JP5869823B2 - 電気油圧ハイブリッドモータ及び電気油圧ハイブリッドモータを搭載した建設機械 - Google Patents
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Description
本発明は、電動機と油圧モータが連結されて構成される電気油圧ハイブリッドモータに係り、特に電動機の冷却に関するものである。
建設機械或いは農業機械などの作業機械における駆動装置の省エネルギ対策の一つとして、エネルギ回生方法が提案されている。具体的には、従来では熱として排出していたエネルギ、例えば油圧ショベルの旋回停止時の慣性エネルギ、或いはまたクレーン装置における巻下げ時の位置エネルギ等を電気エネルギに変換蓄積し、起動時に再利用する方法であり、この種の作業機械においては一般的となりつつある。このようなエネルギ回生を目的とした従来技術を特許文献１に示す。
特許文献１では、建設機械車両の旋回駆動を行う電動機について記載されており、ステータの冷却を外部に設置されたポンプによる冷却水の循環で行われている。一方、ロータの冷却を軸端に設置されたポンプによる冷却油の循環で行われている。この冷却水と冷却油は、共に外部に設置された熱交換器により放熱が行われている。
ところで、特許文献１では、ステータとロータの冷却にポンプと熱交換器がそれぞれ２組必要になり、製造コストとランニングコストの両コスト増加および車両レイアウトの複雑化は避けられない。
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、油圧モータと電動機を一軸上に並べて配置し、油圧モータのケース内作動油を用いて電動機を冷却することで、電動機専用の冷却ポンプおよび熱交換器を不要とし、電動機の冷却システムを簡素化することができる電気油圧ハイブリッドモータを提供することを目的とする。
前記目的を達成するための本発明による電気油圧ハイブリッドモータは、油圧モータと電動機を備える電気油圧ハイブリッドモータにおいて、油圧モータのケース内作動油を冷却媒体として電動機を冷却する。
また、前記油圧モータの駆動軸と前記電動機の駆動軸のそれぞれ中心に冷却媒体通過用の通路を設けることを特徴とする。
さらに、前記電動機の外周ケース内に冷却媒体通過用の通路に加え、該駆動軸冷却媒体通過用通路とは別の通路によって前記油圧モータを冷却する冷却媒体通過用通路であって、前記油圧モータの駆動軸と前記電動機の駆動軸の結合部の前記油圧モータ側に設けた油室と軸受を経て、前記電動機側で前記駆動軸冷却媒体通過用通路に結合する冷却媒体通過用通路を設けることを特徴とする。
一方、前記油圧モータの駆動軸と前記電動機の駆動軸は一軸上で連結されることを特徴とする。
その上、前記冷却媒体は、冷却油であることを特徴とする。
加えて、前記冷却媒体は、外部の熱交換器で冷却されることを特徴とする。
前記目的を達成するための本発明による建設機械は、油圧モータと電動機を備える電気油圧ハイブリッドモータにおいて、油圧モータのケース内作動油を冷却媒体として電動機を冷却する電気油圧ハイブリッドモータを搭載する。
本発明によれば、油圧モータと電動機を一軸上に並べて配置し、油圧モータのケース内作動油を用いて電動機を冷却することで、電動機専用の冷却ポンプおよび熱交換器を不要とし、電動機の冷却システムを簡素化することができる。
図１乃至図２を用いて、本発明に係る電気油圧ハイブリッドモータの構成について説明する。
図１を用いて本発明に係る電気油圧ハイブリッドモータの第一の実施例について説明する。第一の実施例は、図面上部が油圧モータ２であり、図面下部が電動機４である。
図１において、油圧モータ２は、図面に向かって上端に設けられた端板６と油圧モータハウジング８から構成される。この端板６の下側面の中央には、下向きに突設される固定軸１０が設けられる。この固定軸１０の周囲に第一軸受１２が装着される。第一軸受１２の外周に油圧モータ回転軸１４が回転可能に取り付けられる。油圧モータ回転軸１４上端は、固定軸１０と第一軸受１２を挿入できるように油圧モータ回転軸凹部１６が設けられる。油圧モータ回転軸凹部１６の底面から、油圧モータ回転軸１４の中心部を軸方向に沿って冷却油通路１８が油圧モータ回転軸１４の下端２０まで設けられる。この油圧モータ回転軸１４は、斜板２２の中央孔を貫通しており、油圧モータハウジング８に第二軸受２４で軸支されている。
一方、油圧モータハウジング８はその下端で電動機ハウジング２６と連結される。電動機ハウジング２６の中心には、電動機４の回転軸であるロータシャフト２８が貫通しており、その上部と下部で第三軸受３０と第四軸受３２で回転可能に軸支されている。
ロータシャフト２８の外周に導線を巻きつけたコイルであるステータ２９が設けられている。
第二軸受２４と第三軸受３０の間に第一油室４２が設けられ、第三軸受３０と第１オイルシール４４との間に第二油室３６が設けられている。
ロータシャフト２８は、その上端部に電動機回転軸凹部３４が設けられており、油圧モータ回転軸１４の下端２０と電動機回転軸凹部３４とが一軸上で連結する。電動機回転軸凹部３４の底面から、ロータシャフト２８の中心を貫通する電動機冷却油通路４０がロータシャフト２８の下端まで設けられる。
他方、電動機回転軸凹部３４の直ぐ下部に横方向に貫通する冷却油通路３８が設けられ、冷却油通路３８は第二油室３６と電動機冷却油通路４０を連結する。電動機冷却油通路４０は、その下端でロータシャフト２８に対して径方向に貫通する冷却油通路４６と連結される。ロータシャフト２８の下部と電動機ハウジング２６との間はオイルシール４８によりシールされる。冷却油通路４６は、電動機ハウジング２６の底部に設けられる冷却油通路５２から、電動機ハウジング２６の側壁内を螺旋状に貫通して冷却油通路５４、冷却油通路５６を経由して、電動機ハウジング２６の側面上部に設けられる冷却油通路開口部５８に連結される。開口部５８は図示されない熱交換器と連結される。
本構成では、油圧モータ２の出力軸を電動機４の出力軸に接続することで、電動機４の出力軸であるロータシャフト２８から油圧モータ２のトルクと電動機４のトルクを合成したトルクが出力される。
以上のように構成した電気油圧ハイブリッドモータの第一の実施例の動作について説明する。
油圧モータ２内の冷却油は、冷却油通路１８を通過して、油圧モータ２内を冷却する。電動機４内の電動機回転軸凹部３４に到達して冷却油通路３８を通過して電動機冷却油通路４０へ向かうものと、油圧モータ回転軸１４の外周から、第二軸受２４を通過し、第一油室４２を通過して電動機４に向かう。ここから、冷却油はロータシャフト２８を冷却する。
第三軸受３０を通過して第二油室３６を通過して、冷却油通路３８を通過して電動機冷却油通路４０へ向かうものとがある。さらに、冷却油は電動機冷却油通路４０から冷却油通路４６を経由し、冷却油通路５２から、電動機ハウジング２６の側壁内を螺旋状に貫通して冷却油通路５４、冷却油通路５６を経由して、電動機ハウジング２６の側面上部に設けられる冷却油通路開口部５８に到達する。その結果、電動機ハウジング２６内の特にステータ２９を冷却する。熱交換器に向かい冷却されて再び、油圧モータ２内に戻る。本経路を通過することで、冷却油は、ステータ２９と接触しないことから、電動機４の回転の障害となることはない。また、たとえ、電気油圧ハイブリッドモータを傾斜させたとしても冷却油が電動機４の回転の障害とはならない。
また、冷却油は油圧モータのケースドレンとして排出されるため、冷却用のポンプは必要とならない。
図２を用いて本発明に係る電気油圧ハイブリッドモータの参考例について説明する。参考例は、図面上部が電動モータ６２であり、図面下部が油圧モータ６４である。
電動機６２は、電動機ハウジング６６と下端側を端板６９とから構成される。電動機ハウジング６６の中央に第五の軸受７０と第六の軸受７２に支持されてロータシャフト７４が回動自在に設けられる。そのロータシャフト７４の外周にコイルであるステータ７５が設けられる。
ロータシャフト７４は、その中央軸方向に電動機冷却油通路７６が貫通する。
電動機冷却油通路７６は、その上端で第五軸受７０で確定される冷却油室７８と連結される。
冷却油室７８は、一方が冷却通路８０と連結され、冷却通路８０は、電動機ハウジング６６の側壁内に設けられる冷却通路８２と連結し、冷却通路８２は同じく電動機ハウジング６６の側壁内に設けられる冷却通路８４と連結し、この冷却通路８４は電動機ハウジング６６内を螺旋状に周回して設けられており、冷却通路８６から途中の冷却通路を通過して冷却通路８８を介して開口部９０へ連結される。開口部９０から図示しない熱交換器へ連結される。
ロータシャフト７４には、軸に対して垂直な方向に冷却油通路９２が貫通して電動機冷却油通路７６と連結する。この冷却油通路９２は、オイルシール９４と第六軸受７２と電動機ハウジング６６で確定される油室９６に連結される。
一方、ロータシャフト７４の底部には、軸方向に窪んだ電動機回転軸凹部９８が設けられる。電動機回転軸凹部９８と冷却油通路９２とが連結される。
この電動機回転軸凹部９８には、油圧モータ６４の軸部である油圧モータ回転軸１００が挿入される。
油圧モータ６４は、端板６８と連結される油圧モータハウジング１０６から構成される。その中心に油圧モータ回転軸１００が、端板６８の中心に設けられる第七軸受１０４と油圧モータハウジング１０６の底部に設けられる第八軸受１０８に回動可能に軸支される。油圧モータ回転軸１００の中心に冷却油を通過させる。
油圧モータ回転軸１００は、中心部を軸方向に沿って冷却油通路１０２が油圧モータ回転軸１００の下端まで設けられる。この油圧モータ回転軸１００は、斜板１１２の中央孔を貫通している。
油圧モータ回転軸１００の下部には、軸に対して垂直方向に貫通する冷却通路１１４が設けられる。冷却通路１１４は、斜板１１２と第八軸受１０８と油圧モータハウジング１０６で確定される油室１１６と連結される。油圧モータ回転軸１００は、油圧モータハウジング１０６とオイルシール１１０で封止される。
本構成では、電動機６２の出力軸を油圧モータ６４の出力軸に接続することで、油圧モータ６４の出力軸から油圧モータ６４のトルクと電動機６２のトルクを合成したトルクが出力される。
以上のように構成した電気油圧ハイブリッドモータの参考例の動作について説明する。
図示されない熱交換器より戻された冷却油は油圧モータ６４の油室１１６から冷却通路１１４を通過して、油圧モータ回転軸１００内の冷却油通路１０２を通過する。その後、ロータシャフト７４内へ移動し、冷却油通路９２内を通過する。このため、ロータシャフト７４が冷却される。さらに、ロータシャフト７４内の電動機冷却油通路７６を通過して、上端部から冷却油室７８を通り、冷却通路８０と冷却通路８２を通過する。その後、油圧モータハウジング１０６内の冷却通路８４、８６、８８を通り、開口部９０より放出する。開口部９０より放出された冷却油は、図示されない熱交換器に送られる。このため、油圧モータハウジング１０６の内側に位置するステータ７５が冷却される。
以上のように動作することで、電動機６２と油圧モータ６４を同一の冷却媒体で冷却でき、冷却油は、ステータ７５と接触しないことから、電動機６２の回転の障害となることはない。また、たとえ、電気油圧ハイブリッドモータを傾斜させたとしても冷却油が電動機６２の回転の障害とはならない。冷却油は油圧モータのケースドレンとして排出されるため、冷却用のポンプは必要とならない。
以上本発明の好適な実施例および参考例について図面により説明したが、当業者であれば、上記の図面および説明に基づいて種々の変形をすることが可能であることはもちろんである。
本発明に係る実施例２の構成図を図３に示す。実施例２は、実施例１で示された電気油圧ハイブリッドモータ１２４を搭載した建設機械である油圧ショベル１２０を示す。
この油圧ショベル１２０は、走行手段としての左・右無限軌道履帯を備えた下部走行体と、この下部走行体上に旋回可能に設けた上部旋回体１２２と、この上部旋回体１２２に俯仰動可能に接続され、ブーム、アーム、バケットからなる多関節型の油圧作業機（フロント装置）と、ブーム、アーム、バケット、上部旋回体１２２、左・右無限軌道履帯をそれぞれ駆動するブーム用油圧シリンダ、アーム用油圧シリンダ、バケット用油圧シリンダ、旋回用電気油圧ハイブリッドモータ１２４、左・右走行用油圧モータとを備えている。
旋回用電気油圧ハイブリッドモータ１２４は、実施例１に記載される油圧モータと電動機とからなる駆動装置である。
本願発明を適用することで油圧モータと電動機を一軸上に並べて配置し、油圧モータのケース内作動油を用いて電動機を冷却することで、電動機専用の冷却ポンプおよび熱交換器を不要とし、電動機の冷却システムを簡素化した電気油圧ハイブリッドモータを搭載した建設機械を提供することが可能になる。
２ 油圧モータ
４ 電動機
６ 端板
８ 油圧モータハウジング
１０ 固定軸
１２ 第一軸受
１４ 油圧モータ回転軸
１６ 油圧モータ回転軸凹部
１８ 冷却油通路
２０ 下端
２２ 斜板
２４ 第二軸受
２６ 電動機ハウジング
２８ ロータシャフト
２９ ステータ
３０ 第三軸受
３２ 第四軸受
３４ 電動機回転軸凹部
３６ 第二油室
３８ 冷却油通路
４０ 電動機冷却油通路
４２ 第一油室
４４ 第１オイルシール
４６ 冷却油通路
４８ オイルシール
５２ 冷却油通路
５４ 冷却油通路
５６ 冷却油通路
５８ 冷却油通路開口部
６２ 電動機
６４ 油圧モータ
６６ 電動機ハウジング
６８ 端板
６９ 端板
７０ 第五軸受
７２ 第六軸受
７４ ロータシャフト
７５ ステータ
７６ 電動機冷却油通路
７８ 冷却油室
８０ 冷却通路
８２ 冷却通路
８４ 冷却通路
８６ 冷却通路
８８ 冷却通路
９０ 開口部
９２ 冷却油通路
９４ オイルシール
９６ 油室
９８ 電動機回転軸凹部
１００ 油圧モータ回転軸
１０２ 冷却油通路
１０４ 第七軸受
１０６ 油圧モータハウジング
１０８ 第八軸受
１１０ オイルシール
１１２ 斜板
１１４ 冷却通路
１１６ 油室
１２０ 油圧ショベル
１２２ 上部旋回体
１２４ 電気油圧ハイブリッドモータ
４ 電動機
６ 端板
８ 油圧モータハウジング
１０ 固定軸
１２ 第一軸受
１４ 油圧モータ回転軸
１６ 油圧モータ回転軸凹部
１８ 冷却油通路
２０ 下端
２２ 斜板
２４ 第二軸受
２６ 電動機ハウジング
２８ ロータシャフト
２９ ステータ
３０ 第三軸受
３２ 第四軸受
３４ 電動機回転軸凹部
３６ 第二油室
３８ 冷却油通路
４０ 電動機冷却油通路
４２ 第一油室
４４ 第１オイルシール
４６ 冷却油通路
４８ オイルシール
５２ 冷却油通路
５４ 冷却油通路
５６ 冷却油通路
５８ 冷却油通路開口部
６２ 電動機
６４ 油圧モータ
６６ 電動機ハウジング
６８ 端板
６９ 端板
７０ 第五軸受
７２ 第六軸受
７４ ロータシャフト
７５ ステータ
７６ 電動機冷却油通路
７８ 冷却油室
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８２ 冷却通路
８４ 冷却通路
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８８ 冷却通路
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９６ 油室
９８ 電動機回転軸凹部
１００ 油圧モータ回転軸
１０２ 冷却油通路
１０４ 第七軸受
１０６ 油圧モータハウジング
１０８ 第八軸受
１１０ オイルシール
１１２ 斜板
１１４ 冷却通路
１１６ 油室
１２０ 油圧ショベル
１２２ 上部旋回体
１２４ 電気油圧ハイブリッドモータ
Claims (5)
- 油圧モータと電動機を備える電気油圧ハイブリッドモータにおいて、油圧モータのケース内作動油を冷却媒体として電動機を冷却するため、
前記油圧モータの駆動軸と前記電動機の駆動軸のそれぞれ中心を貫通した冷却媒体通過用の駆動軸冷却媒体通過用通路に加え、
該駆動軸冷却媒体通過用通路とは別の通路によって前記油圧モータを冷却する冷却媒体通過用通路であって、前記油圧モータの駆動軸と前記電動機の駆動軸の結合部の前記油圧モータ側に設けた油室と軸受を経て、前記電動機側で前記駆動軸冷却媒体通過用通路に結合する冷却媒体通過用通路を備えるとともに、
前記油圧モータの駆動軸と前記電動機の駆動軸が一軸上で連結されている
電気油圧ハイブリッドモータ。 - 前記電動機の外周ケース内に冷却媒体通過用の通路を設けることを特徴とする請求項１に記載の電気油圧ハイブリッドモータ。
- 前記冷却媒体は、冷却油であることを特徴とする請求項１または２に記載の電気油圧ハイブリッドモータ。
- 前記冷却媒体は、外部の熱交換器で冷却されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の電気油圧ハイブリッドモータ。
- 油圧モータと電動機を備える電気油圧ハイブリッドモータにおいて、油圧モータのケース内作動油を冷却媒体として電動機を冷却する請求項１乃至４のいずれか一つに記載の電気油圧ハイブリッドモータを搭載する建設機械。
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| JP5869823B2 true JP5869823B2 (ja) | 2016-02-24 |
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ID=48527214
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