JP5867103B2 - ハイブリッド建設機械の駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明はエンジンで発電電動機を駆動するハイブリッド建設機械の駆動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。
ハイブリッドショベルにおいては、エンジンに発電電動機と油圧ポンプを接続し、油圧ポンプの吐出油により油圧アクチュエータを駆動する一方、発電電動機の発電機作用によって蓄電器に充電し、適時、この蓄電器電力により発電電動機に電動機作用を行わせてエンジンをアシストするように構成される。
このハイブリッドショベルにおいて、パワーユニットを構成するエンジンと発電電動機の連結(動力伝達)構造として、特許文献１に示されているように、エンジンのクランクシャフトとフライホイール、フライホイールと発電電動機のロータシャフトを、それぞれ互いのフランジ面が相対向する状態で同軸上に並べ、隣り合うもの同士、ボルトで連結するものが公知である。
この連結構造をとる場合、回転時の振動を抑えるために、連結されるもの同士の軸心を同一線上に合わせる「芯合わせ」を高精度で行う必要がある。
従来、この「芯合わせ」策として、連結される二者のフランジ面の一方に凸部、他方に凹部をそれぞれ全周に亘って設け、これらを嵌め合わせるインロー嵌め合い方式が一般にとられている。
特開２００８−７０２３号公報
しかし、インロー嵌め合い方式では、凸部と凹部の嵌め合い部分にクリアランスを確保する所謂「すきま嵌め」となるため、どうしても軸心のずれ量が大きくなり、高速回転時の軸振動が発生し易くなる。
この問題は、とくに三者を水平に並べて連結する横置きタイプの駆動装置に顕著となる。
一方、上記芯ずれ量を抑えるためにインローによる嵌め合い代をシビアにしたり、位置決めピンを併用したりすると、組立作業性が悪化する。
そこで本発明は、横置きタイプを含めて、クランクシャフトとフライホイール、またはフライホイールとロータシャフトを、互いの芯ずれ量が所謂「締まり嵌め公差」相当の最小値となる状態で連結でき、しかも組立作業性を向上させることができるハイブリッド建設機械の駆動装置を提供するものである。
上記課題を解決する手段として、本発明においては、エンジンのクランクシャフトとフライホイール、及び上記フライホイールと発電電動機のロータシャフトが、それぞれ互いのフランジ面が相対向する状態で軸方向に並んで連結されるハイブリッド建設機械の駆動装置において、上記クランクシャフトとフライホイールの連結部分、及び上記フライホイールとロータシャフトの連結部分のうち少なくとも一つの連結部分について設けられる連結用のボルトを備え、当該連結部分において互いに連結される二者のうち一方の上記フランジ面の外径側の端部に先すぼまりのテーパ面が全周に亘って設けられ、他方のフランジ面に上記テーパ面に向けて突出する突起が全周に亘って設けられ、上記連結用のボルトは、上記テーパ面と上記突起とが接触した状態で締め込まれて上記二者を連結し、上記突起は、上記連結用のボルトの締め込み力により上記二者のフランジ面間に形成されるクリアランスが０となるように当該フランジ面同士が密着するまで上記テーパ面に沿って外周側に弾性変形するものである。
この構成によれば、連結される二者(クランクシャフトとフライホイール、またはフライホイールとロータシャフト)の一方にテーパ面、他方に突起をそれぞれ全周に設け、ボルトの締め込み力により突起をテーパ面に沿って弾性変形させた状態で両者を連結するため、互いの嵌め合い公差をインロー加工等による「すきま嵌め」相当から「締まり嵌め」相当まで縮小し、高精度に芯合わせすることができる。
しかも、テーパ面と突起を接触させた状態でボルトを締め込むだけでよく、インロー隙間を極小にしたり位置決めピンを併用したりする場合と比較して、組立作業性を格段に向上させることができる。
この場合、上記連結される二者のフランジ面に、すきま嵌め公差で嵌合する凹部と凸部から成るインロー部を設けるのが望ましい(請求項２)。
このようにすきま嵌め公差のインロー構造を併用することにより、インロー部を芯合わせのガイドにすることができるため、組立作業性をさらに向上させることができる。
また本発明においては、上記クランクシャフトの軸心部に、組立用のシャフト状の治具が装着される治具取付穴を軸方向に設ける一方、上記フライホイール及びロータシャフトの各軸心部に、上記治具が通されるガイド穴を設けるのが望ましい(請求項３)。
こうすれば、治具とガイド穴のガイド作用により、フライホイール及びロータシャフトを、互いの軸心がほぼ一致した状態で軸方向に並置できるため、とくに横置きタイプにおいて組立作業性を高めることができる。
本発明によると、横置きタイプを含めて、クランクシャフトとフライホイール、またはフライホイールとロータシャフトを、互いの芯ずれ量が所謂「締まり嵌め公差」相当の最小値となる状態で連結でき、しかも組立作業性を向上させることができる。
本発明の第１実施形態に係る駆動装置の一部断面側面図である。 同装置におけるクランクシャフト、フライホイール、ロータシャフトの連結部分を示す拡大図である。 上記三者の連結状況を説明するために図２の丸囲いイ部分をさらに拡大した図である。 本発明の第２実施形態を示す図２相当図である。 本発明の第３実施形態を示す図２相当図である。 本発明の第４実施形態を示す図３相当図である。 本発明の第５実施形態を示す図２相当図である。 上記三者の組立手段の一例を示す図２相当図である。
第１実施形態(図１〜図３参照)
図１はエンジン(エンジンハウジングのみを示す)１と、発電電動機２と、油圧ポンプ(ポンプハウジングのみを示す)３の連結構造を示す。
エンジン１の出力軸であるクランクシャフト４と、フライホイール５と、発電電動機２のロータシャフト６、それに油圧ポンプ３のポンプシャフト７が軸方向(水平)に並んで配置され、クランクシャフト４とフライホイール５、及びフライホイール５とロータシャフト６が、それぞれ電動機ハウジング８内で複数本の第１、第２連結ボルト９，１０によって連結される。
また、ロータシャフト６とポンプシャフト７は、カップリング１１を介してスプライン結合される。
図中、１２はロータシャフト６の外周に設けられたロータコア、１３はステータコア、１４はステータコイルである。
クランクシャフト４とフライホイール５、及びフライホイール５とロータシャフト６の連結構造を詳しく説明する。
クランクシャフト４とフライホイール５は、図２及び図３の左側に示すように、相対向する端面であるフランジ面４ａ，５ａがクリアランスＣ１を置いて対向する状態で軸方向に並んで配置され、この状態で第１連結ボルト９が締め込まれることにより、図３の右側に示すようにフランジ面４ａ，５ａ同士が密着する(クリアランスＣ１が０になる)状態で両者が連結される。
フライホイール５とロータシャフト６も同様に、互いのフランジ面５ｂ，６ａがクリアランスＣ２を置いて対向する状態で軸方向に並んで並置され、この状態で第２連結ボルト１０が締め込まれることにより、図３の右側に示すようにフランジ面５ｂ，６ａ同士が密着する(クリアランスＣ２が０になる)状態で両者が連結される。
ここで、クランクシャフト４のフランジ面４ａ、及びロータシャフト６のフランジ面６ａにおける外径側の端部に先すぼまりのテーパ面１５，１６、フライホイール５の両側フランジ面５ａ，５ｂにテーパ面１５，１６に向けて突出する突起１７，１８(いずれも図２，３のみに符号を付す)がそれぞれの軸心(図２では一致したものとして単一符号「Ｏ」で示す)を中心として全周に亘って設けられている。
このテーパ面１５，１６と突起１７，１８は、ボルト締め込み前は、図２及び図３の左側に示すように接触しただけの状態にあり、ボルト締め込み力により、図３の右側に示すように互いのフランジ面４ａ，５ａ及び５ｂ，６ａが密着するまで突起１７，１８がテーパ面１５，１６に沿って外周側に弾性変形して芯合わせ作用を行う。
この弾性変形を伴う芯合わせ作用により、クランクシャフト４とフライホイール５、及びフライホイール５とロータシャフト６の嵌め合い公差を、それぞれインロー加工等による「すきま嵌め」相当から「締まり嵌め」相当まで縮小し、クランクシャフト４とフライホイール５、及びフライホイール５とロータシャフト６をいずれも高精度に芯合わせすることができる。
このため、高速回転時の軸振動を抑制することができる。
しかも、テーパ面１５，１６と突起１７，１８による調芯作用によって自動的に芯合わせできるため、芯ずれ量を抑えるためにインローによる嵌め合い代をシビアにしたり、位置決めピンを併用したりする場合と比較して、クランクシャフト４(エンジン１)、フライホイール５、ロータシャフト６(発電電動機２)の組立作業性を格段に向上させることができる。
第２〜第５実施形態(図４〜図７参照)
以下の各実施形態では第１実施形態との相違点のみを説明する。
図４に示す第２実施形態においては、テーパ面１５，１６と突起１７，１８の位置関係が第１実施形態と逆になっている。
すなわち、テーパ面１５，１６がフライホイール５の両側フランジ面５ａ，５ｂに、突起１７，１８がクランクシャフト４及びロータシャフト６のフランジ面４ａ，６ａにそれぞれ設けられている。
図５に示す第３実施形態においては、テーパ面１５，１６及び突起１７，１８が内周側に設けられている。
なお、図５ではフライホイール５にテーパ面１５，１６、クランクシャフト４及びロータシャフト６に突起１７，１８を設けた場合を例示しているが、第１実施形態のようにクランクシャフト４及びロータシャフト６にテーパ面１５，１６、フライホイール５に突起１７，１８を設ける場合にも同様に適用することができる。
図６に示す第４実施形態においては、フライホイール５とロータシャフト６のフランジ面５ｂ，６ａに、ボルト締め込み時にすきま嵌め公差で嵌合する凹部１９と凸部２０から成るインロー部２１が設けられている。
このようにすきま嵌め公差のインロー構造を併用することにより、インロー部２１を芯合わせのガイドにすることができるため、組立作業性をさらに向上させることができる。
なお、図では凹部１９をフライホイール側、凸部２０をロータシャフト側に設けた場合を例示しているが、これらの位置関係を逆にしてもよい。
また、クランクシャフト４とフライホイール５の連結部分についても同様のインロー構造を併用することができる(図７参照)。
図７に示す第５実施形態においては、インロー部２１を併用する構成を前提として、テーパ面１５，１６と突起１７，１８によるテーパ嵌合部とインロー部２１が外周側と内周側とに分けて設けられている。
この場合、図示のようにテーパ嵌合部を外周側、インロー部２１を内周側にしてもよいし、逆にしてもよい。
ところで、とくに横置きタイプにおいて組立作業性をさらに良くするために、図８に示す手段をとることができる。
ここでは第１実施形態の構成を例示している。
すなわち、クランクシャフト４の軸心部に治具取付穴２２、フライホイール５及びロータシャフト６の軸心部にガイド穴２３，２４をそれぞれ軸方向に設け、シャフト状の治具２５を治具取付穴２２によりクランクシャフト４の軸心部から外向き水平に突出して取付けた状態で、この治具２５に対しフライホイール５及びロータシャフト６をそれぞれのガイド穴２３，２４により順次嵌め込んで軸方向に並置する。
こうすれば、フライホイール５及びロータシャフト６を、互いの軸心がほぼ一致した状態で簡単に組立準備位置にセットできるため、とくに横置きタイプの組立作業性を高めることができる。
なお、治具取付穴２２及びフライホイール５のガイド穴２３，２４はねじ穴としてもよいし、単なる穴としてもよい。
あるいは、ロータシャフト６のガイド穴２４のみをねじ穴とする一方、治具２５に雄ねじを設け、治具２５を回転させてロータシャフト６を軸方向移動させるようにしてもよい。
こうすれば、ロータコア１２に永久磁石が内蔵されたものにおいて、ロータシャフト６を永久磁石の影響を受けずに組立準備位置にスムーズにセットすることができる。
ところで、上記各実施形態では、クランクシャフト４とフライホイール５、フライホイール５とロータシャフト６の両連結部についてテーパ嵌合構造をとったが、一方の連結部のみにテーパ嵌合構造を採用してもよい。
また、本発明はハイブリッドショベルに限らず、エンジンと発電電動機が同軸上で連結されるハイブリッド建設機械に広く適用することができる。
１ エンジン
２ 発電電動機
４ クランクシャフト
４ａ クランクシャフトのフランジ面
５ フライホイール
５ａ，５ｂ フライホイールのフランジ面
６ ロータシャフト
６ａ ロータシャフトのフランジ面
Ｃ１，Ｃ２ クリアランス
９ クランクシャフトとフライホイールの連結ボルト
１０ フライホイールとロータシャフトの連結ボルト
１５，１６ テーパ面
１７，１８ 突起
１９ インロー部を構成する凹部
２０ 同、凸部
２１ インロー部
２２ 治具取付穴
２３ ガイド穴
２４ ガイド穴
２５ 治具

Claims (3)

  1. エンジンのクランクシャフトとフライホイール、及び上記フライホイールと発電電動機のロータシャフトが、それぞれ互いのフランジ面が相対向する状態で軸方向に並んで連結されるハイブリッド建設機械の駆動装置において、上記クランクシャフトとフライホイールの連結部分、及び上記フライホイールとロータシャフトの連結部分のうち少なくとも一つの連結部分について設けられる連結用のボルトを備え、当該連結部分において互いに連結される二者のうち一方の上記フランジ面の外径側の端部に先すぼまりのテーパ面が全周に亘って設けられ、他方のフランジ面に上記テーパ面に向けて突出する突起が全周に亘って設けられ、上記連結用のボルトは、上記テーパ面と上記突起とが接触した状態で締め込まれて上記二者を連結し、上記突起は、上記連結用のボルトの締め込み力により上記二者のフランジ面間に形成されるクリアランスが０となるように当該フランジ面同士が密着するまで上記テーパ面に沿って外周側に弾性変形することを特徴とするハイブリッド建設機械の駆動装置。
  2. 上記連結される二者のフランジ面に、すきま嵌め公差で嵌合する凹部と凸部から成るインロー部を設けたことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド建設機械の駆動装置。
  3. 上記クランクシャフトの軸心部に、組立用のシャフト状の治具が装着される治具取付穴を軸方向に設ける一方、上記フライホイール及びロータシャフトの各軸心部に、上記治具が通されるガイド穴を設け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建設機械の駆動装置。
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