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Title:
COOLING SYSTEM OF DRIVING DEVICE OF HYBRID CONSTRUCTION MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/047160
Kind Code:
A1
Abstract:
Provided is a cooling system which can cool an electric motor and a driver controller reasonably in a hybrid construction machine. A cooling system of the driving device of a hybrid construction machine comprises an electric motor being driven using electric power of a battery, which is charged with electric power generated by a generator, under control of a driver controller, wherein a cooling channel for cooling a generator motor (36) in a cooling liquid circulation path is constituted of a first annular channel (70D) formed on the side where cooling liquid flows in, a second annular channel (70E) formed on the side where cooling liquid flows out, and a plurality of coupling channels (70F) provided between the first and second annular channels (70D, 70E) in the axial direction and feeding the cooling liquid from the first annular channel (70D) side to the second annular channel (70F) side.

Inventors:
FUJINO YASUHIRO (JP)
IKEGAMI MASATO (JP)
Application Number:
PCT/JP2009/062821
Publication Date:
April 29, 2010
Filing Date:
July 15, 2009
Export Citation:
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Assignee:
SUMITOMO HEAVY INDUSTRIES (JP)
FUJINO YASUHIRO (JP)
IKEGAMI MASATO (JP)
International Classes:
H02K9/19; E02F9/00
Foreign References:
JP2008169613A2008-07-24
JP2005110451A2005-04-21
JPH07322567A1995-12-08
JP2004357472A2004-12-16
JPH0525959U1993-04-02
Attorney, Agent or Firm:
MAKINO, Takehiro et al. (JP)
Takehiro Makino (JP)
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Claims:
 発電機により発電された電力をバッテリに充電しドライバ制御器によって該バッテリの電力を使用して駆動される電動機を備えたハイブリット建設機械の駆動装置の冷却システムであって、
 冷却液をポンプから送り出し前記ドライバ制御器及び前記電動機を冷却した後、ラジエータにて熱交換し前記ポンプに循環させる冷却液循環路を備え、
 前記冷却液循環路における前記電動機を冷却する冷却流路が、冷却液が流入する側に形成された第1の環状流路と、冷却液が流出する側に形成された第2の環状流路と、前記第1、第2の環状流路間に前記電動機の軸方向に沿って複数設けられ、前記第1の環状流路の側から前記第2の環状流路の側に冷却液を流す連結流路とで構成されている
 ことを特徴とするハイブリッド建設機械の駆動装置の冷却システム。
 請求項1において、
 前記第1の環状流路に流入する冷却液、及び第2の環状流路から流出する冷却液の少なくとも一方が、前記第1の環状流路又は前記第2の環状流路のほぼ接線方向からそれぞれの環状流路に流入又は流出される
 ことを特徴とするハイブリッド建設機械の駆動装置の冷却システム。
 請求項1又は2において、
 前記連結流路の間に当該電動機を駆動するための配線を通す貫通孔が形成されている
 ことを特徴とするハイブリッド建設機械の駆動装置の冷却システム。
Description:
ハイブリッド建設機械の駆動装 の冷却システム

 本発明は、いわゆるハイブリッド建設機 の駆動装置の冷却システムに関する。

 特開2002-242234号公報では、エンジン、発 機、バッテリ、ドライバ制御器、ブーム用 電電動機、旋回用発電電動機、走行用発電 動機等の電動機を備え、エンジンを常に効 の良い状態で作動することが可能であり、 エネルギー、低騒音、排ガス低減を図った イブリッド建設機械の駆動装置が提案され いる。

 ハイブリッド建設機械の駆動装置にあっ は、専用のラジエータ等の付設されている ンジンのほか、電動機(発電電動機を含む) 、該電動機を駆動するためのインバータや 換器等のドライバ制御器等が「要冷却」の 象となる。ただ、比較するならば、冷却の 求度としては、電動機よりはむしろドライ 制御器の方が高い。

 ここで、電動機を冷却するための冷却構 等は、従来多くのものが提案されているが これらの冷却構造は、いずれも当該電動機 体をより十分に(効果的に)冷却することを 眼としたものであったため、圧力損失が大 い。そのため、このような電動機冷却用の 却構造にて建設機械の各電動機の冷却を行 うとすると、結果として、より冷却の要求 の高いドライバ制御器の冷却に悪影響が及 恐れがある。これはたとえ、ドライバ制御 を電動機よりも冷却循環路の上流側に配置 た場合でも言えることである。

 この不具合を回避するために充分大きな ンプを用意し、処理熱容量の大きな冷却液 環路を形成するのはコストの増大及び重量 増大を招き、ハイブリット建設機械の基本 念である省エネルギー化が大きく損なわれ 。

 本発明は、このような従来の問題を解消 るためになされたものであって、特にハイ リッド方式の建設機械において、電動機及 ドライバ制御器の冷却をより合理的に行う とのできる駆動装置の冷却システムを提供 ることをその課題としている。

 本発明は、発電機により発電された電力 バッテリに充電しドライバ制御器によって バッテリの電力を使用して駆動される電動 を備えたハイブリット建設機械の駆動装置 冷却システムであって、冷却液をポンプか 送り出し前記ドライバ制御器及び前記電動 を冷却した後、ラジエータにて熱交換し前 ポンプに循環させる冷却液循環路を備え、 記冷却液循環路における前記電動機を冷却 る冷却流路が、冷却液が流入する側に形成 れた第1の環状流路と、冷却液が流出する側 に形成された第2の環状流路と、前記第1、第2 の環状流路間に前記電動機の軸方向に沿って 複数設けられ、前記第1の環状流路の側から 記第2の環状流路の側に冷却液を流す連結流 とで構成されていることにより、上記課題 解決したものである。

 本発明では、ハイブリッド建設機械にお て、特に電動機を、「冷却液が流入する側 形成された第1の環状流路と、冷却液が流出 する側に形成された第2の環状流路と、前記 1、第2の環状流路間に軸方向に沿って複数設 けられ、前記第1の環状流路の側から前記第2 環状流路の側に冷却液を流す連結流路とで 成された冷却構造」にて冷却する。これに り、電動機における圧力損失を極力低減し 結果として、ドライバ制御器を良好に冷却 ることができ、ハイブリッド建設機械の駆 装置全体を、コストや重量の増大を招くこ なく合理的に冷却することができる。

 ハイブリッド方式の建設機械において、 にドライバ制御器の冷却を良好に行うこと 可能とし、結果として駆動装置全体を合理 に冷却することのできる冷却システムを構 できる。

本発明の実施形態の一例に係るハイブ ッド建設機械の駆動装置の冷却システムに けるブーム発電電動機の冷却液循環路を示 正面図 該ブーム発電電動機の上部破断の正面 図1の矢示III-III線に沿う断面図 上記ハイブリッド建設機械の駆動装置 冷却システムの全体概略構成図

 以下図面に基づいて本発明の実施形態の 例を詳細に説明する。

 図4に本発明の実施形態の一例が適用され るハイブリッド方式の油圧ショベル(建設機 )の駆動装置の全体概略構成を示す。

 この油圧ショベル(図示略)の駆動装置10で は、エンジン31に油圧ポンプ32と発電電動機30 が並列に結合されている。油圧ポンプ32には 知の作動油タンク43及び油圧制御器33が接続 され、アーム駆動用の油圧シリンダ34とバケ ト駆動用の油圧シリンダ35が駆動可能な開 路が構成されている。一方、発電電動機30は 発電機として動作しているときに発電した電 力(交流)をドライバ制御器24に給電する。

 ドライバ制御器24は、交流-直流変換器50 複数のインバータ52~56、DC-DCコンバータを有 る変換器51、57及び制御部22からなる。ドラ バ制御器24は、統括制御器23の制御の下で、 直流-交流変換制御、直流-直流変換制御、及 交流-直流変換制御を行なう。ドライバ制御 器24の制御部22は、統括制御器23からの制御指 令に基づいて、交流-直流変換器50及び各イン バータ52~56を制御し、ブーム発電電動機36、 回発電電動機37、走行発電電動機38、39への 給電力を制御すると共に、各発電電動機36~39 の回生電力を制御する。

 統括制御器23は、ブームレバー16、アーム レバー17、バケットレバー18、旋回レバー19及 び走行レバー20の操作出力及び各種センサ(図 示略)の出力を受け、ドライバ制御器24と動力 制御器40に制御信号を送る。動力制御器40は 油圧ポンプ32と発電電動機30の駆動態様を制 する。

 なお、ブーム発電電動機36は、固定容量 圧ポンプモータ27、28に連結されており、ブ ムシリンダ29を介して図示せぬブームの駆 を行なう。これに対し、旋回発電電動機37、 走行発電電動機38、39は、図示せぬ旋回機構 び走行機構を直接駆動する構成とされてい 。なお、図の符号41はバッテリ、42はコンデ サである。バッテリ41は、各発電電動機30、 36~39から回生される電力を蓄積し、これらの 電電動機30、36~39がモータとして駆動される ときに必要な電力を供給する。

 この実施形態に係る冷却システムでは、 却液循環路70上にポンプ72及びラジエータ74 備える。冷却液循環路70は、冷却流路70Aを してドライバ制御器24に向かい、ドライバ制 御器24を冷却後、冷却流路70B1を介して先ず発 電電動機30を冷却し(70B1→※1)、次いで冷却流 路70B2を介して発電電動機36、37へと向かい(※ 1→70B2)、更に走行発電電動機38、39を経由し 冷却流路70Cを介してラジエータ74に至り、ポ ンプ72に戻るように配設されている。冷却液 、ラジエータ74での熱交換によって再び冷 された状態でポンプ72に環流する。なお、こ の冷却システムは、エンジンの冷却システム (図示略)とは別系統の冷却システムとして構 されている。但し、必要に応じ両システム 合体させても良い。

 冷却液循環路70中の冷却液は、ドライバ 御器24を冷却した後、4つもの発電電動機36~39 を冷却する必要があるため、1つ1つの発電電 機36~39にて過度の圧損(圧力損失)が生じない ように、発電電動機36~39に対しては、図1~図3 示されるような冷却構造が採用されている 代表としてブーム発電電動機36を例にとり その冷却構造に焦点を当てて説明する。他 発電電動機30、37~39についても、冷却構造自 は基本的にほぼ同様の構成が採られている

 ブーム発電電動機36(及び発電電動機30、37 ~39)の冷却は、冷却液循環路70の一部である第 1、第2環状流路70D、70E、及び連結流路70Fとで われる。即ち、ブーム発電電動機36の冷却 路は、冷却液が流入する側に形成された第1 状流路70Dと、冷却液が流出する側に形成さ た第2環状流路70Eと、該第1、第2環状流路70D 70Eの間に軸方向に沿って複数設けられ、第1 環状流路70Dの側から第2環状流路70Eの側に冷 液を流す連結流路70Fとで主に構成されてい 。

 冷却液の流れ込む第1環状流路70Dは、この ブーム発電電動機36の冷却流路の中では最上 側に位置しているため、当該ブーム発電電 機36の中でより高い冷却性能が要求される に配置するのが好ましい。この実施形態で 、第1環状流路70Dは、レゾルバ(あるいはエン コーダ)86等のセンサが備えられている側に配 置されている。第1環状流路70Dは、モータケ シング88の端部88Aの近傍の内部を一周してリ ング状に形成されている。図2、図3に示され ように、第1環状流路70Dには、直角エルボで 構成される流入口90が接続されており、該第1 環状流路70Dのほぼ接線方向から冷却液が流入 されるように構成されている。

 第2環状流路70Eは、第1環状流路70Dの軸方 反対側の端部88Bの近傍において、モータケ シング88の内部を一周してリング状に形成さ れる。図2、図3に示されるように、第2環状流 路70Eには直角エルボで構成される流出口92が 続されており、該第2環状流路70Eのほぼ接線 方向から冷却液が流出されるように構成され ている。

 連結流路70Fは、第1、第2環状流路70D、70E 間に軸方向に沿って複数(この実施形態では1 2本)配置されている。この実施形態では、製 の容易性及び圧損を極力低減する目的で、 の断面が円形のパイプによって形成されて るが、より冷却効率を高めたい場合には、 円、あるいはより扁平形状の断面を有する イプで形成するようにしてもよい。

 図1及び図3に示されるように、連結流路70 Fの間には、当該ブーム発電電動機36を駆動す るための配線を通す貫通孔93~96が計4個(U相用 通孔93、V相用貫通孔94、W相用貫通孔95、及 サーミスタ用貫通孔96の計4個)形成されてい 。

 次にこの冷却システムの作用を説明する

 油圧ショベルを運転すると、発電電動機3 0、ブーム発電電動機36、旋回発電電動機37、 るいは走行発電電動機38、39は相応の熱を発 生する。又、これらの発電電動機30、36~39を 御するためのドライバ制御器24も熱を発生す る。これらの機器の冷却は、以下のようにし て行なわれる。

 ポンプ72が回転すると、冷却液循環路70中 の冷却液が冷却流路70Aを介してドライバ制御 器24に至り、まずドライバ制御器24を冷却す 。その後、冷却液は冷却流路70B1を介して発 電動機30の第1環状流路70Dの流入口90に至り 該第1環状流路70Dのほぼ接線方向から第1環状 流路70D内に流入する。従って、流入時の圧損 が小さく、冷却液は容易に第1環状流路70Dの 体(全周)に行き渡ることができる。この結果 、冷却液は、12本の連結流路70Fからほぼ均等 第2環状流路70Eに向けて流れる。第2環状流 70Eでは、流出口92が該第2環状流路70Eの接線 向に配設されているため、第2環状流路70Eに 達した冷却液を円滑に流出させることがで 、流出時の圧損も小さい。

 第1環状流路70Dの流入、連結流路70Fを介し た冷却液の進行、第2環状流路70Eからの流出 、いずれも蛇行、堰止め、行き止まり等の 却液の流れを妨げる構造(冷却液を長く被冷 機材の付近に滞留させようとする構造)がほ とんど存在しないため、流入から流出までの 圧損が極めて小さい。しかも、第1、第2環状 路70D、70Eがブーム発電電動機36の端部近傍 一周していることと相まって、連結流路70F ブーム発電電動機36の全周を均等に取り囲む ように配置されているため、冷却効率が高い 。

 発電電動機30の第2環状流路70Eから流出し 冷却液は、冷却流路70B2を介してブーム発電 電動機36に送られ、同様の作用にて(少ない圧 損で)ブーム発電電動機36の冷却を行ない、更 に旋回発電電動機37、2つの走行発電電動機38 39に送られてここでも同様の作用にて(少な 圧損で)それぞれの冷却を行なう。そのため 、冷却液循環路70の最下流に位置する走行発 電動機39をも良好に冷却することができ、 、冷却液循環路70全体の圧損が減少すること で、結果としてドライバ制御器24の冷却を十 良好に行うことができる。

 発電電動機39から流出してきた冷却液は 冷却流路70Cを介してラジエータ74に送られ、 ここで熱交換が行なわれて温度が低下され、 ポンプ72によって再び所定の圧力にてドライ 制御器24へと送り出される。

 ここで、一般に、電動機を冷却するため 冷却流路がケーシングに形成されていると 該ケーシングの内外を貫通させる必要のあ 配線スペースの確保が極めて困難になる例 多々見受けられるが、この実施形態に係る 結流路70Fは、直線状で且つ1本1本の間に隙 が存在するため、この隙間を利用してブー 発電電動機36を駆動するための配線を通す貫 通孔(配線スペース)92~96を確保できている。 のため、配線スペースを確保するためだけ 軸方向スペースを拡張したりする必要が無 、ブーム発電電動機36(同様に各発電電動機37 ~39)の軸方向長さの短縮に寄与できている。

 なお、上記実施形態においては、断面が 形の連結流路70Fを12本形成した例が示され いたが、本発明においては、連結流路の形 や本数は特に限定されない。断面が円形の 結流路は非円形の連結流路に比べてより圧 が少ない。非円形の連結流路は、(同じ本数 らば)電動機に対する表面積が大きくなるこ とから、より効率の高い冷却を行なうことが できる。連結流路の本数は、(1本1本の連結流 路の断面積がある程度確保されるならば)多 程圧損が少なく、且つ冷却効率が高まる傾 となる。なお、連結流路は必ずしも周方向 等間隔で配置する必要はない。

 また、上記実施形態においては、ドライ 制御機器の全ての構成要素及び全ての電動 を冷却していたが、ドライバ制御器の構成 素の一部、あるいは電動機の一部のみを冷 対象としてもよい。

 また、上記実施形態においては、1本の冷 却液循環路のみで全ての冷却対象を冷却する ようにしていたが、複数の冷却液循環路を設 け、それぞれの冷却液循環路でドライバの一 部及び複数の電動機のうちの一部の電動機の みを冷却するようにしてもよい。冷却の順番 も、例えば、電動機→ドライバ制御器の順で あってもよい。

 また、上記実施形態においては、流入口 び流出口の双方について冷却液が環状流路 接線方向から該環状流路に流入または流出 るようにしていたが、配管上の便宜を優先 る場合には、流入口を及び流出口の一方ま は双方が、環状流路の接線方向以外の方向 ら流入又が流出するように構成してもよい

産業上の利用の可能性

 特に、電動機のほかにドライバ制御器の うな重要な冷却機材を有するハイブリッド 設機械の駆動装置の冷却システムにおいて めて良好な効果が得られる。

 2008年10月22日に出願された日本国出願番 2008-272467の明細書、図面及び特許請求の範囲 における開示は、その全体がそっくりここに 合体され組込まれる。