JP2024121033A - 作業用車両 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効率の向上を実現し得る作業用車両を提供する。【解決手段】車体３の前部に設けられる第１機器室５０と、車体３の後部に設けられる第２機器室５２と、車体３の内部において第１機器室５０を周囲から仕切る第１仕切部６２と、車体３の内部において第２機器室５２を周囲から仕切る第２仕切部９２と、を備え、第１機器室５０は、油圧ポンプ６４、６６と、電動モータ６８、７０と、インバータ７２、７４と、を含む熱を発生して相対的に高温になるもしくは耐熱性が相対的に高い機器を備え、第２機器室５２は、車載充電器９４と、バッテリパック９６と、コンバータ９８と、コントローラ１００と、を含む熱を発生して相対的に高温にならないもしくは耐熱性が相対的に低い機器を備え、第１機器室５０と第２機器室５２とは、別個の冷却ファン８４（８６）と１０６（１０８）によって冷却されることを特徴とする作業用車両。【選択図】図４

Description

本発明は、油圧により作動する作業装置と、作業装置の駆動源となる電動モータと、電動モータに電力を供給するバッテリパックと、を備える作業用車両に関する。

作業用車両の例として、走行用のクローラもしくはタイヤが取付けられた下部体と、下部体の上に配設された上部体と、下部体もしくは上部体に取付けられて油圧により作動する作業装置を備える油圧ショベル、トラックローダ等が従来より知られている。

昨今では、従来のエンジンに代えて電動モータによって駆動される作業用車両が開発されている。作業用車両の電動化においては、搭載機器の熱制御が重要である（特許文献１：特許第７１８２７４８号公報参照）。

特許第７１８２７４８号公報

上記に例示される作業用車両は、車体内部を、電気機器が収容される電気機器室と、油圧機器が収容される油圧機器室と、に仕切り、電気機器を冷却する専用の冷却装置と、油圧機器を冷却する専用の冷却装置と、を別に設けることで、冷却効率の向上を図っている。機器の冷却に関しては、各機器室の最も耐熱性の低い（熱に弱い）機器に基準温度を合わせて冷却装置を稼働する必要がある。しかし、電気機器と油圧機器という括りでは、機器毎の適正温度帯の幅が大きいため、冷却装置の制御が困難となり、効率的な冷却がなされているとはいえなかった。結果として、冷却装置の稼働率が上がりやすくなり、電力消費量の増大や冷却装置（ファン等）による騒音の発生につながっていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、冷却効率の向上を図り、電力消費量の低減および騒音の抑制を実現し得る作業用車両を提供することを目的とする。

本発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。

車体と、走行装置と、油圧により作動する作業装置と、前記走行装置もしくは前記作業装置の駆動源となる電動モータと、を備える作業用車両であって、前記車体の前部に設けられる第１機器室と、前記車体の後部に設けられる第２機器室と、前記車体の内部において前記第１機器室を周囲から仕切る第１仕切部と、前記車体の内部において前記第２機器室を周囲から仕切る第２仕切部と、を備え、前記第１機器室は、前記走行装置もしくは前記作業装置に作動油を供給する油圧ポンプと、前記油圧ポンプを駆動する前記電動モータと、前記電動モータの駆動電圧を制御するインバータと、を含む熱を発生して相対的に高温になるもしくは耐熱性が相対的に高い機器を備え、前記第２機器室は、前記電動モータを駆動する電力を供給する車載充電器と、前記車載充電器から供給される電力を蓄える蓄電池を有するバッテリパックと、前記バッテリパックの出力電圧を変換するコンバータと、コントローラと、を含む熱を発生して相対的に高温にならないもしくは耐熱性が相対的に低い機器を備え、前記第１機器室と前記第２機器室とは、別個の冷却ファンによって冷却されることを要件とする。

上記の構成によれば、各機器室に配設されている機器の適正温度帯の幅が小さくなるため、基準温度の管理（すなわち、冷却ファンの制御）を容易化することができる。従って、冷却効率が向上し、電力消費量の低減や冷却ファンによる騒音の抑制が可能である。また、第１機器室と第２機器室とが仕切部によって隔離されているため、第１機器室で発生した熱が第２機器室に伝わることを防止することができる。従って、耐熱性の低い機器の熱害を防止することができる。

また、前記第１機器室は、前記車体の前部に第１吸気口を有し、前記車体の一方の側部に第１排気口を有することが好ましい。

また、前記第２機器室は、前記車体の他方の側部に第２吸気口を有し、前記一方の側部に第２排気口を有し、前記第２吸気口に対して近い位置に配置される前記車載充電器と、遠い位置に配置される前記バッテリパックと、を仕切る第３仕切部を備えることが好ましい。

また、前記車体は、前記後部に設けられて旋回時のバランスをとるカウンタウェイトを備え、前記カウンタウェイトは、前記第２吸気口に近い位置に第３吸気口を有し、前記バッテリパックは、主として前記第３吸気口から取込まれた外気によって冷却されることが好ましい。

また、前記第２機器室は、前記第２排気口に近接するオイルクーラを備え、前記カウンタウェイトは、前記第２排気口に近い位置に第４吸気口を有し、前記オイルクーラは、前記第２吸気口、前記第３吸気口、および前記第４吸気口から取込まれた外気によって冷却されることが好ましい。

本発明によれば、作業用車両における冷却効率の向上を図ることができる。従って、電力消費量の低減および騒音の抑制を実現することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る作業用車両の例を示す斜視図である。 図２は、図１に示す作業用車両の別方向からの斜視図である。 図３Ａは、作業用車両の上部体の背面図である。図３Ｂは、カウンタウェイトおよびバッテリカバーを不図示とした作業用車両の上部体の背面図である。 図４は、図３に示すIV－IV断面の断面図である。 図５は、第１機器室の内部を示す斜視図である。 図６は、第１仕切部を示す斜視図である。 図７は、第２機器室の内部を示す斜視図である。 図８は、第２仕切部を示す斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。図１および図２は、本実施形態に係る作業用車両１の例を示す概略図（左後部上方および右前部上方からの斜視図）である。なお、説明の便宜上、図中において矢印により上下、左右、前後の方向を示す場合がある。また、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

本実施形態の作業用車両１として、油圧ショベルを例に挙げて説明する。ただし、作業用車両１は、油圧ショベルに限定されるものではない。

図１および図２に示すように、作業用車両１は、車体として下部体２および下部体２の上に配設される上部体３を備えている。上部体３は、電動旋回モータ（不図示）によって旋回される。なお、作業用車両１は、下部体２と上部体３とが一体の構成であってもよい。

下部体２は、走行を行う走行装置１０を備えている。走行装置１０の例として、左右に一対のクローラ（無限軌道）２６を備えている。ただし、走行装置１０は、クローラ２６に限定されるものではない。他の例として、作業用車両１は、クローラ２６に代えてタイヤを備える構成としてもよい（不図示）。クローラ２６は、走行油圧モータ２８によって駆動（走行）される。

作業用車両１は、下部体２や上部体３に取付けられて油圧（所定圧力の作動油）により作動する作業装置１２、１４を備えている。

作業装置１２の例として、排土板２４を備えている。排土板２４は、上下（前後成分を含む）に揺動可能に下部体２に取付けられている。排土板２４は、油圧シリンダ（排土板シリンダ）３０によって駆動される。ただし、作業装置１２は、上記の構成に限定されるものではない。

作業装置１４の例として、ブーム３２、アーム３４、およびアタッチメント（本実施形態においては、バケット）３６を備えている。ただし、アタッチメント３６は、バケットに限定されるものではない。ブーム３２は、上下（前後成分を含む）に揺動可能に上部体３に取付けられている。本実施形態においては、上部体３とブーム３２との間にブームブラケット３７が設けられている。ブームブラケット３７によって、ブーム３２は上部体３に対して左右（前後成分を含む）に揺動可能となる。なお、ブームブラケット３７は省略されてもよい。アーム３４は、上下（前後成分を含む）に揺動可能にブーム３２に取付けられている。アタッチメント３６は、上下（前後成分を含む）に揺動可能にアーム３４に取付けられている。ブーム３２は、油圧シリンダ（ブームシリンダ）３８によって駆動される。アーム３４は、油圧シリンダ（アームシリンダ）４０によって駆動される。アタッチメント３６は、油圧シリンダ（バケットシリンダ）４２によって駆動される。ただし、作業装置１４は、上記の構成に限定されるものではない。

上記の走行油圧モータ２８および各油圧シリンダの駆動を行うための駆動機構は、駆動源により駆動される油圧ポンプ（詳細は後述する）、制御バルブ（不図示）等からなる。オペレータが操作装置を操作することにより制御バルブを作動させて、油圧ポンプから送出される所定圧力の作動油を走行油圧モータ２８および各油圧シリンダに供給する制御が行われる。これにより、走行装置１０による走行、および作業装置１２、１４による作業を行うことができる。本実施形態において、作業用車両１は、上記の駆動源として電動モータ（詳細は後述する）を備えている。

また、作業用車両１は、電動モータに電力を供給する車載充電器９４を備えている。車載充電器９４から出力される電力は、バッテリパック９６、インバータ（詳細は後述する）を介して電動モータに供給される。バッテリパック９６は、供給された電力を蓄える第１蓄電池（例えば、リチウムイオン蓄電池）、電動モータや蓄電池（第１蓄電池）への電力供給の制御を行う制御部等を備えている（いずれも不図示）。バッテリパック９６には、第２蓄電池（例えば、鉛蓄電池）、各スイッチ（コントローラ）が接続されている（いずれも不図示）。

続いて、上部体３の構成について詳しく説明する。上部体３は、下部に強度部材であり且つ搭載機器の支持部材である本体フレーム１８を備えている。本体フレーム１８は、所定形状に加工された板材や梁材等が溶接されて一体に形成されている。上部体３は、左前部にオペレータが乗車して走行や作業の操作を行う操作装置が設けられた運転室１６を備えている。本実施形態においては、運転室１６の室内空調用のエアコンが設けられている。

上部体３は、後部に旋回時のバランスをとるカウンタウェイト２０を備えている。上部体３は、右中央部に作動油を貯留する作動油タンク２２を備えている。上部体３は、本体フレーム１８上に搭載された機器を覆う外装カバー（右サイドカバー４４、左サイドカバー４６、およびバッテリカバー４８）を備えている。運転室１６、カウンタウェイト２０、および作動油タンク２２は、本体フレーム１８に取付けられている。各外装カバーは、フロアフレーム（不図示）に取付けられている。

図４に示すように、上部体３は、前部（運転室１６の右方且つ作動油タンク２２の前方）に第１機器室５０を備えている。第１機器室５０は、本体フレーム１８上に立設されている仕切板６０と、作動油タンク２２の前面２２ａと、からなる第１仕切部６２によって、上部体３の内部において周囲から区切られている。第１機器室５０は、上部が右サイドカバー４４によって覆われている。上部体３は、後部（運転室１６および作動油タンク２２の後方）に第２機器室５２を備えている。第２機器室５２は、本体フレーム１８上に立設されている仕切板９１と、作動油タンク２２の後面２２ｂと、からなる第２仕切部９２によって、上部体３の内部において周囲から区切られている。第２機器室５２は、上部が左サイドカバー４６およびバッテリカバー４８によって覆われている。

先ず、第１機器室５０について説明する（図５および図６参照）。第１機器室５０には、作業用車両１の稼働に際して熱を発生して相対的に高温になるもしくは耐熱性が相対的に高い（以下、「適正温度帯が高い」という）機器が配設されている。具体的に、第１機器室５０は、第１油圧ポンプ６４および第２油圧ポンプ６６を備えている。第１機器室５０は、第１電動モータ６８および第２電動モータ７０を備えている。第１機器室５０は、第１インバータ７２、第２インバータ７４、第３インバータ７６、および第４インバータ７８を備えている。第１機器室５０は、エアコンコンプレッサ８０およびミニ電動モータ８２を備えている。

第１電動モータ６８および第２電動モータ７０は、電動モータブラケット８３に上下に並べて取付けられている。第１電動モータ６８は、第１油圧ポンプ６４を駆動する。第２電動モータ７０は、第２油圧ポンプ６６を駆動する。

第１油圧ポンプ６４は、第１電動モータ６８の後部に取付けられている。第２油圧ポンプ６６は、第２電動モータ７０の後部に取付けられている。第１油圧ポンプ６４および第２油圧ポンプ６６は、作動油タンク２２に貯留されている作動油を吸い込んで走行装置１０もしくは作業装置１２、１４に供給（圧送）する。

第１インバータ７２、第２インバータ７４、第３インバータ７６、および第４インバータ７８は、仕切板６０に取付けられている。第１インバータ７２は、第１電動モータ６８の駆動電圧を制御する。第２インバータ７４は、第２電動モータ７０の駆動電圧を制御する。第３インバータ７６は、電動旋回モータの駆動電圧を制御する。第４インバータ７８は、ミニ電動モータ８２の駆動電圧を制御する。

エアコンコンプレッサ８０は、電動モータブラケット８３の上方に配設されている。

ミニ電動モータ８２は、エアコンコンプレッサ８０の前部に取付けられている。ミニ電動モータ８２は、エアコンコンプレッサ８０を駆動する。

第１機器室５０は、上部体３（右サイドカバー４４）の前部に第１吸気口８８を有している。第１吸気口８８は、一つもしくは複数設けられている。第１機器室５０は、上部体３（右サイドカバー４４）の右側部に第１排気口９０を有している。第１排気口９０は、一つもしくは複数設けられている。

第１機器室５０は、冷却ファン８４、８６を備えている。冷却ファン８４、８６は、前部（第１吸気口８８の手前）に上下に並べて配設されている。冷却ファン８４は、常時稼働のメインファンである。冷却ファン８６は、作業用車両１の稼働状況に応じて補助的に稼働するサブファンである。なお、冷却ファン８６は省略されてもよい。

第１機器室５０には、冷却ファン８４、８６を回転させることで、第１吸気口８８を通じて冷却風（外気）が取込まれる。取込まれた冷却風は、第１仕切部６２に沿って第１機器室５０内を通流し、当該室内の各機器を冷却する。当該機器から吸熱して昇温した冷却風は、第１排気口９０を通じて第１機器室５０外に排出される。

次に、第２機器室５２について説明する（図３Ｂ、図７、および図８参照）。第２機器室５２には、作業用車両１の稼働に際して熱を発生して相対的に高温にならないもしくは耐熱性が相対的に低い（以下、「適正温度帯が低い」という）機器が配設されている。具体的に、第２機器室５２は、車載充電器９４、バッテリパック９６、コンバータ９８、およびコントローラ１００を備えている。

また、第２機器室５２は、オイルクーラ１０２およびエアコンコンデンサ１０４を備えている。

車載充電器９４は、第２機器室５２の左部（第２吸気口１１０（詳細は後述する）に対して近い位置）に配設されている。車載充電器９４は、電動モータ６８、７０等を駆動する電力を供給する。

バッテリパック９６は、第２機器室５２の中央部（第２吸気口１１０に対して遠い位置）に配設されている。バッテリパック９６は、仕切板１１４、１１６からなる第３仕切部１１８によって、第２機器室５２の内部において、車載充電器９４、コンバータ９８、およびコントローラ１００から区切られている。仕切板１１４は、車載充電器９４とバッテリパック９６との間に設けられている。仕切板１１６は、バッテリパック９６の上方に設けられている。バッテリパック９６は、車載充電器９４から供給される電力を蓄える。

コンバータ９８は、仕切板１１６上に取付けられている。コンバータ９８は、バッテリパック９６の出力電圧を変換する。

コントローラ１００は、コンバータ９８の左方に位置し、仕切板１１６上に取付けられている。コントローラ１００は、作業用車両１の作動（電動旋回モータによる旋回、走行装置１０による走行、作業装置１２、１４による作業、室内空調用のエアコンの運転等）の制御と、搭載機器に対する電力供給の制御と、を含む複数の制御を行う。なお、これらの制御は、複数のコントローラ（不図示）によって行われてもよい。

オイルクーラ１０２は、右部（第２排気口１１２に近接した位置）に配設されている。オイルクーラ１０２は、走行装置１０および作業装置１２、１４から返送される作動油を冷却する。

エアコンコンデンサ１０４は、オイルクーラ１０２の下方に配設されている。

第２機器室５２は、上部体３（左サイドカバー４６）の左側部に第２吸気口１１０を有している。第２吸気口１１０は、一つもしくは複数設けられている。第２機器室５２は、上部体３（右サイドカバー４４）の右側部（第１排気口９０よりも後方の位置）に第２排気口１１２を有している。第２排気口１１２は、一つもしくは複数設けられている。

第２機器室５２は、冷却ファン１０６、１０８を備えている。冷却ファン１０６は、オイルクーラ１０２の左方に取付けられている。冷却ファン１０８は、エアコンコンデンサ１０４の左方に取付けられている。なお、冷却ファン１０８は、エアコンコンデンサ１０４を主たる冷却対象とする冷却ファンである。

第２機器室５２には、冷却ファン１０６、１０８を回転させることで、第２吸気口１１０を通じて冷却風が取込まれる。取込まれた冷却風は、第２仕切部９２および第３仕切部１１８に沿って第２機器室５２内を通流し、当該室内の各機器を冷却する。具体的に、冷却風は、先ず車載充電器９４を冷却し、次いでコントローラ１００を冷却し、次いでコンバータ９８を冷却し、次いでオイルクーラ１０２およびエアコンコンデンサ１０４を冷却する。当該機器から吸熱して昇温した冷却風は、第２排気口１１２を通じて第２機器室５２外に排出される。

ここで、バッテリパック９６は、第３仕切部１１８によって区切られて（遮蔽されて）いるため、昇温した冷却風は、バッテリパック９６側へ流入しない。これにより、特に熱に弱いとされているバッテリパック９６の温度上昇を抑制することができる。

バッテリパック９６は、後部がカウンタウェイト２０によって覆われている。カウンタウェイト２０は、左部（第２吸気口１１０に近い位置）に第３吸気口１２０を有している。カウンタウェイト２０は、右部（第２排気口１１２に近い位置）に第４吸気口１２２を有している。

バッテリパック９６は、第３吸気口１２０を通じて取込まれた冷却風によって冷却される。取込まれた冷却風は、バッテリパック９６から発生した熱の滞留を解消する。これにより、バッテリパック９６の熱害を防止することができる。

オイルクーラ１０２およびエアコンコンデンサ１０４は、第２吸気口１１０を通じて取り込まれた冷却風に加え、第３吸気口１２０および第４吸気口１２２を通じて取込まれた冷却風によって冷却される。取込まれた冷却風は、第２排気口１１２を通じて第２機器室５２外に排出される。これにより、オイルクーラ１０２およびエアコンコンデンサ１０４を効率よく冷却することができる。

ここまで説明した通り、本実施形態における作業用車両１は、上部体３の前部に設けられる第１機器室５０と、上部体３の後部に設けられる第２機器室５２と、を備え、第１機器室５０には、適正温度帯が高い機器が配設され、第２機器室５２には、適正温度帯が低い機器が配設され、第１機器室５０と第２機器室５２とは、別個の冷却ファン８４（８６）と１０６（１０８）とによって冷却される構成である。これにより、各機器室５０、５２に配設されている機器の適正温度帯の幅が小さくなるため、基準温度の管理（すなわち、冷却ファンの制御）を容易化することができる。従って、冷却効率が向上し、電力消費量の低減や冷却ファンによる騒音の抑制が可能である。また、機器室５０、５２が仕切部６２、９２によって隔離されているため、第１機器室５０で発生した熱が第２機器室５２に伝わることを防止することができる。従って、耐熱性の低い機器の熱害を防止することができる。

また、本実施形態における作業用車両１は、上部体３の前部に第１吸気口８８を有し、上部体３の左側部に第２吸気口１１０を有している。作業用車両１は、上部体３の右側部に第１排気口９０および第２排気口１１２を有している。すなわち、吸気口８８、１１０は、排気口９０、１１２が設けられている車体面の対面もしくは側面に設けられているため、第１機器室５０および第２機器室５２は、常に新鮮な（すなわち、外気温の）冷却風を取込むことができる。従って、冷却効率を向上することができる。

以上説明した通り、本発明によれば、冷却効率の向上を実現し得る作業用車両を提供することができる。

作業用車両１として、駆動機構を構成する油圧ポンプを二個搭載する作業用車両を例に上げたが、作業装置１２、１４や走行装置１０の構成や負荷等に応じて、一個もしくは三個以上の複数個を搭載する構成としてもよい。また、上記の油圧ポンプの個数や定格出力等に応じて、駆動源を構成する電動モータの数を適宜変更してもよい。

作業用車両１として、室内空調用の運転室１６にエアコンを搭載する作業用車両を例に上げたが、エアコンを搭載しない構成としてもよい。その場合、エアコンコンプレッサ８０、ミニ電動モータ８２、第４インバータ７８、エアコンコンデンサ１０４、および冷却ファン１０８は省略される。

本発明は、上記の例（油圧ショベル）に限定されるものではない。本発明は、その他の作業用車両（例えば、トラックローダ、キャリア等）に対して同様に適用できる。

１ 作業用車両
２ 下部体
３ 上部体
１０ 走行装置
１２、１４ 作業装置
５０ 第１機器室
５２ 第２機器室
６２ 第１仕切部
９２ 第２仕切部
１１８ 第３仕切部

Claims (5)

1. 車体と、走行装置と、油圧により作動する作業装置と、前記走行装置もしくは前記作業装置の駆動源となる電動モータと、を備える作業用車両であって、
   前記車体の前部に設けられる第１機器室と、前記車体の後部に設けられる第２機器室と、前記車体の内部において前記第１機器室を周囲から仕切る第１仕切部と、前記車体の内部において前記第２機器室を周囲から仕切る第２仕切部と、を備え、
   前記第１機器室は、前記走行装置もしくは前記作業装置に作動油を供給する油圧ポンプと、前記油圧ポンプを駆動する前記電動モータと、前記電動モータの駆動電圧を制御するインバータと、を含む熱を発生して相対的に高温になるもしくは耐熱性が相対的に高い機器を備え、
   前記第２機器室は、前記電動モータを駆動する電力を供給する車載充電器と、前記車載充電器から供給される電力を蓄える蓄電池を有するバッテリパックと、前記バッテリパックの出力電圧を変換するコンバータと、コントローラと、を含む熱を発生して相対的に高温にならないもしくは耐熱性が相対的に低い機器を備え、
   前記第１機器室と前記第２機器室とは、別々の冷却ファンによって冷却されること
   を特徴とする作業用車両。
2. 前記第１機器室は、前記車体の前部に第１吸気口を有し、前記車体の一方の側部に第１排気口を有すること
   を特徴とする請求項１に記載の作業用車両。
3. 前記第２機器室は、前記車体の他方の側部に第２吸気口を有し、前記一方の側部に第２排気口を有し、前記第２吸気口に対して近い位置に配置される前記車載充電器と、遠い位置に配置される前記バッテリパックと、を仕切る第３仕切部を備えること
   を特徴とする請求項２に記載の作業用車両。
4. 前記車体は、前記後部に設けられて旋回時のバランスをとるカウンタウェイトを備え、
   前記カウンタウェイトは、前記第２吸気口に近い位置に第３吸気口を有し、
   前記バッテリパックは、主として前記第３吸気口から取込まれた外気によって冷却されること
   を特徴とする請求項３に記載の作業用車両。
5. 前記第２機器室は、前記第２排気口に近接するオイルクーラを備え、
   前記カウンタウェイトは、前記第２排気口に近い位置に第４吸気口を有し、
   前記オイルクーラは、前記第２吸気口、前記第３吸気口、および前記第４吸気口から取込まれた外気によって冷却されること
   を特徴とする請求項４に記載の作業用車両。

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