JP2015070674A - 車輪駆動装置およびフォークリフト - Google Patents

Abstract

【課題】フォークリフトの車輪を駆動する車輪駆動装置のメンテナンス性を確保するか、あるいは他の機器の配置自由度を高める。【解決手段】車輪駆動装置１０は、フォークリフトの左右の車輪それぞれに設けられ、各車輪を駆動する。各車輪駆動装置１０は、フォークリフトの車体内側にブレーキ１４を備える。ブレーキ１４は、ブレーキ軸７０、摩擦板７８Ａ、７８Ｂおよびブレーキカバー５８を有する。ブレーキカバー５８は、車輪駆動装置１０を車体に取り付けた状態のまま車輪駆動装置から取り外し可能とされている。摩擦板７８Ａ、７８Ｂは、ブレーキ軸７０に軸方向に移動可能に組み込まれ、ブレーキカバー５８を取り外した状態において、ブレーキ軸７０に沿って軸方向車体内側にスライドさせることにより、車輪駆動装置１０を車体に取り付けた状態のまま車輪駆動装置から取り外し可能とされている。【選択図】図２

Description

本発明は、車輪駆動装置、および車輪駆動装置を有するフォークリフトに関する。

フォークリフト等の作業車両の車輪を駆動する車輪駆動装置において、車輪のホイールに減速機、モータおよびブレーキ機構を一体的に取り付けたものが知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１２−１８２９１７号公報

フォークリフトの車輪駆動装置には、車輪駆動装置自体のメンテナンス性の確保あるいは車体下面における他の機器の配置自由度を高めるといった要望が存在する。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、フォークリフトの車輪を駆動する車輪駆動装置のメンテナンス性を確保するか、あるいは他の機器の配置自由度を高める技術を提供することにある。

本発明のある態様は、左右の車輪それぞれに設けられ、各車輪を駆動する車輪駆動装置を有するフォークリフトである。各車輪駆動装置は、フォークリフトの車体内側にブレーキを備え、ブレーキは、ブレーキ軸、摩擦板およびブレーキカバーを有する。ブレーキカバーは、車輪駆動装置を車体に取り付けた状態のまま車輪駆動装置から取り外し可能とされている。摩擦板は、ブレーキ軸に軸方向に移動可能に組み込まれ、ブレーキカバーを取り外した状態において、ブレーキ軸に沿って軸方向車体内側にスライドさせることにより、車輪駆動装置を車体に取り付けた状態のまま車輪駆動装置から取り外し可能とされている。

この態様によると、車輪毎に車輪駆動装置が設けられるフォークリフトにおいて、車体内側で向かい合って配置される車輪駆動装置の後端同士の間に適度な空間が確保されるような軸方向長に車輪駆動装置が構成されており、車輪駆動装置を車体に取り付けた状態のままブレーキカバーや摩擦板の点検や交換を行うことができる。

本発明の別の態様は、フォークリフトの車輪を駆動する車輪駆動装置である。車輪駆動装置はモータを備え、モータは、分布巻きにより巻き回されたコイルを有し、コイルのコイルエンドは軸方向に圧縮整形されている。

この態様によると、従来の車輪駆動装置と比べてモータの軸方向長を短縮することができる。したがって、車輪駆動装置をフォークリフトの車体に取り付けたとき、フォークリフトの車体下面における他の機器の配置自由度が向上したり、あるいはメンテナンス性が向上したりする。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、フォークリフトの車輪を駆動する車輪駆動装置のメンテナンス性を確保するか、あるいは他の機器の配置自由度を高めることができる。

比較例に係るフォークリフトの車輪駆動装置を、中心軸を含む鉛直面で切断したときの断面図である。 本発明の一実施形態に係るフォークリフトの車輪駆動装置を、中心軸を含む鉛直面で切断したときの断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図２の車輪駆動装置をフォークリフトの車体に取り付けたまま、ブレーキカバーを取り外す様子を示す図である。

図１は、比較例に係る車輪駆動装置１の一部をその中心軸を含む鉛直面で切断したときの断面図であり、図２は、本発明の一実施形態に係る車輪駆動装置１０の一部をその中心軸を含む鉛直面で切断したときの断面図である。特に断らない限り、以下の説明は車輪駆動装置１、１０の両方に当てはまる。

車輪駆動装置１、１０は、減速機（図示せず）、モータ１２、湿式多板ブレーキ機構１４、およびパーキングブレーキ装置２０が一体化された装置であり、フォークリフトをはじめとする作業車両の車輪を駆動するために用いられる。

車輪駆動装置１、１０は、フォークリフトの左右の車輪それぞれに設けられてもよいし、デファレンシャルギアを介在させることで、一つの車輪駆動装置で左右の車輪を駆動してもよい。前者の構造については、図３を参照して後述する。

モータ１２は、共に積層鋼板で構成されたステータ６４およびロータ６６を備えるＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）同期電動機である。ロータ６６の積層鋼板には軸方向に延びる空隙６６Ａが複数形成されており、この空隙内に永久磁石７６Ａ、７６Ｂが埋め込まれている。永久磁石がロータ内に埋め込まれているＩＰＭモータは、永久磁石がロータの表面に貼り付けられているＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）モータに比べて効率が高い。ロータ６６を構成している積層鋼板はカシメによって一体化され、キー９２によってロータ軸７０と一体化されている。なお、ボルトではなく、カシメや接着により一体化されてもよい。ロータ軸７０の後部側（図１の左側）は、軸受８２を介して、後部ケーシング６０（図２では６０’）から内側に延出する延出部６０Ａに回転自在に支持されている。

ロータ軸７０の先端側（図の右側）は、任意の構成の減速機の入力軸と連結されるか、または車輪などの負荷に直接連結される。

ステータ６４は、前部ケーシング５９に固定されている。ステータ６４の複数のスロットにはそれぞれ絶縁紙が挿入され、また、磁場を形成するためのコイルがスロットを跨いで所定回数巻き回されている。コイルの巻回のための折り返しの部分が、図１の比較例の車輪駆動装置１ではコイルエンドＣ１、Ｃ２として、図２の一実施形態に係る車輪駆動装置１０ではコイルエンドＤ１、Ｄ２として、それぞれステータ６４の両端から軸方向に突出している。

図示していないが、ロータ６６と対面するステータ６４の内周面には、電圧波形の改善やコギングトルクの低減を目的とした、スロットの開口部からなるスキューが形成されている。なお、ステータ６４ではなく、ステータ６４と対面するロータ６６の外周面にスキューが形成されていてもよいし、ステータ６４の内周面とロータ６６の外周面の両方にスキューが形成されていてもよい。後者の場合、ステータとロータのスキューの捻り方向は同一である。

ロータ６６の軸方向両端面には、ロータ内に埋め込まれた永久磁石７６Ａ、７６Ｂが回転中に飛びなさないようにするための端板７２、７４がそれぞれ取り付けられている。端板は例えばステンレスまたはアルミ製である。なお、端板はアルミに限らず非磁性体であればよく、例えば樹脂製でもよい。

ロータ軸７０の内部には、軸方向に延びる中空部９０が形成されている。中空部９０の反負荷側（左側）端部は、開口部９６でケーシング５９、６０（図２では６０’）内の空間８０Ｌと連通しており、中空部９０の負荷側（右側）端部には、例えば図示しない減速機の入力軸が挿入される。

ブレーキ機構１４は、モータ１２の後部にモータと同軸に配置され、モータのロータ軸７０の回転を制動する。ブレーキ機構１４は、ステータ６４に巻き回されているコイルのコイルエンドＣ２またはＤ２の半径方向内側に収められており、複数の摩擦板を有する多板式制動部７８を備える。多板式制動部７８の摩擦板は、複数（図示の例では５枚）の固定摩擦板７８Ａと、複数（図示の例では４枚）の回転摩擦板７８Ｂとで構成されている。

固定摩擦板７８Ａは、後部ケーシング６０（図２では６０’）の後端を塞ぐように配置された第２ブレーキピストン８４と、後部ケーシング６０の延出部６０Ａとの間で、図示しない貫通ピンによって円周方向に固定されるとともに、貫通ピンに沿って軸方向に移動可能とされている。

一方、回転摩擦板７８Ｂは、ロータ６６と一体的に回転するロータ軸（ブレーキ軸でもある）７０側に組み込まれ、ロータ軸７０と一体的に回転可能である。ロータ軸７０の外周には、軸方向に沿ってスプライン７０Ｂが形成されており、回転摩擦板７８Ｂの内周端がスプライン７０Ｂと係合している。これにより、回転摩擦板７８Ｂは、ロータ軸７０とスプライン７０Ｂを介して円周方向に一体化されると共に、ロータ軸７０の軸方向に沿って移動可能となっている。回転摩擦板７８Ｂの表面には、摩擦シートが接着されている。

第１ブレーキピストン４０は、後部ケーシング６０（図２では６０’）の後端に取り付けられるブレーキカバー５８内に形成されたシリンダ４８内を摺動するように配置されている。シリンダ４８は、油路８６およびブレーキホース８８を介して油圧機構と連通しており、制動操作に応じて油圧機構からシリンダ４８内に圧油が供給されるようになっている。第１ブレーキピストン４０とシリンダ４８の間は、三つのシール４２、４４、４６によって、モータ内部の空間８０Ｌおよびパーキングブレーキ装置２０側に対して封止されている。

第２ブレーキピストン８４は、第１ブレーキピストン４０の移動時に第１ブレーキピストンの右端面と当接して連動して移動するように、ブレーキカバー５８の右端面５８Ａと多板式制動部７８との間に配置される。第２ブレーキピストン８４の右端には、制動操作に応じて最左端に位置する固定摩擦板７８Ａと当接する当接面８４Ａが形成されている。

第２ブレーキピストン８４と、後部ケーシング６０の内周に形成される肩部との間には、第２ブレーキピストン８４を左方に向けて付勢する戻しばね８５が介装されている。

モータ１２およびブレーキ機構１４は、共に湿式で構成される。モータ１２およびブレーキ機構１４の内部空間は密閉された一続きの空間となっており、この空間内に冷却液が封入され、冷却液が空間内を流通可能となっている。この冷却液は、モータ１２のロータ６６およびステータ６４の冷却のみならず、モータ内の軸受および摺動部の潤滑油の役割も同時に果たしている。本実施形態では、中心軸が水平になった状態で、モータ１２の軸受８２の一部が浸かる程度の量の冷却液がケーシング５９、６０内に封入されている。

なお、冷却液は潤滑油に限定されず、純粋に冷却目的のものであってもよい。また、モータおよびブレーキ機構の一部が浸漬されていれば、空間内に冷却液を封入する代わりに、外部の容器や導管との間でポンプ等を用いて冷却液を循環させてもよい。

続いて、ブレーキ機構１４による制動作用を説明する。

所定の制動制御に基づいて、油圧機構から油路８６を介してシリンダ４８内に圧油が供給され、第１ブレーキピストン４０がシリンダ４８内を負荷側（図中の右方向）に移動する。これに応じて第２ブレーキピストン８４も右方向に移動し、当接面８４Ａが最左端に位置する固定摩擦板７８Ａを軸方向に押圧する。この結果、複数の固定摩擦板７８Ａと回転摩擦板７８Ｂが次々に強い力で接触する。上述したように、固定摩擦板７８Ａは貫通ピンを介して円周方向に固定されており、回転摩擦板７８Ｂは、ロータ軸７０に組み込まれているスプライン７０Ｂを介してロータ軸７０と円周方向に一体化されている。そのため、固定摩擦板７８Ａと回転摩擦板７８Ｂが、回転摩擦板７８Ｂに接着された摩擦シートを介して強く接触することによって、ロータ軸７０の制動作用が発生する。

制動制御が終了すると、シリンダ４８内の圧油の供給が停止されるため、第２ブレーキピストン８４と後部ケーシング６０の肩部との間に介装された戻しばね８５の復元力により、第２ブレーキピストン８４および第１ブレーキピストン４０が反負荷側（図中の左方向）に戻り、各固定摩擦板７８Ａが元の軸方向位置に復帰する。これに伴って回転摩擦板７８Ｂも元の軸方向位置に復帰し、固定摩擦板７８Ａと回転摩擦板７８Ｂの接触が解かれて制動作用が消滅する。

ブレーキカバー５８の後端には、パーキングブレーキ装置２０が組み付けられている。パーキングブレーキ装置２０は、ブレーキ機構１４の多板式制動部７８を利用して、車両の駐車時に制動力を発揮するように構成される。パーキングブレーキ装置２０はキャップ１６で覆われており、キャップ１６に形成された穴を通してブレーキワイヤ１８がキャップ内に導かれている。

図示しないパーキングブレーキレバーを運転者が操作すると、ブレーキワイヤ１８を介してパーキングブレーキ装置２０内の第１部材２８、第２部材３２が動作し、第１ブレーキピストン４０の後端部を図中の右方向に移動させる。この結果、上述したブレーキ機構１４の制動操作時と同様に、複数の固定摩擦板７８Ａと回転摩擦板７８Ｂが次々に強い力で接触して、ロータ軸（ブレーキ軸）７０の制動作用が発生する。

フォークリフト等の作業車両に車輪駆動装置を取り付ける場合、通常は車輪駆動装置が車輪の車体内側に配置される。車輪駆動装置のメンテナンス性の確保や車体下面での他の機器の配置自由度を高めるため、車輪駆動装置の軸方向の長さを短縮することが望ましい。車輪駆動装置を短縮するには、モータ長を短縮することが有効である。

図１に示す比較例の車輪駆動装置１では、ステータ６４にコイルを分布巻きしている。一般に、このような分布巻きのモータは、集中巻きのモータに比べて磁気特性に優れる一方、コイルエンドが長くなってしまい、モータ長の短縮には適していないという問題があった。実際、図１から分かるように、ステータ６４に巻き回されているコイルのコイルエンドＣ１、Ｃ２は、それぞれ前部ケーシング５９、後部ケーシング６０内でかなりの容積を占めている。

そこで、本実施形態に係る車輪駆動装置１０では、図２にコイルエンドＤ１、Ｄ２として示すように、コイルエンドを軸方向に圧縮し、外径側に向けてやや突出するように整形することによって、コイルエンドが長くなるという分布巻きモータの短所を改善するようにした。

より具体的には、例えば、断面が凹形でありその内径がコイルエンドよりも大きい治具をステータ両側のコイルエンドにそれぞれ押し付けることによって、コイルエンドを圧縮整形する。一例として、負荷側（図中の右側）では、圧縮前のコイルエンドＣ１の軸方向長３０ｍｍに対して、圧縮後のコイルエンドＤ１の軸方向長は２０ｍｍまで短縮される。また、反負荷側（図中の左側）では、圧縮前のコイルエンドＣ２の軸方向長５５ｍｍに対して、圧縮後のコイルエンドＤ２の軸方向長は３８ｍｍまで短縮される。

コイルエンドを短縮した結果、比較例の後部ケーシング６０よりも軸方向長の短い後部ケーシング６０’を採用することができ、モータ１２の軸方向長を短縮することができる。これに加えて、またはこの代わりに、比較例の前部ケーシング５９よりも軸方向長の短い前部ケーシングを採用してもよい。

上記のようにコイルエンドを圧縮整形すると、コイル被覆が損傷するおそれもある。しかしながら、通常、フォークリフト用の車輪駆動装置のモータは比較的低電圧（例えば交流３０〜５０Ｖ）で駆動されるため、コイル被覆の損傷がモータの性能に影響を及ぼすことはほとんどない。

三相交流電源に接続されるコイルの３本の動力線６９は、後部ケーシングに取り付けられるプラグ７１を通して、反負荷側（ブレーキ側、車体内側）から引き出すようにする方が、負荷側から動力線を引き出すよりも、装置の軸方向長を小さくできるとともに、動力線の取り回しが容易になる。また、ブレーキ機構の配置にも無理がない。

また、同出力の集中巻きのモータと比較すると、分布巻きのモータではロータおよびステータの長さが短くなる。そのため、分布巻きモータを採用することで、ロータとステータの間のギャップに存在する冷却液による攪拌損失が集中巻きモータよりも小さくなり、モータの効率が向上する。加えて、ロータコアおよびステータコアの材料費も低減される。

図３（ａ）〜（ｃ）を参照して、図２に示した車輪駆動装置をフォークリフトの車体に取り付けたままブレーキカバーを取り外す手順について説明する。

図３（ａ）〜（ｃ）の上段は、フォークリフト１００（一部のみを示す）の左右の車輪４のそれぞれに車輪駆動装置１０が設けられているフォークリフトの前面平面図であり、後段はその前方斜視図である。

車輪駆動装置１０のケーシングは、フランジ８を介してフォークリフト１００の車体側構造に固定される。上述のように、車輪駆動装置１０の車体内側にはパーキングブレーキ装置２０が取り付けられている。パーキングブレーキ装置２０はキャップ１６にて覆われているので、図３（ａ）には現れていない。

本実施形態に係る車輪駆動装置１０は、比較例の車輪駆動装置よりも軸方向長が短縮されているので、左右の車輪駆動装置が車体に取り付けられた状態で、両者のキャップ１６同士の間に、作業者の手や工具を挿入するのに充分な空間が確保されている（図３（ａ）参照）。

そのため、図３（ｂ）に示すように、車輪駆動装置１０を車体に取り付けたまま、キャップ１６を車輪駆動装置から取り外すことができる。さらに、図３（ｃ）に示すように、車輪駆動装置１０を車体に取り付けたまま、パーキングブレーキ装置２０が組み付けられているブレーキカバー５８を、ボルト５７（図２参照）を外すことによって車輪駆動装置から取り外すことができる。

上述したように、ブレーキ機構１４の固定摩擦板７８Ａは、図示しない貫通ピンに沿って軸方向に移動可能とされており、また、回転摩擦板７８Ｂは、ロータ軸（ブレーキ軸）７０の軸方向に沿って移動可能とされている。したがって、ブレーキカバー５８を取り外し、第２ブレーキピストン８４および戻しばね８５を取り外した後、ロータ軸（ブレーキ軸）７０に沿って固定摩擦板７８Ａおよび回転摩擦板７８Ｂを軸方向車体内側にスライドさせることにより、車輪駆動装置を車体に取り付けたまま、固定摩擦板７８Ａおよび回転摩擦板７８Ｂを車輪駆動装置から取り外すことができる。

なお、車輪駆動装置を車体に取り付けたまま、ブレーキカバー５８、固定摩擦板７８Ａおよび回転摩擦板７８Ｂが取り外せるように車輪駆動装置を構成する必要がない場合もある。これらの部品が取り外せなくても、車輪駆動装置の軸方向長を小さくしたことで、車輪駆動装置を車体に取り付けたまま、ブレーキ点検（例えば、点検棒の挿入）が可能となるように車輪駆動装置を構成してもよい。

このように、車輪駆動装置を車体に取り付けた状態でブレーキ機構の部品の点検（例えば摩耗の計測）、交換が可能であるので、ブレーキ機構のメンテナンス性が向上する。

以上説明したように、本実施形態によると、分布巻きにより巻き回されたコイルのコイルエンドを軸方向に圧縮整形することによって、モータ、ひいては車輪駆動装置の軸方向長を比較例のものよりも短縮することができる。

車輪駆動装置がフォークリフトの左右の車輪にそれぞれ設けられている場合、車輪駆動装置の後端同士の間の空間を比較例よりも広く確保することができるので、車輪駆動装置の後部に配置されているブレーキ機構のメンテナンス性が向上する。

フォークリフトのフォークを昇降させるマストにトラニオン構造を採用した場合、車輪駆動装置のケーシングにトラニオン配置部を設ける必要がある分、その他の構造よりも装置の軸方向長が長くなってしまうという問題がある。しかし、本実施形態に係る車輪駆動装置によれば、モータの軸方向長を短縮することで、トラニオン構造による軸方向長の増加分を吸収することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態では、左右の車輪それぞれに車輪駆動装置が設けられる構造のフォークリフトについて説明した。しかしながら、デファレンシャルギアを介在させることで、一つの車輪駆動装置で左右の車輪を駆動する構造のフォークリフトに対しても、本発明を適用することができる。

実施の形態では、モータと同軸にブレーキ機構が配置されている車輪駆動装置について説明した。しかしながら、ブレーキ機構がモータと平行に配置される構造の車輪駆動装置に対しても、本発明を適用することができる。この場合、車輪駆動装置の軸方向長を短縮することで、フォークリフトの車体下面での他の機器の配置自由度が向上したり、あるいはメンテナンス性が向上したりする。

実施の形態では、車輪駆動装置のモータおよびブレーキ機構の内部空間が一続きの空間となっており、この空間に冷却液が封入されていることを述べた。しかしながら、モータの内部空間のみに冷却液が封入されている構成の車輪駆動装置に対しても、本発明を適用することができる。さらに、冷却液が封入されない乾式のモータまたは乾式のブレーキ機構を備える車輪駆動装置に対しても、本発明を適用することができる。また、モータの形式もＩＰＭ同期電動機に限定されず、ＳＰＭ同期電動機や誘導電動機であっても本発明を適用することができる。

実施の形態では、モータ１２のロータ軸とブレーキ機構１４のブレーキ軸とが一体であることを述べたが、ロータ軸とブレーキ軸は別体であってもよい。

４ 車輪、 １０ 車輪駆動装置、 １２ モータ、 １４ ブレーキ機構、 ２０ パーキングブレーキ装置、 ５８ ブレーキカバー、 ６０ 後部ケーシング、 ６４ ステータ、 ６８Ａ コイルエンド、 ６９ 動力線、 ７０ ロータ軸（ブレーキ軸）、 ７８Ａ 固定摩擦板、 ７８Ｂ 回転摩擦板、 １００ フォークリフト、 Ｄ１、Ｄ２ コイルエンド。

Claims (9)

1. 左右の車輪それぞれに設けられ、各車輪を駆動する車輪駆動装置を有するフォークリフトであって、
   各車輪駆動装置は、フォークリフトの車体内側にブレーキを備え、
   前記ブレーキは、ブレーキ軸、摩擦板およびブレーキカバーを有し、
   前記ブレーキカバーは、車輪駆動装置を車体に取り付けた状態のまま車輪駆動装置から取り外し可能とされており、
   前記摩擦板は、前記ブレーキ軸に軸方向に移動可能に組み込まれ、前記ブレーキカバーを取り外した状態において、前記ブレーキ軸に沿って軸方向車体内側にスライドさせることにより、車輪駆動装置を車体に取り付けた状態のまま車輪駆動装置から取り外し可能とされている
   ことを特徴とするフォークリフト。
2. 前記車輪駆動装置はモータを有し、
   前記ブレーキは前記モータの後部に該モータと同軸に配置され、
   前記モータは、分布巻きにより巻き回されたコイルを有し、当該コイルのコイルエンドは軸方向に圧縮整形されていることを特徴とする請求項１に記載のフォークリフト。
3. 前記モータは冷却液に浸漬されていることを特徴とする請求項２に記載のフォークリフト。
4. 前記モータの動力線がブレーキ側から引き出されることを特徴とする請求項２または３に記載のフォークリフト。
5. フォークリフトの車輪を駆動する車輪駆動装置であって、
   モータを備え、
   前記モータは、分布巻きにより巻き回されたコイルを有し、当該コイルのコイルエンドは軸方向に圧縮整形されていることを特徴とする車輪駆動装置。
6. 左右の車輪それぞれに設けられることを特徴とする請求項５に記載の車輪駆動装置。
7. 前記モータの後部に同軸に配置されたブレーキをさらに備えることを特徴とする請求項５または６に記載の車輪駆動装置。
8. 前記モータは冷却液に浸漬されていることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の車輪駆動装置。
9. 前記モータの動力線が車体内側から引き出されることを特徴とする請求項５ないし８のいずれかに記載の車輪駆動装置。