JP6820051B2 - モータ冷却装置 - Google Patents
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Description
油圧系回路は、油圧アクチュエータと、油圧アクチュエータを制御する制御弁と、ポンプ装置とを有する。ポンプ装置は、メインポンプとパイロットポンプとを含む。メインポンプは、油圧アクチュエータに対して制御弁を介して給排される作動油を吐出する。パイロットポンプは、制御弁の位置を切り替えるパイロット信号用の作動油を吐出する。即ち、メインポンプ及びパイロットポンプは、油圧アクチュエータのために使用される作動油を吐出するアクチュエータ用ポンプである。
また、前記モータを駆動するインバータを備え、前記第1管路は、前記作動油タンクと前記冷却用ポンプとを接続する第1接続管路と、前記冷却用ポンプと前記モータとを接続する第2接続管路とを有し、前記インバータは、前記第2接続管路に設けられていて該第2接続管路を流れる作動油により冷却される。
また、モータ冷却装置は、油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータのために使用される作動油を吐出するアクチュエータ用ポンプと、作動油を貯留する作動油タンクとを有する油圧系回路と、モータと、前記油圧系回路で使用される作動油を冷媒として前記モータを冷却する冷却系回路と、を備え、前記油圧系回路は、前記油圧アクチュエータから前記作動油タンクに戻る作動油を冷却する第1冷却機を有し、前記冷却系回路は、前記作動油タンクと前記モータとを接続する第1管路と、前記第1管路に設けられていて、前記作動油タンク内の作動油を吸い込んでモータ側へ吐出すると共に作動油を当該冷却系回路内に循環させる油圧ポンプであって、前記アクチュエータ用ポンプとは異なる冷却用ポンプと、前記モータを冷却した後の作動油を前記第1管路に戻す第2管路と、前記第2管路に設けられていて、前記冷媒としての作動油を冷却する第2冷却機と、前記第1冷却機で冷却した作動油によって前記モータの除熱を行う状態と、前記第2冷却機で冷却した作動油によって前記モータの除熱を行う状態とに作動油の流通経路を切り替える切替弁と、を有する。
また、前記冷却系回路は、前記第1冷却機で冷却された後の作動油を前記モータに流す第1管路と、前記モータを冷却した後の作動油を前記第1管路に戻す管路であって、前記第2冷却機が設けられた第2管路と、前記第2管路における前記第2冷却機の上流側で前記モータを冷却した後の作動油を前記作動油タンク側へ流す第3管路と、を有し、前記切替弁は、前記第1冷却機で冷却された後の作動油の温度が設定温度以下の場合は、前記第2冷却機への作動油の流通を遮断すると共に前記第3管路の作動油の流通を許容し、前記第1冷却機で冷却された後の作動油の温度が設定温度を超える場合は、前記第2冷却機への作動油の流通を許容すると共に前記第3管路の作動油の流通を遮断する。
また、前記温度センサは、前記作動油タンク内の作動油の温度を検出する。
また、前記切替弁は、第3管路の作動油の流通を許容及び遮断する第1弁と、前記第2冷却機への作動油の流通を許容及び遮断する第2弁とを有していてもよい。
また、前記モータを駆動するインバータを備え、前記冷却系回路は、前記インバータを冷却してもよい。
図5は、本実施形態に係るモータ冷却装置36(図1参照)が搭載される機械の一例を示す作業機1を示している。本実施形態では、作業機1は、トラックローダ(コンパクトトラックローダ)を例示している。モータ冷却装置36が搭載される機械はトラックローダに限定されない。即ち、モータ冷却装置36は、例えば、自動車や、農業機械、建設機械、UV(ユーティリティビークル)、エンジン発電機等の産業機械、その他のモータを搭載した各種機械に適用される。より具体的には、モータ冷却装置36が搭載される機械としては、トラクタ、スキッドステアローダ、ホイールローダ、バックホー等であってもよい。
図5に示すように、作業機1は機体2を有する。この機体2の上部であって前部には、キャビン5が搭載されている。キャビン5内には運転席13が設けられている。キャビン5の後部は、機体2に横軸(前後方向に直交する水平方向に延伸する軸)回りに揺動自在に支持されている。キャビン5の前部は、機体2の前部に載置可能となっている。
ブーム22Lは、機体2の左に配置されている。ブーム22Rは、機体2の右に配置されている。ブーム22Lとブーム22Rとは、連結体によって相互に連結されている。ブーム22L及びブーム22Rは、リフトリンク24及び制御リリンク25によって機体2に上下動可能に支持されている。ブーム22L及びブーム22Rの基部側と機体2の後下部との間には、複動式の油圧シリンダ(油圧アクチュエータ)からなるリフトシリンダ26が設けられている。2つのリフトシリンダ26を同時に伸縮させることによりブーム22L及びブーム22Rが上下に揺動する。ブーム22L及びブーム22Rの先端側には、それぞれ装着ブラケット27が横軸回りに回動自在に枢支されている。左及び右に設けられた装着ブラケット27にバケット23の背面側が取り付けられている。
バケット23は、装着ブラケット27に対して着脱自在とされている。また、バケット23を取り外して装着ブラケット27に各種の油圧アタッチメントを取り付けることができる。油圧アタッチメントを装着することにより、作業機1は、掘削以外の各種の作業(又は他の掘削作業)を行えるように構成されている。
図5に示すように、機体2には、走行装置4、作業装置3等を駆動させるための駆動装
置31が搭載されている。駆動装置31は、内燃機関32と、モータ33と、ポンプ装置34とを有する。
モータ33は、ポンプ装置34を駆動する電動機として機能、又は内燃機関32の動力によって発電する発電機(ジェネレータ)として機能するモータ・ジェネレータである。モータ33は、内燃機関32の前部に固定され、第2マウント機構38(防振機構)によって機体2に支持されて防振される(図1参照)。
モータ33は、内燃機関32に固定されたハウジング33Aと、ハウジング33A内に収容されたモータ本体33Bとを有する。モータ本体33Bは、回転可能なロータ(回転子)と、ロータを回転させるための力を発生させるステータ(固定子)とを有する。なお、モータ33は、ポンプ装置34以外の装置を駆動するものであってもよい。
ポンプ装置34は、本実施形態では、複数の油圧ポンプで構成されている。具体的には、ポンプ装置34は、HSTポンプ39と、メインポンプ40と、サブポンプ41と、パイロットポンプ42とを含む。なお、ポンプ装置34は、単一の油圧ポンプで構成されていてもよい。
作業機1は、図1に示すハイブリッドシステム43を備えている。本実施形態のハイブリッドシステム43は、パラレル式のハイブリッドシステム43である。
水冷装置44は、内燃機関32を冷却する装置である。水冷装置44は、ラジエータ47と、内燃機関32によって駆動されてラジエータ47を冷却するラジエータファン48と、冷媒を内燃機関32のウォータジャケットからラジエータ47へ送る送り水路49と、冷媒をラジエータ47からウォータジャケットに戻す戻り水路50とを有する。
ている。油圧系回路45と冷却系回路46とは、パラレルに設けられている。
図1、図2に示すように、油圧系回路45は、作動油タンク52を有する。作動油タンク52は、作動油を貯留するタンクである。
また、油圧系回路45は、ポンプ装置34と、コントロールバルブ53とを有する。図例では、油圧系回路45は、メインポンプ40の油圧系統を示している。メインポンプ40の吸引ポート40a(作動油を吸い込むポート)は、サクション油路54を介して作動油タンク52に接続されている。即ち、メインポンプ40は、作動油タンク52内の作動油を吸い込んで吐出する。メインポンプ40の吐出ポート40b(作動油を吐出するポート)から吐出された作動油は、メイン油路55に流れる。メイン油路55は、メインポンプ40からコントロールバルブ53に至ると共にコントロールバルブ53を通って作動油タンク52に連通するドレン油路56に接続されている。
第1管路63は、作動油タンク52と冷却ジャケット51(モータ33)とを接続する油路である。この第1管路63によって、作動油タンク52内の作動油を冷媒として冷却ジャケット51へ流すことが可能とされている。また、冷却系回路46は、作動油タンク52を有し、作動油タンク52は、油圧系回路45と冷却系回路46とに共有されている。
モータ33からの動力によって駆動されてもよいし、電気で駆動される電動式油圧ポンプであってもよい。
第2管路64は、第3接続管路64aと、第4接続管路64bとを有する。第3接続管路64aは、冷却ジャケット51(モータ33)と第2冷却機69とを接続している。第4接続管路64bは、第2冷却機69と第1接続管路63aとを接続している(第2冷却機69と、第1管路63における作動油タンク52と冷却用ポンプ66との間とを接続している)。
即ち、油圧系回路45の作動油の温度が低い場合には、第2冷却機69を使用しないで、第1冷却機62で冷却した作動油でモータ33の冷却を行う。また、油圧系回路45の作動油の温度が高くなると、冷却系回路46の作動油の流通経路を切り替えて、第2冷却機69で冷却した作動油でモータ33の冷却を行う。
切替弁71は、第1弁72と、第2弁73とを有する。第1弁72は、第3管路65に設けられている。この第1弁72は、第3管路65の作動油の流通を許容する状態と遮断する状態とに切換可能である。第2弁73は、第2管路64における接続部と第2冷却機69との間に設けられている。この第2弁73は、第2冷却機69への作動油の流通を許容する状態と遮断する状態とに切換可能である。第1弁72及び第2弁73は、例えば、
電磁弁で構成され、電気信号により開閉操作される。
また、モータ冷却装置36は、コントローラ75を備えている。コントローラ75には、冷却ファン69B(第2冷却機69)、切替弁71(第1弁72及び第2弁73)、温度センサ74が接続されている。冷却ファン69Bは、コントローラ75によって制御される。また、温度センサ74で検出した作動油の検出温度は、コントローラ75に入力される。また、切替弁71(第1弁72及び第2弁73)は、コントローラ75によって制御される。
油圧系回路45で許容される作動油の上限温度(第1温度という)と、冷却系回路46で許容される作動油の上限温度(第2温度という)とは異なる。第1温度より第2温度が低い。第1温度としては、例えば、100°C程度まで許容される。また、第2温度としては、例えば、60°C程度までである。
図3Aは、第1状態を示している。冷媒としての作動油の流通経路は、太線及び矢印A1で示す。この第1状態は、温度センサ74の検出温度が設定温度以下の場合である。また、第1状態では、コントローラ75は、切替弁71に制御信号を送り、第1弁72を開くと共に第2弁73を閉じるよう切替弁71を制御する。即ち、第2冷却機69への作動油の流通を遮断すると共に第3管路65の作動油の流通を許容する。
。冷却ジャケット51に流入した作動油は、冷却ジャケット51内の冷媒流通路を流通する間に、モータ33との間で熱交換を行ってモータ33を冷却する。モータ33を冷却した後の作動油は、第2管路64(第3接続管路64a)へ流出する。冷却ジャケット51から第2管路64に流出した作動油は、接続部70から第3管路65に流入する。第3管路65に流入した作動油は、開いている第1弁72を通過して作動油タンク52に流れる(戻る)また、第2弁73が閉じられていることから、第3接続管路64aを流れる作動油は、第2冷却機69には流れない。
一方、油圧系回路45においては、作動油タンク52内の作動油は、メインポンプ40によって吸い込まれてメイン油路55に吐出され、このメインポンプ40から吐出された作動油は第1冷却機62によって冷却されて作動油タンク52に戻る。
また、第1状態では、第1冷却機62によって冷却された作動油がモータ33及びインバータ67を冷却する冷媒として使用される。即ち、第1状態では、第1冷却機62で冷却した作動油によってモータ33及びインバータ67の除熱を行う。
以上のように、第2状態では、第2冷却機69によって冷却系回路46に使用される作
動油の冷却が行われ、且つこの第2冷却機69による作動油の冷却は、油圧系回路45に使用される作動油の冷却とは独立して行われる。言い換えれば、第2状態では、第2冷却機69によって冷却された作動油がモータ33及びインバータ67を冷却する冷媒として使用される。即ち、第2状態では、第2冷却機69で冷却した作動油によってモータ33及びインバータ67の除熱を行う。
また、図4Bは、温度センサ74を設けた変形例である。図4Bに示すように、第2戻り油路56bを流れる温度を検出してもよい。温度センサ74は、第1冷却機62で冷却された後の作動油の温度を検出するものであればよい。
また、油圧系回路45は、作動油を貯留する作動油タンク52を有し、冷却系回路46は、作動油タンク52とモータ33とを接続する第1管路63を有し、冷却用ポンプ66は、第1管路63に設けられていて、作動油タンク52内の作動油を吸い込んでモータ33側へ吐出する。
防止することができる。
また、モータ33を駆動するインバータ67を備え、第1管路63は、作動油タンク52と冷却用ポンプ66とを接続する第1接続管路63aと、冷却用ポンプ66とモータ33とを接続する第2接続管路63bとを有し、インバータ67は、第2接続管路63bに設けられていて該第2接続管路63bを流れる作動油により冷却される。
また、油圧系回路45は、油圧アクチュエータから作動油タンク52に戻る作動油を冷却する第1冷却機62を有し、冷却系回路46は、モータ33を冷却した後の作動油を第1接続管路63aに戻す第2管路64と、第2管路64に設けられていて、冷媒としての作動油を冷却する第2冷却機69と、第1冷却機62で冷却した作動油によってモータ33の除熱を行う状態と、第2冷却機69で冷却した作動油によってモータ33の除熱を行う状態とに作動油の流通経路を切り替える切替弁71と、を有する。
また、冷却系回路46は、第2管路64における第2冷却機69の上流側でモータ33を冷却した後の作動油を作動油タンク52側へ流す第3管路65を有し、切替弁71は、第1冷却機62で冷却した作動油によってモータ33の除熱を行う場合は、第2冷却機69への作動油の流通を遮断すると共に第3管路65の作動油の流通を許容し、第2冷却機69で冷却した作動油によってモータ33の除熱を行う場合は、第2冷却機69への作動油の流通を許容すると共に第3管路65の作動油の流通を遮断する。
また、本実施形態のモータ33の冷却装置は、作動油を貯留する作動油タンク52と、作動油タンク52内の作動油を吸い込んで吐出するアクチュエータ用ポンプ40と、アクチュエータ用ポンプ40から吐出した作動油によって作動する油圧アクチュエータと、油圧アクチュエータから作動油タンク52に戻る作動油を冷却する第1冷却機62とを有する油圧系回路45と、モータ33と、油圧系回路45で使用される作動油を冷媒としてモータ33を冷却する冷却系回路46と、を備え、冷却系回路46は、冷媒としての作動油を冷却する第2冷却機69と、第1冷却機62で冷却した作動油によってモータ33の除熱を行う状態と、第2冷却機69で冷却した作動油によってモータ33の除熱を行う状態とに作動油の流通経路を切り替える切替弁71と、を有する。
また、コントローラ75と、第1冷却機62で冷却された後の作動油の温度を検出する温度センサ74と、を備え、コントローラ75は、温度センサ74の検出温度が設定温度以下の場合は第1冷却機62で冷却した作動油によってモータ33の除熱を行う状態に作動油の流通経路を切り替え、温度センサ74の検出温度が設定温度を超える場合は第2冷却機69で冷却した作動油によってモータ33の除熱を行う状態に作動油の流通経路を切り替える。
また、コントローラ75を備え、第2冷却機69は、作動油を流通させる熱交換器69Aと、熱交換器69Aを冷却する冷却ファン69Bとを有し、コントローラ75は、第2冷却機69を使用するときに冷却ファン69Bを駆動し、第2冷却機69を使用しないと
きに冷却ファン69Bを停止させる。
また、冷却系回路46は、第1冷却機62で冷却された後の作動油をモータ33に流す第1管路63と、モータ33を冷却した後の作動油を第1管路63に戻す管路であって、第2冷却機69が設けられた第2管路64と、第2管路64における第2冷却機69の上流側でモータ33を冷却した後の作動油を作動油タンク52側へ流す第3管路65と、を有し、切替弁71は、第1冷却機62で冷却された後の作動油の温度が設定温度以下の場合は、第2冷却機69への作動油の流通を遮断すると共に第3管路65の作動油の流通を許容し、第1冷却機62で冷却された後の作動油の温度が設定温度を超える場合は、第2冷却機69への作動油の流通を許容すると共に第3管路65の作動油の流通を遮断する。
また、第3管路65の下流側は、作動油タンク52に接続されている。
この構成によれば、回路構成の簡素化を図ることができる。
この構成によれば、安定した温度検出を行うことができる。
また、切替弁71は、第3管路65の作動油の流通を許容及び遮断する第1弁72と、第2冷却機69への作動油の流通を許容及び遮断する第2弁73とを有する。
この構成によれば、切替弁71を第1弁72と第2弁73とを有して構成することにより、冷却系回路46を構成する管路の配置設計の自由度を高くすることができる。
この構成によれば、1つの冷却系回路46によってモータ33及びインバータ67を冷却することができ、モータ33及びインバータ67の冷却構造の簡素化を図ることができる。
28 油圧アクチュエータ(チルトシリンダ)
33 モータ
40 アクチュエータ用ポンプ(メインポンプ)
45 油圧系回路
46 冷却系回路
52 作動油タンク
60 油圧アクチュエータ
62 第1冷却機
63 第1管路
63a 第1接続管路
63b 第2接続管路
64 第2管路
65 第3管路
66 冷却用ポンプ
67 インバータ
69 第2冷却機
69A 熱交換器
69B 冷却ファン
71 切替弁
72 第1弁
73 第2弁
74 温度センサ
75 コントローラ
Claims (14)
- 油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータのために使用される作動油を吐出するアクチュエータ用ポンプと、作動油を貯留する作動油タンクと、前記油圧アクチュエータから前記作動油タンクに戻る作動油を冷却する第1冷却機とを有する油圧系回路と、
モータと、
前記油圧系回路で使用される作動油を冷媒として前記モータを冷却する冷却系回路と、
を備え、
前記冷却系回路は、
作動油を当該冷却系回路内に循環させる油圧ポンプであって、前記アクチュエータ用ポンプとは異なる冷却用ポンプと、
前記冷媒としての作動油を冷却する第2冷却機と、
前記モータを冷却した後の作動油を前記第2冷却機へ流さずに前記作動油タンクに戻す経路と、前記作動油タンクに戻さずに前記第2冷却機へ流す経路とに作動油の流通経路を切り替える切替弁と、を有するモータ冷却装置。 - 前記冷却系回路は、前記作動油タンクと前記モータとを接続する第1管路を有し、
前記冷却用ポンプは、前記第1管路に設けられていて、作動油タンク内の作動油を吸い込んでモータ側へ吐出する請求項1に記載のモータ冷却装置。 - 前記モータを駆動するインバータを備え、
前記第1管路は、前記作動油タンクと前記冷却用ポンプとを接続する第1接続管路と、前記冷却用ポンプと前記モータとを接続する第2接続管路とを有し、
前記インバータは、前記第2接続管路に設けられていて該第2接続管路を流れる作動油により冷却される請求項2に記載のモータ冷却装置。 - 前記冷却系回路は、
前記モータを冷却した後の作動油を前記第1管路に戻す管路であって前記第2冷却機が設けられた第2管路と、
前記第2管路における前記第2冷却機の上流側で前記モータを冷却した後の作動油を前記作動油タンク側へ流す第3管路とを有している請求項2または3に記載のモータ冷却装置。 - 油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータのために使用される作動油を吐出するアクチュエータ用ポンプと、作動油を貯留する作動油タンクとを有する油圧系回路と、
モータと、
前記油圧系回路で使用される作動油を冷媒として前記モータを冷却する冷却系回路と、
を備え、
前記油圧系回路は、前記油圧アクチュエータから前記作動油タンクに戻る作動油を冷却する第1冷却機を有し、
前記冷却系回路は、
前記作動油タンクと前記モータとを接続する第1管路と、
前記第1管路に設けられていて、前記作動油タンク内の作動油を吸い込んでモータ側へ吐出すると共に作動油を当該冷却系回路内に循環させる油圧ポンプであって、前記アクチュエータ用ポンプとは異なる冷却用ポンプと、
前記モータを冷却した後の作動油を前記第1管路に戻す第2管路と、
前記第2管路に設けられていて、前記冷媒としての作動油を冷却する第2冷却機と、
前記第1冷却機で冷却した作動油によって前記モータの除熱を行う状態と、前記第2冷却機で冷却した作動油によって前記モータの除熱を行う状態とに作動油の流通経路を切り替える切替弁と、を有するモータ冷却装置。 - 前記冷却系回路は、前記第2管路における前記第2冷却機の上流側で前記モータを冷却した後の作動油を前記作動油タンク側へ流す第3管路を有し、
前記切替弁は、
前記第1冷却機で冷却した作動油によって前記モータの除熱を行う場合は、前記第2冷却機への作動油の流通を遮断すると共に前記第3管路の作動油の流通を許容し、
前記第2冷却機で冷却した作動油によって前記モータの除熱を行う場合は、前記第2冷却機への作動油の流通を許容すると共に前記第3管路の作動油の流通を遮断する請求項5に記載のモータ冷却装置。 - 作動油を貯留する作動油タンクと、前記作動油タンク内の作動油を吸い込んで吐出するアクチュエータ用ポンプと、前記アクチュエータ用ポンプから吐出した作動油によって作動する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータから作動油タンクに戻る作動油を冷却する第1冷却機とを有する油圧系回路と、
モータと、
前記油圧系回路で使用される作動油を冷媒として前記モータを冷却する冷却系回路と、
を備え、
前記冷却系回路は、
前記冷媒としての作動油を冷却する第2冷却機と、
前記第1冷却機で冷却した作動油によって前記モータの除熱を行う状態と、前記第2冷却機で冷却した作動油によって前記モータの除熱を行う状態とに作動油の流通経路を切り替える切替弁と、を有するモータ冷却装置。 - コントローラと、
前記第1冷却機で冷却した後の作動油の温度を検出する温度センサと、
を備え、
前記コントローラは、前記温度センサの検出温度が設定温度以下の場合は前記第1冷却機で冷却した作動油によって前記モータの除熱を行う状態に作動油の流通経路を切り替え、前記温度センサの検出温度が設定温度を超える場合は前記第2冷却機で冷却した作動油によって前記モータの除熱を行う状態に作動油の流通経路を切り替える請求項5〜7のいずれか1項に記載のモータ冷却装置。 - コントローラを備え、
前記第2冷却機は、作動油を流通させる熱交換器と、前記熱交換器を冷却する冷却ファンとを有し、
前記コントローラは、前記第2冷却機を使用するときに前記冷却ファンを駆動し、前記第2冷却機を使用しないときに前記冷却ファンを停止させる請求項1〜8のいずれか1項に記載のモータ冷却装置。 - 前記冷却系回路は、
前記第1冷却機で冷却された後の作動油を前記モータに流す第1管路と、
前記モータを冷却した後の作動油を前記第1管路に戻す管路であって、前記第2冷却機が設けられた第2管路と、
前記第2管路における前記第2冷却機の上流側で前記モータを冷却した後の作動油を前記作動油タンク側へ流す第3管路と、
を有し、
前記切替弁は、
前記第1冷却機で冷却された後の作動油の温度が設定温度以下の場合は、前記第2冷却機への作動油の流通を遮断すると共に前記第3管路の作動油の流通を許容し、
前記第1冷却機で冷却された後の作動油の温度が設定温度を超える場合は、前記第2冷却機への作動油の流通を許容すると共に前記第3管路の作動油の流通を遮断する請求項7に記載のモータ冷却装置。 - 前記第3管路の下流側は、作動油タンクに接続されている請求項4、6又は10に記載のモータ冷却装置。
- 前記温度センサは、前記作動油タンク内の作動油の温度を検出する請求項8に記載のモータ冷却装置。
- 前記切替弁は、第3管路の作動油の流通を許容及び遮断する第1弁と、前記第2冷却機への作動油の流通を許容及び遮断する第2弁とを有する請求項4、6、10又は11に記載のモータ冷却装置。
- 前記モータを駆動するインバータを備え、
前記冷却系回路は、前記インバータを冷却する請求項5〜13のいずれか1項に記載のモータ冷却装置。
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