JP6023441B2

JP6023441B2 - 動力伝達装置

Info

Publication number: JP6023441B2
Application number: JP2012062780A
Authority: JP
Inventors: 料久阿部
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2032-03-19
Also published as: JP2013194823A

Description

本発明は、流体継手を備えた動力伝達装置に関する。

モータと減速機とを連結した動力伝達装置は、さまざまな用途で使用されている。

一般に、この種の動力伝達装置においては、冷却ファンが、モータの反負荷側に配置されるが、モータに取付けられた冷却ファンだけでは、該冷却ファンから離れた位置にある減速機まで十分に冷却するのが困難なことがある。

特許文献１では、特に熱負荷が高い環境で使用される動力伝達装置において、減速機を効率的に冷却するために、該減速機の入力軸に冷却ファンを取付けた構成を開示している。この構成によれば、減速機のケーシングを、該入力軸に取付けた冷却ファンによって良好に冷却することができる。

特開２００５−３０８０７０号公報

しかしながら、このような動力伝達装置において、モータと減速機とを、流体継手を介して連結した場合に、減速機の入力軸に取付けたファンがうまく機能しないことがあるという問題が見出された。

本発明は、このような問題を解消するためになされたものであって、モータと減速機とを流体継手を介して連結した動力伝達装置において、減速機を効率的に冷却することをその課題としている。

本発明は、モータと減速機が流体継手を介して連結された動力伝達装置において、前記流体継手を覆う保護カバーを備え、該保護カバーの前記減速機寄りの位置に空気吸入口が配置されるとともに、該保護カバーの前記減速機より離れた位置に空気排出口が配置され、前記流体継手の回転により前記空気吸入口から吸い込んだ空気を前記空気排出口から排出し、前記保護カバーが、前記減速機と対向し該減速機の入力軸と直角な面において、該減速機のケーシングであって、ケーシング本体と該ケーシング本体から前記モータ側に突出し前記入力軸を支持する軸受を収容する軸受ハウジングとを有するケーシングの、前記ケーシング本体の外形よりも径方向に大きい拡大部を有し、前記空気吸入口が、該保護カバーの拡大部に開口されている構成とすることにより、上記課題を解決したものである。

また、本発明は、モータと減速機が流体継手を介して連結された動力伝達装置において、前記流体継手を覆う保護カバーを備え、該保護カバーの前記減速機寄りの位置に空気排出口が配置されるとともに、該保護カバーの前記減速機より離れた位置に空気吸入口が配置され、前記流体継手の回転により前記空気吸入口から吸い込んだ空気を前記空気排出口から排出し、前記保護カバーが、前記減速機と対向し該減速機の入力軸と直角な面において、該減速機のケーシングであって、ケーシング本体と該ケーシング本体から前記モータ側に突出し前記入力軸を支持する軸受を収容する軸受ハウジングとを有するケーシングの、前記ケーシング本体の外形よりも径方向に大きい拡大部を有し、前記空気排出口が、該保護カバーの拡大部に開口されている構成とすることにより、同じく上記課題を解決したものである。

発明者の検証によれば、流体継手を介してモータと減速機とを連結した場合に減速機の入力軸に取付けた冷却ファンがうまく機能しなかったのは、流体継手が回転することによって該流体継手自体が独自の空気流を発生し、この空気流と減速機に取付けられた冷却ファンの空気流とが干渉したことが原因と推察された。

本発明は、この現象を、例えば減速機の冷却ファンの容量（風量）をより高めたりすることによって解消するのではなく、むしろ、この現象の原因となった流体継手自体が発生する空気流を、減速機の冷却に積極的に活用するようにしたものである。

すなわち、本発明では、流体継手を覆っている保護カバーの減速機寄りの位置に空気吸入口を配置するとともに、減速機より離れた位置に空気排出口を配置する。あるいは、流体継手を覆っている保護カバーの減速機寄りの位置に空気排出口を配置するとともに、減速機より離れた位置に空気吸入口を配置する。

いずれの側を空気吸入口とし、いずれの側を空気排出口とするかは、流体継手の回転によって現に発生される空気流の向きに依る。流体継手の回転によって減速機側からモータ側への空気流が発生するときは、減速機の周囲を通過して減速機寄りの位置に配置された空気吸入口から保護カバー内に吸い込まれる空気流によって減速機を冷却することができる。吸入された空気は、減速機から離れた位置に配置された空気排出口から排出される。

逆に、流体継手の回転によってモータ側から減速機側への空気流が発生するときは、該空気流によって減速機から離れた位置に配置された空気吸入口から保護カバー内に空気が吸い込まれ、該吸い込まれた空気を減速機寄りの位置に配置された空気排出口から排出することによって減速機を冷却することができる。

本発明によれば、モータと減速機とを流体継手を介して連結した動力伝達装置において、減速機を効率的に冷却することができる。

本発明の実施形態の一例に係る動力伝達装置の全体を示す正面図上記動力伝達装置の保護カバーの斜視図図２の矢視ＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って保護カバーの減速機側の内側面を示した断面図

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。

図１は、本発明の実施形態の一例に係る動力伝達装置の全体を示す正面図である。図１では、保護カバーの側面（図１での正面）が取り除かれており、保護カバー内の状態が視認できるようにしてある。

この実施形態に係る動力伝達装置ＧＭは、モータＭと減速機Ｇとが流体継手Ｆ１を介して連結されている。

モータＭは、３相の誘導モータである。モータＭの反負荷側には、図示せぬ冷却ファンが備えられている。冷却ファンは、ファンカバー１４で覆われている。モータＭのケーシング１６の負荷側のケースカバー１６Ａには、保護カバー１８とのインロー部１６Ｂが形成されている。

減速機Ｇは、３段型の直交減速機が採用されている。尤も、本発明においては、減速機の段数は特に限定されず、例えば、２段型や４段型の減速機であってもよい。また、減速機構も、特に限定されず、例えば平行軸減速機構や遊星歯車減速機構であってもよい。

減速機Ｇのケーシング２２は、ケーシング本体２２Ａと、該ケーシング本体２２Ａからモータ側に突出して形成された軸受ハウジング２２Ｂとから主に構成されている。軸受ハウジング２２Ｂ内には、減速機Ｇの入力軸２４を回転自在に支持する図示せぬ軸受が収容されている。なお、この動力伝達装置ＧＭの減速機Ｇの入力軸２４には、冷却ファンは取付けられていない。

前述したように、モータＭと減速機Ｇは、流体継手Ｆ１を介して連結されているが、この実施形態の動力伝達装置ＧＭの用途によって、異物を噛み込んでしまうことがある。モータ側と減速機側とをリジッドに連結する継手は、こうした異物を噛み込んだときに装置全体を停止させてしまう虞があり、過負荷となってしまうことが心配される。流体継手Ｆ１は、こうした異物の噛み込み時の過負荷の回避のほか、始動時や急停止時の衝撃が緩和される等の利点がある継手である。

流体継手Ｆ１自体は、公知のものであり、オイルで満たされたケーシング２８の中に図示せぬポンプインペラ（入力側羽根車）とランナ（出力側羽根車）とが対峙しており、入力側のポンプインペラの回転がオイルを流動させ、それが出力側のランナを回転させる構成とされている。なお、本発明における流体継手には、いわゆる狭義の流体継手（fluid coupling）のほか、ステータを備えたトルクコンバータ（torque converter）の概念を含む。

流体継手Ｆ１のケーシング２８の外周には、多数のフィン３０が設けられている。これは、流体継手Ｆ１自体に生じた熱を、該流体継手Ｆ１のケーシング２８外に発散させることを意図したものである。しかしながら、このフィン３０は、回転することによって空気流を生じさせる。より具体的には、この実施形態に係る流体継手Ｆ１は、ケーシング２８のフィン３０の形状、取り付けの向き、および回転方向等の条件から、減速機側からモータ側への空気流Ｙ１が発生する。

本実施形態では、安全上の観点で流体継手Ｆ１を覆っている保護カバー１８を、言わば「ダクト」として機能させることにより、この「減速機側からモータ側へ向けて発生する空気流Ｙ１」を、減速機Ｇの冷却に積極的に活用する。

以下、保護カバー１８を活用した減速機Ｇの冷却系の構成について説明する。

図２は、本動力伝達装置ＧＭの保護カバー１８の（上面を取り除いて示した）斜視図、図３は、図２の矢視ＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って保護カバー１８の減速機側の内側面を示した断面図である。

保護カバー１８は、ほぼ直方体の箱状に形成されている。便宜上、該直方体の各面について、保護カバー１８の上部および下部に水平に延在されている面を、上面１８Ａおよび下面１８Ｂ、該上面１８Ａと下面１８Ｂを連結するように鉛直に立設されている面を、（モータ側から減速機Ｇを見たときを基準として）左側面１８Ｃおよび右側面１８Ｄ、モータＭのケーシング１６と固定される（軸と直角でモータＭと対向する）面をモータ連結面１８Ｅ、減速機Ｇのケーシング２２と固定される（軸と直角で減速機Ｇと対向する）面を減速機連結面１８Ｆと称することとする。なお、図２では、保護カバー１８の内部が見えるように、該保護カバー１８の上面１８Ａの天板は、大きく開口した記載としてある。実際には、保護カバー１８の上面１８Ａおよび下面１８Ｂは、天板および底板で塞がれており、開口は形成されていない。

保護カバー１８のモータ連結面１８Ｅには、モータＭのケーシング１６のインロー部１６Ｂと係合する貫通孔１８Ｅ１が形成されている。モータ連結面１８ＥとモータＭは、該インロー部１６Ｂおよび貫通孔１８Ｅ１を介して互いの軸心を合わせた上でボルト（ボルト孔のみ図示）３２により連結されている。

また、保護カバー１８の減速機連結面１８Ｆには、減速機Ｇのケーシング２２のインロー部２２Ｃと係合する貫通孔１８Ｆ１が形成されている。減速機連結面１８Ｆと減速機Ｇは、該インロー部２２Ｃおよび貫通孔１８Ｆ１を介して互いの軸心を合わせた上で、軸受ハウジング２２Ｂの外周において減速機Ｇのケーシング本体２２Ａとボルト（ボルト孔のみ図示）３４により連結されている。すなわち、軸受ハウジング２２Ｂは、その一部が保護カバー１８の減速機連結面１８Ｆを超えて、該保護カバー１８内に臨んでいる。

この保護カバー１８が存在することにより、モータＭのケーシング１６と減速機Ｇのケーシング２２との間の空間Ｐ１は、流体継手Ｆ１が収容されたほぼ閉じられた空間となる。流体継手Ｆ１は、保護カバー１８の軸方向中央より若干モータ寄りに位置しており、流体継手Ｆ１よりも減速機寄りの空間Ｐ２の方がモータ寄りの空間Ｐ３よりも広く確保されている。

保護カバー１８の減速機連結面１８Ｆは減速機Ｇのケーシング２２の外形よりも径方向に大きい拡大部１８Ｆ２を有している。本実施形態では、この拡大部１８Ｆ２のスペース（具体的には減速機Ｇのケーシング２２の軸受ハウジング２２Ｂの外周に対応する位置）に、直線状に細長い空気吸入口４１〜４４を、仮想正方形の辺Ｓ１〜Ｓ４に沿って４個設けている。この拡大部１８Ｆ２は、保護カバー１８の「減速機寄りの位置」に相当している。

なお、この減速機Ｇのケーシング２２の軸受ハウジング２２Ｂの外周位置（減速機連結面１８Ｆに形成された空気吸入口４１〜４４に対向する位置）は、減速機Ｇのケーシング本体２２Ａの大部分の外形面より径方向に若干窪んだ（径方向の寸法が小さい）形状とされている。したがって、減速機Ｇのケーシング本体２２Ａは、該空気吸入口４１〜４４を塞いでいない。

保護カバー１８の該空気吸入口４１〜４４の径方向外側位置には、Ｌ型アングルで構成されるフード６１〜６４が、それぞれ１個（計４個）減速機Ｇのケーシング本体２２Ａに沿って延在するように取付けられている。この実施形態では、フード６１〜６４は、延在寸法Ｌ１の分だけ減速機連結面１８Ｆから突出している。なお、空気排出口５１、５２の内面側には、誤って人の手が入るのを防止するために網４１Ａ〜４４Ａがそれぞれ取付けられている（図３参照）。なお、図示はされていないが、このような網は、他の吸入口や排出口にも設置されている。

また、保護カバー１８の左側面１８Ｃおよび右側面１８Ｄの「減速機Ｇから離れた位置」、より具体的には、空気吸入口４１〜４４よりも減速機Ｇから離れた位置には、空気排出口５１、５２が設けられている。具体的には、空気排出口５１、５２は、角部５１Ａ、５２Ａが丸められた長方形の形状とされ、左側面１８Ｃおよび右側面１８Ｄの流体継手Ｆ１よりもモータ側の位置に、それぞれ１個ずつ縦長に開口されている。なお、ここで、「流体継手Ｆ１よりモータＭ側の位置」とは、流体継手Ｆ１のフィン３０の形成範囲Ｌ３の軸方向中央Ｃ１よりモータＭ側に空気排出口（後述する実施形態では空気吸入口）の半分以上が開口していることを意味している。因みに、この実施形態では、空気排出口５１、５２の全体が流体継手Ｆ１のフィン３０の形成範囲Ｌ３の軸方向中央Ｃ１よりモータ側に開口している。

次に、この実施形態の動力伝達装置ＧＭの作用を説明する。

この流体継手Ｆ１の保護カバー１８は、流体継手Ｆ１のケーシング２８が回転することから、基本的には安全上の観点で流体継手Ｆ１を覆うために設けられているものであり、この作用は、本実施形態でも失われていない。

その一方で、この保護カバー１８は、モータＭのケーシング１６と減速機Ｇのケーシング２２との間にあって、流体継手Ｆ１を収容した状態で、（空気吸入口４１〜４４と空気排出口５１、５２の開口部分以外は）ほぼ密閉された空間Ｐ１を形成している。前述したように、この実施形態では、流体継手Ｆ１によって減速機側からモータ側へ移動する空気流Ｘ１が発生する。

このため、このほぼ密閉された空間Ｐ１で流体継手Ｆ１が回転すると、空気の移動によって流体継手Ｆ１の減速機寄りの空間Ｐ２の気圧が低くなることから、保護カバー１８外の空気が減速機連結面１８Ｆに形成した（減速機寄りの位置に配置された）４つの空気吸入口４１〜４４から保護カバー１８内に吸入されてくる。

また、流体継手Ｆ１のモータ寄りの空間Ｐ３の気圧が高まることから、引き込まれてきた空気は、（減速機より離れた位置に配置された）空気排出口５１、５２から保護カバー１８外に排出される。すなわち、保護カバー１８は、空気吸入口４１〜４４から吸入された空気を該保護カバー１８内で減速機側からモータ側に移動・排出するための「ダクト」として機能することになる。

とりわけ、この実施形態では、（減速機Ｇから離れた位置にある）空気排出口５１、５２を、流体継手Ｆ１よりもモータＭ側に開口させているため（すなわち、流体継手Ｆ１を挟んで空気吸入口４１〜４４と空気排出口５１、５２を配置しているため）、流体継手Ｆ１の回転によって生じる空気流Ｘ１を最大限に活かし、保護カバー１８内の空気を効率的に移動させることが可能である。

これにより、減速機Ｇのケーシング本体２２Ａの周辺の空気は、空気吸入口４１〜４４に引き込まれるようにして連続的に移動する。これにより、減速機Ｇのケーシング本体２２Ａの周辺は、常に新しい空気が集まってくるため、この集まってきた空気が該ケーシング本体２２Ａを冷却する。また、保護カバー１８内において流体継手Ｆ１自体の冷却も同時に行われる。

また、減速機Ｇの中で最も熱負荷の高い（冷却の必要な）軸受ハウジング２２Ｂが、集められてきた空気、およびカバー内に吸入されてきた空気に常に触れることになるため、非常に効率的に該軸受ハウジング２２Ｂの冷却を行うことができる。

この結果、従来、この種の用途においては必須とされてきた（減速機Ｇ用の）冷却ファンが不要になり、大幅なコストダウンが図れる。

ところで、前述したように、流体継手Ｆ１が回転することによって発生する空気流の方向（向き）は、流体継手Ｆ１のフィン３０の形状、あるいは流体継手Ｆ１の取り付け方向、あるいは流体継手Ｆ１の回転方向等に依存する。逆に言うならば、フィンの形状、取り付け方向、あるいは回転方向等の条件が変わった「流体継手Ｆ２（図１において（）書きで表示）」の場合は、先の実施形態とは逆に、モータ側から減速機側への空気流Ｘ１が発生することになる。

流体継手Ｆ２の回転によってモータ側から減速機側への空気流Ｘ１が発生すると、例えば、上記実施形態と全く同一の冷却系構成のままでも、上記実施形態において減速機連結面１８Ｆに形成されていた（減速機寄りの位置に配置された）４個の空気吸入口４１〜４４は、自動的に空気排出口１４１〜１４４として機能するようになる。また、上記実施形態において左側面１８Ｃおよび右側面１８Ｄに形成されていた（減速機から離れた位置に配置された）２個の空気排出口５１、５２は、自動的に空気吸入口１５１、１５２として機能するようになる。

より具体的には、空気流の向きがＸ１であるときは、保護カバー１８の左右側面１８Ｃ、１８Ｄの近傍の空気が、（減速機Ｇから離れた位置に配置された、より具体的には、空気排出口１４１〜１４４よりも減速機Ｇから離れた位置に配置された）空気吸入口１５１、１５２から保護カバー１８内に吸入され、該保護カバー１８内を減速機側に向けて移動し、該保護カバー１８の減速機連結面１８Ｆに配置された（減速機寄りの位置に配置された）空気排出口１４１〜１４４から排出されることで、減速機Ｇのケーシング２２が冷却されることになる。

この場合でも、最も熱負荷の高い軸受ハウジング２２Ｂは、保護カバー１８内の空気、または減速機連結面１８Ｆの空気排出口１４１〜１４４から排出された直後の空気によって強力に冷却されることになるため、良好に熱を発散することができる。また、流体継手Ｆ２自体の冷却も同時に行われる。

なお、先の実施形態のフード６１〜６４に代えて別の形状のフードを取付けたり、あるいはフード６１〜６４に更に追加して、他のフードを取付けたりするのは無論自由であり、本発明の効果をより高める手段としてときに非常に効果的である。すなわち、フードの取り付け位置および形状を適宜に設定することにより、より冷却の必要な部位に、より効果的に集められてきた（あるいは排出されてきた）空気を導くことができる。

フードの変形例としては、例えば、先の実施形態で取付けられていたフードの延在寸法Ｌ１をより長くしたり、あるいは、４個のフード６１〜６４を連結して１個の矩形・筒状のフード（図示略）としたりすることも考えられる。あるいは、保護カバー１８自体の上下面１８Ａ、１８Ｂ、および左右両側面１８Ｃ、１８Ｄを、減速機連結面１８Ｆよりも、さらに減速機側に延在させることによって、保護カバー（１８）自体にフードの機能を持たせるようにしてもよい。もちろん、左右側面１８Ｃ、１８Ｄの空気排出口５１、５２（空気吸入口１５１、１５２）の付近にフードをつけるようにしてもよい。

なお、上記実施形態においては、減速機Ｇの冷却ファンの取り付けを省略するようにしていたが、本発明は、減速機の冷却ファンの取り付けを禁止するものではなく、適宜に設計されたファンカバーやフードを伴って流体継手とともに使用するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、流体継手より減速機寄りの位置に配置される空気吸入口（または空気排出口）を、（保護カバーの外形を減速機のケーシングの外形よりも径方向に大きく形成した）拡大部に開口させ、フードの形状を簡素化するようにしていたが、本発明は、必ずしもこの位置に減速機寄りの空気吸入口（または空気排出口）を形成することを要求するものではなく、例えば、左右の側面や上下面に形成してもよい（この場合は大きめのフードを付設するのが好ましい）。減速機より離れた位置に配置される空気排出口（または空気吸入口）についても同様で、開口位置はこの例に限定されない。すなわち、必ずしも流体継手よりもモータ寄りとする必要はなく、例えば、流体継手とほぼ同じ軸方向位置に配置してもよい。また、必ずしも側面に配置する必要もなく、上面や下面に配置してもよい。また、保護カバーの形状自体も、必ずしも直方体の形状である必要はなく、例えば円筒形状であってもよい。

要するに、空気吸入口も、また、空気排出口も、保護カバーの形状および減速機のケーシング形状、あるいは熱負荷の高い部分の位置に応じて適宜の位置に形成してよく、また、形成位置だけでなく、開口形状、個数等も、上記例に限定されるものではない。

ＧＭ…動力伝達装置
Ｍ…モータ
Ｇ…減速機
Ｆ１…流体継手
１８…保護カバー
４１〜４４、１５１、１５２…空気吸入口
５１、５２、１４１〜１４４…空気排出口
６１〜６４…フード

Claims

モータと減速機が流体継手を介して連結された動力伝達装置において、
前記流体継手を覆う保護カバーを備え、
該保護カバーの前記減速機寄りの位置に空気吸入口が配置されるとともに、
該保護カバーの前記減速機より離れた位置に空気排出口が配置され、
前記流体継手の回転により前記空気吸入口から吸い込んだ空気を前記空気排出口から排出し、
前記保護カバーが、前記減速機と対向し該減速機の入力軸と直角な面において、該減速機のケーシングであって、ケーシング本体と該ケーシング本体から前記モータ側に突出し前記入力軸を支持する軸受を収容する軸受ハウジングとを有するケーシングの、前記ケーシング本体の外形よりも径方向に大きい拡大部を有し、
前記空気吸入口が、該保護カバーの拡大部に開口されている
ことを特徴とする動力伝達装置。
モータと減速機が流体継手を介して連結された動力伝達装置において、
前記流体継手を覆う保護カバーを備え、
該保護カバーの前記減速機寄りの位置に空気排出口が配置されるとともに、
該保護カバーの前記減速機より離れた位置に空気吸入口が配置され、
前記流体継手の回転により前記空気吸入口から吸い込んだ空気を前記空気排出口から排出し、
前記保護カバーが、前記減速機と対向し該減速機の入力軸と直角な面において、該減速機のケーシングであって、ケーシング本体と該ケーシング本体から前記モータ側に突出し前記入力軸を支持する軸受を収容する軸受ハウジングとを有するケーシングの、前記ケーシング本体の外形よりも径方向に大きい拡大部を有し、
前記空気排出口が、該保護カバーの拡大部に開口されている
ことを特徴とする動力伝達装置。
請求項１または２において、
前記減速機は、冷却ファンを有しない
ことを特徴とする動力伝達装置。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記軸受ハウジングの一部が、前記保護カバー内に配置される
ことを特徴とする動力伝達装置。
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記空気吸入口または空気排出口から前記減速機のケーシングに沿って延在されたフードを備えた
ことを特徴とする動力伝達装置。
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記保護カバーは、直方体の箱状とされ、
前記流体継手は、前記保護カバーの軸方向中央よりも前記モータ寄りに位置し、
前記保護カバー内において、前記流体継手よりも前記減速機寄りの空間の方が、前記流体継手よりも前記モータ寄りの空間よりも広い
ことを特徴とする動力伝達装置。