JP2015151973A - 油圧電動機構及び油圧電動システム - Google Patents

Abstract

【課題】電気回転機の回転子からの熱を油圧回転機側へと伝達することが可能な油圧電動機構及び油圧電動システムを提供する。【解決手段】油圧電動機構１８は、油圧モータ１９と電動発電機２０とを備える。油圧モータ１９の回転軸１９１と、電動発電機２０の回転軸２０１とは、スプライン結合される。油圧モータの回転軸１９１の内部には、ドレン室１９８ａからの作動油を通流させる作動油通路１９１ｂが設けられ、この作動油通路１９１ｂを通じて、回転軸１９１，２０１のスプライン結合部の雄スプライン部の歯と雌スプライン部の歯との隙間に作動油が供給される。スプライン結合部の隙間が作動油で満たされた回転軸１９１，２０１を通じて、電動発電機２０のロータ２０２の熱が油圧モータ１９へと伝達される。【選択図】図１

Description

本発明は、油圧モータ又は油圧ポンプ等の油圧回転機と電動機とを有する油圧電動機構及び油圧電動システムに関する。

ハイブリッド型ショベル等の建設機械には、油圧モータ又は油圧ポンプ等の油圧回転機と電動発電機とを有する油圧電動機構を用いたものがある。かかる油圧電動機構には、油圧回転機の回転軸と、電動発電機の回転軸（ローターシャフト）とをスプライン結合し、両回転軸が一体的に回転する構成としたものがある（例えば、特許文献１）。

特開２０１２−０５７５８９号公報

かかる油圧電動機構では、電動発電機が過熱すると出力効率（電動機として使用する場合には出力効率、発電機として使用する場合には発電効率）が低下する。電動発電機においては特に回転子が高温となりやすい。しかしながら、油圧回転機の回転軸と電動発電機の回転軸とがスプライン結合された従来の油圧電動機構では、雌スプラインの各歯と雄スプラインの各歯との間に空気層が生じ、この空気層が断熱層として機能して、回転子からの熱を温度の低い油圧回転機側へと伝達することを妨げるという問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、上記課題を解決することができる油圧電動機構及び油圧電動システムを提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の一の態様の油圧電動機構は、軸長方向に延びる雄スプライン部の歯又は雌スプライン部の歯を複数有する第１スプライン部を一端に有する第１回転軸を具備する油圧回転機と、軸長方向に延びる雌スプライン部の歯又は雄スプライン部の歯を複数有し、前記第１スプライン部と結合可能な第２スプライン部を一端に有する第２回転軸を具備する電気回転機と、を備え、前記第１回転軸には、前記第１スプライン部に連通する作動油通路が設けられており、前記作動油通路を通じて、互いに結合された前記第１スプライン部及び前記第２スプライン部の雄スプライン部の各歯と雌スプライン部の各歯との間に、作動油を供給するように構成されている。

この態様において、前記第２回転軸には、前記作動油通路から供給された前記第２スプライン部の作動油を通流させるための第２作動油通路が設けられていてもよい。

また、上記態様において、前記第２作動油通路は、前記第２回転軸の軸長方向に延びる軸長方向通路と、前記軸長方向通路から前記第２回転軸の回転半径方向に延び、前記第２回転軸の周面において開口する半径方向通路とを有していてもよい。

また、上記態様において、前記油圧回転機は、ドレン油を収容するドレン油収容部を具備し、前記ドレン油収容部は、前記作動油通路に連通しており、ドレン油を前記作動油通路に供給するように構成されていてもよい。

また、上記態様において、前記作動油通路は、作動油を供給するポンプに連通する管路に接続されており、前記ポンプからの作動油を前記管路を通じて供給されるように構成されていてもよい。

また、本発明の一の態様の油圧電動システムは、上記油圧電動機構と、作動油を供給するポンプと、前記ポンプと前記作動油通路とを接続し、前記ポンプからの作動油を前記油圧電動機構の作動油通路に供給する管路と、前記油圧電動機構の電気回転機の温度を検出する温度センサと、前記管路に設けられた切替弁と、前記センサにより検出された前記電気回転機の温度に基づいて、前記切替弁を制御する制御部と、を備える。

本発明に係る油圧電動機構及び油圧電動システムによれば、電気回転機の回転子からの熱を油圧回転機側へと伝達することが可能となる。

実施の形態１に係る油圧電動機構の正面断面図。 冷却用の作動油通路を示す油圧モータの回転軸の部分拡大正面断面図。 電動発電機の内部における作動油の流路を模式的に説明するための正面断面図。 電動発電機の回転軸の平面断面図。 ロータコアにおける作動油の流路を説明するための平面図。 実施の形態１に係るハイブリッド型ショベルの概略構成を示す右側面図。 実施の形態１に係るハイブリッド型ショベルが備える油圧電動システムの構成を示す模式図。 実施の形態２に係る油圧電動機構の正面断面図。 実施の形態２に係るハイブリッド型ショベルが備える油圧電動システムの構成を示す模式図。 油圧電動機構の温度制御の処理手順を示すフローチャート。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
＜油圧電動機構＞
図１は、本実施の形態に係る油圧電動機構１８の正面断面図である。油圧電動機構１８は、油圧回転機である油圧モータ１９と、電気回転機である電動発電機２０とを備えている。

油圧モータ１９は、回転軸１９１とシリンダブロック１９２とを備えている。回転軸１９１は、シリンダブロック１９２内を貫通しており、スプライン結合によってシリンダブロック１９２と一体的に回転可能に結合されている。

シリンダブロック１９２内には、ピストン１９３が挿入される複数のシリンダ１９４が設けられている。各ピストン１９３は、回転軸１９１の軸長方向に、シリンダ１９４内を往復移動可能となっている。

ピストン１９３の一端には、シュー１９５が球面軸受を介して接続されている。また、シュー１９５は、油圧モータ１９のケーシング１９８の内部で固定された斜板１９７の表面に摺動可能に当接している。

回転軸１９１は、ケーシング１９８内の一端において軸受１９６ａによって回転可能に支持され、ケーシング１９８内の他端において軸受１９６ｂによって回転可能に支持されている。また、ケーシング１９８に設けられた図示しない油路によって、シリンダ１９４に対して作動油の供給及び排出が可能となっている。これにより、外部に接続されたポンプから供給された作動油によって各ピストン１９３が駆動され、回転軸１９１が回転される。

回転軸１９１の一端には、スプライン結合用の雄スプライン部の歯（以下、「雄歯」という。）を複数有する第１スプライン部１９１ａが設けられている。他方、電動発電機２０の回転軸２０１には、同数の雌スプライン部の歯（以下、「雌歯」という。）を有する第２スプライン部２０１ａが設けられている。第１スプライン部１９１ａの雄歯は、第２スプライン部２０１の雌歯に嵌合され、回転軸１９１と回転軸２０１とが一体的に回転可能にスプライン結合される。

ここで、電動発電機２０は、油圧モータ１９の下方に配置される。以下、電動発電機２０に対して油圧モータ１９が配置される方向を上方、その反対方向を下方として説明する。

電動発電機２０は、ケーシング２０３を有しており、上下方向へ延びるように、回転軸２０１がケーシング２０３の内部に配置される。かかる回転軸２０１には、ロータ２０２が固着されている。

ロータ２０２は、上端及び下端に設けられたエンドプレート２０２ａ及び２０２ｂと、エンドプレート２０２ａ及び２０２ｂの間に配置されたロータコア２０２ｃとを有している。ロータコア２０２ｃは、薄い鋼板と絶縁層とが交互に多数積層された積層鋼板であり、周方向の外側部分に永久磁石２０２ｄが埋設されている。

また、回転軸２０１の上端部及び下端部は、ケーシング２０３に取り付けられた軸受２０３ａ及び２０３ｂによって回転可能に支持されている。

ケーシング２０３の内周には、ロータ２０２を囲繞するように円筒状のステータ２０４が固着されている。ステータ２０４は、ケーシングに取り付けられる固定部２０５と、当該固定部に固定されるコイル２０６とを有している。固定部２０５は、薄い鋼板と絶縁層とが交互に多数積層された積層鋼板であり、コイル２０６を取り付けるために内部に空間が設けられている。コイル２０６は、固定部２０５の前記空間に配置される。

かかる電動発電機２０が電動機として機能する場合には、コイル２０６に電流が供給されることにより磁界が形成され、当該磁界が永久磁石２０２ｄに作用することで、ロータ２０２に回転力が生じる。また、電動発電機２０が発電機として機能する場合には、ロータ２０２が、永久磁石２０２ｄによって形成された磁界に抗して回転することにより、コイル２０６に電流が発生する。

次に、本実施の形態に係る油圧電動機構１８の冷却構造について説明する。油圧モータ１９のケーシング１９８の内部には、ドレン室１９８ａが設けられている。また、回転軸１９１の内部には、軸心に沿って作動油通路１９１ｂが設けられている。かかる作動油通路１９１ｂは、回転軸１９１の一端から途中まで延びており、そこから９０度屈曲されて回転軸１９１の半径方向に延び、ドレン室１９８ａに連通している。これにより、作動油通路１９１ｂに、ドレン室１９８ａの作動油（ドレン油）が供給されるようになっている。

図２は、冷却用の作動油通路を示す回転軸１９１の部分拡大正面断面図である。図２における矢印は、作動油の通流方向を示している。

作動油通路１９１ｂは、第１スプライン部１９１ａの上端部において分岐され、分岐先が回転軸１９１の半径方向へと延び、外部へと連通する。これにより、作動油通路１９１ｂを通流した作動油が、回転軸１９１と回転軸２０１のスプライン結合部に供給される。

回転軸１９１の第１スプライン部１９１ａより上側には、周方向に環状の溝が設けられており、この溝にＯリング１９１ｃが取り付けられている。回転軸２０１は、上端部において直径が拡大された拡径部２０１ｂが設けられており、その拡径部２０１ｂに、回転軸１９１の第１スプライン部１９１ａを挿入するための凹部である第２スプライン部２０１ａが設けられている。

回転軸１９１は、Ｏリング１９１ｃの位置より下方まで電動発電機２０の回転軸２０１上端の凹部に挿入される。つまり、Ｏリング１９１ｃの外周面は、回転軸２０１の凹部の内周面に接している。これにより、回転軸１９１と回転軸２０１との結合部から作動油が漏出することが防止される。

第１スプライン部１９１ａの雄歯と、第２スプライン部２０１ａの雌歯との間には、隙間が存在する。作動油通路１９１ｂから流出した作動油は、この隙間を通じて下方へと通流する。

回転軸２０１の前記凹部の底面からは、軸長方向へと延びる作動油通路２０１ｃが設けられている。第１スプライン部１９１ａの雄歯と第２スプライン部２０１ａの雌歯との隙間を通流した作動油は、この作動油通路２０１ｃへと導入される。

図３は、電動発電機２０の内部における作動油の流路を模式的に説明するための回転軸２０１及びロータ２０２の正面断面図であり、図４は、回転軸２０１の平面断面図であり、図５は、ロータコア２０２ｃにおける作動油の流路を説明するための平面図である。なお、図３における矢印は、作動油の通流方向を示している。

図３に示すように、回転軸２０１に設けられた作動油流路２０１ｃは、回転軸２０１を軸長方向に貫通している。また、作動油流路２０１ｃは、回転軸２０１の上側部分において、回転軸２０１の半径方向に延びる複数の分岐流路２０１ｄに接続している（図３及び図４参照）。分岐流路２０１ｄは、ロータ２０２の上側のエンドプレート２０２ａと、ロータコア２０２ｃとの間の空間に連通している。

図３及び図５に示すように、ロータコア２０２ｃには、回転軸２０１の軸長方向に延びる作動油流路２０２ｅが設けられている。作動油流路２０２ｅは、ロータコア２０２ｃを上下方向に貫通している。

また、図３に示すように、作動油流路２０１ｃは、回転軸２０１の下側部分において、回転軸２０１の半径方向に延びる複数の分岐流路２０１ｅに接続している。分岐流路２０１ｅは、ロータコア２０２ｃと、下側のエンドプレート２０２ｂとの間の空間に連通している。

第１スプライン部１９１ａの雄歯と、第２スプライン部２０１ａの雌歯との間から流出した作動油は、作動油流路２０１ｃ（第２作動油流路）に導入される。図３に示すように、作動油流路２０１ｃを下方へと通流した作動油のうちの一部は、分岐流路２０１ｄへと導入され、他の作動油は、作動油流路２０１ｃをさらに下方へと通流する。

分岐流路２０１ｄを通流した作動油は、エンドプレート２０２ａとロータコア２０２ｃとの間の空間に導入される。さらに、この作動油は、作動油流路２０２ｅを下方へと通流する。作動油流路２０２ｅ内の作動油の一部は、ロータコア２０２ｃの積層鋼板の間隙を通流して、永久磁石２０２ｄへと至る。これによって、永久磁石２０２ｄが冷却される。

作動油流路２０２ｅを下方へと通流した作動油及び永久磁石２０２ｄの表面に沿って下方へ流れた作動油は、ロータコア２０２ｃの下端面とエンドプレート２０２ｂとの間の空間に導入される。この空間の作動油は、分岐流路２０１ｅを通じて作動油流路２０１ｃへと通流する。作動油流路２０１ｃにおいて作動油は下方へ通流し、回転軸２０１の下端まで至ると、図示しない管路を通じて油タンクへと回収される。

上記の如き構成により、回転軸１９１と回転軸２０１とのスプライン結合部において、雄歯と雌歯との間に冷却用の作動油が充填されるので、この作動油によってロータからの熱が回転軸２０１から回転軸１９１へと伝達される。したがって、ロータ２０２からの熱が温度の低い油圧モータ１９側へと伝達され、効率的に電動発電機２０が冷却される。

また、電動発電機２０の回転軸２０１の内部を、温度の低い油圧モータ１９から供給された作動油が通流するため、回転軸２０１を冷却することが可能となる。また、油圧モータ１９から供給された作動油の一部が、ロータコア２０２ｃの永久磁石２０２ｄの表面を流れるため、高温となるロータコア２０２ｃ及び永久磁石２０２ｄを冷却することが可能となる。

＜ハイブリッド型ショベル＞
次に、上記構成の油圧電動機構１８を備える建設機械の１つであるハイブリッド型ショベルについて説明する。図６は、本実施の形態に係るハイブリッド型ショベルの概略構成を示す右側面図である。なお、以下の説明では、図６において左方を「前方」、右方を「後方」、上方を「上方」、下方を「下方」といい、油圧ショベルの正面（前面）に向かって右方を「右方」、同正面に向かって左方を「左方」という。

図６に示すように、本実施の形態に係るハイブリッド型ショベル１００は、クローラ式の下部走行体１と、キャビン２を具備する上部旋回体３と、作業機構である作業アタッチメント４とを備えている。上部旋回体３は、下部走行体１の上に、鉛直方向の軸まわりに回動可能に取り付けられている。かかる下部走行体１と上部旋回体３とによって、車体が構成されている。

作業アタッチメント４は、ブーム５と、アーム６と、バケット７とを具備する。ブーム５は、上部旋回体３の前部であってキャビン２の側方に、水平軸まわりに回動可能に取り付けられており、これによって起伏自在となっている。また、アーム６は、ブーム５の先端に水平軸まわりに回動可能に取り付けられており、バケット７は、アーム６の先端に水平軸まわりに回動可能に取り付けられている。

ブーム５の両側面それぞれには、油圧シリンダであるブームシリンダ８１のピストンロッド先端が取り付けられており、当該ブームシリンダ８１のシリンダチューブは上部旋回体３に取り付けられている。かかるブームシリンダ８１によって、ブーム５が駆動されるようになっている。なお、図６においては、右側のブームシリンダ８１のみが示されている。

また、ブーム５の背部（上部）には、油圧シリンダであるアームシリンダ８２のシリンダチューブが取り付けられている。アーム６の基端部は、ブーム５との接合箇所よりも後方（バケット７から離反する方向）に突出するように延設されており、突出部分の先端にアームシリンダ８２のピストンロッド先端が取り付けられている。かかるアームシリンダ８２によって、アーム６が駆動されるようになっている。

また、アーム６の背部（上部）には、油圧シリンダであるバケットシリンダ８３のシリンダチューブが取り付けられている。当該バケットシリンダ８３のピストンロッドの先端は、バケット７に取り付けられている。かかるバケットシリンダ８３によって、バケット７が駆動されるようになっている。

図７は、本実施の形態に係るハイブリッド型ショベル１００が備える油圧電動システムの構成を示す模式図である。図７に示すように、ハイブリッド型ショベル１００にはエンジン１１が設けられており、このエンジン１１の駆動軸に、電動発電機１２と、油圧ポンプ１３と、パイロットポンプ１４とが接続されている。エンジン１１の動力は、駆動軸を介して電動発電機１２、油圧ポンプ１３、及びパイロットポンプ１４に伝達され、電動発電機１２によって発電が行われるとともに、油圧ポンプ１３及びパイロットポンプ１４が駆動される。また、電動発電機１２は電動機としても機能し、エンジン１１の駆動をアシストする。

油圧ポンプ１３からは、作動油が通流する管路が延設されており、コントロールバルブ１５を介して、上述したブームシリンダ８１、アームシリンダ８２、及びバケットシリンダ８３が接続されている。また、油圧ポンプ１３から延設された管路は、コントロールバルブ１５を介して、右走行用の油圧モータ８４と、左走行用の油圧モータ８５とに接続されている。コントロールバルブ１５は、複数の電磁弁によって構成されており、ＣＰＵ及びメモリ等からなる制御部２５と通信線によって接続されている。かかるコントロールバルブ１５は、制御部２５から与えられる制御信号に応じて動作し、ブームシリンダ８１、アームシリンダ８２、バケットシリンダ８３、油圧モータ８４及び８５への作動油の流量を制御するようになっている。これにより、ブームシリンダ８１、アームシリンダ８２、バケットシリンダ８３、油圧モータ８４及び８５が駆動制御される。

パイロットポンプ１４からは、作動油が通流する管路が延設されており、この管路がコントロールバルブ１５に接続されている。また、当該管路の途中には、油圧操作用の操作レバー１４ａが設けられている。作業者によって操作レバー１４ａが操作されることにより、コントロールバルブ１５が制御される。

電動発電機１２は、電力線によってインバータ１６に接続されており、当該インバータ１６がバッテリ１７に接続されている。電動発電機１２が発電機として機能する場合には、生成された電力がインバータ１６を介してバッテリ１７に蓄積される。

コントロールバルブ１５とブームシリンダ８１のヘッド側とを繋ぐ管路は途中で分岐しており、その先が上記で説明した油圧電動機構１８の油圧モータ１９に接続されている。コントロールバルブ１５からブームシリンダ８１のヘッド側油室に繋がる管路に供給される作動油の一部が、油圧モータ１９へと供給され、これによって油圧モータ１９が駆動される。

上述したように、油圧モータ１９の回転軸１９１と、電動発電機２０の回転軸２０１とは同軸的に連結されており、これによって油圧モータ１９と電動発電機２０とが一体的に回転駆動されるようになっている。電動発電機２０は、電力線によってインバータ２１に接続されており、当該インバータ２１がバッテリ１７に接続されている。電動発電機２０によって発電された電力はインバータ２１を介してバッテリ１７に蓄積される。

また、バッテリ１７はインバータ２２に接続されており、当該インバータ２２は上部旋回体３の旋回用電動機２３に接続されている。バッテリ１７から出力される電力はインバータ２２与えられ、このインバータ２２によって変換されて旋回用電動機２３に与えられる。

旋回用電動機２３の回転軸は減速機２４に接続されており、旋回用電動機２３の動力の回転数が減速機２４によって減じられて出力される。この減速機２３よって出力される動力によって、上部旋回体３が回動される。

上記の構成のハイブリッド型ショベル１００の動作について説明する。ブーム５は、ブームシリンダ８１によって駆動される。ブームシリンダ８１が伸長するように駆動されると、ブーム５が上方に回動（起立）する。また、ブームシリンダ８１が縮短するように駆動されると、ブーム５が下方に回動（傾倒）する。

ブーム５が下方に回動するとき、即ち、ブームシリンダ８１が縮短するように動作するとき、ブームシリンダ８１のヘッド側からは作動油が排出される。この作動油の一部は、油圧モータ１９へと供給され、これによって油圧モータ１９が駆動される。

油圧モータ１９の回転力は、同軸的に接続された電動発電機２０に伝達される。これにより、電動発電機２０が電力を生成する。電動発電機２０によって生成された電力は、インバータ１６によって変換され、バッテリ１７に蓄積される。

下部走行体１に対して上部旋回体３を旋回させる場合、旋回用電動機２３が駆動される。旋回用電動機２３は、バッテリ１７に蓄積された電力によって駆動される。つまり、バッテリ１７から出力される電力がインバータ２２与えられ、このインバータ２２によって変換されて旋回用電動機２３に与えられる。

（実施の形態２）
＜油圧電動機構＞
図８は、本実施の形態に係る油圧電動機構２１８の正面断面図である。油圧電動機構２１８は、油圧モータ２１９と電動発電機２２０とを備えている。

油圧モータ２１９の回転軸２９１は、ケーシング２９８の上端を貫通して外部に露出されている。かかる回転軸２９１には、上端から軸心に沿って延びた作動油通路２９１ｂが設けられている。かかる作動油通路２９１ｂは、途中で分岐しており、分岐先が回転軸２９１の半径方向に延びて、ドレン室１９８ａに連通している。また、作動油通路２９１ｂは、ドレン室１９８ａへの分岐部分からも下方に延びており、第１スプライン部１９１ａの上端部においてさらに分岐され、分岐先が回転軸２９１の半径方向へと延び、外部へと連通する。

上記のような作動油通路２９１ｂには、回転軸２９１の上端から、外部に設けられたポンプから作動油を供給することが可能である。また、作動油通路２９１ｂはドレン室１９８ａにも連通しているので、作動油通路２９１ｂにはドレン室１９８ａの作動油（ドレン油）も供給される。このようにして作動油通路２９１ｂに供給された作動油は、第１スプライン部１９１ａの上端において排出される。これにより、回転軸２９１と回転軸２０１のスプライン結合部に作動油が供給される。

また、電動発電機２２０のコイル２０６には、温度センサ２５０が取り付けられている。温度センサ２５０は、ステータ２０４の温度を検出可能である。

なお、本実施の形態に係る油圧電動機構２１８のその他の構成は、実施の形態１に係る油圧電動機構１８の構成と同様であるので、同一構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。

＜ハイブリッド型ショベル＞
次に、上記構成の油圧電動機構２１８を備えるハイブリッド型ショベルについて説明する。図９は、本実施の形態に係るハイブリッド型ショベルが備える油圧電動システムの構成を示す模式図である。

パイロットポンプ１４からコントロールバルブ１５に繋がる管路は、途中で分岐しており、分岐先の管路が切替弁２３０を介して油圧電動機構２１８の油圧モータ２１９に接続されている。つまり、パイロットポンプ１４が、油圧モータ２１９の回転軸２９１の上端において、作動油通路２９１ａに接続されている。これにより、パイロットポンプ１４から、作動油通路２９１ａに作動油を供給可能となっている。パイロットポンプ１４は、油圧モータ２１９のドレン油よりも低温の作動油を供給することが可能である。

切替弁２３０は、ＣＰＵ及びメモリ等から構成される制御回路２４０に接続されており、制御回路２４０から切替弁２３０の制御が可能となっている。また、制御回路２４０は、電動発電機２２０のステータ２０４に取り付けられた温度センサ２５０に接続されており、当該温度センサ２５０の検出温度を取得することが可能となっている。

本実施の形態に係るハイブリッド型ショベルの他の構成は、実施の形態１に係るハイブリッド型ショベル１００の構成と同様であるので、同一構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。

図１０は、制御回路２４０による油圧電動機構２１８の温度制御の処理手順を示すフローチャートである。

油圧電動機構２１８の温度制御では、電動発電機２２０のステータ２０４の２つの閾値温度（第１温度及び第２温度）を予め定めておく。第１温度は、電動発電機２２０の冷却が必要か否かを判断するためのものであり、ステータ２０４の温度が第１温度以上であれば、電動発電機２２０の強制的な冷却が必要となる。また、第２温度は、電動発電機２２０が十分に低い温度であるか否かを判断するためのものであり、ステータ２０４の温度が第２温度未満であれば、電動発電機２２０の冷却は必要とされない。

まず、制御回路２４０は、温度センサ２５０によって検出された、電動発電機２０のステータ２０４の温度が、第１温度以上であるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステータ２０４の温度が第１温度以上である場合（ステップＳ１においてＹＥＳ）、電動発電機２２０を、その動作状態にかかわらず、強制的に冷却することが必要である。このため、制御回路２４０は、切替弁２３０を開き（ステップＳ４）、パイロットポンプ１４から油圧電動機構２１８へ冷却用の作動油を強制的に供給する。これにより、パイロットポンプ１４から供給された作動油が、回転軸２９１の作動油通路２９１ｂ、及び回転軸２９１と回転軸２０１のスプライン結合部を通じて、電動発電機２２０の回転軸２０１に供給され、またロータ２０２にも供給される。したがって、電動発電機２２０が動作中であるか否かにかかわらず、電動発電機２２０が強制的に冷却される。上記のステップＳ４の処理の後、制御回路２４０は処理を終了する。

他方、ステップＳ１においてステータ２０４の温度が第１温度未満である場合（ステップＳ１においてＮＯ）、制御回路２４０は、電動発電機２２０が動作中であるか、停止中であるかを判定する（ステップＳ２）。この処理では、電動発電機２２０の出力電圧を監視することによって、電動発電機２２０の動作状態を判断することが可能である。

ステップＳ２において、電動発電機２２０が動作中である場合には（ステップＳ２においてＮＯ）、パイロットポンプ１４からの作動油の供給を停止したとしても、油圧モータ２１９のドレン油が電動発電機２２０側へと供給され、電動発電機２２０が冷却される。このときのステータ２０４の温度は第１温度未満であるため、ドレン油による冷却で十分に電動発電機２２０を低温に保つことが可能である。このため、制御回路２４０は、切替弁２３０を閉じ（ステップＳ５）、パイロットポンプ１４から油圧電動機構２１８への冷却用の作動油の供給を停止する。上記のステップＳ５の処理の後、制御回路２４０は処理を終了する。

他方、ステップＳ２において、電動発電機２２０が停止中である場合には（ステップＳ２においてＹＥＳ）、冷却用のドレン油が電動発電機２２０に供給されず、パイロットポンプ１４による強制的な冷却を行わなければ、電動発電機２２０は冷却されないこととなる。そこで、制御回路２４０は、ステータ２０４の温度が、第２温度以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。

ステップＳ３において、ステータ２０４の温度が第２温度以上である場合（ステップＳ３においてＹＥＳ）、電動発電機２２０の温度が十分に低いわけではないため、冷却が必要とされる。したがって、制御回路２４０は、切替弁２３０を開き（ステップＳ４）、パイロットポンプ１４から油圧電動機構２１８へ冷却用の作動油を強制的に供給する。これにより、電動発電機２２０が強制的に冷却される。

他方、ステップＳ３において、ステータ２０４の温度が第２温度未満である場合（ステップＳ３においてＮＯ）、電動発電機２２０は冷却が必要がないほど十分に低温であると判断することができる。そこで、制御回路２４０は、切替弁２３０を閉じ（ステップＳ５）、パイロットポンプ１４から油圧電動機構２１８への冷却用の作動油の供給を停止する。

制御回路２４０は、上記の温度制御処理を繰り返し実行する。これにより、リアルタイムで電動発電機２２０の温度制御が行われる。

（その他の実施の形態）
なお、上述した実施の形態１及び２においては、油圧回転機としての油圧モータ１９，２１９と、電気回転機としての電動発電機２０，２２０とを同軸接続した油圧電動機構１８，２１８について述べたが、これに限定されるものではない。油圧回転機は油圧モータだけでなく油圧ポンプであってもよく、電気回転機は、電動発電機だけでなく電動機又は発電機であってもよい。例えば、油圧ポンプと電動発電機とを同軸接続した油圧電動機構において、油圧ポンプの内部の作動油を、油圧ポンプの回転軸と電動発電機の回転軸とのスプライン結合部に供給し、このスプライン結合部を介して、電動発電機の熱を油圧ポンプ側に伝達させる構成とすることも可能であるし、油圧ポンプと電動機とを同軸接続した油圧電動機構において、油圧ポンプの内部の作動油を、油圧ポンプの回転軸と電動機の回転軸とのスプライン結合部に供給し、このスプライン結合部を介して、電動機の熱を油圧ポンプ側に伝達させる構成とすることも可能である。

また、上述した実施の形態１及び２においては、油圧電動機構１８，２１８をブームシリンダ８１のヘッド側室に接続し、ブーム５が下方に回動したときのブームシリンダ８１のヘッド側室の戻り油を油圧モータ１９，２１９に供給して油圧モータ１９，２１９を駆動し、これによって電動発電機２０，２２０で電力を生成して、この電力を上部旋回体３の旋回用電力としてバッテリ１７に蓄える構成について述べたが、これに限定されるものではない。例えば、次のような構成とすることも可能である。油圧モータとしても機能する油圧ポンプと電動発電機とを同軸接続した油圧電動機構を構成する。油圧電動機構の油圧ポンプの吸込ポートにブームシリンダのヘッド側室を接続し、上記と同様にブームシリンダのヘッド側室の戻り油を油圧ポンプの吸込ポートへ供給するようにする。ブームシリンダのヘッド側室からの戻り油が油圧ポンプに供給されることで、油圧ポンプが油圧モータとして機能し、この駆動力によって電動発電機で電力を生成し、当該電力をバッテリに蓄える。また、油圧ポンプの吐出側ポートをバケットシリンダのロッド側室に接続する。バケットを所定方向に駆動する場合に、電動発電機を電動機として機能させ、この回転力によって油圧ポンプを駆動し、作動油をバケットシリンダのロッド側室に供給する。なお、油圧電動機構をバケット駆動以外にも、アーム駆動、上部旋回体３の旋回駆動等に使用することも可能である

また、上述した実施の形態１においては、ドレン油を冷却用の作動油として用いる構成について述べたが、これに限定されるものではない。油圧電動機構１８の外部に設けられたポンプを作動油通路１９１ｂに接続し、前記ポンプから冷却用の作動油を供給する構成とすることも可能である。また、油圧モータ１９を駆動する作動油、つまり、シリンダ１９４へと供給される作動油の一部を作動油通路１９１ｂへと供給する構成とすることも可能である。さらに、外部のポンプからの作動油と、油圧モータ１９の内部の作動油（油圧モータ１９の駆動用の作動油又はドレン油）との両方を、作動油通路１９１ｂへと供給する構成とすることも可能である。

また、上述した実施の形態１及び２においては、冷却用の作動油を、電動発電機２０，２２０の回転軸２０１へと供給する構成について述べたが、これに限定されるものではない。回転軸２０１に作動油通路２０１ｃを設けず、回転軸２０１に作動油を供給しない構成とすることも可能である。この場合、電動発電機２０，２２０の内部には作動油が供給されないものの、油圧モータ１９，２１９の回転軸１９１，２９１と、電動発電機２０，２２０の回転軸２０１とのスプライン結合部における雄歯と雌歯との隙間には作動油が供給されるので、電動発電機２０，２２０のロータ２０２の熱を油圧モータ１９，２１９側へ逃がすことができ、電動発電機２０，２２０を冷却することが可能である。

また、上述した実施の形態２においては、２つの閾値温度と、電動発電機２２０の動作状態とに基づいて、切替弁２３０の開閉制御を行う構成について述べたが、これに限定されるものではない。閾値温度を１つだけ設定し、この閾値温度以上の場合には電動発電機２２０が高温であるとして、パイロットポンプ１４からの作動油を強制的に油圧電動機構２１８に供給し、前記閾値温度未満の場合には電動発電機２２０が低温であるとして、パイロットポンプ１４から油圧電動機構２１８への作動油の供給を停止する構成とする等、他の温度制御処理を行うことも可能である。

本発明の油圧電動機構及び油圧電動システムは、油圧モータ又は油圧ポンプ等の油圧回転機と電動機とを有する油圧電動機構及び油圧電動システムとして有用である。

１８ 油圧電動機
１９ 油圧モータ
１９１ 回転軸
１９１ａ 第１スプライン部
１９１ｂ 作動油通路
２０ 電動発電機
２０１ 回転軸
２０１ａ 第２スプライン部
２０１ｃ 作動油通路
１００ ハイブリッド型ショベル

Claims (6)

1. 軸長方向に延びる雄スプライン部の歯又は雌スプライン部の歯を複数有する第１スプライン部を一端に有する第１回転軸を具備する油圧回転機と、
   軸長方向に延びる雌スプライン部の歯又は雄スプライン部の歯を複数有し、前記第１スプライン部と結合可能な第２スプライン部を一端に有する第２回転軸を具備する電気回転機と、
   を備え、
   前記第１回転軸には、前記第１スプライン部に連通する作動油通路が設けられており、
   前記作動油通路を通じて、互いに結合された前記第１スプライン部及び前記第２スプライン部の雄スプライン部の各歯と雌スプライン部の各歯との間に、作動油を供給するように構成されている、
   油圧電動機構。
2. 前記第２回転軸には、前記作動油通路から供給された前記第２スプライン部の作動油を通流させるための第２作動油通路が設けられている、
   請求項１に記載の油圧電動機構。
3. 前記第２作動油通路は、前記第２回転軸の軸長方向に延びる軸長方向通路と、前記軸長方向通路から前記第２回転軸の回転半径方向に延び、前記第２回転軸の周面において開口する半径方向通路とを有する、
   請求項２に記載の油圧電動機構。
4. 前記油圧回転機は、ドレン油を収容するドレン油収容部を具備し、
   前記ドレン油収容部は、前記作動油通路に連通しており、ドレン油を前記作動油通路に供給するように構成されている、
   請求項１乃至３の何れかに記載の油圧電動機構。
5. 前記作動油通路は、作動油を供給するポンプに連通する管路に接続されており、前記ポンプからの作動油を前記管路を通じて供給されるように構成されている、
   請求項１乃至４の何れかに記載の油圧電動機構。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載された油圧電動機構と、
   作動油を供給するポンプと、
   前記ポンプと前記作動油通路とを接続し、前記ポンプからの作動油を前記油圧電動機構の作動油通路に供給する管路と、
   前記油圧電動機構の電気回転機の温度を検出する温度センサと、
   前記管路に設けられた切替弁と、
   前記センサにより検出された前記電気回転機の温度に基づいて、前記切替弁を制御する制御部と、
   を備える、
   油圧電動システム。
   

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