(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに発電電動機が接続され、この発電電動機は、エンジンのクランクシャフトに接続されるロータと、このロータの外周に配置されたステータとが電動機ハウジング内に収容されて成り、この電動機ハウジングが上記ステータの外周でエンジンのエンジンハウジングに結合されるハイブリッド建設機械において、上記電動機ハウジングの、上記エンジンハウジングと結合されるエンジンハウジング側端部の内周側に、エンジンハウジング内に嵌まり込む張り出し部を全周に亘って設け、この張り出し部を含む電動機ハウジングの内周面を上記ステータの外周面に面接触させる一方、上記ステータを冷却する冷媒が流される冷媒通路を、上記電動機ハウジングとエンジンハウジングの結合面に対して軸方向にずれた位置で、電動機ハウジングに設けたことを特徴とするハイブリッド建設機械。
【請求項２】
上記張り出し部を含む電動機ハウジングの内周面を上記ステータの外周面に、ステータの軸方向の全幅部分で面接触させ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。
【請求項３】
上記電動機ハウジングの内周を、相対的に直径寸法の大きい大径面と、直径寸法の小さい小径面が垂直面を介して連続する段状に形成するとともに、上記張り出し部を上記大径面に連続して設け、張り出し部を含めた大径面をステータの外周面に面接触させる一方、上記垂直面を上記ステータのエンジンと反対側の側面に面接触させ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。
【請求項４】
上記電動機ハウジングの張り出し部を上記エンジンハウジングの内側にインロー嵌合させたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッド建設機械。
【請求項５】
上記電動機ハウジングの外周面に、同ハウジングの外周側に開口する凹溝と、この凹溝の開口を覆うカバーとを周方向に設けることによって上記冷媒通路を構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のハイブリッド建設機械。
【請求項６】
上記エンジンハウジング及び電動機ハウジングの相結合される端部にそれぞれ外周側に突出する放熱フィン兼用のフランジを設け、このフランジ同士を結合するように構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のハイブリッド建設機械。
【請求項７】
上記電動機ハウジングのエンジンと反対側に油圧ポンプのポンプハウジングを結合し、上記エンジンハウジングと電動機ハウジングの結合面間、及び電動機ハウジングとポンプハウジングの結合面間の少なくとも一方に断熱材を介在させたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のハイブリッド建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンに発電電動機を接続し、かつ、発電電動機を冷却するハイブリッド建設機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンと発電電動機と油圧ポンプを直列に接続してパワーユニットを構成するハイブリッドショベルを例にとって背景技術を説明する。
【０００３】
この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。
【０００４】
このハイブリッドショベルにおいて、電動機ハウジングに冷媒通路を設け、水等の冷媒とステータとの熱交換によってステータ、つまり発電電動機全体を冷却する構成をとるものが公知である(特許文献１参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８１２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この場合、冷却効率の点で、冷媒通路をステータの外周に設けるのが望ましい。
【０００７】
ところが、エンジンハウジングと電動機ハウジングをステータの外周で結合する構成をとる場合には冷媒通路をステータ外周に設けることができない。このため、同通路をステータ外周(ハウジング結合面)に対して軸方向にオフセットして設けることになる。
【０００８】
しかし、この構成では、冷媒通路がステータから大きく離間するため伝熱ロスが多くなって冷却効率が悪くなる。
【０００９】
一方、対策として、特許文献１に示されているようにステータの位置をハウジング結合面から軸方向にずらしてその外周に冷媒通路を設けること(ステータと冷媒通路の両者をハウジング結合面からずらす)ことが考えられる。
【００１０】
しかし、これでは電動機ハウジングの軸方向寸法(軸長)が大きくなるため、パワーユニットをエンジンルームという限られたスペースに設置するために同ユニットの全長をできるだけ短縮したいという要請に応えられなくなる。
【００１１】
そこで本発明は、パワーユニットの全長を短く抑えながら、発電電動機を効率良く冷却することができるハイブリッド建設機械を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する手段として、本発明においては、エンジンに発電電動機が接続され、この発電電動機は、エンジンのクランクシャフトに接続されるロータと、このロータの外周に配置されたステータとが電動機ハウジング内に収容されて成り、この電動機ハウジングが上記ステータの外周でエンジンのエンジンハウジングに結合されるハイブリッド建設機械において、上記電動機ハウジングの、上記エンジンハウジングと結合されるエンジンハウジング側端部の内周側に、エンジンハウジング内に嵌まり込む張り出し部を全周に亘って設け、この張り出し部を含む電動機ハウジングの内周面を上記ステータの外周面に面接触させる一方、上記ステータを冷却する冷媒が流される冷媒通路を、上記電動機ハウジングとエンジンハウジングの結合面に対して軸方向にずれた位置で、電動機ハウジングに設けたものである。
【００１３】
このように、エンジンハウジングと電動機ハウジングを発電電動機のステータの外周で結合し、冷媒通路をステータに対して軸方向にオフセットして配置する構成を前提として、電動機ハウジングをエンジンハウジング側に張り出し、この張り出し部を含めた電動機ハウジングの内周面をステータ外周面に面接触させる構成としたから、ステータと電動機ハウジングの接触面積(伝熱面積)を増加させて冷却効率を上げることができる。
【００１４】
いいかえれば、電動機ハウジングの軸長を増やさずに、必要なステータ(発電電動機)の冷却性能を確保することができる。
【００１５】
本発明において、上記張り出し部を含む電動機ハウジングの内周面を上記ステータの外周面に、ステータの軸方向の全幅部分で接触させるのが望ましい(請求項２)。
【００１６】
この構成によれば、接触面積を最大限に大きくとって伝熱性を高めることができる。
【００１７】
また本発明においては、上記電動機ハウジングの内周を、相対的に直径寸法の大きい大径面と、直径寸法の小さい小径面が垂直面を介して連続する段状に形成するとともに、上記張り出し部を上記大径面に連続して設け、張り出し部を含めた大径面をステータの外周面に面接触させる一方、上記垂直面を上記ステータのエンジンと反対側の側面に面接触させるのが望ましい(請求項３)。
【００１８】
この構成によれば、電動機ハウジングをステータの側面にも面接触させることができるため、伝熱面積をさらに増加させることができる。
【００１９】
一方、本発明において、上記電動機ハウジングの張り出し部を上記エンジンハウジングの内側にインロー嵌合させるのが望ましい(請求項４)。
【００２０】
このように、伝熱面積の増加のための張り出し部をインロー嵌合に利用することにより、両ハウジングの同心度を確保し、かつ、組立性を改善することができる。
【００２１】
さらに本発明においては、上記電動機ハウジングの外周面に、同ハウジングの外周側に開口する凹溝と、この凹溝の開口を覆うカバーとを周方向に設けることによって上記冷媒通路を構成するのが望ましい(請求項５)。
【００２２】
この構成によれば、冷媒通路をハウジング外周面に形成するため、ハウジング内周側に設けた場合のように水漏れ時にステータやロータが浸水するおそれがない。
【００２３】
しかも、凹溝とカバーとによって冷媒通路を構成するため、独立した冷媒通路をハウジング外周に取付ける場合と比べて加工、コストの点で有利となる。
【００２４】
さらに本発明において、上記エンジンハウジング及び電動機ハウジングの相結合される端部にそれぞれ外周側に突出する放熱フィン兼用のフランジを設け、このフランジ同士を結合するように構成するのが望ましい(請求項６)。
【００２５】
この構成によれば、結合用のフランジを、外気との熱交換を行う放熱フィンとして作用させることができるため、放熱性を高め、冷却効率を一層向上させることができる。
【００２６】
一方、本発明において、上記電動機ハウジングのエンジンと反対側に油圧ポンプのポンプハウジングを結合し、上記エンジンハウジングと電動機ハウジングの結合面間、及び電動機ハウジングとポンプハウジングの結合面間の少なくとも一方に断熱材を介在させるのが望ましい(請求項７)。
【００２７】
この構成によれば、エンジンに発電電動機と油圧ポンプを直列に接続するハイブリッド建設機械において、熱源となるエンジンまたは油圧ポンプから電動機ハウジングへの伝熱をハウジング結合面の断熱材で抑え、冷媒通路によるステータの冷却効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によると、パワーユニットの全長短縮と、発電電動機の良好な冷却性能を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態によるエンジン、発電電動機、油圧ポンプの結合部分の半部断面側面図である。
【図２】図１の一部を拡大した図である。
【図３】実施形態における電動機ハウジングの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の実施形態を図１〜図３によって説明する。
【００３１】
実施形態は、図１に示すようにエンジン１、発電電動機２、油圧ポンプ３の三者を直列に接続してパワーユニットを構成したハイブリッドショベルを適用対象としている。
【００３２】
このショベルにおいては、動力伝達構造として、エンジン１の出力軸であるクランクシャフト４にフライホイール５が取付けられ、このフライホイール５に発電電動機２のロータシャフト６が接続されるとともに、このロータシャフト６にカップリング７を介してポンプシャフト８が接続されている。
【００３３】
ロータシャフト６の外周にはロータコア９が設けられてロータが構成され、このロータの外周に、ステータコア１０と、このステータコア１０に巻回されたコイル１１から成るステータが配置されて発電電動機２が構成される。
【００３４】
なお、図の複雑化を避けるため、ロータ及びステータについての符号を省略している。
【００３５】
一方、ハウジング結合構造として、エンジンハウジング１２と電動機ハウジング１３、電動機ハウジング１３とポンプハウジング１４がそれぞれ次のように結合されている。
【００３６】
Ａ.  エンジン、電動機両ハウジング１２，１３の結合
両ハウジング１２，１３の相結合される端部に、それぞれ外周側に鍔状に突出する放熱フィン兼用のフランジ１５，１６が設けられ、このフランジ１５，１６同士が、ステータ(ステータコア１０)の外周において、互いの間に断熱材１７を挟み込んだ状態で、周方向複数個所でボルト連結されることによって両ハウジング１２，１３が結合されている。
【００３７】
なお、エンジンハウジング１２は必要な強度を確保するために鉄等の磁性体で形成するのが望ましい。
【００３８】
これに対し電動機ハウジング１３については、磁性体で形成すると磁力の漏れによって発電電動効率が低下するおそれがあるため、非磁性体にて形成するのが望ましい。
【００３９】
Ｂ.  電動機、ポンプ両ハウジング１３，１４の結合
両ハウジング１３，１４の相結合される端部にもフランジ１８，１９が設けられ、このフランジ１８，１９同士が、互いの間に断熱材２０を挟み込んだ状態で、周方向複数個所でボルト連結されることによって両ハウジング１３，１４が結合されている。
【００４０】
電動機ハウジング１３は全体として円筒状に形成されている。
【００４１】
この電動機ハウジング１３の内周は、相対的に直径寸法の大きい大径面１３ａと、直径寸法の小さい小径面１３ｂが垂直面１３ｃを介して連続する段状に形成されている(図２参照)。
【００４２】
この電動機ハウジング１３の、エンジンハウジング１２側の端部の内周側に、エンジンハウジング１２に向けて突出する張り出し部２１が、同ハウジング全周に亘るリング状に一体に設けられ、この張り出し部２１がエンジンハウジング１２の内側にインロー嵌合している。
【００４３】
張り出し部２１は大径面１３ａと連続して設けられ、この張り出し部２１を含む大径面１３ａがステータコア１０の外周面に、ステータ軸方向の全幅部分で面接触する一方、垂直面１３ｃがステータコア１０の反エンジン側の側面に面接触している。
【００４４】
一方、ステータを冷却する冷媒(水、油等の液体または冷媒ガス)が流される冷媒通路２２が、エンジン、電動機両ハウジング１２，１３の結合面、つまり、フランジ１５，１６の結合面であってステータの外周に対して軸方向(反エンジン側)にオフセットした位置で電動機ハウジング１３に設けられている。
【００４５】
図２中、αは冷媒通路２２のハウジング結合面からのオフセット量で、このオフセット量αをできるだけ小さくする(冷媒通路２２をステータに近い位置に設ける)のが望ましい。
【００４６】
この冷媒通路２２は、電動機ハウジング１３の外周面に、同ハウジング外周側に開口する凹溝２３と、この凹溝２３の開口を覆うカバー２４とをハウジング全周に亘って設けることによって構成され、図示しないポンプにより配管２５を通じて外部から冷媒がこの冷媒通路２２に供給され、循環する。
【００４７】
図２，３中、２６，２６はカバー取付部分をシールするＯリングである。
【００４８】
なお、図の複雑化を避けるために、図１において電動機ハウジング１３の大径、小径、垂直各面１３ａ，１３ｂ，１３ｃ、冷媒通路２２を構成する凹溝２３及びカバー２４についての符号を省略している。
【００４９】
また、図３において、冷媒通路２２のカバー２４及び配管２５の図示を省略している。
【００５０】
このように、エンジンハウジング１２と電動機ハウジング１３を発電電動機２のステータ(ステータコア１０)の外周で結合し、冷媒通路２２をステータに対して軸方向にオフセットして配置する構成を前提として、電動機ハウジング１３をエンジンハウジング側に張り出し、この張り出し部２１を含めた電動機ハウジング１３の内周面(大径面１３ａ)をステータ外周面に接触させる構成としたから、ステータと電動機ハウジング１３の接触面積(伝熱面積)を大きくとることができる。
【００５１】
これにより、上記オフセットによる伝熱ロス分を接触面積の増加によって十分カバーすることができる。
【００５２】
いいかえれば、電動機ハウジング１３の軸長を増やさずに、必要なステータ(発電電動機２)の冷却性能を確保することができる。
【００５３】
また、実施形態によると、次の効果を得ることができる。
【００５４】
(ｉ)  張り出し部２１を含む電動機ハウジング１３の内周面(大径面１３ａ)をステータ外周面に、ステータの軸方向の全幅部分で面接触させ、かつ、垂直面１３ｃをステータの反エンジン側の側面にも面接触させているため、伝熱面積をさらに増加させることができる。
【００５５】
(ｉｉ)  伝熱面積増加のための張り出し部２１をエンジンハウジング１２の内側にインロー嵌合させている(張り出し部２１をインロー嵌合に利用している)ため、両ハウジング１２，１３の同心度を確保し、かつ、組立性を改善することができる。
【００５６】
(ｉｉｉ)  電動機ハウジング１３の外周面に冷媒通路２２を構成しているため、冷媒通路をハウジング内周側に設けた場合のように水漏れ時にステータやロータが浸水するおそれがない。
【００５７】
しかも、凹溝２３とカバー２４とによって冷媒通路２２を構成するため、独立した冷媒通路をハウジング外周に取付ける場合と比べて加工、コストの点で有利となる。
【００５８】
(ｉｖ)  エンジンハウジング１２及び電動機ハウジング１３の相結合される端部にそれぞれ外周側に鍔状に突出するフランジ１５，１６を設け、このフランジ同士を結合しているため、このハウジング結合用のフランジ１５，１６を、外気との熱交換を行う放熱フィンとして作用させることができる。このため、放熱性を高め、冷却効率を一層向上させることができる。
【００５９】
(ｖ)  エンジンハウジング１２と電動機ハウジング１３(フランジ１５，１６)の結合面間、及び電動機ハウジング１３とポンプハウジング１４(フランジ１８，１９)の両結合面間にそれぞれ断熱材１７，２０を介在させているため、熱源となるエンジン１または油圧ポンプ３から電動機ハウジング１３への伝熱をこの断熱材１７，２０で抑え、冷媒通路２２によるステータの冷却効率を高めることができる。
【００６０】
なお、断熱材を両ハウジング結合面間の一方のみに設けてもよい。
【００６１】
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と油圧ポンプが同軸上で接続されるハイブリッド建設機械、またはエンジンと発電電動機とが同軸上で接続され、油圧ポンプは発電電動機と並列状態でエンジンに接続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。
【符号の説明】
【００６２】
１  エンジン
２  発電電動機
３  油圧ポンプ
６  発電電動機のロータを構成するロータシャフト
９  同、ロータコア
１０  ステータを構成するステータコア
１１  同、コイル
１２  エンジンハウジング
１３  電動機ハウジング
１３ａ  電動機ハウジングの大径面
１３ｂ  同、小径面
１３ｃ  同、垂直面
１４  ポンプハウジング
１５  エンジンハウジングのフランジ
１６  電動機ハウジングのフランジ
１７  断熱材
１８  電動機ハウジングのフランジ
１９  ポンプハウジングのフランジ
２０  断熱材
２１  張り出し部
２２  冷媒通路
２３  冷媒通路を構成する凹溝
２４  同、カバー
【図１】
0005626085.tif 000002
【図２】
0005626085.tif 000003
【図３】
0005626085.tif 000004