JP5396882B2 - ハイブリッド作業機械の電動機冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は油圧力と電力とを併用するハイブリッド作業機械において、電源としての発電電動機または旋回用等の作業用電動機を冷却する冷却装置に関するものである。

ショベルを例にとって背景技術を説明する。

図３にハイブリッドショベルの構成例を示す。

油圧アクチュエータの油圧源となる油圧ポンプ（メインポンプ）１と、操作用のパイロット油圧源となるパイロットポンプ２、それに発電機作用と電動機作用とを行う発電電動機３がエンジン４に接続され、発電電動機３の発電機作用によってバッテリ（蓄電装置）５が充電されるとともに、このバッテリ５の蓄電力により発電電動機３が電動機作用を行ってエンジン４をアシストする（特許文献１参照）。

発電電動機３にはコンバータ６及びインバータ７を介して旋回電動機８が接続され、この旋回電動機８の回転力が旋回用減速機構８ａを介して旋回歯車に伝えられてショベルの上部旋回体が旋回駆動される。

油圧回路Ａにおいて、メイン回路の油圧源であるメインポンプ１は、油圧パイロット式のコントロールバルブ（ここでは二つだけを示す）９，９を介して図示しない油圧アクチュエータ（ブーム、アーム、バケット各シリンダ、走行用油圧モータ等）及びタンクＴに接続される。

１０はメイン油圧回路各コントロールバルブ９，９を縦貫するセンターバイパスラインである。このセンターバイパスライン１０は、各コントロールバルブ９，９が中立状態でメインポンプ１の吐出油タンクＴに戻す戻り油ラインとなる。

コントロールバルブ９，９の両側パイロットポートには、パイロットライン１１，１２を介してリモコン弁１３，１３が接続され、このリモコン弁１３，１３によってコントロールバルブ９，９が切換わり操作される。

リモコン弁１３，１３の一次側はパイロット一次圧ライン１４を介して油圧源であるパイロットポンプ２に接続され、これによってパイロット回路が構成される。

１５はメインポンプ１の吐出側に接続されたメイン回路用のメインリリーフ弁、１６はパイロットポンプ２の吐出側に接続されたパイロット回路用のパイロットリリーフ弁である。

このようなハイブリッドショベルにおいて、電動機（図３の構成例では発電電動機３及び旋回電動機８）は使用中に発熱するため冷却する必要がある。この場合、空冷方式または水冷方式をとることが考えられる。

一方、特許文献２には、冷却専用のクーリングポンプを追加し、タンク油を冷却媒体とする油冷式の電動機冷却システムを構築する技術が開示されている。

特開２００１−１２２７４号公報 特開２００７−１８１２７３号公報

しかし、空冷方式では必要な冷却能力を得るための設備が大がかりとなり、水冷方式では新たな水冷システムを構築する必要があるため、ただでさえ設備が多くてスペースに余裕のないハイブリッドショベルには不向きとなる。

一方、特許文献２に記載された公知技術によると、クーリングポンプという別圧源を追加して冷却専用のシステムを構築するため、スペースの制約から実用的でないとともにコストが高くなる。

そこで本発明は、スペースをとらず、コストも安くてすむハイブリッド作業機械の電動機冷却装置を提供するものである。

請求項１の発明は、動力源としてのエンジンと、油圧アクチュエータを作動させる油圧回路と、この油圧回路の油圧源となる油圧ポンプと、電動機とを備え、上記油圧回路は、複数のコントロールバルブと、各コントロールバルブが中立状態で上記油圧ポンプの吐出油をタンクに戻すセンターバイパスラインを備えたハイブリッド作業機械において、上記センターバイパスラインの最下流側に、上記油圧ポンプの吐出油を冷却媒体として上記電動機を冷却する冷却回路が、上記センターバイパスラインから分岐して並列に設けられたものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、エンジンにより駆動されて発電機作用と電動機作用とを行う発電電動機が冷却対象として上記冷却回路に設けられたものである。

請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、発電電動機または発電機を電源とする作業用電動機が冷却対象として上記冷却回路に設けられたものである。

本発明によると、機械に元々装備された油圧回路とその油圧源である油圧ポンプを利用して油冷式の電動機冷却システム（請求項２では発電電動機、請求項３では作業用電動機をそれぞれ冷却対象とする）を構成するため、空冷式や水冷式の場合のような大がかりな追加設備が不要となる。

一方、特許文献２に記載された公知技術のように冷却専用の別圧源（クーリングポンプ）を追加する必要もない。

従って、電動機冷却のための設備が最小限ですみ、スペースをとらず、スペースに余裕のないハイブリッド作業機械に容易に適用できるとともに、低コストですむ。

また、冷却回路をセンターバイパスラインの最下流側に設けているため、電動機冷却媒体として必要な量の低圧油を安定して確保し、確実な電動機冷却効果を得ることができる。

さらに、低圧の戻り油を冷却媒体とするため、ジャケットを含めて発電電動機の強度を殊更高くする必要がない。すなわち、発電電動機の加工が簡単で、しかも低コストですむ。

しかも、冷却回路をセンターバイパスラインから分岐して並列に設けているため、動力損失を軽減することができる。

本発明の第１実施形態を示す回路図である。 本発明の参考形態を示す回路図である。 ハイブリッドショベルの全体構成を示す図である。

実施形態において、図３と同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。

実施形態では、発電電動機３を冷却対象としている。

実施形態（図１参照）
油圧回路Ａ中のメイン回路を構成する戻り油ラインであるセンターバイパスライン１０の最下流側に、冷却回路１７がセンターバイパスライン１０から分岐して並列に設けられ、発電電動機３がこの冷却回路１７に設けられている。

発電電動機３は、本体３ａの外周に冷却ジャケット１８が互いの間にリング状、螺旋状等の冷却通路１９が形成される状態で設けられて成り、この冷却通路１９の流入口が冷却回路１７の上流側、流出口が同下流側（タンク側）にそれぞれ接続されている。

こうして、メインポンプ１の吐出油を冷却媒体とする油冷式の発電電動機冷却システムが構成され、センターバイパスライン１０を流れる低圧の戻り油が冷却回路１７に分流され、冷却通路１９を通ることによって発電電動機３の本体３ａが冷却される。

この構成によると、機械に元々装備された油圧回路Ａ（メイン回路）とその油圧源である油圧ポンプ（メインポンプ１）を利用して発電電動機３を油冷するため、空冷式や水冷式の場合のような大がかりな追加設備が不要となるし、特許文献２に記載された公知技術のように冷却専用の別圧源（クーリングポンプ）を追加する必要もない。

従って、発電電動機冷却のために追加する設備が、冷却ジャケット１８と冷却回路１７だけの最小限かつコンパクトですみ、スペースに余裕のないハイブリッド作業機械に容易に適用できるとともに、低コストですむ。

また、冷却回路１７を戻り油ライン（センターバイパスライン１０）に設けるため、電動機冷却に必要な量の低圧油を安定して確保し、確実な冷却効果を得ることができる。

この場合、圧力が０よりは少し高い程度の低圧油を冷却媒体とするため、ジャケット１８を含めて発電電動機３の強度を殊更高くする必要がない。すなわち、発電電動機３の加工が簡単で、しかも低コストですむ。

さらに、冷却回路１７をメイン回路から分岐して並列に設けるため、同回路１７を設けたことによる動力損失を軽減することができる。

参考形態（図２参照）
実施形態との相違点のみを説明する。

実施形態では冷却回路１７が油圧回路Ａのメイン回路に設けられたのに対し、参考形態では、冷却回路１７がパイロット回路の戻り油ライン２０におけるパイロットリリーフ弁１６の下流側に、冷却回路１７から分岐して並列に設けられ、パイロットポンプ２の吐出油を冷却媒体として発電電動機３を油冷する構成がとられている。

発電電動機３そのものの構成、すなわち、冷却ジャケット１８によって冷却通路１９が形成され、この冷却通路１９の流入口が戻り油ライン２０の上流側に、流出口が下流側にそれぞれ設けられる点は実施形態と同じである。

他の実施形態
（１）上記実施形態では発電電動機３を冷却対象としたが、旋回電動機８、あるいは他に作業用電動機（たとえば走行用電動機）が用いられる場合にはその電動機にも上記同様に適用することができる。

また、発電電動機ではなく発電機と電動機を分けて設ける機械においては、発電機と電動機の双方または一方を冷却対象として上記同様に適用することができる。なお、「発電機」も「電動機」と原理は同じであるため、本発明でいう「電動機」に含むものとする。

（２）本発明はハイブリッドショベルに限らず、油圧力と電力とを併用するハイブリッド式の各種作業機械に広く適用することができる。

Ａ 油圧回路
１ 油圧回路のメイン回路の油圧源となるメインポンプ
２ 油圧回路のパイロット回路の油圧源となるパイロットポンプ
３ 冷却対象となる発電電動機
３ａ 発電電動機の本体
４ エンジン
５ バッテリ
９ メイン回路のコントロールバルブ
１０ メイン回路の戻り油ラインであるセンターバイパスライン
１７ 冷却回路
１８ 冷却ジャケット
１９ 冷却通路

Claims (3)

1. 動力源としてのエンジンと、油圧アクチュエータを作動させる油圧回路と、この油圧回路の油圧源となる油圧ポンプと、電動機とを備え、上記油圧回路は、複数のコントロールバルブと、各コントロールバルブが中立状態で上記油圧ポンプの吐出油をタンクに戻すセンターバイパスラインを備えたハイブリッド作業機械において、上記センターバイパスラインの最下流側に、上記油圧ポンプの吐出油を冷却媒体として上記電動機を冷却する冷却回路が、上記センターバイパスラインから分岐して並列に設けられたことを特徴とするハイブリッド作業機械の電動機冷却装置。
2. エンジンにより駆動されて発電機作用と電動機作用とを行う発電電動機が冷却対象として上記冷却回路に設けられたことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド作業機械の電動機冷却装置。
3. 発電電動機または発電機を電源とする作業用電動機が冷却対象として上記冷却回路に設けられたことを特徴とする請求項１または２記載のハイブリッド作業機械の電動機冷却装置。

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