JP5247848B2 - 建設機械 - Google Patents
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Description
このようなハイブリッド型の建設機械に搭載された発電機モータは、エンジンの出力軸と油圧ポンプの入力軸とに接続されており、エンジンの駆動力によって発電を行う。そして、発電機モータでの発電により生じた電気エネルギーはキャパシタなどの蓄電装置に蓄えられ、建設機械が大きなエンジン出力を要する場合等に、蓄えられた電気エネルギーによって発電機モータが駆動されて、エンジンの出力を補助する。
また、特許文献2には、エンジンと油圧ポンプとの間に組み込まれた発電機モータの構成について開示されている。
すなわち、上記公報に開示された建設機械では、エンジンあるいは発電機モータ等のメンテナンス等を実施する際には、油圧ポンプ、発電機モータの順に取り外される。また、通常、車体フレーム部上においてエンジンユニットを支持するマウント部は、エンジン側と発電機モータ側とにそれぞれ2つずつ設けられている。このため、油圧ポンプを取り外した後で、発電機モータを取り外す際には、エンジンユニットをクレーン等で吊り上げた状態で、発電機モータ側に設けられたマウント部を取り外して、別の位置で治具等を用いて支持する必要がある。
また、発電機モータをエンジンから取り外した際に、エンジンの出力軸に接続されるフライホイール等が露出してしまうため、回転側の部材に水や埃等が付着したり、回転側の部材が破損したりするおそれがある。
ここでは、エンジンと油圧ポンプとの間に発電機モータを搭載したハイブリッド型の建設機械において、エンジンと油圧ポンプと発電機モータとを一体化したエンジンユニットを、エンジンと発電機モータとに設けられたマウント部を介して、車体フレーム上に配置している。
すなわち、エンジンユニットのマウント部が発電機モータ側に設けられている場合には、発電機モータを取り外す際にエンジンユニットを支持するマウント部を、一旦、エンジンユニットを吊り上げた状態で別の場所で支持させてから発電機モータを取り外す必要があり、作業性が低下してしまうおそれがある。
これにより、発電機モータを取り外す際には、マウント部を別の位置で支持させることなく、第1ハウジングだけを残して、発電機モータの他の部品を全て取り外すことができる。よって、発電機モータの取り外し作業や分解作業等の作業性を従来よりも向上させることができる。
ここでは、上述した第1ハウジングを、エンジンに接続されたフライホイールを内包するフライホイールハウジングとしても機能させている。
これにより、エンジン側に近い部品については、発電機モータの取り外し時においても、エンジン側に固定されたまま残される第1ハウジング内に設けることができる。また、エンジンと発電機モータとの間に設けられるフライホイールを内包するフライホイールハウジングを別途設ける必要がないため、部品点数を削減して、エンジンユニットの軸方向におけるサイズを小さくすることができる。
ここでは、エンジン側に固定された第1ハウジングと、油圧ポンプ側に固定された第2ハウジングとの間に形成される収納空間の下部に、油溜め部を設けている。
これにより、発電機モータ内に設けられた部品の潤滑や冷却等に使用される油を、発電機モータ内に貯留することができる。
ここでは、第1・第2ハウジング内に形成された油溜め部に貯留された油の量を点検するための検油管を、第1ハウジング側に設けている。
これにより、発電機モータを取り外したり分解したりする際に、検油管を取り外す必要がない。よって、例えば、第2ハウジング側に検油管が設けられている構成と比較して、作業性をさらに向上させることができる。
ここでは、回転軸方向においてマウント部の固定部分の幅に相当する厚みを確保した状態で第1ハウジングが構成されている。
これにより、第1ハウジング側に、例えば、マウント部や検油管等を取り付けるスペースを確保することができる。
ここでは、エンジン上に配置されるマフラーを支持するマフラーマウント部を、第1ハウジング側に設けている。
これにより、発電機モータを取り外す場合でも、マフラーマウント部がエンジン側に残される第1ハウジング側に設けられているため、マフラーマウント部を他の場所へ移動させる必要がない。よって、発電機モータの取り外し時における作業性をさらに向上させることができる。
ここでは、側面視において、発電機モータの回転軸が、油圧ポンプ側に固定された第2ハウジングからエンジン側に突出するように設けられている。
ここで、側面視とは、回転軸方向と直交する方向から見た状態、つまり、回転軸を側面から見た状態を意味している。
これにより、発電機モータを取り付ける際に第1・第2フランジ間において分解する場合でも、側面視において、第2ハウジングからエンジン側に突出した回転軸によって、第1ハウジングが固定されたエンジン側との間において、容易に同軸度を確保することができる。
(油圧ショベル51)
本実施形態に係るハイブリッド型の油圧ショベル51は、図1に示すように、下部走行体52と、旋回台53と、作業機54と、カウンタウェイト55と、機器室56と、車体部57と、キャブ58と、を備えている。また、油圧ショベル51は、駆動源として、エンジン2を備えている。エンジン2の出力軸には、エンジン2によって駆動される発電機モータ1および油圧ポンプ4が直列的に接続されている(図2参照)。
旋回台53は、下部走行体52に対して任意の方向に旋回可能である。そして、旋回台53は、上面に作業機54と、カウンタウェイト55と、機器室56と、車体部57と、キャブ58と、を搭載している。また、旋回台53は、発電機モータ1あるいは蓄電器からの電力供給により駆動される旋回用電動モータによって回転する。なお、旋回電動モータは、旋回台の減速時に回生により発電し、発電で得られた電気エネルギーは、キャパシタに蓄電される。
カウンタウェイト55は、例えば、鋼板を組み立てて形成した箱の中に屑鉄やコンクリート等を入れて固めたものであって、採掘時等において車体のバランスをとるために旋回台53の後方に設けられている。
キャブ58は、油圧ショベル51のオペレータが乗降する室内空間を有しており、作業機54の先端部を見通せるように、旋回台53上における作業機54の側方となる左側前部に配置されている。
本実施形態の発電機モータ1は、図2に示すように、エンジン2、冷却ファン3、油圧ポンプ4およびマフラー5等を備えたハイブリッド型の油圧ショベル51に搭載されている。また、発電機モータ1は、エンジン2と油圧ポンプ4との間に配置されている。さらに、発電機モータ1は、エンジン2の出力軸、油圧ポンプ4の入力軸に対して、回転軸19(図3参照)が直接的あるいは間接的に接続されており、エンジン2の出力軸の回転駆動力によって発電を行う。発電機モータ1は、インバータを介してキャパシタに接続されている。エンジン2の回転数が増加していく(油圧ショベルが加速していく)場合など、発電機モータ1は必要に応じて、キャパシタに蓄えられた電気エネルギーによって電動機として使用され、エンジン2の回転をアシストする。また、エンジン2がアイドリング状態にある場合には、発電機モータ1はエンジン2の回転駆動力を受けて発電し、発電によって生じた電気エネルギーはキャパシタに蓄えられる。また、本実施形態では、エンジン2、発電機モータ1、および油圧ポンプ4が直列的に配置されており、それぞれの回転軸が一直線上に配置される。
ステータコア20は、円環状のヨーク部分と、周方向に沿って配置されヨーク部から径方向内側に向かって等角度間隔で突出するステータティースの部分とを含む複数の鋼板を積層して構成されている。なお、本実施形態では、3相12極のSRモータを構成するため、合計36本の突起を含むステータコア20が用いられている。
複数の突起には、それぞれにインシュレータ21が装着された後、コイル23が巻回される。
フライホイール12は、第1・第2ハウジング11,15内におけるエンジン2の出力軸側に設けられており、カップリング13を介してロータ14と接続され、第1・第2ハウジング11,15内において回転する。
ロータ14は、図3に示すように、回転軸19を中心に回転する回転側の部材であって、第1・第2ハウジング11,15内の収納空間における円環状のステータ10の内周側の空間に挿入される。また、ロータ14は、外周面にロータヨーク14aが取り付けられるホルダ14bを有している。
回転軸19は、ロータ14の回転中心となる円筒状の部材であって、軸方向における一方の端部から他方の端部まで貫通する貫通孔を有しており、エンジン2側の端部に、カップリング13の内歯と嵌合する外歯スプライン19a、油圧ポンプ4側の端部に、油圧ポンプ4側の入力軸と嵌合する内歯スプライン19bが、それぞれ形成されている。また、回転軸19は、軸方向における油圧ポンプ4側の半分が、フランジ16の内側の円筒部の内周面側に挿入された状態で固定される。さらに、回転軸19は、図3に示すように、側断面視においてエンジン2側(図3における左側)に向かって第2ハウジング15の端面(図中のX−X線)から突出するように配置されている。
本実施形態の油圧ショベル51では、図6に示すように、エンジン2、発電機モータ1、および油圧ポンプ4を含むエンジンユニット40が、マウント部41,42を含む4点において車体フレーム部65上において支持されている。
具体的には、エンジンユニット40は、図6に示すように、エンジン2に取り付けられた一対のマウント部41,41と、発電機モータ1の第1ハウジング11に取り付けられた一対のマウント部42,42の4点において、車体フレーム部65上に支持されている。
マウント部41,41は、エンジン2の側面に固定されており、車体フレーム部65上においてエンジンユニット40のエンジン2側を支持する。マウント部41,41は、本体部41a、支持部材41cを有している。
マウント部42,42は、発電機モータ1の第1ハウジング11の側面に固定されており、車体フレーム部65上においてエンジンユニット40の油圧ポンプ4側を支持する。また、マウント部42,42は、図5に示すように、本体部42a、複数のボルト42b、および支持部材42cを有している。
マフラー5は、図6に示すように、マフラー5を支持するマフラーマウント部5aを介して、発電機モータ1の第1ハウジング11上に固定されている。より詳細には、マフラー5は、その外周面に巻きかけられたワイヤー5b,5bによって、マフラーマウント部5a上に固定されている。
マフラーマウント部5aは、マフラー5を支持する台座であって、発電機モータ1の第1ハウジング11上に固定されている。
ワイヤー5b,5bは、マフラーマウント部5aの一部から油圧ポンプ4側へ突出した固定部5aaに対して一方の端部が固定されており、マフラー5の外周面に巻きかけられている。
本実施形態の油圧ショベル51では、上述したエンジン2あるいは発電機モータ1等のメンテナンス時等に分解作業を実施する際には、以下のような手順で実施される。
すなわち、例えば、発電機モータ1のメンテナンスを実施する際には、まず、車体部57の側面に設けられた開閉可能な扉の近傍に配置された油圧ポンプ4から取り外される。
次に、第1・第2ハウジング11,15間の固定状態を解除して、エンジン2側の第1ハウジング11と、油圧ポンプ4側の第2ハウジング15とで発電機モータ1を分解する。これにより、発電機モータ1内のステータ10やロータ14等の構成部品の修理やメンテナンスを実施することができる。
これにより、発電機モータ1を分解する際に、エンジンユニット40をクレーン等で吊り上げた状態でマウント部42,42を別の場所で治具等を使って支持させる等の作業は不要であり、そのまま第2ハウジング15側の部品を取り外して、発電機モータ1を分解することができる。よって、発電機モータ1の分解時における作業性を向上させることができる。
また、本実施形態の油圧ショベル51では、上述したように、図3に示すように、発電機モータ1の側断面視において、回転軸19が、第2ハウジング15の端面からエンジン2側に突出するように設けられている。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
(A)
上記実施形態では、本発明を油圧ショベルに適用した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、ホイールローダ等の他のハイブリッド型の建設機械に対しても、同様に本発明の適用は可能である。
上記実施形態では、発電機モータ1として、SR(switched reluctance)モータを用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、PM(Permanent Magnet)モータ等、他の発電機モータを用いてもよい。
2 エンジン
2a エンジン検油管
3 冷却ファン
4 油圧ポンプ
5 マフラー
5a マフラーマウント部
5aa 固定部
5b ワイヤー
10 ステータ
11 第1ハウジング
11a 検油管
12 フライホイール
13 カップリング
14 ロータ
14a ロータヨーク
14b ホルダ
14c ブレード
15 第2ハウジング
15a 冷却油配管
15d オイルクーラ
16 フランジ
16a 冷却油通路
16e 軸受け支持部
17 電気ボックス
18 軸受け部
19 回転軸
19a 外歯スプライン
19b 内歯スプライン
20 ステータコア
21 インシュレータ
23 コイル
40 エンジンユニット
41 マウント部
41a 本体部
41c 支持部材
42 マウント部
42a 本体部
42b ボルト
42c 支持部材
51 油圧ショベル(建設機械)
52 下部走行体
53 旋回台
54 作業機
55 カウンタウェイト
56 機器室
57 車体部
58 キャブ
60 エンジンルーム
60a 上部開口
61 ブーム
61a 油圧シリンダ
62 アーム
62a 油圧シリンダ
63 バケット
63a 油圧シリンダ
64 エンジンフード
65 車体フレーム部
d1 固定幅
P 履帯
V 油溜め部
Claims (8)
- エンジンと、前記エンジンの駆動力によって駆動される油圧ポンプと、前記エンジンと前記油圧ポンプとの間に設けられており前記エンジンの出力軸および前記油圧ポンプの入力軸に接続された回転軸と前記エンジン側に固定された第1ハウジングと前記油圧ポンプ側に固定されており前記第1ハウジングから取り外される際にロータおよびステータが一緒に取り外される第2ハウジングとを有する発電機モータと、を一体化したエンジンユニットと、
前記エンジンユニットが搭載される車体フレーム部と、
前記エンジンおよび前記第1ハウジングにそれぞれ設けられており、前記エンジンユニットを前記車体フレーム部上において支持するマウント部と、
を備えている建設機械。 - 前記第1ハウジングは、前記エンジンに接続されたフライホイールを収納している、
請求項1に記載の建設機械。 - 前記第1・第2ハウジング内に形成された油溜め部を、さらに備えている、
請求項1または2に記載の建設機械。 - 前記第1ハウジングに設けられており、前記油溜め部に貯留された油の量を点検する検油管を、さらに備えている、
請求項3に記載の建設機械。 - 前記第1ハウジングは、前記回転軸方向において前記マウント部が取り付けられている固定部分の幅に相当する厚みを有している、
請求項1から4のいずれか1項に記載の建設機械。 - 前記エンジンにおける燃焼ガスを排気するマフラーと、
前記第1ハウジングに設けられており、前記マフラーを支持するマフラーマウント部と、
をさらに備えている、
請求項1から5のいずれか1項に記載の建設機械。 - 前記回転軸は、側面視において前記第2ハウジングから前記エンジン側に突出している、
請求項1から6のいずれか1項に記載の建設機械。 - 油圧ショベルである、
請求項1から7のいずれか1項に記載の建設機械。
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