JP6007580B2

JP6007580B2 - 建設機械の駆動装置

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Publication number: JP6007580B2
Application number: JP2012109363A
Authority: JP
Inventors: 一茂小岩井; 誠司佐伯; 良輝唐田; 晃中住
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2032-05-11
Also published as: JP2013240126A

Description

本発明は電動ショベルやハイブリッドショベルのような電動機を駆動源とする建設機械において、電動機の回転力を減速機で減速して上部旋回体等の被駆動部に伝達する駆動装置に関するものである。

ショベルの旋回駆動装置を例にとって背景技術を説明する。

ショベルは、クローラ式の下部走行体上に上部旋回体が地面に対して鉛直となる軸のまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体に作業アタッチメントが取付けられて構成される。

電動ショベルやハイブリッドショベルの場合、上部旋回体を旋回させる旋回駆動装置は、図５に示すように、駆動源としての電動機１と、この電動機１の回転力を歯車減速機構により減速して被駆動部である上部旋回体に伝達する減速機２とを備え、この両者が、互いの回転軸心(電動機シャフト３及び減速出力軸４の軸心)が同軸上に並び、かつ、電動機１が上になる縦置き姿勢で連結されて構成される。

電動機１は、電動機シャフト３を中心として回転するロータ５と、このロータ５の外周に配置されたステータ６が円筒状の電動機ケーシング７に収容されるとともに、この電動機ケーシング７の上端に上側エンドカバー８、下端に下側エンドカバー兼フランジとしての連結部９がそれぞれ電動機シャフト３と直交する状態で取付けられて成り、電動機シャフト３の上部が上側エンドカバー８に、下部が連結部９にそれぞれ軸受１０，１１を介して回転自在に支持される。

減速機２は、減速機ハウジング１２内に一〜複数段の遊星歯車機構(図では二段の遊星歯車機構１３，１４を例示している)が収容されて成り、減速機ハウジング１２の上端が電動機１の連結部９に連結ボルト１５によって取付けられる。

減速機２の下端には、減速出力軸４を回転自在に支持する軸受を内蔵したシャフト支持部１６が設けられ、このシャフト支持部１６の下部外周に設けられた取付フランジ１７がアッパーフレーム１８に取付ボルト１９によって取付けられる。

この減速機２の出力は、減速出力軸４に設けられたピニオン２０、及び下部走行体のロワフレームに設けられた図示しない旋回ギヤを介して上部旋回体に伝えられる。

電動機１は、運転中、それ自体が発熱する上に、減速機２の熱が連結部９を通して伝達されるため高温化し、電動機効率や出力が低下するという問題がある。

そこで、電動機１を冷却する技術として、特許文献１に示されているように、電動機ケーシング７の周壁の厚み内に、水、油等の冷却媒体によって同ケーシング７を冷却する冷却通路を設けた技術が公知である。

特開２００７−１２０５１０号公報

上記公知技術によると、電動機ケーシング７の冷却効果は得られるが、連結部９を通じた減速機２からの入熱に対しては無防備のままであるため、減速機熱による電動機温度の上昇はなお避けられない。

なお、連結部９と減速機２(減速機ハウジング１２)の間に冷却通路を持った冷却器を追加することが考えられるが、こうすると冷却器分だけ駆動装置の全長(全高)が大きくなるため、ショベルの旋回駆動装置のように上下方向の占有スペースが限られる状況では設置困難となるとともに、冷却系統(冷却器及びその配管等)を追加しなければならないため大幅なコストアップを招く。

そこで本発明は、装置全長の増加や大幅なコストアップを招かずに、減速機から電動機への入熱を抑制することができる建設機械の駆動装置を提供するものである。

上記課題を解決する手段として、本発明においては、駆動源としての電動機と、この電動機の回転力を減速して被駆動部に伝達する減速機が、互いの回転軸心が同軸上に並ぶ状態で配置され、上記電動機は、電動機シャフトを中心として回転するロータと、このロータの外周に配置されたステータが電動機ケーシングに収容されるとともに、上記電動機ケーシングの一端に板状の連結部が上記電動機シャフトと直交して設けられて成り、上記減速機のハウジングが上記連結部に取付けられる建設機械の駆動装置において、上記電動機ケーシングの周壁の厚み内に、冷却媒体によって電動機ケーシングを冷却するケーシング冷却通路を設ける一方、上記連結部の厚み内に、冷却媒体により連結部を冷却する連結部冷却通路を、上記ケーシング冷却通路と接続され、かつ、上記減速機のハウジング内の空間から遮断された状態で設けたものである。

この構成によれば、電動機の連結部に連結部冷却通路を、ケーシング周壁に設けられたケーシング冷却通路と接続された状態で設けたから、いいかえれば減速機熱が入る連結部を専用の冷却通路で冷却する構成としたから、減速機から電動機への入熱を抑制することができる。

しかも、連結部用の冷却器を電動機と減速機の間に追加するのではなく、連結部冷却通路を連結部の厚み内に、ケーシング冷却通路と接続された状態、つまり一つの冷却系統をケーシング冷却通路と連結部冷却通路とで共用する状態で設けたから、装置全長が増加するおそれもないし、冷却系統(冷却器、冷却配管等)の増設による大幅なコストアップを招くおそれもない。

この場合、上記ケーシング冷却通路を、上記電動機ケーシングの長さ方向の一端部から他端部までに亘って設け、このケーシング冷却通路の連結部側の端部と上記連結部冷却通路を連結部の厚み内で相連通させることによって両冷却通路を接続するのが望ましい(請求項２)。

この構成によれば、両冷却通路を配管無しで直接接続するため、配管の手間とコストを削減できるとともに、接続配管が駆動装置の設置や他の機器類、配管の邪魔になるおそれがない。

また、上記連結部冷却通路を、上記連結部の内周部から外周部までに亘って設けるのが望ましい(請求項３，４)。

こうすれば、連結部を直径方向の広い範囲で冷却し、減速機熱の入熱防止効果を高めることができるとともに、連結部の中心部に電動機シャフトを支持するための軸受を設ける場合に軸受の過熱を防止することができる。

この場合、上記連結部冷却通路を、上記連結部の周方向の広がりを持った面状通路として形成するのが望ましい(請求項４)。

こうすれば、減速機熱の入熱防止効果及び軸受冷却効果をさらに高めることができる。

本発明によると、装置全長の増加や大幅なコストアップを招かずに、減速機から電動機への入熱を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る駆動装置の全体縦断面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。本発明の第２実施形態に係る駆動装置の図３相当図である。従来の駆動装置の全体縦断面図である。

本発明の実施形態を図１〜図４によって説明する。

実施形態は、背景技術の説明に合わせてショベルの旋回駆動装置を適用対象としている。

実施形態に係る旋回駆動装置において、次の点は図５に示す従来技術と同じである。

(ｉ) この旋回駆動装置は、図１に示すように、駆動源としての電動機２１と、この電動機２１の回転力を歯車減速機構により減速して被駆動部である上部旋回体に伝達する減速機２２とを備え、この両者が、互いの回転軸心(電動機シャフト２３及び減速出力軸２４の軸心)が同軸上に並び、かつ、電動機２１が上になる縦置き姿勢で連結されて構成される点。

(ｉｉ) 電動機２１は、電動機シャフト２３を中心として回転するロータ２５と、このロータ２５の外周に配置されたステータ２６が円筒状の電動機ケーシング２７に収容されるとともに、この電動機ケーシング２７の上端に上側エンドカバー２８、下端に下側エンドカバー兼フランジとしての連結部２９がそれぞれ電動機シャフト２３と直交する状態で取付けられて成り、電動機シャフト２３の上部が上側エンドカバー２８に、下部が連結部２９にそれぞれ軸受３０，３１を介して回転自在に支持される点。

(ｉｉｉ) 減速機２２は、減速機ハウジング３２内に一〜複数段の遊星歯車機構(図では二段の遊星歯車機構３３，３４を例示している)が収容されて成り、減速機ハウジング３２の上端が電動機１の連結部２９に連結ボルト３５によって取付けられる点。

(ｉｖ) 減速機２２の下端には、減速出力軸２４を回転自在に支持する軸受を内蔵したシャフト支持部３６が設けられ、このシャフト支持部３６の下部外周に設けられた取付フランジ３７がアッパーフレーム３８に取付ボルト３９によって取付けられる点。

(ｖ) この減速機２２の出力は、減速出力軸２４に設けられたピニオン４０、及び下部走行体のロワフレームに設けられた図示しない旋回ギヤを介して上部旋回体に伝えられる点。

第１実施形態(図１〜図３参照)
電動機ケーシング２７の周壁の厚み内に、水、油等の冷却媒体によって同ケーシング２７を冷却するケーシング冷却通路４１が設けられている。

このケーシング冷却通路４１は、円周方向の複数個所で上端部から下端部までに亘って上下方向に延びる縦通路４１ａ…と、縦通路４１ａ…同士を円周方向に接続する接続通路４１ｂから成り、このケーシング冷却通路４１によって電動機ケーシング２７が冷却される(図１，２参照)。

また、電動機ケーシング２７の周壁上部に、ケーシング冷却通路４１に対する給水用及び排水用の接続穴４２，４３が設けられ、給水用接続穴４２に給水管４４、排水用接続穴４３に排水管４５が接続されている。

給水管４４は図示しない冷却ポンプを備えた冷却循環回路の吐出側に、排水管４５は同吸い込み側にそれぞれ接続され、冷却媒体がこの冷却循環回路及びケーシング冷却通路４１(縦通路４１ａ及び接続通路４１ｂ…)を通って循環するように構成されている。

一方、連結部２９には、複数の連結部冷却通路４６…が設けられている。

この連結部冷却通路４６…は、連結部２９の内周部から外周部までに亘って、かつ、連結部２９の円周方向の広がりを持った面状通路、すなわち、それぞれほぼ９０°の扇形に形成され、隣り合う連結部冷却通路４６，４６同士が連絡通路４７…によって接続されている(図１，３参照)。

ここで、連結部冷却通路４６…の連結部外周側の端部に、連通路４６ａが連結部上面側に開口する縦穴として設けられ、この連通路４６ａが、ケーシング冷却通路４１の縦通路４１ａ…の下端部(連結部側の端部)に連通している。

すなわち、ケーシング冷却通路４１と連結部冷却通路４６が連結部２９の厚み内で相連通することによって両冷却通路４１，４６が接続され、ケーシング冷却通路４１を流れる冷却媒体が、縦通路４１ａ…を通して連結部冷却通路４６…にも流れるように構成されている。

いいかえれば、電動機ケーシング２７と連結部２９が、共通の冷却循環回路、配管(給水管４４、排水管４５)を通る冷却媒体によって冷却されるように構成されている。

この構成によれば、減速機熱が入る連結部２９を専用の冷却通路(連結部冷却通路４６…)で冷却するため、減速機２２から電動機２１への入熱を抑制することができる。

しかも、連結部用の冷却器を電動機と減速機の間に追加するのではなく、連結部冷却通路４６を連結部２９の厚み内に、ケーシング冷却通路４１と接続された状態、つまり一つの冷却系統をケーシング冷却通路４１と連結部冷却通路４６とで共用する状態で設けたから、装置全長が増加するおそれもないし、冷却系統(冷却器や冷却配管)の増設による大幅なコストアップを招くおそれもない。

この場合、ケーシング冷却通路４１(縦通路４１ａ…)を、ケーシング長さ方向の上下両端部間に亘って設け、その下端部と連結部冷却通路４６を連通路４６ａにより連結部２９の厚み内で相連通させて両冷却通路４１，４６を接続する構成をとっているため、つまり、両冷却通路４１，４６を配管無しで直接接続するため、配管の手間とコストを削減できるとともに、接続配管が駆動装置の設置や他の機器類、配管の邪魔になるおそれがない。

また、連結部冷却通路４６を、連結部２９の内周部から外周部までに亘って、かつ、連結部の周方向の広がりを持った面状通路(扇形通路)として形成しているため、連結部２９をほぼ全域に亘る広い範囲で冷却することができる。

このため、減速機熱の入熱防止効果を高めることができるとともに、連結部２９の中心部に設けられた、電動機シャフト２３を支持するための軸受３１の過熱を防止することができる。

なお、電動機ケーシング２７及び連結部２９は、それぞれ鋳型成形等によって別体に成形され、別々に冷却通路(ケーシング冷却通路４１、連結部冷却通路４６)が加工された状態でボルト止め等によって連結される。

この場合、両者別体であるため、一体成形する場合と比べて、両冷却通路４１，４６の加工(たとえば鋳型成形する場合の中子による通路加工)が容易となる。

第２実施形態(図２，４参照)
第１実施形態との相違点のみを説明する。

第２実施形態においては、ケーシング冷却通路４１については第１実施形態と同じで、連結部冷却通路４８の構成が異なる。

すなわち、連結部２９の円周方向の複数個所において、連結部厚み内に直径方向(放射状)に延びる主通路４８ａ…が設けられ、隣り合う主通路４８ａ…同士が円周方向に延びる副通路４８ｂ…で接続されて連結部冷却通路４８が構成されている。

また、第１実施形態と同様に、主通路４８ａ…の連結部外周側の端部に縦穴としての連通路４８ｃが設けられ、ケーシング冷却通路４１の縦通路４１ａ…の下端部がこの連通路４８ｃを介して各主通路４８ａ…に接続されている。

この第２実施形態によっても、第１実施形態と基本的に同様の作用効果を得ることができる。

他の実施形態
(１) ケーシング冷却通路と連結部冷却通路の形状は種々選択可能である。たとえばケーシング冷却通路を、上下方向に往復しながら円周方向に連続する波形に形成してもよい。

また、連結部冷却通路についても、連結部直径方向に往復しながら円周方向に連続する波形に形成してもよい。

(２) ケーシング冷却通路と連結部冷却通路を連通配管によって外部で接続する構成をとってもよい。

(３) 本発明は、下部走行体の走行駆動装置やウィンチの駆動装置等、旋回駆動装置と同様に電動機と減速機が、互いの中心軸(電動機シャフトと減速出力軸)が一致する状態で装置軸方向に並んで設けられる他の駆動装置にも、またショベル以外の建設機械において上記構成を備えた駆動装置にも上記同様に適用することができる。

また、駆動部と減速機が左右に位置する横置き型の駆動装置にも適用することができる。さらに、駆動源として電動機と同一原理の発電機または発電電動機を備えた駆動装置にも上記同様に適用することができる。

２１電動機
２２減速機
２３電動機シャフト
２４減速出力軸
２５ロータ
２６ステータ
２７電動機ケーシング
２９連結部
３２減速機ハウジング
３５連結ボルト
４１ケーシング冷却通路
４１ａケーシング冷却通路の縦通路
４１ｂ接続通路
４６連結部冷却通路
４６ａ連通路
４７連絡通路
４８連結部冷却通路
４８ａ主通路
４８ｂ副通路
４８ｃ連通路

Claims

駆動源としての電動機と、この電動機の回転力を減速して被駆動部に伝達する減速機が、互いの回転軸心が同軸上に並ぶ状態で配置され、上記電動機は、電動機シャフトを中心として回転するロータと、このロータの外周に配置されたステータが電動機ケーシングに収容されるとともに、上記電動機ケーシングの一端に板状の連結部が上記電動機シャフトと直交して設けられて成り、上記減速機のハウジングが上記連結部に取付けられる建設機械の駆動装置において、上記電動機ケーシングの周壁の厚み内に、冷却媒体によって電動機ケーシングを冷却するケーシング冷却通路を設ける一方、上記連結部の厚み内に、冷却媒体により連結部を冷却する連結部冷却通路を、上記ケーシング冷却通路と接続され、かつ、上記減速機のハウジング内の空間から遮断された状態で設けたことを特徴とする建設機械の駆動装置。
上記ケーシング冷却通路を、上記電動機ケーシングの長さ方向の一端部から他端部までに亘って設け、このケーシング冷却通路の連結部側の端部と上記連結部冷却通路を連結部の厚み内で相連通させることによって両冷却通路を接続したことを特徴とする請求項１記載の建設機械の駆動装置。
上記連結部冷却通路を、上記連結部の内周部から外周部までに亘って設けたことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械の駆動装置。
上記連結部冷却通路を、上記連結部の周方向の広がりを持った面状通路として形成したことを特徴とする請求項３記載の建設機械の駆動装置。