(57)【要約】【課題】ハイブリッド方式の建設機械において、電動機及びドライバ制御器の冷却を合理的に行なうことのできる冷却システムを得る。【解決手段】発電機により発電された電力をバッテリに充電し、ドライバ制御器によって該バッテリの電力を使用して駆動される電動機を備えたハイブリッド建設機械の駆動装置の冷却システムであって、冷却液循環路における発電電動機３６を冷却する冷却流路が、冷却液が流入する側に形成された第１環状流路７０Ｄと、冷却液が流出する側に形成された第２環状流路７０Ｅと、第１、第２環状流路７０Ｄ、７０Ｅとの間に軸方向に沿って複数設けられ、第１環状流路７０Ｄの側から第２環状流路７０Ｅの側に冷却液を流す連結流路７０Ｆとで構成されている。【選択図】図１
2010104130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機により発電された電力をバッテリに充電しドライバ制御器によって該バッテリの電力を使用して駆動される電動機を備えたハイブリット建設機械の駆動装置の冷却システムであって、
冷却液をポンプから送り出し前記ドライバ制御器及び前記電動機を冷却した後、ラジエータにて熱交換し前記ポンプに循環させる冷却液循環路を備え、
前記冷却液循環路における前記電動機を冷却する冷却流路が、冷却液が流入する側に形成された第１の環状流路と、冷却液が流出する側に形成された第２の環状流路と、前記第１、第２の環状流路間に前記電動機の軸方向に沿って複数設けられ、前記第１の環状流路の側から前記第２の環状流路の側に冷却液を流す連結流路とで構成されている
ことを特徴とするハイブリッド建設機械の駆動装置の冷却システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の環状流路に流入する冷却液、及び第２の環状流路から流出する冷却液の少なくとも一方が、前記第１の環状流路又は前記第２の環状流路のほぼ接線方向からそれぞれの環状流路に流入又は流出される
ことを特徴とするハイブリッド建設機械の駆動装置の冷却システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記連結流路の間に当該電動機を駆動するための配線を通す貫通孔が形成されている
ことを特徴とするハイブリッド建設機械の駆動装置の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆるハイブリッド建設機械の駆動装置の冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、エンジン、発電機、バッテリ、ドライバ制御器、ブーム用発電電動機、旋回用発電電動機、走行用発電電動機等の電動機を備え、エンジンを常に効率の良い状態で作動することが可能であり、省エネルギー、低騒音、排ガス低減を図ったハイブリッド建設機械の駆動装置が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２４２２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ハイブリッド建設機械の駆動装置にあっては、専用のラジエータ等の付設されているエンジンのほか、電動機（発電電動機を含む）や、該電動機を駆動するためのインバータや変換器等のドライバ制御器等が「要冷却」の対象となる。ただ、比較するならば、冷却の要求度としては、電動機よりはむしろドライバ制御器の方が高い。
【０００５】
ここで、電動機を冷却するための冷却構造等は、従来多くのものが提案されているが、これらの冷却構造は、いずれも当該電動機単体をより十分に（効果的に）冷却することを主眼としたものであったため、圧力損失が大きい。そのため、このような電動機冷却用の冷却構造にて建設機械の各電動機の冷却を行おうとすると、結果として、より冷却の要求度の高いドライバ制御器の冷却に悪影響が及ぶ恐れがある。これはたとえ、ドライバ制御器を電動機よりも冷却循環路の上流側に配置した場合でも言えることである。
【０００６】
この不具合を回避するために充分大きなポンプを用意し、処理熱容量の大きな冷却液循環路を形成するのはコストの増大及び重量の増大を招き、ハイブリット建設機械の基本理念である省エネルギー化が大きく損なわれる。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、特にハイブリッド方式の建設機械において、電動機及びドライバ制御器の冷却をより合理的に行うことのできる駆動装置の冷却システムを提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、発電機により発電された電力をバッテリに充電しドライバ制御器によって該バッテリの電力を使用して駆動される電動機を備えたハイブリット建設機械の駆動装置の冷却システムであって、冷却液をポンプから送り出し前記ドライバ制御器及び前記電動機を冷却した後、ラジエータにて熱交換し前記ポンプに循環させる冷却液循環路を備え、前記冷却液循環路における前記電動機を冷却する冷却流路が、冷却液が流入する側に形成された第１の環状流路と、冷却液が流出する側に形成された第２の環状流路と、前記第１、第２の環状流路間に前記電動機の軸方向に沿って複数設けられ、前記第１の環状流路の側から前記第２の環状流路の側に冷却液を流す連結流路とで構成されていることにより、上記課題を解決したものである。
【０００９】
本発明では、ハイブリッド建設機械において、特に電動機を、「冷却液が流入する側に形成された第１の環状流路と、冷却液が流出する側に形成された第２の環状流路と、前記第１、第２の環状流路間に軸方向に沿って複数設けられ、前記第１の環状流路の側から前記第２の環状流路の側に冷却液を流す連結流路とで構成された冷却構造」にて冷却する。これにより、電動機における圧力損失を極力低減し、結果として、ドライバ制御器を良好に冷却することができ、ハイブリッド建設機械の駆動装置全体を、コストや重量の増大を招くことなく合理的に冷却することができる。
【発明の効果】
【００１０】
ハイブリッド方式の建設機械において、特にドライバ制御器の冷却を良好に行うことを可能とし、結果として駆動装置全体を合理的に冷却することのできる冷却システムを構築できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下図面に基づいて本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
【００１２】
図４に本発明の実施形態の一例が適用されるハイブリッド方式の油圧ショベル（建設機械）の駆動装置の全体概略構成を示す。
【００１３】
この油圧ショベル（図示略）の駆動装置１０では、エンジン３１に油圧ポンプ３２と発電電動機３０が並列に結合されている。油圧ポンプ３２には公知の作動油タンク４３及び油圧制御器３３が接続され、アーム駆動用の油圧シリンダ３４とバケット駆動用の油圧シリンダ３５が駆動可能な開回路が構成されている。一方、発電電動機３０は発電機として動作しているときに発電した電力（交流）をドライバ制御器２４に給電する。
【００１４】
ドライバ制御器２４は、交流−直流変換器５０、複数のインバータ５２〜５６、ＤＣ−ＤＣコンバータを有する変換器５１、５７及び制御部２２からなる。ドライバ制御器２４は、統括制御器２３の制御の下で、直流−交流変換制御、直流−直流変換制御、及び交流−直流変換制御を行なう。ドライバ制御器２４の制御部２２は、統括制御器２３からの制御指令に基づいて、交流−直流変換器５０及び各インバータ５２〜５６を制御し、ブーム発電電動機３６、旋回発電電動機３７、走行発電電動機３８、３９への供給電力を制御すると共に、各発電電動機３６〜３９の回生電力を制御する。
【００１５】
統括制御器２３は、ブームレバー１６、アームレバー１７、バケットレバー１８、旋回レバー１９及び走行レバー２０の操作出力及び各種センサ（図示略）の出力を受け、ドライバ制御器２４と動力制御器４０に制御信号を送る。動力制御器４０は、油圧ポンプ３２と発電電動機３０の駆動態様を制御する。
【００１６】
なお、ブーム発電電動機３６は、固定容量油圧ポンプモータ２７、２８に連結されており、ブームシリンダ２９を介して図示せぬブームの駆動を行なう。これに対し、旋回発電電動機３７、走行発電電動機３８、３９は、図示せぬ旋回機構及び走行機構を直接駆動する構成とされている。なお、図の符号４１はバッテリ、４２はコンデンサである。バッテリ４１は、各発電電動機３０、３６〜３９から回生される電力を蓄積し、これらの発電電動機３０、３６〜３９がモータとして駆動されるときに必要な電力を供給する。
【００１７】
この実施形態に係る冷却システムでは、冷却液循環路７０上にポンプ７２及びラジエータ７４を備える。冷却液循環路７０は、冷却流路７０Ａを介してドライバ制御器２４に向かい、ドライバ制御器２４を冷却後、冷却流路７０Ｂ１を介して先ず発電電動機３０を冷却し（７０Ｂ１→※１）、次いで冷却流路７０Ｂ２を介して発電電動機３６、３７へと向かい（※１→７０Ｂ２）、更に走行発電電動機３８、３９を経由し、冷却流路７０Ｃを介してラジエータ７４に至り、ポンプ７２に戻るように配設されている。冷却液は、ラジエータ７４での熱交換によって再び冷やされた状態でポンプ７２に環流する。なお、この冷却システムは、エンジンの冷却システム（図示略）とは別系統の冷却システムとして構成されている。但し、必要に応じ両システムを合体させても良い。
【００１８】
冷却液循環路７０中の冷却液は、ドライバ制御器２４を冷却した後、４つもの発電電動機３６〜３９を冷却する必要があるため、１つ１つの発電電動機３６〜３９にて過度の圧損（圧力損失）が生じないように、発電電動機３６〜３９に対しては、図１〜図３に示されるような冷却構造が採用されている。代表としてブーム発電電動機３６を例にとり、その冷却構造に焦点を当てて説明する。他の発電電動機３０、３７〜３９についても、冷却構造自体は基本的にほぼ同様の構成が採られている。
【００１９】
ブーム発電電動機３６（及び発電電動機３０、３７〜３９）の冷却は、冷却液循環路７０の一部である第１、第２環状流路７０Ｄ、７０Ｅ、及び連結流路７０Ｆとで行われる。即ち、ブーム発電電動機３６の冷却流路は、冷却液が流入する側に形成された第１環状流路７０Ｄと、冷却液が流出する側に形成された第２環状流路７０Ｅと、該第１、第２環状流路７０Ｄ、７０Ｅの間に軸方向に沿って複数設けられ、第１環状流路７０Ｄの側から第２環状流路７０Ｅの側に冷却液を流す連結流路７０Ｆとで主に構成されている。
【００２０】
冷却液の流れ込む第１環状流路７０Ｄは、このブーム発電電動機３６の冷却流路の中では最上流側に位置しているため、当該ブーム発電電動機３６の中でより高い冷却性能が要求される側に配置するのが好ましい。この実施形態では、第１環状流路７０Ｄは、レゾルバ（あるいはエンコーダ）８６等のセンサが備えられている側に配置されている。第１環状流路７０Ｄは、モータケーシング８８の端部８８Ａの近傍の内部を一周してリング状に形成されている。図２、図３に示されるように、第１環状流路７０Ｄには、直角エルボで構成される流入口９０が接続されており、該第１環状流路７０Ｄのほぼ接線方向から冷却液が流入されるように構成されている。
【００２１】
第２環状流路７０Ｅは、第１環状流路７０Ｄの軸方向反対側の端部８８Ｂの近傍において、モータケーシング８８の内部を一周してリング状に形成される。図２、図３に示されるように、第２環状流路７０Ｅには直角エルボで構成される流出口９２が接続されており、該第２環状流路７０Ｅのほぼ接線方向から冷却液が流出されるように構成されている。
【００２２】
連結流路７０Ｆは、第１、第２環状流路７０Ｄ、７０Ｅの間に軸方向に沿って複数（この実施形態では１２本）配置されている。この実施形態では、製造の容易性及び圧損を極力低減する目的で、その断面が円形のパイプによって形成されているが、より冷却効率を高めたい場合には、楕円、あるいはより扁平形状の断面を有するパイプで形成するようにしてもよい。
【００２３】
図１及び図３に示されるように、連結流路７０Ｆの間には、当該ブーム発電電動機３６を駆動するための配線を通す貫通孔９３〜９６が計４個（Ｕ相用貫通孔９３、Ｖ相用貫通孔９４、Ｗ相用貫通孔９５、及びサーミスタ用貫通孔９６の計４個）形成されている。
【００２４】
次にこの冷却システムの作用を説明する。
【００２５】
油圧ショベルを運転すると、発電電動機３０、ブーム発電電動機３６、旋回発電電動機３７、あるいは走行発電電動機３８、３９は相応の熱を発生する。又、これらの発電電動機３０、３６〜３９を制御するためのドライバ制御器２４も熱を発生する。これらの機器の冷却は、以下のようにして行なわれる。
【００２６】
ポンプ７２が回転すると、冷却液循環路７０中の冷却液が冷却流路７０Ａを介してドライバ制御器２４に至り、まずドライバ制御器２４を冷却する。その後、冷却液は冷却流路７０Ｂ１を介して発電電動機３０の第１環状流路７０Ｄの流入口９０に至り、該第１環状流路７０Ｄのほぼ接線方向から第１環状流路７０Ｄ内に流入する。従って、流入時の圧損が小さく、冷却液は容易に第１環状流路７０Ｄの全体（全周）に行き渡ることができる。この結果、冷却液は、１２本の連結流路７０Ｆからほぼ均等に第２環状流路７０Ｅに向けて流れる。第２環状流路７０Ｅでは、流出口９２が該第２環状流路７０Ｅの接線方向に配設されているため、第２環状流路７０Ｅに到達した冷却液を円滑に流出させることができ、流出時の圧損も小さい。
【００２７】
第１環状流路７０Ｄの流入、連結流路７０Ｆを介した冷却液の進行、第２環状流路７０Ｅからの流出は、いずれも蛇行、堰止め、行き止まり等の冷却液の流れを妨げる構造（冷却液を長く被冷却機材の付近に滞留させようとする構造）がほとんど存在しないため、流入から流出までの圧損が極めて小さい。しかも、第１、第２環状流路７０Ｄ、７０Ｅがブーム発電電動機３６の端部近傍を一周していることと相まって、連結流路７０Ｆがブーム発電電動機３６の全周を均等に取り囲むように配置されているため、冷却効率が高い。
【００２８】
発電電動機３０の第２環状流路７０Ｅから流出した冷却液は、冷却流路７０Ｂ２を介してブーム発電電動機３６に送られ、同様の作用にて（少ない圧損で）ブーム発電電動機３６の冷却を行ない、更に旋回発電電動機３７、２つの走行発電電動機３８、３９に送られてここでも同様の作用にて（少ない圧損で）それぞれの冷却を行なう。そのため、冷却液循環路７０の最下流に位置する走行発電電動機３９をも良好に冷却することができ、又、冷却液循環路７０全体の圧損が減少することで、結果としてドライバ制御器２４の冷却を十分良好に行うことができる。
【００２９】
発電電動機３９から流出してきた冷却液は、冷却流路７０Ｃを介してラジエータ７４に送られ、ここで熱交換が行なわれて温度が低下され、ポンプ７２によって再び所定の圧力にてドライバ制御器２４へと送り出される。
【００３０】
ここで、一般に、電動機を冷却するための冷却流路がケーシングに形成されていると、該ケーシングの内外を貫通させる必要のある配線スペースの確保が極めて困難になる例が多々見受けられるが、この実施形態に係る連結流路７０Ｆは、直線状で且つ１本１本の間に隙間が存在するため、この隙間を利用してブーム発電電動機３６を駆動するための配線を通す貫通孔（配線スペース）９２〜９６を確保できている。そのため、配線スペースを確保するためだけに軸方向スペースを拡張したりする必要が無く、ブーム発電電動機３６（同様に各発電電動機３７〜３９）の軸方向長さの短縮に寄与できている。
【００３１】
なお、上記実施形態においては、断面が円形の連結流路７０Ｆを１２本形成した例が示されていたが、本発明においては、連結流路の形状や本数は特に限定されない。断面が円形の連結流路は非円形の連結流路に比べてより圧損が少ない。非円形の連結流路は、（同じ本数ならば）電動機に対する表面積が大きくなることから、より効率の高い冷却を行なうことができる。連結流路の本数は、（１本１本の連結流路の断面積がある程度確保されるならば）多い程圧損が少なく、且つ冷却効率が高まる傾向となる。なお、連結流路は必ずしも周方向に等間隔で配置する必要はない。
【００３２】
また、上記実施形態においては、ドライバ制御機器の全ての構成要素及び全ての電動機を冷却していたが、ドライバ制御器の構成要素の一部、あるいは電動機の一部のみを冷却対象としてもよい。
【００３３】
また、上記実施形態においては、１本の冷却液循環路のみで全ての冷却対象を冷却するようにしていたが、複数の冷却液循環路を設け、それぞれの冷却液循環路でドライバの一部及び複数の電動機のうちの一部の電動機のみを冷却するようにしてもよい。冷却の順番も、例えば、電動機→ドライバ制御器の順であってもよい。
【００３４】
また、上記実施形態においては、流入口及び流出口の双方について冷却液が環状流路の接線方向から該環状流路に流入または流出するようにしていたが、配管上の便宜を優先する場合には、流入口を及び流出口の一方または双方が、環状流路の接線方向以外の方向から流入又が流出するように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
特に、電動機のほかにドライバ制御器のような重要な冷却機材を有するハイブリッド建設機械の駆動装置の冷却システムにおいて極めて良好な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態の一例に係るハイブリッド建設機械の駆動装置の冷却システムにおけるブーム発電電動機の冷却液循環路を示す正面図
【図２】該ブーム発電電動機の上部破断の正面図
【図３】図１の矢示III−III線に沿う断面図
【図４】上記ハイブリッド建設機械の駆動装置の冷却システムの全体概略構成図
【符号の説明】
【００３７】
１６〜２０…操作レバー
２２…制御部
２３…統括制御器
２４…ドライバ制御器
３０…発電電動機
３２…油圧ポンプ
３６…ブーム発電電動機
３７…旋回発電電動機
３８、３９…走行発電電動機
５０、５１、５７…変換器
５２〜５６…インバータ
７０…冷却液循環路
７０Ａ〜７０Ｃ…冷却流路
７０Ｄ…第１環状流路
７０Ｅ…第２環状流路
７０Ｆ…連結流路
７２…ポンプ
７４…ラジエータ
８６…レゾルバ
８８…モータケーシング
９０…流入口
９２…流出口
９３〜９６…貫通孔
【図１】
2010104130.tif 000003
【図２】
2010104130.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010104130.tif 000006