JP2007071201A - 一体化された電気−液圧動力ユニットの改良された構造 - Google Patents

Abstract

【課題】組立体のコストを低減し、電動モータのダイナミック特性を改善し、組立体内の機械的部品をダイナミックにバランスさせる。
【解決手段】 通過する液圧流体流が改善された電気−液圧動力ユニットである。このユニットは、上部にフィンが鋳製されたロータ、およびロータ内に設けられた少なくとも１つの開口部を有する電動モータに、流体によって接続されたハウジング内に入口ポートを設けることにより、流体の流れを改善するものである。電動モータには、液圧ポンプの入口が、流体によって接続されており、電動モータのフィンが、液圧流体を液圧ポンプの入口に供給するようになっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気−液圧流体動力変換器に関し、より詳細には、液圧装置と結合された電気機器を備える装置に関する。

マテハンまたはその他の関連する分野では、大重量の材料を運搬するのにリフトトラックが使用されることが多い。かかるリフトトラックは、大きな鉛ー酸バッテリーまたは同様な装置を電力源として使用していることが多い。リフトトラックは一般に上昇、降下、傾斜、到達、シフトおよびその他の荷物操作機能のために液圧シリンダのシステムも使用している。

従来のトラックでは、液圧ポンプを回転させるのにバッテリー給電式電動モータを使用することが一般的である。このシステムでは、液圧および流れはポンプによって発生され、荷物を移動するのに一連の液圧シリンダに流体接続されたバルブシステムを通して変更される。

従来技術では、種々の直流電動モータを使用することが周知である。最近のソリッドステートパワー電子技術の開発により、工業用トラック内で種々の機能を達成するために、交流（ＡＣ）モータを使用することが可能となっている。かかるＡＣモータおよびそれらのソリッドステート制御装置は、当技術分野で周知である工業用トラックにおいて種々の利点を提供できる。

更に、当技術分野では、液圧ポンプに結合された電動モータを使用することは周知である。カワフネ外に付与された米国特許第5,591,013号には、従来の電気−液圧動力変換器の一例が開示されている。このカワフネ外の米国特許だけでなく、この米国特許で引用された従来技術も、電動モータのロータの中心に配置されている斜板タイプの軸流ピストンポンプを開示している。この構造の利点および欠点は、当業者には明らかであろう。

本発明は、電気機器と同じハウジング内、およびそれに隣接して、回転カムタイプの液圧装置、例えば液圧ピストンユニット、より詳細には、ポンプを設置する装置を設けることにより、前記カワフネ特許の発明を改善するものである。最も知られたタイプの回転カムタイプの液圧動力装置として、ウォッブルプレートポンプおよびラジアルピストンポンプがある。本発明では、回転カム液圧動力ユニットの種々の変形例も任意で使用できる。

液圧ポンプは、キャビテーションを防止し、適切に作動するためには、適量のオイルを供給しなければならない。このポンプは、一般に、流体で満たされた入口と、最小の負の吸引ヘッド圧（正の吸引ヘッド圧が最適である）を必要とする。

一体化されたポンプ駆動装置では、電動モータを冷却するのにオイルが使用され、この冷却は、電動モータの部品を横断するようにオイルを吸引することによって行われる。オイルは、ユニットの一端に進入し、電動モータの部品を横断するように吸引され、ピストンの反対の端部で利用される。モータを横断する流路は、ロータとステータとの間にある小さい空気ギャップであり、この流路は制限的であり、ポンプの性能を厳しく制限する。

従って、ユニットの一端から他端へ、抵抗力を最小として、オイルを移動させる従来の方法には、問題があった。本発明は、バッテリー給電式工業用トラックのための電動モータ、およびそれに関連する部品の分野における最新の開発に関するものである。

本発明は、電動式フォークリフトトラック、および同様のバッテリー給電式産業用車両の技術を改善するものである。より詳細には、本発明は、回転カム液圧動力ユニット（ポンプ）を有する電気−液圧動力ユニットを製造するための改善された方法に関する。特に本発明は、ポンプの吸引性能を高めると共に、電動モータの冷却性能を高めるように、組立体の入口から、内部に含まれるポンプの入口まで、液圧流体を連通する改善された方法を教示するものである。

本発明の目的は、（１）組立体のコストを低減させ、（２）電動モータのダイナミック特性を改善し、かつ（３）部品ごとではなく、システムとして、組立体内の機械的部品をダイナミックにバランスさせるための改善された方法を得ることにある。

従って、本発明の主な目的は、効率が改善され、コストが低減され、サイズが縮小され、構成が簡略化され、吸引性能が向上され、かつ信頼性が改善された、回転カム液圧動力ユニットを含む電気−液圧動力変換器を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、最小の抵抗力、および上昇された圧力で、ユニットの一端から他端に、オイルを移動させるための通路を、ハウジングに設けることができる上記のユニットを提供することにある。

本発明の別の目的は、ウォッブルプレート組立体と適正にバランスさせ、ロータにかかかる慣性を最小にするよう、電動モータのロータの内部に開口部を設けることにある。

本発明の更に別の目的は、液圧ポンプ入口への過給を行うよう、ロータのフィンを利用することにある。

本発明の更に別の目的は、高速度および大流量で作動できる電気−液圧動力ユニットを提供することにある。

本明細書および特許請求の範囲から、本発明の上記およびそれ以外の目的、特徴または利点が明らかとなると思う。

内部に入口ポートを有するハウジングを備える、電気−液圧動力ユニットが提供される。ハウジング内には、電動モータが設けられ、この電動モータは、入口ポートに流体接続されると共に、内部に少なくとも１つの開口部を有する特別に設計されたロータを有する。

ロータは、ショートリング、またはこのショートリング上に鋳製された翼を有する同様のディスクを有し、このリングまたはディスクは、液圧ポンプの入口に過給するのに使用できる。更にこの動力ユニットは、電動モータに流体接続された入口を有する液圧ポンプを備えている。この動力ユニットは、ハウジングの入口ポートにオイルが流入し、更に電動モータに流入し、ここで、ロータ内の開口部によって、オイルが液圧ポンプの入口まで移動するのを助けるようになっている。

図１および図２を参照する。これら図には、回転カム式液圧動力ユニット１２、および電気ー液圧動力変換器１０が示されている。この液圧動力ユニット１２は、ハウジング１４と、電気機器すなわちモータ１６と、過給液圧装置すなわちポンプ１８とを備えている。

電気機器は、好ましくは交流（ＡＣ）誘導モータであるが、交流（ＡＣ）電気機器、直流（ＤＣ）電気機器、誘導電気機器、単相電気機器、三相電気機器、多相電気機器、リラクタンススイッチング電気機器、極性書き込み電気機器、永久磁石交流（ＰＭＡＣ）電気機器、永久磁石直流（ＰＭＤＣ）電気機器、シャント巻電気機器、直流巻電気機器、複合巻電気機器、同期式電気機器、分離励磁電気機器、ブラシレス電気機器、ブラシ付き電気機器、ブラシレス直流電気機器、および横断磁束電気機器を含む従来の公知の電気機器であってもよい。

電気機器１６は、電子コントローラ（図示せず）により制御され、所望の速度および方向に任意に回転させられる。この電子コントローラは、三相の交流インバータであることが好ましい。簡単にするためには、このインバータを、電圧可変／周波数可変インバータとする。

制御の精度を改善するには、このインバータを、ベクトルタイプのインバータ、または磁界配向制御タイプのインバータとすることが好ましい。このインバータ（図示せず）は、電源モジュールとして、予め組み立てられたソリッドステートのパワースイッチを含むことが好ましい。このインバータは、本明細書に説明する電気−液圧ユニットと一体化していることが好ましいが、インバータを装置から離間して設けてもよい。

図２は、電気機器のモータが当技術分野で知られているかご形モータとなっている、電気−液圧動力変換器の一実施例を示す。当業者であれば、他の電動モータ、例えば永久磁石モータも使用できることが理解できると思う。

図２において、電動モータ１６は、ステータ２０と、一連の導線から構成されたステータ巻線２２と、いわゆるかご形組立体２６を含むロータとして知られる回転部分、およびシャフト２８を有する回転組立体２３を備えている。ステータ２０は、ハウジング１４内に圧嵌されていることが好ましい。回転組立体２３は、傾斜した表面を有するウォッブル（揺動）プレート３０を備えている。

ロータ２４が回転すると、ウォッブルプレート３０は、液圧装置１８に対して、みそすり運動をする。ウォッブルプレートのこのみそすり運動により、各ピストン３２は、それぞれのシリンダの円筒形ボア３４内に順次押し込まれ、ウォッブルプレートポンプなる名称で知られる軸流ピストンポンプ１８を構成する。

ハウジングは、流体を受ける流入口３６を有する。ロータ２４は、ユニット内の流体を液圧ポンプの円筒形ボア３４に直接向けて押し込むのを助けるための複数の軸方向を向く孔または開口部、すなわちポート３８を有する。この実施例では、ロータ２４は、遠心ポンプ用フィン４０を有し、このフィン４０は、ロータ２４のショートリング４２上に一体鋳製されている。

これとは異なり、図３に示すような内部磁石（すなわちＩＰＭ）モータ構造が存在する。この実施例では、ロータ２４内に複数の永久磁石４４が配置されており、ステータ２０は、複数のスロット４６（図４参照）を有し、ワイヤー２２が、これらのスロットを貫通している。

内部永久磁石モータを使用するときには、遠心ポンプのフィン４０には、ロータの磁石保持ディスクが一体に形成される。

更に別の実施例では、ウォッブルプレートプレート３０またはロータ２４に取り付けられた別個のディスクに、遠心ポンプのフィン４０が取付けられている。こうして、これら実施例では遠心ポンプが提供される。別の実施例では、流体を過給するために、液圧ピストンポンプと組み合わせて遠心ポンプが使用される。

すべての実施例では、システム内の流体を過給し、かつ各実施例が過給液圧ポンプ１８を有するようにするために、遠心ポンプフィンが使用される。

作動時に、電気−液圧動力ユニット１０によって、液圧流体は入口ポート３６に吸引され、流体ライン４８に沿って流れる。液圧流体は、モータ１６の種々の部品を通過し、流入口３６からロータ２４内の孔、すなわち開口部３８を通過し、最終的に、ポンプ側のロータ２４から押し出される。

遠心ポンプのフィン４０は、フィンから遠くに流体を放出し、ポンプ作用を生じさせる。従って、遠心ポンプのフィン４０は、オイルが往復ピストンポンプに進入する前に油圧を上昇させ、流体を過給する。ロータが特に高速で回転するときに、フィン４０は液圧流体を径方向に加速し、ポンプ動作を生じさせる。これにより、流体はロータ２４を通過するように吸引され、ピストンポンプ内にポンピングされる。

従って、本発明は、ＡＣ電気モータとチェックボール液圧ポンプの組み合わせ体に適用できる。このユニットは、ポンプと電気原動機とを一体化しなければならないような用途でも使用しうる。またこのユニットは、特にフォークリフト業界用に製造される。更にこのユニットは、少なくとも１つの電気機器の任意の組み合わせ、例えば液圧モータと発電機との一体化にも適用できる。更にこのユニットは、単一電動モータでもよいし、複数の液圧ユニットでもよい。

更に、モータのロータ２４を貫通する孔または開口部を設けることにより、ユニットを通過する液圧流体の制限が最小となり、よってピストンの流体による充満を改善できる。

更に、一実施例におけるこれら開口部またはオイルポート３８は、例えばウォッブルプレート３０固有の機械的なアンバランスに反作用するために、非対称的パターン、例えば半円形パターンにドリル加工するべきである。このようにすることにより、開口部またはポートの構造は、ロータとウォッブルプレートとの組立体をバランスさせ、ロータ２４の慣性（質量）を最小にすることが設計できる。

ウォッブルプレート３０には、カウンターバランス部品をオプションで設けてもよい。これにより、ウォッブルプレートを内部でバランスさせ、カウンターバランスロータ開口部のパターンを設けなくてもよいようにできる。従って本発明によると、機械的組立体を簡単にバランスさせることができる。

当業者であれば、ピストングループの最も近くにあるロータ２４の端部に設けられたフィン４０は、インペラーとして作動し、ピストンの入口に供給流体を過給するように働くことも理解できると思う。

更に本発明は、ロータ２４の面における遠心ポンプ作用により、オイルをあらかじめ充満することにより液圧ポンプの充満を改善できる。従って、これによって、ウォッブルプレート構造のコストの低減と簡略化が可能となり、ロータ２４を軽量化することにより、電動モータのダイナミック応答を改善できる。

更に、ピストンポンプに遠心過給することにより、ピストンポンプは高速で作動し、液圧流体の流量を増すことができる。従って、少なくとも上記目的のすべてを満たすことができる。

当業者者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、上記した装置について、上記以外の種々の変更が可能であることを理解できると思う。かかる変更または変形のいずれも、本発明の範囲に含まれるものであり、特許請求の範囲にカバーされるものである。

電気−液圧動力ユニットで使用されるシャフトロータとウォッブルプレート組立体の斜視図である。 電気−液圧動力ユニットの断面図である。 電気−液圧動力ユニットの断面図である。 電気−液圧動力ユニットのステータの断面図である。

符号の説明

１０ 電気−液圧動力変換器
１２ 液圧動力ユニット
１４ ハウジング
１６ モータ
１８ ポンプ
２０ ステータ
２２ ステータ巻線
２３ 回転組立体
２４ ロータ
２６ かご形組立体
２８ シャフト
３０ ウォッブルプレート
３２ ピストン
３４ 円筒形ボア
３６ 流入口
３８ ポート
３９ 入口
４０ フィン
４２ ショートリング
４４ 永久磁石
４６ スロット
４８ 流体ライン

Claims (3)

1. ハウジングと、
   ハウジング内に設けられた入口孔と、
   前記入口孔に流体的に接続してハウジング内に設けられ、かつ少なくとも１つの開口部を内部に有する電動モータと、
   前記電動モータに作動的に接続されたフィンと、
   前記電動モータに流体的に接続された液圧ポンプとを備える、電気−液圧動力ユニット。
2. 前記電動モータのロータは、前記液圧ポンプの入口に流体的に接続されている、請求項１記載の電気−流体動力ユニット。
3. ハウジングと、
   前記ハウジング内に設けられた入口孔と、
   前記ハウジング内に設けられ、前記入口孔に流体接続されると共に、内部に少なくとも１つの開口部を有するロータを備える電動モータと、
   前記電動モータに流体的に接続された入口孔を有する液圧ポンプとを備える、電気−液圧動力ユニット。

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