JP2008007023A

JP2008007023A - 発電電動機

Info

Publication number: JP2008007023A
Application number: JP2006181227A
Authority: JP
Inventors: Kiyoharu Nakao; 清春中尾
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2026-06-30
Also published as: JP4413207B2

Abstract

【課題】発電電動機のコイル部に対する冷却効率を高めることのできる発電電動機を提供する。
【解決手段】ロータ6の一側面6aに形成された凹部10に、ノズル11から噴射された油を衝突させる。内周面10b側に衝突した油は、つぶ状になって飛散してコイル部8に降り注がれ、コイル部8の冷却を行う。また、内周面10bに溜まった油は、連通孔12によってロータ6の他側面6b側に排出され、ロータ6の回転にともなって、放射方向に飛散してコイル部8の冷却を行う。ノズル11は、フライホイールハウジング3の胴体部3aに形成した流路15に接続しており、流路15は図示せぬギャラリーポートに接続している。
【選択図】図２

Description

本発明は、作業車輌に搭載される発電電動機に関し、特に、ハイブリッド型の作業車輌に搭載される発電電動機に関するものである。

従来から、エンジンと発電電動機（モータジェネレータとも言われる。）を併用したハイブリッド車輌が用いられている。発電電動機は、ハイブリッド車輌をエンジン駆動しているときには発電を行い、ハイブリッド車をモータ駆動するときにはモータとして機能する。あるいは、エンジンの出力トルクが発電電動機の駆動トルクよりも大きいときには、発電電動機は発電機として作用して電力を発生させる。また、エンジンの出力トルクが発電電動機の駆動トルクよりも小さいときには、発電電動機はモータとして作用してエンジンをアシストする。

このため、発電電動機内では発熱が生じており、発電電動機における発熱を抑制しておかないと、発電電動機が故障してしまう原因となる。このため、発電電動機についても冷却しておくことが必要となっている。

発電電動機を冷却しているものとしては、発電電動機専用の冷却回路を構成したモータジェネレータの冷却装置（特許文献１参照。）などが提案されている。また、モータを冷却した油の温度を利用して、発電電動機を冷却した油をエンジンの予熱手段として用いたハイブリッド型車輌（特許文献２参照。）が提案されている。

特許文献１に記載された冷却装置を、本発明の従来例１として、図４にはその側面図を示している。図４に示すように、冷却装置では、ブリーザ51付きモータジェネレータ50内のオイルパン52に溜まった油を、油路57を介してエンジンドライブ方式のオイルポンプ53によって吸引する構成となっている。
また、オイルポンプ53から吐出した油は、油路56を介してモータジェネレータ50に供給されて、モータジェネレータ50を冷却する。油路56の途中には、モータジェネレータ50を冷却する油をろ過した後で冷却するための、オイルフィルタ54とオイルクーラ55とが配設されている。

特許文献２に記載されたハイブリッド型車輌を、本発明の従来例２として、図５には前記ハイブリッド型車輌におけるエンジンの余熱回路図を示している。図５に示すように、図示せぬハイブリッド車輌は、エンジン60とモータ61とを有しており、エンジン60のみを駆動源とするエンジン駆動モードと、モータ61のみを駆動源とするモータ駆動モードとの、少なくとも二つのモードで走行することができる。尚、特許文献２においては、モータ61が上述した発電電動機に対応している。

エンジンの余熱回路内には、エンジン60に対してエンジンオイル64を供給して潤滑するエンジン潤滑手段と、エンジン60に対して冷却水を供給して冷却するエンジン冷却手段と、モータ61に対して油を供給して冷却するモータ冷却手段とが構成されている。

また、エンジン予熱手段が設けられており、モータ61を冷却した後の油を、切換弁62を切換えてエンジン潤滑手段及びエンジン冷却手段の少なくとも一方に供給することができる。これにより、エンジン始動時におけるエンジンオイル64及び冷却水の少なくとも一方を加熱することができ、エンジン60を暖めることによってエンジン60の始動を行い易くすることができる。

モータ61を冷却した後の油の温度が、エンジンオイル64及び冷却水の温度よりも低い場合には、切換弁62を切換えてエンジン潤滑手段及びエンジン冷却手段への供給を停止する。そして、モータ61を冷却した後の油は、オイルクーラ63によって直接冷却する回路構成となる。
特開２００２−１３５９０７号公報特開平６−５４４０９号公報

発電電動機ではコイル部における発熱が、他の部位における発熱よりも高くなる。特に、発電電動機のコイル部においては高い発熱が生じるので、熱によってコイル部が焼き切れてしまう問題が生じる。このため、コイル部を冷却すれば発電電動機に対する冷却効果も高まることになる。しかし、上述した特許文献１に記載されている冷却装置や特許文献２に記載されている余熱回路では、モータジェネレータ50及びモータ61に対してどの部位を冷却しているかについては、開示されていない。

まして、重点的に冷却を行うことが望ましいモータジェネレータ50及びモータ61のコイル部をそれぞれ冷却するための構成については、開示も示唆もされていない。
また、特許文献１及び特許文献２では、それぞれモータジェネレータ50及びモータ61を冷却するために、専用の冷却回路を構成している。このため、専用の冷却回路には、それぞれ冷却用の油を循環させるためのオイルポンプや、油を冷却するためのオイルクーラ等を設けておくことが必要となる。従って、オイルポンプやオイルクーラ等を配設するための場積を必要とする。

しかも、専用の冷却回路内を循環する油の劣化を防止するため、定期的に油の交換作業を行わなければならなくなる。専用の冷却回路内を循環する油の交換作業を行う時期が、エンジンの潤滑に用いている油に対する定期的な交換作業を行う時期とは異なる場合には、別々の時期に油の交換作業を行わなければならない。この場合には、専用の冷却回路内を循環する油の交換作業のために、作業車輌の作業を停止させておかなければならなくなる。

エンジンの潤滑に用いている油に対する定期的な交換作業と同時に、専用の冷却回路内を循環する油の交換作業を行う場合であっても、エンジンの潤滑用の回路と専用の冷却回路とにおける交換作業を、別々に行わなければならず交換作業の時間を要してしまうことになる。

本願発明では従来の発電電動機を冷却する際に生じるこれらの問題点を解決し、発電電動機のコイル部に対する冷却効率を高めることのできる発電電動機を提供することにある。

本願発明の課題は請求項１〜６に記載された各発明により達成することができる。
即ち、作業車輌内に搭載され、ロータをエンジン駆動と自己のモータ駆動とによって選択的に回転できる発電電動機において本願第１発明では、前記ロータの一側面に形成され、前記発電電動機の回転軸と同心状の凹部と、前記ロータの他側面と前記凹部の内周面側とを連通する連通孔と、前記凹部の内周面側にオイルを供給するノズルと、を備えてなることを最も主要な特徴となしている。

本願第２発明では、前記連通孔の構成を特定したことを主要な特徴となしている。
本願第３発明では、前記ノズルから供給されるオイルが衝突する前記凹部内での衝突部位を特定したことを主要な特徴となしている。

本願第４発明では、エンジンオイルを兼用して発電電動機の冷却を行う構成を特定したことを主要な特徴となしている。
本願第５発明では、エンジンオイルの流路構成を特定したことを主要な特徴となしている。
本願題６発明では、発電電動機の配設構成を特定したことを主要な特徴となしている。

本願発明では、発電機としての機能とモータとしての機能とを有する発電電動機において、発電電動機の回転軸と同心状の凹部を有するロータを用い、同凹部内の内周面側に冷却用の油を供給している。これにより、供給した油を回転中のロータ壁面に沿わせ、ロータの外周方向に遠心力で移動させることができる。外周方向に移動した油は、つぶ状になって飛散し、ロータの外周部に配設したコイル部に降り掛けることができる。この構成により、コイル部を満遍なく冷却することができ、コイル部に対する冷却効率を高めることができる。

また、ロータの一側面に形成した前記凹部の内周面側とロータの他側面とを連通孔によって連通させているので、連通孔を介して前記凹部の内周面側に溜まった油を他側面側にも排出することができる。他側面に排出された油は、ロータの回転に伴ってロータの外周方向に飛散しながら移動して、更にコイル部を満遍なく冷却することができる。

飛散した油は、発電電動機の内壁面等にも付着することになるので、発電電動機のハウジングに対する冷却を行うこともできる。また、冷却用の油をエンジンの潤滑用油と兼用させることにより、エンジンの潤滑用のポンプやオイルクーラ等をそのまま利用することができる。

この場合、専用のポンプやオイルクーラ等を配設することが必要なくなるので、作業車輌内におけるスペースの有効利用を図ることができる。しかも、エンジンの潤滑油は定期的に交換されるので、発電電動機を冷却する油も自動的に交換されることになり、長期に亘って高い冷却効率を維持しておくことができる。

本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて以下において具体的に説明する。本願発明の発電電動機における構成としては、以下で説明する形状、配置構成以外にも本願発明の課題を解決することができる形状、配置構成であれば、それらの形状、配置構成を採用することができるものである。このため、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではなく、多様な変更が可能である。

図１は、本発明の実施形態に係わる発電電動機の一部破断部を有する斜視図である。図２は、発電電動機の断面図であり、図３は、エンジンの潤滑油及び発電電動機の冷却用油の供給回路図である。

尚、図１では、発電電動機2がエンジン1のフライホイールハウジング3内に収納した構成を示しているが、発電電動機をエンジン1とは別置きタイプとして構成し、エンジン1の駆動により発電電動機のロータが回転する配置構成にすることもできる。

図１、２に示すように発電電動機2は、エンジン1のフライホイールハウジング3内に配設されている。フライホイールハウジング3は、発電電動機2のハウジングを兼ねている。フライホイールハウジング3内には、エンジン1の回転を取り出すクランクシャフト5が突出して配設され、クランクシャフト5の先端部にはフライホイール4が固定されている。

フライホイールハウジング3は、フライホイール4の外周部及び発電電動機2の外周部を覆う胴体部3aと発電電動機2の端面側を覆う蓋部3bとから構成されている。尚、図１では、蓋部3bの図示は省略している。胴体部3aの内周面には、複数のステータ7が内径方向に突出して設けられている。また、各ステータ7にはコイル部8が巻装されている。

発電電動機2が発電機として作用している場合には、ロータ6はクランクシャフト5によって回転させられ、ロータコア6cとコイル部8との間での相対回転によってコイル部8には交流電圧が発生する。発生した交流電圧は図示せぬインバータで直流電圧に変換されて、図示せぬ蓄電器に充電されることになる。また、発電電動機2がモータとして作用している場合には、前記蓄電器に蓄電された直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、変換した交流電圧でコイル部8を励磁することで、ロータ6を回転駆動することになる。

図１に示すように、フライホイールハウジング3内に配設されたフライホイール4の外周面には、歯が形成されている。フライホイールハウジング3に形成したセンサー孔18を通して、図示せぬ回転センサーは、前記歯の動きを検出する。即ち、回転センサーによってフライホイール4の回転数等を検出することができる。

フライホイール4には、クランクシャフト5と同軸に配したロータ6が、ボルト21を介して取り付けられている。ロータ6の外周部に形成したロータコア6cと、各ステータ7及びコイル部8との間には、一定の間隔の隙間が形成されている。

図２に示すように、ロータ6には、フライホイールハウジング3の蓋部3bに形成した図示せぬ開口から露呈する軸部5aが設けられている。軸部5aの先端部には、図示せぬ出力軸を連結するためのスプライン穴5bが形成されている。

エンジン1の出力トルクが発電電動機2の駆動トルクよりも大きいときには、発電電動機2は発電機として作用して電力を発生させるとともに、図示せぬ出力軸からはエンジン1の駆動トルクが出力される。また、エンジン1の出力トルクが発電電動機2の駆動トルクよりも小さいときには、発電電動機2はモータとして作用してエンジン1をアシストした駆動トルクがエンジン1の駆動トルクとともに、図示せぬ出力軸から出力される。

軸部5aの外周面と前記蓋部3bの開口との間の隙間部には、図示せぬシール部材としてのＸリングやＯリングが介在している。シール部材によって、フライホイールハウジング3内への塵埃の侵入を防止するとともに、後述する冷却用の油が外部に流れ出ないように防止している。

図１、図２に示すように、ロータ6の一側面6aには、クランクシャフト5の回転軸と同心状の凹部10が形成されている。凹部10は、底面部10aと内周面10bとを有した形状となっている。底面部の内周面10b側とロータ6の他側面6bとの間を貫通して、連通孔12が複数形成されている。

図示例では、連通孔12はクランクシャフト5の回転軸と平行に形成された例を示しているが、連通孔12をクランクシャフト5の回転軸との間で捩れの位置関係となるように形成することも、クランクシャフト5の回転軸に対して交差する方向に形成しておくこともできる。これらの構成によって、凹部10の内周面10bに溜まった油を、連通孔12を介して、ロータ6の他側面6b側に排出することができる。

フライホイールハウジング3の胴体部3a内には、ロータ6の凹部10に供給する冷却用の油を流す流路15が形成されている。流路15の一端部は、エンジン1に潤滑用の油を供給する流路と接続している。即ち、流路15の一端部は、後述するメインギャラリのギャラリーポートに接続している。

流路15の他端部は、蓋部3bの外部に配設した管路16に接続し、管路16は、蓋部3bを貫通してロータ6の凹部10内に向けたノズル11に接続している。管路16を蓋部3bの外部に配設した構成を説明したが、蓋部3b内に管路16と同様の機能を奏する流路を形成しておくことも、管路16を蓋部3bの内周面側に配設した構成としておくこともできる。

ノズル11先端部の向きとしては、ロータ6を回転させたときに、図１で示す凹部10の最下端における位置よりもロータ6の回転方向における上流側の部位にノズル11から噴射された油が衝突するように、ノズル11先端部の向きを設定しておくことが望ましい。

ノズル11先端部の向きをロータ6の回転方向における上流側の部位として説明したが、ノズル11から噴射された油の衝突する部位が、図１で示す凹部10の最下端からあまり離れ過ぎてしまわないようにして配置しておくことが望ましい。また、ノズル11から噴射された油が衝突する部位としては、凹部10の底面部10aにおける部位、内周面10bにおける部位又は底面部10aと内周面10bとの境界における部位とすることができる。

ノズル11から噴射された油は、図２で示すように凹部10の底面部10aにおける内周面10b側に衝突するとロータ6の側面に付着し、ロータ6の回転によって、ロータ6の周方向及びラジアル方向の力を受け、図２で示すように、ロータ6の一側面6aに沿った流れとなって、ロータ6の外周部側に配したコイル部8に降り注ぐことができる。

また、凹部10の底面部10aに衝突した油が、内周面10bの所で溜まってしまったとしても、内周面10bの所に溜まった油は、連通孔12によってロータ6の他側面6b側に排出することができる。しかも、他側面6b側に排出された油は、ロータ6の回転に伴われて放射方向に飛散されることになる。飛散された油によっても、ロータ6の一側面6a側で飛散した油とともに、コイル部8に降り注いでコイル部8を冷却することができる。

ロータ6の一側面6a側及び他側面6b側で飛散した油は、フライホイールハウジング3内の内面に対しても付着することができるので、付着した油によってフライホイールハウジング3の冷却を行うことができる。しかも、ロータ6は、飛散した油の雰囲気内で回転を行うことになるので、ロータ6部の発熱も、飛散した油によって抑えることができる。

コイル部8やフライホイールハウジング3内の内面等に付着して大きな粒となった油は、フライホイールハウジング3の下端部側に落下することができる。フライホイールハウジング3の下端部側に落下して溜まった油は、フライホイールハウジング3の下部に形成した排出口20から図示せぬタンクに排出させることができる。

エンジン1の潤滑用の油と発電電動機2の冷却用の油とを共用させる構成について、図３の供給回路図を用いて説明する。図３で示すように、タンク33内の油は、オイルポンプ23によって吸引され、オイルクーラ25において冷却される。オイルポンプ23からオイルクーラ25に供給する油圧が一定の圧力以下となるようにしておくため、オイルポンプ23とオイルクーラ25との間には、リリーフ弁24が配設されている。

オイルクーラ25で冷却した油は、オイルフィルタ27で不純物を取り除き、メインギャラリ28、ピストンクーリングギャラリ31から軸受部29、発電電動機2及びピストンの冷却部32に供給される。軸受部29としては、エンジン1の軸受部等が含まれる。また、オイルフィルタ27に供給する油圧が一定の圧力以下となるようにしておくため、オイルクーラ25とオイルフィルタ27との間には、リリーフ弁26が配設されている。
尚、オイルフィルタ27をオイルクーラ25の下流側に配設した例を示してあるが、オイルフィルタ27をオイルクーラ25の上流側に配設した構成とすることもできる。

これにより、エンジン1等に供給する潤滑用油を利用して、発電電動機2の冷却、特に、コイル部8の冷却を行うことができる。このため、エンジン1等の潤滑用油を供給する既存のオイルポンプ23、オイルクーラ25、オイルフィルタ27を使用することができるようになる。従って、発電電動機2を冷却するのに、専用の冷却回路を構成することが不要となり、これに伴って、発電電動機2の冷却用の専用のオイルポンプ、オイルフィルタ等が不要となる。

また、既存の回路を有効利用することができるので、発電電動機2を冷却するための回路構成をコンパクトに構成することができる。しかも、エンジン1等の潤滑用油を定期的に交換することで、発電電動機2を冷却する油も自動的に交換されることになり、発電電動機2に対する冷却効率を高い状態で維持しておくことができる。

本願発明は、本願発明の技術思想を適用することができる装置等に対しては、本願発明の技術思想を適用することができる。

発電電動機の一部破断部を含む斜視図である。（実施例）発電電動機の断面図である。（実施例）冷却用油の供給回路図である。（実施例）冷却装置の側面図である。（従来例１）エンジン余熱回路図である。（従来例２）

符号の説明

１・・・エンジン、２・・・発電電動機、３・・・フライホイールハウジング、４・・・フライホイール、５・・・クランクシャフト、６・・・ロータ、７・・・ステータ、８・・・コイル部、１０・・・凹部、１１・・・ノズル、１２・・・連通孔、２３・・・オイルポンプ、２５・・・オイルクーラ、２７・・・オイルフィルタ、２８・・・メインギャラリ、２９・・・軸受部、３１・・・ピストンクーリングギャラリ、３２・・・ピストンの冷却部、５０・・・モータジェネレータ、５３・・・オイルポンプ、５４・・・オイルフィルタ、５５・・・オイルクーラ、６０・・・エンジン、６１・・・モータ、６２・・・切換弁、６３・・・オイルクーラ。

Claims

作業車輌内に搭載され、ロータをエンジン駆動と自己のモータ駆動とによって選択的に回転できる発電電動機において、
前記ロータの一側面に形成され、前記発電電動機の回転軸と同心状の凹部と、
前記ロータの他側面と前記凹部の内周面側とを連通する連通孔と、
前記凹部の内周面側にオイルを供給するノズルと、
を備えてなることを特徴とする発電電動機。
前記連通孔が、前記回転軸と平行に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の発電電動機。
前記ロータの一側面を垂直方向としたときに、前記ノズルから供給されるオイルの前記凹部内での衝突部位が、前記凹部の最下端位置よりも前記ロータの回転方向の上流側近傍であることを特徴とする請求項１又は２記載の発電電動機。
前記オイルが、エンジンオイルを兼用してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発電電動機。
前記エンジンにエンジンオイルを供給する流路より分岐した流路が、前記ノズルに接続してなることを特徴とする請求項４記載の発電電動機。
前記発電電動機が、前記エンジンのフライホイールハウジング内に設けられてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の発電電動機。