JP5367005B2 - 油圧電気ハイブリッドモータ - Google Patents

Description

本発明は、建設機械或いは農業機械等の作業機械で使用される回転力を出力する駆動装置に用いられる油圧電気ハイブリッドモータに係り、特に油圧モータと電気モータが同一中心軸線上に直列に連結される油圧電気ハイブリッドモータ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省エネルギ対策の一つとして、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が一般的になりつつある。このようにエネルギ回生を目的とした従来技術として特許文献１と特許文献２が提案されている。

特許文献１は、油圧モータのシリンダ外周に電動機を配置する方式の油圧ハイブリッドモータについて記載されている。

特許文献２は、油圧モータと電動機を動力合成機構により連結し並列に配置する方式のハイブリッド駆動装置について記載されている。図３は、特許文献２に記載される上部旋回体を回転駆動するハイブリッド型旋回駆動ユニットＨＢの正面概観図である。同図において、参照符号１１０は油圧モータ、同１１２は電動モータであって、歯車箱１１４の上面に搭載固定されている。同歯車箱１１４内には、破線で示されるように、油圧モータ１１０の出力駆動軸に取り付けられた歯車１１４ａ、電動モータ１１２の出力軸に取り付けられた歯車１１４ｂおよび歯車１１４ａ、１１４ｂと噛合う中間の歯車１１４ｃが設けられている。駆動状態では歯車１１４ａ、１１４ｂは同方向に回転駆動され、したがって、歯車１１４ｃの軸１１４ｄには歯車１１４ａ、１１４ｂによって与えられる回転駆動力を合成した駆動力が与えられる。軸１１４ｄの下端部に取付けられた歯車１１４ｅは減速機構１１６内の図略の遊星歯車と噛合いその出力側軸には駆動歯車１１８が設けられ、同駆動歯車１１８は上部旋回体を形成する図示しない内歯車と噛合うようになっている。

特開２０１０−１４２０８６号公報 特開２００８−２９１５２２号公報

ところで、特許文献１は、油圧モータと電動機の回転軸が共通化されているため、構造がコンパクトになる特徴を備えている。しかし、油圧モータと電動機では、仕様上または構造上最適な回転速度が異なっている。このため、回転軸が共通化され、油圧モータと電動機の回転数が同じになると、一方の最適な回転速度は、他方にとり最適では無い回転速度となり、両者が共に最良の効率や構造を採用することは難しい。

また、特許文献２は、回転軸が共通化されておらず、このため、動力合成機構によるコストが増大するという課題を有している。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、油圧モータと電動機と減速機を一軸上に並べて配置し動力合成機構を不要としたことでコストの上昇および取付スペースの増大を回避し、また、油圧モータ及び電動機共に最適な回転速度で駆動することができる油圧電気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油圧電気ハイブリッドモータは、油圧モータと電動機と減速機とを一軸上に配列し、前記油圧モータと前記減速機との間に前記電動機を配置する。

また、前記電動機は、電動機蓋部と電動機ハウジングに収納されて形成され、中央に空洞を有する電動機回転軸が上下二つのベアリングに軸支されてもよい。前記空洞は、油圧モータの回転軸の直径より大きめの直径の円筒状の空洞であってもよい。前記電動機ハウジングは、前記減速機の蓋である減速機蓋部とその底部で連結されてもよい。前記減速機蓋部の中央に前記電動機の電動機回転軸が回転自在に貫通し、さらに、前記電動機の電動機回転軸の前記空洞内を中心軸を同じくする前記油圧モータの回転軸が回転自在に貫通していてもよい。前記減速機蓋部の下に減速機ハウジングが設けられ、前記油圧モータの回転軸と前記電動機の電動機回転軸とともに複数の歯車が収納されてもよい。

前記目的を達成するための本発明による第二の油圧電気ハイブリッドモータは、電動機と油圧モータと減速機を一軸上に配列し、電動機と減速機の間に油圧モータを配置されてもよい。

また、前記油圧モータは、油圧モータ蓋部と油圧モータ上部ハウジングと、油圧モータ底板から形成されるハウジングを有し、その内部に油圧モータ回転軸、斜板、ピストンから構成されて、前記油圧モータ回転軸は、前記斜板の中心孔を貫通し、油圧モータ上部ハウジングに軸受を介して回転可能に支持されており、さらに、前記油圧モータ回転軸はシリンダブロックの前端面から延出するようにシリンダブロックと一体に形成されて、前記油圧モータ回転軸は、中央に空洞を有し、油圧モータ底板に設けられる軸受に軸支されてもよい。

前記空洞は、電動機回転軸の直径より大きめの直径の円筒状の空洞であてもよい。前記油圧モータ底板は、前記減速機の蓋としての機能を兼ね備え、この油圧モータ底板の中央に油圧モータ回転軸が回転自在に貫通し、油圧モータ回転軸内の空洞内を中心軸を同じくする電動機の電動機回転軸が回転自在に貫通していてもよい。

本発明によれば、油圧モータと電動機を直列に配置しているため、従来の並列配置型の駆動装置に比べて、車両搭載時の占有スペースが小さくなりレイアウト性に優れるという効果を有している。

また、本装置を車両へ組み付ける際の作業性に関しても、従来の並列配置型の駆動装置では、動力合成機構の存在により、減速機或いは増速機の取付フランジ面へのアクセス性が悪く作業性が悪い。それに対して、本発明では動力合成機能を増速機に内蔵するため、減速機あるいは増速機の取付フランジ面へのアクセス性が良く、作業性が良いという効果を有している。

本発明に係る油圧電気ハイブリッドモータの第１の実施例の構成図である。 本発明に係る油圧電気ハイブリッドモータの第２の実施例の構成図である。 従来のハイブリッド駆動装置の構成図である。

図１および図２を用いて、本発明に係る油圧電気ハイブリッドモータの構成について説明する。

図１は、本発明に係る油圧電気ハイブリッドモータ２の第１の実施例に係る構成であり、油圧モータ４と電動機５と減速機６を一軸上に配列し、油圧モータ４と減速機６の間に電動機５を配置したものである。

油圧モータ４は、電動機頭部に設けられた電動機蓋部７に電動機を貫通する程度に長い回転軸１４を電動機５側に向くように固定される。

電動機５は、電動機蓋部７と電動機ハウジング８に収納されて形成され、中央に空洞１３を有する電動機回転軸１２が上下のベアリング１０と２０に軸支される。空洞１３は、回転軸１４の直径より大きめの直径の円筒状の空洞である。

電動機回転軸１２は、その周囲にコア１５が設けられている。また、電動機蓋部７の内部に油圧モータ４の下部を収納する部分を確定する電動機内蓋部９が設けられて、ベアリング１０が回転可能に固定される。

一方、電動機ハウジング８の底面では、底部に貫通する開口部にオイルシール１８が配置されて電動機回転軸１２を回転可能に封止する。

電動機ハウジング８は、減速機６の蓋である減速機蓋部２２とその底部で連結される。この減速機蓋部２２の中央に電動機５の電動機回転軸１２が回転自在に貫通し、さらに、電動機５の電動機回転軸１２の空洞１３内を中心軸を同じくする油圧モータ４の回転軸１４が回転自在に貫通している。

この減速機蓋部２２の下に減速機ハウジング２３が設けられ、油圧モータ４の回転軸１４と電動機５の電動機回転軸１２とともに複数の歯車が収納される。この減速機ハウジング２３の内部で中空である電動機回転軸１２は、その端部外周に第１サンギア３８が取付けられる。この第１サンギア３８は、第一遊星歯車アセンブリ２４と噛み合うように設けられる。

一方、油圧モータ４の回転軸１４は、その端部外周に第２サンギア４０が取付けられる。この第２サンギア４０も、第一遊星歯車アセンブリ２４と噛み合うように設けられる。こうして、第一遊星歯車アセンブリ２４において電動機回転軸１２と回転軸１４との動力が合成される。

ここで、第１サンギア３８と第一遊星歯車アセンブリ２４の速比と第２サンギア４０と第一遊星歯車アセンブリ２４の速比は、電動機回転軸１２と回転軸１４のそれぞれ最適な回転数に比例するよう設定され、油圧モータ４と電動機５とは異なる回転速度で駆動するよう構成される。

第２サンギア４０は、第１歯車２６とも噛み合うように設けられる。第１歯車２６は、第１シャフト２８を介して第１ホルダ３０と連結される。ここで、第１歯車２６と第１シャフト２８と第１ホルダ３０によって第２遊星歯車アセンブリが構成される。第１ホルダ３０は、第３サンギア４２と噛み合うように連結される。この第３サンギア４２は、第２歯車３４と噛み合うように連結される。第２歯車３４は、第２シャフト３２を介して第２ホルダ４４と連結される。

第２ホルダ４４は、減速機出力軸４７と連結され、この減速機出力軸４７は、中心軸として第３ベアリング３６と第４ベアリング４６によって軸支される。

以上のように構成することで、第１に油圧モータと電動機を直列に配置しているため、従来の並列配置型の駆動装置に比べて、車両搭載時の占有スペースが小さくなりレイアウト性に優れる。また、第２に動力合成機能を減速機６に内蔵するため、減速機６の取付フランジ面へのアクセス性が良く、作業性が良い。

図２は、本発明に係る油圧電気ハイブリッドモータの第２の実施例に係る構成であり、電動機５２と油圧モータ５４と減速機５６を一軸上に配列し、電動機５２と減速機５６の間に油圧モータ５４を配置したものである。

電動機５２は、油圧モータ５４頭部に設けられ電動機底板５８が油圧モータ蓋部６６上に設けられ、油圧モータ５４を貫通する程度に長い回転軸６０を油圧モータ５４側に向くように固定される。

油圧モータ５４は、油圧モータ蓋部５８と油圧モータ上部ハウジング６３と、油圧モータ底板６８から形成されるハウジング６９を有し、その内部に油圧モータ回転軸６４、斜板７６、ピストン７８から構成される。

斜板７６はその前面がボルト等により油圧モータ上部ハウジング６３の内面に固定されている。

ピストン７８は、シリンダブロック６７内に複数設けられている。また、各ピストン７８は球状頭部７７を有している。

シリンダブロック６７は円柱状に形成されており、このシリンダブロック６７内には、ピストン７８を摺動可能に形成されている。

油圧モータ回転軸６４は、斜板７６の中心孔を貫通し、油圧モータ上部ハウジング６３に軸受７２を介して回転可能に支持されている。また、油圧モータ回転軸６４は、油圧モータ蓋部６６との間にオイルシール７０によって封止される。さらに、油圧モータ回転軸６４はシリンダブロック６７の前端面から延出するように一体に形成されている。油圧モータ回転軸６４は、中央に空洞６２を有し、油圧モータ底板６８に設けられる軸受８０に軸支される。空洞６２は、回転軸６０の直径より大きめの直径の円筒状の空洞である。

一方、油圧モータ底板６８では、底部に貫通する開口部にオイルシール８２が配置されて油圧モータ回転軸６４を回転可能に封止する。

油圧モータ底板６８は、減速機５６の蓋としての機能を兼ね備える。この油圧モータ底板６８の中央に油圧モータ回転軸６４が回転自在に貫通し、油圧モータ回転軸６４内の空洞６２内を中心軸を同じくする電動機５２の電動機回転軸６０が回転自在に貫通している。

この油圧モータ底板６８の下に減速機ハウジング８４が設けられ、油圧モータ５４の油圧モータ回転軸６４と電動機５２の回転軸６０とともに複数の歯車が収納される。この減速機ハウジング８４の内部で中空である油圧モータ回転軸６４は、その端部外周に第１サンギア８６が取付けられる。この第１サンギア８６は、第一遊星歯車アセンブリ８８と噛み合うように設けられる。

一方、電動機５２の回転軸６０は、その端部外周に第２サンギア９０が取付けられる。この第２サンギア９０も、第一遊星歯車アセンブリ８８と噛み合うように設けられる。こうして、油圧モータ回転軸６４と回転軸６０との動力が合成される。

ここで、第１サンギア８６と第一遊星歯車アセンブリ８８の速比と第２サンギア９０と第一遊星歯車アセンブリ８８の速比は、油圧モータ回転軸６４と回転軸６０のそれぞれ最適な回転数に比例するよう設定され、電動機５２と油圧モータ５４とは異なる回転速度で駆動するよう構成される。

第２サンギア９０は、第１歯車９２と噛み合うように設けられる。第１歯車９２は、第１シャフト９４を介して第１ホルダ９６と連結される。ここで、第１歯車９２と第１シャフト９４と第１ホルダ９６によって第２遊星歯車アセンブリが構成される。第１ホルダ９６は、第３サンギア９８と噛み合うように連結される。この第３サンギア９８は、第２歯車１００と噛み合うように連結される。第２歯車１００は、第２シャフト１０２を介して第２ホルダ１０４と連結される。

第２ホルダ１０４は、減速機出力軸８３と連結され、この減速機出力軸８３は、中心軸として第３ベアリング１０６と第４ベアリング１０８によって軸支される。

以上のように構成することで、第１に油圧モータと電動機を直列に配置しているため、従来の並列配置型の駆動装置に比べて、車両搭載時の占有スペースが小さくなりレイアウト性に優れる。また、第２に動力合成機能を減速機６に内蔵するため、減速機６の取付フランジ面へのアクセス性が良く、作業性が良い。

以上本発明の好適な実施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。

２ 油圧電気ハイブリッドモータ
４ 油圧モータ
５ 電動機
６ 減速機
７ 電動機蓋部
８ 電動機ハウジング
９ 電動機内蓋部
１０、２０ ベアリング
１２ 電動機回転軸
１３ 空洞
１４ 回転軸
１５ コア
１８ オイルシール
２２ 減速機蓋部
２３ 減速機ハウジング
２４ 第一遊星歯車アセンブリ
２６ 第１歯車
２８ 第１シャフト
３０ 第１ホルダ
３２ 第２シャフト
３４ 第２歯車
３６ 第３ベアリング
３８ 第１サンギア
４０ 第２サンギア
４２ 第３サンギア
４４ 第２ホルダ
４６ 第４ベアリング
４７ 減速機出力軸
５２ 電動機
５４ 油圧モータ
５６ 減速機
５８ 電動機底板
６０ 電動機回転軸
６２ 空洞
６３ 油圧モータ上部ハウジング
６４ 油圧モータ回転軸
６６ 油圧モータ蓋部
６７ シリンダブロック
６８ 油圧モータ底板
６９ ハウジング
７０ オイルシール
７２ 軸受
７４ シリンダ室
７６ 斜板
７７ 球状頭部
７８ ピストン
８０ 軸受
８２ オイルシール
８３ 減速機出力軸
８４ 減速機ハウジング
８６ 第１サンギア
８８ 第一遊星歯車アセンブリ
９０ 第２サンギア
９２ 第１歯車
９４ 第１シャフト
９６ 第１ホルダ
９８ 第３サンギア
１００ 第２歯車
１０２ 第２シャフト
１０４ 第２ホルダ
１０６ 第３ベアリング
１０８ 第４ベアリング

Claims (2)

1. 油圧モータと電動機と減速機とを一軸上に配列し、前記油圧モータと前記減速機との間に前記電動機を配置される油圧電気ハイブリッドモータにおいて、
   前記電動機は、電動機蓋部と電動機ハウジングに収納されて形成され、中央に空洞を有する電動機回転軸が上下二つのベアリングに軸支され、
   前記空洞は、油圧モータの回転軸の直径より大きめの直径の円筒状の空洞であり、
   前記電動機ハウジングは、前記減速機の蓋である減速機蓋部とその底部で連結され、
   前記減速機蓋部の中央に前記電動機の電動機回転軸が回転自在に貫通し、さらに、前記電動機の電動機回転軸の前記空洞内を中心軸を同じくする前記油圧モータの回転軸が回転自在に貫通し、
   前記減速機蓋部の下に減速機ハウジングが設けられ、前記油圧モータの回転軸と前記電動機の電動機回転軸とともに複数の歯車が収納され、
   前記減速機ハウジングの内部で中空である前記電動機回転軸は、その端部外周に第１サンギアが取付けられ、この第１サンギアは、第一遊星歯車アセンブリと噛み合うように設けられ、前記油圧モータの回転軸は、その端部外周に第２サンギアが取付けられ、この第２サンギアも、前記第一遊星歯車アセンブリと噛み合うように設けられ、前記第一遊星歯車アセンブリにおいて前記電動機回転軸と前記油圧モータの回転軸との動力が合成され、
   前記第１サンギアと前記第一遊星歯車アセンブリの速比と前記第２サンギアと前記第一遊星歯車アセンブリの速比は、前記電動機回転軸と前記油圧モータの回転軸のそれぞれ最適な回転数に比例するよう設定され、前記油圧モータと前記電動機は異なる回転速度で駆動するよう構成され、
   前記第２サンギアは、第１歯車とも噛み合うように設けられ、前記第１歯車は、第１シャフトを介して第１ホルダと連結され、前記第１歯車と前記第１シャフトと前記第１ホルダによって第２遊星歯車アセンブリが構成され、
   前記第１ホルダは、第３サンギアと噛み合うように連結され、この第３サンギアは、第２歯車と噛み合うように連結され、前記第２歯車は、第２シャフトを介して第２ホルダと連結され、
   前記第２ホルダは、減速機出力軸と連結され、この減速機出力軸は、中心軸として第３ベアリングと第４ベアリングによって軸支されることを特徴とする油圧電気ハイブリッドモータ。
2. 電動機と油圧モータと減速機を一軸上に配列し、電動機と減速機の間に油圧モータを配置される油圧電気ハイブリッドモータにおいて、
   前記油圧モータは、油圧モータ蓋部と油圧モータ上部ハウジングと、油圧モータ底板から形成されるハウジングを有し、その内部に油圧モータ回転軸、斜板、ピストンから構成されて、前記油圧モータ回転軸は、前記斜板の中心孔を貫通し、油圧モータ上部ハウジングに軸受を介して回転可能に支持されており、さらに、前記油圧モータ回転軸はシリンダブロックの前端面から延出するようにシリンダブロックと一体に形成されて、前記油圧モータ回転軸は、中央に空洞を有し、油圧モータ底板に設けられる軸受に軸支され、
   前記空洞は、電動機回転軸の直径より大きめの直径の円筒状の空洞であり、
   前記油圧モータ底板は、前記減速機の蓋としての機能を兼ね備え、この油圧モータ底板の中央に油圧モータ回転軸が回転自在に貫通し、油圧モータ回転軸内の空洞内を中心軸を同じくする電動機の電動機回転軸が回転自在に貫通し、
   前記油圧モータ底板の下に減速機ハウジングが設けられ、前記油圧モータの回転軸と前記電動機の電動機回転軸とともに複数の歯車が収納され、
   前記減速機ハウジングの内部で中空である前記油圧モータ回転軸は、その端部外周に第１サンギアが取付けられ、この第１サンギアは、第一遊星歯車アセンブリと噛み合うように設けられ、前記電動機の回転軸は、その端部外周に第２サンギアが取付けられ、この第２サンギアも、前記第一遊星歯車アセンブリと噛み合うように設けられ、前記第一遊星歯車アセンブリにおいて前記油圧モータ回転軸と前記電動機の回転軸との動力が合成され、
   前記第１サンギアと前記第一遊星歯車アセンブリの速比と前記第２サンギアと前記第一遊星歯車アセンブリの速比は、前記油圧モータ回転軸と前記電動機の回転軸のそれぞれ最適な回転数に比例するよう設定され、前記電動機と前記油圧モータは異なる回転速度で駆動するよう構成され、
   前記第２サンギアは、第１歯車とも噛み合うように設けられ、前記第１歯車は、第１シャフトを介して第１ホルダと連結され、前記第１歯車と前記第１シャフトと前記第１ホルダによって第２遊星歯車アセンブリが構成され、
   前記第１ホルダは、第３サンギアと噛み合うように連結され、この第３サンギアは、第２歯車と噛み合うように連結され、前記第２歯車は、第２シャフトを介して第２ホルダと連結され、
   前記第２ホルダは、減速機出力軸と連結され、この減速機出力軸は、中心軸として第３ベアリングと第４ベアリングによって軸支されることを特徴とする油圧電気ハイブリッドモータ。

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