュール５１を構成する長尺な側壁１５０ｂが、走行機構２の前後方向（図５の紙面垂直方向）に並ぶと共に、隣り合い対面する長尺な側壁１５０ｂ，１５０ｂ同士が、旋回体４の旋回方向Ｄ（図４及び図７参照）を向くように配置されている。
【００５３】
サブモジュール５１を並設した下段モジュール４５に、サブモジュール５１を並設した上段モジュール４５が重ねられており、上、下段モジュール４５，４５を各々構成する各サブモジュール５１の上部（上側の内枠５０内）には、セル４１に接続されると共に、外部配設との接続を行うための端子台９５や、メンテナンス時に手動で切断可能な安全スイッチ９６に接続されるバスバーが設けられている。そして、これらの上、下段モジュール４５，４５は、例えば螺子留め等により外枠５２に固定される。
【００５４】
外枠５２は概略、図６に示すように、底面外枠５４と、側面外枠５５及び上面外枠５６を備える。
【００５５】
底面外枠５４は、サブモジュール５１全体、すなわち上、下段モジュール４５，４５を載置するものであり、側面外枠５５は、サブモジュール５１全体を四方の側方から覆うものであり、上面外枠５６は、天板であってサブモジュール５１全体を上から覆うものであり、サブモジュール５１は、外枠５２に対してボルト結合されている。これにより、サブモジュール５１全体の補強が成されると共に振動の発生が防止されている。
【００５６】
側面外枠５５は、複数のセル４１に対応する所定箇所に開口部５７を有する。ここでは、旋回体４の旋回方向Ｄ、すなわち冷却風の流れる方向（図５の左右方向）に対面して上、下段に各３個が、走行機構２の前後方向（図５の紙面垂直方向）に並ぶように設けられており、隣り合う開口部５７，５７同士の間に、上下方向に延びるリブ５８を有する構成とされている。なお、図６の図示手前側に示す側面外枠５５の開口部５７及びリブ５８は、図示奥側の側面外枠５５にも同様な位置（対向位置）に設けられており、図示奥側の側面外枠５５の開口部５７は、図８に示すファン４３に対向して開口されている。
【００５７】
このような構成を有する建設機械１によれば、一方向に複数並設されると共に外枠５２内に配置されて当該外枠５２に固定されたサブモジュール５１のその側壁１５０ｂ，１５０ｃのうちで、一列に並ばずに隣り合い対面する側壁１５０ｂ同士が、旋回体４の旋回方向Ｄを向くように配置されているため、旋回体４の旋回時に例えば何らかに衝突し旋回方向Ｄに生じる衝撃Ｆ（図９参照）は、一方向に並設された複数の側壁１５０ｂに座屈荷重として分散して受けられることになり、剛性が高められる結果、サブモジュール５１が潰れることは無く、当該サブモジュール５１に収容されたセル４１を十分に保護できる。
【００５８】
また、サブモジュール５１は、旋回体４を旋回可能に搭載した走行機構２の前後方向に沿って一列に並設されているため、一列という最もコンパクト化を図りつつ、サブモジュール５１に収容されたセル４１を十分に保護できる。
【００５９】
また、開口部５７に対向してファン４３を備えているため、当該ファン４３により、図５に示すように、冷却風が、ハウス部４ｂの右前部Ｒｆの右面の開口部３４、吸気ダクト４０、キャパシタボックス８０の開口部５７（図６参照）を通して当該キャパシタボックス８０内に導入され、各セル４１に接触し当該セル４１を冷却しながら下流側に向かい、ファン４３、キャパシタボックス８０の開口部５７を通してキャパシタボックス８０外に排出され、排気ダクト３９、ハウス部４ｂの右前部Ｒｆの左面の開口部３３を通して外部に排出されることになり、セル４１を効率的に冷却できる。
【００６０】
また、外枠５２は、複数のセル４１に対応する箇所に開口部５７を有し、隣り合う開口部５７，５７同士の間には、上下方向に延びるリブ５８が設けられているため、当該リブ５８により剛性が高められ、サブモジュール５１に収容されたセル４１を一層十分に保護できると共に、上述したように開口部５７を通して冷却風が流通され、セル４１を効率的に冷却できる。
【００６１】
図１０は、第２実施形態に係る建設機械のキャパシタボックスの要部を示す斜視図である。
【００６２】
この第２実施形態が第１実施形態と違う点は、リブ５８の外側に、当該リブ５８を補強するための補強部材５９を設けた点である。
【００６３】
補強部材５９は、コの字状のチャンネル形状とされ、コの字を構成する開放部がリブ５８を向くように配置され、当該リブ５８に溶接にて接合されている。
【００６４】
このような第２実施形態によれば、補強部材５９により剛性が一層高められるため、サブモジュール５１に収容されたセル４１を一層十分に保護できる。特に、この補強部材５９は突き上げ荷重を受けるのに好適である。
【００６５】
図１１は、さらに他の実施形態に係る建設機械の電気系統や油圧系統等の内部構成を示すブロック図である。
【００６６】
図１１に示す構成は、所謂シリーズ方式と称されるもので、図２に示すパラレル方式の構成において、変速機１３とメインポンプ１４とを連結する構成に代えて、ポンプ用電動機１４０及びインバータ１８Ｄを別途設け、エンジン１１の全ての動力を一旦電気エネルギに変換して、各種の駆動要素を駆動するものである。
【００６７】
具体的には、インバータ１８Ｄは、蓄電手段１２０のＤＣバス１１０（図３参照）と電気的に接続されると共に、コントローラ３０により制御される。また、インバータ１８Ｄの出力端は、ポンプ用電動機１４０に接続されており、ポンプ用電動機１４０は、インバータ１８Ｄにより駆動制御される。また、ポンプ用電動機１４０においてメインポンプ１４により発電された電力は、回生エネルギとしてインバータ１８Ｄを経て蓄電手段１２０に供給される。
【００６８】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、特に好適であるとして、リフティングマグネットタイプのハイブリッド型建設機械に対する適用を述べているが、ショベルやホイルローダ、クレーン等の他の建設機械に対しても適用可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１…建設機械、２…走行機構、４…旋回体、１１…エンジン、１２…電動発電機（発電手段）、２１…旋回用電動機（電動駆動手段）、４１…セル、４３…ファン、１５０ａ…矩形板（内枠）、１５０ｂ，１５０ｃ…側壁（内枠）、５１…サブモジュール、５２…外枠、５７…外枠の開口部、５８…リブ、５９…補強部材、１２０…蓄電手段、Ｄ…旋回方向。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、走行体上に上下方向の軸心回りに回動自在に支持され旋回モータの駆動により旋回する旋回体を備え、この旋回体の前部に揺動自在なブームを有するパワーショベル装置が取り付けられた建設機械が知られている（例えば特許文献１参照）。この建設機械にあっては、蓄電手段を構成する多数のバッテリを、有底矩形枠に構成されたバッテリ格納部に縦横に並べて収納する。そして、このバッテリ格納部は、旋回体に対して引き出し／挿入可能に構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２６２８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記公報においては、バッテリ格納部の剛性が何ら考慮されていないため、特に、旋回体を旋回し例えば何かに衝突し衝撃を受けると、バッテリ格納部が潰れてバッテリが破損する虞があり、このようにバッテリが破損すると、建設機械を運転できなくなってしまう。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、旋回体の旋回時に旋回方向に衝撃が作用しても、蓄電手段を構成するセルを収容した収容体が潰れること無くセルを十分に保護できる建設機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による建設機械は、エンジンと、エンジンの駆動により発電を行う発電手段と、発電手段により発電された電力を蓄電する蓄電手段と、蓄電手段からの電力により駆動する電動駆動手段とを備えた建設機械において、蓄電手段は、電動駆動手段の駆動により旋回する旋回体に設置され、当該蓄電手段は、平面視矩形の矩形板の周方向に沿って設けられた側壁の内側で矩形板上に複数のセルを搭載して成るサブモジュールを備え、サブモジュールは、一方向に複数が並設され、これらの並設されたサブモジュールが、外枠内に配置されて当該外枠に固定され、複数のサブモジュールの側壁のうちで、一列に並ばずに隣り合い対面する側壁同士が、旋回体の旋回方向を向くように配置されたことを特徴としている。
【０００７】
このような本発明によれば、一方向に複数並設されると共に外枠内に配置されて当該外枠に固定されたサブモジュールのその側壁のうちで、一列に並ばずに隣り合い対面する側壁同士が、旋回体の旋回方向を向くように配置されているため、旋回体の旋回時に旋回方向に生じる衝撃は、一方向に並設された複数の側壁に座屈荷重として分散して受けられることになり、剛性が高められる結果、サブモジュールに収容されたセルを十分に保護できる。
【０００８】
ここで、サブモジュールは、旋回体を旋回可能に搭載した走行機構の前後方向に沿って一列に並設されていると、一列という最もコンパクト化を図りつつ、サブモジュールに収容されたセルを十分に保護できる。
【０００９】
また、外枠は、複数のセルに対応する箇所に開口部を有し、隣り合う開口部同士の間には、上下方向に延びるリブが設けられていると、当該リブにより剛性が高められるため、サブモジュールに収容されたセルを一層十分に保護できると共に、開口部を通して風の流通が可能となるため、セルの効率的な冷却が可能とされる。
【００１０】
また、リブの外側に、当該リブを補強するための補強部材が設けられていると、当該補強部材により剛性が一層高められるため、サブモジュールに収容されたセルを一層十分に保護できる。
【００１１】
また、開口部に対向して冷却風を流すためのファンを有していると、当該ファンにより、開口部を通して冷却風が流れるため、セルを効率的に冷却できる。
【発明の効果】
【００１２】
このように本発明によれば、サブモジュールに収容されたセルを十分に保護できる建設機械を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る建設機械の外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示す建設機械の電気系統や油圧系統等の内部構成を示すブロック図である。
【図３】図２中の蓄電手段の内部構成を示す回路図である。
【図４】図１中の旋回体のハウス部を示す斜視図である。
【図５】ハウス部内に蓄電手段のキャパシタボックスを設置した状態を示す断面図である。
【図６】キャパシタボックスを示す斜視図である。
【図７】図６に示すキャパシタボックスから側面外枠及び上面外枠を取り外した状態を示す一部破断斜視図である。
【図８】図７を奥側から見た一部破断斜視図である。
【図９】図６〜図８中のサブモジュールを示す斜視図である。
【図１０】第２実施形態に係る建設機械のキャパシタボックスの要部を示す斜視図である。
【図１１】さらに他の実施形態に係る建設機械の電気系統や油圧系統等の内部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明による建設機械の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る建設機械の外観を示す斜視図である。この実施形態の建設機械は、所謂ハイブリッド型建設機械であり、その一例としてのリフティングマグネット車両を示すものである。
【００１６】
図１に示すように、リフティングマグネット車両１は、無限軌道を含む走行機構２と、走行機構２の上部に旋回機構３を介して回動自在に搭載された旋回体４とを備えている。旋回体４には、ブーム５と、ブーム５の先端にリンク接続されたアーム６と、アーム６の先端にリンク接続されたリフティングマグネット７とが取り付けられている。このリフティングマグネット７は、鋼材などの吊荷Ｇを磁力により吸着して捕獲するための設備である。ブーム５、アーム６及びリフティングマグネット７は、各々ブームシリンダ８、アームシリンダ９及びバケットシリンダ１０によって油圧駆動される。
【００１７】
また、旋回体４には、リフティングマグネット７の位置や励磁動作及び釈放動作を操作する操作者を収容するための運転室４ａや、油圧を発生するための動力源であるエンジン１１（図２参照）といった動力源等を収容したハウス部４ｂが設けられている。エンジン１１は、例えばディーゼルエンジンで構成される。
【００１８】
図２は、図１に示す建設機械の電気系統や油圧系統等の内部構成を示すブロック図であり、構成は所謂パラレル方式と称されるものである。なお、図２では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。また、図３は、図２中の蓄電手段１２０の内部構成を示す図である。
【００１９】
図２に示すように、リフティングマグネット車両１は電動発電機（発電手段）１２及び変速機１３を備えており、エンジン１１及び電動発電機１２の回転軸は、共に変速機１３の入力軸に接続されることにより互いに連結されている。エンジン１１の負荷が大きいときには、電動発電機１２がこのエンジン１１を作業要素として駆動することによりエンジン１１の駆動力を補助（アシスト）し、電動発電機１２の駆動力が変速機１３の出力軸を経てメインポンプ１４に伝達される。一方、エンジン１１の負荷が小さいときには、エンジン１１の駆動力が変速機１３を経て電動発電機１２に伝達されることにより、電動発電機１２が発電を行う。
【００２０】
電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ（Interior Permanent Magnetic）モータによって構成される。電動発電機１２の駆動と発電との切り替えは、リフティングマグネット車両１における電気系統の駆動制御を行うコントローラ３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。
【００２１】
変速機１３の出力軸にはメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されており、メインポンプ１４には高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。コントロールバルブ１７は、リフティングマグネット車両１における油圧系の制御を行う装置である。このコントロールバルブ１７には、図１に示した走行機構２を駆動するための左右の油圧モータ２ａ，２ｂの他、ブームシリンダ８、アームシリンダ９及びバケットシリンダ１０が高圧油圧ラインを介して接続されており、コントロールバルブ１７は、これらに供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御する。
【００２２】
電動発電機１２の電気的な端子には、インバータ回路１８Ａの出力端が接続されている。インバータ回路１８Ａの入力端には、蓄電手段１２０が接続されている。蓄電手段１２０は、図３に示すように、直流母線であるＤＣバス１１０、昇降圧コンバータ１００及びキャパシタ１９を備えている。すなわち、インバータ回路１８Ａの入力端は、ＤＣバス１１０を介して昇降圧コンバータ１００の入力端に接続されている。昇降圧コンバータ１００の出力端には、キャパシタ１９が接続されている。キャパシタ１９は、ここでは、多数のセルを有する構成とされている。なお、キャパシタに代えてバッテリを用いることもできる。
【００２３】
図２に戻って、インバータ回路１８Ａは、コントローラ３０からの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。すなわち、インバータ回路１８Ａが電動発電機１２を電動（アシスト）運転させる際には、必要な電力をキャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００からＤＣバス１１０を介して電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２を発電運転させる際には、電動発電機１２により発電された電力をＤＣバス１１０及び昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に充電する。なお、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧値及びキャパシタ電流値に基づき、コントローラ３０によって行われる。これにより、ＤＣバス１１０を、予め定められた一定電圧値に蓄電された状態に維持することができる。
【００２４】
また、蓄電手段１２０のＤＣバス１１０には、インバータ回路２０Ｂを介して図１に示したリフティングマグネット７が接続されている。リフティングマグネット７は、金属物を磁気的に吸着させるための磁力を発生する電磁石を含んでおり、インバータ回路２０Ｂを介してＤＣバス１１０から電力が供給される。インバータ回路２０Ｂは、コントローラ３０からの指令に基づき、電磁石をオンにする際には、リフティングマグネット７へ要求された電力をＤＣバス１１０より供給する。また、電磁石をオフにする場合には、回生された電力をＤＣバス１１０に供給する。
【００２５】
さらに、蓄電手段１２０には、インバータ回路２０Ａが接続されている。インバータ回路２０Ａの一端には作業用電動機としての旋回用電動機（交流電動機；電動駆動手段）２１が接続されており、インバータ回路２０Ａの他端は蓄電手段１２０のＤＣバス１１０に接続されている。旋回用電動機２１は、旋回体４を旋回させる図１に示した旋回機構３の動力源である。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３及び旋回減速機２４が接続される。
【００２６】
旋回用電動機２１が力行運転を行う際には、旋回用電動機２１の回転駆動力の回転力が旋回減速機２４にて増幅され、旋回体４が加減速制御され回転運動を行う。また、旋回体４の慣性回転により、旋回減速機２４にて回転数が増加されて旋回用電動機２１に伝達され、回生電力を発生させる。旋回用電動機２１は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号によりインバータ回路２０Ａによって交流駆動される。旋回用電動機２１としては、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータが好適である。
【００２７】
レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転位置及び回転角度を検出するセンサであり、旋回用電動機２１と機械的に連結することで回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出する。レゾルバ２２が回転軸２１Ａの回転角度を検出することにより、旋回機構３の回転角度及び回転方向が導出される。メカニカルブレーキ２３は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、コントローラ３０からの指令によって、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。旋回減速機２４は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転速度を減速して旋回機構３に機械的に伝達する減速機である。
【００２８】
なお、ＤＣバス１１０には、インバータ回路１８Ａ，２０Ａ，２０Ｂを介して、電動発電機１２、旋回用電動機２１及びリフティングマグネット７が接続されているため、電動発電機１２で発電された電力がリフティングマグネット７又は旋回用電動機２１に直接的に供給される場合もあり、リフティングマグネット７で回生された電力が電動発電機１２又は旋回用電動機２１に供給される場合もあり、さらに、旋回用電動機２１で回生された電力が電動発電機１２又はリフティングマグネット７に供給される場合もある。
【００２９】
パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続されている。操作装置２６は、旋回用電動機２１、走行機構２、ブーム５、アーム６及びリフティングマグネット７を操作するための操作装置であり、操作者によって操作される。操作装置２６には、油圧ライン２７を介してコントロールバルブ１７が接続され、また、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９が接続される。操作装置２６は、パイロットライン２５を通じて供給される油圧（１次側の油圧）を操作者の操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置２６から出力される２次側の油圧は、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７に供給されると共に、圧力センサ２９によって検出される。
【００３０】
圧力センサ２９は、操作装置２６に対して旋回機構３を旋回させるための操作が入力されると、この操作量を油圧ライン２８内の油圧の変化として検出する。圧力センサ２９は、油圧ライン２８内の油圧を表す電気信号を出力する。この電気信号は、コントローラ３０に入力され、旋回用電動機２１の駆動制御に用いられる。
【００３１】
コントローラ３０は、本実施形態における制御回路を構成する。コントローラ３０は、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置によって構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵが実行することにより実現される。また、コントローラ３０の電源は、キャパシタ１９とは別のバッテリ（例えば２４Ｖ車載バッテリ）である。コントローラ３０は、圧力センサ２９から入力される信号のうち、旋回機構３を旋回させるための操作量を表す信号を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。また、コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（アシスト運転及び発電運転の切り替え）、リフティングマグネット７の駆動制御（励磁と消磁の切り替え）、並びに、昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによるキャパシタ１９の充放電制御を行う。
【００３２】
ここで、本実施形態における昇降圧コンバータ１００について詳細に説明する。図３に示すように、昇降圧コンバータ１００は、昇降圧型のスイッチング制御方式を備えており、リアクトル１０１、トランジスタ１００Ｂ，１００Ｃを有する。トランジスタ１００Ｂは昇圧用のスイッチング素子であり、トランジスタ１００Ｃは降圧用のスイッチング素子である。トランジスタ１００Ｂ，１００Ｃは、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）によって構成され、互いに直列に接続されている。
【００３３】
具体的には、トランジスタ１００Ｂのコレクタとトランジスタ１００Ｃのエミッタとが相互に接続され、トランジスタ１００Ｂのエミッタはキャパシタ１９の負側端子およびＤＣバス１１０の負側配線に接続され、トランジスタ１００ＣのコレクタはＤＣバス１１０の正側配線に接続されている。そして、リアクトル１０１は、その一端がトランジスタ１００Ｂのコレクタ及びトランジスタ１００Ｃのエミッタに接続されると共に、他端がキャパシタ１９の正側端子に接続されている。トランジスタ１００Ｂ，１００Ｃのゲートには、コントローラ３０からＰＷＭ電圧が印加される。
【００３４】
なお、トランジスタ１００Ｂのコレクタとエミッタとの間には、整流素子であるダイオード１００ｂが逆方向に並列接続されている。同様に、トランジスタ１００Ｃのコレクタとエミッタとの間には、ダイオード１００ｃが逆方向に並列接続されている。トランジスタ１００Ｃのコレクタとトランジスタ１００Ｂのエミッタとの間（すなわち、ＤＣバス１１０の正側配線と負側配線との間）には、ＤＣバス１１０において平滑用のコンデンサ１１０ａが接続される。コンデンサ１１０ａは、昇降圧コンバータ１００からの出力電圧、電動発電機１２からの発電電圧や旋回用電動機２１からの回生電圧を平滑化する。
【００３５】
このような構成を備える昇降圧コンバータ１００において、直流電力をキャパシタ１９からＤＣバス１１０へ供給する際には、コントローラ３０からの指令によってトランジスタ１００ＢのゲートにＰＷＭ電圧が印加される。そして、トランジスタ１００Ｂのオン／オフに伴ってリアクトル１０１に発生する誘導起電力がダイオード１００ｃを介して伝達され、この電力がコンデンサ１１０ａにより平滑化される。また、直流電力をＤＣバス１１０からキャパシタ１９へ供給する際には、コントローラ３０からの指令によってトランジスタ１００ＣのゲートにＰＷＭ電圧が印加されると共に、トランジスタ１００Ｃから出力される電流がリアクトル１０１により平滑化される。
【００３６】
続いて、旋回体４について説明する。図４は、旋回体４のハウス部４ｂを示す斜視図である。以下、ハウス部４ｂの構成の説明においては、特に断らない限り、前後左右はリフティングマグネット車両１を基準としている。図４に示すように、ハウス部４ｂは、平面視において略コの字状を成すように構成され、コの字を構成する開放部が前方を向くように配置されている。ここで、ハウス部４ｂにおいて、車両における右前部分（図４の図示左手前部分）を右前部Ｒｆ、右後ろ部分（図４の図示左奥部分）を右後部Ｒｒ、左前部分（図４の図示右手前部分）を左前部Ｌｆ、左後ろ部分（図４の図示右奥部分）を左後部Ｌｒ、及び右前部Ｒｆと左前部Ｌｆとの間の部分を中央部Ｃと呼ぶ。
【００３７】
このようなハウス部４ｂの左前部Ｌｆに対応して、図１に示す運転室４ａが設けられ、中央部Ｃには、図１に示すブーム５の基端が上下動可能に取り付けられる。そして、ハウス部４ｂを有する旋回体４は、中央部Ｃの下部に設けられた旋回用電動機２１（図２参照）により上下方向の軸心回りに回転し、すなわち、旋回方向Ｄに沿って左右に旋回する。右前部Ｒｆには、メンテナンス作業用のステップ３１及び手摺り３２が設けられている。
【００３８】
右前部Ｒｆ内には、図２に示した蓄電手段１２０、インバータ回路１８Ａ，２０Ａ，２０Ｂ、及びコントローラ３０が設置されている。右前部Ｒｆの左右面下部には各々開口部が形成されており、右面の開口部３４（図５参照）と左面の開口部３３との間には、蓄電手段１２０のキャパシタ１９が設置されている。すなわち、左右面の開口部３４，３３は、キャパシタ１９を冷却するための空気を左右方向に通す通気口として形成されている。
【００３９】
図５は、右前部Ｒｆの下部に設置されたキャパシタ１９等を前方から見た断面図である。図５には、ハウス部４ｂの底部を形成する骨格部材である底部フレームＢａと、底部フレームＢａの周縁（図５では左側）において立設された外周フレームＢｂと、から構成されるベースフレームＢが示されている。
【００４０】
図５に示すように、右前部Ｒｆにおいて、右面の開口部３４及び左面の開口部３３の内側には、ルーバー３６，３５が各々設けられている。そして、ルーバー３５，３６の間には、キャパシタ１９を含むキャパシタボックス８０が、台座１５５及び防振ゴム１５６を介して底部フレームＢａ上に設置されている。キャパシタ１９は、上段及び下段に各々多数のセル４１を並設し纏めたもので、上段のセル４１の集合体により上段モジュール４５が、下段のセル４１の集合体により下段モジュール４５が各々構成され、これらのモジュール４５，４５を、左右方向に通気可能に外枠で囲い補強したものがキャパシタボックス８０である。
【００４１】
キャパシタボックス８０の右側（図５では左側）には、吸気ダクト４０が接続されると共に、吸気ダクト４０内の上流側の端部には、ルーバー３６に対向してルーバー３８が設けられている。また、キャパシタボックス８０の左側（図５では右側）端部には、上下段のセル４１，４１のそれぞれに対応して、冷却風を図示左から右へと流すためのファン４３，４３が設けられ、さらに左側（図５では右側）には、排気ダクト３９が接続されると共に、排気ダクト３９内の下流側の端部には、ルーバー３５に対向してルーバー３７が設けられている。
【００４２】
吸気側のルーバー３６は、図示左から右へと流れる冷却風の流れ方向に対して下方に傾斜し、これより下流の吸気ダクト４０内のルーバー３８は、ルーバー３６とは反対に上方に傾斜している。さらに、排気ダクト３９内のルーバー３７は、冷却風の流れ方向に対して下方に傾斜し、これより下流の排気側のルーバー３５は、ルーバー３７とは反対に上方に傾斜している。このようなルーバーの構成により、キャパシタボックス８０内に対する防水が図られている。
【００４３】
また、上記のように、キャパシタボックス８０は底部フレームＢａ上に設置されているため、その設置位置は、右面の開口部３４及び左面の開口部３３に対して低くなっている。このため、吸気ダクト４０及び排気ダクト３９は、上下非対称な形状をなしている。すなわち、吸気ダクト４０及び排気ダクト３９は、両側のルーバー３８，３７からキャパシタボックス８０に向かうにつれて、下方に広がる形状とされている。
【００４４】
さらに、吸気ダクト４０内には、上段モジュール４５と下段モジュール４５との間の上流側端部と、ルーバー３８の下流側端部とを連結し、吸気ダクト４０内を上下に仕切る仕切壁４４が設けられている。この仕切壁４４は、上下に並設されたルーバー３８に対して正対せずに下方にずれて配置された下段のモジュール４５に対しても、上段のモジュール４５と同量の冷却風を分配するためのものであり、上側の入口（ルーバー３８の出口）での流量より下側の入口での流量が大きくなるように、水平では無く冷却風の流れ方向に対して下方に傾斜する構成とされている。
【００４５】
なお、ここでは、キャパシタボックス８０、吸気ダクト４０、排気ダクト３９、開口部３４、開口部３３等は右前部Ｒｆに設置されることとしたが、左前部Ｌｆにおいて運転室４ａの下方に設置されていてもよい。
【００４６】
また、図４の左後部Ｌｒ内には、エンジン用ラジエタ、オイルクーラ、インタークーラ、燃料クーラ、ハイブリッドシステム用ラジエタ（ハイブリッド用ラジエタ）、運転室４ａのエアコンディショナ用熱交換器（エアコン用コンデンサ）、（いずれも図示せず）といった冷却器が設置されている。
【００４７】
さらに、左後部Ｌｒから右後部Ｒｒにかけて、すなわち天板を構成するエンジンフードＨの下方には、図２に示したエンジン１１、変速機１３、電動発電機１２、及びメインポンプ１４等が設置されている。エンジン１１にはファン（図示せず）が接続されており、エンジン１１の回転に伴いファンが回転することにより、左前部Ｌｆの左側面に設けられた通気口４６から左後部Ｌｒ内に向けて空気が流れ、左後部Ｌｒ内に設置された上記の各冷却器が冷却される。また、右後部Ｒｒ内には、上記の電動発電機１２及びメインポンプ１４を収容するポンプ室（図示せず）が形成されている。
【００４８】
中央部Ｃには、ブーム５を上下動可能に挟むようにして支持する枠体である所謂Ａフレーム４７、及びブームシリンダ８の基端が取り付けられる枠体であるブームシリンダフレーム４８が設けられている。Ａフレーム４７の後方近傍には、旋回用電動機２１（図２参照）が配置されている。
【００４９】
次に、図５で説明したキャパシタボックス８０について詳説する。図６は、キャパシタボックス８０を示す斜視図、図７は、図６に示すキャパシタボックス８０から側面外枠５５及び上面外枠５６を取り外した状態を示す一部破断斜視図、図８は、図７を奥側から見た一部破断斜視図、図９は、図６〜図８中のサブモジュール５１を示す斜視図である。
【００５０】
キャパシタボックス８０は概略、図９に示すように、上側の内枠５０及び下側の内枠１５０により挟むようにして（詳しくは後述）複数のセル４１を搭載したサブモジュール５１を、図７及び図８に示すように集合し、この集合体を、図６に示すように、外枠５２により補強して成るものである。
【００５１】
図９に示すように、上側の内枠５０は、内部にバスバーが配線された直方体形状に構成され、この直方体形状を構成する長手方向の一対の側壁５０ｂと、これに直交する短手方向の一対の側壁５０ｃと、を有し、各セル４１を接続するバスバーが収納される。補強部材としての下側の内枠１５０は、平面視矩形（長方形）に構成された矩形板１５０ａと、この矩形板１５０ａの周縁において周方向に沿って短尺に立設された、長手方向の一対の側壁１５０ｂと、これに直交する短手方向の一対の側壁１５０ｃと、を有する。そして、サブモジュール５１は、上側の内枠５０に複数のセル４１を縦横に並べて垂下させるように結合し、この複数のセル４１を内枠１５０により下面から支持し補強することで構成されている。このサブモジュール５１の長手方向の一方側の端部（排気側の端部；図示手前側の端部）には、空間が設けられており、当該空間に、図５及び図８に示すように、ファン４３が取り付けられている。
【００５２】
サブモジュール５１は、旋回体４を旋回可能に搭載した走行機構２の前後方向（図５の紙面垂直方向）に沿って、一列に複数個（ここでは４個）が並設されている。これにより、図８に示すように、サブモジュール５１を構成する長尺な側壁１５０ｂが、走行機構２の前後方向（図５の紙面垂直方向）に並ぶと共に、隣り合い対面する長尺な側壁１５０ｂ，１５０ｂ同士が、旋回体４の旋回方向Ｄ（図４及び図７参照）を向くように配置されている。
【００５３】
サブモジュール５１を並設した下段モジュール４５に、サブモジュール５１を並設した上段モジュール４５が重ねられており、上、下段モジュール４５，４５を各々構成する各サブモジュール５１の上部（上側の内枠５０内）には、セル４１に接続されると共に、外部配設との接続を行うための端子台９５や、メンテナンス時に手動で切断可能な安全スイッチ９６に接続されるバスバーが設けられている。そして、これらの上、下段モジュール４５，４５は、例えば螺子留め等により外枠５２に固定される。
【００５４】
外枠５２は概略、図６に示すように、底面外枠５４と、側面外枠５５及び上面外枠５６を備える。
【００５５】
底面外枠５４は、サブモジュール５１全体、すなわち上、下段モジュール４５，４５を載置するものであり、側面外枠５５は、サブモジュール５１全体を四方の側方から覆うものであり、上面外枠５６は、天板であってサブモジュール５１全体を上から覆うものであり、サブモジュール５１は、外枠５２に対してボルト結合されている。これにより、サブモジュール５１全体の補強が成されると共に振動の発生が防止されている。
【００５６】
側面外枠５５は、複数のセル４１に対応する所定箇所に開口部５７を有する。ここでは、旋回体４の旋回方向Ｄ、すなわち冷却風の流れる方向（図５の左右方向）に対面して上、下段に各３個が、走行機構２の前後方向（図５の紙面垂直方向）に並ぶように設けられており、隣り合う開口部５７，５７同士の間に、上下方向に延びるリブ５８を有する構成とされている。なお、図６の図示手前側に示す側面外枠５５の開口部５７及びリブ５８は、図示奥側の側面外枠５５にも同様な位置（対向位置）に設けられており、図示奥側の側面外枠５５の開口部５７は、図８に示すファン４３に対向して開口されている。
【００５７】
このような構成を有する建設機械１によれば、一方向に複数並設されると共に外枠５２内に配置されて当該外枠５２に固定されたサブモジュール５１のその側壁１５０ｂ，１５０ｃのうちで、一列に並ばずに隣り合い対面する側壁１５０ｂ同士が、旋回体４の旋回方向Ｄを向くように配置されているため、旋回体４の旋回時に例えば何らかに衝突し旋回方向Ｄに生じる衝撃Ｆ（図９参照）は、一方向に並設された複数の側壁１５０ｂに座屈荷重として分散して受けられることになり、剛性が高められる結果、サブモジュール５１が潰れることは無く、当該サブモジュール５１に収容されたセル４１を十分に保護できる。
【００５８】
また、サブモジュール５１は、旋回体４を旋回可能に搭載した走行機構２の前後方向に沿って一列に並設されているため、一列という最もコンパクト化を図りつつ、サブモジュール５１に収容されたセル４１を十分に保護できる。
【００５９】
また、開口部５７に対向してファン４３を備えているため、当該ファン４３により、図５に示すように、冷却風が、ハウス部４ｂの右前部Ｒｆの右面の開口部３４、吸気ダクト４０、キャパシタボックス８０の開口部５７（図６参照）を通して当該キャパシタボックス８０内に導入され、各セル４１に接触し当該セル４１を冷却しながら下流側に向かい、ファン４３、キャパシタボックス８０の開口部５７を通してキャパシタボックス８０外に排出され、排気ダクト３９、ハウス部４ｂの右前部Ｒｆの左面の開口部３３を通して外部に排出されることになり、セル４１を効率的に冷却できる。
【００６０】
また、外枠５２は、複数のセル４１に対応する箇所に開口部５７を有し、隣り合う開口部５７，５７同士の間には、上下方向に延びるリブ５８が設けられているため、当該リブ５８により剛性が高められ、サブモジュール５１に収容されたセル４１を一層十分に保護できると共に、上述したように開口部５７を通して冷却風が流通され、セル４１を効率的に冷却できる。
【００６１】
図１０は、第２実施形態に係る建設機械のキャパシタボックスの要部を示す斜視図である。
【００６２】
この第２実施形態が第１実施形態と違う点は、リブ５８の外側に、当該リブ５８を補強するための補強部材５９を設けた点である。
【００６３】
補強部材５９は、コの字状のチャンネル形状とされ、コの字を構成する開放部がリブ５８を向くように配置され、当該リブ５８に溶接にて接合されている。
【００６４】
このような第２実施形態によれば、補強部材５９により剛性が一層高められるため、サブモジュール５１に収容されたセル４１を一層十分に保護できる。特に、この補強部材５９は突き上げ荷重を受けるのに好適である。
【００６５】
図１１は、さらに他の実施形態に係る建設機械の電気系統や油圧系統等の内部構成を示すブロック図である。
【００６６】
図１１に示す構成は、所謂シリーズ方式と称されるもので、図２に示すパラレル方式の構成において、変速機１３とメインポンプ１４とを連結する構成に代えて、ポンプ用電動機１４０及びインバータ１８Ｄを別途設け、エンジン１１の全ての動力を一旦電気エネルギに変換して、各種の駆動要素を駆動するものである。
【００６７】
具体的には、インバータ１８Ｄは、蓄電手段１２０のＤＣバス１１０（図３参照）と電気的に接続されると共に、コントローラ３０により制御される。また、インバータ１８Ｄの出力端は、ポンプ用電動機１４０に接続されており、ポンプ用電動機１４０は、インバータ１８Ｄにより駆動制御される。また、ポンプ用電動機１４０においてメインポンプ１４により発電された電力は、回生エネルギとしてインバータ１８Ｄを経て蓄電手段１２０に供給される。
【００６８】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、特に好適であるとして、リフティングマグネットタイプのハイブリッド型建設機械に対する適用を述べているが、ショベルやホイルローダ、クレーン等の他の建設機械に対しても適用可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１…建設機械、２…走行機構、４…旋回体、１１…エンジン、１２…電動発電機（発電手段）、２１…旋回用電動機（電動駆動手段）、４１…セル、４３…ファン、１５０ａ…矩形板（内枠）、１５０ｂ，１５０ｃ…側壁（内枠）、５１…サブモジュール、５２…外枠、５７…外枠の開口部、５８…リブ、５９…補強部材、１２０…蓄電手段、Ｄ…旋回方向。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、前記エンジンの駆動により発電を行う発電手段と、前記発電手段により発電された電力を蓄電する蓄電手段と、前記蓄電手段からの電力により駆動する電動駆動手段とを備えた建設機械において、
前記蓄電手段は、前記電動駆動手段の駆動により旋回する旋回体に設置され、
当該蓄電手段は、平面視矩形の矩形板の周方向に沿って設けられた側壁の内側で前記矩形板上に複数のセルを搭載して成るサブモジュールを備え、
前記サブモジュールは、一方向に複数が並設され、これらの並設されたサブモジュールが、外枠内に配置されて当該外枠に固定され、
前記複数のサブモジュールの側壁のうちで、一列に並ばずに隣り合い対面する側壁同士が、前記旋回体の旋回方向を向くように配置されたことを特徴とする建設機械。
【請求項２】
前記サブモジュールは、前記旋回体を旋回可能に搭載した走行機構の前後方向に沿って一列に並設されていることを特徴とする請求項１記載の建設機械。
【請求項３】
前記外枠は、前記複数のセルに対応する箇所に開口部を有し、
隣り合う開口部同士の間には、上下方向に延びるリブが設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の建設機械。
【請求項４】
前記リブの外側に、当該リブを補強するための補強部材が設けられていることを特徴とする請求項３記載の建設機械。
【請求項５】
前記開口部に対向して冷却風を流すためのファンを有することを特徴とする請求項３又は４記載の建設機械。
【請求項１】
エンジンと、前記エンジンの駆動により発電を行う発電手段と、前記発電手段により発電された電力を蓄電する蓄電手段と、前記蓄電手段からの電力により駆動する電動駆動手段とを備えた建設機械において、
前記蓄電手段は、前記電動駆動手段の駆動により旋回する旋回体に設置され、
当該蓄電手段は、平面視矩形の矩形板の周方向に沿って設けられた側壁の内側で前記矩形板上に複数のセルを搭載して成るサブモジュールを備え、
前記サブモジュールは、一方向に複数が並設され、これらの並設されたサブモジュールが、外枠内に配置されて当該外枠に固定され、
前記複数のサブモジュールの側壁のうちで、一列に並ばずに隣り合い対面する側壁同士が、前記旋回体の旋回方向を向くように配置されたことを特徴とする建設機械。
【請求項２】
前記サブモジュールは、前記旋回体を旋回可能に搭載した走行機構の前後方向に沿って一列に並設されていることを特徴とする請求項１記載の建設機械。
【請求項３】
前記外枠は、前記複数のセルに対応する箇所に開口部を有し、
隣り合う開口部同士の間には、上下方向に延びるリブが設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の建設機械。
【請求項４】
前記リブの外側に、当該リブを補強するための補強部材が設けられていることを特徴とする請求項３記載の建設機械。
【請求項５】
前記開口部に対向して冷却風を流すためのファンを有することを特徴とする請求項３又は４記載の建設機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２０６４１（Ｐ２０１１−２０６４１Ａ）
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６９２８８（Ｐ２００９−１６９２８８）
【出願日】平成２１年７月１７日（２００９．７．１７）
【出願人】（５０２２４６５２８）住友建機株式会社 (346)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１７日（２００９．７．１７）
【出願人】（５０２２４６５２８）住友建機株式会社 (346)
【Ｆターム（参考）】
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