発電電動機とこれを用いた電動車両
【課題】発電電動機の固定子周方向に亘って電機子巻線をバランス良く冷却させること。
【解決手段】ハウジング１８の内径側に固設された固定子１と、軸受５で回転自在に支承された回転子１３０と、固定子鉄心１１０のティースに巻回された電機子巻線と、を備えた発電電動機において、軸受５を介在して設けられたブラケット２００には、冷却油の流れる通路２０１，２０２と、通路と連通して電機子巻線の巻線端部に対向する位置に冷却油を噴出する噴射孔２０４と、が設けられ、シャフト６の軸方向の両側に配されたブラケット２００の噴射孔２０４から電機子巻線の巻線端部に向けて冷却油が噴出され、複数の噴射孔２０４からの油の流量分布は、シャフト６の高さ位置よりも上方の位置になるにしたがって高く設定されること。ブラケット２００に設けた噴射孔２０４の配設ピッチは、ブラケット２００の垂直方向上部で密であり、シャフト６の高さ位置になるにしたがって次第に疎であること。
【解決手段】ハウジング１８の内径側に固設された固定子１と、軸受５で回転自在に支承された回転子１３０と、固定子鉄心１１０のティースに巻回された電機子巻線と、を備えた発電電動機において、軸受５を介在して設けられたブラケット２００には、冷却油の流れる通路２０１，２０２と、通路と連通して電機子巻線の巻線端部に対向する位置に冷却油を噴出する噴射孔２０４と、が設けられ、シャフト６の軸方向の両側に配されたブラケット２００の噴射孔２０４から電機子巻線の巻線端部に向けて冷却油が噴出され、複数の噴射孔２０４からの油の流量分布は、シャフト６の高さ位置よりも上方の位置になるにしたがって高く設定されること。ブラケット２００に設けた噴射孔２０４の配設ピッチは、ブラケット２００の垂直方向上部で密であり、シャフト６の高さ位置になるにしたがって次第に疎であること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、界磁用の永久磁石を回転子に備えている発電電動機に関し、特に、高温環境下で駆動される電動車両用永久磁石式発電電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石式回転電機は、高残留磁束密度磁石の発展に伴い性能が飛躍的に向上し、あらゆる局面で採用されている。特に、昨今の環境規制の観点から、産業用、家電用電動機については高エネルギー効率が訴求されており永久磁石式電動機の適用比率が極めて高い傾向にある。
【０００３】
また、車両用電動機においては、エンジンやトランスミッションに対する補助動力源として高効率なシステム構成が可能なため、永久磁石同期電動機の適用比率が高く、必須コンポーネントに位置付けられている。
【０００４】
一方、建設機械車両においても環境配慮型への転換要求が厳しく、電動化による低燃費化が至上命題となっている。ここで、建設機械車両、とりわけ油圧ショベル用電動機は、発電電動機としてエンジン及び油圧ポンプの補助動力、及び車両内部に配設される全ての電機コンポーネントの電力供給を担う必要がある上、エンジンと油圧ポンプとの狭小空間に設置される構成から、必然的に小型化設計並びに高出力密度化設計（単位体積当たりの出力を高くする設計）にならざるを得ない。さらに、エンジンおよび油圧ポンプからの伝熱により、高温環境下で高出力運転されるため、冷却構成に配慮する必要がある。
【０００５】
油圧ショベルに代表される建設機械車両に対して、冷却構成に配慮した発電電動機のコンセプトとしては、永久磁石式の同期機とすることで高効率で発熱量が少ない形で構成し得る。しかしながら、エンジンと油圧ポンプ間の狭小空間で、両者からの伝熱の影響を受けやすい環境下で駆動するためには、さらなる冷却手段の適用が必須となる。
【０００６】
そこで、発電電動機を強制冷却する手段、特に油による直接冷却が最も好適であり、発電電動機に対して直接油冷する従来構造として、例えば特許文献１に提案がなされている。この特許文献１によれば、強制循環させた冷却油を、モータを保持するブラケットに設けた通油路を介してスロット中心部、即ちモータ巻線間に噴射させる構成としており、モータ軸方向に沿って巻線を冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−５７２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の特許文献１に開示されている従来技術では、冷却油の噴出孔が軸方向において片側にしか存在せず、噴射した冷却油を巻線間に軸方向通流する構造であることから、巻線温度の軸方向分布にバラツキが生じる可能性がある。
【０００９】
また、巻線間（スロット中心）に冷却油を噴射した場合、巻線の占積率が高いモータでは巻線が冷却路の障害となるため、軸方向への冷却油通流が制限を受け、各巻線毎の温度分布、つまり周方向の温度分布にもバラツキが生じ、局所加熱を起こす懸念もある。
【００１０】
本発明の目的は、建設機械車両に適用される発電電動機であることを勘案して、高温環境下の狭小で制限された空間に配置された発電電動機の冷却効果を高めるとともに小型化・高出力密度化を達成させ、特に、発電電動機の固定子周方向に亘って電機子巻線をバランス良く冷却させる冷却構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
ハウジングの内径側に固設された固定子と、前記固定子の内周側に対向配置されて軸受で回転自在に支承された回転子と、固定子鉄心のスロットに隣接したティースに巻回された電機子巻線と、を備えた発電電動機において、前記軸受を介在して設けられたブラケットには、冷却媒体の流れる通路と、前記通路と連通して前記電機子巻線の巻線端部に対向する位置に前記冷却媒体を噴出する噴射孔と、が設けられ、前記シャフトの軸方向の両側に配された前記ブラケットの噴射孔から前記電機子巻線の巻線端部に向けて前記冷却媒体が噴出され、前記複数の噴射孔からの前記冷却媒体の流量分布は、前記シャフトの高さ位置よりも上方の位置になるにしたがって高く設定される構成とする。
【００１２】
また、前記発電電動機において、前記ブラケットに設けた噴射孔の配設ピッチは、前記ブラケットの垂直方向上部で密であり、前記シャフトの高さ位置になるにしたがって次第に疎であること。さらに、前記ブラケットに設けた噴射孔の孔径は、前記ブラケットの垂直方向上部で大であり、前記シャフトの高さ位置になるにしたがって次第に小であること。さらに、前記電機子巻線の巻線端部に対向する位置に設けられた噴射孔の数は、前記ブラケットの垂直方向上部で多く、前記シャフトの高さ位置になるにしたがって次第に少ないこと。さらに、前記発電電動機と、前記発電電動機のシャフトと連結する内燃機関部をもつエンジンと、前記発電電動機のシャフトと連結し前記エンジンと反対側に設置される油圧機構部をもつ油圧ポンプと、を備えた電動車両。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発電電動機の電機子巻線を固定子周方向に亘ってバランス良く冷却することができ、冷却効果を高めることができる。また、発電電動機を油圧ショベル等の電動車両に適用した場合、高温環境で狭小空間に配置される条件下で必要とされる冷却効果を一層高めとともに小型化・高出力密度化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施例に係る発電電動機の全体構成を示す軸方向の断面図である。
【図２】第１の実施例に係る発電電動機におけるブラケット内の油通路を示す分解図である。
【図３】第１の実施例に係る発電電動機における電機子巻線と油噴射孔の位置との関係を示す断面図である。
【図４】第１の実施例に係る発電電動機におけるハウジングと補助油溜め部の軸垂直方向の断面図であり、図１のＡ−Ａ’断面矢視図である。
【図５】第１の実施例に係る発電電動機における電機子巻線の温度分布の測定結果を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係る発電電動機における電機子巻線と油噴射孔の孔径との関係を示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施例に係る発電電動機における電機子巻線と油噴射孔の数及び孔径との関係を示す断面図である。
【図８】本発明の第４の実施例に係る発電電動機におけるブラケット内の油通路を示す分解図である。
【図９】第４の実施例に係る発電電動機の全体構成を示す軸方向の断面図である。
【図１０】本発明の第５の実施例に係る発電電動機におけるハウジング内の冷却水路を示す軸方向の断面図である。
【図１１】第５の実施例に係る発電電動機におけるハウジングと冷却水路の軸垂直方向の断面図であり、図１０のＢ−Ｂ’断面矢視図である。
【図１２】本発明の第６の実施例に係る発電電動機における補助油溜め部の構造を示す軸方向の断面図である。
【図１３】本発明の第７の実施例に係る発電電動機を適用した油圧ショベルの外観を示す見取図である。
【図１４】第７の実施例に係る発電電動機を適用した油圧ショベルが傾斜地で作業する状況を表す図である。
【図１５】第７の実施例に係る発電電動機を適用した油圧ショベルにおけるエンジン室の断面構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態に係る発電電動機及びこれを用いた電動車両について、以下に示す実施例に基づいて図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の第１の実施例に係る発電電動機について、図１〜図５を参照しながら以下詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る発電電動機の全体構成を示す軸方向の断面図である。図２は第１の実施例に係る発電電動機におけるブラケット内の油通路を示す分解図である。図３は第１の実施例に係る発電電動機における電機子巻線と油噴射孔の位置との関係を示す断面図である。図４は第１の実施例に係る発電電動機におけるハウジングと補助油溜め部の軸垂直方向の断面図であり、図１のＡ−Ａ’断面矢視図である。図５は第１の実施例に係る発電電動機における電機子巻線の温度分布の測定結果を示す図である。
【００１７】
図１において、回転子１３０は、シャフト６上に設けられた回転子鉄心１３１の内部に、複数の磁石挿入孔１３２とその内部に設けられた永久磁石１３３を配置して構成している。ここで、永久磁石１３３は、希土類を主成分とする平板の焼結磁石である。また、ブラケット２００（２００Ａ，２００Ｂからなる）には軸受５Ａ，５Ｂが固設され、軸受５Ａ，５Ｂにシャフト６が回転自在に支承されていて、回転子１３０は軸受５Ａ，５Ｂに回転自在に支持される。
【００１８】
図１及び図３において、固定子１は、固定子鉄心１１０に設けられた多数の固定子スロット１１１を設けている（本実施例では１２個）。スロット１１１内には、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイル各々の相に対応した電機子巻線１４を埋設しており、複数本の絶縁された銅素線（図示せず）を束状にして一本のコイルを形成しており、このコイルを少なくとも１ターン以上巻装している。また、電機子巻線１４はスロット１１１に隣接するティース１１２を取り囲むように集中巻に巻回されており、巻線の脱落を防止するためにティース１１２の内周側端部に磁極片１１３を設けている。磁極片１１３間にはスロット開口部１１４が設けられており、このスロット１１４から銅素線を挿入することで電機子巻線１４を形成する。
【００１９】
図１及び図４において、固定子１は、円筒状のハウジング１８の内周側に焼嵌めまたは圧入により固設している。また、ハウジング１８には、主油溜め部７と中央部分に設けられた細孔１６を介して連通する補助油溜め部８（８Ａ，８Ｂからなる）が、固定子鉄心１１０の外周側で且つ軸方向外側に２箇所設けられており、冷却油１０で満たされている。ここで、冷却油１０の油面は、回転子１３０の外径に接する程度が望ましいが、それ以下でも構成可能である。
【００２０】
図１及び図２及び図３において、ブラケット２００には、垂直方向上部に設けた通油路２０１と連通した通油溝２０２が同心円状に設けられている。また、油噴射孔２０４を設けたリング２０３が、通油溝２０２に蓋をするように固定される。ここで、リング２０３に設けられた油噴射孔２０４は、ティース１１２と等ピッチに配置され、電機子巻線１４（詳しく云えば、巻線端部：コイルエンド）と対向するように設けており、ブラケット２００の垂直方向上部で密（本実施例では５個）、水平方向で疎（本実施例では０個）となるように構成している。なお、油噴出孔２０４はリング２０３に限らず、ブラケット２００に設けてもよい。さらに、図３の例示に限らず、電機子巻線１４の巻線端部が多数存在する場合には、垂直方向上部において巻線端部毎に噴射孔２０４を設け、それより下部では２つの巻線端部毎に噴射孔２０４を設け、さらにシャフト６と同レベルの高さでは３つの巻線端部毎に噴射孔２０４を設けてもよい。
【００２１】
換言すると、両側のブラケット２００Ａと２００Ｂから電機子巻線１４の巻線端部に向けて、複数の噴射孔２０４から冷却油１０を噴出する冷却油の流量分布は、シャフト６の高さ位置よりも上方の位置になるにしたがって高く設定されるのである。本実施例ではこの設定の手法を噴射孔２０４の数で規定している。なお、上述した冷却油の流量分布の設定手法は他の実施例においても共通している。
【００２２】
ここで、図３に図示する構成例では、リング２０３の水平部分に加えてリング２０３の下方部分にも油噴出孔２０４は設けられていない。詳細は後述するが、リング２０３の水平部分並びに下方部分に対応する電機子巻線は、上方部分の油噴射孔２０４から噴射した冷却油が流下してくることで冷却されることになる。
【００２３】
また、油配管３００は、補助油溜め部８Ａ，８Ｂとオイルポンプ３０１間と、オイルポンプ３０１とオイルクーラ３０２間と、オイルクーラ３０２とブラケット２００に設けた通油路２０１間とをそれぞれ連結している。このように連結することで、補助油溜め部８Ａ，８Ｂに貯蔵された冷却油１０を、オイルポンプ３０１にて汲み上げ、オイルクーラ３０２で冷却した後に、通油路２０１Ａ，２０２Ｂへと循環できる。ここで、通油路２０１Ａ，２０１Ｂは、通油溝２０２Ａ，２０２Ｂ、リング２０３Ａ，２０３Ｂに設けた油噴射孔２０４Ａ，２０４Ｂと連通しているため、電機子巻線１４に軸方向の両側から噴射させることができる。
【００２４】
図５は第１の実施例に係る発電電動機における電機子巻線の温度分布の測定結果を示す図である。図５は、本実施例の温度分布を比較例の温度分布と対比させて図解しており、比較例の冷却方法における最大温度を１００％として、基準化して図示している。ここで、比較例の冷却方法は、リング２０３に設けた噴射孔２０４を等間隔で全周に配した場合である。
【００２５】
図５から分かるように、比較例の冷却方法の場合、電機子巻線での温度分布の差異が最大で約９０％程度生じており、特に電機子巻線周方向位置での０°（ブラケット２００の垂直方向最上部に相当）と９０°，２７０°（ブラケット２００の水平方向に相当）との差異が顕著であることが分かった。この原因を分析すると、油噴射孔２０４での圧力分布は、上方部のみに噴射孔のある本実施例に対して、比較例では全周に噴射孔が存在することで上方部の噴射孔で低くなり（本実施例では固定子の下半分に噴射孔がないので上方部の噴射孔の圧力分布は高くなる）、噴射流量が低減するため、０°近傍では温度が高くなること、また、水平方向では、噴射孔からの冷却油に加え、垂直方向上部から流下される冷却油での相乗した冷却がなされているためであると考えられる。
【００２６】
本実施例では、発電電動機１２を前述した構成とした結果、図５の実線に示すように、周方向の温度分布の差異は大きく減少し、概ね均一な温度分布となっている。この理由を説明すると、リング２０３に設けた噴射孔２０４は、ティース１１２と等ピッチに、かつ電機子巻線１４と対向するように設けると共に、ブラケット２００の垂直方向上部で密、水平方向で疎となるように構成しているため、垂直方向上部の電機子巻線１４に直接に（発熱体であるコイルエンドを直接冷却）、冷却油を集中的に且つ大量に噴射でき、電機子巻線周方向位置での０°付近の温度を低減できる。
【００２７】
また、水平方向（周方向位置９０°，２７０°付近）には噴射孔２０４を配していないため、垂直方向上部から流下してくる冷却油のみでの冷却となり、結果として周方向に均一な冷却がなされるのである。ここで、上述した効果は、リング２０３は軸方向両側に配しているので（図１に示す左右両側に配置された油噴射孔２０４Ａと２０４Ｂとを参照）、軸方向両側で同様に得られることは言うまでも無い。
【００２８】
さらに、本実施例では、噴射させる冷却油の流量は上方部では多くなるが側方部では僅少にしたので、全体流量として最低限に抑えることが出来るため、オイルポンプ３０１の動力を低減でき、駆動システムの省エネルギー化に貢献できるメリットがある。
【００２９】
また、本実施例の他の特徴としては、循環させる冷却油１０を、補助油溜め部８から汲み上げている点にある。すなわち、冷却油１０を貯蔵する油溜め部が、細孔１６で連通された主油溜め部７と、補助油溜め部８とで構成されており、油配管３００を補助油溜め部８に挿入しているので、電動建設機械（図示せず）が傾斜地で作業をし、主油溜め部７の油面が傾いたとしても、安定して冷却油１０を循環させることが可能となる。さらに説明すると、本実施例に係る発電電動機を搭載した油圧ショベル又はホイールローダ（以下、油圧ショベルで代表させる）が前後左右に傾いた場合にも、冷却油循環が可能なように、補助油溜め部８の中央部分に細孔１６（小径の通路）を設ける。細孔１６を設けることで油圧ショベルが傾斜しても、補助油溜めん部８内に空気が入り込まないようにしている。換言すると、発電電動機が傾斜しても、補助油溜め部８に空気が入り込まないような高さと位置に細孔１６を設けている。
【００３０】
なお、本実施例に係る発電電動機と油圧ショベルとの関係については、図１３〜図１５の説明で詳述することとする。因みに、図１５において、発電電動機５０は、内燃機関部５１２とフライホイール５１１からなるエンジン５１と、ギア５２１と油圧機構部５２２とで形成される油圧ポンプ５２と、の間の制限された狭小な空間に設置されるものであって、油圧ポンプ５２を駆動するに必要な動力をエンジン５１と併せて補助する電動機としての機能と、エンジン５１の機械的出力を電気的出力に変換し、他の電気機器（図示せず）への電力供給を賄う発電機としての機能とを担うものである。
【００３１】
以上の説明により、図１〜図５に示す発電電動機構成とすることで、固定子に巻かれた電機子巻線を固定子周方向でバランス良く冷却でき、冷却効果の高い電動建設機械用発電電動機の冷却構成を提供できる。
【実施例２】
【００３２】
本発明の第２の実施例に係る発電電動機について図６を参照しながら以下説明する。図６は第２の実施例に係る発電電動機における電機子巻線と油噴射孔の孔径との関係を示す断面図である。図６において、図３と同一の構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。
【００３３】
第２の実施例が図３に示す第１の実施例と異なる点は、リング２０３に設けた油噴射孔２０４の孔径が、垂直方向上部で大、水平方向で小、垂直方向下部で小となるように、全周に設けられている点にある。第２の実施例は、換言すると、ブラケット２００に設けた噴射孔２０４の孔径を、ブラケット２００の垂直方向上部で大にし、シャフト６の高さ位置になるにしたがって次第に小にする例である。
【００３４】
図６の図示例では、リング２０３の水平方向及び垂直方向下部に小孔を設け、これらの小孔からの油による冷却とともに、垂直方向上部から流下される冷却油による冷却とによって、垂直方向上部に対向する電機子巻線１４と同等の冷却効果が得られる。図６において、リング２０３の最下部には小孔を設けていないが、図６に示す構成は、本実施例で云う全周に孔径の異なる油噴射孔を設けるという技術思想の範囲内に属する。
【実施例３】
【００３５】
本発明の第３の実施例に係る発電電動機について図７を参照しながら以下説明する。図７は第３の実施例に係る発電電動機における電機子巻線と油噴射孔の数及び孔径との関係を示す断面図である。図７において、図３と同一の構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。
【００３６】
第３の実施例が図３に示す第１の実施例と異なる点は、リング２０３に設けた油噴射孔２０４の数が垂直方向上部で多数設け、水平方向で少なくしていると共に、油噴射孔２０４の孔径を、垂直方向上部で大、水平方向で小となるように設けられている点にある。
【００３７】
なお、図７の図示例は、噴射孔の数が多い場合は噴射孔の孔径を大きくし、噴射孔の数が少ない場合は噴射孔の孔径を小さくするものであるが、これに限らず、孔径の大小を限定せずに、電機子巻線の巻線端部に対向する位置に設けられた噴射孔の数を、ブラケットの垂直方向上部で多くし、シャフトの高さ位置になるにしたがって次第に少なくする構成例でもよい。
【００３８】
図７に示す構成によれば、図３と同様の効果が得られるとともに、特に、垂直方向上部の冷却効果を更に高めることができる。
【実施例４】
【００３９】
本発明の第４の実施例に係る発電電動機について図８と図９を参照しながら以下説明する。図８は本発明の第４の実施例に係る発電電動機におけるブラケット内の油通路を示す分解図であり、図９は第４の実施例に係る発電電動機の全体構成を示す軸方向の断面図である。図８及び図９において、図１及び図２に示す同一の構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。
【００４０】
図８及び図９に示す第４の実施例が図１及び図２に示す第１の実施例と異なる点は、ブラケット２００に設けた通油溝２０２と、リング２０３を、垂直方向上部から水平方向にかけて円弧状となるように構成し、加えて、主油溜め部７に貯蔵された冷却油１０の油面を、固定子１の内径までに設定（図９を参照）している点にある。
【００４１】
図８及び図９に示すように構成すれば、垂直方向上部における電機子巻線１４の冷却効果は図１及び図２と同様に得られる。垂直方向下部での冷却は、主油溜め部７の油と、上方から流下してきた油とによって冷却する構成となるので、オイルポンプ３０１の循環圧力をより小さくできるため、駆動システムの消費エネルギーをより低減することが可能となる。
【実施例５】
【００４２】
本発明の第５の実施例に係る発電電動機について図１０及び図１１を参照しながら以下説明する。図１０は本発明の第５の実施例に係る発電電動機におけるハウジング内の冷却水路を示す軸方向の断面図であり、図１１は第５の実施例に係る発電電動機におけるハウジングと冷却水路の軸垂直方向の断面図であり、図１０のＢ−Ｂ’断面矢視図である。図１０及び図１１において、図１と同一構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。
【００４３】
第５の実施例が図１に示す第１の実施例と異なる点は、ハウジング１８に冷却水路９設けた点にある。ここで、冷却水路９は、ハウジング１８の周方向に環状経路を形成していて、外部のウォータポンプ４０１で水が循環され、ウォータクーラ４０２で水が冷やされて、循環経路を形成している。
【００４４】
第５の実施例における冷却水路９は、固定子鉄心１１０の外径側に配設けられているため、固定子鉄心１１０にて発生した鉄損を冷却できるとともに、電機子巻線１４にて生じた銅損も固定子鉄心１１０を介して間接的に冷却できる。また、ハウジング１８底部においては、補助油溜め部８に貯蔵された冷却油１０の冷却にも寄与できる。
【００４５】
換言すると、冷却水路９の冷却水は、固定子１と冷却油１０を間接冷却できるので、発電電動機の効率向上や、オイルポンプ３０１で循環する冷却油流量の更なる低減により、駆動システムの省エネルギー化、燃料消費量の低減に寄与できる。また、オイルクーラ３０２の小型化や排除も可能となり、システムとしてのコンパクト化、部品点数の削減に伴う信頼性向上に寄与できる。
【実施例６】
【００４６】
本発明の第６の実施例に係る発電電動機について図１２を参照しながら以下説明する。図１２は本発明の第６の実施例に係る発電電動機における補助油溜め部の構造を示す軸方向の断面図である。図１２において、図１と同一構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。
【００４７】
本発明の第６の実施例が図１に示す第１の実施例と異なる点は、ハウジング１８の底部に設けた補助油溜め部８を単一の構造とした点にある。
【００４８】
図１１に示す第５の実施例の構成にすれば、本実施例に係る発電電動機を搭載した電動車両が傾斜したときでも、冷却油の油面変化の影響を更に小さくでき、安定した冷却油循環が可能となることに加え、油配管３００の分岐箇所を低減できるので、油配管３００の簡素化、接続箇所の削減に伴う信頼性向上に寄与できる。
【実施例７】
【００４９】
本発明の第７の実施例に係る発電電動機を適用した油圧ショベルについて、図１３〜図１５を参照しながら以下説明する。図１３は第７の実施例に係る発電電動機を適用した油圧ショベルの外観を示す見取図であり、図１４は第７の実施例に係る発電電動機を適用した油圧ショベルが傾斜地で作業する状況を表す図であり、図１５は第７の実施例に係る発電電動機を適用した油圧ショベルにおけるエンジン室の断面構成図である。
【００５０】
図１３〜図１５において、油圧ショベルは、走行体４１と、走行体４１上に旋回可能に設けた旋回体４２と、旋回体４２の前方左側に設けた運転室４３と、旋回体４２上に横置きに配置したエンジン室４４と、旋回体４２の後部に設けたカウンタウェイト４５と、旋回体４２の前部に設けられ、ブーム４６１、アーム４６２、及びバケット４６３からなる多関節型フロント装置４６と、から構成されている。
【００５１】
走行体４１は、左右に無限軌道履帯４１１を備えていて、それぞれ走行用モータ４１２の駆動力によって駆動される。エンジン室４４及び多関節型フロント装置４６等を備えた旋回体４２は、旋回体４２の中心部に設けた不図示の旋回用モータにより走行体４１に対して旋回される。多関節型フロント装置４６を構成するブーム４６１、アーム４６２及びバケット４６３は、それらにそれぞれ設けたブームシリンダ、アームシリンダ及びバケットシリンダ４７によって駆動動作される。
【００５２】
上述した各種シリンダ４７、走行用モータ４１２及び旋回モータは、油圧アクチュエータを用いており、運転室４３内の操作者による操作に応動して、エンジン室４４内のエンジン５１及び／又は発電電動機５０によって駆動される油圧ポンプ５２（図１５を参照）からの圧油を制御する制御弁装置からの圧油により、駆動されるようになっている。
【００５３】
ここで、第７の実施例に係る発電電動機５０は、図１〜図１２に示す構成のものを用い、油圧ポンプ５２の駆動源として油圧ショベルに適用される場合の構成であり、図１に示す発電電動機のブラケット２００の側面２００Ａと側面２００Ｂに、それぞれ、フライホイール５１１と内燃機関部５１２からなるエンジン５１と、ギヤ５２１と油圧機構部５２２からなる油圧ポンプ５２と、がシャフト６を介在して配設される。すなわち、本実施例に使用される発電電動機５０が、そのブラケット２００Ａと２００Ｂを通して、エンジン５１と油圧ポンプ５２に挟まれて配設される構成である。
【００５４】
エンジン室４４は、エンジン５１と、発電電動機５０と、油圧ポンプ５２とを備えているが、それ以外に、エンジン５１の冷却水を冷却するラジエータ５６と、ラジエータ５６を冷却する冷却風Ｐを生起する冷却ファン５７と、空気流（冷却風）Ｐを取り入れ冷却ファン５７に導入する吸込口７０と、空気流Ｐを外部に排出する吐出口７１と、吸音体７２と、エンジン５１の回転を冷却ファン５７に伝達するクランク軸５８、ファンベルト５９、補助回転軸６０と、エンジン５１を設置する振動減衰手段５５、フレーム５４と、エンジン５１からの排気ガスを消音するマフラー７３と、各構成要素を覆うカバー（上カバー５３１、吸込側横カバー５３２、下カバー５３３、吐出側横カバー５３４）と、を主として備えている。このように、第７の実施例に係る発電電動機５０は、油圧ショベルにおいて旋回体４２上のエンジン室４４に図１５に示すように各構成要素と関連して配置されるものである。
【００５５】
第７の実施例に係る発電電動機を適用した油圧ショベルは、図１４に示すように、傾斜地４９で掘削作業をする場合に、まず傾斜地４９上を走行体４１が上昇していき、次いで旋回体４２を旋回させてエンジン室４４を横向きに配置させて作業を実施する。図１４に示す作業例では、本実施例の発電電動機はシャフト（軸）６が水平ではなく傾斜した状態となる。
【００５６】
油圧ショベルに搭載した発電電動機５０におけるシャフト（軸）６が作業で傾斜したとしても、補助油溜め部８を主油溜め部７の下方に設置し且つ発電電動機の下方部に配置することによって（図４を参照）、図１、図９及び図１０に示す補助油溜め部８から油が漏れ出て油配管３０１への吸い上げ不良を来たすことがないようにしている。
【符号の説明】
【００５７】
１…固定子、１０…冷却油、１１０…固定子鉄心、１１１…スロット、１１２…ティース、１１３…磁極片、１１４…スロット開口部、１２…発電電動機、
１３０…回転子、１３１…回転子鉄心、１３２…磁石挿入孔、１３３…永久磁石、１４…電機子巻線、１６…細孔、１８…ハウジング、
２００…ブラケット、２０１…通油路、２０２…通油溝、２０３…リング、２０４…油噴射孔、３００…油配管、３０１…オイルポンプ、３０２…オイルクーラ、４０１…ウォータポンプ、４０２…ウォータクーラ
４１…走行体、４１１…無限軌道履帯、４１２…走行用モータ、４２…旋回体、４３…運転室、４４…エンジン室、４５…カウンタウェイト、４６…多関節型フロント装置、４６１…ブーム、４６２…アーム、４６３…バケット、４７…シリンダ、４９…傾斜地、
５…軸受、５０…発電電動機、５１…エンジン、５１１…フライホイール、５１２…内燃機関部、５２…油圧ポンプ、５２１…ギヤ、５２２…油圧機構部、５３１…上カバー、５３２…吸込側横カバー、５３３…下カバー、５３４…吐出側横カバー、５４…フレーム、５５…振動減衰手段、５６…ラジエータ、５７…冷却ファン、５８…クランク軸、５９…ファンベルト、
６…シャフト、６０…補助回転軸、７…主油溜め部、７０…吸込口、７１…吐出口、７２…吸音体、７３…マフラー、８…補助油溜め部、９…冷却水路、Ｐ…空気流（冷却風）、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、界磁用の永久磁石を回転子に備えている発電電動機に関し、特に、高温環境下で駆動される電動車両用永久磁石式発電電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石式回転電機は、高残留磁束密度磁石の発展に伴い性能が飛躍的に向上し、あらゆる局面で採用されている。特に、昨今の環境規制の観点から、産業用、家電用電動機については高エネルギー効率が訴求されており永久磁石式電動機の適用比率が極めて高い傾向にある。
【０００３】
また、車両用電動機においては、エンジンやトランスミッションに対する補助動力源として高効率なシステム構成が可能なため、永久磁石同期電動機の適用比率が高く、必須コンポーネントに位置付けられている。
【０００４】
一方、建設機械車両においても環境配慮型への転換要求が厳しく、電動化による低燃費化が至上命題となっている。ここで、建設機械車両、とりわけ油圧ショベル用電動機は、発電電動機としてエンジン及び油圧ポンプの補助動力、及び車両内部に配設される全ての電機コンポーネントの電力供給を担う必要がある上、エンジンと油圧ポンプとの狭小空間に設置される構成から、必然的に小型化設計並びに高出力密度化設計（単位体積当たりの出力を高くする設計）にならざるを得ない。さらに、エンジンおよび油圧ポンプからの伝熱により、高温環境下で高出力運転されるため、冷却構成に配慮する必要がある。
【０００５】
油圧ショベルに代表される建設機械車両に対して、冷却構成に配慮した発電電動機のコンセプトとしては、永久磁石式の同期機とすることで高効率で発熱量が少ない形で構成し得る。しかしながら、エンジンと油圧ポンプ間の狭小空間で、両者からの伝熱の影響を受けやすい環境下で駆動するためには、さらなる冷却手段の適用が必須となる。
【０００６】
そこで、発電電動機を強制冷却する手段、特に油による直接冷却が最も好適であり、発電電動機に対して直接油冷する従来構造として、例えば特許文献１に提案がなされている。この特許文献１によれば、強制循環させた冷却油を、モータを保持するブラケットに設けた通油路を介してスロット中心部、即ちモータ巻線間に噴射させる構成としており、モータ軸方向に沿って巻線を冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−５７２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の特許文献１に開示されている従来技術では、冷却油の噴出孔が軸方向において片側にしか存在せず、噴射した冷却油を巻線間に軸方向通流する構造であることから、巻線温度の軸方向分布にバラツキが生じる可能性がある。
【０００９】
また、巻線間（スロット中心）に冷却油を噴射した場合、巻線の占積率が高いモータでは巻線が冷却路の障害となるため、軸方向への冷却油通流が制限を受け、各巻線毎の温度分布、つまり周方向の温度分布にもバラツキが生じ、局所加熱を起こす懸念もある。
【００１０】
本発明の目的は、建設機械車両に適用される発電電動機であることを勘案して、高温環境下の狭小で制限された空間に配置された発電電動機の冷却効果を高めるとともに小型化・高出力密度化を達成させ、特に、発電電動機の固定子周方向に亘って電機子巻線をバランス良く冷却させる冷却構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
ハウジングの内径側に固設された固定子と、前記固定子の内周側に対向配置されて軸受で回転自在に支承された回転子と、固定子鉄心のスロットに隣接したティースに巻回された電機子巻線と、を備えた発電電動機において、前記軸受を介在して設けられたブラケットには、冷却媒体の流れる通路と、前記通路と連通して前記電機子巻線の巻線端部に対向する位置に前記冷却媒体を噴出する噴射孔と、が設けられ、前記シャフトの軸方向の両側に配された前記ブラケットの噴射孔から前記電機子巻線の巻線端部に向けて前記冷却媒体が噴出され、前記複数の噴射孔からの前記冷却媒体の流量分布は、前記シャフトの高さ位置よりも上方の位置になるにしたがって高く設定される構成とする。
【００１２】
また、前記発電電動機において、前記ブラケットに設けた噴射孔の配設ピッチは、前記ブラケットの垂直方向上部で密であり、前記シャフトの高さ位置になるにしたがって次第に疎であること。さらに、前記ブラケットに設けた噴射孔の孔径は、前記ブラケットの垂直方向上部で大であり、前記シャフトの高さ位置になるにしたがって次第に小であること。さらに、前記電機子巻線の巻線端部に対向する位置に設けられた噴射孔の数は、前記ブラケットの垂直方向上部で多く、前記シャフトの高さ位置になるにしたがって次第に少ないこと。さらに、前記発電電動機と、前記発電電動機のシャフトと連結する内燃機関部をもつエンジンと、前記発電電動機のシャフトと連結し前記エンジンと反対側に設置される油圧機構部をもつ油圧ポンプと、を備えた電動車両。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発電電動機の電機子巻線を固定子周方向に亘ってバランス良く冷却することができ、冷却効果を高めることができる。また、発電電動機を油圧ショベル等の電動車両に適用した場合、高温環境で狭小空間に配置される条件下で必要とされる冷却効果を一層高めとともに小型化・高出力密度化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施例に係る発電電動機の全体構成を示す軸方向の断面図である。
【図２】第１の実施例に係る発電電動機におけるブラケット内の油通路を示す分解図である。
【図３】第１の実施例に係る発電電動機における電機子巻線と油噴射孔の位置との関係を示す断面図である。
【図４】第１の実施例に係る発電電動機におけるハウジングと補助油溜め部の軸垂直方向の断面図であり、図１のＡ−Ａ’断面矢視図である。
【図５】第１の実施例に係る発電電動機における電機子巻線の温度分布の測定結果を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係る発電電動機における電機子巻線と油噴射孔の孔径との関係を示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施例に係る発電電動機における電機子巻線と油噴射孔の数及び孔径との関係を示す断面図である。
【図８】本発明の第４の実施例に係る発電電動機におけるブラケット内の油通路を示す分解図である。
【図９】第４の実施例に係る発電電動機の全体構成を示す軸方向の断面図である。
【図１０】本発明の第５の実施例に係る発電電動機におけるハウジング内の冷却水路を示す軸方向の断面図である。
【図１１】第５の実施例に係る発電電動機におけるハウジングと冷却水路の軸垂直方向の断面図であり、図１０のＢ−Ｂ’断面矢視図である。
【図１２】本発明の第６の実施例に係る発電電動機における補助油溜め部の構造を示す軸方向の断面図である。
【図１３】本発明の第７の実施例に係る発電電動機を適用した油圧ショベルの外観を示す見取図である。
【図１４】第７の実施例に係る発電電動機を適用した油圧ショベルが傾斜地で作業する状況を表す図である。
【図１５】第７の実施例に係る発電電動機を適用した油圧ショベルにおけるエンジン室の断面構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態に係る発電電動機及びこれを用いた電動車両について、以下に示す実施例に基づいて図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の第１の実施例に係る発電電動機について、図１〜図５を参照しながら以下詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る発電電動機の全体構成を示す軸方向の断面図である。図２は第１の実施例に係る発電電動機におけるブラケット内の油通路を示す分解図である。図３は第１の実施例に係る発電電動機における電機子巻線と油噴射孔の位置との関係を示す断面図である。図４は第１の実施例に係る発電電動機におけるハウジングと補助油溜め部の軸垂直方向の断面図であり、図１のＡ−Ａ’断面矢視図である。図５は第１の実施例に係る発電電動機における電機子巻線の温度分布の測定結果を示す図である。
【００１７】
図１において、回転子１３０は、シャフト６上に設けられた回転子鉄心１３１の内部に、複数の磁石挿入孔１３２とその内部に設けられた永久磁石１３３を配置して構成している。ここで、永久磁石１３３は、希土類を主成分とする平板の焼結磁石である。また、ブラケット２００（２００Ａ，２００Ｂからなる）には軸受５Ａ，５Ｂが固設され、軸受５Ａ，５Ｂにシャフト６が回転自在に支承されていて、回転子１３０は軸受５Ａ，５Ｂに回転自在に支持される。
【００１８】
図１及び図３において、固定子１は、固定子鉄心１１０に設けられた多数の固定子スロット１１１を設けている（本実施例では１２個）。スロット１１１内には、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイル各々の相に対応した電機子巻線１４を埋設しており、複数本の絶縁された銅素線（図示せず）を束状にして一本のコイルを形成しており、このコイルを少なくとも１ターン以上巻装している。また、電機子巻線１４はスロット１１１に隣接するティース１１２を取り囲むように集中巻に巻回されており、巻線の脱落を防止するためにティース１１２の内周側端部に磁極片１１３を設けている。磁極片１１３間にはスロット開口部１１４が設けられており、このスロット１１４から銅素線を挿入することで電機子巻線１４を形成する。
【００１９】
図１及び図４において、固定子１は、円筒状のハウジング１８の内周側に焼嵌めまたは圧入により固設している。また、ハウジング１８には、主油溜め部７と中央部分に設けられた細孔１６を介して連通する補助油溜め部８（８Ａ，８Ｂからなる）が、固定子鉄心１１０の外周側で且つ軸方向外側に２箇所設けられており、冷却油１０で満たされている。ここで、冷却油１０の油面は、回転子１３０の外径に接する程度が望ましいが、それ以下でも構成可能である。
【００２０】
図１及び図２及び図３において、ブラケット２００には、垂直方向上部に設けた通油路２０１と連通した通油溝２０２が同心円状に設けられている。また、油噴射孔２０４を設けたリング２０３が、通油溝２０２に蓋をするように固定される。ここで、リング２０３に設けられた油噴射孔２０４は、ティース１１２と等ピッチに配置され、電機子巻線１４（詳しく云えば、巻線端部：コイルエンド）と対向するように設けており、ブラケット２００の垂直方向上部で密（本実施例では５個）、水平方向で疎（本実施例では０個）となるように構成している。なお、油噴出孔２０４はリング２０３に限らず、ブラケット２００に設けてもよい。さらに、図３の例示に限らず、電機子巻線１４の巻線端部が多数存在する場合には、垂直方向上部において巻線端部毎に噴射孔２０４を設け、それより下部では２つの巻線端部毎に噴射孔２０４を設け、さらにシャフト６と同レベルの高さでは３つの巻線端部毎に噴射孔２０４を設けてもよい。
【００２１】
換言すると、両側のブラケット２００Ａと２００Ｂから電機子巻線１４の巻線端部に向けて、複数の噴射孔２０４から冷却油１０を噴出する冷却油の流量分布は、シャフト６の高さ位置よりも上方の位置になるにしたがって高く設定されるのである。本実施例ではこの設定の手法を噴射孔２０４の数で規定している。なお、上述した冷却油の流量分布の設定手法は他の実施例においても共通している。
【００２２】
ここで、図３に図示する構成例では、リング２０３の水平部分に加えてリング２０３の下方部分にも油噴出孔２０４は設けられていない。詳細は後述するが、リング２０３の水平部分並びに下方部分に対応する電機子巻線は、上方部分の油噴射孔２０４から噴射した冷却油が流下してくることで冷却されることになる。
【００２３】
また、油配管３００は、補助油溜め部８Ａ，８Ｂとオイルポンプ３０１間と、オイルポンプ３０１とオイルクーラ３０２間と、オイルクーラ３０２とブラケット２００に設けた通油路２０１間とをそれぞれ連結している。このように連結することで、補助油溜め部８Ａ，８Ｂに貯蔵された冷却油１０を、オイルポンプ３０１にて汲み上げ、オイルクーラ３０２で冷却した後に、通油路２０１Ａ，２０２Ｂへと循環できる。ここで、通油路２０１Ａ，２０１Ｂは、通油溝２０２Ａ，２０２Ｂ、リング２０３Ａ，２０３Ｂに設けた油噴射孔２０４Ａ，２０４Ｂと連通しているため、電機子巻線１４に軸方向の両側から噴射させることができる。
【００２４】
図５は第１の実施例に係る発電電動機における電機子巻線の温度分布の測定結果を示す図である。図５は、本実施例の温度分布を比較例の温度分布と対比させて図解しており、比較例の冷却方法における最大温度を１００％として、基準化して図示している。ここで、比較例の冷却方法は、リング２０３に設けた噴射孔２０４を等間隔で全周に配した場合である。
【００２５】
図５から分かるように、比較例の冷却方法の場合、電機子巻線での温度分布の差異が最大で約９０％程度生じており、特に電機子巻線周方向位置での０°（ブラケット２００の垂直方向最上部に相当）と９０°，２７０°（ブラケット２００の水平方向に相当）との差異が顕著であることが分かった。この原因を分析すると、油噴射孔２０４での圧力分布は、上方部のみに噴射孔のある本実施例に対して、比較例では全周に噴射孔が存在することで上方部の噴射孔で低くなり（本実施例では固定子の下半分に噴射孔がないので上方部の噴射孔の圧力分布は高くなる）、噴射流量が低減するため、０°近傍では温度が高くなること、また、水平方向では、噴射孔からの冷却油に加え、垂直方向上部から流下される冷却油での相乗した冷却がなされているためであると考えられる。
【００２６】
本実施例では、発電電動機１２を前述した構成とした結果、図５の実線に示すように、周方向の温度分布の差異は大きく減少し、概ね均一な温度分布となっている。この理由を説明すると、リング２０３に設けた噴射孔２０４は、ティース１１２と等ピッチに、かつ電機子巻線１４と対向するように設けると共に、ブラケット２００の垂直方向上部で密、水平方向で疎となるように構成しているため、垂直方向上部の電機子巻線１４に直接に（発熱体であるコイルエンドを直接冷却）、冷却油を集中的に且つ大量に噴射でき、電機子巻線周方向位置での０°付近の温度を低減できる。
【００２７】
また、水平方向（周方向位置９０°，２７０°付近）には噴射孔２０４を配していないため、垂直方向上部から流下してくる冷却油のみでの冷却となり、結果として周方向に均一な冷却がなされるのである。ここで、上述した効果は、リング２０３は軸方向両側に配しているので（図１に示す左右両側に配置された油噴射孔２０４Ａと２０４Ｂとを参照）、軸方向両側で同様に得られることは言うまでも無い。
【００２８】
さらに、本実施例では、噴射させる冷却油の流量は上方部では多くなるが側方部では僅少にしたので、全体流量として最低限に抑えることが出来るため、オイルポンプ３０１の動力を低減でき、駆動システムの省エネルギー化に貢献できるメリットがある。
【００２９】
また、本実施例の他の特徴としては、循環させる冷却油１０を、補助油溜め部８から汲み上げている点にある。すなわち、冷却油１０を貯蔵する油溜め部が、細孔１６で連通された主油溜め部７と、補助油溜め部８とで構成されており、油配管３００を補助油溜め部８に挿入しているので、電動建設機械（図示せず）が傾斜地で作業をし、主油溜め部７の油面が傾いたとしても、安定して冷却油１０を循環させることが可能となる。さらに説明すると、本実施例に係る発電電動機を搭載した油圧ショベル又はホイールローダ（以下、油圧ショベルで代表させる）が前後左右に傾いた場合にも、冷却油循環が可能なように、補助油溜め部８の中央部分に細孔１６（小径の通路）を設ける。細孔１６を設けることで油圧ショベルが傾斜しても、補助油溜めん部８内に空気が入り込まないようにしている。換言すると、発電電動機が傾斜しても、補助油溜め部８に空気が入り込まないような高さと位置に細孔１６を設けている。
【００３０】
なお、本実施例に係る発電電動機と油圧ショベルとの関係については、図１３〜図１５の説明で詳述することとする。因みに、図１５において、発電電動機５０は、内燃機関部５１２とフライホイール５１１からなるエンジン５１と、ギア５２１と油圧機構部５２２とで形成される油圧ポンプ５２と、の間の制限された狭小な空間に設置されるものであって、油圧ポンプ５２を駆動するに必要な動力をエンジン５１と併せて補助する電動機としての機能と、エンジン５１の機械的出力を電気的出力に変換し、他の電気機器（図示せず）への電力供給を賄う発電機としての機能とを担うものである。
【００３１】
以上の説明により、図１〜図５に示す発電電動機構成とすることで、固定子に巻かれた電機子巻線を固定子周方向でバランス良く冷却でき、冷却効果の高い電動建設機械用発電電動機の冷却構成を提供できる。
【実施例２】
【００３２】
本発明の第２の実施例に係る発電電動機について図６を参照しながら以下説明する。図６は第２の実施例に係る発電電動機における電機子巻線と油噴射孔の孔径との関係を示す断面図である。図６において、図３と同一の構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。
【００３３】
第２の実施例が図３に示す第１の実施例と異なる点は、リング２０３に設けた油噴射孔２０４の孔径が、垂直方向上部で大、水平方向で小、垂直方向下部で小となるように、全周に設けられている点にある。第２の実施例は、換言すると、ブラケット２００に設けた噴射孔２０４の孔径を、ブラケット２００の垂直方向上部で大にし、シャフト６の高さ位置になるにしたがって次第に小にする例である。
【００３４】
図６の図示例では、リング２０３の水平方向及び垂直方向下部に小孔を設け、これらの小孔からの油による冷却とともに、垂直方向上部から流下される冷却油による冷却とによって、垂直方向上部に対向する電機子巻線１４と同等の冷却効果が得られる。図６において、リング２０３の最下部には小孔を設けていないが、図６に示す構成は、本実施例で云う全周に孔径の異なる油噴射孔を設けるという技術思想の範囲内に属する。
【実施例３】
【００３５】
本発明の第３の実施例に係る発電電動機について図７を参照しながら以下説明する。図７は第３の実施例に係る発電電動機における電機子巻線と油噴射孔の数及び孔径との関係を示す断面図である。図７において、図３と同一の構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。
【００３６】
第３の実施例が図３に示す第１の実施例と異なる点は、リング２０３に設けた油噴射孔２０４の数が垂直方向上部で多数設け、水平方向で少なくしていると共に、油噴射孔２０４の孔径を、垂直方向上部で大、水平方向で小となるように設けられている点にある。
【００３７】
なお、図７の図示例は、噴射孔の数が多い場合は噴射孔の孔径を大きくし、噴射孔の数が少ない場合は噴射孔の孔径を小さくするものであるが、これに限らず、孔径の大小を限定せずに、電機子巻線の巻線端部に対向する位置に設けられた噴射孔の数を、ブラケットの垂直方向上部で多くし、シャフトの高さ位置になるにしたがって次第に少なくする構成例でもよい。
【００３８】
図７に示す構成によれば、図３と同様の効果が得られるとともに、特に、垂直方向上部の冷却効果を更に高めることができる。
【実施例４】
【００３９】
本発明の第４の実施例に係る発電電動機について図８と図９を参照しながら以下説明する。図８は本発明の第４の実施例に係る発電電動機におけるブラケット内の油通路を示す分解図であり、図９は第４の実施例に係る発電電動機の全体構成を示す軸方向の断面図である。図８及び図９において、図１及び図２に示す同一の構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。
【００４０】
図８及び図９に示す第４の実施例が図１及び図２に示す第１の実施例と異なる点は、ブラケット２００に設けた通油溝２０２と、リング２０３を、垂直方向上部から水平方向にかけて円弧状となるように構成し、加えて、主油溜め部７に貯蔵された冷却油１０の油面を、固定子１の内径までに設定（図９を参照）している点にある。
【００４１】
図８及び図９に示すように構成すれば、垂直方向上部における電機子巻線１４の冷却効果は図１及び図２と同様に得られる。垂直方向下部での冷却は、主油溜め部７の油と、上方から流下してきた油とによって冷却する構成となるので、オイルポンプ３０１の循環圧力をより小さくできるため、駆動システムの消費エネルギーをより低減することが可能となる。
【実施例５】
【００４２】
本発明の第５の実施例に係る発電電動機について図１０及び図１１を参照しながら以下説明する。図１０は本発明の第５の実施例に係る発電電動機におけるハウジング内の冷却水路を示す軸方向の断面図であり、図１１は第５の実施例に係る発電電動機におけるハウジングと冷却水路の軸垂直方向の断面図であり、図１０のＢ−Ｂ’断面矢視図である。図１０及び図１１において、図１と同一構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。
【００４３】
第５の実施例が図１に示す第１の実施例と異なる点は、ハウジング１８に冷却水路９設けた点にある。ここで、冷却水路９は、ハウジング１８の周方向に環状経路を形成していて、外部のウォータポンプ４０１で水が循環され、ウォータクーラ４０２で水が冷やされて、循環経路を形成している。
【００４４】
第５の実施例における冷却水路９は、固定子鉄心１１０の外径側に配設けられているため、固定子鉄心１１０にて発生した鉄損を冷却できるとともに、電機子巻線１４にて生じた銅損も固定子鉄心１１０を介して間接的に冷却できる。また、ハウジング１８底部においては、補助油溜め部８に貯蔵された冷却油１０の冷却にも寄与できる。
【００４５】
換言すると、冷却水路９の冷却水は、固定子１と冷却油１０を間接冷却できるので、発電電動機の効率向上や、オイルポンプ３０１で循環する冷却油流量の更なる低減により、駆動システムの省エネルギー化、燃料消費量の低減に寄与できる。また、オイルクーラ３０２の小型化や排除も可能となり、システムとしてのコンパクト化、部品点数の削減に伴う信頼性向上に寄与できる。
【実施例６】
【００４６】
本発明の第６の実施例に係る発電電動機について図１２を参照しながら以下説明する。図１２は本発明の第６の実施例に係る発電電動機における補助油溜め部の構造を示す軸方向の断面図である。図１２において、図１と同一構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。
【００４７】
本発明の第６の実施例が図１に示す第１の実施例と異なる点は、ハウジング１８の底部に設けた補助油溜め部８を単一の構造とした点にある。
【００４８】
図１１に示す第５の実施例の構成にすれば、本実施例に係る発電電動機を搭載した電動車両が傾斜したときでも、冷却油の油面変化の影響を更に小さくでき、安定した冷却油循環が可能となることに加え、油配管３００の分岐箇所を低減できるので、油配管３００の簡素化、接続箇所の削減に伴う信頼性向上に寄与できる。
【実施例７】
【００４９】
本発明の第７の実施例に係る発電電動機を適用した油圧ショベルについて、図１３〜図１５を参照しながら以下説明する。図１３は第７の実施例に係る発電電動機を適用した油圧ショベルの外観を示す見取図であり、図１４は第７の実施例に係る発電電動機を適用した油圧ショベルが傾斜地で作業する状況を表す図であり、図１５は第７の実施例に係る発電電動機を適用した油圧ショベルにおけるエンジン室の断面構成図である。
【００５０】
図１３〜図１５において、油圧ショベルは、走行体４１と、走行体４１上に旋回可能に設けた旋回体４２と、旋回体４２の前方左側に設けた運転室４３と、旋回体４２上に横置きに配置したエンジン室４４と、旋回体４２の後部に設けたカウンタウェイト４５と、旋回体４２の前部に設けられ、ブーム４６１、アーム４６２、及びバケット４６３からなる多関節型フロント装置４６と、から構成されている。
【００５１】
走行体４１は、左右に無限軌道履帯４１１を備えていて、それぞれ走行用モータ４１２の駆動力によって駆動される。エンジン室４４及び多関節型フロント装置４６等を備えた旋回体４２は、旋回体４２の中心部に設けた不図示の旋回用モータにより走行体４１に対して旋回される。多関節型フロント装置４６を構成するブーム４６１、アーム４６２及びバケット４６３は、それらにそれぞれ設けたブームシリンダ、アームシリンダ及びバケットシリンダ４７によって駆動動作される。
【００５２】
上述した各種シリンダ４７、走行用モータ４１２及び旋回モータは、油圧アクチュエータを用いており、運転室４３内の操作者による操作に応動して、エンジン室４４内のエンジン５１及び／又は発電電動機５０によって駆動される油圧ポンプ５２（図１５を参照）からの圧油を制御する制御弁装置からの圧油により、駆動されるようになっている。
【００５３】
ここで、第７の実施例に係る発電電動機５０は、図１〜図１２に示す構成のものを用い、油圧ポンプ５２の駆動源として油圧ショベルに適用される場合の構成であり、図１に示す発電電動機のブラケット２００の側面２００Ａと側面２００Ｂに、それぞれ、フライホイール５１１と内燃機関部５１２からなるエンジン５１と、ギヤ５２１と油圧機構部５２２からなる油圧ポンプ５２と、がシャフト６を介在して配設される。すなわち、本実施例に使用される発電電動機５０が、そのブラケット２００Ａと２００Ｂを通して、エンジン５１と油圧ポンプ５２に挟まれて配設される構成である。
【００５４】
エンジン室４４は、エンジン５１と、発電電動機５０と、油圧ポンプ５２とを備えているが、それ以外に、エンジン５１の冷却水を冷却するラジエータ５６と、ラジエータ５６を冷却する冷却風Ｐを生起する冷却ファン５７と、空気流（冷却風）Ｐを取り入れ冷却ファン５７に導入する吸込口７０と、空気流Ｐを外部に排出する吐出口７１と、吸音体７２と、エンジン５１の回転を冷却ファン５７に伝達するクランク軸５８、ファンベルト５９、補助回転軸６０と、エンジン５１を設置する振動減衰手段５５、フレーム５４と、エンジン５１からの排気ガスを消音するマフラー７３と、各構成要素を覆うカバー（上カバー５３１、吸込側横カバー５３２、下カバー５３３、吐出側横カバー５３４）と、を主として備えている。このように、第７の実施例に係る発電電動機５０は、油圧ショベルにおいて旋回体４２上のエンジン室４４に図１５に示すように各構成要素と関連して配置されるものである。
【００５５】
第７の実施例に係る発電電動機を適用した油圧ショベルは、図１４に示すように、傾斜地４９で掘削作業をする場合に、まず傾斜地４９上を走行体４１が上昇していき、次いで旋回体４２を旋回させてエンジン室４４を横向きに配置させて作業を実施する。図１４に示す作業例では、本実施例の発電電動機はシャフト（軸）６が水平ではなく傾斜した状態となる。
【００５６】
油圧ショベルに搭載した発電電動機５０におけるシャフト（軸）６が作業で傾斜したとしても、補助油溜め部８を主油溜め部７の下方に設置し且つ発電電動機の下方部に配置することによって（図４を参照）、図１、図９及び図１０に示す補助油溜め部８から油が漏れ出て油配管３０１への吸い上げ不良を来たすことがないようにしている。
【符号の説明】
【００５７】
１…固定子、１０…冷却油、１１０…固定子鉄心、１１１…スロット、１１２…ティース、１１３…磁極片、１１４…スロット開口部、１２…発電電動機、
１３０…回転子、１３１…回転子鉄心、１３２…磁石挿入孔、１３３…永久磁石、１４…電機子巻線、１６…細孔、１８…ハウジング、
２００…ブラケット、２０１…通油路、２０２…通油溝、２０３…リング、２０４…油噴射孔、３００…油配管、３０１…オイルポンプ、３０２…オイルクーラ、４０１…ウォータポンプ、４０２…ウォータクーラ
４１…走行体、４１１…無限軌道履帯、４１２…走行用モータ、４２…旋回体、４３…運転室、４４…エンジン室、４５…カウンタウェイト、４６…多関節型フロント装置、４６１…ブーム、４６２…アーム、４６３…バケット、４７…シリンダ、４９…傾斜地、
５…軸受、５０…発電電動機、５１…エンジン、５１１…フライホイール、５１２…内燃機関部、５２…油圧ポンプ、５２１…ギヤ、５２２…油圧機構部、５３１…上カバー、５３２…吸込側横カバー、５３３…下カバー、５３４…吐出側横カバー、５４…フレーム、５５…振動減衰手段、５６…ラジエータ、５７…冷却ファン、５８…クランク軸、５９…ファンベルト、
６…シャフト、６０…補助回転軸、７…主油溜め部、７０…吸込口、７１…吐出口、７２…吸音体、７３…マフラー、８…補助油溜め部、９…冷却水路、Ｐ…空気流（冷却風）、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングの内径側に固設された固定子と、前記固定子の内周側に対向配置されて軸受で回転自在に支承された回転子と、固定子鉄心のスロットに隣接したティースに巻回された電機子巻線と、を備えた発電電動機において、
前記回転子のシャフトに前記軸受を介して設けられたブラケットには、冷却媒体の流れる通路と、前記通路と連通して前記電機子巻線の巻線端部に対向する位置に前記冷却媒体を噴出する噴射孔と、が設けられ、
前記シャフトの軸方向の両側に配された前記ブラケットの噴射孔から前記電機子巻線の巻線端部に向けて前記冷却媒体が噴出され、
前記複数の噴射孔からの前記冷却媒体の流量分布は、前記シャフトの高さ位置よりも上方の位置になるにしたがって高く設定される
ことを特徴とする発電電動機。
【請求項２】
請求項１において、
前記ブラケットに設けた噴射孔の配設ピッチは、前記ブラケットの垂直方向上部で密であり、前記シャフトの高さ位置になるにしたがって次第に疎である
ことを特徴とする発電電動機。
【請求項３】
請求項１において、
前記ブラケットに設けた噴射孔の孔径は、前記ブラケットの垂直方向上部で大であり、前記シャフトの高さ位置になるにしたがって次第に小である
ことを特徴とする発電電動機。
【請求項４】
請求項１において、
前記電機子巻線の巻線端部に対向する位置に設けられた噴射孔の数は、前記ブラケットの垂直方向上部で多く、前記シャフトの高さ位置になるにしたがって次第に少ない
ことを特徴とする発電電動機。
【請求項５】
請求項４において、
前記噴射孔の数が多い場合は噴射孔の孔径を大きくし、前記噴射孔の数が少ない場合は噴射孔の孔径を小さくする
ことを特徴とする発電電動機。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか１つの請求項において、
ブラケットに設けられた冷却媒体の流れる通路は、前記ブラケットの最上部から前記シャフトの高さ位置に亘る円弧状を形成し、
前記シャフトの下方部に設けられた前記冷却媒体の主溜め部の液面が、最下部に形成された固定子の内径側に達するように設定される
ことを特徴とする発電電動機。
【請求項７】
請求項１ないし４のいずれか１つの請求項において、
前記固定子の外周側に配設された前記ハウジングは、その周方向に環状通路を設けて冷却水を循環させる冷却水路を形成する
ことを特徴とする発電電動機。
【請求項８】
請求項１ないし４のいずれか１つの請求項において、
前記ハウジングの底部には前記冷却媒体の溜め部を設け、
前記溜め部は、下方部の固定子鉄心に対応する位置に形成された主溜め部と、前記主溜め部よりも下方に設けられ細孔を介して連通する補助溜め部と、からなり、
前記冷却媒体は、前記発電電動機の外部に設けたオイルポンプによって前記補助溜め部から吸引され、オイルクーラを介して前記ブラケットの垂直方向上部の前記冷却媒体の通路に送給される
ことを特徴とする発電電動機。
【請求項９】
請求項１ないし４のいずれか１つの請求項に記載された発電電動機と、前記発電電動機のシャフトと連結する内燃機関部をもつエンジンと、前記発電電動機のシャフトと連結し前記エンジンと反対側に設置される油圧機構部をもつ油圧ポンプと、を備えた電動車両。
【請求項１】
ハウジングの内径側に固設された固定子と、前記固定子の内周側に対向配置されて軸受で回転自在に支承された回転子と、固定子鉄心のスロットに隣接したティースに巻回された電機子巻線と、を備えた発電電動機において、
前記回転子のシャフトに前記軸受を介して設けられたブラケットには、冷却媒体の流れる通路と、前記通路と連通して前記電機子巻線の巻線端部に対向する位置に前記冷却媒体を噴出する噴射孔と、が設けられ、
前記シャフトの軸方向の両側に配された前記ブラケットの噴射孔から前記電機子巻線の巻線端部に向けて前記冷却媒体が噴出され、
前記複数の噴射孔からの前記冷却媒体の流量分布は、前記シャフトの高さ位置よりも上方の位置になるにしたがって高く設定される
ことを特徴とする発電電動機。
【請求項２】
請求項１において、
前記ブラケットに設けた噴射孔の配設ピッチは、前記ブラケットの垂直方向上部で密であり、前記シャフトの高さ位置になるにしたがって次第に疎である
ことを特徴とする発電電動機。
【請求項３】
請求項１において、
前記ブラケットに設けた噴射孔の孔径は、前記ブラケットの垂直方向上部で大であり、前記シャフトの高さ位置になるにしたがって次第に小である
ことを特徴とする発電電動機。
【請求項４】
請求項１において、
前記電機子巻線の巻線端部に対向する位置に設けられた噴射孔の数は、前記ブラケットの垂直方向上部で多く、前記シャフトの高さ位置になるにしたがって次第に少ない
ことを特徴とする発電電動機。
【請求項５】
請求項４において、
前記噴射孔の数が多い場合は噴射孔の孔径を大きくし、前記噴射孔の数が少ない場合は噴射孔の孔径を小さくする
ことを特徴とする発電電動機。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか１つの請求項において、
ブラケットに設けられた冷却媒体の流れる通路は、前記ブラケットの最上部から前記シャフトの高さ位置に亘る円弧状を形成し、
前記シャフトの下方部に設けられた前記冷却媒体の主溜め部の液面が、最下部に形成された固定子の内径側に達するように設定される
ことを特徴とする発電電動機。
【請求項７】
請求項１ないし４のいずれか１つの請求項において、
前記固定子の外周側に配設された前記ハウジングは、その周方向に環状通路を設けて冷却水を循環させる冷却水路を形成する
ことを特徴とする発電電動機。
【請求項８】
請求項１ないし４のいずれか１つの請求項において、
前記ハウジングの底部には前記冷却媒体の溜め部を設け、
前記溜め部は、下方部の固定子鉄心に対応する位置に形成された主溜め部と、前記主溜め部よりも下方に設けられ細孔を介して連通する補助溜め部と、からなり、
前記冷却媒体は、前記発電電動機の外部に設けたオイルポンプによって前記補助溜め部から吸引され、オイルクーラを介して前記ブラケットの垂直方向上部の前記冷却媒体の通路に送給される
ことを特徴とする発電電動機。
【請求項９】
請求項１ないし４のいずれか１つの請求項に記載された発電電動機と、前記発電電動機のシャフトと連結する内燃機関部をもつエンジンと、前記発電電動機のシャフトと連結し前記エンジンと反対側に設置される油圧機構部をもつ油圧ポンプと、を備えた電動車両。
【図２】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１】
【図３】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１】
【図３】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−６６３４８（Ｐ２０１３−６６３４８Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０４８４８（Ｐ２０１１−２０４８４８）
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【出願人】（５０２１２９９３３）株式会社日立産機システム (1,140)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【出願人】（５０２１２９９３３）株式会社日立産機システム (1,140)
【Ｆターム（参考）】
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