JP2013147825A - 作業機械の電動モータの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業機械の油圧回路を流れる作動油を冷媒として電動モータを冷却する際、電動モータの発熱状態に応じて冷媒の流量を調節できるようにすること。
【解決手段】作動油を冷媒としてモータ・ジェネレータ５１、旋回モータ１２を冷却する冷却通路６１が、パラレル回路２６から分岐し、制御弁２２，２３の全ての下流でセンタバイパスライン２５に接続された通路から成り、ブーム用、アーム用、旋回用操作レバー装置３２，３３，３４からの指令信号Ｓｒ，Ｓｂ，Ｓａに基づき冷却制御処理手段４５および圧力制御弁７０によって流量制御弁６９を制御することで、パラレル回路２６から冷却通路６１に導かれる作動油の流量を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、作業機械を駆動するための電動モータを冷却する作業機械の電動モータの冷却装置に関する。

油圧式の作業機械は、油圧アクチュエータに供給する作動油を吐出するメインポンプ（油圧ポンプ）を含む油圧回路を備える。メインポンプの駆動方式には、電動モータを用いる方式として、内燃機関（ディーゼルエンジン）と電動モータとを用いるハイブリッド式と、内燃機関を用いずに電動モータのみを用いる電動式とがある。また、走行および旋回についてはメインポンプの吐出油を用いずに電動モータのみを用いて行う作業機械も存在する。何れの作業機械においても、電動モータには冷却装置が必要である。

作業機械に冷却装置を設けるにあたっては、その冷却装置の占有スペースの縮小、コストダウンが要望されており、この要望に応える従来の冷却装置が、特許文献１に開示されている。

その特許文献１に開示された冷却装置は、作業機械のメイン回路（油圧回路）、または、作業機械のパイロット回路（油圧回路）を利用したものである。

まず、メイン回路を利用した冷却装置について説明する。

メイン回路は、メインポンプ（油圧ポンプ）と、作動油タンクと、メインポンプから油圧アクチュエータに供給される作動油の流れを制御する複数の制御弁（コントロールバルブ）と、複数の制御弁から排出された作動油（戻り油）を作動油タンクに導く戻り油ライン（センタバイパスライン）とを備える。そして、冷却装置は、メイン回路を流れる作動油を電動モータを冷却する冷媒として利用するための冷却通路を備える。この冷却通路は、複数の制御弁のうちの最下流（最も作動油タンク側）に位置するものと作動油タンクとの間で戻り油ラインに並列して設けられ、電動モータの周囲にリング状、または螺旋状に配置されている。この冷却通路に戻り油が導入されることで、戻り油が冷媒となって電動モータを冷却する。

次に、パイロット回路を利用した冷却装置について説明する。

前述の制御弁は油圧パイロット式の弁であり、パイロット回路は、パイロットポンプ（油圧ポンプ）と、制御弁に与えるパイロット圧を、パイロットポンプの吐出圧を１次圧として生成するリモコン弁と、パイロットポンプの吐出圧の一部を作動油タンクに排出することによって、そのパイロットポンプの吐出圧を規制するリリーフ弁（パイロットリリーフ弁）とを備える。そして、冷却装置は、パイロット回路を流れる作動油を電動モータを冷却する冷媒として利用するための冷却通路を備える。この冷却通路は、リリーフ弁から排出された作動油（戻り油）を作動油タンクに導く戻り油ラインに並列して設けられ、電動モータの周囲にリング状、または螺旋状に配置されている。この冷却通路に戻り油が導入されることで、戻り油が冷媒となって電動モータを冷却する。

前述したように、メイン回路を利用した冷却装置、および、パイロット回路を利用した冷却装置においては、冷却通路に冷媒を供給する管路と、冷却通路からの冷媒を排出させる管路とが、メイン回路またはパイロット回路に含まれるため、冷却装置の設置にあたって冷却装置の占有スペースを縮小でき、かつコストダウンできる。

特開２０１０−１６８８２５公報

前述のように特許文献１にはメイン回路を利用した冷却装置が開示されている。この冷却装置における冷媒はセンタバイパスラインを流れる戻り油であり、そのセンタバイパスラインには複数の制御弁が設けられているため、冷媒の流量は、電動モータの発熱状態に関係なく、それらの制御弁の弁位置の変化に伴って変化する。

前述のように特許文献１にはパイロット回路を利用した冷却装置も開示されている。この冷却装置における冷媒は、リリーフ弁から作動油タンクに延びた戻り油ラインを流れる戻り油であり、この戻り油の流量は制御弁の操作時と非操作時とで変動するが、電動モータの発熱状態に関係なく、略一定である。

つまり、特許文献１に開示された冷却装置は、冷媒の流量を、電動モータの発熱状態に応じて調節することが考慮されたものではなかった。

なお、前述のパイロット回路を利用して冷却装置を設置するにあたり、既設のパイロットポンプを利用した場合、パイロットポンプは、センタバイパスライン上の制御弁などに対するパイロット操作に必要な流量が確保できる容量であればよいため、電動モータから発せられる熱量によっては冷媒の流量（戻り油の流量）が不足する可能性がある。そこで、常に冷媒の流量が足りるようパイロットポンプの容量を大きく設計することが考えられる。しかし、リリーフ弁を通じて作動油タンクに排出される戻り油の流量を増加させることは、パイロットポンプの駆動に関してエネルギーロスを増大させることになり、好ましくない。

本発明は前述の事情を考慮してなされたものであり、その目的は、作業機械の油圧回路を流れる作動油を冷媒として電動モータを冷却する際、電動モータの発熱状態に応じて冷媒の流量を調節することができる作業機械の電動モータの冷却装置を提供することにある。

前述の目的を達成するために本発明の作業機械の電動モータの冷却装置は次のように構成されている。

本発明の作業機械の電動モータの冷却装置は、作業機械を駆動および制御するための油圧回路と、この油圧回路を流れる作動油を冷媒として電動モータを冷却する冷却手段とを備える作業機械の電動モータの冷却装置であって、前記油圧回路は、作業機械を駆動する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータに供給される作動油を吐出するメインポンプと、前記メインポンプから前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに供給される作動油の流れを制御する複数のオープンセンタ式の制御弁と、前記複数の制御弁から排出された作動油を作動油タンクに導くセンタバイパスラインと、前記複数の制御弁を前記メインポンプに対してパラレルに接続するパラレル回路と、を備え、前記冷却手段は、前記パラレル回路から分岐し、前記複数の制御弁の全ての下流で前記センタバイパスラインに接続された通路であって、前記パラレル回路から導入した作動油を冷媒として前記電動モータを冷却する冷却通路と、前記パラレル回路から前記冷却通路に導かれる作動油の流量を、前記電動モータの発熱状態に応じて制御する冷却流量制御手段と、を備えることを特徴とする。

このように構成された本発明の冷却装置において、冷却通路は、パラレル回路から分岐した通路であるから、従来のようにセンタバイパスライン上での制御弁の弁位置の変化に伴って冷媒の流量が変化してしまうことを防止できる。

このようにセンタバイパスライン上での制御弁の弁位置の変化に伴って冷媒の流量が変化してしまうことが防止された状態で、冷却流量制御手段は、パラレル回路から冷却通路に導かれる作動油の流量を、電動モータの発熱状態に応じて制御する。これにより、油圧回路を流れる作動油を冷媒として電動モータを冷却する際、電動モータの発熱状態に応じて冷媒の流量を調節することができる。

本発明の作業機械の電動モータの冷却装置は、前述のように構成された冷却装置において、前記油圧回路は、パイロットポンプと、このパイロットポンプの吐出圧を規制するリリーフ弁とを備え、前記制御弁は、前記パイロットポンプの吐出圧を油圧源として生成されるパイロット圧により作動する前記油圧パイロット式の弁であり、前記冷却手段は、前記リリーフ弁から排出された作動油を前記冷却通路に導く接続管路を備えることを特徴とするものであってもよい。

このように構成された本発明の冷却装置においては、パイロットポンプの吐出油がリリーフ弁および接続管路を通じて冷却通路に供給される。そのリリーフ弁から作動油タンクに導かれる作動油（戻り油）の流量は、制御弁の操作時と非操作時とで変動するが略一定である。したがって、冷却通路に定常的に冷媒となる作動油を供給することができる。

本発明の作業機械の電動モータの冷却装置は、前述のように構成された冷却装置において、前記冷却流量制御手段は、前記パラレル回路から前記冷却通路に導かれる作動油の流量を、前記電動モータの温度に基づいて制御することを特徴とするものであってもよい。

電動モータの温度は、電動モータから発せられる熱量が大きいほど高いので、冷却流量制御手段は、パラレル回路から冷却通路に導かれる作動油の流量を、電動モータの温度に基づいて制御することにより、電動モータの発熱状態に応じて冷媒の流量を制御することができる。

本発明の作業機械の電動モータの冷却装置は、前述のように構成された冷却装置において、前記冷却流量制御手段は、前記パラレル回路から前記冷却通路に導かれる作動油の流量を、前記電動モータの回転速度に基づいて制御することを特徴とするものであってもよい。

電動モータから発せられる熱量は、電動モータの回転が速いほど大きいので、冷却流量制御手段は、パラレル回路から冷却通路に導かれる作動油の流量を、電動モータの回転速度に基づいて制御することにより、冷媒の流量を電動モータの発熱状態に応じて冷媒の流量を制御することができる。

なお、冷媒の流量を制御する際に用いられる電動モータの回転速度は、実際の電動モータの回転速度であってもよいし、電動モータの回転速度の制御の際に用いられる電動モータの目標回転速度であってもよい。

本発明の作業機械の電動モータの冷却装置は、前述のように構成された冷却装置において、前記冷却流量制御手段は、前記冷却通路と前記センタバイパスラインとに跨って設けられた流量制御弁を備え、この流量制御弁を、前記電動モータの発熱状態に応じて制御するものであり、前記流量制御弁は、前記パラレル回路から前記冷却通路に導かれる作動油の流量を増加させることと、前記センタバイパスラインから前記作動油タンクに導かれる作動油の流量を減少させこととを並行して行う弁であることを特徴とするものであってもよい。

このように構成された本発明の冷却装置において、冷却流量制御手段は、電動モータから発せられる熱量が増加した場合に、パラレル回路から冷却通路に導かれる作動油の流量を増加させることと、センタバイパスラインから作動油タンクに導かれる作動油の流量を減少させこととを、流量制御弁に並行させる。これにより、油圧アクチュエータの駆動よりも優先させて電動モータの冷却を行うことができる。

本発明の作業機械の電動モータの冷却装置は、前述のように、作業機械の油圧回路を流れる作動油を冷媒として電動モータを冷却する際、電動モータの発熱状態に応じて冷媒の流量を調節することができる。

本発明に係る作業機械であるクローラ式油圧ショベルの側面図である。 図１に示したクローラ式油圧ショベルに備えられ、本発明の第１の実施形態の冷却装置を含む油圧駆動装置を示す図である。 図１に示したクローラ式油圧ショベルに備えられ、本発明の第２の実施形態の冷却装置を含む油圧駆動装置を示す図である。 図１に示したクローラ式油圧ショベルに備えられ、本発明の第３の実施形態の冷却装置を含む油圧駆動装置を示す図である。 本発明に係る作業機械であるホイール式油圧ショベルの側面図である。 図５に示したホイール式油圧ショベルに備えられ、本発明の第４の実施形態の冷却装置を含む油圧駆動装置を示す図である。

以下、本発明の作業機械の電動モータの冷却装置の実施形態について説明する。

［第１の実施形態］
本発明の冷却装置の第１の実施形態について図１，図２を用いて説明する。

第１の実施形態の冷却装置は、例えば図１に示すクローラ式油圧ショベル１に適用されるものである。このクローラ式油圧ショベル１は、履帯２ａを駆動して走行する走行体２と、この走行体２に旋回ベアリング１６を介して旋回可能に結合した旋回体３と、この旋回体３に俯仰可能に設けられたフロント作業装置７とを備える。

旋回体３は、フロント作業装置４の左側方に位置するキャブ４と、このキャブ４の後方に設けられた機械室５と、この機械室５の後方に設けられたカウンタウェイト６とを備える。フロント作業装置７は、旋回体３に俯仰可能に結合したブーム８、このブーム８に回動可能に結合したアーム９、このアーム９に回動可能に結合したバケット１０と備える。

走行体２の駆動には、油圧モータから成る走行モータ１１が用いられ、旋回体３の駆動には電動モータから成る旋回モータ１２が用いられ、ブーム８、アーム９およびバケット１０のそれぞれの駆動には、油圧シリンダから成るブームシリンダ１３、アームシリンダ１４およびバケットシリンダ１５のそれぞれが用いられる。

クローラ式油圧ショベル１は、走行モータ１１、旋回モータ１２、ブームシリンダ１３、アームシリンダ１４、バケットシリンダ１５を駆動するための油圧駆動装置２０を備える。図２には、ブームシリンダ１３、アームシリンダ１４の駆動に係る油圧回路の一部を示したが、走行モータ１１、バケットシリンダ１５の駆動に係る油圧回路は省略した。

図２に示す油圧駆動装置２０は、ブームシリンダ１３、アームシリンダ１４に供給される作動油を吐出するメインポンプ２１（可変容量型油圧ポンプ）と、このメインポンプ２１からブームシリンダ１３、アームシリンダ１４のそれぞれに供給される作動油の流れを制御するオープンセンタ式で油圧パイロット式のブーム用制御弁２２およびアーム用制御弁２３と、これらブーム用制御弁２２およびアーム用制御弁２３から排出された作動油を作動油タンク２４に導くセンタバイパスライン２５と、ブーム用制御弁２２およびアーム用制御弁２３をメインポンプ２１に対してパラレルに接続するパラレル回路２６と、ブーム用制御弁２２およびアーム用制御弁２３に与えるパイロット圧の油圧源であるパイロットポンプ３０（定容量型油圧ポンプ）と、このパイロットポンプ３０の吐出圧を規制するリリーフ弁３１とを備える。

メインポンプ２１およびパイロットポンプ３０は、ディーゼルエンジン５０およびモータ・ジェネレータ５１の少なくとも一方により駆動されるようになっている。

油圧駆動装置２０はさらに、ブーム用操作レバー装置３２およびアーム用操作レバー装置３３と、コントローラ４０とを備える。ブーム用操作レバー装置３２はブームシリンダ１３の動作を指令するためのものであり、操作レバー３２ａの操作量に相応する指令信号Ｓｂ（電気信号）を出力するようになっている。コントローラ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを備えたマイクロコンピュータであり、コンピュータプログラムで設定された手段であるブーム用制御処理手段４１を備える。このブーム用制御処理手段４１は、ブーム用操作レバー装置３２からの指令信号Ｓｂに基づき、図示省略したブーム用比例電磁弁を制御する。これによって、ブーム用比例電磁弁は、パイロットポンプ３０の吐出圧を１次圧として導入し、ブーム用制御弁２２に与えるパイロット圧を生成する。

アーム用操作レバー装置３３はアームシリンダ１４の動作を指令するためのものであり、操作レバー３３ａの操作量に相応する指令信号Ｓａ（電気信号）を出力するようになっている。コントローラ４０は、コンピュータプログラムで設定された手段であるアーム用制御処理手段４２を備える。このアーム用制御処理手段４２は、アーム用操作レバー装置３３からの指令信号Ｓａに基づき、図示省略したアーム用比例電磁弁を制御する。これによって、アーム用比例電磁弁は、パイロットポンプ３０の吐出圧を１次圧として導入し、アーム用制御弁２３に与えるパイロット圧を生成する。

コントローラ４０は、コンピュータプログラムで設定された手段であるポンプ流量制御処理手段４３を備える。このポンプ流量制御処理手段４３は、ブーム用操作レバー装置３２からの指令信号Ｓｂおよびアーム用操作レバー装置３３からの指令信号Ｓａの少なくとも一方に基づき、メインポンプ２１のレギュレータ２１ａを制御するものである。レギュレータ２１ａが制御されることによって、メインポンプ２１の押し退け容積が制御される。

油圧駆動装置２０はさらに、旋回用操作レバー装置３４を備える。この旋回用操作レバー装置３４は旋回モータ１２の動作を指令するためのものであり、操作レバー３４ａの操作量に相応する指令信号Ｓｒ（電気信号）を出力するようになっている。コントローラ４０は、コンピュータプログラムで設定された手段であるインバータ制御処理手段４４を備える。このインバータ制御処理手段４４は、旋回用操作レバー装置３４からの指令信号Ｓｒに基づき、旋回モータ１２の目標回速度を算出し、この目標回転速度に基づきインバータ５２を制御するものである。

また、インバータ制御処理手段４４は、メインポンプ２１およびパイロットポンプ３０の駆動するディーゼルエンジン５０をモータ・ジェネレータ５１にアシストさせる際に、モータ・ジェネレータ５１の目標回転速度に基づきインバータ５２を制御するものである。

インバータ５２は、モータ・ジェネレータ５１と旋回モータ１２に供給する電力を制御するものであり、旋回用操作レバー装置３４からの指令信号Ｓｒに基づきインバータ制御処理手段４４に制御されることによって、目標回転速度で旋回モータ１２を回転させるための電力を旋回モータ１２に供給する。また、インバータ５２は、モータ・ジェネレータ５１の目標回転数に基づきインバータ制御処理手段４４により制御されることによって、ディーゼルエンジン５０のアシストに必要な回転速度でモータ・ジェネレータ５１を回転させるための電力をモータ・ジェネレータ５１に供給する。インバータ５２が旋回モータ１２に電力を供給する際の電源は、クローラ式油圧ショベル１に搭載された蓄電装置（図示省略）、および、モータ・ジェネレータ５１の少なくともの一方である。また、インバータ５２がモータ・ジェネレータ５１に電力を供給する際の電源は蓄電装置である。

油圧駆動装置２０はさらに、油圧回路を流れる作動油を冷却するオイルクーラ６０を備える。

本発明の冷却装置の第１の実施形態は、油圧駆動装置２０の油圧回路を利用したものであり、その油圧回路を流れる作動油を冷媒としてインバータ５２、モータ・ジェネレータ５１および旋回モータ１２（電動モータ）を冷却する冷却手段を備える。この冷却手段は、冷却通路６１と、流量制御弁６９と、圧力制御弁７０と、コントローラ４０に設けられた冷却制御処理手段４５とから構成されている。なお、冷却制御処理手段４５と圧力制御弁７０と流量制御弁６９は、本発明における冷却流量制御手段を構成している。

冷却手段を構成する冷却通路６１、流量制御弁６９、圧力制御弁７０および冷却制御処理手段４５について詳細に説明する。

冷却通路６１は、パラレル回路２６を流れる作動油を、インバータ５２、モータ・ジェネレータ５１および旋回モータ１２に導くように形成された通路であり、パラレル回路２６から分岐し、ブーム用制御弁２２およびアーム用制御弁２３の下流でオイルクーラ６０を介してセンタバイパスライン２５に接続された通路である。具体的には、冷却通路６１は、インバータ５２、モータ・ジェネレータ５１および旋回モータ１２のそれぞれの周囲に環状に配置された中空の冷却ジャケット６２，６３，６４と、パラレル回路２６からインバータ５２の冷却ジャケット６２に作動油を導く分岐管路６５と、インバータ５２の冷却ジャケット６２からモータ・ジェネレータ５１の冷却ジャケット６３に作動油を導く連結管路６６と、モータ・ジェネレータ５１の冷却ジャケット６３から旋回モータ１２の冷却ジャケット６４に作動油を導く連結管路６７と、旋回モータ１２の冷却ジャケット６４からオイルクーラ６０に作動油を導く連結管路６８とから構成されている。なお、冷却ジャケット６２，６３，６４は環状に限定されるものではなく、冷却対象であるインバータ５２、モータ・ジェネレータ５１および旋回モータ１２の表面を囲む形状または覆う形状であって、作動油が流通可能な中空の構造体であればよく、リング状の構造体の代わりに例えば螺旋状の構造体であってもよい。

流量制御弁６９は、冷却通路６１とセンタバイパスライン２５とに跨って設けられた油圧パイロット式でスプリングリターン式の弁である。この流量制御弁６９は、センタバイパスライン２５を開放し、かつ冷却通路６１を閉鎖する初期位置６９ａと、センタバイパスライン２５を閉鎖し、かつ冷却通路６１を開放する作動位置６９ｂとの間で無段階に弁位置の変更が可能な弁である。つまり、流量制御弁６９は、初期位置６９ａから作動位置６９ｂの方向に弁位置が変更されることによって、パラレル回路２６から冷却通路６１に導かれる作動油の流量を増加させることと、センタバイパスライン２５から作動油タンク２４に導かれる作動油の流量を減少させこととを並行して行い、逆に、作動位置６９ｂから初期位置６９ａの方向に弁位置を変更されることによって、パラレル回路２６から冷却通路６１に導かれる作動油の流量を減少させることと、センタバイパスライン２５から作動油タンク２４に導かれる作動油の流量を増加させることとを並行して行う。

圧力制御弁７０は比例電磁弁であり、流量制御弁６９に与えるパイロット圧をソレノイドに与えられる電流の大きさに応じて生成するものである。そのパイロット圧の油圧源はパイロットポンプ３０である。

冷却制御処理手段４５は、コンピュータプログラムにより設定された手段であり、旋回用操作レバー装置３４からの指令信号Ｓｒに基づいて、すなわち、旋回モータ１２の目標回転速度に基づいて、圧力制御弁７０を制御するようになっている。より詳細には、旋回モータ１２の目標回転速度の絶対値が大きいほど大きなパイロット圧を圧力制御弁７０に生成させる、すなわち、冷却通路６１を開放する流量制御弁６９の開度を大きく制御するようになっている。旋回モータ１２から発せられる熱量は、旋回モータ１２の回転が速いほど大きいので、冷却制御処理手段４５は、パラレル回路２６から冷却通路６１に導かれる作動油の流量を旋回モータ１２の目標回転速度に基づいて制御することにより、旋回モータ１２の発熱状態に応じて冷媒の流量を制御することになる。

冷却制御処理手段４５はさらに、ディーゼルエンジン５０をモータ・ジェネレータ５１がアシストする際に、モータ・ジェネレータ５１の目標回転速度に基づいて圧力制御弁７０を制御するようになっている。より詳細には、モータ・ジェネレータ５１の目標回転速度の絶対値が大きいほど大きなパイロット圧を圧力制御弁７０に生成させる、すなわち、冷却通路６１を開放する流量制御弁６９の開度を大きく制御するようになっている。モータ・ジェネレータ５１から発せられる熱量はモータ・ジェネレータ５１の回転が速いほど大きいので、冷却制御処理手段４５は、パラレル回路２６から冷却通路６１に導かれる作動油の流量をモータ・ジェネレータ５１の目標回転速度に基づいて制御することにより、モータ・ジェネレータ５１の発熱状態に応じて冷媒の流量を制御することになる。

なお、インバータ５２から発せられる熱量は、旋回モータ１２およびモータ・ジェネレータ５１を速く回転させる場合ほど大きくなるので、旋回モータ１２の発熱状態およびモータ・ジェネレータ５１の発熱状態に応じて冷媒の流量が制御されることに伴って、インバータ５２の発熱状態に応じて冷媒の流量が制御されることになる。

冷却制御処理手段４５はさらに、ブーム用操作レバー装置３２からの指令信号Ｓｂ、アーム用操作レバー装置３３からの指令信号Ｓａ、旋回用操作レバー装置３４からの指令信号Ｓｒの何れも入力されていないスタンバイ状態において、流量制御弁６９が所定の開度で冷却通路６１を開放した状態に維持されるよう、圧力制御弁７０に所定のパイロット圧を生成させた状態を維持するようになっている。つまり、冷却制御処理手段４５は、スタンバイ状態においてもパラレル回路２６から冷却通路６１に作動油が供給される状態を維持するようになっている。

冷却制御処理手段４５はさらに、ブーム用操作レバー装置３２からの指令信号Ｓｂ、アーム用操作レバー装置３３からの指令信号Ｓａ、旋回用操作レバー装置３４からの指令信号Ｓｒの何れか、または全てが入力された状態からスタンバイ状態に移行したとき、そのスタンバイ状態になった時点から所定時間が経過したタイミングで流量制御弁６９の開度が前述の所定の開度となるよう圧力制御弁７０を制御するようになっている。つまり、ブーム用操作レバー装置３２からの指令信号Ｓｂ、アーム用操作レバー装置３３からの指令信号Ｓａの何れもコントローラ４０に入力されなくなったことに伴ってモータ・ジェネレータ５１が停止されたときにモータ・ジェネレータには余熱があり、また、旋回用操作レバー装置３４からの指令信号Ｓｒがコントローラ４０に入力されなくなったことに伴って旋回モータ１２が停止させられたときに旋回モータ１２には余熱があるため、冷却制御処理手段４５はモータ・ジェネレータ５１の停止後および旋回モータ１２の停止後に所定時間が経過するまでは冷却を継続し、これによって、その余熱を冷ますようになっている。

第１の実施形態によれば次の効果を得られる。

第１の実施形態において、冷却通路６１はインバータ５２、モータ・ジェネレータ５１および旋回モータ１２のそれぞれの冷却ジャケット６２，６３，６４を連結管路６６，６７で一筋に連結したものであるから、インバータ５２、モータ・ジェネレータ５１および旋回モータ１２をまとめて冷却することができる。

第１の実施形態において、冷却通路６１はパラレル回路２６から分岐した通路であるから、センタバイパスライン２５上でのブーム用制御弁２２およびアーム用制御弁２３のそれぞれの弁位置の変化に伴って冷媒の流量が変化してしまうことを防止できる。

第１の実施形態においては、センタバイパスライン２５上でのブーム用制御弁２２およびアーム用制御弁２３のそれぞれの弁位置の変化に伴って冷媒の流量が変化してしまうことを防止された状態で、冷却制御処理手段４５、圧力制御弁７０および流量制御弁６９が、パラレル回路２６から冷却通路６１に導かれる作動油の流量を、モータ・ジェネレータ５１の目標回転速度に基づいて制御する。これにより、油圧駆動装置２０の油圧回路を流れる作動油を冷媒としてモータ・ジェネレータ５１（電動モータ）を冷却する際、モータ・ジェネレータ５１の発熱状態に応じて冷媒の流量を調節することができる。

第１の実施形態においては、センタバイパスライン２５上でのブーム用制御弁２２およびアーム用制御弁２３の弁位置の変化に伴って冷媒の流量が変化してしまうことが防止された状態で、冷却制御処理手段４５、圧力制御弁７０および流量制御弁６９が、パラレル回路２６から冷却通路６１に導かれる作動油の流量を、旋回モータ１２の目標回転速度に応じて制御する。これにより、油圧駆動装置２０の油圧回路を流れる作動油を冷媒として旋回モータ１２（電動モータ）を冷却する際、旋回モータ１２の発熱状態に応じて冷媒の流量を調節することができる。

第１の実施形態においては、冷却制御処理手段４５、圧力制御弁７０および流量制御弁６９が、パラレル回路２６から冷却通路６１に導かれる作動油の流量を、モータ・ジェネレータ５１の目標回転速度および旋回モータ１２の目標回転速度に応じて制御することにより、インバータ５２の発熱状態に応じて冷媒の流量を調節することができる。

第１の実施形態において、冷却制御処理手段４５は、モータ・ジェネレータ５１または旋回モータ１２から発せられる熱量が増加した場合に、パラレル回路２６から冷却通路６１に導かれる作動油の流量を増加させることと、センタバイパスライン２５から作動油タンク２４に導かれる作動油の流量を減少させこととを、流量制御弁６９に並行させる。これにより、ブームシリンダ１３およびアームシリンダ１４の駆動よりも優先させてインバータ５２、モータ・ジェネレータ５１および旋回モータ１２の冷却を行うことができる。

なお、前述した第１の実施形態において、冷媒の流量を制御する際に用いられる旋回モータの回転速度は、旋回モータ１２の目標回転速度であったが、直接的に検出された実際の旋回モータ１２の回転速度であってもよい。

前述した第１の実施形態において、冷却制御処理手段４５はモータ・ジェネレータ５１の停止後の余熱、または旋回モータ１２の停止後の余熱を冷ますことを目的として、スタンバイ状態となった時点から所定時間が経過したタイミングで流量制御弁６９の開度がその所定の開度となるよう圧力制御弁７０を制御するようになっているが、その目的は、所定時間を掛けて徐々に流量制御弁６９の開度が所定の開度となるよう圧力制御弁７０を制御することで達成してもよい。

［第２の実施形態］
本発明の冷却装置の第２の実施形態について図３を用いて説明する。図３に示したもののうち図２に示したものと同じものに対しては、図２と同じ符号を付してある。

第２の実施形態は、インバータ５２、モータ・ジェネレータ５１、旋回モータ１２のそれぞれに設けられた温度センサ１０１，１０２，１０３と、第１の実施形態における冷却制御処理手段４５とは異なる冷却制御処理手段１４５とを備える。その冷却制御処理手段１４５は、温度センサ１０１，１０２，１０３により検出された温度Ｔｉ，Ｔｍｇ，Ｔｒに基づいて圧力制御弁７０を制御するものである。

冷却制御処理手段１４５は、より詳細には、インバータ５２の冷却が必要な温度として予め設定された閾値を温度Ｔｉが超えた場合と、モータ・ジェネレータ５１の冷却が必要な温度として予め設定された閾値を温度Ｔｍｇが超えた場合と、旋回モータ１２の冷却が必要な温度として予め設定された閾値を温度Ｔｒが超えた場合とに、その温度（Ｔｉ，ＴｍｇまたはＴｒ）が高いほど流量制御弁６９の開度が大きくなるよう圧力制御弁７０を制御するものである。

インバータ５２の温度Ｔｉは、インバータ５２から発せられる熱量が大きいほど高く、モータ・ジェネレータ５１の温度Ｔｍｇは、モータ・ジェネレータ５１から発せられる熱量が大きいほど高く、旋回モータ１２の温度Ｔｒは、旋回モータ１２から発せられる熱量が大きいほど高いので、冷却制御処理手段１４５は、パラレル回路２６から冷却通路６１に導かれる作動油の流量を、インバータ５２の温度Ｔｉ、モータ・ジェネレータ５１の温度Ｔｍｇまたは旋回モータ１２の温度Ｔｒに基づいて制御することにより、インバータ５２、モータ・ジェネレータ５１または旋回モータ１２の発熱状態に応じて冷媒の流量を制御することになる。

第２の実施形態によれば次の効果を得られる。

第２の実施形態においては第１の実施形態とは異なり、モータ・ジェネレータ５１の温度Ｔｍｇが閾値を超えた状態において、冷却制御処理手段１４５、圧力制御弁７０および流量制御弁６９が温度Ｔｍｇに基づき、パラレル回路２６から冷却通路６１に供給される作動油の流量を制御する。これにより、油圧駆動装置３１０の油圧回路を流れる作動油を冷媒としてモータ・ジェネレータ５１を冷却する際、モータ・ジェネレータ５１の発熱状態に応じて冷媒の流量を調節することができる。

第２の実施形態においては第１の実施形態とは異なり、旋回モータ１２の温度Ｔｒが閾値を超えた状態において、冷却制御処理手段１４５、圧力制御弁７０および流量制御弁６９が、温度Ｔｒに基づき、パラレル回路２６から冷却通路６１に供給される作動油の流量を制御する。これにより、油圧駆動装置３１０の油圧回路を流れる作動油を冷媒として旋回モータ１２を冷却する際、旋回モータ１２の発熱状態に応じて冷媒の流量を調節することができる。

第２の実施形態においては第１の実施形態とは異なり、インバータ５２の温度Ｔｉが閾値を超えた状態において、冷却制御処理手段１４５、圧力制御弁７０および流量制御弁６９が温度Ｔｉに基づき、パラレル回路２６から冷却通路６１に供給される作動油の流量を制御する。これにより、油圧駆動装置３１０の油圧回路を流れる作動油を冷媒としてインバータ５２を冷却する際、インバータ５２の発熱状態に応じて冷媒の流量を調節することができる。

第２の実施形態は第１の実施形態とは異なり、インバータ５２の温度Ｔｉ、モータ・ジェネレータ５１の温度Ｔｍｇ、旋回モータ１２の温度Ｔｒの何れか１つでも、それらの温度Ｔｉ、Ｔｍｇ、Ｔｒ毎に設定された閾値を超えた場合に、冷却制御処理手段１４５、圧力制御弁７０および流量制御弁６９が、その閾値を超えた温度Ｔｉ、ＴｍｇまたはＴｒに応じて、パラレル回路２６から冷却通路６１に供給される作動油の流量を制御する。これにより、インバータ５２、モータ・ジェネレータ５１または旋回モータ１２のうち冷却の必要度が最も高いものの温度に応じて冷媒の流量を調節することができる。

第２の実施形態においては第１の実施形態と同様に、冷却通路６１はインバータ５２、モータ・ジェネレータ５１および旋回モータ１２をまとめて冷却することができ、また、センタバイパスライン２５上でのブーム用制御弁２２およびアーム用制御弁２３のそれぞれの弁位置の変化に伴って冷媒の流量が変化してしまうことを防止できる。また、冷却制御処理手段１４５は、ブームシリンダ１３およびアームシリンダ１４の駆動よりも優先させてインバータ５２、モータ・ジェネレータ５１および旋回モータ１２の冷却を行うことができる。

［第３の実施形態］
本発明の冷却装置の第３の実施形態について図４を用いて説明する。図４に示したもののうち図２に示したものと同じものに対しては、図２と同じ符号を付してある。

第３の実施形態は、リリーフ弁３１から排出された作動油を冷却通路６１に導く接続管路２０１と、第１の実施形態における冷却制御処理手段４５とは異なる冷却制御処理手段２４５を備える。

冷却制御処理手段２４５は、ブーム用操作レバー装置３２からの指令信号Ｓｂ、アーム用操作レバー装置３３からの指令信号Ｓａ、旋回用操作レバー装置３４からの指令信号Ｓｒの何れかが入力されていた状態からスタンバイ状態になった場合に、第１の実施形態における冷却制御処理手段４５とは異なる圧力制御弁７０の制御を行うようになっている。具体的には、冷却制御処理手段２４５は、スタンバイ状態になったタイミングで圧力制御弁７０への電流の供給を停止する、すなわち、流量制御弁６９の弁位置を初期位置６９ａに戻すようになっている。

なお、冷却制御処理手段２４５は、ブーム用操作レバー装置３２からの指令信号Ｓｂ、アーム用操作レバー装置３３からの指令信号Ｓａ、旋回用操作レバー装置３４からの指令信号Ｓｒの何れか、または全てが入力されている状態においては、第１の実施形態における冷却制御処理手段４５と同様に、ディーゼルエンジン５０をアシストする際のモータ・ジェネレータ５１の目標回転速度および旋回モータ１２の目標回転速度に基づき、圧力制御弁７０を介して流量制御弁６９を制御するようになっている。

第３の実施形態によれば次の効果を得られる。

第３の実施形態においては第１の実施形態と異なり、流量制御弁６９により冷却通路６１が閉鎖された状態であっても、リリーフ弁３１から排出された作動油が接続管路２０１を通じて冷却通路６１に供給されるため、冷却制御処理手段２４５は、スタンバイ状態において圧力制御弁７０への電流の供給を停止する、すなわち、流量制御弁６９の弁位置を初期位置６９ａに戻すようになっている。このことから、スタンバイ状態において圧力制御弁７０にパイロット圧を生成させる制御を行わせずに済む分、圧力制御弁７０の制御に係るコンピュータプログラムを第１の実施形態よりも簡素化できる。

第３の実施形態に第１の実施形態と同様に、冷却通路６１はインバータ５２、モータ・ジェネレータ５１および旋回モータ１２をまとめて冷却することができ、また、センタバイパスライン２５上での制御弁の弁位置の変化に伴って冷媒の流量が変化してしまうことを防止できる。また、冷却制御処理手段２４５は、ブームシリンダ１３およびアームシリンダ１４の駆動よりも優先させてインバータ５２、モータ・ジェネレータ５１および旋回モータ１２の冷却を行うことができる。

［第４の実施形態］
本発明の冷却装置の第４の実施形態について図５，図６を用いて説明する。図５に示すもののうち、図１に示すものと同等のものに対しては図１に付した符号と同じ符号を付してある。また、図６に示すもののうち、図２に示すものと同等のものに対しては図２に付した符号と同じ符号を付してある。

第４の実施形態は、図５に示すホイール式油圧ショベル３０１に適用されるものである。このホイール式油圧ショベル３０１における走行体３０２は、前述のクローラ式油圧ショベル１とは異なる走行体、すなわち、履帯２ａの代わりに前輪３０２ａおよび後輪３０２ｂを備えるものである。

このホイール式油圧ショベル３０１においては、走行体３０２の駆動には電動モータから成る走行モータ３１１が用いられ、旋回体３の駆動には油圧モータから成る旋回モータ３１２が用いられ、ブーム８、アーム９、バケット１０のそれぞれの駆動には油圧シリンダから成るブームシリンダ１３、アームシリンダ１４、バケットシリンダ１５のそれぞれが用いられる。図６において、旋回に係る油圧回路（旋回用制御弁など）の図示は省略した。

ホイール式油圧ショベル３０１の油圧駆動装置３１０は、走行モータ３１１が電動モータから成ることに関連して、走行用ペダル装置３１１を備える。この走行用ペダル装置３１１は、走行モータ３１１の動作を指令するものであり、操作ペダル３１１ａの踏込み量に相応する指令信号Ｓｍ（電気信号）を出力するようになっている。

油圧駆動装置３１０のコントローラ３４０は、走行用ペダル装置３１１からの指令信号Ｓｍに基づき、走行モータ３１１の目標回速度を算出し、この目標回転速度に基づきインバータ３５２を制御するインバータ制御処理手段３４４を備える。

インバータ３５２は、走行モータ３１１に供給する電力を制御するものであり、インバータ制御処理手段３４４に制御されることによって、目標回転速度で走行モータ３１１を回転させるための電力を走行モータ３１１に供給する。インバータ３５２が走行モータ３１１に電力を供給する際の電源は、ホイール式油圧ショベル３０１に搭載された蓄電装置（図示省略）およびジェネレータ３５１の少なくとも一方である。

本発明の冷却装置の第４の実施形態は、前述の油圧駆動装置３１０の油圧回路を利用したものであり、その油圧回路を流れる作動油を冷媒としてインバータ３５２、ジェネレータ３５１および走行モータ３１１（電動モータ）を冷却する冷却手段を備える。この冷却手段は、冷却通路３６１と、流量制御弁６９と、圧力制御弁７０と、コントローラ３４０に設けられた冷却制御処理手段３４５とから構成されている。なお、冷却制御処理手段３４５と圧力制御弁７０と流量制御弁６９は、本発明における冷却流量制御手段を構成している。

冷却手段を構成する冷却通路３６１、流量制御弁６９、圧力制御弁７０および冷却制御処理手段３４５について詳細に説明する。

冷却通路３６１は、インバータ３５２、ジェネレータ３５１および走行モータ３１１のそれぞれの周囲に環状に配置された中空の冷却ジャケット３６２，３６３，３６４と、パラレル回路２６からインバータ３５２の冷却ジャケット３６２に作動油を導く分岐管路３６５と、インバータ３５２の冷却ジャケット３６２からジェネレータ３５１の冷却ジャケット３６２に作動油を導く連結管路３６６と、ジェネレータ３５１の冷却ジャケット３６２から走行モータ３１１の冷却ジャケット３６４に作動油を導く連結管路３６７と、走行モータ３１１の冷却ジャケット３６４からオイルクーラ６０に作動油を導く連結管路３６８とから構成されている。なお、冷却ジャケット３６２，３６３，３６４は環状に限定されるものではなく、冷却対象であるインバータ３５２、ジェネレータ３５１および走行モータ３１１の表面を囲む形状または覆う形状であって、作動油が流通可能な中空の構造体であればよく、リング状の構造体の代わりに例えば螺旋状の構造体であってもよい。

冷却制御処理手段３４５は、第１の実施形態における冷却制御処理手段４５とは異なり、走行用ペダル装置３１１からの指令信号Ｓｍに基づいて、すなわち、走行モータ３１１の目標回転速度に基づいて、圧力制御弁７０を制御するようになっている。より詳細には、走行モータ３１１の目標回転速度の絶対値が大きいほど大きなパイロット圧を圧力制御弁７０に生成させる、すなわち、冷却通路３６１を開放する流量制御弁６９の開度を大きく制御するようになっている。走行モータ３１１から発せられる熱量は、走行モータ３１１の回転が速いほど大きいので、冷却制御処理手段３４５は、パラレル回路２６から冷却通路３６１に導かれる作動油の流量を走行モータ３１１の目標回転速度に基づいて制御することにより、走行モータ３１１の発熱状態に応じて冷媒の流量を制御することになる。

なお、インバータ３５２から発生される熱量は、走行モータ３１１を速く回転させる場合ほど大きくなるので、走行モータ３１１の発熱状態に応じて冷媒の流量が制御されることに伴って、インバータ３５２の発熱状態に応じて冷媒の流量が制御されることになる。

冷却制御処理手段３４５はさらに、走行用ペダル装置３１１からの指令信号Ｓｍが入力されていない状態において、流量制御弁６９が初期位置６９ａに維持されるよう、すなわち、パラレル回路２６から冷却通路３６１への作動油の供給が停止された状態となるよう、圧力制御弁７０にパイロット圧を生成させないようになっている。つまり、ホイール式油圧ショベル３０１において走行時以外はインバータ３５２、ジェネレータ３５１および走行モータ３１１は使用されることはなく、これらインバータ３５２、ジェネレータ３５１および走行モータ３１１に対する冷却は不要であるため、走行用ペダル装置３１１からの指令信号Ｓｍが入力されていない状態、すなわち、走行時以外の状態ではパラレル回路２６から冷却通路３６１への作動油の供給が行われないようになっている。

冷却制御処理手段３４５はさらに、走行用ペダル装置３１１からの指令信号Ｓｍが入力されている状態から、入力されていない状態に移行したとき、この移行の時点から所定時間が経過したタイミングで流量制御弁６９が初期位置６９ａに戻るよう圧力制御弁７０を制御するようになっている。つまり、走行用ペダル装置３１１からの指令信号Ｓｍがコントローラ３４０に入力されなくなったことに伴って走行モータ３１１が停止させられた後も、走行モータ３１１には余熱があるため、冷却制御処理手段３４５は走行モータ３１１の停止後も所定時間が経過するまでは冷却を継続することで、その余熱を冷ますようになっている。

第４の実施形態によれば次の効果を得られる。

第４の実施形態において、冷却通路３６１はインバータ３５２、ジェネレータ３５１および走行モータ３１１のそれぞれの冷却ジャケット３６２，３６３，３６４を連結管路３６６，３６７，３６８で一筋に連結したものであるから、インバータ３５２、ジェネレータ３５１および走行モータ３１１を、パラレル回路２６から導入した作動油によりまとめて冷却することができる。

第４の実施形態が適用されるホイール式油圧ショベル３０１の走行は、フロント作業装置７を停止させた状態、すなわちブーム用制御弁２２およびアーム用制御弁２３の何れの弁位置も中立位置に保持した状態で行われる。そして、第４の実施形態においては走行時においてパラレル回路２６から冷却通路３６１に作動油を供給するため、センタバイパスライン２５上でのブーム用制御弁２２およびアーム用制御弁２３のそれぞれの弁位置の変化に伴って冷媒の流量が変化してしまうことを防止できる。

第４の実施形態においては、センタバイパスライン２５上でのブーム用制御弁２２およびアーム用制御弁２３の弁位置の変化に伴って冷媒の流量が変化してしまうことが防止された状態で、冷却制御処理手段３４５、圧力制御弁７０および流量制御弁６９が、パラレル回路２６から冷却通路３６１に導かれる作動油の流量を、走行モータ３１１の目標回転速度に応じて制御する。これにより、油圧駆動装置３１０の油圧回路を流れる作動油を冷媒としてインバータ３５２、ジェネレータ３５１および走行モータ３１１を冷却する際、走行モータ３１１の発熱状態に応じて冷媒の流量を調節することができる。

第４の実施形態においては、冷却制御処理手段３４５、圧力制御弁７０および流量制御弁６９が、パラレル回路２６から冷却通路３６１に導かれる作動油の流量を、走行モータ３１１の目標回転速度に応じて制御することにより、インバータ３５２の発熱状態に応じて冷媒の流量を調節することができる。

なお、前述した第４の実施形態において、冷媒の流量を制御する際に用いられる走行モータ３１１の回転速度は、走行モータ３１１の目標回転速度であったが、直接的に検出された実際の走行モータ３１１の回転速度であってもよい。

前述した第４の実施形態において、冷却制御処理手段３４５は走行モータ３１１の停止後の余熱を冷ますことを目的として、走行用ペダル装置３１１からの指令信号Ｓｍが入力されなくなった時点から所定時間が経過したタイミングで流量制御弁６９が初期位置６９ａに戻るよう圧力制御弁７０を制御するものであるが、その目的は、所定時間を掛けて徐々に流量制御弁６９の弁位置が初期位置６９ａに戻るよう圧力制御弁７０を制御することで達成してもよい。

１ クローラ式油圧ショベル（作業機械）
１２ 旋回モータ（電動モータ）
１３ ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
１４ アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
２０ 油圧駆動装置（油圧回路）
２１ メインポンプ
２２ ブーム用制御弁
２３ アーム用制御弁
２５ センタバイパスライン
２６ パラレル回路
３０ パイロットポンプ
３１ リリーフ弁
４５ 冷却制御処理手段（冷却流量制御手段）
５１ モータ・ジェネレータ（電動モータ）
６１ 冷却通路
６９ 流量制御弁（冷却流量制御手段）
７０ 圧力制御弁（冷却流量制御手段）
１０１，１０２，１０３ 温度センサ
１４５ 冷却制御処理手段（冷却流量制御手段）
２０１ 接続管路
２４５ 冷却制御処理手段（冷却流量制御手段）
３０１ ホイール式油圧ショベル（作業機械）
３１１ 走行モータ（電動モータ）
３１０ 油圧駆動装置（油圧回路）
３４５ 冷却制御処理手段（冷却流量制御手段）
３６１ 冷却通路

Claims (5)

1. 作業機械を駆動および制御するための油圧回路と、この油圧回路を流れる作動油を冷媒として電動モータを冷却する冷却手段とを備える作業機械の電動モータの冷却装置であって、
   前記油圧回路は、作業機械を駆動する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータに供給される作動油を吐出するメインポンプと、前記メインポンプから前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに供給される作動油の流れを制御する複数のオープンセンタ式の制御弁と、前記複数の制御弁から排出された作動油を作動油タンクに導くセンタバイパスラインと、前記複数の制御弁を前記メインポンプに対してパラレルに接続するパラレル回路と、を備え、
   前記冷却手段は、前記パラレル回路から分岐し、前記複数の制御弁の全ての下流で前記センタバイパスラインに接続された通路であって、前記パラレル回路から導入した作動油を冷媒として前記電動モータを冷却する冷却通路と、前記パラレル回路から前記冷却通路に導かれる作動油の流量を、前記電動モータの発熱状態に応じて制御する冷却流量制御手段と、を備える
   ことを特徴とする作業機械の電動モータの冷却装置。
2. 請求項１に記載の発明において、
   前記油圧回路は、パイロットポンプと、このパイロットポンプの吐出圧を規制するリリーフ弁とを備え、
   前記制御弁は、前記パイロットポンプの吐出圧を油圧源として生成されるパイロット圧により作動する前記油圧パイロット式の弁であり、
   前記冷却手段は、前記リリーフ弁から排出された作動油を前記冷却通路に導く接続管路を備える
   ことを特徴とする作業機械の電動モータの冷却装置。
3. 請求項１または２に記載の発明において、
   前記冷却流量制御手段は、前記パラレル回路から前記冷却通路に導かれる作動油の流量を、前記電動モータの温度に基づいて制御する
   ことを特徴とする作業機械の電動モータの冷却装置。
4. 請求項１または２に記載の発明において、
   前記冷却流量制御手段は、前記パラレル回路から前記冷却通路に導かれる作動油の流量を、前記電動モータの回転速度に基づいて制御する
   ことを特徴とする作業機械の電動モータの冷却装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の発明において、
   前記冷却流量制御手段は、前記冷却通路と前記センタバイパスラインとに跨って設けられた流量制御弁を備え、この流量制御弁を、前記電動モータの発熱状態に応じて制御するものであり、
   前記流量制御弁は、前記パラレル回路から前記冷却通路に導かれる作動油の流量を増加させることと、前記センタバイパスラインから前記作動油タンクに導かれる作動油の流量を減少させこととを並行して行う弁である
   ことを特徴とする作業機械の電動モータの冷却装置。

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