JP2013208040A - Turning drive unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はショベルの旋回機構を駆動する旋回駆動装置に関する。 The present invention relates to a turning drive device that drives a turning mechanism of an excavator.
一般的に、掘削作業等を行なうショベルには旋回体が設けられ、掘削作業を行なうためのブーム、アーム及びバケットが旋回体に設けられる。旋回体を旋回させることで、バケットをショベルの周囲の任意の位置に移動する。旋回体を旋回させるための旋回駆動装置の駆動源として電動モータを用いることがある。旋回用電動モータで旋回体を旋回駆動することを電動旋回と称する。 In general, a shovel that performs excavation work or the like is provided with a swivel body, and a boom, an arm, and a bucket for performing the excavation work are provided on the swivel body. By rotating the revolving structure, the bucket is moved to an arbitrary position around the shovel. An electric motor may be used as a drive source of a turning drive device for turning the turning body. Driving the turning body with the turning electric motor is called electric turning.
旋回用電動モータの出力軸は、旋回変速機を介して旋回機構の入力軸に接続される。旋回用電動モータとしては、小型で高出力とするために高回転数の電動モータが用いられるので、旋回変速機としては大きな減速比を有する遊星歯車機構が用いられることが多い。 The output shaft of the turning electric motor is connected to the input shaft of the turning mechanism via a turning transmission. As the electric motor for turning, an electric motor having a high rotational speed is used in order to achieve a small size and high output, and therefore, a planetary gear mechanism having a large reduction ratio is often used as the turning transmission.
また、旋回用電動モータを駆動しないときには旋回用電動モータは自由に回転できる状態にあるので、旋回体に機械的にブレーキをかけて固定しておく必要がある。このため、旋回変速機の出力軸に機械的にブレーキをかけるブレーキ装置(メカニカルブレーキと称する)が旋回変速機の近傍に設けられる場合が多い。 Further, when the electric motor for turning is not driven, the electric motor for turning is in a state where it can freely rotate, so it is necessary to mechanically brake and fix the turning body. For this reason, a brake device (referred to as a mechanical brake) that mechanically brakes the output shaft of the turning transmission is often provided in the vicinity of the turning transmission.
以上のような構成の旋回駆動装置において、駆動源となる電動モータは駆動時に発熱するため、冷却する必要がある。そこで、電動モータの回転軸にギヤポンプを接続し、ギヤポンプから吐出される冷却油を、回転軸の中に形成した油路を通してロータに供給して電動モータを冷却することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In the swivel drive device configured as described above, the electric motor serving as a drive source generates heat during driving and needs to be cooled. Accordingly, it has been proposed to connect a gear pump to the rotating shaft of the electric motor and to cool the electric motor by supplying cooling oil discharged from the gear pump to the rotor through an oil passage formed in the rotating shaft (for example, , See Patent Document 1).
特許文献1に開示された電動モータの冷却構造は、電動モータの回転軸の一端にギヤポンプを設け、なおかつ回転軸及びロータに貫通孔を形成する。したがって、電動モータの構造が複雑となり、旋回駆動装置のコストアップを招くといった問題がある。
In the cooling structure of the electric motor disclosed in
本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、簡単な構造で電動モータを効率的に冷却できる旋回駆動装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a turning drive device that can efficiently cool an electric motor with a simple structure.
本発明の一実施形態によれば、掘削機の旋回体を駆動する旋回駆動装置であって、旋回用の垂直型電動モータと、該垂直型電動モータの回転軸の回転力を動力源として冷却媒体の吸入、吐出を行なう冷却媒体循環装置とを有し、前記冷却媒体循環装置は、前記垂直型電動モータの前記回転軸の同心軸上に螺旋状の羽根が形成されたポンプを含むことを特徴とする旋回駆動装置が提供される。 According to an embodiment of the present invention, there is provided a turning drive device for driving a turning body of an excavator, and cooling is performed using a vertical electric motor for turning and a rotational force of a rotating shaft of the vertical electric motor as a power source. A cooling medium circulation device that sucks and discharges the medium, and the cooling medium circulation device includes a pump in which spiral blades are formed on the concentric shaft of the rotating shaft of the vertical electric motor. A featured swivel drive is provided.
上述の発明によれば、簡単な構造で垂直型電動モータの冷却を効率的に行なうことのできる旋回駆動装置を提供することができる。 According to the above-described invention, it is possible to provide a turning drive device that can efficiently cool a vertical electric motor with a simple structure.
まず、本発明の一実施形態による旋回駆動装置が組み込まれたショベルの全体構成及び駆動系の構成について説明する。図1は本発明の一実施形態による旋回駆動装置が組み込まれた掘削機の一例であるショベルを示す側面図である。 First, an overall configuration of a shovel incorporating a turning drive device according to an embodiment of the present invention and a configuration of a drive system will be described. FIG. 1 is a side view showing an excavator as an example of an excavator in which a turning drive device according to an embodiment of the present invention is incorporated.
図1に示すショベルの下部走行体1には、旋回機構2を介して上部旋回体3が搭載されている。上部旋回体3には、ブーム4が取り付けられている。ブーム4の先端に、アーム5が取り付けられ、アーム5の先端にバケット6が取り付けられている。ブーム4,アーム5及びバケット6は、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体3には、キャビン10が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。
An
なお、図1に示すショベルは、旋回駆動装置に供給する電力を蓄積する蓄電装置を有するショベルであるが、電動旋回を採用したショベルであれば、例えば外部電源から充電電力が供給される電気駆動式ショベルにも本発明を適用することができる。 The excavator shown in FIG. 1 is an excavator having a power storage device that stores electric power to be supplied to the turning drive device. The present invention can also be applied to an excavator.
図2は図1に示すショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図2において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は実線でそれぞれ示されている。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the drive system of the shovel shown in FIG. In FIG. 2, the mechanical power system is indicated by a double line, the high-pressure hydraulic line is indicated by a solid line, the pilot line is indicated by a broken line, and the electric drive / control system is indicated by a solid line.
機械式駆動部としてのエンジン11と、アシスト駆動部としての電動発電機12は、変速機13の2つの入力軸にそれぞれ接続されている。変速機13の出力軸には、油圧ポンプとしてメインポンプ14及びパイロットポンプ15が接続されている。メインポンプ14には、高圧油圧ライン16を介してコントロールバルブ17が接続されている。また、パイロットポンプ15には、パイロットライン25を介して操作装置26が接続されている。
An
コントロールバルブ17は、ハイブリッド式ショベルにおける油圧系の制御を行う制御装置である。下部走行体1用の油圧モータ1A(右用)及び1B(左用)、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9は、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ17に接続される。
The control valve 17 is a control device that controls a hydraulic system in the hybrid excavator. The hydraulic motors 1A (for right) and 1B (for left), the boom cylinder 7, the
電動発電機12には、インバータ18Aを介して、蓄電器としてのキャパシタを含む蓄電系(蓄電装置)120が接続される。蓄電系120には、インバータ20を介して電動作業要素としての旋回用電動機21が接続されている。旋回用電動機21の回転軸21Aには、旋回変速機24が接続される。旋回変速機24の出力軸24Aの一端にはメカニカルブレーキ23が接続される。旋回変速機24の出力軸24Aの他端には冷却用潤滑装置60が接続される。冷却用潤滑装置60は後述のように旋回用電動機21内の潤滑油を冷却しながら循環させる装置である。旋回用電動機21と、旋回変速機24と、冷却用潤滑装置60とにより旋回駆動装置40が構成される。後述のように旋回駆動装置40は、メカニカルブレーキ23を含むこととしてもよい。ここで、旋回用電動機21が上部旋回体3を旋回駆動するための旋回用電動モータに相当し、メカニカルブレーキ23は上部旋回体3に機械的にブレーキをかけておくブレーキ装置に相当する。メカニカルブレーキ23の出力軸23Aは(すなわち、旋回変速機24の回転軸24A)は上述の旋回機構2に接続され、メカニカルブレーキ23の出力軸23Aの回転力(動力)で旋回機構2が駆動され、上部旋回体3が旋回する。
The motor generator 12 is connected to a power storage system (power storage device) 120 including a capacitor as a battery via an
操作装置26は、レバー26A、レバー26B、ペダル26Cを含む。レバー26A、レバー26B、及びペダル26Cは、油圧ライン27及び28を介して、コントロールバルブ17及び圧力センサ29にそれぞれ接続される。圧力センサ29は、電気系の駆動制御を行うコントローラ30に接続されている。
The
コントローラ30は、ハイブリッド式ショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。コントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、CPUが内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。
The
コントローラ30は、圧力センサ29から供給される信号を速度指令に変換し、旋回用電動機21の駆動制御を行う。圧力センサ29から供給される信号は、旋回機構2を旋回させるために操作装置26を操作した場合の操作量を表す信号に相当する。
The
コントローラ30は、電動発電機12の運転制御(電動(アシスト)運転又は発電運転の切り替え)を行うとともに、蓄電系120の昇降圧コンバータを駆動制御することによりキャパシタの充放電制御を行う。コントローラ30は、キャパシタの充電状態、電動発電機12の運転状態(電動(アシスト)運転又は発電運転)、及び旋回用電動機21の運転状態(力行運転又は回生運転)に基づいて、蓄電系120の昇降圧コンバータの昇圧動作と降圧動作の切替制御を行い、これによりキャパシタの充放電制御を行う。また、コントローラ30は、後述のようにキャパシタに充電する量(充電電流又は充電電力)の制御も行なう。
The
旋回用電動機21の回転速度(角速度ω)はレゾルバにより検出される。また、ブーム4の角度(ブーム角度θB)はブーム4の支持軸に設けられたロータリエンコーダ等のブーム角度センサ7Bにより検出される。コントローラ30は、旋回用電動機21の角速度ωに基づいて推定旋回回生電力(エネルギ)を演算で求め、また、ブーム角度θBに基づいて推定ブーム回生電力(エネルギ)を演算で求める。そして、コントローラ30は、演算で求めた推定旋回回生電力と推定ブーム回生電力とに基づいて、SOCの回生見込み目標値を演算により求める。コントローラ30は、キャパシタ19のSOCを、求めた回生見込み目標値に近づけるようにハイブリッド式ショベルの各部を制御する。
The rotational speed (angular speed ω) of the turning
上述のような構成のハイブリッド式ショベルによる作業では、上部旋回体3を旋回駆動するために、インバータ20を介して供給される電力により旋回用電動機21が駆動される。旋回用電動機21の出力軸21Aの回転力は、旋回変速機24とメカニカルブレーキ23を介してメカニカルブレーキ23の出力軸23Aに伝達される。メカニカルブレーキ23の出力軸23Aは旋回駆動装置40の出力軸に相当する。
In the work by the hybrid excavator having the above-described configuration, the turning
図3は本発明の一実施形態による旋回駆動装置40の構成を示すブロック図である。上述のように、旋回駆動装置40は、駆動源としての電動モータである旋回用電動機21を含む。旋回用電動機21は回転軸が重力方向に延在するように配置される垂直型電動モータである。旋回用電動機21の出力軸側に旋回変速機24としてヘリカル遊星減速機が接続される。旋回変速機24(ヘリカル遊星減速機)の回転軸24Aには、メカニカルブレーキ23としてのディスクブレーキが設けられる。旋回変速機24(ヘリカル遊星減速機)の回転軸24Aは、メカニカルブレーキ23の出力軸23Aに相当し、且つ旋回駆動装置40の出力軸40Aとなる。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the turning
図4は旋回駆動装置40の断面図である。本実施形態では、旋回変速機24を構成するヘリカル遊星減速機の太陽歯車42が、旋回用電動機21の出力軸21Aに固定されている。太陽歯車42は複数の遊星歯車44に係合している。遊星歯車44の各々は、旋回変速機24(ヘリカル遊星減速機)の出力軸24Aが設けられたキャリア46に回転可能に支持されている。そして、各遊星歯車44は、ギヤケース50の内面に形成された内歯歯車に噛合している。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the turning
内歯歯車が形成されたギヤケース50は、旋回用電動機21のエンドプレート21aに固定されており、自ら回転することはできない。一方、出力軸24Aが設けられたキャリア46は、ギヤケース50に固定されたエンドケース52に対して、ベアリングを介して回転可能に支持されている。
The
以上のような構成のヘリカル遊星減速機において、旋回用電動機21の出力軸21Aが回転して太陽歯車42が回転すると、遊星歯車44が回転(自転)する。遊星歯車44はギヤケース50の内面に形成された内歯歯車に噛合しており、遊星歯車44の回転力で内歯歯車が形成されたギヤケース50が回転しようとする。ところが、ギヤケース50は旋回用電動機21のエンドプレート21aに固定されているので、回転することはできない。その結果、遊星歯車44を支持しながら自ら回転可能に支持されているキャリア46のほうが回転することとなる。以上のような遊星歯車作用により、旋回用電動機21の出力軸21Aの回転が減速されてキャリア46から延在する回転軸24A(出力軸)に出力される。
In the helical planetary speed reducer configured as described above, when the
メカニカルブレーキ23は旋回変速機24の回転軸24Aの回転力を抑制することでブレーキをかける装置であり、旋回変速機24とは別個に設けられてもよいが、旋回変速機24の中に設けられるよう構成してもよい。例えば、メカニカルブレーキ23をディスクブレーキで構成し、ブレーキディスクを固定部であるギヤケース50と旋回変速機24の出力軸24Aに取付けて、固定部分であるギヤケース50に設けられたブレーキパッドをブレーキディスクに押圧することで、ブレーキ力を発生させるよう構成してもよい。この場合、ギヤケース50内に軸方向に移動可能なピストンを設け、ピストンによりブレーキパッドをディスクブレーキに押圧して、回転軸24Aに制動力を印加する。
The
以上のように構成することで、旋回変速機24のギヤケース50内にメカニカルブレーキ23を組み込むことができ、旋回駆動装置40の構造を簡素化することができる。ただし、メカニカルブレーキ23を旋回変速機24とは別個に設けることとしてもよく、本実施形態ではメカニカルブレーキ23は旋回変速機24に組み込まれていないものとして説明する。
With the configuration described above, the
旋回変速機24を構成するヘリカル遊星減速機の歯車部品を潤滑するために、旋回変速機24のギヤケース50の内部に形成された密閉空間に潤滑油が充填されている。旋回変速機24内の潤滑油は、歯車部品を潤滑しながら歯車の噛み合い部分を冷却する機能も有する。本実施形態では、旋回変速機24の潤滑油を、旋回用電動機21を冷却するための冷却媒体として用いる。
In order to lubricate the gear parts of the helical planetary reduction gear that constitutes the turning
ギヤケース50は旋回用電動機21のエンドプレート21aに固定されており、エンドプレート21aから外側に延在する回転軸21Aの先端は、ギヤケース50内の潤滑油が充填された密閉空間に内に突出している。この回転軸21Aの先端に太陽歯車42が取り付けられることで、太陽歯車42は潤滑油が充填された密閉空間内に配置される。
The
旋回変速機24は、旋回用電動機21の下端側(エンドプレート21aの側)に取付けられている。旋回用電動機21は高速回転の垂直型電動モータであり、円筒形のモータケーシング21cの両側にエンドプレート21a及び21bが取り付けられている。モータケーシング21cの内部に、回転軸21Aがその中央を貫通して延在するロータ21d及びステータ21e収容されている。回転軸21Aは、エンドプレート21a及び21bに設けられたベアリングにより回転可能に支持されている。
The turning
旋回用電動機21の回転軸21Aの反対側の上側の端部は、エンドプレート21bから外側に延在し、この端部にサイクロン羽根62が形成されている。サイクロン羽根62の外周はポンプケース64に覆われており、サイクロンポンプが形成されている。このサイクロンポンプが後述のように冷却媒体循環装置60を構成する。
The upper end of the turning
本実施形態による旋回駆動装置40は、旋回用電動機21の回転軸21Aが垂直になるように配置される。すなわち、旋回駆動装置40がショベルに組み込まれると、旋回変速機24が旋回用電動機21の下側に位置し、冷却媒体循環装置60が旋回用電動機21の上側に位置する。
The turning
ここで、旋回用電動機21の回転軸21Aは中空の軸となっており、潤滑油流通孔21aが回転軸21Aを軸方向に貫通して延在している。潤滑油流通孔21aの下端は、回転軸21Aに太陽歯車42が取り付けられた部分において、旋回変速機24のギヤケース50内の密閉空間に開口している。したがって、旋回変速機24のギヤケース50内の密閉空間に充填されている潤滑油は潤滑油流通孔21a内に流れ込むことができる。一方、潤滑油流通孔21aの上端は、ポンプケース64の内部空間に開口している。
Here, the
ポンプケース64は円筒状のシリンダ64aと、その両端のエンドプレート64b、64cとで構成される。上側のエンドプレート64bにはベント機構66が設けられている。ポンプケース64の内部空間の圧力が上昇すると、内部空間の空気をベント機構66を通じて外部に排出することができる。
The
本実施形態では、ポンプケース64の下部の側面に、潤滑油吸入・排出口68が設けられる。また、旋回変速機24のギヤケース50の側面にも、潤滑油吸入・排出口54が設けられる。ポンプケース64の潤滑油吸入・排出口68とギヤケース50の潤滑油吸入・排出口54とは、潤滑油流通配管70により接続されている。潤滑油流通配管70は、内部を潤滑油が流れるようになっており、その途中に冷却装置としてオイルクーラ72が設けられる。オイルクーラ72は、例えば外周に放熱フィンを有する配管により構成され、内部を流通する潤滑油の熱を周囲に放出して潤滑油を冷却する。
In the present embodiment, a lubricating oil suction /
オイルクーラ72は上述の放熱フィン付配管に限られず、既知の様々な冷却装置を用いることができる。例えば、潤滑油流通配管70の途中にウォータジャケットを設け、水冷式のオイルクーラ72を構成してもよい。ここで、旋回用電動機21が駆動されて回転軸21Aが回転すると、サイクロン羽根62も同時に回転する。サイクロン羽根62が回転すると、作動油はサイクロン羽根62に沿って上下に移動する。これにより、冷却媒体循環装置60がポンプとして機能する。
The
また、上記実施例ではサイクロン羽根62を回転軸21Aの外周に形成した事例を示したが、サイクロン羽根62を回転軸21Aの内周に形成してもよい。
Moreover, although the example which formed the cyclone blade |
次に、上述の構成の旋回駆動装置40内における潤滑油の流れについて説明する。
Next, the flow of the lubricating oil in the turning
まず、旋回用電動機21が低速回転のときの潤滑油の流れについて図5を参照しながら説明する。図5は旋回駆動装置40内における潤滑油の流れを示す図であり、旋回駆動装置40は概略図で示されている。図5(a)は旋回用電動機21が低速正回転しているときの潤滑油の流れを示し、図5(b)は旋回用電動機21が低速逆回転しているとき潤滑油の流れを示す。
First, the flow of lubricating oil when the turning
旋回用電動機21が正回転方向に低速回転すると、図5(a)に示すように、冷却媒体循環装置60を構成するサイクロンポンプが正回転し、図中矢印Aで1示すように、旋回変速機24内の潤滑油は回転軸21Aの潤滑油流通孔21aを通って上方に向かう。このとき、旋回用電動機21の回転軸21Aと共に回転するサイクロンポンプの回転が低速であるので、作動油は潤滑油流通孔21aの上端までは到達することはできず、潤滑油流通孔21aの途中まで上昇する。潤滑油流通孔21a内を上昇する潤滑油は、図中矢印B1で示すようにオイルクーラ72から旋回変速機24に供給される潤滑油であり、低温の潤滑油である。したがって、回転軸21A及びその周囲のロータ21dは低温の潤滑油が流れることで冷却される。
When the turning
旋回用電動機21が低速で正回転した後に低速で逆回転すると、図5(b)に示すように、冷却媒体循環装置60を構成するサイクロンポンプが逆回転し、図中矢印C1で示すように、旋回変速機24内の潤滑油は潤滑油流通配管70(オイルクーラ72)を通って上方に向かう。このとき、旋回用電動機21の回転軸21Aと共に回転するサイクロンポンプの回転は低速であるので、潤滑油は潤滑油流通配管70の上端までは到達することはできず、潤滑油流通配管70の途中まで上昇する。潤滑油流通配管70内を上昇する潤滑油は、図中矢印D1で示すように旋回用電動機21の回転軸21Aの潤滑油流通孔21aから旋回変速機24に戻った潤滑油であり、高温の潤滑油である。したがって、潤滑油流通配管70内を上昇する潤滑油はオイルクーラ72を通ることで冷却される。
When the turning
以上のように、旋回用電動機21の正回転時には、オイルクーラ72で冷却されて低温となった潤滑油が旋回変速機24に供給される。そして、その低温の潤滑油が回転軸21Aの潤滑油流通孔21aを上方に流れ、回転軸21Aは冷却される。旋回用電動機21が逆回転すると、回転軸21A内で熱を吸収して高温となった潤滑油は旋回変速機24に戻される。旋回変速機24に戻された高温の潤滑油は、潤滑油流通配管70に流れて潤滑油流通配管70内を上昇する。このとき、潤滑油流通配管70内を流れる潤滑油は、オイルクーラ72により冷却されて低温の潤滑油になる。
As described above, during the normal rotation of the turning
ショベルの上部旋回体3が作業中に右旋回、左旋回を繰り返すたびに、上述の潤滑油の往復の流れが生じる。したがって、旋回用電動機21が正回転する毎に、旋回用電動機21の回転軸21A及びその周囲のロータ21dが潤滑油により冷却されることとなる。
Each time the upper revolving
次に、旋回用電動機21が高速回転のときの潤滑油の流れについて図6を参照しながら説明する。図6は旋回駆動装置40内における潤滑油の流れを示す図であり、旋回駆動装置40は概略図で示されている。図6(a)は旋回用電動機21が高速正回転しているときの潤滑油の流れを示し、図6(b)は旋回用電動機21が高速逆回転しているとき潤滑油の流れを示す。
Next, the flow of lubricating oil when the turning
旋回用電動機21が正回転方向に高速回転すると、図6(a)に示すように、冷却媒体循環装置60を構成するサイクロンポンプが高速で正回転し、図中矢印A1で示すように、旋回変速機24内の潤滑油は回転軸21Aの潤滑油流通孔21aを通って潤滑油流通孔21aの上端に向かう。このとき、潤滑油に先だって回転軸21A内で加熱された空気がポンプケース64内に充満し、ベント機構66から外部に排出される。ベント機構66から排出される空気は回転軸21A及びロータ21dの熱を吸収してきた空気であり、この加熱空気の排出により一次冷却が行なわれる。
When the turning
サイクロンポンプが高速で正回転し続けると、回転軸21Aの潤滑油流通孔21aを流れて熱を吸収して高温となった潤滑油は、矢印A2で示すように潤滑油流通孔21aの上端から流れ出て、矢印A3で示すようにポンプケース64内を流れて潤滑油流通配管70内に流れ込む。潤滑油流通配管70内に流れ込んだ高温の潤滑油は、矢印A4で示すようにオイルクーラ72に流れる。高温の潤滑油は矢印B1に示すようにオイルクーラ72を流れる際に冷却されて低温の潤滑油となり、旋回変速機24に戻る。
When the cyclone pump continues to rotate normally at high speed, the lubricating oil which has flowed through the lubricating
旋回用電動機21が正回転方向に高速回転している間は、上述のように潤滑油が循環しながら回転軸21A及びロータ21dが冷却される。低速回転時とは異なり、潤滑油の流れが切り替わらなくても、潤滑油が循環することで連続して回転軸21A及びロータ21dの冷却を行なうことができる。
While the turning
一方、旋回用電動機21が高速で逆回転すると、図6(b)に示すように、冷却媒体循環装置60を構成するサイクロンポンプが逆回転し、図中矢印C1で示すように、旋回変速機24内の潤滑油は潤滑油流通配管70(オイルクーラ72)を通って上方に向かう。このとき、潤滑油流通配管70内を上昇する潤滑油は、オイルクーラ72により冷却され、図中矢印C2で示すように低温の潤滑油となってポンプケース64内に流れ込む。このとき、ポンプケース64に滞留していた加熱空気がベント機構66から排出され、2次冷却が行なわれる。
On the other hand, when the turning
その後、ポンプケース64に溜まった低温の冷却水は、矢印D1で示すように、回転軸21Aの上端から潤滑油流通孔21aに流れ込み、重力で潤滑油流通孔21a内を下方に流れる。潤滑油は潤滑油流通孔21a内を流れ落ちる間に、潤滑油流通穴21aの内壁面から熱を吸収し、矢印D2で示すように旋回変速機24内に流れ込む。旋回変速機24内に流れ込んだ潤滑油は、旋回変速機24内の歯車部分を冷却した後、高温の潤滑油となり、再び矢印C1に示すように潤滑油流通配管70(オイルクーラ72)を通って上方に向かう。
Thereafter, the low-temperature cooling water accumulated in the
以上のように、 旋回用電動機21が逆回転方向に高速回転している間も、上述のように潤滑油が循環しながら回転軸21A及びロータ21dが冷却される。低速回転時とは異なり、潤滑油の流れが切り替わらなくても、潤滑油が循環することで連続して回転軸21A及びロータ21dの冷却を行なうことができる。
As described above, the
上述のように、旋回用電動機21が低速回転するときには、一方向(図5に示す例では正回転方向)に回転するときに旋回用電動機21が内側から冷却され、反対方向(図5に示す例では逆方向)に回転するときに潤滑油はオイルクーラ72に流れて冷却され、オイルクーラ72から熱が放出される。旋回電動機21が低速回転のときは、旋回用電動機21の発熱量は小さく、また、旋回変速機24の歯車部分での発熱量も小さい。したがって、旋回用電動機21が低速回転のときには、大きな冷却能力を必要としないので、一方向の回転時に潤滑油で冷却を行い、反対方向の回転時に潤滑油の熱を外部に放出するという冷却方法で十分に旋回用電動機21及び旋回変速機24を冷却することができる。
As described above, when the turning
一方、旋回用電動機21が低速回転するときには、一方向(図6に示す例では正回転方向)に回転するときには潤滑油が循環して旋回用電動機21及び旋回変速機24が常に冷却され、反対方向(図6に示す例では逆回転方向)に回転するときにも潤滑油が循環して旋回用電動機21及び旋回変速機24が常に冷却される。旋回電動機21が高速回転のときは、旋回用電動機21の発熱量は大きく、また、旋回変速機24の歯車部分での発熱量も大きい。したがって、旋回用電動機21が高速回転のときには、大きな冷却能力を必要とするので、正逆いずれの回転方向であっても常に循環する潤滑油で冷却を行い、十分に旋回用電動機21及び旋回変速機24を冷却することができる。
On the other hand, when the turning
以上のように、本実施形態によれば、旋回用電動機21の回転数に依存して冷却能力が変化するので、旋回用電動機21の回転数に基づいて冷媒の流量を制御するというような冷却能力の制御を行なう必要がなく、簡単な構成で冷却能力を自動的に制御することができる。
As described above, according to the present embodiment, the cooling capacity varies depending on the rotation speed of the turning
上述の実施形態では、旋回用電動機21の回転を一つの旋回変速機24(ヘリカル遊星減速機)で減速しているが、旋回用電動機21のとして高回転数の電動モータを用いた場合には、旋回変速機を多段にして所望の回転数まで減速することもできる。図7は旋回変速機を多段とした場合の旋回駆動装置の構成を示すブロック図である。
In the above-described embodiment, the rotation of the turning
図7に示す旋回駆動装置100は、図3に示す旋回駆動装置40に対して、2段目旋回変速機として遊星減速機80を加ええ構成したものである。旋回変速機24の出力軸となる回転軸24Aにさらに太陽歯車を取付け、その周囲に遊星歯車を配置することで2段目旋回変速機となる遊星減速機80を構成することができる。
The turning
1 下部走行体
1A,1B 油圧モータ
2 旋回機構
3 上部旋回体
4 ブーム
5 アーム
6 バケット
7 ブームシリンダ
7A 油圧配管
7B ブーム角度センサ
8 アームシリンダ
9 バケットシリンダ
10 キャビン
11 エンジン
12 電動発電機
13 変速機
14 メインポンプ
15 パイロットポンプ
16 高圧油圧ライン
17 コントロールバルブ
18,18A,18B,20 インバータ
19 キャパシタ
21 旋回用電動機
21A 出力軸
21a,21b エンドプレート
21c
21d ロータ
21e ステータ
22 レゾルバ
23 メカニカルブレーキ
24 旋回変速機
25 パイロットライン
26 操作装置
26A,26B レバー
26C ペダル
26D ボタンスイッチ
27 油圧ライン
28 油圧ライン
29 圧力センサ
30 コントローラ
40,100 旋回駆動装置
42 太陽歯車
44 遊星歯車
46 キャリア
50 ギヤケース
52 エンドケース
54 潤滑油吸入・排出口
60 冷却媒体循環装置
62 サイクロン羽根
64 ポンプケース
64a シリンダ
64b,64c エンドプレート
66 ベント機構
70 潤滑油流通配管
72 オイルクーラ
80 遊星減速機(2段目変速機)
120 蓄電系
DESCRIPTION OF
21 Electric motor for turning
120 Power storage system
Claims (7)
旋回用の垂直型電動モータと、
該垂直型電動モータの回転軸の回転力を動力源として冷却媒体の吸入、吐出を行なう冷却媒体循環装置と
を有し、
前記冷却媒体循環装置は、前記垂直型電動モータの前記回転軸の同心軸上に螺旋状の羽根が形成されたポンプを含むことを特徴とする旋回駆動装置。 A turning drive device for driving a turning body of an excavator,
A vertical electric motor for turning;
A cooling medium circulating device that sucks and discharges the cooling medium using the rotational force of the rotating shaft of the vertical electric motor as a power source;
The cooling medium circulating apparatus includes a pump having a spiral blade formed on a concentric shaft of the rotating shaft of the vertical electric motor.
前記垂直型電動モータは、ロータを貫通する前記回転軸の軸方向に延在する貫通孔を有し、該貫通孔内を前記冷却媒体が流れる旋回駆動装置。 The swivel drive device according to claim 1,
The vertical electric motor has a through-hole extending in the axial direction of the rotating shaft passing through a rotor, and the turning drive device in which the cooling medium flows in the through-hole.
前記冷却媒体循環装置の回転軸は軸方向に延在する貫通孔を有し、
前記冷却媒体循環装置の前記回転軸は、前記垂直型電動モータの前記回転軸と共に回転するよう構成され、
前記冷却媒体循環装置の前記回転軸の前記貫通孔は、前記垂直型電動モータの前記回転軸の前記貫通孔と連通している旋回駆動装置。 The swivel drive device according to claim 2,
The rotating shaft of the cooling medium circulation device has a through hole extending in the axial direction,
The rotating shaft of the cooling medium circulation device is configured to rotate together with the rotating shaft of the vertical electric motor,
The turning drive device in which the through hole of the rotating shaft of the cooling medium circulating device communicates with the through hole of the rotating shaft of the vertical electric motor.
前記冷却媒体循環装置は、前記回転軸の回転により同心軸上に負圧を発生させるポンプである旋回駆動装置。 The swivel drive device according to claim 3,
The cooling medium circulation device is a turning drive device that is a pump that generates a negative pressure on a concentric shaft by rotation of the rotating shaft.
前記冷却媒体循環装置は前記垂直型電動モータの上側に配置され、前記垂直型電動モータの下側に減速機が配置される旋回駆動装置。 It is a turning drive device as described in any one of Claims 1 thru | or 4, Comprising:
The cooling medium circulating device is disposed on the upper side of the vertical electric motor, and a swivel drive device in which a reduction gear is disposed on the lower side of the vertical electric motor.
前記冷却媒体循環装置の循環路は前記減速機に接続され、前記冷却媒体は前記減速機の潤滑油である旋回駆動装置。 The swivel drive device according to claim 5,
A turning drive device in which a circulation path of the cooling medium circulation device is connected to the reduction gear, and the cooling medium is lubricating oil of the reduction gear.
前記ポンプと前記減速機との間に接続された熱交換機を有する旋回駆動装置。 The swivel drive device according to claim 6,
A swivel drive device having a heat exchanger connected between the pump and the speed reducer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012078345A JP2013208040A (en) | 2012-03-29 | 2012-03-29 | Turning drive unit |
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Country | Link |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016176317A (en) * | 2015-03-20 | 2016-10-06 | 住友重機械工業株式会社 | Construction machine |
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-
2012
- 2012-03-29 JP JP2012078345A patent/JP2013208040A/en active Pending
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