JP3892840B2 - 電動モータを利用した油圧駆動装置 - Google Patents

電動モータを利用した油圧駆動装置 Download PDF

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Description

この発明は、電動モータを直接の駆動源として油圧ポンプ及び油圧モータを駆動する油圧駆動装置に関するものである。
従来、ガソリンエンジン等により油圧ポンプ又は油圧モータを駆動し、油圧ショベル、ブルドーザ等を動かしているのが一般的であるが、電動モータの回転出力を直接、油圧ポンプ又は油圧モータに連結して、当該油圧ポンプ又は油圧モータを駆動し、油圧ショベル、ブルドーザ等の油圧駆動機械の駆動源としている技術は見当らない。その理由は、電動モータの出力を直接の駆動源として油圧ポンプ又は油圧モータを駆動させるにはパワー不足であり、さらに油圧ショベル、ブルドーザ等の油圧駆動機械を動かすことは無理があると考えられていたからである。
実開昭４８−４６１０２号公報 実公昭５９−１０３４８号公報 特開昭５７−２１１３９７号公報 特開平１０−８２３２５号公報 特開平１１−１６５９９５号公報 特開平８−４８１６９号公報
この発明は、電動モータの回転出力を直接、油圧ポンプ又は油圧モータに連結して、当該油圧ポンプ又は油圧モータを駆動する。そして、油圧ショベル、ブルドーザ等の油圧駆動機械の駆動源としたり、発電機を駆動することを目的とし、エネルギー消費の省力化を図るものである。
この発明による電動モータを利用した油圧駆動装置は、電動モータと、前記電動モータの出力軸に連結され増速機能を有する第１の回転伝達装置と、前記第１の回転伝達装置の出力軸の回転により駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからのオイルが作動切替弁を介して供給される油圧モータと、前記油圧モータの出力軸に連結され増速機能を有する第２の回転伝達装置と、前記第２の回転伝達装置の出力側に設けられた駆動出力軸とを備えたものである。
また、この発明による電動モータを利用した油圧駆動装置は、電動モータと、前記電動モータの出力軸の回転により駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからのオイルが作動切替弁を介して供給される油圧モータと、前記油圧モータの出力軸に連結され増速機能を有する回転伝達装置と、前記回転伝達装置の出力側に設けられた駆動出力軸とを備えたものである。
更に、前記回転伝達装置として、入力軸と、前記入力軸に連結され、それ自体フライホイールとして機能すると共にその出力側に内歯歯車が形成された回転体と、前記内歯歯車に中間歯車を噛み合わせ、この中間歯車に出力軸歯車を噛み合わせることにより、前記回転体の回転を出力軸歯車に設けた駆動出力軸に伝達する歯車機構を備え、前記回転体の外周又は固定枠の一方に凸部を、他方に前記凸部を囲む凹部を設けているものを使用する。
また、前記回転伝達装置として、入力軸と、前記入力軸に連結され、それ自体フライホイールとして機能すると共にその出力側に内歯歯車が形成された回転体と、前記内歯歯車に出力軸歯車を噛み合わせることにより、前記回転体の回転を出力軸歯車に設けた駆動出力軸に伝達する歯車機構を備え、前記回転体の外周又は固定枠の一方に凸部を、他方に前記凸部を囲む凹部を設けているものを使用する。
また、前記駆動出力軸の回転により駆動される発電機と、前記発電機で発生する電力を充電するバッテリを備え、前記バッテリの電力により前記電動モータを駆動する。
更に、前記発電機及び前記バッテリを複数個セットで設置し、１セットのバッテリにより前記電動モータが駆動している間は、他のセットのバッテリは充電していることを特徴とする。
以上のように、この発明によれば、電動モータと、前記電動モータの出力軸に連結され増速機能を有する第１の回転伝達装置と、前記第１の回転伝達装置の出力軸の回転により駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからのオイルが作動切替弁を介して供給される油圧モータと、前記油圧モータの出力軸に連結され増速機能を有する第２の回転伝達装置と、前記第２の回転伝達装置の出力側に設けられた駆動出力軸とを備えたので、電動モータの回転出力を直接、油圧ポンプ又は油圧モータに連結して、当該油圧ポンプ又は油圧モータを駆動し、油圧ショベル、ブルドーザ等の油圧駆動機械の駆動源としたり、発電機の駆動源とすることができる。
また、この発明による電動モータを利用した油圧駆動装置は、電動モータと、前記電動モータの出力軸の回転により駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからのオイルを作動切替弁を介して供給される油圧モータと、前記油圧モータの出力軸に連結され増速機能を有する回転伝達装置と、前記回転伝達装置の出力側に設けられた駆動出力軸とを備えたので、電動モータの回転出力を直接、油圧ポンプ又は油圧モータに連結して、当該油圧ポンプ又は油圧モータを駆動し、油圧ショベル、ブルドーザ等の油圧駆動機械の駆動源としたり、発電機の駆動源とすることができる。
更に、前記回転伝達装置として、入力軸と、前記入力軸に連結され、それ自体フライホイールとして機能すると共にその出力側に内歯歯車が形成された回転体と、前記内歯歯車に中間歯車を噛み合わせ、この中間歯車に出力軸歯車を噛み合わせることにより、前記回転体の回転を出力軸歯車に設けた駆動出力軸に伝達する歯車機構を備え、前記回転体の外周又は固定枠の一方に凸部を、他方に前記凸部を囲む凹部を設けているものを使用したので、回転体それ自体がフライホイールとして機能し、回転数のばらつきのある油圧モータを入力側に接続しても、これらのモータの回転変動及び回転時の振れを吸収することができ、安定した回転速度に変換することができる（回転速度安定化機能）。また、中間歯車の個数、又は中間歯車及び出力軸歯車の直径により回転速度比を自由に変えることができる（回転速度変換機能）。そして、これらの回転速度安定化機能及び回転速度変換機能を回転体内に収めることができるので、装置全体の大幅なコンパクト化が達成できる。
また、前記回転伝達装置として、入力軸と、前記入力軸に連結され、それ自体フライホイールとして機能すると共にその出力側に内歯歯車が形成された回転体と、前記内歯歯車に出力軸歯車を噛み合わせることにより、前記回転体の回転を出力軸歯車に設けた駆動出力軸に伝達する歯車機構を備え、前記回転体の外周又は固定枠の一方に凸部を、他方に前記凸部を囲む凹部を設けているものを使用したので、回転体それ自体がフライホイールとして機能し、回転数のばらつきのある油圧モータを入力側に接続しても、これらのモータの回転変動及び回転時の振れを吸収することができ、安定した回転速度に変換することができる（回転速度安定化機能）。また、これらの回転速度安定化機能を回転体内に収めることができるので、装置全体の大幅なコンパクト化が達成できる。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態による電動モータを利用した油圧駆動源を示す構成ブロック図である。
まず、本実施の形態による電動モータを利用した油圧駆動源の構造について説明する。図１において、バッテリ１０１の出力線１０１ａはソケット１２３を介して電動モータ１０２に接続されている。スイッチ１２４はその出力線が上記ソケット１２３に接続されており電動モータ１０２の駆動スイッチとなる。電動モータ１０２の出力軸１０２ａはカップリング１１９を介して第１の回転伝達機構１０６の入力軸１０６ａに連結されている。第１の回転伝達機構１０６の出力軸１０６ｂはカップリング１１８を介して油圧ポンプ１０８の入力軸１０８ａに連結されている。油圧ポンプ１０８にはオイルタンク１１１から油圧ホース１１５ａを介してオイルが供給され、油圧ポンプ１０８からは油圧ホース１１５ｂを介して作動切替弁１０９にオイルを供給する。なお、作動切替弁１０９から油圧ホース１１５及びクーラー１１７を介してオイルタンク１１１に一部のオイルが戻される。また、オイルタンク１１１にはエアーコック１２６が設けられている。
作動切替弁１０９には図示しないスイッチが設けられ、このスイッチを投入すると作動切替弁１０９に内蔵したノズルを介して油圧ホース１１４ａに高圧のオイルが供給される。油圧ホース１１４ａの出力側には油圧モータ１１０が接続され、油圧モータ１１０からは油圧ホース１１４ｂを介して作動切替弁１０９にオイルが還流する。油圧モータ１１０の出力軸１１０ａはカップリング１２０を介して第２の回転伝達装置１０７の入力軸１０７ａに連結されている。第２の回転伝達装置１０７の出力軸は駆動出力軸１２５となっている。この駆動出力軸１２５にはプーリ１１２ａ及び１１３ａが連結されている。また、発電機１０３及び１０４の入力軸１０３ａ及び１０４ａにもそれぞれプーリ１１２ｂ及び１１３ｂが連結されている。プーリ１１２ｂとプーリ１１２ａの間、プーリ１１３ｂとプーリ１１３ａの間には、それぞれベルト１２１及び１２２が懸架されている。発電機１０３の出力線１３０はレギュレータ１０５に接続され、更にレギュレータ１０５の出力線１３１は前述のバッテリ１０１に接続されている。なお、図示していないが、発電機１０４の出力線もレギュレータに接続され、更にバッテリに接続されている。
次に、前述の第１及び第２の回転伝達装置の構造について説明する。図２はこれら回転伝達装置１０６，１０７の側面を示す半断面図である。図２において、回転伝達装置１０６，１０７の入力軸１０６ａ，１０７ａは、回転伝達装置のハウジングの一部６０ｄに軸支されて、回転伝達装置内部の回転体２０に連結されている。この回転体２０は例えば鍛造又は鋳造により製作された鋼鉄製であり、所定の慣性質量Ｗを有しそれ自体フライホイールの機能を発揮する。回転体２０の出力側には凹部２２が設けられ、凹部２２に内歯歯車２１が配設されている。回転体２０の外周には突起部２３が設けられ、この突起部２３は固定側のハウジング６０ａ、６０ｂ、６０ｃにより囲まれた凹部６１内に収納されている。そして、回転体２０の突起部２３は上記のハウジングにより規制され、回転体２０自体が軸方向及び半径方向に振れないように構成されている。なお、ハウジング６０ａ、６０ｂ、６０ｃはボルト６００により固定されている。
回転体２０の凹部２２に配設された内歯歯車２１には、それに噛み合う第１の中間歯車５０１と、第１の中間歯車５０１に噛み合う第２の中間歯車５０２が設置され、第２の中間歯車５０２に出力軸歯車５０が噛み合うように構成されている。出力軸歯車５０は回転伝達装置１０６，１０７の出力軸１０６ｂ，１２５に固定されている。なお、第１及び第２の中間歯車５０１、５０２の軸５０１ａ、５０２ａは固定枠６０ｅに固定されており、この軸５０１ａ、５０２ａに第１及び第２の中間歯車５０１、５０２が回転自在に設置されている。
次に、本実施の形態による電動モータを利用した油圧駆動源の動作について説明する。まず、スイッチ１２４をＯＮするとバッテリ１０１がソケット１２３を介して電動モータ１０２に接続され、電動モータ１０２の出力軸１０２ａが回転する。出力軸１０２ａの回転はカップリング１１９を介して第１の回転伝達装置１０６の入力軸１０６ａに伝達される。
第１の回転伝達装置１０６内では、入力軸１０６ａを通じて回転体２０が回転する。回転体２０は所定の慣性質量Ｗを有しており、電動モータ１０２で発生した回転エネルギーを蓄積して、安定した回転速度で回転する。また、回転体２０の外周の突起部２３が固定ハウジングの凹部６１により規制されているので、回転体２０の軸方向及び半径方向の振れが阻止され、回転体２０はより一層安定に回転する。そして、回転体２０の回転は、内歯歯車２１を介して第１の中間歯車５０１に伝達され、また第１の中間歯車５０１から第２の中間歯車５０２に伝達され、最終的に出力軸歯車５０に増速されて伝達される。出力軸歯車５０の回転は出力軸１０６ｂに出力される。
第１の回転伝達装置１０６の出力軸１０６ｂの回転は、カップリング１１８を介して油圧ポンプ１０８の入力軸１０８ａに伝達される。油圧ポンプ１０８の入力軸１０８ａの回転により、油圧ポンプ１０８はオイルタンク１１１から油圧ホース１１５を介してオイルを吸引し、油圧ホース１１５ｂを通して作動切替弁１０９にオイルを吐出する。
作動切替弁１９において、油圧が所定の圧力に高まった時点で図示しないスイッチを投入すると、作動切替弁１０９内のオイルが内蔵ノズルを介して油圧ホース１１４ａに高圧のオイルを供給する。油圧モータ１１０は作動切替弁１９から供給される油圧により出力軸１１０ａを回転する。なお、油圧モータ１１０内のオイルは油圧ホース１１４ｂを介して作動切替弁１０９に還流する。また、作動切替弁１０９内の余剰のオイルは油圧ホース１１５ｃ、クーラー１１７を介してオイルタンク１１１に戻される。
油圧モータ１１０の出力軸１１０ａの回転は、カップリング１２０を介して第２の回転伝達装置１０７の入力軸１０７ａに伝達される。
第２の回転伝達装置１０７内では、入力軸１０７ａを通じて回転体２０が回転する。回転体２０は所定の慣性質量Ｗを有しており、油圧モータ１１０で発生した回転エネルギーを蓄積して、安定した回転速度で回転する。また、回転体２０の外周の突起部２３が固定ハウジングの凹部６１により規制されているので、回転体２０の軸方向及び半径方向の振れが阻止され、回転体２０はより一層安定に回転する。そして、回転体２０の回転は、内歯歯車２１を介して第１の中間歯車５０１に伝達され、また第１の中間歯車５０１から第２の中間歯車５０２に伝達され、最終的に出力軸歯車５０に増速されて伝達される。出力軸歯車５０の回転は出力軸１２５に出力される。特に、第２の回転伝達装置１０７は、油圧モータ１１０の回転数のバラツキやブロー現象を吸収し、抑制する効果がある。
第２の回転伝達装置１０７の出力軸１２５は、油圧シャベル、ブルドーザ等の油圧駆動機械の駆動源となる。また、出力軸１２５の回転は、プーリ１１２ａ，ベルト１２１，プーリ１１２ｂを介して伝達され、発電機１０３の入力軸１０３ａを回転する。更に、出力軸１２５の回転は、プーリ１１３ａ，ベルト１２２，プーリ１１３ｂを介して伝達され、発電機１０４の入力軸１０４ａを回転する。発電機１０３は入力軸１０３ａの回転により発電し、その電力は接続線１３０，レギュレータ１０５，接続線１３１を通してバッテリ１０１に充電される。なお、発電機１０４も同様に図示しないバッテリを充電する。ここで、発電機１０３及び１０４のうち、一方の発電機によりバッテリを充電している間は、他方のバッテリによって前述の電動モータ１０２を駆動させるようにしても良い。
実施例．
上記実施の形態による電動モータを利用した油圧駆動装置の適用例について説明する。バッテリ１０１として１２Ｖ電源のものを２個配置する。電動モータ１０２は２４Ｖ，２．５ｋＷの直流モータを使用する。第１の回転伝達装置１０６として直径約２５０ｍｍのものを使用し、直流モータの出力回転約２５０ｒｐｍを約１２５０ｒｐｍに増速する。作動切替弁１０９から吐出される油圧は約１８０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ2であり、オイルタンク１１０の容量は約１００ｌである。第２の回転伝達装置１０７として直径約４６５ｍｍのものを使用し、油圧モータの出力回転約７５０ｒｐｍを約３７００ｒｐｍに増速する。
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２に使用される第１又は第２の回転伝達装置１０６，１０７を示す側面断面図である。この回転伝達装置１０６，１０７において、入力軸１０６ａ，１０７ａの回転駆動力は、この入力軸に連結されている回転体２０に伝達される。この回転体２０は例えば鍛造又は鋳造により製作された鋼鉄製であり、所定の慣性質量Ｗを有しそれ自体フライホイールの機能を実現する。回転体２０の出力側には凹部２２が設けられ、凹部２２の側壁に内歯歯車２１が切削加工により形成されている。回転体２０の外周には突起部２３が設けられ、この突起部２３は固定側の枠６０に設けられた凹部６１により規制されている。
図４は上記回転体２０の内歯歯車内に配設された歯車機構を示す図であり、内歯歯車２１に噛み合う中間歯車３０及び出力軸歯車５０を示す出力側から視た概略図である。上記回転体２０の内歯歯車２１には、遊星歯車として３つの中間歯車３０が噛み合っている。この３つの中間歯車３０は回転体２０の中心に対して各々略１２０度位置に配設されている。中間歯車３０の軸３１は固定プレート６５に軸受３２を介して回転自在に取り付けられている。固定プレート６５はボルト６７により固定側の枠６０に固定されている。また、３つの中間歯車３０の中央位置にはこの中間歯車３０と噛み合う出力軸歯車５０が配設され、この出力軸歯車５０に出力軸１０６ｂ，１２５が連結されている。
図４において、回転体２０の回転（図４の矢印Ａ）は、内歯歯車２１を介して中間歯車３０に伝達され（図４の矢印Ｂ）、この中間歯車３０を介して出力軸歯車５０に伝達される（図４の矢印Ｃ）。出力軸歯車５０の回転は出力軸１０６ｂ，１２５を通じて出力する。
その他の実施の形態．
上記実施の形態では、回転体２０の回転力を中間歯車を介して出力軸歯車に伝達しているが、図５に示すように、回転体２０の内歯歯車２１に直接出力軸歯車５０を噛み合わせるように配設し、回転体２０から直接出力軸５１に回転力を伝達するようにしても良い。なお、内歯歯車２１に噛み合う歯車３０Ｂは回転体２０の回転を安定するために設けられたものである。
また、上記実施の形態では、回転体２０の軸方向への移動を規制するために、回転体２０の外周に突起部２３を設け、この突起部２３が固定側枠の凹部６１により規制することにより、回転体２０の軸方向の移動を阻止しているものを示したが、回転体２０の外周に凹部を設け、この凹部が固定側枠の突起部により規制されるようにしても良い。
また、上記実施の形態では、電動モータ１０２の出力側に第１の回転伝達装置１０６を設けたが、電動モータ１０２の容量が大きければ第１の回転伝達装置１０６を省略して、電動モータ１０２の出力回転により直接油圧ポンプ１０８を駆動しても良い。
さらに、上記実施の形態では、図１に示すようにバッテリ１０１により電動モータ１０２を回転駆動するようにしたが、図６に示すように交流電力１０００を使用して電動モータとしての交流モータ１０２０を回転駆動するようにしても良い。図６におけるその他の構成及び動作は実施の形態１（図１）と同様である。なお、第２の回転伝達装置１０７の駆動出力軸１２５は発電機２００の入力軸に直接連結されており、発電機２００からは発電電力２０００が発生するように構成されている。
この発明の実施の形態１による電動モータを利用した油圧駆動源を示す構成ブロック図である。 この発明の実施の形態１に使用される回転伝達装置の側面を示す半断面図である。 この発明の実施の形態２に使用される回転伝達装置の側面を示す半断面図である。 この発明の実施の形態２に使用される回転伝達装置の歯車機構を示す図である。 この発明の他の実施の形態に使用される回転伝達装置の歯車機構を示す図である。 この発明の他の実施の形態による電動モータを利用した油圧駆動源を示す構成ブロック図である。
符号の説明
１０１ バッテリ
１０２、１０２０ 電動モータ
１０３、１０４、２００ 発電機
１０６ 第１の回転伝達装置
１０７ 第２の回転伝達装置
１０８ 油圧ポンプ
１０９ 作動切替弁
１１０ 油圧モータ
１１１ オイルタンク
１２５ 駆動出力軸

Claims (6)

  1. 電動モータと、前記電動モータの出力軸に連結され増速機能を有する第１の回転伝達装置と、前記第１の回転伝達装置の出力軸の回転により駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからのオイルが作動切替弁を介して供給される油圧モータと、前記油圧モータの出力軸に連結され増速機能を有する第２の回転伝達装置と、前記第２の回転伝達装置の出力側に設けられた駆動出力軸とを備え、
    前記第１及び第２の回転伝達装置は、入力軸と、前記入力軸に連結され、それ自体フライホイールとして機能すると共にその出力側に内歯歯車が形成された回転体と、前記内歯歯車に中間歯車を噛み合わせ、この中間歯車に出力軸歯車を噛み合わせることにより、前記回転体の回転を出力軸歯車に設けた駆動出力軸に伝達する歯車機構を備え、前記回転体の外周に凸部を設けると共に固定枠側に前記凸部を囲む凹部を設け、または、固定枠側に凸部を設けると共に前記回転体の外周に前記凸部を囲む凹部を設けることにより、前記回転体の軸方向の移動を規制したことを特徴とする電動モータを利用した油圧駆動装置。
  2. 電動モータと、前記電動モータの出力軸の回転により駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからのオイルが作動切替弁を介して供給される油圧モータと、前記油圧モータの出力軸に連結され増速機能を有する回転伝達装置と、前記回転伝達装置の出力側に設けられた駆動出力軸とを備え、
    前記回転伝達装置は、入力軸と、前記入力軸に連結され、それ自体フライホイールとして機能すると共にその出力側に内歯歯車が形成された回転体と、前記内歯歯車に中間歯車を噛み合わせ、この中間歯車に出力軸歯車を噛み合わせることにより、前記回転体の回転を出力軸歯車に設けた駆動出力軸に伝達する歯車機構を備え、前記回転体の外周に凸部を設けると共に固定枠側に前記凸部を囲む凹部を設け、または、固定枠側に凸部を設けると共に前記回転体の外周に前記凸部を囲む凹部を設けることにより、前記回転体の軸方向の移動を規制したことを特徴とする電動モータを利用した油圧駆動装置。
  3. 電動モータと、前記電動モータの出力軸に連結され増速機能を有する第１の回転伝達装置と、前記第１の回転伝達装置の出力軸の回転により駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからのオイルが作動切替弁を介して供給される油圧モータと、前記油圧モータの出力軸に連結され増速機能を有する第２の回転伝達装置と、前記第２の回転伝達装置の出力側に設けられた駆動出力軸とを備え、
    前記第１及び第２の回転伝達装置は、入力軸と、前記入力軸に連結され、それ自体フライホイールとして機能すると共にその出力側に内歯歯車が形成された回転体と、前記内歯歯車に出力軸歯車を噛み合わせることにより、前記回転体の回転を出力軸歯車に設けた駆動出力軸に伝達する歯車機構を備え、前記回転体の外周に凸部を設けると共に固定枠側に前記凸部を囲む凹部を設け、または、固定枠側に凸部を設けると共に前記回転体の外周に前記凸部を囲む凹部を設けることにより、前記回転体の軸方向の移動を規制したことを特徴とする電動モータを利用した油圧駆動装置。
  4. 電動モータと、前記電動モータの出力軸の回転により駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからのオイルが作動切替弁を介して供給される油圧モータと、前記油圧モータの出力軸に連結され増速機能を有する回転伝達装置と、前記回転伝達装置の出力側に設けられた駆動出力軸とを備え、
    前記回転伝達装置は、入力軸と、前記入力軸に連結され、それ自体フライホイールとして機能すると共にその出力側に内歯歯車が形成された回転体と、前記内歯歯車に出力軸歯車を噛み合わせることにより、前記回転体の回転を出力軸歯車に設けた駆動出力軸に伝達する歯車機構を備え、前記回転体の外周に凸部を設けると共に固定枠側に前記凸部を囲む凹部を設け、または、固定枠側に凸部を設けると共に前記回転体の外周に前記凸部を囲む凹部を設けることにより、前記回転体の軸方向の移動を規制したことを特徴とする電動モータを利用した油圧駆動装置。
  5. 前記駆動出力軸の回転により駆動される発電機と、前記発電機で発生する電力を充電するバッテリを備え、前記バッテリの電力により前記電動モータを駆動することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電動モータを利用した油圧駆動装置。
  6. 前記発電機及び前記バッテリを複数個セットで設置し、１セットのバッテリにより前記電動モータが駆動している間は、他のセットのバッテリは充電していることを特徴とする請求項５に記載の電動モータを利用した油圧駆動装置。
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