JP2019154101A - 電動機、回転駆動システム及び油圧ショベル - Google Patents
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Abstract
【課題】摺動部に潤滑油を円滑に供給することが可能な電動機、回転駆動システム及び油圧ショベルを提供する。【解決手段】上下方向に延びる軸線O回りに回転する回転軸40、及び、該回転軸40の外周面に固定されたロータコアを有するロータと、該ロータコアを外周側から囲うステータと、ロータ及びステータが配置されるとともに外部から潤滑油が供給される第一空間を区画する隔壁としての下底部27と、第一空間R1内に供給される潤滑油を貯留可能な貯留部180と、貯留部180内の潤滑油を第一空間R1内に排出する駆動部としてのブレーキ機構120と、貯留部180内から排出された潤滑油がそれぞれ導入される摺動部と、を有する。【選択図】図5
Description
本発明は、電動機、回転駆動システム及び油圧ショベルに関する。
特許文献1には、上部旋回体を下部走行体に対して旋回させる回転駆動システムを備えた油圧ショベルが開示されている。回転駆動システムは、電動機と、該電動機の回転を減速させる減速機とを有している。回転駆動システムには、停止時における不用意な回転を防止するためのブレーキが設けられている。ブレーキは、回転軸と一体に回転可能なブレーキディスク及び該ブレーキディスクを押圧するブレーキピストンを有している。
このような回転駆動システムの電動機には、ロータやステータの冷却性や軸受等の各摺動部の潤滑性を担保するため、外部から潤滑油が供給される。潤滑油は、潤滑油ポンプの駆動によって電動機内に供給される。
このような回転駆動システムの電動機には、ロータやステータの冷却性や軸受等の各摺動部の潤滑性を担保するため、外部から潤滑油が供給される。潤滑油は、潤滑油ポンプの駆動によって電動機内に供給される。
ところで、停止状態の電動機が始動してロータが回転する際には、同時に潤滑油ポンプが駆動されることで電動機内に潤滑油が供給される。しかしながら、潤滑油ポンプが駆動してから潤滑油が摺動部に到達するまでには時間差がある。また、特に低温時には潤滑油の粘性が高いため、摺動部に潤滑油が到達するまでに時間を要する。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、摺動部に潤滑油を円滑に供給することが可能な電動機、回転駆動システム及び油圧ショベルを提供することを目的とする。
本発明の一の態様に係る電動機は、上下方向に延びる軸線回りに回転する回転軸、及び、該回転軸の外周面に固定されたロータコアを有するロータと、該ロータコアを外周側から囲うステータと、前記ロータ及び前記ステータが配置されるとともに外部から潤滑油が供給される第一空間を区画する隔壁と、前記第一空間内に供給される前記潤滑油を貯留可能な貯留部と、前記貯留部内の前記潤滑油を前記第一空間内に排出する駆動部と、前記貯留部内から排出された前記潤滑油がそれぞれ導入される摺動部と、を有する。
上記構成の電動機によれば、外部から第一空間に供給される潤滑油によって摺動部での潤滑性が担保される。また、当該潤滑油は、貯留部に導入される。これにより、貯留部内に潤滑油が貯留される。
そして、例えば第一空間に外部から潤滑油が供給されにくい場合には、駆動部より貯留部内に貯留された潤滑部を第一空間内に排出する。このように排出された潤滑油は、摺動部に導入されることで該摺動部を潤滑する。
したがって、外部から潤滑油が供給されにくい状況であったとしても、貯留部から排出された潤滑油を摺動部に円滑に供給することができる。
そして、例えば第一空間に外部から潤滑油が供給されにくい場合には、駆動部より貯留部内に貯留された潤滑部を第一空間内に排出する。このように排出された潤滑油は、摺動部に導入されることで該摺動部を潤滑する。
したがって、外部から潤滑油が供給されにくい状況であったとしても、貯留部から排出された潤滑油を摺動部に円滑に供給することができる。
上記態様の電動機、回転駆動システム及び油圧ショベルによれば、摺動部に潤滑油を円滑に供給することが可能となる。
<第一実施形態>
以下、本発明の第一実施形態について図1〜図6を参照して詳細に説明する。
以下、本発明の第一実施形態について図1〜図6を参照して詳細に説明する。
<作業機械>
図1及び図2に示すように、作業機械としての油圧ショベル200は、下部走行体210、スイングサークル220及び上部旋回体230を備えている。以下では、作業機械が水平面に設置された状態における重力が作用する方向を「上下方向」と称する。また、後述するキャブ231内の運転席の前方を単に「前方」と称し、運転席の後方を単に「後方」と称する。
下部走行体210は、左右一対の履帯211,211を有しており、これら履帯211,211が走行用油圧モータ(図示省略)によって駆動されることで油圧ショベル200を走行させる。
図1及び図2に示すように、作業機械としての油圧ショベル200は、下部走行体210、スイングサークル220及び上部旋回体230を備えている。以下では、作業機械が水平面に設置された状態における重力が作用する方向を「上下方向」と称する。また、後述するキャブ231内の運転席の前方を単に「前方」と称し、運転席の後方を単に「後方」と称する。
下部走行体210は、左右一対の履帯211,211を有しており、これら履帯211,211が走行用油圧モータ(図示省略)によって駆動されることで油圧ショベル200を走行させる。
スイングサークル220は、下部走行体210と上部旋回体230とを接続する部材であって、アウターレース221、インナーレース222及びスイングピニオン223を備えている。アウターレース221は下部走行体210に支持されており、上下方向に一致して延びる旋回軸線Lを中心とした環状をなしている。インナーレース222はアウターレース221と同軸をなす環状の部材であって、アウターレース221の内側に配置されている。インナーレース222は、アウターレース221に対して旋回軸線L回りに相対回転可能に支持されている。スイングピニオン223はインナーレース222の内歯に噛み合っており、スイングピニオン223が回転することでインナーレース222がアウターレース221に対して相対回転する。
上部旋回体230は、インナーレース222に支持されることで下部走行体210に対して旋回軸線L回りに旋回可能に配置されている。上部旋回体230は、キャブ231、作業機232、これらの後方に設けられたエンジン236、発電機モータ237、油圧ポンプ238、インバータ239、キャパシタ240、及び、回転駆動システム1を備えている。
キャブ231は、上部旋回体230の前方左側に配置されており、作業者の運転席が設けられている。作業機232は上部旋回体230の前方に延びるように設けられており、ブーム233、アーム234及びバケット235を有する。作業機232は、ブーム233、アーム234及びバケット235がそれぞれ各油圧シリンダ(図示省略)により駆動されることで掘削等の各種作業を行う。
エンジン236及び発電機モータ237は、互いの軸がスプライン結合されている。発電機モータ237はエンジン236によって駆動されることで電力を生成する。発電機モータ237及び油圧ポンプ238は、互いの回転軸がスプライン結合されている。油圧ポンプ238は、エンジン236によって駆動される。油圧ポンプ238の駆動により生成される油圧は、上述した走行用油圧モータ、各油圧シリンダを駆動する。
発電機モータ237、キャパシタ240及び回転駆動システム1はインバータ239を介して互いに電気的に接続されている。なお、キャパシタ240に代えてリチウムイオンバッテリ等の他の蓄電装置を用いてもよい。
回転駆動システム1は、回転中心となる軸線Oが上下方向に一致する縦置きの状態で配置されている。この回転駆動システム1の出力は、インナーレース222の内歯に噛み合あったスイングピニオン223に伝達される。
回転駆動システム1は、回転中心となる軸線Oが上下方向に一致する縦置きの状態で配置されている。この回転駆動システム1の出力は、インナーレース222の内歯に噛み合あったスイングピニオン223に伝達される。
油圧ショベル200は、発電機モータ237で生成される電力又はキャパシタ240からの電力によって回転駆動システム1を駆動する。回転駆動システム1の駆動力はスイングピニオン223を介してインナーレース222に伝達される。これによってインナーレース222がアウターレース221に対して相対回転することで上部旋回体230が旋回する。
上部旋回体230の旋回の減速時には回転駆動システム1が発電機として機能することで回生エネルギーとしての電力を生成する。この電力はインバータ239を介してキャパシタ240に蓄積される。キャパシタ240に蓄積された電力は、エンジン236の加速時に発電機モータ237に供給される。キャパシタの電力によって発電機モータ237が駆動されることで、該発電機モータ237がエンジン236の出力を補助する。
上部旋回体230の旋回の減速時には回転駆動システム1が発電機として機能することで回生エネルギーとしての電力を生成する。この電力はインバータ239を介してキャパシタ240に蓄積される。キャパシタ240に蓄積された電力は、エンジン236の加速時に発電機モータ237に供給される。キャパシタの電力によって発電機モータ237が駆動されることで、該発電機モータ237がエンジン236の出力を補助する。
<回転駆動システム>
回転駆動システム1は、図3に示すように、回転駆動装置10及び潤滑油循環部150を備えている。減速機60は、電動機20の下方に設置されている。
回転駆動システム1は、図3に示すように、回転駆動装置10及び潤滑油循環部150を備えている。減速機60は、電動機20の下方に設置されている。
<回転駆動装置>
回転駆動装置10は、図3及び図4に示すように、電動機20と該電動機20と一体に設けられた減速機60とから構成されている。
回転駆動装置10は、図3及び図4に示すように、電動機20と該電動機20と一体に設けられた減速機60とから構成されている。
<電動機>
電動機20は、図3及び図4に示すように、電動機ケーシング21、ステータ30及びロータ38を備えている。
さらに電動機20は、ブレーキ機構120を備えている。本実施形態ではブレーキ機構120は、減速機60の内部に収容されている。よって、ブレーキ機構120については減速機60の説明中で詳細を述べる。
電動機20は、図3及び図4に示すように、電動機ケーシング21、ステータ30及びロータ38を備えている。
さらに電動機20は、ブレーキ機構120を備えている。本実施形態ではブレーキ機構120は、減速機60の内部に収容されている。よって、ブレーキ機構120については減速機60の説明中で詳細を述べる。
<電動機ケーシング>
図5に示すように、電動機ケーシング21は、電動機20の外形をなす部材である。電動機ケーシング21は、上部ケーシング22及び下部ケーシング25を有している。
上部ケーシング22は、上下方向(軸線O方向)に延びる筒状をなす上筒部23と、該上筒部23の上方を閉塞する上底部24とを有する有底筒状をなしている。
下部ケーシング25は、上下方向に延びる筒状をなす下筒部26と、該下筒部26の下方を閉塞する下底部27とを有する有底筒状をなしている。下底部27は、後述する第一空間R1と第二空間R2とを上下に区画する隔壁の一例である。
図5に示すように、電動機ケーシング21は、電動機20の外形をなす部材である。電動機ケーシング21は、上部ケーシング22及び下部ケーシング25を有している。
上部ケーシング22は、上下方向(軸線O方向)に延びる筒状をなす上筒部23と、該上筒部23の上方を閉塞する上底部24とを有する有底筒状をなしている。
下部ケーシング25は、上下方向に延びる筒状をなす下筒部26と、該下筒部26の下方を閉塞する下底部27とを有する有底筒状をなしている。下底部27は、後述する第一空間R1と第二空間R2とを上下に区画する隔壁の一例である。
下底部27は電動機ケーシング21の底部となる部分である。詳しくは図5及び図6に示すように、下底部27には、軸線Oを中心として貫通する下部貫通孔27aが形成されている。下底部27の上方を向く面における下部貫通孔27aの周囲の部分は、環状をなすとともに軸線Oに直交する平坦状をなす第一底面27bとされている。下底部27の第一底面27bの外周側には、該第一底面27bよりも一段高く形成された第二底面27cが形成されている。第二底面27cは周方向に複数に分割されていてもよい。第一底面27bと第二底面27cとは、上下方向に延びる段差部27dによって接続されている。第二底面27cの外周側の端部は、下筒部26の内周面に接続されている。
下筒部26は、上筒部23に下方から挿入されるようにして、該下筒部26の外周面が上筒部23の内周面に嵌合している。これによって、下筒部26と上筒部23とは互いに一体に固定されている。下筒部26と上筒部23とによって形成される電動機ケーシング21の内側の空間は、第一空間R1とされている。
<連通孔>
ここで図5及び図6に示すように、電動機ケーシング21には、該電動機ケーシング21内の第一空間R1を下方に連通させる連通孔50が形成されている。
本実施形態では、連通孔50は、下部ケーシング25の下底部27における第一底面27bに開口するように形成されており、該下底部27を上下に貫通している。連通孔50は、周方向に間隔をあけて複数が形成されている。
なお、例えば下底部27における他の部分に別の連通孔が形成されていてもよい。さらに、下筒部26を上下に貫通する別の連通孔が形成されていてもよい。
ここで図5及び図6に示すように、電動機ケーシング21には、該電動機ケーシング21内の第一空間R1を下方に連通させる連通孔50が形成されている。
本実施形態では、連通孔50は、下部ケーシング25の下底部27における第一底面27bに開口するように形成されており、該下底部27を上下に貫通している。連通孔50は、周方向に間隔をあけて複数が形成されている。
なお、例えば下底部27における他の部分に別の連通孔が形成されていてもよい。さらに、下筒部26を上下に貫通する別の連通孔が形成されていてもよい。
<ステータ>
図4に示すように、ステータ30は、ステータコア31及びコイル32を備えている。
ステータコア31は、電磁鋼板を上下方向に複数積層させることで構成されて軸線Oを中心とした筒状をなしている。ステータコア31は、ヨーク及び該ヨークの内周面から突出するようにヨークの周方向に互いに間隔をあけて複数形成されたティースから構成されている。ステータコアは、電動機ケーシング21に固定されている。
図4に示すように、ステータ30は、ステータコア31及びコイル32を備えている。
ステータコア31は、電磁鋼板を上下方向に複数積層させることで構成されて軸線Oを中心とした筒状をなしている。ステータコア31は、ヨーク及び該ヨークの内周面から突出するようにヨークの周方向に互いに間隔をあけて複数形成されたティースから構成されている。ステータコアは、電動機ケーシング21に固定されている。
コイル32は各ティースに対応するように複数設けられており、各ティースに巻き掛けられている。これによってコイル32は、周方向に間隔をあけて複数が設けられている。
各コイル32におけるステータコア31から上方に突出する部分は上部コイルエンド32aとされている。各コイル32におけるステータコア31から下方に突出する部分は下部コイルエンド32bとされている。
各コイル32におけるステータコア31から上方に突出する部分は上部コイルエンド32aとされている。各コイル32におけるステータコア31から下方に突出する部分は下部コイルエンド32bとされている。
<ロータ>
図4に示すように、ロータ38は、回転軸40、ロータコア42、下部エンドプレート45、及び上部エンドプレート46を備えている。
図4に示すように、ロータ38は、回転軸40、ロータコア42、下部エンドプレート45、及び上部エンドプレート46を備えている。
<回転軸>
回転軸40は、軸線Oに沿って延びる棒状の部材である。回転軸40は、電動機ケーシング21内でステータ30の内側を上下方向に貫通するように配置されている。回転軸40の上端は、上部ケーシング22における上底部24の上方に突出している。なお、回転軸40の上端は、電動機ケーシング21内に収容されていてもよい。
上底部24には、回転軸40の外周面との間をシールする上部シール35が設けられている。これにより、電動機ケーシング21の内側の上端における液密性が確保されている。
回転軸40は、軸線Oに沿って延びる棒状の部材である。回転軸40は、電動機ケーシング21内でステータ30の内側を上下方向に貫通するように配置されている。回転軸40の上端は、上部ケーシング22における上底部24の上方に突出している。なお、回転軸40の上端は、電動機ケーシング21内に収容されていてもよい。
上底部24には、回転軸40の外周面との間をシールする上部シール35が設けられている。これにより、電動機ケーシング21の内側の上端における液密性が確保されている。
<ロータコア>
ロータコア42は、軸線Oを中心とした円筒形状をなしており、内周面42aが回転軸40の外周面に外嵌されている。ロータコア42は、複数の電磁鋼板を上下方向に積層させることで構成されている。ロータコア42内には、周方向に間隔をあけて複数の永久磁石(図示省略)が埋め込まれている。
ロータコア42は、軸線Oを中心とした円筒形状をなしており、内周面42aが回転軸40の外周面に外嵌されている。ロータコア42は、複数の電磁鋼板を上下方向に積層させることで構成されている。ロータコア42内には、周方向に間隔をあけて複数の永久磁石(図示省略)が埋め込まれている。
<下部エンドプレート>
下部エンドプレート45は、ロータコア42の下方から該ロータコア42に積層されるように固定されている。
<上部エンドプレート>
上部エンドプレート46は、ロータコア42の上方から該ロータコア42に積層されるように固定されている。
<ロータ内流路F>
ロータ38には、回転軸40の上端から下方に延びて、回転軸40とロータコア42との間、下部エンドプレート45内、ロータコア42内及び上部エンドプレート46内を通過するロータ内流路Fが形成されている。ロータ内流路Fは、上部エンドプレート46の上面から第一空間R1内に開口している。
下部エンドプレート45は、ロータコア42の下方から該ロータコア42に積層されるように固定されている。
<上部エンドプレート>
上部エンドプレート46は、ロータコア42の上方から該ロータコア42に積層されるように固定されている。
<ロータ内流路F>
ロータ38には、回転軸40の上端から下方に延びて、回転軸40とロータコア42との間、下部エンドプレート45内、ロータコア42内及び上部エンドプレート46内を通過するロータ内流路Fが形成されている。ロータ内流路Fは、上部エンドプレート46の上面から第一空間R1内に開口している。
<上部軸受>
上底部24には、軸線Oを中心とした環状をなす上部軸受36が設けられている。回転軸40は上部軸受36を上下に挿通しており、該上部軸受36によって回転軸40上部が軸線O回りに回転可能に支持されている。
上底部24には、軸線Oを中心とした環状をなす上部軸受36が設けられている。回転軸40は上部軸受36を上下に挿通しており、該上部軸受36によって回転軸40上部が軸線O回りに回転可能に支持されている。
<下部軸受(摺動部)>
図5及び図6に示すように、下底部27における下部貫通孔27aには、軸線Oを中心とした環状をなす下部軸受37が設けられている。下部軸受37は摺動部の一例である。回転軸40は下部軸受37を上下に挿通しており、該下部軸受37によって回転軸40の下部が軸線O回りに回転可能に支持されている。下部軸受37の上面は、第一底面27bと同一の高さとされている。下部軸受37に導入された潤滑油は、該下部軸受37内を通過して下方に落下する。
図5及び図6に示すように、下底部27における下部貫通孔27aには、軸線Oを中心とした環状をなす下部軸受37が設けられている。下部軸受37は摺動部の一例である。回転軸40は下部軸受37を上下に挿通しており、該下部軸受37によって回転軸40の下部が軸線O回りに回転可能に支持されている。下部軸受37の上面は、第一底面27bと同一の高さとされている。下部軸受37に導入された潤滑油は、該下部軸受37内を通過して下方に落下する。
<減速機>
次に減速機60について図4を参照して説明する。減速機60は、減速機ケーシング61、出力軸70、伝達部80を備えている。
次に減速機60について図4を参照して説明する。減速機60は、減速機ケーシング61、出力軸70、伝達部80を備えている。
<減速機ケーシング>
減速機ケーシング61は、軸線Oに沿って延びて上方及び下方が開口した筒状をなしている。減速機ケーシング61の上端は、電動機ケーシング21に下方から当接している。減速機ケーシング61の上方の開口は、電動機ケーシング21の下部ケーシング25によって閉塞されている。
減速機ケーシング61は、軸線Oに沿って延びて上方及び下方が開口した筒状をなしている。減速機ケーシング61の上端は、電動機ケーシング21に下方から当接している。減速機ケーシング61の上方の開口は、電動機ケーシング21の下部ケーシング25によって閉塞されている。
<出力軸>
出力軸70は、軸線Oに沿って延びる棒状をなしている。出力軸70の回転が回転駆動システム1の出力となる。出力軸70は、上部が減速機ケーシング61内に配置されており、下部が減速機ケーシング61から下方に突出するように配置されている。減速機ケーシング61の内周面の下部には、該出力軸70を軸線O回りに回転可能に支持する出力軸軸受71が設けられている。出力軸70における減速機ケーシング61から下方に突出する下部が、スイングピニオン223に接続されている。
出力軸70は、軸線Oに沿って延びる棒状をなしている。出力軸70の回転が回転駆動システム1の出力となる。出力軸70は、上部が減速機ケーシング61内に配置されており、下部が減速機ケーシング61から下方に突出するように配置されている。減速機ケーシング61の内周面の下部には、該出力軸70を軸線O回りに回転可能に支持する出力軸軸受71が設けられている。出力軸70における減速機ケーシング61から下方に突出する下部が、スイングピニオン223に接続されている。
減速機ケーシング61の内周面における出力軸軸受71のさらに下方には、減速機ケーシング61の内周面と出力軸70の外周面との間の環状の空間をシールする下部シール72が設けられている。下部シール72によって下方から閉塞された減速機ケーシング61内の空間は、第二空間R2とされている。第二空間R2の上部には、電動機ケーシング21から下方に突出する回転軸40の下部が位置している。第二空間R2内には、所定の高さ位置まで潤滑油が貯留されている。即ち、第二空間R2は、潤滑油を貯留するタンクとして機能している。
<伝達部>
伝達部80は減速機ケーシング61内の第二空間R2内に設けられている。伝達部80は、回転軸40の回転数を減速させて出力軸70に伝達する役割を有する。
伝達部80は、回転軸40から出力軸70に至るまでに順次回転数を減速する複数段の遊星歯車機構によって構成されている。複数の遊星歯車機構として、本実施形態では、第一段遊星歯車機構90、第二段遊星歯車機構100及び第三段遊星歯車機構110の3つを有している。本実施形態では、これら遊星歯車機構のうちの少なくとも一つは、潤滑油内に浸漬されている。
伝達部80は減速機ケーシング61内の第二空間R2内に設けられている。伝達部80は、回転軸40の回転数を減速させて出力軸70に伝達する役割を有する。
伝達部80は、回転軸40から出力軸70に至るまでに順次回転数を減速する複数段の遊星歯車機構によって構成されている。複数の遊星歯車機構として、本実施形態では、第一段遊星歯車機構90、第二段遊星歯車機構100及び第三段遊星歯車機構110の3つを有している。本実施形態では、これら遊星歯車機構のうちの少なくとも一つは、潤滑油内に浸漬されている。
第一段遊星歯車機構90は、初段の遊星歯車機構である。第一段遊星歯車機構90は、第一段伝達軸91、第一段遊星歯車92及び第一段キャリア93を有している。
第一段伝達軸91は、回転軸40の下部に下端から外嵌されている。第一段伝達軸91は、回転軸40と一体に軸線O回りに回転可能とされている。第一段伝達軸91の外周面の一部には外ギア歯が形成されている。
第一段伝達軸91は、回転軸40の下部に下端から外嵌されている。第一段伝達軸91は、回転軸40と一体に軸線O回りに回転可能とされている。第一段伝達軸91の外周面の一部には外ギア歯が形成されている。
第一段遊星歯車92は、第一伝達軸の外ギア歯にかみ合うように該第一段伝達軸91の周囲に周方向に間隔をあけて複数が設けられている。第一段遊星歯車92は、減速機ケーシング61の内周面に形成された第一段内ギア歯62aかみ合っている。
第一段キャリア93は、第一段遊星歯車92を自転可能に、かつ、第一段伝達軸91の軸線O回りに公転可能に支持している。
第一段キャリア93は、第一段遊星歯車92を自転可能に、かつ、第一段伝達軸91の軸線O回りに公転可能に支持している。
第二段遊星歯車機構100及び第三段遊星歯車機構110は、上記第一段遊星歯車92と同様の構成をしている。
第二段遊星歯車機構100は、第二段伝達軸101、第二段遊星歯車102及び第二段キャリア103を有している。第二段伝達軸101は、第一段伝達軸91の下方に軸線O回りに回転可能に設けられており、第一段キャリア93に連結されている。第二段遊星歯車102は、減速機ケーシング61の内周面に形成された第二段内ギア歯62bにかみ合っている。
第二段遊星歯車機構100は、第二段伝達軸101、第二段遊星歯車102及び第二段キャリア103を有している。第二段伝達軸101は、第一段伝達軸91の下方に軸線O回りに回転可能に設けられており、第一段キャリア93に連結されている。第二段遊星歯車102は、減速機ケーシング61の内周面に形成された第二段内ギア歯62bにかみ合っている。
第三段遊星歯車機構110は、第三段伝達軸111、第三段遊星歯車112及び第三段キャリア113を有している。第三段伝達軸111は、第二段伝達軸101の下方に軸線O回りに回転可能に設けられており、第二段キャリア103に連結されている。第三段遊星歯車112は、減速機ケーシング61の内周面に形成された第三段内ギア歯62cにかみ合っている。第三段キャリアは、出力軸70に連結している。
このような複数段の遊星歯車機構によって、回転軸40の回転が複数回減速された後に出力軸70に伝達される。
このような複数段の遊星歯車機構によって、回転軸40の回転が複数回減速された後に出力軸70に伝達される。
<ブレーキ機構(駆動部)>
次に駆動部の一例としてのブレーキ機構120について、図5及び図6を参照して説明する。
ブレーキ機構120は、減速機ケーシング61の第二空間R2内における第一段遊星歯車機構90の上方に配置されている。
ブレーキ機構120は、ディスク支持部121、ブレーキディスク122、ブレーキプレート123、ブレーキピストン(ピストン)130、シール部160、ブレーキバネ(バネ)140及び移動機構170を有している。
次に駆動部の一例としてのブレーキ機構120について、図5及び図6を参照して説明する。
ブレーキ機構120は、減速機ケーシング61の第二空間R2内における第一段遊星歯車機構90の上方に配置されている。
ブレーキ機構120は、ディスク支持部121、ブレーキディスク122、ブレーキプレート123、ブレーキピストン(ピストン)130、シール部160、ブレーキバネ(バネ)140及び移動機構170を有している。
<ディスク支持部>
ディスク支持部121は軸線Oを中心とした円筒状をなす部材である。ディスク支持部121の下端は、第一段遊星歯車機構90における第一段キャリア93上部に周方向にわたって一体に固定されている。ディスク支持部121の内周側は、回転軸40の下部及び第一段伝達軸91の一部が位置している。
ディスク支持部121は軸線Oを中心とした円筒状をなす部材である。ディスク支持部121の下端は、第一段遊星歯車機構90における第一段キャリア93上部に周方向にわたって一体に固定されている。ディスク支持部121の内周側は、回転軸40の下部及び第一段伝達軸91の一部が位置している。
<ブレーキディスク>
ブレーキディスク122は、円環状をなす部材であって、ディスク支持部121の外周面から張り出すように、上下方向に間隔をあけて複数(本実施形態では2つ)が配置されている。ブレーキディスク122は、上下方向を板厚方向とする板状をなしている。
本実施形態のブレーキディスク122は、ディスク支持部121及び第一段遊星歯車機構90を介して、回転軸40の下部に設けられている。ブレーキディスク122が、回転軸40の下部から径方向外側に張り出すように直接的に固定されていてもよい。ブレーキディスク122は、回転軸40とともに軸線O回りに回転する。本実施形態では、ブレーキディスク122は、回転軸40の回転数に対して、第一段遊星歯車機構90によって一段減速された回転数で回転する。
ブレーキディスク122は、円環状をなす部材であって、ディスク支持部121の外周面から張り出すように、上下方向に間隔をあけて複数(本実施形態では2つ)が配置されている。ブレーキディスク122は、上下方向を板厚方向とする板状をなしている。
本実施形態のブレーキディスク122は、ディスク支持部121及び第一段遊星歯車機構90を介して、回転軸40の下部に設けられている。ブレーキディスク122が、回転軸40の下部から径方向外側に張り出すように直接的に固定されていてもよい。ブレーキディスク122は、回転軸40とともに軸線O回りに回転する。本実施形態では、ブレーキディスク122は、回転軸40の回転数に対して、第一段遊星歯車機構90によって一段減速された回転数で回転する。
<ブレーキプレート>
ブレーキプレート123は、円環状をなす部材であって、減速機ケーシング61の内周面から張り出すように上下方向に間隔をあけて複数(本実施形態では3つ)が配置されている。ブレーキプレート123は、上下方向を板厚方向とする板状をなしている。ブレーキプレート123は減速機ケーシング61の内周面における第一摺接内周面64aから張り出すように設けられている。第一摺接内周面64aは、軸線Oを中心とした内周円筒面状をなしている。
ブレーキプレート123は、円環状をなす部材であって、減速機ケーシング61の内周面から張り出すように上下方向に間隔をあけて複数(本実施形態では3つ)が配置されている。ブレーキプレート123は、上下方向を板厚方向とする板状をなしている。ブレーキプレート123は減速機ケーシング61の内周面における第一摺接内周面64aから張り出すように設けられている。第一摺接内周面64aは、軸線Oを中心とした内周円筒面状をなしている。
複数のブレーキプレート123と複数のブレーキディスク122とは、上方から下方に向かって、ブレーキプレート123、ブレーキディスク122の順に交互に配置されている。ブレーキプレート123とブレーキディスク122は、上下方向に互いに当接可能とされている。ブレーキディスク122の外周端は。第一摺接内周面64aに対して間隔をあけて径方向内側から対向している。ブレーキプレート123の内周端は、ディスク支持部121の外周面に対して間隔をあけて径方向外側から対向している。
<ブレーキピストン>
ブレーキピストン130は、軸線Oを中心とした環状をなす部材であって、第二空間R2内における電動機ケーシング21の下面21aとブレーキディスク122の上面との間に配置されている。本実施形態では、ブレーキピストン130とブレーキディスク122の上面との間には、ブレーキプレート123が介在されている。ブレーキピストン130は、電動機ケーシング21に対して進退する方向である上下方向に移動可能に配置されている。即ちブレーキピストン130は上下方向に往復移動可能とされている。
ブレーキピストン130は、軸線Oを中心とした環状をなす部材であって、第二空間R2内における電動機ケーシング21の下面21aとブレーキディスク122の上面との間に配置されている。本実施形態では、ブレーキピストン130とブレーキディスク122の上面との間には、ブレーキプレート123が介在されている。ブレーキピストン130は、電動機ケーシング21に対して進退する方向である上下方向に移動可能に配置されている。即ちブレーキピストン130は上下方向に往復移動可能とされている。
ブレーキピストン130の上面130aは、電動機ケーシング21の下面21aに下方から対向している。ブレーキピストン130の外周面の下部は、軸線Oに直交する断面形状が円形をなす第一摺接外周面131とされている。ブレーキピストン130の第一摺接外周面131は、減速機ケーシング61の第一摺接内周面64aに対して上下方向に摺動可能とされている。第一摺接外周面131と第一摺接内周面64aとの間には、第一Oリング131aが設けられている。本実施形態では、第一摺接外周面131に形成された溝部内に第一Oリング131aが収容されている。第一Oリング131aは第一摺接内周面64aに対して上下方向に摺動可能とされている。
ブレーキピストン130の外周面における上部は、軸線Oに直交する断面形状が円形をなす第二摺接外周面132とされている。第二摺接外周面132は、第一摺接外周面131よりも外径が大きい。ブレーキピストン130の第二摺接外周面132は、減速機ケーシング61における第二摺接内周面64bに対して上下方向に摺動可能とされている。減速機ケーシング61における第二摺接内周面64bは、第一摺接内周面64aよりも内径が大きい。第二摺接外周面132と第二摺接内周面64bとの間には、第二Oリング132aが設けられている。本実施形態では、第二摺接外周面132に形成された溝部内に第二Oリング132aが収容されている。第二Oリング132aは第二摺接内周面64bに対して上下方向に摺動可能とされている。
ブレーキピストン130における第一摺接外周面131と第二摺接外周面132との間の段部は、軸線Oに直交する平坦状をなして下方を向くとともに、環状をなす受圧面133とされている。
減速機ケーシング61における第一摺接内周面64aと第二摺接内周面64bとの間の段部は、軸線Oに直交する平坦状をなして上方を向くとともに、環状をなす段差面64cとされている。
減速機ケーシング61における第一摺接内周面64aと第二摺接内周面64bとの間の段部は、軸線Oに直交する平坦状をなして上方を向くとともに、環状をなす段差面64cとされている。
受圧面133と段差面64cとは上下方向に対向しており、ブレーキピストン130の上下方向の移動に伴って、互いに離間及び近接する。受圧面133と段差面64cとの間の環状の空間は油圧供給空間R4とされている。油圧供給空間R4は、第一Oリング131a及び第二Oリング132aによって液密性が担保されている。油圧供給空間R4は、ブレーキピストン130の上下方向の移動に伴って容積が変化する。
減速機ケーシング61には、段差面64cと減速機ケーシング61の外部とを接続する油圧供給孔61aが形成されている。油圧供給空間R4は、油圧供給孔61を介して外部に連通している。
減速機ケーシング61には、段差面64cと減速機ケーシング61の外部とを接続する油圧供給孔61aが形成されている。油圧供給空間R4は、油圧供給孔61を介して外部に連通している。
ブレーキピストン130の環状をなす下面130bには、軸線Oを中心とした環状をなすプレート当接面134が該下面130bから突出するように形成されている。プレート当接面134は、ブレーキプレート123に対して上方から周方向全域にわたって対向している。
ブレーキピストン130は、図5に示すように、プレート当接面134がブレーキプレート123に当接するとともに上面130aが電動機ケーシング21の下面21aから下方に離間している位置を、往復移動の下死点としている。
ブレーキピストン130は、図6に示すように、プレート当接面134がブレーキプレート123から上方に離間するとともに、上面130aが電動機ケーシング21の下面21aに当接している位置を、往復移動の上死点としている。
ブレーキピストン130は、図6に示すように、プレート当接面134がブレーキプレート123から上方に離間するとともに、上面130aが電動機ケーシング21の下面21aに当接している位置を、往復移動の上死点としている。
<貯留部>
ブレーキピストン130の上面130aには、上方から下方に向かって凹むピストン側収容凹部135が形成されている。ピストン側収容凹部135は、周方向に間隔をあけて複数が配置されている。ピストン側収容凹部135は、軸線Oに直交する断面視で円形をなしている。
ブレーキピストン130の上面130aには、上方から下方に向かって凹むピストン側収容凹部135が形成されている。ピストン側収容凹部135は、周方向に間隔をあけて複数が配置されている。ピストン側収容凹部135は、軸線Oに直交する断面視で円形をなしている。
電動機ケーシング21の下面21aには、下方から上方に向かって凹むケーシング側収容凹部28が形成されている。ケーシング側収容凹部28は周方向に間隔をあけて複数が配置されている。ケーシング側収容凹部28は、軸線Oに直交する断面視で、ピストン側収容凹部135と同一の内径を有する円形をなしている。ケーシング側収容凹部28は、ピストン側収容凹部135に対応するように設けられている。すなわち、各ケーシング側収容凹部28と各ピストン側収容凹部135とは、互いに一対一の関係で対応するように、同一の周方向位置に設けられている。対応するケーシング側収容凹部28とピストン側収容凹部135との中心軸線は同軸とされている。
これらケーシング側収容凹部28とピストン側収容凹部135とによって区画形成される空間は、バネ収容空間R3とされている。バネ収容空間R3は、潤滑油が貯留される貯留部180として機能する。バネ収容空間R3は、電動機ケーシング21の下底部27に形成された孔部29を介して第一空間R1内に連通している。孔部29は、下底部27を上下方向に貫通している。孔部29の上方側の開口は、下底部27の第二底面27cに開口している。これによって孔部29は、第一空間R1の上部に向かって開口している。
<シール部>
ブレーキピストン130の上面130aにおけるピストン側収容凹部135の周囲には、該ピストン側収容凹部135の中心軸線Oを中心として上方に向かって環状に突出する環状凸部130cが形成されている。電動機ケーシング21の下面21aにおけるケーシング側収容凹部28の周囲には、ケーシング側収容凹部28の中心軸線Oを中心として上方に向かって環状に凹む環状凹部27eが形成されている。
ブレーキピストン130の上面130aにおけるピストン側収容凹部135の周囲には、該ピストン側収容凹部135の中心軸線Oを中心として上方に向かって環状に突出する環状凸部130cが形成されている。電動機ケーシング21の下面21aにおけるケーシング側収容凹部28の周囲には、ケーシング側収容凹部28の中心軸線Oを中心として上方に向かって環状に凹む環状凹部27eが形成されている。
環状凸部130cの外周面と環状凹部27eの内周面とは対応する径を有している。環状凸部130cの外周面は環状凹部27eの内周面に対して上下方向に摺動可能とされている。環状凸部130cの上端は、環状凹部27eの上端に対して、ブレーキピストン130が上死点に位置する際に当接する。
環状凸部130cの外周面と環状凹部27eの内周面との間には、バネ収容空間R4を周囲から取り巻くOリングとしてのシール部160が設けられている。本実施形態では、環状凸部130cの外周面に形成された溝部内にシール部160が収容されている。シール部160は、ブレーキピストン130が上死点及び下死点にある場合のいずれであっても、環状凹部27eの内周面に当接している。これによって、シール部160は、バネ収容空間R3を第二空間R2内から液密に隔てている。
<ブレーキバネ>
ブレーキバネ140は、バネ収容空間R3内に設けられており、ブレーキピストン130を電動機ケーシング21から離間する方向に付勢している。
本実施形態のブレーキバネ140はコイルスプリングであって、バネ収容空間R3内に上下方向に伸縮可能な姿勢で配置されている。ブレーキバネ140は、バネ収容空間R3内に圧縮状態で収容されている。ブレーキバネ140の上端は電動機ケーシング21におけるケーシング側収容凹部28の底面に当接しており、ブレーキバネ140の下端はブレーキピストン130におけるピストン側収容凹部135の底面に当接している。
ブレーキバネ140は、バネ収容空間R3内に設けられており、ブレーキピストン130を電動機ケーシング21から離間する方向に付勢している。
本実施形態のブレーキバネ140はコイルスプリングであって、バネ収容空間R3内に上下方向に伸縮可能な姿勢で配置されている。ブレーキバネ140は、バネ収容空間R3内に圧縮状態で収容されている。ブレーキバネ140の上端は電動機ケーシング21におけるケーシング側収容凹部28の底面に当接しており、ブレーキバネ140の下端はブレーキピストン130におけるピストン側収容凹部135の底面に当接している。
ブレーキピストン130に対して外部からの外力が作用していない状態では、ブレーキピストン130は、図5に示すようにブレーキバネ140の付勢力によって電動機ケーシング21から離間した下死点の位置にある。この際、バネ収容空間R3の容積は最大となる。
<移動機構>
移動機構170は、ブレーキピストン130をブレーキバネ140の付勢に抗して電動機ケーシング21に近接するように上方に向かって移動させる。移動機構170は、分岐油路171、開閉弁172及びコントローラ173を有している。
分岐油路171は、油圧ポンプ238が作動油を吐出することにより生成される油圧が流通する油圧回路から分岐する流路である。分岐油路171は、油圧供給孔61aに外部から接続されている。
開閉弁172は、分岐油路171に設けられており、該分岐油路171を開閉する弁である。開閉弁172は、閉状態とされることで、油圧回路から油圧供給孔61aへの作動油の供給を禁止する。開閉弁172は、開状態とされることで、油圧回路から油圧供給孔61aへの作動油の供給を許容する。
移動機構170は、ブレーキピストン130をブレーキバネ140の付勢に抗して電動機ケーシング21に近接するように上方に向かって移動させる。移動機構170は、分岐油路171、開閉弁172及びコントローラ173を有している。
分岐油路171は、油圧ポンプ238が作動油を吐出することにより生成される油圧が流通する油圧回路から分岐する流路である。分岐油路171は、油圧供給孔61aに外部から接続されている。
開閉弁172は、分岐油路171に設けられており、該分岐油路171を開閉する弁である。開閉弁172は、閉状態とされることで、油圧回路から油圧供給孔61aへの作動油の供給を禁止する。開閉弁172は、開状態とされることで、油圧回路から油圧供給孔61aへの作動油の供給を許容する。
コントローラ173は、開閉弁172の開閉を制御する。
コントローラ173は、キャブ231内に設けられた旋回ロックレバー(ロックレバー)の解除操作に伴って出力されるロック解除信号Pを入力として、開閉弁172が開状態となるように該開閉弁172を制御する。旋回ロックレバーがロック状態とされている場合には開閉弁172は閉状態とされる。旋回ロックレバーがロック解除状態とされている場合にのみ開閉弁172は開状態とされる。したがって、油圧供給孔61aには、旋回ロックレバーの解除操作がなされて該旋回ロックレバーがロック解除状態とされている場合にのみ、油圧ポンプ238より吐出された作動油が供給される。
コントローラ173は、キャブ231内に設けられた旋回ロックレバー(ロックレバー)の解除操作に伴って出力されるロック解除信号Pを入力として、開閉弁172が開状態となるように該開閉弁172を制御する。旋回ロックレバーがロック状態とされている場合には開閉弁172は閉状態とされる。旋回ロックレバーがロック解除状態とされている場合にのみ開閉弁172は開状態とされる。したがって、油圧供給孔61aには、旋回ロックレバーの解除操作がなされて該旋回ロックレバーがロック解除状態とされている場合にのみ、油圧ポンプ238より吐出された作動油が供給される。
油圧供給孔61aに導入された作動油は、油圧供給空間R4に到達する。油圧供給空間R4を画成するブレーキピストン130の受圧面133には作動油による油圧が生成され、油圧による上向きの力が作用する。これによって、ブレーキピストン130は、ブレーキバネ140の付勢に抗して上方に向かって移動する。このように油圧供給空間R4に作動油が供給されることで、ブレーキピストン130は上死点まで移動する。この際、バネ収容空間R3の容積は最小となる。
<潤滑油循環部>
図3に示すように、潤滑油循環部150は、電動機ケーシング21内の第一空間R1内に潤滑油を供給して、減速機ケーシング61内の第二空間R2内から回収した潤滑油を、再度第一空間R1内に供給する。
潤滑油循環部150は、潤滑油流路151、潤滑油ポンプ152、冷却部153、及びストレーナ154を有する。
図3に示すように、潤滑油循環部150は、電動機ケーシング21内の第一空間R1内に潤滑油を供給して、減速機ケーシング61内の第二空間R2内から回収した潤滑油を、再度第一空間R1内に供給する。
潤滑油循環部150は、潤滑油流路151、潤滑油ポンプ152、冷却部153、及びストレーナ154を有する。
潤滑油流路151は、回転駆動装置10の外部に設けられた配管等の流路形成部材によって形成された流路である。潤滑油流路151の上流側の端部となる第一端は、減速機ケーシング61内の第二空間R2に接続されている。本実施形態では、潤滑油流路151の第一端は、第二空間R2内における出力軸軸受71と下部シール72との間の部分に接続されている。
潤滑油流路151の下流側の端部となる第二端は、回転軸40の上端におけるロータ内流路Fの開口に接続されている。潤滑油流路151の第二端は、ロータ内流路をF介して、電動機ケーシング21内の第一空間R1に接続されている。
潤滑油流路151の下流側の端部となる第二端は、回転軸40の上端におけるロータ内流路Fの開口に接続されている。潤滑油流路151の第二端は、ロータ内流路をF介して、電動機ケーシング21内の第一空間R1に接続されている。
潤滑油ポンプ152は、潤滑油流路151の流路内に設けられており、潤滑油流路151の第一端から第二端に向かって、即ち、第二空間R2側から第一空間R1側に向かって潤滑油を圧送する。
冷却部153は、潤滑油流路151における潤滑油ポンプ152よりも下流側の部分に設けられている。冷却部153は、潤滑油流路151を流通する潤滑油を外部雰囲気と熱交換させることで冷却する。
ストレーナ154は、潤滑油流路151における潤滑油ポンプ152よりも上流側の部分に設けられている。ストレーナ154は、潤滑油流路151を通過する潤滑油から塵や埃を除去するフィルタを有している。ストレーナ154は、例えば減速機60のギア歯から発生した鉄粉を除去する磁気フィルタを備えていることが好ましい。
ストレーナ154は、潤滑油流路151における潤滑油ポンプ152よりも上流側の部分に設けられている。ストレーナ154は、潤滑油流路151を通過する潤滑油から塵や埃を除去するフィルタを有している。ストレーナ154は、例えば減速機60のギア歯から発生した鉄粉を除去する磁気フィルタを備えていることが好ましい。
<作用効果>
油圧ショベル200のエンジン236が始動すると、同時に油圧ポンプ238が駆動されることで油圧が生成される。そして、旋回ロックレバーが解除操作されることで、回転駆動システムの回転軸40のブレーキが解除されて回転可能な状態となる。
油圧ショベル200のエンジン236が始動すると、同時に油圧ポンプ238が駆動されることで油圧が生成される。そして、旋回ロックレバーが解除操作されることで、回転駆動システムの回転軸40のブレーキが解除されて回転可能な状態となる。
ブレーキ機構120のブレーキピストン130はブレーキバネ140によって下方に向かって付勢されている。旋回ロックレバーがロック状態とされている場合には、図5に示すように、ブレーキ機構120の移動機構170における開閉弁172は閉状態とされており、油圧供給空間R4に作動油は供給されていない。そのため、ブレーキピストン130は、下死点に位置した状態でブレーキプレート123を介してブレーキディスク122を押圧する。この際のブレーキプレート123とブレーキディスク122との摩擦力によって、回転軸40が回転不能なブレーキ状態とされている。
そして、旋回ロックレバーをロック状態からロック解除状態に移行させる解除操作が行われると、移動機構170のコントローラ173にロック解除信号Pが入力される。これによって、コントローラ173は開閉弁172を閉状態から開状態とする制御を行う。開閉弁172が開状態となることで作動油が供給され、油圧供給空間R4に油圧が生成し、当該油圧を受圧面133で受けたブレーキピストン130が上方に移動して上死点に位置した状態となる。そのため、ブレーキピストン130によるブレーキプレート123及びブレートディスク122の押圧が解除され、回転軸40が回転可能なブレーキ解除状態となる。
そして、キャブ231内の旋回レバーが操作されることで、回転駆動システム1が駆動し、上部旋回体230が旋回する。
即ち、旋回レバーが操作されると、インバータ239を介して電動機20のステータ30の各コイル32に交流電力が供給され、これらコイル32によって生成される回転磁界に各永久磁石が追従することでロータ38がステータ30に対して回転する。ロータ38の回転軸40の回転は、減速機60に内の伝達部80を介して減速されて出力軸70に伝達される。本実施形態では、三段の遊星歯車機構を介して順次減速が行われる。出力軸70の回転によって上部旋回体230の旋回動作が行われる。
即ち、旋回レバーが操作されると、インバータ239を介して電動機20のステータ30の各コイル32に交流電力が供給され、これらコイル32によって生成される回転磁界に各永久磁石が追従することでロータ38がステータ30に対して回転する。ロータ38の回転軸40の回転は、減速機60に内の伝達部80を介して減速されて出力軸70に伝達される。本実施形態では、三段の遊星歯車機構を介して順次減速が行われる。出力軸70の回転によって上部旋回体230の旋回動作が行われる。
上部旋回体230の旋回時には電動機20が高トルクで駆動される。そのため、ロータコア42での鉄損及び永久磁石内の渦電流損によりロータコア42及び永久磁石が高温となる。同時にコイル32での銅損及びステータコア31での鉄損によりステータ30が高温となる。ステータ30が高温となれば、該ステータ30の輻射熱によりロータコア42はさらに高温となる。そのため、潤滑油循環部150により電動機20内に冷却油が供給される。
旋回レバーが操作された際には、電動機20の駆動とともに潤滑油循環部150の潤滑油ポンプ152が駆動される。これにより、第二空間R2をタンクとして貯留された潤滑油の一部が潤滑油流路151を介して電動機20のロータ内流路Fに導入される。潤滑油は、ロータ内流路Fを流通する過程でロータコア42や永久磁石を冷却する。そして、ロータ38から電動機ケーシング21内の第一空間R1に排出された潤滑油は、ロータ38の回転による遠心力によって径方向外側に向かって散布され、コイル32やステータコア31を冷却する。
その後、第一空間R1内で落下した潤滑油は、電動機ケーシング21の下底部27を貫通する連通孔50を通過して、又は、下部軸受37内を通過して、減速機ケーシング61内の第二空間R2に導入される。潤滑油は、下部軸受37内を通過することで、当該下部軸受37での潤滑性が担保される。
第二空間R2に導入された潤滑油は、該第二空間R2をタンクとして貯留されている潤滑油に合流する。第二空間R2内では、電動機ケーシング21から落下する潤滑油によって、又は、貯留された潤滑油によって、各遊星歯車機構が潤滑される。
なお、電動機20の冷却機構は上記の構成に限定されず種々の構成を採用することが可能である。
第二空間R2に導入された潤滑油は、該第二空間R2をタンクとして貯留されている潤滑油に合流する。第二空間R2内では、電動機ケーシング21から落下する潤滑油によって、又は、貯留された潤滑油によって、各遊星歯車機構が潤滑される。
なお、電動機20の冷却機構は上記の構成に限定されず種々の構成を採用することが可能である。
ここで上記のように、電動機20が始動する際には同時に潤滑油ポンプ152も始動する。これによって供給される潤滑油により、下部軸受37での潤滑性が担保される。しかしながら、例えば外部雰囲気が低温の場合には、潤滑油の粘性が大きくなることにより、ロータ内流路Fを通過した潤滑油が下部軸受37に到達するまでに時間を要する。このように、下部軸受37に潤滑油が供給されにくい状況となる結果、下部軸受37が潤滑されていない状態で回転軸40が回転してしまう場合がある。
ここで、本実施形態のバネ収容空間R3は、第一空間R1の上部に向かって開口しているため、回転駆動システム1が稼働して潤滑油ポンプ152が駆動されている際には、当該孔部29を介してバネ収容空間R3内に潤滑油が導入される。即ち、ステータ30やロータ38から流れ落ちてくる潤滑油の一部が、バネ収容空間R3内に貯留される。油圧ショベル200の運転が終了した後であっても、バネ収容空間R3内は潤滑油によって満たされた状態となる。
そして、再び油圧ショベル200の運転が開始されて、旋回ロックレバーの解除操作が行われると、ブレーキピストン130に油圧が作用することで、ブレーキピストン130は下死点から上死点に移動する。この移動によって、ブレーキピストン130と電動機ケーシング21とによって区画形成されているバネ収容空間R3の体積が減少する。これにより、バネ収容空間R3内に貯留されていた潤滑油の一部が孔部29を介して第一空間R1内に排出される。このように第一空間R1内に排出された潤滑油が下部軸受37に導入されることによって、電動機20や潤滑油ポンプ152が駆動される間に下部軸受37を潤滑することができる。したがって、電動機20と潤滑油ポンプ152とが同時に駆動された場合に下部軸受37への潤滑油の供給が遅れてしまう場合であっても、下部軸受37を前もって潤滑できる。
以上のように本実施形態によれば、バネ収容空間R3内に貯留された潤滑部を、外部からの入力によって第一空間R1内に排出することができる。このように排出された潤滑油は、下部軸受37に導入されることで該下部軸受37を潤滑することができる。
したがって、外部から潤滑油が供給されにくい状況であったとしても、バネ収容空間R3から排出された潤滑油を摺動部としての下部軸受け37に円滑に供給することができる。
したがって、外部から潤滑油が供給されにくい状況であったとしても、バネ収容空間R3から排出された潤滑油を摺動部としての下部軸受け37に円滑に供給することができる。
バネ収容空間R3は、電動機ケーシング21とブレーキピストン130とによって区画形成されており、さらに、バネ収容空間R3を潤滑油が貯留される貯留部180として利用しているため、潤滑油を第一空間R1に供給可能な機構自体の構成をコンパクトなものとすることができる。
本実施形態では、回転軸40の回転のブレーキ及びブレーキ解除が可能なブレーキ機構120を用いて、潤滑油を第一空間R1内に排出可能な駆動部を構成している。即ち、ブレーキ機構120と潤滑油の排出機構とを兼用した構成を実現しているため、それぞれ別途の機構を設けなくともよく、装置の複雑化をさけることができる。
バネ収容空間R3は、電動機ケーシング21の下面21aから凹むケーシング側収容凹部28、及び、ブレーキピストン130の上面130aから凹むピストン側収容凹部135によって区画形成しているため、バネ収容空間R3を形成するための部材を別途設ける必要もない。また、バネ収容空間R3は、電動機ケーシング21及びブレーキピストン130内に収まった構成とされているため、装置全体のコンパクト化を図ることができる。
バネ収容空間R3は、シール部160によって外部から隔離されているため、当該バネ収容空間R3内に潤滑油を確実に貯留することができる。
特に本実施形態では、電動機20と減速機60との潤滑系統が統一化されており、電動機20にはタンクは設けられていない。そのため、下部軸受37は潤滑油に浸漬された状態とはならず、該下部軸受37の潤滑性は、外部から供給されて流通する潤滑油に頼ることになる。このような状況の下で本実施形態では、外部から供給される潤滑油が下部軸受37に到達しにくい場合であっても、バネ収容空間R3から排出された潤滑油によって下部軸受37の潤滑性を担保することができる。
本実施形態では、エンジン236の回転によって油圧ポンプ238が駆動されて油圧が生成された後に、旋回ロックレバーの解除操作によって回転軸40のブレーキが解除されるのと同時に、バネ収容空間R3から潤滑油を第一空間R1に排出することができる。そのため、回転軸40の回転前に下部軸受37に確実に潤滑油を導くことができる。
なお、油圧ショベル200の始動時のみならず、例えば油圧ショベル200の運転途中に、旋回ロックレバーをロック操作、ロック解除操作を行うことにより、バネ収容空間R3から潤滑油を排出してもよい。これにより、潤滑油が勢い良く排出されることで、孔部29の上方に位置するステータの下部コイルエンド32b等を冷却することができる。
<第二実施形態>
次に本発明の第二実施形態の回転駆動システム1Aについて、図7を参照して説明する。第二実施形態では、第一実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
次に本発明の第二実施形態の回転駆動システム1Aについて、図7を参照して説明する。第二実施形態では、第一実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第二実施形態の回転駆動システム1Aの貯留部180Aは、第一空間R1内に設けられている。即ち、貯留部180Aは第一空間R1における下部コイルエンド32bの下方に設けられている。貯留部180Aは、上方が開口する箱状をなしており、当該開口部を介して上部から潤滑油が導入される。
第二実施形態の回転駆動システム1Aは、外部からの入力に応じて貯留部180A内の潤滑油を第一空間R1内に排出する駆動部181を有する。駆動部181は、一端が貯留部180A内に開口し、他端が第一空間R1内に開口する配管182を有している。配管182の他端は、例えば摺動部となる下部軸受37の上方で下方に向かって開口していることが好ましい。
駆動部181は、配管182の管路内に配置された開閉弁172を有している。当該開閉弁172は、第一実施形態と同様のコントローラ173によって開閉される構成とされている。
駆動部181は、配管182の管路内に配置された開閉弁172を有している。当該開閉弁172は、第一実施形態と同様のコントローラ173によって開閉される構成とされている。
回転駆動システム1Aの運転時には、上方から落下する潤滑油が、貯留部180A内に開口を介して導入される。これによって貯留部180A内には潤滑油が貯留された状態となる。
そして、第一実施形態同様、外部からの入力に基づいてコントローラ173が開閉弁172を閉状態から開状態とすることで、貯留部180A内を潤滑油は配管を介して第一空間R1内に排出される。このように排出された潤滑油によって、下部軸受37の潤滑を図ることができる。
そして、第一実施形態同様、外部からの入力に基づいてコントローラ173が開閉弁172を閉状態から開状態とすることで、貯留部180A内を潤滑油は配管を介して第一空間R1内に排出される。このように排出された潤滑油によって、下部軸受37の潤滑を図ることができる。
<その他の実施形態>
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
実施形態では、移動機構170のコントローラ173に入力される信号を旋回ロックレバーの解除操作に伴って出力されるロック解除信号Pとしたが、これに限定されることはない。例えば、キャブ231内に設けられたスイッチによって出力される信号によって、貯留部180,180Aの潤滑油を第一空間R1内に排出する構成としてもよい。また、油圧ショベル200に設けられた既存のスイッチの操作に連動して、潤滑油が第一空間R1内に排出される構成であってもよい。
移動機構170の構成は、第一、第二実施形態には限定されず、外部からの入力に応じて潤滑油を第一空間R1内に排出可能な構成であれば、他の構成であってもよい。例えば、外部からの信号に応じてアクチュエータが駆動されることによって、潤滑油を排出可能な構成としてもよい。
第一実施形態では、電動機ケーシング21のケーシング側収容凹部28及びブレーキピストン130のピストン側収容凹部135によって貯留部180としてのバネ収容空間R3を区画形成した例について説明したがこれに限定する必要はない。電動機ケーシング21とブレーキピストン130のいずれか一方に形成された凹部によってバネ収容空間R3が形成されていてもよい。
貯留部180としてのバネ収容空間R3をシールするシール部材160は実施形態の構成に限定されず、他の構成を採用してもよい。例えば、ブレーキピストン130の上面130aと電動機ケーシング21の下面21aとの間に設けられたOリング等のシール部材であってもよい。
潤滑油の貯留部180をバネ収容空間R3とは別個に形成してもよい。
潤滑油を排出する駆動部として、ブレーキピストン130ではなくブレーキ機能を持たない単なるピストンを用いて構成してもよい。
実施形態では摺動部を下部軸受37とした例について説明したが、他の摺動部に対して、排出された潤滑油が導かれる構成であってもよい。
潤滑油を排出する駆動部として、ブレーキピストン130ではなくブレーキ機能を持たない単なるピストンを用いて構成してもよい。
実施形態では摺動部を下部軸受37とした例について説明したが、他の摺動部に対して、排出された潤滑油が導かれる構成であってもよい。
実施形態では、旋回ロックレバーの解除操作が行われた際にコントローラ173を介して開閉弁172を閉状態から開状態とする制御を行ったがこれに限定されることはない。例えば、旋回ロックレバーの解除操作によって直接的に開閉弁172が閉状態から開状態とすることで、分岐油路171に作動油が供給される構成であってもよい。また、上部旋回体230に対する操作を含む各種の操作レバーの操作が行われた場合に、開閉弁172が閉状態から開状態とするようにしてもよい。
実施形態では、本発明を作業機械としての油圧ショベル200の回転駆動システム1, 1Aに適用した例について説明したが、他の作業機械の一部を旋回又は回転させる機構に上記回転駆動システム1,1Aに適用してもよい。
本願発明は、電動機20と減速機60とを有する回転駆動システム1,1Aのみならず、電動機単体に適用してもよく、電動機20と油圧で駆動する油圧モータと組み合わせた構成を適用してもよい。
本願発明は、電動機20と減速機60とを有する回転駆動システム1,1Aのみならず、電動機単体に適用してもよく、電動機20と油圧で駆動する油圧モータと組み合わせた構成を適用してもよい。
1…回転駆動システム、1A…回転駆動システム、10…回転駆動装置、20…電動機、20A…電動機、21…電動機ケーシング、21a…下面、22…上部ケーシング、23…上筒部、24…上底部、24a…上部貫通孔、25…下部ケーシング、26…下筒部、27…下底部(隔壁)、27a…下部貫通孔、27b…第一底面、27c…第二底面、27d…段差部、27e…環状凹部、28…ケーシング側収容凹部(凹部)、29…孔部、30…ステータ、31…ステータコア、32…コイル、32a…上部コイルエンド、32b…下部コイルエンド、35…上部シール、36…上部軸受、37…下部軸受(摺動部)、38…ロータ、40…回転軸、42…ロータコア、45…下部エンドプレート、46…上部エンドプレート、50…連通孔、60…減速機、61…減速機ケーシング、61a…油圧供給孔、62a…第一段内ギア歯、62b…第二段内ギア歯、62c…第三段内ギア歯、64a…第一摺接内周面、64b…第二摺接内周面、64c…段差面、70…出力軸、71…出力軸軸受、72…下部シール、80…伝達部、90…第一段遊星歯車機構、91…第一段伝達軸、92…第一段遊星歯車、93…第一段キャリア、100…第二段遊星歯車機構、101…第二段伝達軸、102…第二段遊星歯車、103…第二段キャリア、110…第三段遊星歯車機構、111…第三段伝達軸、112…第三段遊星歯車、113…第三段キャリア、120…ブレーキ機構(駆動部)、121…ディスク支持部、122…ブレーキディスク、123…ブレーキプレート、130…ブレーキピストン、130a…上面、130b…下面、130c…環状凸部、131…第一摺接外周面、131a…第一Oリング、132…第二摺接外周面、132a…第二Oリング、133…受圧面、134…プレート当接面、135…ピストン側収容凹部(凹部)、140…ブレーキバネ、150…潤滑油循環部、151…潤滑油流路、152…潤滑油ポンプ、153…冷却部、154…ストレーナ、160…シール部、170…移動機構、171…分岐油路、172…開閉弁、173…コントローラ、180…貯留部、180A…貯留部、181…駆動部、182…配管、200…油圧ショベル、211…履帯、210…下部走行体、220…スイングサークル、221…アウターレース、222…インナーレース、223…スイングピニオン、230…上部旋回体、231…キャブ、232…作業機、233…ブーム、234…アーム、235…バケット、236…エンジン、237…発電機モータ、238…油圧ポンプ、239…インバータ、240…キャパシタ、L…旋回軸線、O…軸線、S…液面、R1…第一空間、R2…第二空間、R3…バネ収容空間、R4…油圧供給空間、F…ロータ内流路、P…ロック解除信号
Claims (6)
- 上下方向に延びる軸線回りに回転する回転軸、及び、該回転軸の外周面に固定されたロータコアを有するロータと、
該ロータコアを外周側から囲うステータと、
前記ロータ及び前記ステータが配置されるとともに外部から潤滑油が供給される第一空間を区画する隔壁と、
前記第一空間内に供給される前記潤滑油を貯留可能な貯留部と、
前記貯留部内の前記潤滑油を前記第一空間内に排出する駆動部と、
前記貯留部内から排出された前記潤滑油がそれぞれ導入される摺動部と、
を有する電動機。 - 前記駆動部は、
前記第一空間の外部で前記隔壁に対して進退可能に設けられ、前記貯留部を前記隔壁とともに区画形成するピストンと、
前記貯留部内に設けられて、前記ピストンを前記隔壁から離間する方向に付勢するバネと、
前記入力に応じて前記ピストンを前記バネの付勢に抗して前記隔壁に近接するように移動させる移動機構と、
を備え、
前記貯留部は、前記隔壁に形成された孔部を介して前記第一空間に開口している請求項1に記載の電動機。 - 前記隔壁から下方に突出する前記回転軸の下部に設けられて、該回転軸の径方向外側に張り出すブレーキディスクをさらに備え、
前記孔部は、前記隔壁を上下方向に貫通しており、
前記ピストンは、前記隔壁の下面と前記ブレーキディスクの上面との間で上下方向に進退可能に設けられており、
前記貯留部は、前記隔壁の下面と前記ピストンの上面との少なくとも一方から凹む凹部によって区画形成されている請求項2に記載の電動機。 - 前記隔壁と前記ピストンとの間に設けられて、前記貯留部の周囲を閉塞するシール部をさらに備える請求項2又は3に記載の電動機。
- 請求項3又は4に記載の電動機と、
前記隔壁によって下方に区画される第二空間で前記軸線回りに回転可能に設けられた出力軸、前記第二空間内に設けられて前記回転軸の回転を減速して前記出力軸に伝達する伝達部を有する減速機と、
前記第一空間と前記第二空間とを接続する潤滑油流路、及び、該潤滑油流路に設けられて、前記第二空間側から前記第一空間側に潤滑油を圧送する潤滑油ポンプを有する潤滑油循環部と、
を備え、
前記隔壁に前記第一空間と前記第二空間とを連通させる連通孔が形成され、
前記摺動部は、前記回転軸の下部を前記軸線回りに回転可能に支持する下部軸受である回転駆動システム。 - 請求項5に記載の回転駆動システムと、
下部走行体と、
該下部走行体上に設けられて前記回転駆動システムの回転によって旋回する上部旋回体と、
油圧を生成する油圧ポンプと、
を備え、
前記ピストンは、下方を向く受圧面を有し、
前記移動機構は、ロックレバーの解除操作に伴って送出される信号を前記入力として、前記油圧ポンプが生成した前記油圧を前記受圧面に供給する油圧ショベル。
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