JP2017028931A

JP2017028931A - 作業機械

Info

Publication number: JP2017028931A
Application number: JP2015147658A
Authority: JP
Inventors: 川上　直哉; Naoya Kawakami; 直哉川上; 信好高橋; Nobuyoshi Takahashi; 俊彦石田; Toshihiko Ishida
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2015-07-27
Filing date: 2015-07-27
Publication date: 2017-02-02

Abstract

【課題】回転軸を支持する軸受が電食によって損傷するのを抑える。
【解決手段】回転軸３４と連結板３９との連結部に、回転軸３４の突出部３４Ｂと連結板３９の中心孔３９Ａとの間に挟込まれる円筒状絶縁紙４４Ａと、回転軸３４の軸端部３４Ａと連結板３９との間に挟込まれる第１の環状絶縁紙４４Ｂと、連結板３９と環状板４１との間に挟込まれる第２の環状絶縁紙４４Ｃと、各回転軸側ボルト４０の軸部に嵌合するボルト嵌合絶縁紙４４Ｄとからなる絶縁紙４４を設ける。これにより、回転軸３４の軸端部３４Ａと連結板３９との間を、円筒状絶縁紙４４Ａ、第１の環状絶縁紙４４Ｂにより電気的に絶縁し、各回転軸側ボルト４０と連結板３９との間を、第２の環状絶縁紙４４Ｃ、ボルト嵌合絶縁紙４４Ｄにより電気的に絶縁することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、ホイールローダ、ホイール式油圧ショベル等の作業機械に関する。

ホイールローダ、ホイール式ショベル等の作業機械として、原動機（内燃機関）と電動機とを併用したハイブリッド作業機械が知られている。このハイブリッド作業機械において、電動機を駆動するための電力は、原動機によって駆動される発電機から供給される。

この発電機において、製造上のばらつき等に起因する磁気的不平衡が僅かでも存在すると、発電機のロータが回転することで、本来の発電とは別に、ロータの回転軸に電圧が誘起される（以下、この電圧を軸電圧と称する）。この軸電圧は、高出力で大型の発電機ほど顕著に発生する。

発生した軸電圧により、ロータの回転軸を支える軸受に電流が流れると、軸受の転動体と軌道面の間でスパークが発生する。このスパークによって軸受の転動体や軌道面が溶融する現象は、電食と呼ばれる。この電食による軸受の損傷が進むと、ロータが回転する際に異音や振動が発生し、最終的には軸受としての機能を失う可能性がある。

発電機の回転軸と原動機の出力軸とが連結されている場合には、発電機の回転軸から、原動機の出力軸、原動機の軸受、原動機のケーシング、発電機のケーシング、発電機の軸受を介して発電機の回転軸に環流する電流の循環経路が形成される（以下、この電流を循環電流と称する）。このため、発電機で発生した軸電圧によって、原動機の出力軸を支える軸受にも電食による損傷が発生する可能性がある。

しかしながら、発電機の回転軸と原動機の出力軸とが連結された構造の作業機械においては、電食による軸受の損傷を防止するための従来技術はなく、限られたスペースで、安価に電食防止を実現できる技術が待望されていた。

発電機の回転軸を支持する軸受の電食を防止する従来技術としては、蒸気タービンのロータと発電機のロータとの間を、絶縁構造型ロータカップリングを介して連結する方法が知られている。この従来技術による絶縁構造型ロータカップリングは、発電機のロータ側に設けられた発電機側フランジと、蒸気タービンのロータ側に設けられた蒸気タービン側フランジと、各フランジ間に挟込まれるフランジ間絶縁部材と、各フランジ間を連結する複数の連結ボルトとを含んで構成されている。そして、フランジ間絶縁部材と各連結ボルトには、アルミナ溶射面、またはベークライト材からなる絶縁部が設けられている（特許文献１）。

特開２００３−６５００６号公報

しかし、特許文献１による従来技術は、蒸気タービンのロータと発電機のロータとの間に絶縁構造型ロータカップリングを取付けるために大きなスペースが必要となる。これに対し、作業機械に搭載された原動機の出力軸と発電機の回転軸との連結部の周囲は、スペースに制限があるため、上述の如き絶縁構造型ロータカップリングを適用するのは困難である。さらに、フランジ間絶縁部材等に形成されるアルミナ溶射面は高価であり、製造コストの上昇を招くという課題がある。

本発明は、上述した従来技術の課題に鑑みなされたもので、発電機の回転軸と原動機の出力軸とが連結された構造において、電食防止を安価に実現できる作業機械を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するため、本発明は、自走可能な車体と、前記車体に搭載された原動機と、前記原動機の出力軸に連結される回転軸を有し前記原動機によって駆動されることにより電力を発生する発電機と、前記発電機により発電された電力によって駆動される電動機とを備えてなる作業機械に適用される。

本発明の特徴は、前記原動機の出力軸と前記発電機の回転軸との連結部には、両者間を電気的に絶縁する絶縁材を設ける構成としたことにある。

本発明によれば、原動機の出力軸と発電機の回転軸とが、電気的な絶縁材を介して連結されるので、発電機の回転軸から原動機の出力軸に電流が流れるのを阻止するこができる。従って、発電機の回転軸から、原動機の出力軸、原動機の軸受、原動機のケーシング、発電機のケーシング、発電機の軸受を介して発電機の回転軸に環流する電流の循環経路を遮断することができる。この結果、原動機や発電機の軸受が、電食によって損傷するのを抑え、回転時の異音や振動を防止することにより、原動機や発電機を長期に亘って安定して回転させることができる。

本発明による作業機械としてのハイブリッド式ホイールローダを示す側面図である。ハイブリッド式ホイールローダに搭載される油圧システムと電動システムを示すブロック図である。ハイブリッド式ホイールローダに搭載されるエンジン、発電機、油圧ポンプを示す斜視図である。ハイブリッド式ホイールローダに搭載されるエンジン、発電機、油圧ポンプを示す断面図である。第１の実施の形態による発電機の回転軸とフライホイールとの連結部分を拡大して示す断面図である。回転軸の軸端部、連結板、回転軸側ボルト、絶縁紙等の要部を示す要部拡大の断面図である。回転軸の軸端部、連結板、回転軸側ボルト、絶縁紙を分解して示す分解図である。第２の実施の形態による発電機を示す断面図である。回転軸の軸端部、連結板、回転軸側ボルト、絶縁紙等の要部を示す要部拡大の断面図である。回転軸の軸端部、連結板、回転軸側ボルト、絶縁紙を分解して示す分解図である。変形例による回転軸の軸端部、連結板、回転軸側ボルト、絶縁紙等を示す図９と同様な断面図である。変形例による回転軸の軸端部、連結板、回転軸側ボルト、絶縁紙を分解して示す分解図である。

以下、本発明の実施の形態に係る作業機械として、ハイブリッド式ホイールローダを例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。図１ないし図７は本発明の第１の実施の形態を示している。

図中、ハイブリッド式ホイールローダ１は、左，右の前車輪２Ａが設けられた前部車体２と、左，右の後車輪３Ａが設けられた後部車体３とを有し、前部車体２と後部車体３とは、連結機構４を介して左，右方向に屈曲可能に連結されている。前部車体２と後部車体３との間にはステアリングシリンダ５が設けられ、このステアリングシリンダ５を伸縮させることにより、前部車体２と後部車体３とが連結機構４を中心として屈曲する。

図２に示すように、前部車体２には左，右方向に延びる前車軸６が設けられ、前車軸６の両端側には前車輪２Ａが取付けられている。前車軸６の中間部にはデファレンシャル機構６Ａが設けられ、該デファレンシャル機構６Ａはプロペラ軸７を介して後述の走行電動機２３に接続されている。後部車体３には左，右方向に延びる後車軸８が設けられ、後車軸８の両端側には後車輪３Ａが取付けられている。後車軸８の中間部にはデファレンシャル機構８Ａが設けられ、該デファレンシャル機構８Ａはプロペラ軸７を介して走行電動機２３に接続されている。

従って、走行電動機２３によってプロペラ軸７が回転すると、プロペラ軸７の回転が、デファレンシャル機構６Ａを介して前車軸６に伝達されると共に、デファレンシャル機構８Ａを介して後車軸８に伝達される。これにより、左，右の前車輪２Ａと左，右の後車輪３Ａとが同時に回転駆動され、ハイブリッド式ホイールローダ１は４輪駆動の状態で走行動作を行う。

前部車体２には、作業装置９が設けられている。この作業装置９は、前部車体２に俯仰動可能に取付けられた左，右のアーム１０と、各アーム１０の先端側に回動可能に取付けられたローダバケット１１と、前部車体２に対してアーム１０を俯仰動させるアームシリンダ１０Ａ（図２参照）と、アーム１０に対してローダバケット１１を回動させるバケットシリンダ１１Ａとにより大略構成されている。作業装置９は、アームシリンダ１０Ａによってアーム１０を俯仰動させると共に、バケットシリンダ１１Ａによってローダバケット１１を回動させることにより、ローダバケット１１によって掬った土砂等をダンプトラックの荷台等に排出する土木作業を行うものである。

後部車体３にはキャブ１２が設けられ、このキャブ１２は、ハイブリッド式ホイールローダ１を運転するオペレータの運転室を画成するものである。キャブ１２内には、オペレータが着席する運転席、オペレータによって操作されるステアリングホイール、アクセルペダル、ブレーキペダル、作業用の操作レバー等（いずれも図示せず）が設けられている。

ここで、ハイブリッド式ホイールローダ１は、前部車体２および後部車体３の走行動作を制御する電動システムと、作業装置９の動作を制御する油圧システムとを搭載しており、以下、ハイブリッド式ホイールローダ１のシステム構成について図２を参照して説明する。

原動機としてのエンジン１３は、キャブ１２の後側に位置して後部車体３に搭載されている。エンジン１３は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関により構成され、ゴム等の弾性体からなる防振マウント１４を介して後部車体３の車体フレームに支持されている（図４参照）。ここで、エンジン１３は、シリンダヘッドとシリンダブロックからなるエンジンハウジング１３Ａと、該エンジンハウジング１３Ａ内に設けられた出力軸としてのクランク軸１３Ｂと、エンジンハウジング１３Ａに対してクランク軸１３Ｂを回転可能に支持する複数の軸受１３Ｃと、クランク軸１３Ｂにコンロッド１３Ｄを介して取付けられたピストン１３Ｅと、後述のフライホイール３８とを含んで構成されている。また、エンジンハウジング１３Ａには、後述する発電機３１のケーシング３２が接続される接続ハウジング１３Ａ１が設けられ、該接続ハウジング１３Ａ１内にはフライホイール３８が収容されている。

エンジン１３の出力側には、後述する油圧ポンプ１６と発電機３１とが取付けられ、これら油圧ポンプ１６と発電機３１とは、エンジン１３によって駆動される。ここで、エンジン１３の作動はエンジン制御装置１５によって制御され、エンジン制御装置１５は、後述するハイブリッド制御装置２９からの指令信号に基づいてエンジン１３の回転速度を制御する。

油圧ポンプ１６は、発電機３１を介してエンジン１３の出力側に取付けられている。この油圧ポンプ１６は、図４に示すように、ポンプハウジング１６Ａと、ポンプハウジング１６Ａ内に設けられたポンプ軸１６Ｂと、ポンプハウジング１６Ａに対してポンプ軸１６Ｂを回転可能に支持する複数の軸受１６Ｃと、ポンプ軸１６Ｂと一体に回転するようにポンプハウジング１６Ａ内に設けられ複数のシリンダが形成されたシリンダブロック１６Ｄと、該シリンダブロック１６Ｄの各シリンダ内に往復動可能に挿嵌された複数のピストン１６Ｅとを含んで構成されている。

ここで、油圧ポンプ１６は、タンク１７内に貯溜された作動油を加圧し、ステアリングシリンダ５、作業装置９のアームシリンダ１０Ａ、バケットシリンダ１１Ａ等に圧油として供給するものである。油圧ポンプ１６の作動は油圧ポンプ制御装置１８によって制御され、油圧ポンプ制御装置１８は、ハイブリッド制御装置２９からの指令信号に基づいて、油圧ポンプ１６の吐出量を制御する。

油圧ポンプ１６及びタンク１７と各シリンダ５，１０Ａ，１１Ａとの間を接続する主管路の途中には、コントロールバルブ１９が設けられている。コントロールバルブ１９は、キャブ１２内に配置された作業用の操作レバーに対する操作に応じて、油圧ポンプ１６から吐出した圧油を各シリンダ５，１０Ａ，１１Ａに選択的に給排（供給または排出）するものである。

エンジン１３と油圧ポンプ１６との間には、後述する発電機３１が設けられている。この発電機３１は、第１のインバータ２０を介して一対の直流母線２１Ａ，２１Ｂに接続されている。発電機３１は、エンジン１３によって駆動されることにより発電し、発電した電力を直流母線２１Ａ，２１Ｂを介して後述の走行電動機２３または蓄電装置２６に供給する。

ここで、第１のインバータ２０は、例えばトランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等からなる複数のスイッチング素子を用いて構成され、発電機制御装置２２によって各スイッチング素子のオン／オフが制御される。発電機３１を発電機として用いるときには、第１のインバータ２０は、発電機３１からの交流電力を直流電力に変換して走行電動機２３または蓄電装置２６に供給する。一方、発電機３１を電動機として用いるときには、第１のインバータ２０は、直流母線２１Ａ，２１Ｂの直流電力から三相交流電力を生成し、この三相交流電力を発電機３１に供給する。

走行電動機２３は、蓄電装置２６および／または発電機３１から電力が供給されることにより、プロペラ軸７を回転駆動し、ハイブリッド式ホイールローダ１を走行させるものである。この走行電動機２３は、第２のインバータ２４を介して一対の直流母線２１Ａ，２１Ｂに接続されている。

第２のインバータ２４は、第１のインバータ２０と同様に複数のスイッチング素子を用いて構成される。第２のインバータ２４は、走行電動機制御装置２５によって各スイッチング素子のオン／オフが制御されることにより、直流母線２１Ａ，２１Ｂの直流電力から三相交流電力を生成し、この三相交流電力を走行電動機２３に供給する。走行電動機制御装置２５は、ハイブリッド制御装置２９からの指令信号に基づいて第２のインバータ２４の各スイッチング素子のオン／オフを制御することにより、走行電動機２３の出力を制御する。

蓄電装置２６は、発電機３１によって発電された電力や走行電動機２３の回生による電力を蓄電するものである。この蓄電装置２６は、例えば充電池、キャパシタ等によって構成され、コンバータ２７を介して直流母線２１Ａ，２１Ｂに接続されている。ここで、蓄電装置２６は、発電機３１から供給される電力を充電する。一方、蓄電装置２６は、走行電動機２３の回生動作時には走行電動機２３から供給される回生電力を充電し、走行電動機２３の力行動作時には走行電動機２３に向けて駆動電力を供給する。

コンバータ２７は、複数のスイッチング素子とリアクトルを用いて構成され、各スイッチング素子のオン／オフは、蓄電装置制御装置２８によって制御される。コンバータ２７は、蓄電装置２６の充電時には、発電機３１から出力される発電電力を降圧して蓄電装置２６に供給する。一方、コンバータ２７は、蓄電装置２６を用いて走行電動機２３を駆動するときには、蓄電装置２６から出力される電力を昇圧して第１，第２のインバータ２０，２４に供給する。蓄電装置２６の作動は蓄電装置制御装置２８によって制御され、蓄電装置制御装置２８は、ハイブリッド制御装置２９からの指令信号に基づいて、蓄電装置２６の出力を制御する。

ハイブリッド制御装置２９は、例えばマイクロコンピュータによって構成され、ＣＡＮ（Control Area Network）通信等を用いてエンジン制御装置１５、油圧ポンプ制御装置１８、発電機制御装置２２、走行電動機制御装置２５、蓄電装置制御装置２８に電気的に接続されている。

ハイブリッド制御装置２９は、例えばアクセルペダル、ブレーキペダル（いずれも図示せず）に対する操作等に応じて各制御装置１５，１８，２２，２５，２８に対する指令信号を出力し、システム全体が最高の性能を発揮するように、エンジン１３、油圧ポンプ１６、走行電動機２３、蓄電装置２６、発電機３１の駆動制御、異常監視、エネルギ管理を行う。

次に、エンジン１３の出力側に設けられた本実施の形態による発電機３１について説明する。

発電機３１は、エンジン１３と油圧ポンプ１６との間に位置してエンジン１３の出力側に設けられている。発電機３１は、例えばロータ（回転子）に永久磁石を用いた同期発電機により構成され、ゴム等の弾性体からなる防振マウント３０を介して後部車体３の車体フレームに支持されている（図４参照）。ここで、発電機３１は、外殻をなす円筒状のケーシング３２と、該ケーシング３２内に軸受３３を介して回転可能に設けられた回転軸３４と、ケーシング３２の内部で回転軸３４に固定して設けられたロータ３５と、該ロータ３５の外周面と僅かな隙間をもって対向した状態でケーシング３２の内周面３２Ａに全周に亘って設けられたステータ３６とを含んで構成されている。発電機３１のケーシング３２は、エンジン１３の接続ハウジング１３Ａ１に接続されている。

ここで、図５および図６に示すように、回転軸３４のエンジン１３側の軸端部３４Ａには、エンジン１３側に突出する小径円柱状の突出部３４Ｂが設けられ、この突出部３４Ｂは、後述するフライホイール３８に設けられたガイドブッシュ３８Ｅに係合するものである。また、図７に示すように、回転軸３４の軸端部３４Ａには、突出部３４Ｂを取囲むように複数の雌ねじ穴３４Ｃが螺設され、これら各雌ねじ穴３４Ｃには、後述する回転軸側ボルト４０が螺着される構成となっている。一方、回転軸３４の油圧ポンプ１６側の軸端部３４Ｄには、穴スプライン３４Ｅが形成され、この穴スプライン３４Ｅには、油圧ポンプ１６のポンプ軸１６Ｂがスプライン結合されている（図４参照）。回転軸３４の軸端部３４Ｄの近傍部位は、軸受３３を介してケーシング３２に回転可能に支持されている。

一方、エンジン１３のクランク軸１３Ｂのうち発電機３１側の軸端部には、連結部３７が設けられ、該連結部３７は、クランク軸１３Ｂに一体形成されている。

フライホイール３８は、回転軸３４の軸端部３４Ａと対向する位置、即ちクランク軸１３Ｂの連結部３７のうち発電機３１側の軸端部３７Ａにボルト３８Ａを用いて固定されている。ここで、図５に示すように、フライホイール３８は、軸方向の中間部に中間段部３８Ｂを有する段付き円筒状に形成され、フライホイール３８の内周側は小径な環状の内周側フランジ部３８Ｃとなり、フライホイール３８の外周側は大径な環状の外周側フランジ部３８Ｄとなっている。内周側フランジ部３８Ｃは、ボルト３８Ａを用いて連結部３７の軸端部３７Ａに固定され、外周側フランジ部３８Ｄには、後述のフライホイール側ボルト４３を用いて連結板３９が固定されている。

フライホイール３８の中間段部３８Ｂには、円板状のガイドブッシュ３８Ｅがボルト３８Ｆを用いて固定されている。ガイドブッシュ３８Ｅの中心部には、回転軸３４の突出部３４Ｂの外径寸法よりも僅かに大きな内径寸法を有するガイド孔３８Ｇが設けられ、このガイド孔３８Ｇに回転軸３４の突出部３４Ｂを係合させることにより、連結板３９を介して回転軸３４とクランク軸１３Ｂの連結部３７とを連結するときの作業性を高める構成となっている。なお、回転軸３４と連結部３７とが同軸に連結された状態では、回転軸３４の突出部３４Ｂの外周面とガイドブッシュ３８Ｅのガイド孔３８Ｇとの間には隙間が形成される。

連結板３９は、回転軸３４の軸端部３４Ａとフライホイール３８との間に設けられ、両者間を連結している。連結板３９は、例えばＳＳ４００等の一般構造用圧延鋼材を用いて円板状に形成されている。図７に示すように、連結板３９の中心部には、回転軸３４の突出部３４Ｂが挿通される中心孔３９Ａが形成され、該中心孔３９Ａの周囲には、回転軸３４の各雌ねじ穴３４Ｃに対応する複数の内周側ボルト挿通孔３９Ｂが形成されている。この内周側ボルト挿通孔３９Ｂには、後述の回転軸側ボルト４０とボルト嵌合絶縁紙４４Ｄとが一緒に挿通される。一方、図５に示すように、連結板３９の外周側には、周方向に均等な間隔をもって複数の外周側ボルト挿通孔３９Ｃが形成され、この外周側ボルト挿通孔３９Ｃにはフライホイール側ボルト４３が挿通される。

連結板３９の内周側は、中心孔３９Ａを回転軸３４の突出部３４Ｂに挿通した状態で回転軸３４の軸端部３４Ａ側に配置され、内周側ボルト挿通孔３９Ｂに挿通した回転軸側ボルト４０を回転軸３４の雌ねじ穴３４Ｃに螺着することにより、回転軸３４の軸端部３４Ａに締結される。この場合、各回転軸側ボルト４０の頭部と連結板３９との間には、１個の環状板４１と複数個（回転軸側ボルト４０と同数）の座金４２が設けられている。環状板４１の中心部には、回転軸３４の突出部３４Ｂに挿通される中心孔４１Ａが形成され、該中心孔４１Ａの周囲には、各回転軸側ボルト４０が挿通される複数のボルト挿通孔４１Ｂが形成されている。環状板４１は、回転軸側ボルト４０を用いて連結板３９を回転軸３４の軸端部３４Ａに締結するときに、この締結部に対して均等な面圧を付与するものである。一方、連結板３９の外周側は、複数のフライホイール側ボルト４３を用いて、フライホイール３８の外周側フランジ部３８Ｄに締結される。これにより、回転軸３４の軸端部３４Ｄとクランク軸１３Ｂの連結部３７とが、連結板３９を介して同軸に接続される。

次に、回転軸３４の軸端部３４Ａと連結板３９との間に設けられた絶縁材について説明する。

絶縁材としての絶縁紙４４は、例えばポリアミド繊維をシート状に生成したもので、０．２５ｍｍ程度の厚さを有するものである（図６、図７等に記載した絶縁紙４４の厚さは実際の厚さとは異なる）。ここで、絶縁紙４４は、一般的なモータの内部に設けられた巻線とコアとの間に挟込まれる絶縁シートと同様に、絶縁性を有するシート材として安価に形成されるものである。また、一般に、ポリアミド製の絶縁紙は、金属よりも柔らかいため、ボルトを用いて締結した後に圧縮によって変形する。この絶縁紙の変形によるボルトの緩みを避けるため、絶縁紙４４の厚さは、連結板３９と環状板４１の板厚に対して充分に薄く設定することが望ましい。そして、絶縁紙４４は、回転軸３４の軸端部３４Ａと連結板３９との連結部に設けられ、第１のインバータ２０によって制御される発電機３１の作動時に、発電機３１の回転軸３４に誘起される電流が、回転軸３４と連結部３７との間を流れるのを遮断するものである。

ここで、絶縁紙４４は、図６および図７に示すように、回転軸３４の軸端部３４Ａに設けられた突出部３４Ｂの外周面に嵌合し、突出部３４Ｂと連結板３９の中心孔３９Ａとの間に挟込まれる円筒状絶縁紙４４Ａと、中心部に回転軸３４の突出部３４Ｂが挿通され、軸端部３４Ａの端面と連結板３９との間に挟込まれる第１の環状絶縁紙４４Ｂと、中心部に回転軸３４の突出部３４Ｂが挿通され、連結板３９と環状板４１との間に挟込まれる第２の環状絶縁紙４４Ｃと、各回転軸側ボルト４０の軸部に嵌合し、回転軸側ボルト４０と連結板３９の内周側ボルト挿通孔３９Ｂ、環状板４１のボルト挿通孔４１Ｂ、座金４２の内周面との間に挟込まれる複数（回転軸側ボルト４０と同数）の円筒状のボルト嵌合絶縁紙４４Ｄとにより構成されている。なお、第１，第２の環状絶縁紙４４Ｂ，４４Ｃには、それぞれ回転軸３４の各雌ねじ穴３４Ｃに対応する位置に複数のボルト挿通孔が形成されている。

従って、回転軸３４の軸端部３４Ａに連結板３９を取付けるときには、回転軸３４の突出部３４Ｂに円筒状絶縁紙４４Ａを嵌合させると共に、第１の環状絶縁紙４４Ｂを軸端部３４Ａの端面に当接させた状態で、連結板３９の中心孔３９Ａを突出部３４Ｂに嵌合させ、中心孔３９Ａの内周面を円筒状絶縁紙４４Ａと対面させる。次に、連結板３９と環状板４１との間に第２の環状絶縁紙４４Ｃを挟込んだ状態で、環状板４１の中心孔４１Ａを突出部３４Ｂに嵌合させ、中心孔４１Ａの内周面を円筒状絶縁紙４４Ａと対面させる。さらに、各回転軸側ボルト４０の軸部にボルト嵌合絶縁紙４４Ｄを嵌合させた状態で、この回転軸側ボルト４０を、座金４２、環状板４１のボルト挿通孔４１Ｂ、連結板３９の内周側ボルト挿通孔３９Ｂに挿通した後、回転軸３４の雌ねじ穴３４Ｃに螺着する。

これにより、図６に示すように、回転軸３４の軸端部３４Ａと連結板３９との間が、円筒状絶縁紙４４Ａおよび第１の環状絶縁紙４４Ｂによって電気的に絶縁され、各回転軸側ボルト４０と連結板３９との間が、第２の環状絶縁紙４４Ｃおよびボルト嵌合絶縁紙４４Ｄによって電気的に絶縁される。従って、回転軸側ボルト４０を用いて回転軸３４の軸端部３４Ａに連結板３９を締結した状態で、回転軸３４と連結板３９との電気的な導通が遮断され、発電機３１の回転軸３４に誘起された電流が、回転軸３４と連結部３７との間を流れるのを遮断することができる構成となっている。

第１の実施の形態によるハイブリッド式ホイールローダ１は、上述の如き構成を有するもので、以下、ハイブリッド式ホイールローダ１の動作について説明する。

まず、オペレータは、キャブ１２に搭乗して運転席に着席する。そして、オペレータがアクセルペダル等（いずれも図示せず）を操作することにより、エンジン１３によって油圧ポンプ１６と発電機３１とが駆動される。

これにより、発電機３１からの電力が直流母線２１Ａ，２１Ｂを介して走行電動機２３に供給され、走行電動機２３はプロペラ軸７を回転駆動する。プロペラ軸７の回転は、デファレンシャル機構６Ａを介して前車軸６に伝達されると共に、デファレンシャル機構８Ａを介して後車軸８に伝達され、ハイブリッド式ホイールローダ１は、左，右の前車輪２Ａと左，右の後車輪３Ａとが同時に回転する４輪駆動の状態で走行動作を行う。

この状態で、オペレータがステアリングホイール（図示せず）を操舵することにより、油圧ポンプ１６から吐出した圧油が、コントロールバルブ１９を介してステアリングシリンダ５に供給される。これにより、ハイブリッド式ホイールローダ１は、前部車体２と後部車体３とが連結機構４を中心として左，右方向に屈曲し、旋回走行を行うことができる。

この場合、発電機３１が、第１のインバータ２０の制御によって作動するときには、回転軸３４に電圧が誘起されて電流が流れることがある。ここで、回転軸３４の軸端部３４Ａと連結板３９との接続部分に絶縁紙４４が設けられていなかったと仮定すると、回転軸３４に生じた電流は、図４中に矢印Ｆで示すように、回転軸３４から連結板３９、フライホイール３８、連結部３７、エンジン１３の軸受１３Ｃ、エンジンハウジング１３Ａ、発電機３１のケーシング３２、軸受３３、回転軸３４という循環経路を流れるようになる。このとき、回転軸３４を支持する軸受３３、クランク軸１３Ｂを支持する軸受１３Ｃの位置でスパークが発生し、発電機３１の軸受３３、エンジン１３の軸受１３Ｃ等が電食によって損傷する虞れがある。さらに、発電機３１のケーシング３２に流れた電流が、油圧ポンプ１６のポンプハウジング１６Ａ、軸受１６Ｃ、ポンプ軸１６Ｂという循環経路を流れる（環流電流）ことにより、油圧ポンプ１６の軸受１６Ｃにまで電食が派生してしまう虞れがある。

これに対し、本実施の形態では、回転軸側ボルト４０を用いて締結される回転軸３４と連結板３９との連結部に、円筒状絶縁紙４４Ａ、第１の環状絶縁紙４４Ｂ、第２の環状絶縁紙４４Ｃ、ボルト嵌合絶縁紙４４Ｄからなる絶縁紙４４を設け、回転軸３４の軸端部３４Ａと連結板３９との間を、円筒状絶縁紙４４Ａおよび第１の環状絶縁紙４４Ｂによって電気的に絶縁し、各回転軸側ボルト４０と連結板３９との間を、第２の環状絶縁紙４４Ｃおよびボルト嵌合絶縁紙４４Ｄによって電気的に絶縁している。

これにより、第１のインバータ２０によって制御される発電機３１の作動時に、発電機３１の回転軸３４に電流が誘起されたとしても、この電流が回転軸３４から連結板３９を介してフライホイール３８に流れるのを、絶縁紙４４によって遮断することができる。この結果、発電機３１の回転軸３４を支持する軸受３３、エンジン１３のクランク軸１３Ｂを支持する軸受１３Ｃ、油圧ポンプ１６のポンプ軸１６Ｂを支持する軸受１６Ｃが電食によって損傷するのを抑えることができ、発電機３１、エンジン１３、油圧ポンプ１６を長期に亘って安定して回転させることができる。

しかも、絶縁材として安価な絶縁紙４４を用いることにより、例えば回転軸３４を支持する軸受３３の内輪にセラミックス皮膜を形成する方法や、回転軸３４の表面にアルミナ等の絶縁材を溶射して絶縁被膜を形成する方法に比較して、電食の発生を容易に防止することができ、発電機３１の製造コストを低減することができる。また、軽量な絶縁紙４４を用いることにより、発電機３１の重量が増大するのを抑えることができる。

次に、図８ないし図１０は本発明の第２の実施の形態を示し、この第２の実施の形態は、ハイブリッド式ホイールローダに搭載された発電機のケーシング内に、エンジン側のフライホイールを配置した構成を例示している。

第２の実施の形態による発電機５１は、例えばロータに永久磁石を用いた同期発電機により構成されている。発電機５１は、第１の実施の形態による発電機３１とほぼ同様に、後述するケーシング５２、回転軸５５、ロータ５６、ステータ５７を含んで構成されている。

発電機５１のケーシング５２は、軸方向の両端が開口した円筒状をなす中間筒部５２Ａと、中間筒部５２Ａの軸方向の一側を施蓋する円板状の一側蓋部５２Ｂと、中間筒部５２Ａの軸方向の他側を施蓋する円板状の他側蓋部５２Ｃとにより構成されている。ケーシング５２の他側蓋部５２Ｃ側は、エンジン（図示せず）の接続ハウジング１３Ａ１に接続されている。一側蓋部５２Ｂの中心部には、回転軸５５を回転可能に支持する軸受５３が設けられ、他側蓋部５２Ｃの中心部には、後述する連結軸５８を回転可能に支持する軸受５４が設けられている。

回転軸５５は、ケーシング５２内に回転可能に設けられている。回転軸５５の軸方向一側は軸受５３に回転可能に支持され、軸方向一側の軸端部５５Ａは、ケーシング５２の一側蓋部５２Ｂを通じて外部に突出している。一方、回転軸５５の軸方向他側の軸端部５５Ｂには、小径円柱状の突出部５５Ｃが設けられると共に、突出部５５Ｃを取囲むように複数の雌ねじ穴５５Ｄが螺設されている。

ロータ５６は、ケーシング５２内で回転軸５５の軸方向中間部に固定して設けられている。ステータ５７は、ケーシング５２の中間筒部５２Ａの内周面に全周に亘って設けられ、ロータ５６の外周面と僅かな隙間をもって対向している。

連結軸５８は、エンジン（図示せず）のクランク軸１３Ｂに同軸に連結され、クランク軸１３Ｂと一体回転するものである。連結軸５８の軸方向中間部は、ケーシング５２の他側蓋部５２Ｃに設けられた軸受５４によって回転可能に支持されている。連結軸５８の軸方向一側には、ケーシング５２内に位置して後述のフライホイール５９が設けられている。

フライホイール５９は、回転軸５５の軸端部５５Ｂと対向する連結軸５８の軸端部に一体形成されている。フライホイール５９の軸方向一側には、連結板６０が嵌合する有底穴５９Ａが形成され、該有底穴５９Ａの底部には、周方向に均等な間隔をもって複数の雌ねじ穴５９Ｂが螺設されている。

連結板６０は、回転軸５５の軸端部５５Ｂとフライホイール５９との間に設けられ、両者間を連結している。連結板６０は円板状に形成され、その中心部には、回転軸５５の突出部５５Ｃが挿通される中心孔６０Ａが設けられている。中心孔６０Ａの周囲には、回転軸５５の各雌ねじ穴５５Ｄに対応する複数の内周側ボルト挿通孔６０Ｂが形成されている。一方、連結板６０の外周側には、周方向に均等な間隔をもって複数の外周側ボルト挿通孔６０Ｃが形成されている。

連結板６０の内周側は、中心孔６０Ａを回転軸５５の突出部５５Ｃに挿通した状態で回転軸５５の軸端部５５Ｂ側に配置され、内周側ボルト挿通孔６０Ｂに挿通した回転軸側ボルト６１を回転軸５５の雌ねじ穴５５Ｄに螺着することにより、回転軸５５の軸端部５５Ｂに締結される。この場合、各回転軸側ボルト６１の頭部と連結板６０との間には、１個の環状板６２と複数個（回転軸側ボルト６１と同数）の座金６３が設けられている。環状板６２の中心部には、回転軸の突出部５５Ｃに挿通される中心孔６２Ａが形成され、該中心孔６２Ａの周囲には、各回転軸側ボルト６１が挿通される複数のボルト挿通孔６２Ｂが形成されている。一方、連結板６０の外周側は、外周側ボルト挿通孔６０Ｃに挿通したフライホイール側ボルト６４をフライホイール５９の雌ねじ穴５９Ｂに螺着することにより、フライホイール５９の外周側に締結される。

絶縁材としての絶縁紙６５は、回転軸５５の軸端部５５Ｂと連結板６０との連結部に設けられている。ここで、絶縁紙６５は、回転軸５５の突出部５５Ｃと連結板６０の中心孔６０Ａとの間に挟込まれる円筒状絶縁紙６５Ａと、回転軸５５の軸端部５５Ｂの端面と連結板６０との間に挟込まれる第１の環状絶縁紙６５Ｂと、連結板６０と環状板６２との間に挟込まれる第２の環状絶縁紙６５Ｃと、各回転軸側ボルト６１の軸部に嵌合し、回転軸側ボルト６１と連結板６０の内周側ボルト挿通孔６０Ｂ、環状板６２のボルト挿通孔６２Ｂ、座金６３の内周面との間に挟込まれる複数（回転軸側ボルト６１と同数）の円筒状のボルト嵌合絶縁紙６５Ｄとにより構成されている。

第２の実施の形態によるハイブリッド式ホイールローダは、上述の如き発電機５１を有するもので、発電機５１の回転軸５５の軸端部５５Ｂに連結板６０を取付けるときには、回転軸５５の突出部５５Ｃの外周面に円筒状絶縁紙６５Ａを嵌合させると共に、第１の環状絶縁紙６５Ｂを軸端部５５Ｂの端面に当接させた状態で、連結板６０の中心孔６０Ａを突出部５５Ｃに嵌合させる。次に、連結板６０と環状板６２との間に第２の環状絶縁紙６５Ｃを挟込んだ状態で、環状板６２の中心孔６２Ａを突出部５５Ｃに嵌合させる。さらに、各回転軸側ボルト６１の軸部にボルト嵌合絶縁紙６５Ｄを嵌合させた状態で、この回転軸側ボルト６１を、座金６３、環状板６２のボルト挿通孔６２Ｂ、連結板６０の内周側ボルト挿通孔６０Ｂに挿通した後、回転軸５５の雌ねじ穴５５Ｄに螺着する。

これにより、図９に示すように、回転軸５５の軸端部５５Ｂと連結板６０との間が、円筒状絶縁紙６５Ａおよび第１の環状絶縁紙６５Ｂによって電気的に絶縁され、各回転軸側ボルト６１と連結板６０との間が、第２の環状絶縁紙６５Ｃおよびボルト嵌合絶縁紙６５Ｄによって電気的に絶縁される。従って、回転軸側ボルト６１を用いて回転軸５５の軸端部５５Ｂに連結板６０を締結した状態で、回転軸５５と連結板６０との電気的な導通が遮断され、発電機５１の回転軸５５に誘起された電流が、回転軸５５と連結部５８との間を流れるのを遮断することができる。

従って、発電機５１の作動時に回転軸５５に電流が誘起されたとしても、この電流が回転軸５５から連結板６０を介してフライホイール５９に流れるのを、絶縁紙６５によって遮断することができる。この結果、発電機５１の回転軸５５を支持する軸受５３、連結軸５８を支持する軸受５４、エンジンのクランク軸１３Ｂを支持する軸受（図示せず）、油圧ポンプのポンプ軸を支持する軸受（図示せず）が電食によって損傷するのを抑えることができ、発電機５１、エンジン、油圧ポンプを長期に亘って安定して回転させることができる。

なお、第２の実施の形態では、回転軸側ボルト６１を用いて締結される回転軸５５の軸端部５５Ｂと連結板６０との連結部に、円筒状絶縁紙６５Ａ、第１，第２の環状絶縁紙６５Ｂ，６５Ｃ、ボルト嵌合絶縁紙６５Ｄからなる絶縁紙６５を設けた場合を例示している。

しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば図１１および図１２に示す変形例のように、フライホイール側ボルト６４の頭部と連結板６０との間に、回転軸５５の軸端部５５Ｂよりも大径な中心穴６６Ａを有する環状板６６を配置すると共に、フライホイール側ボルト６４を用いて締結されるフライホイール５９と連結板６０との連結部に、絶縁紙６７を設ける構成としてもよい。

この場合、絶縁紙６７は、フライホイール５９に形成された有底穴５９Ａの内周面と連結板６０の外周面との間に挟込まれる円筒状絶縁紙６７Ａと、フライホイール５９の有底穴５９Ａの底面と連結板６０との間に挟込まれる第１の環状絶縁紙６７Ｂと、連結板６０と環状板６６との間に挟込まれる第２の環状絶縁紙６７Ｃと、各連結部側ボルト６４の軸部に嵌合し、連結部側ボルト６４と連結板６０の外周側ボルト挿通孔６０Ｃ、環状板６６のボルト挿通孔の内周面との間に挟込まれる複数の円筒状のボルト嵌合絶縁紙６７Ｄとにより構成される。

これにより、フライホイール５９と連結板６０との間が、円筒状絶縁紙６７Ａおよび第１の環状絶縁紙６７Ｂによって電気的に絶縁され、各フライホイール側ボルト６４と連結板６０との間が、第２の環状絶縁紙６７Ｃおよびボルト嵌合絶縁紙６７Ｄによって電気的に絶縁される。従って、発電機５１の回転軸５５に電流が誘起されたとしても、この電流が回転軸５５と連結部５８との間を流れるのを、絶縁紙６７によって遮断することができる。しかも、変形例では、回転軸５５の中心からフライホイール側ボルト６４までの距離が、回転軸５５の中心から回転軸側ボルト６１までの距離よりも大きくなるため、フライホイール側ボルト６４の締付トルクを小さくすることができる。この結果、フライホイール５９と連結板６０との間に配置される絶縁紙６７の面圧を小さくすることができ、絶縁紙６７の強度的な信頼性を高めることができる。

また、第１の実施の形態では、回転軸側ボルト４０を用いて締結された回転軸３４と連結板３９との連結部に絶縁紙４４を設けた場合を例示したが、本発明はこれに限らず、例えばフライホイール側ボルト４３を用いて連結されたフライホイール３８と連結板３９との連結部に絶縁紙を設けても良く、さらに、回転軸３４と連結板３９との連結部と、フライホイール３８と連結板３９との連結部との両方に絶縁紙を設ける構成としても良い。このことは、第２の実施の形態についても同様である。

２前部車体
３後部車体
１３エンジン（原動機）
１３Ｂクランク軸（出力軸）
２３走行電動機
３１，５１発電機
３２，５２ケーシング
３４，５５回転軸
３８，５９フライホイール
３９，６０連結板
４０，６１回転軸側ボルト
４３，６４フライホイール側ボルト
４４，６５，６７絶縁紙（絶縁材）

Claims

自走可能な車体と、
前記車体に搭載された原動機と、
前記原動機の出力軸に連結される回転軸を有し前記原動機によって駆動されることにより電力を発生する発電機と、
前記発電機により発電された電力によって駆動される電動機とを備えてなる作業機械において、
前記原動機の出力軸と前記発電機の回転軸との連結部には、両者間を電気的に絶縁する絶縁材を設ける構成としたことを特徴とする作業機械。
前記絶縁材は、絶縁性を有するシート材により構成してなる請求項１に記載の作業機械。
前記原動機の出力軸にはフライホイールを固定して設け、
前記発電機の回転軸と前記フライホイールとの間には両者間を連結する連結板を設け、
前記発電機の回転軸と前記連結板との連結部には前記絶縁材を設ける構成としてなる請求項１または２に記載の作業機械。
前記原動機の出力軸にはフライホイールを固定して設け、
前記発電機の回転軸には前記フライホイールに連結される連結板を固定して設け、
前記フライホイールと前記連結板との連結部には前記絶縁材を設ける構成としてなる請求項１または２に記載の作業機械。