JP2013226903A - ハイブリッド建設機械の駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】フライホイールとフライホイール側コイルエンドの間のクリアランスを小さくしながら、かつ、フライホイールの慣性低下や組立作業性の悪化を招くことなく両者の干渉を確実に防止する。
【解決手段】エンジン２１のクランクシャフト２２にフライホイール２３が取付けられ、このフライホイール２３にロータ２５が連結されるとともに、ロータ２５の外周にステータ２６が配置され、フライホイール側のコイルエンド２９ａがフライホイール２３側に突出するハイブリッド建設機械の駆動装置において、電動機ハウジング２７の内周側にリング状のガード部３３を、フライホイール２３に向かって、かつ、フライホイール側コイルエンド３３ａよりもフライホイール側に突出する状態で設けた。
【選択図】図１

Description

本発明はエンジンに発電電動機を接続するハイブリッド建設機械の駆動装置に関するものである。
ショベルを例にとって背景技術を説明する。
ハイブリッドショベルにおいては、エンジンに発電電動機を接続し、発電電動機の発電機作用によって蓄電器に充電し、適時、この蓄電器電力により発電電動機に電動機作用を行わせてエンジンをアシストするように構成される。
このハイブリッドショベルの駆動装置においては、図５に示すように、エンジン１のクランクシャフト２にフライホイール３が取付けられるとともに、このフライホイール３に発電電動機４のロータ５(正確にはロータシャフト)が連結され、このロータ５の外周にステータ６が配置される。
ステータ６は、発電電動機４のカバーとしての電動機ハウジング７に固定されたステータコア(電磁鋼板の積層体)８とステータコイル９によって構成される。
ステータコイル９は、両側巻き端(折り返し部分)であるコイルエンド９ａ，９ｂを備え、この両側コイルエンド９ａ，９ｂがステータコア８の軸方向端部(図の左右両側端部)から突出する状態でステータコア８に巻き付けられる。
以上の構成は特許文献１に示されている。
この明細書において、上記両側コイルエンド９ａ，９ｂのうち、フライホイール３側のコイルエンド９ａを「フライホイール側コイルエンド」、反対側のコイルエンド９ｂを「反フライホイール側コイルエンド」という。
なお、クランクシャフト２はベアリング１０によってエンジンカバー１１に回転自在に支持される。
図では、このクランクシャフト２のベアリング支持部分によってフライホイール３とロータ５(ロータシャフト)を片持ち支持する構造を例示している。
また、ロータ５の反フライホイール側端部には、図示しないカップリングを介して油圧ポンプの回転軸(ポンプシャフト)がスプライン結合される。
図５中、１２はフライホイール３のカバーとなるフライホイールハウジングで、このフライホイールハウジング１２と電動機ハウジング７がボルト連結される。
特開２００７−３９９９０号公報
このハイブリッド建設機械の駆動装置においては、設置スペースの節減のために軸長をできるだけ短くしたいという要請があり、この観点からフライホイール３とステータ６が軸方向に接近して配置される。
また、図例のようにフライホイール３とロータ５をクランクシャフト２のベアリング支持部分のみで片持ち支持する構造をとる場合には、クランクシャフト２にかかる曲げモーメントを抑える必要があり、この点からもフライホイール３とステータ６を軸方向に接近させるのが望ましい。
ところが、この場合、フライホイール側コイルエンド９ａとフライホイール３との間のクリアランスＣが小さくなるため、組立時(電動機ハウジング７にステータ６を組み付けた状態でフライホイールハウジング１２に連結するとき)にフライホイール側コイルエンド９ａとフライホイール３の干渉が起こり、コイルエンド９ａが損傷するおそれがあった。
なお、上記干渉の防止策として、フライホイール３の直径寸法をフライホイール側コイルエンド９ａと干渉しない範囲まで縮小すること、あるいはクリアランスＣを大きくするためにフライホイール３を薄くすることが考えられるが、こうするとフライホイール３の慣性が低下してエンジン出力特性に悪影響を与えるおそれがある。
また、高精度の組立治具を用いて干渉を防止することも考えられるが、組立の作業性が著しく悪化する弊害が生じる。
そこで本発明は、フライホイールとフライホイール側コイルエンドの間のクリアランスを小さくしながら、かつ、フライホイールの慣性低下や組立作業性の悪化を招くことなく両者の干渉を確実に防止することができるハイブリッド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、エンジンのクランクシャフトにフライホイールが取付けられるとともに、このフライホイールに発電電動機のロータが接続され、このロータの外周にステータが配置され、このステータは、上記発電電動機のカバーとしての電動機ハウジングに固定されたステータコアと、このステータコアに巻装されたステータコイルによって構成され、上記ステータコイルは、上記ステータコアに対する巻き端であるコイルエンドとして、上記フライホイールに向かって突出するフライホイール側コイルエンドと、このフライホイール側コイルエンドと反対側に突出する反フライホイール側コイルエンドを備えたハイブリッド建設機械の駆動装置において、上記電動機ハウジングの内周側にガード部を、上記フライホイールに向かって、かつ、上記フライホイール側コイルエンドよりもフライホイール側に突出する状態で設けたものである。
この構成によれば、組立時にフライホイール側コイルエンドとフライホイールの干渉が起こり得る状況で、同コイルエンドよりもフライホイール側に突出したガード部が先にフライホイールに接触して上記干渉を回避することができる。
すなわち、クリアランスを小さく(駆動装置の軸長を短く)しながら、かつ、特別な組立治具を用いたり、フライホイールの直径や厚みを小さくしたりせずに、組立時の両者の干渉を確実に防止し、フライホイール側コイルエンドの損傷を防止することができる。
本発明において、上記ガード部を、上記発電電動機のハウジングとは別体の独立した部材として、本体部と取付部によって構成し、上記本体部が上記フライホイール側に突出する状態で上記取付部によって上記電動機ハウジングに取付けるのが望ましい(請求項２)。
この構成によれば、フライホイール側コイルエンドの突出寸法に応じてガード部を取付調整できるため、ガード部を電動機ハウジングに一体に設けた場合と比べて組立の融通性が高くなり、干渉防止効果が一層確実となる。
また本発明においては、上記ガード部を、上記ステータの全周に亘るリング状に形成するのが望ましい(請求項３)。
この構成によれば、ガード部を電動機ハウジングの円周方向複数個所に分けて散点状に設ける場合と比較して、ガード部による干渉防止効果がさらに確実となる。
また、請求項２のようにガード部を独立部品として電動機ハウジングに取付ける場合に、取付作業が簡単となる。
一方、本発明において、上記ガード部と上記フライホイール側コイルエンドの外周面との間の隙間に、電気絶縁性と熱伝導性を備えた伝熱体を充填するのが望ましい(請求項４)。
この構成によれば、ガード部を、コイルエンドで発生した熱をハウジングに伝える伝熱部材として兼用でき、放熱経路を増やしてコイルの発熱抑制効果を高めることができる。
さらに本発明においては、上記電動機ハウジングに、冷媒が通される冷却通路を形成するのが望ましい(請求項５)。
こうすれば、ハウジングに冷却通路を形成した駆動装置において、冷却通路への放熱を上記ガード部材経由の放熱経路の増設によって促進することができる。
また本発明において、上記ガード部を、ガード部外周に空間が形成される状態で上記ステータコアに設ける一方、上記フライホイールの外周部に上記ステータ側に突出する突出縁部を設け、この突出縁部を、上記ガード部とステータ直径方向に重なり合う状態で上記ガード部外周の空間に配置するのが望ましい(請求項６)。
この構成によれば、フライホイールの直径寸法を大きくとり、かつ、突出縁部によって外周側を重くすることができるため、軸長短縮のためにフライホイールを薄くした場合でも、フライホイールに求められる慣性を十分に確保することができる。
いいかえれば、フライホイールに必要な慣性を確保しながら装置軸長をさらに縮小することが可能となる。
本発明によると、フライホイールとフライホイール側コイルエンドの間のクリアランスを小さく(装置軸長を短く)しながら、かつ、フライホイールの慣性低下や組立性の悪化を招くことなく両者の干渉を確実に防止することができる。
本発明の第１実施形態を示す断面図である。 図１丸囲い部分の拡大図である。 ガード部の斜視図である。 本発明の第２実施形態を示す図２相当図である。 従来技術を示す図１相当図である。
本発明の実施形態を図１〜図４によって説明する。
実施形態はハイブリッドショベルの駆動装置を適用対象としている。
実施形態において、次の点は図５に示す公知技術と同じである。
(Ａ) エンジン２１のクランクシャフト２２にフライホイール２３が取付けられるとともに、このフライホイール２３に発電電動機２４のロータ２５(正確にはロータシャフト)が連結され、このロータ２５の外周にステータ２６が配置される点。
(Ｂ) ステータ２６は、電動機ハウジング２７に固定されたステータコア(電磁鋼板の積層体)２８とステータコイル２９によって構成される点。
(Ｃ) ステータコイル２９は、フライホイール側及び反フライホイール側両コイルエンド２９ａ，２９ｂを備え、この両側コイルエンド２９ａ，２９ｂがステータコア２８の軸方向端部(図の左右両側端部)から突出し、かつ、フライホイール側コイルエンド２９ａの端面とフライホイール２３との間にクリアランスＣが確保される状態でステータコア２８に巻き付けられる点。
(Ｄ) クランクシャフト２２はベアリング３０によってエンジンカバー３１に回転自在に支持される点。
(Ｅ) ロータ２５の反フライホイール側端部には、図示しないカップリングを介して油圧ポンプの回転軸(ポンプシャフト)がスプライン結合される点。
(Ｆ) フライホイール２３はフライホイールハウジング３２内に収容され、このフライホイールハウジング３２と電動機ハウジング２７がボルト連結される点。
第１実施形態(図１〜図３参照)
電動機ハウジング２７の、フライホイール２３に対向する軸方向端面であって、かつ、フライホイール側コイルエンド２９ａの外周側にガード部３３が設けられている。
このガード部３３は、電動機ハウジング２７とは別体の独立した部材として、相対的に厚肉の本体部３３ａと薄肉の取付部３３ｂから成る断面Ｌ字形のリング状に形成され、本体部３３ａが、フライホイール２３に向かって、かつ、フライホイール側コイルエンド２９ａよりもフライホイール側に突出する状態で、取付部３３ｂが円周方向複数個所で電動機ハウジング２７にボルト３４(図２のみに符号を付している)によって取付けられている。
図２中、αはガード部３３(本体部３３ａ)とフライホイール側コイルエンド２９ａのフライホイール側への突出寸法の差である。
また、ガード部３３(本体部３３ａ)とフライホイール側コイルエンド２９ａの外周面との間の隙間に、電気絶縁性と熱伝導性を備えた伝熱体３５(図２のみに符号を付している)が充填されている。
この伝熱体３５として、薄板状のスペーサを隙間βに挿入してもよいし、上記隙間に合成樹脂材料を注入・充填してもよい。
さらに、電動機ハウジング２７におけるステータコア２８の外周側に、水や油等の冷媒が通される冷却通路３６が全周に亘って設けられている。
この冷却通路３６は、電動機ハウジング２７に螺旋状に設けてもよいし、軸方向に間隔を置いて複数本設け、軸方向に延びる連通路で連通させる構成をとってもよい。
また、冷却通路３６には、図示しない冷媒の入口及び出口が設けられ、ポンプによる強制循環方式によって冷媒が通される。
この構成によると、組立時にフライホイール側コイルエンド２９ａとフライホイール２３の干渉が起こり得る状況で、同コイルエンド２９ａよりもフライホイール側に突出したガード部３３(本体部３３ａ)が先にフライホイール２３に接触して上記干渉を回避することができる。
すなわち、クリアランスＣを小さく(駆動装置の軸長を短く)しながら、かつ、特別な組立治具を用いたりフライホイールの直径や厚みを小さくしたりせずに、組立時の両者の干渉を確実に防止し、フライホイール側コイルエンド２９ａの損傷を防止することができる。
この場合、ガード部３３を、電動機ハウジング２７とは別体の独立した部材として、本体部３３ａと取付部３３ｂによって構成し、本体部３３ａがフライホイール側に突出する状態で取付部３３ｂによって電動機ハウジング２７に取付けるため、ガード部３３を電動機ハウジング２７に一体に設けた場合と比べて組立の融通性が高くなり、干渉防止効果が一層確実となる。
しかも、ガード部３３をステータ全周に亘るリング状に形成しているため、ガード部３３を電動機ハウジング２７の円周方向複数個所に分けて散点状に設ける場合と比較して、ガード部３３による干渉防止効果がさらに確実となるとともに、電動機ハウジング２７への取付作業が簡単となる。
一方、ガード部３３とフライホイール側コイルエンド２９ａの外周面との間の隙間βに、電気絶縁性と熱伝導性を備えた伝熱体３５を充填しているため、ガード部３３を、フライホイール側コイルエンド２９ａで発生した熱を電動機ハウジング２７に伝える伝熱部材として兼用でき、放熱経路を増やしてコイル２９の発熱抑制効果を高めることができる。
とくに、実施形態のように電動機ハウジング２７に冷却通路３６を形成した駆動装置において、冷却通路３６への放熱をガード部材経由の放熱経路の増設によって促進することができる。
第２実施形態(図４参照)
第１実施形態との相違点のみを説明する。
第２実施形態においては、ガード部３３が、ガード部外周(フライホイールハウジング３２の内周面との間)に空間Ｓが形成される状態で電動機ハウジング２７に取付けられている。
上記「空間Ｓが形成される状態」は、たとえば第１実施形態との比較において本体部３３ａの外径寸法を小さくすることによって得ることができる。
一方、フライホイール２３の外周部にステータ側(図４の右側)に水平に突出する突出縁部２３ａが設けられ、この突出縁部２３ａが、ガード部３３の本体部３３ａとステータ直径方向に重なり合う状態で上記空間Ｓに配置されている。
この構成によると、フライホイール２３の直径寸法を大きくとり、かつ、突出縁部２３ａによって外周側を重くすることができるため、軸長短縮のためにフライホイール２３を薄くした場合でも、フライホイール２３に求められる慣性を十分に確保することができる。
いいかえれば、フライホイール２３に必要な慣性を確保しながら装置軸長をさらに縮小することが可能となる。
ところで、本発明の他の実施形態として、ガード部３３を、電動機ハウジング２７に突起状に一体に設けてもよいし、別体、一体いずれの場合もステータ円周方向の複数個所に部分的に設けてもよい。
また、フライホイールハウジング３２を電動機ハウジング２７と一体に形成してもよい。
さらに、本発明はハイブリッドショベルに限らず、エンジンと発電電動機が同軸上で接続されるハイブリッド建設機械に広く適用することができる。
２１ エンジン
２２ クランクシャフト
２３ フライホイール
２４ 発電電動機
２５ ロータ
２６ ステータ
２７ 電動機ハウジング
２８ ステータコア
２９ ステータコイル
２９ａ ステータコイルのフライホイール側コイルエンド
２９ｂ 反フライホイール側コイルエンド
３３ ガード部
３３ａ ガード部の本体部
３３ｂ 同、取付部
Ｃ フライホイール側コイルエンドとフライホイールの間のクリアランス
α フライホイール側コイルエンドとガード部の突出寸法の差
３５ 伝熱体
３６ 冷却通路
２３ａ フライホイールの突出縁部
Ｓ ガード部外周の空間

Claims (6)

  1. エンジンのクランクシャフトにフライホイールが取付けられるとともに、このフライホイールに発電電動機のロータが接続され、このロータの外周にステータが配置され、このステータは、上記発電電動機のカバーとしての電動機ハウジングに固定されたステータコアと、このステータコアに巻装されたステータコイルによって構成され、上記ステータコイルは、上記ステータコアに対する巻き端であるコイルエンドとして、上記フライホイールに向かって突出するフライホイール側コイルエンドと、このフライホイール側コイルエンドと反対側に突出する反フライホイール側コイルエンドを備えたハイブリッド建設機械の駆動装置において、上記電動機ハウジングにガード部を、上記フライホイールに向かって、かつ、上記フライホイール側コイルエンドよりもフライホイール側に突出する状態で設けたことを特徴とするハイブリッド建設機械の駆動装置。
  2. 上記ガード部を、上記電動機ハウジングとは別体の独立した部材として、本体部と取付部によって構成し、上記本体部が上記フライホイール側に突出する状態で上記取付部によって上記電動機ハウジングに取付けたことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド建設機械の駆動装置。
  3. 上記ガード部を、上記ステータの全周に亘るリング状に形成したことを特徴とする請求項１または２記載のハイブリッド建設機械の駆動装置。
  4. 上記ガード部と上記フライホイール側コイルエンドの外周面との間の隙間に、電気絶縁性と熱伝導性を備えた伝熱体を充填したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッド建設機械の駆動装置。
  5. 上記電動機ハウジングに、冷媒が通される冷却通路を形成したことを特徴とする請求項４記載のハイブリッド建設機械の駆動装置。
  6. 上記ガード部を、ガード部外周に空間が形成される状態で上記電動機ハウジングに設ける一方、上記フライホイールの外周部に上記ステータ側に突出する突出縁部を設け、この突出縁部を、上記ガード部とステータ直径方向に重なり合う状態で上記ガード部外周の空間に配置したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のハイブリッド建設機械の駆動装置。
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