JP2013198249A

JP2013198249A - 建設機械の駆動装置

Info

Publication number: JP2013198249A
Application number: JP2012061736A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Murakami; 良昭村上
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2013-09-30

Abstract

【課題】モータと減速機を中間フランジを介して内周側及び外周側の二つの円周上でボルト連結する構成を前提として、直径方向にコンパクトでありながら必要なモータ冷却機能を確保する。
【解決手段】駆動部としての電動モータ２２と減速機２３の間に冷却器としての中間フランジ３０を介装し、電動モータ２２と中間フランジ３０を連結する第１ボルト３２と、中間フランジ３０と減速機２３とを連結する第２ボルト３３の間の部分に外周側冷媒通路３４、第２ボルト３３よりもフランジ内径側の部分に内周側冷媒通路３５をそれぞれ円周方向に設け、この両冷媒通路３４，３５に冷媒を通すように構成した。
【選択図】図２

Description

本発明はハイブリッドショベル等の建設機械において、駆動源としてのモータ(とくに電動モータ)の冷却機能を備えた駆動装置に関するものである。

ショベルの旋回駆動装置を例にとって背景技術を説明する。

ショベルは、クローラ式の下部走行体上に上部旋回体が地面に対し鉛直な軸のまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体に作業アタッチメントが取付けられて構成される。

ハイブリッドショベルの場合、上部旋回体を旋回させる旋回駆動装置は、図４に示すように、駆動部としての油圧及び電動の両モータ１，２と、このモータ１，２の回転力を歯車減速機構により減速して被駆動部である上部旋回体に伝達する減速機３とを備え、この三者が、互いの中心軸(モータ軸と減速出力軸)が一致する状態で、油圧モータ１が最上段、電動モータ２が中段、減速機３が最下段となる縦置き姿勢で装置軸方向に連結されて構成される。

なお、駆動部が電動モータ２のみで構成される場合もある。

減速機３は、たとえばサン、プラネタリ、リング各ギヤを備えた一〜複数段の遊星歯車機構(図示省略)から成り、この減速機３の出力が、減速出力軸４に設けられたピニオン５、及び図示しない下部走行体のロワフレームに設けられた旋回ギヤを介して上部旋回体のアッパーフレーム６に伝えられる。

減速機３の下端には、減速出力軸４を回転自在に支持する軸受を内蔵したシャフト支持部７が設けられ、このシャフト支持部７の下部外周に設けられた取付フランジ８がアッパーフレーム６に取付ボルト９…によって取付けられる。

ところで、駆動装置によっては、図示のように減速機３が電動モータ２よりも小径の場合がある。

この場合、両者の直径差をカバーするために図示のようにスペーサフランジ等と呼ばれる接続フランジ１０が両者間に介装され、電動モータ２のフランジ２ａと接続フランジ１０が第１ボルト１１によって連結される一方、接続フランジ１０と減速機３(減速機ケーシング)３が第１ボルト１１よりも内周側で第２ボルト１２によって連結される。

すなわち、電動モータ２と減速機３は、接続フランジ１０を介して間接的に、かつ、外周側と内周側の二つの円周上で第１及び第２両ボルト１１，１２によって連結される。

従来、この種の駆動装置における冷却技術として、特許文献１に示されているように減速機３のケーシング周壁に冷媒通路を設け、水、油等の冷却媒体をこの冷媒通路に流して減速機３を外周から冷却する技術が公知である。

従って、この公知技術をハイブリッドショベルのモータ、とくに発熱量が多い電動モータ２の冷却技術として転用することが考えられる。

特開２００８−２４０６７６号公報

この場合、上記公知技術を、たとえば電動モータ２のケーシングに冷媒通路を形成する構造として転用すると、ケーシング周壁の肉厚を大きくしてその肉厚内に冷媒通路を設けるジャケット構造をとなるため、ケーシングの直径寸法が大きくなる。

従って、駆動装置の最大直径寸法が増加し、この直径方向の占有スペースが大きくなるため、とくにショベルの旋回駆動装置のように狭いスペースに多くの機器類が密集して設置される状況下で、機器類のレイアウトが難しくなる。

そこで本発明は、モータと減速機を中間フランジを介して内周側及び外周側の二つの円周上でボルト連結する構成を前提として、直径方向にコンパクトでありながら必要なモータ冷却機能を確保することができる建設機械の駆動装置を提供するものである。

上記課題を解決する手段として、本発明においては、駆動部としてのモータと、このモータの回転力を減速して被駆動部に伝達する減速機を、互いの中心軸が一致する状態でかつ互いの間に中間フランジを介装した状態で装置軸方向に並置し、上記モータと上記中間フランジを第１ボルトによって連結する一方、上記中間フランジと上記減速機を上記第１ボルトに対して内周側にずれた位置で第２ボルトによって連結し、上記中間フランジにおける上記第１及び第２両ボルト間の部分に外周側冷媒通路、上記第２ボルトよりもフランジ内径側の部分に内周側冷媒通路をそれぞれ円周方向に設け、上記外周側及び内周側両冷媒通路に冷却媒体を通すように構成したものである。

この構成によれば、モータと減速機の間に中間フランジを介装し、この中間フランジに冷媒通路を設けるため、モータケーシングをジャケット構造とする場合のようなモータ径の増加を招かずにモータ冷却機能を得ることができる。

また、中間フランジが、冷却器と、モータと減速機の直径差をカバーするための接続フランジを兼ねるため、装置構成を簡素化し、かつ、装置全長を短く抑えることができる。

しかも、冷媒通路を、連結ボルトを避けた二つの円周上に設けるため、高いモータ冷却性能を得ることができる。

なお、中間フランジの肉厚(高さ)を大幅アップして深い冷媒通路を形成すれば、通路断面積(冷却能力)が増加するため、冷媒通路は一つの円周上のみに設ければすむと考えられるが、こうすると中間フランジによって装置全長(旋回駆動装置の場合は全高)寸法の大幅増加を招くため、設置困難となる。

この点、本発明によれば装置全長を抑えながら必要十分なモータ冷却機能を確保することができる。

本発明においては、上記中間フランジの外周一部をカットし、上記モータと中間フランジを、上記カット部分以外の部分のみにおいて上記カット部分から一部がはみ出す円周上で上記第１ボルトによって連結する一方、上記外周側冷媒通路を上記カット部分以外の部分のみに設けるのが望ましい(請求項２)。

ショベルに用いられる縦置き型の旋回駆動装置は、作業アタッチメントのブームフット下方に設置され、アタッチメント配管が同装置の側方を通ってコントロールバルブに接続される。

そこで、従来、配管経路を確保するために、図４中の接続フランジ１０が、完全な円形ではなく、外周一部(通常は対称二個所)がある角度範囲で直線状にカットされた欠円状に形成されている。

この場合、モータと接続フランジが、上記カット部分以外の部分のみにおいて上記カット部分から一部がはみ出す円周上で上記第１ボルトによって連結される。

請求項２の発明によると、このような事情を踏まえて、中間フランジを、従来の接続フランジと同様に外周一部がカットされた欠円状とする構成を前提として、外周側冷媒通路を中間フランジにおける上記カット部分以外の部分のみに設けるため、同冷媒通路を中間フランジに無理なく形成しながら、必要なモータ冷却機能を確保することができる。

また本発明においては、上記外周側冷媒通路と内周側両冷媒通路を相連通させるのが望ましい(請求項３)。

こうすれば、両側冷媒通路を均等な温度条件に保つことができるため、モータ全周部分を均等に冷却することができる。

また、両冷媒通路に対する給排水路が一つでよいため、給排水構造が簡単でメンテナンスにも便利となる。

ここで、請求項２の構成をとる場合に、上記外周側冷媒通路の円周方向の両端を上記内周側冷媒通路に連通させるのが望ましい(請求項４)。

この構成によれば、外周側冷媒通路での冷媒の流れが良くなるため、両冷媒通路の冷媒温度の均等化、冷却性能の向上の点で一層有利となる。

本発明によると、モータと減速機を中間フランジを介して二つの円周上でボルト連結する構成を前提として、直径方向にコンパクトでありながら必要なモータ冷却機能を確保することができる。

本発明の実施形態に係るハイブリッドショベルの旋回駆動装置の全体正面図である。同装置の一部断面拡大図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う中間フランジの水平断面図である。従来の旋回駆動装置の全体正面図である。

実施形態はハイブリッドショベルの旋回駆動装置を適用対象としている。

実施形態に係る旋回駆動装置の基本的な構成は、図４に示す従来技術と同じである。

すなわち、駆動部としての油圧及び電動の両モータ２１，２２と、このモータ２１，２２の回転力を歯車減速機構により減速して被駆動部である上部旋回体に伝達する減速機２３とを備え、この三者が、互いの中心軸(モータ軸と減速出力軸)が一致する状態で、油圧モータ２１が最上段、電動モータ２２が中段、減速機２３が最下段となる縦置き姿勢で装置軸方向に連結されて構成される。

減速機２３は、たとえばサン、プラネタリ、リング各ギヤを備えた一〜複数段の遊星歯車機構(図示省略)から成り、この減速機２３の出力が、減速出力軸２４に設けられたピニオン２５、及び図示しない下部走行体のロワフレームに設けられた旋回ギヤを介して上部旋回体のアッパーフレーム２６に伝えられる。

この減速機２３は電動モータ２２よりも小径とされている。

減速機２３の下端には、減速出力軸２４を回転自在に支持する軸受を内蔵したシャフト支持部２７が設けられ、このシャフト支持部２７の下部外周に設けられた取付フランジ２８がアッパーフレーム２６に取付ボルト２９…によって取付けられる。

実施形態においては、電動モータ２２と減速機２３の間に、減速機２３と電動モータ２２の直径差をカバーする接続フランジと冷却器を兼ねる中間フランジ３０が介装され、モータ下端のモータフランジ３１とこの中間フランジ３０が外周側で第１ボルト３２によって連結される一方、中間フランジ３０と減速機２３(減速機ケーシング)が第１ボルト３２よりも内周側にずれた位置(中間フランジ内周側)で第２ボルト３３によって連結されている。

中間フランジ３０には、水、油等の冷却媒体(水の場合で説明する)が通される冷媒通路が形成されている。

すなわち、図２，３に示すように、第１及び第２両ボルト３２，３３間の部分に外周側冷媒通路３４、第２ボルト３３よりもフランジ内径側の部分に内周側冷媒通路３５がそれぞれ円周方向に設けられている。

ここで、中間フランジ３０は、前記アタッチメント配管の配管経路を確保するために、図２に示すように完全な円形ではなく、外周の対称二個所が直線状にカットされた欠円状に形成されている。

図３中の３０ａ，３０ａは中間フランジ３０における、カット面の両端とフランジ中心とを結ぶ直線間の部分(カット部分)、３０ｂ，３０ｂはこのカット部分３０ａ，３０ａ以外の部分(非カット部分)である。

そこで、モータフランジ３１と中間フランジ３０は、図示のように非カット部分３０ｂのみにおいてカット部分３０ａから一部がはみ出す円周上で第１ボルト３２によって連結されている。

一方、中間フランジ３０と減速機２３は、カット面よりも内周側の全周部分で第２ボルト３３によって連結されている。

外周側冷媒通路３４は、このフランジ構成を前提として、非カット部分３０ｂのみに円弧状に、かつ、その円周方向の両端で内周側冷媒通路３５に連通する状態で設けられている。図２中、３６…はこの連通部分である。

一方、内周側冷媒通路３５は、カット部分３０ａと非カット部分３０ｂとに跨る全周範囲に設けられている。

また、中間フランジ３０には、外周側及び内周側両冷媒通路３４，３５に対する給水用及び排水用の連通穴３７、３８が直径方向に設けられ、給水用連通穴３７に給水管３９、排水用連通穴３８に排水管４０がそれぞれ接続されている。

給水管３９は図示しない冷却ポンプを備えた冷却循環回路の吐出側に、排水管４０は同吸い込み側にそれぞれ接続され、冷却媒体(水)がこの冷却循環回路及び外、内周両側の冷媒通路３４，３５を通って循環するように構成されている。

なお、連通穴３７，３８は、図示のように非カット部分３０ｂで外周側冷媒通路３４に連通する状態で設けてもよいし、カット部分３０ａまたは非カット部分３０ｂで内周側冷媒通路３５に連通する状態で設けてもよい。

また、このような冷媒通路付きの中間フランジ３０は、同フランジ３０の鋳型成形時に、両冷媒通路３４，３５、連通部分３６…及び連通穴３７，３８に対応する中空部を持った中空部材４１(図２のみに符号を付す)を鋳型内に配置し、鋳込むことによって成形することができる。

なお、図３には、図の簡素化のため、中空部材４１の肉厚を太線として示している。

この駆動装置によると、電動モータ２２と減速機２３との間に中間フランジ３０を介装し、この中間フランジ３０に冷媒通路３４，３５を形成するため、モータケーシングの周壁に冷媒通路を形成するジャケット構造と比較して、モータケーシングそのものを大径化する必要がないこと、及び中間フランジ３０はモータフランジ３１と同等径でよいことにより、装置直径寸法の増加を招かずに必要なモータ冷却機能を確保することができる。

従って、装置の直径方向の占有スペースを縮小できるため、機器レイアウト上有利となる。

また、中間フランジ３０が、冷却器と、電動モータと２２減速機２３の直径差をカバーするための接続フランジを兼ねるため、装置構成を簡素化し、かつ、装置全長を短く抑えることができる。

しかも、冷媒通路３４，３５を、第１ボルト３２，３３を避けた二つの円周上に設けるため、高いモータ冷却性能を得ることができる。

また、配管経路確保のために外周一部がカットされたフランジ形状に対応して、外周側冷媒通路３４を非カット部分３０ｂのみに設けるため、同通路３４を中間フランジ３０に無理なく形成しながら、必要なモータ冷却機能を確保することができる。

さらに、外周側、内周側両冷媒通路３４，３５を相連通させているため、両冷媒通路３４，３５を均等な温度条件に保ち、モータ全周部分を均等に冷却することができる。

また、両冷媒通路３４，３５に対する給排水路(連通穴３７，３８及び給排水管３９，４０)が一つでよいため、給排水構造が簡単でメンテナンスにも便利となる。

この場合、外周側冷媒通路３４の円周方向の両端を連通部分３６によって内周側冷媒通路３５に連通させているため、外周側冷媒通路３４での冷媒の流れが良くなる。このため、両冷媒通路３４，３５の冷媒温度の均等化、冷却性能の向上の点で一層有利となる。

他の実施形態
(１) 中間フランジ３０のカット面が円周方向の一個所のみに設けられる場合は、外周側冷媒通路３４を一個所のカット部分以外の円周方向の全部分に設ければよい。

また、中間フランジ３０にカット面を設ける必要がない場合には、外周側冷媒通路３４を内周側冷媒通路３５と同様に全周部分に設けてもよい。

(２) 外周側冷媒通路３４を円周方向の中間部のみで内周側冷媒通路３５に連通させる構成をとってもよい。

(３) 上記実施形態では、中空部材４１を鋳込むことによって両冷媒通路３４，３５、連通部分３６…及び連通穴３７，３８を持った中間フランジ３０を成形する構成をとったが、冷媒通路等を形成するための凹溝を持った一対の半割り状のフランジ片をフランジ高さ(厚み)方向に重ね合わせて中間フランジ３０を構成してもよい。

(４) 本発明は下部走行体の走行駆動装置やウィンチの駆動装置等、旋回駆動装置と同様にモータと減速機が、互いの中心軸(モータ軸と減速出力軸)が一致する状態で装置軸方向に並んで設けられる他の駆動装置にも、またショベル以外の建設機械において上記構成を備えた駆動装置にも上記同様に適用することができる。

また、駆動部と減速機が左右に位置する横置き型の駆動装置にも適用することができる。

(５) 実施形態では、駆動部として油圧モータ２１と電動モータ２２を併用する併用型のものを例示しているが、駆動部が電動モータのみで構成される駆動装置にも、また油圧モータのみで構成される駆動装置にも適用することができる。

２１油圧モータ
２２電動モータ
２３減速機
２４減速出力軸
２５ピニオン
３０中間フランジ
３０ａ中間フランジのカット部分
３０ｂ同、非カット部分
３１モータフランジ
３２第１ボルト
３３第２ボルト
３４外周側冷媒通路
３５内周側冷媒通路
３６連通部分
３７給水用連通穴
３８排水用連通穴

Claims

駆動部としてのモータと、このモータの回転力を減速して被駆動部に伝達する減速機を、互いの中心軸が一致する状態でかつ互いの間に中間フランジを介装した状態で装置軸方向に並置し、上記モータと上記中間フランジを第１ボルトによって連結する一方、上記中間フランジと上記減速機を上記第１ボルトに対して内周側にずれた位置で第２ボルトによって連結し、上記中間フランジにおける上記第１及び第２両ボルト間の部分に外周側冷媒通路、上記第２ボルトよりもフランジ内径側の部分に内周側冷媒通路をそれぞれ円周方向に設け、上記外周側及び内周側両冷媒通路に冷却媒体を通すように構成したことを特徴とする建設機械の駆動装置。
上記中間フランジの外周一部をカットし、上記モータと中間フランジを、上記カット部分以外の部分のみにおいて上記カット部分から一部がはみ出す円周上で上記第１ボルトによって連結する一方、上記外周側冷媒通路を上記カット部分以外の部分のみに設けたことを特徴とする請求項１記載の建設機械の駆動装置。
上記外周側冷媒通路と内周側両冷媒通路を相連通させたことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械の駆動装置。
上記外周側冷媒通路の円周方向の両端を上記内周側冷媒通路に連通させたことを特徴とする請求項２記載の建設機械の駆動装置。