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技術 変速機の冷却構造、その冷却構造を有する変速機及び冷却方法

出願人 住友重機械工業株式会社
発明者 大井紀夫
出願日 2002年10月23日 (18年1ヶ月経過) 出願番号 2002-308050
公開日 2004年5月20日 (16年6ヶ月経過) 公開番号 2004-144156
状態 拒絶査定
技術分野 伝動装置の一般的な細部
主要キーワード ステム線 冷却ファン駆動用 歯車伝動機構 冷却水パイプ 圧縮サイクル 多段圧縮 冷却サイクル 冷却用ファン
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2004年5月20日)のものです。
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図面 (7)

課題

冷却水が不要で変速機設置場所が制限されず、ランニングコストの低減が可能であるだけでなく、同時に、高い冷却効果を得ることのできる変速機の冷却構造、その冷却構造を有する変速機及び冷却方法を提供する。

解決手段

ケーシング102内に変速機構を収容した変速機100の冷却構造110において、前記ケーシング102内に設置され、且つ、自身の内部に充満された冷媒を用いて前記ケーシング102内の吸熱を行う蒸発器112と、前記冷媒を圧縮する圧縮機113と、圧縮された前記冷媒を凝縮する凝縮器114と、液化した前記冷媒を断熱膨張し前記蒸発器112に供給する膨張弁116と、を有する冷却装置110を備えた。

概要

背景

従来、歯車伝動機構等の変速機構ケーシング内に収容し、入力された回転の変速を可能とした変速機が広く知られている。これら変速機は、装置内部に回転運動等を行う変速機構を収容しているため、該変速機構から発生する熱を冷却する冷却構造を有するものが一般的であり、種々の冷却構造を有する変速機が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

概要

冷却水が不要で変速機の設置場所が制限されず、ランニングコストの低減が可能であるだけでなく、同時に、高い冷却効果を得ることのできる変速機の冷却構造、その冷却構造を有する変速機及び冷却方法を提供する。ケーシング102内に変速機構を収容した変速機100の冷却構造110において、前記ケーシング102内に設置され、且つ、自身の内部に充満された冷媒を用いて前記ケーシング102内の吸熱を行う蒸発器112と、前記冷媒を圧縮する圧縮機113と、圧縮された前記冷媒を凝縮する凝縮器114と、液化した前記冷媒を断熱膨張し前記蒸発器112に供給する膨張弁116と、を有する冷却装置110を備えた。   

目的

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、冷却水が不要で変速機の設置場所が制限されず、ランニングコストの低減が可能であるだけでなく、同時に、高い冷却効果を得ることのできる変速機の冷却構造、その冷却構造を有する変速機及び冷却方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

ケーシング内に変速機構を収容した変速機冷却構造において、前記ケーシング内に設置され、且つ、自身の内部に充満された冷媒を用いて前記ケーシング内の吸熱を行う蒸発器と、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された前記冷媒を液化して放熱する凝縮器と、液化した前記冷媒を断熱膨張し前記蒸発器に供給する膨張弁と、を有する冷却装置を備えたことを特徴とする変速機の冷却構造。

請求項2

請求項1において、前記ケーシング内に潤滑油封入すると共に、該潤滑油に前記蒸発器を浸し、該蒸発器によって前記潤滑油の吸熱を行うことを特徴とする変速機の冷却構造。

請求項3

請求項2において、更に、前記潤滑油の温度を測定する温度検出手段と、該温度検出手段によって測定された温度に基づいて前記冷却装置の制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする変速機の冷却構造。

請求項4

請求項1乃至3のいずれかにおいて、前記冷媒を代替フロン又は炭化水素としたことを特徴とする変速機の冷却構造。

請求項5

ケーシング内に変速機構を収容した変速機において、請求項1乃至4のいずれかに記載の冷却構造を有することを特徴とする変速機。

請求項6

ケーシング内に変速機構を収容した変速機の冷却方法において、冷媒を用いて前記ケーシング内の吸熱を行う吸熱工程と、前記冷媒を圧縮する圧縮工程と、圧縮された前記冷媒を液化して放熱する凝縮工程と、液化した前記冷媒を断熱膨張する断熱膨張工程と、からなる冷却サイクルを含んでなることを特徴とする変速機の冷却方法。

請求項7

請求項6において、前記ケーシング内に潤滑油を封入すると共に、前記吸熱工程が該潤滑油の吸熱を行う工程からなることを特徴とする変速機の冷却方法。

請求項8

請求項7において、更に、前記潤滑油の温度を測定し、該温度に基づいて前記冷却サイクルの制御を行うことを特徴とする変速機の冷却方法。

請求項9

請求項8において、前記温度が一定値を超えた場合に前記冷却サイクルの動作を開始し、一定値以下の場合に前記冷却サイクルの動作を停止することを特徴とする変速機の冷却方法。

技術分野

0001

本発明は、変速機冷却構造、その冷却構造を有する変速機及び冷却方法に関し、特に、冷却水が不要で変速機の設置場所が制限されず、ランニングコストの低減が可能であるだけでなく、同時に、高い冷却効果を得ることのできる変速機の冷却構造、その冷却構造を有する変速機及び冷却方法に関する。

0002

従来、歯車伝動機構等の変速機構ケーシング内に収容し、入力された回転の変速を可能とした変速機が広く知られている。これら変速機は、装置内部に回転運動等を行う変速機構を収容しているため、該変速機構から発生する熱を冷却する冷却構造を有するものが一般的であり、種々の冷却構造を有する変速機が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

0003

図3及び図4は、冷却用ファンを備えた冷却構造を有する、従来の変速機の側面図をそれぞれ示したものである。

0004

図3に示す変速機10の冷却構造13は、ケーシング16から突出した回転軸12に冷却用ファン14を取付けたものである。この冷却構造13では、回転軸12によって冷却用ファン14を回転駆動し、ケーシング16側へ送風することによって、ケーシング16の外部から変速機10の冷却を行っている。

0005

又、図4に示す変速機20の冷却構造27は、冷却ファン駆動用モータ26の駆動軸22に冷却用ファン24を取付けたものである。この冷却構造27では、モータ26によって冷却用ファン24を回転駆動し、ケーシング28側へ送風することによって、ケーシング28の外部から変速機20の冷却を行っている。

0006

しかしながら、これら冷却用ファンを備えた冷却構造を有する、従来の変速機10、20は、ケーシング16、28の外部から送風を行うことで変速機10、20の冷却を行っているため、冷却効果が小さく、ケーシング16、28の内部を十分に冷却することができないといった問題があった。

0007

このような問題点を解決する一手段として、図5及び図6に示すような、変速機内部に封入された潤滑油を冷却することによって変速機を冷却する、変速機の冷却構造が提案されている。

0008

図5及び図6は、それぞれ、潤滑油の冷却構造を備えた従来の変速機の側面図及び冷却構造のシステム線図を示したものである。

0009

図5に示す変速機30は、ポンプ32と、オイルクーラ34と、潤滑油を循環する潤滑油パイプ36と、冷却水を循環する冷却水パイプ38と、からなる冷却構造39を有している。この冷却構造39では、まず変速機30内の熱を吸収した潤滑油を、ポンプ32によって、ケーシング33内部から潤滑油パイプ36を通じてオイルクーラ34へ送る。オイルクーラ34に送られた潤滑油は、オイルクーラ34内の冷却水パイプ38を循環する冷却水によって冷却される。この冷却された潤滑油を、潤滑油パイプ36を通じて再びケーシング33内部へ戻すことで、ケーシング33内部から変速機30の冷却を行っている。

0010

又、図6に示す変速機40は、ポンプ42と、冷却水を循環させる冷却水パイプ44とからなる冷却構造46を有している。この冷却構造46では、冷却水パイプ44の一部44Aが、ケーシング45内部に封入された潤滑油に浸された状態になっている。従って、ケーシング45内部を循環する潤滑油は、冷却水パイプ44内を循環する冷却水によって冷却されることとなり、ケーシング45内部から変速機40の冷却が行われる。

背景技術

0011

【特許文献1】
特開2001−224974号公報

0012

しかしながら、これら従来の変速機30、40の冷却機構39、46は、冷却媒体として冷却水を使用する必要があり、変速機の設置場所によっては冷却水の供給が困難で、変速機の設置場所が制限されてしまったり、設置が可能であっても、冷却水を変速機まで供給するための設備費用が高額になってしまう等の問題があった。しかも、冷却のために大量の冷却水を連続的に供給する必要があり、ランニングコストがかかるという問題もあった。

0013

又、従来の冷却ファンによる送風や冷却水による潤滑油の冷却では、必ずしも十分な冷却効果を得ることができていたとはいえないという問題があった。

発明が解決しようとする課題

0014

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、冷却水が不要で変速機の設置場所が制限されず、ランニングコストの低減が可能であるだけでなく、同時に、高い冷却効果を得ることのできる変速機の冷却構造、その冷却構造を有する変速機及び冷却方法を提供することを目的とする。

0015

本発明は、ケーシング内に変速機構を収容した変速機の冷却構造において、前記ケーシング内に設置され、且つ、自身の内部に充満された冷媒を用いて前記ケーシング内の吸熱を行う蒸発器と、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された前記冷媒を液化して放熱する凝縮器と、液化した前記冷媒を断熱膨張し前記蒸発器に供給する膨張弁と、を有する冷却装置を備えたことにより、上記課題を解決したものである。

0016

本発明によれば、自身の内部に充満された冷媒を用いてケーシング内の吸熱を行う蒸発器と、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された前記冷媒を液化して放熱する凝縮器と、液化した前記冷媒を断熱膨張し前記蒸発器に供給する膨張弁とを備えたため、従来の冷却構造に比べ、高い冷却効果を得ることができる上に、蒸発器をケーシング内に設置しているため、変速機内部を効果的に冷却することができる。

0017

又、冷却媒体としてアンモニア炭酸ガス等を使用することができるため、冷却水が不要となり、冷却水の供給のために変速機の設置場所が制限されることがなく、設置場所の変更も比較的容易である。その上、大量の冷却水を連続的に供給する必要が無くなるため、ランニングコストの低減も実現可能である。

0018

前記ケーシング内に潤滑油を封入すると共に、該潤滑油に前記蒸発器を浸し、該蒸発器によって前記潤滑油の吸熱を行うようにすれば、変速機のケーシング内を循環する潤滑油を冷却することが可能となるため、冷却された潤滑油を介して変速機内部を一層効果的に冷却することが可能となる。

0019

又、潤滑油の温度を測定する温度検出手段と、該温度検出手段によって測定された温度に基づいて前記冷却装置の制御を行う制御手段と、を備えれば、潤滑油の温度に応じた冷却装置の制御が可能となる。

課題を解決するための手段

0020

更に、前記冷媒を代替フロン(HCFC、HFC、PFC等)又は炭化水素とすれば、冷却効率の向上が可能となる。

0021

以下、本発明の実施形態の例を図面に基づいて説明する。

0022

図1は、本発明の実施形態の例に係る冷却構造を有する変速機100の側面図及び冷却装置の系統図を示したものである。

0023

変速機100は、ケーシング102内に、図示しない変速機構を収容すると共に、冷却装置110からなる冷却構造を有している。なお、前記ケーシング102の内部には図の想像線OLの位置付近まで潤滑油が封入されている。

0024

前記冷却装置110は、蒸発器(エバポレータ)112と、圧縮機(コンプレッサ)113と、凝縮器(コンデンサ)114と、受液器レシーバ)115と、膨張弁116と、冷媒が循環するパイプ117と、を備えている。

0025

前記蒸発器112は、前記潤滑油OLに浸されるようにケーシング102内に設置されている。該蒸発器112は、自身の内部に充満された冷媒を用いて前記潤滑油OLの熱を吸収すると共に、蒸気となった冷媒を前記圧縮機113へ排出可能である。

0026

該圧縮機113は、蒸発器112からパイプ117を通じて流入する冷媒を圧縮し、高温高圧状態とすることが可能であると共に、この高温・高圧の冷媒を前記凝縮器114へ排出可能である。

0027

該凝縮器114は、圧縮機113からパイプ117を通じて流入する冷媒を液化、放熱し、前記受液器115へ排出可能である。

0028

前記膨張弁116は、受液器115に貯められた液化した冷媒を、断熱膨張(等エンタルピ膨張)し、低温低圧の冷媒として前記蒸発器112に供給可能である。

0029

これら蒸発器112、圧縮機113、凝縮器114、受液器115、膨張弁116は、前記パイプ117A〜117Eによって環状に連結され、全体として冷却装置110を構成している。

0030

なお、前記冷却装置110の冷媒としては、アンモニアや炭酸ガス等を用いることができるが、変速機100の冷却効果を更に高めるためには、HCFC、HFC、PFC等の代替フロン又は炭化水素を用いることが好ましい。

0031

次に、本発明の実施形態の例に係る冷却構造を有する変速機100の作用について説明する。

0032

前記冷却装置110では、主に圧縮工程、凝縮工程、断熱膨張工程、吸熱工程の4つの工程からなる冷却サイクルを繰り返し実施することで、変速機100の冷却を実現している。

0033

具体的には、圧縮工程では、圧縮機113によって、パイプ117に充満した冷媒を圧縮し、高温・高圧の蒸気とした後、この高温・高圧の冷媒を凝縮器114に排出する。

0034

次に、凝縮工程では、凝縮器114によって、高温・高圧の冷媒を液化し、放熱した後、この液化した冷媒を受液器115へ排出する。

0035

更に、断熱膨張工程では、膨張弁116によって、受液器115に貯められた液化した冷媒を断熱膨張し、低温・低圧の蒸気とした後、この低温・低圧の冷媒を蒸発器112へ供給する。

0036

最後に、吸熱工程では、蒸発器112によって、低温・低圧になった冷媒を用いてケーシング102内の潤滑油OLから熱を吸収(吸熱)する。その後、蒸気となった冷媒は圧縮機113に排出される。なお、この吸熱工程で、ケーシング102内を循環する潤滑油OLが冷やされる結果、変速機100が冷却される。

0037

本発明の実施形態に係る冷却装置(冷却構造)110によれば、自身の内部に充満された冷媒を用いてケーシング102内の吸熱を行う蒸発器112と、前記冷媒を圧縮する圧縮機113と、圧縮された前記冷媒を液化して放熱する凝縮器114と、液化した前記冷媒を断熱膨張し前記蒸発器112に供給する膨張弁116とを備えたため、従来の冷却構造に比べ、高い冷却効果を得ることができる上に、蒸発器112をケーシング102内に設置しているため、変速機100内部を効果的に冷却することができる。

0038

又、冷却媒体としてアンモニアや炭酸ガス等を使用することができるため、冷却水が不要となり、冷却水の供給のために変速機100の設置場所が制限されることがなく、設置場所の変更も比較的容易である。その上、大量の冷却水を連続的に供給する必要が無くなるため、ランニングコストの低減も実現可能である。

0039

更に、ケーシング102内に潤滑油OLを封入すると共に、該潤滑油OLに前記蒸発器112を浸し、該蒸発器112によって前記潤滑油OLの吸熱を行っているため、変速機100のケーシング102内を循環する潤滑油OLを冷却することが可能となり、その結果、冷却された潤滑油OLを介して変速機100内部を一層効果的に冷却することができる。

0040

次に、図2を用いて、本発明の実施形態の第2例に係る冷却構造を有する変速機200について説明する。

0041

該変速機200は、前記図1に示される変速機100に対して、更に、温度検出手段である温度センサ219及び制御手段であるマイクロコンピュータ(以下、単にマイコンと称す。)218を備えたものである。なお、他の構成については前記変速機100と同様であるので、同一又は類似する部分・部材については符号の下二桁を互いに一致させることにより構成・作用等の説明は省略する。

0042

前記温度センサ219は、ケーシング202内部に封入された潤滑油OLの温度を測定可能な位置に設置されており、この温度センサ219はマイコン218の入力ポートに接続されている。このマイコン218は、前記温度センサ219から入力される測定値に基づいて、圧縮機213及び凝縮器214(冷却装置210)の動作制御を行っており、測定された温度が一定値を超えた場合に冷却装置210の動作を開始し、一定値以下の場合に冷却装置210の動作を停止する。

0043

このように、潤滑油OLの温度を測定する温度検出手段219と、該温度検出手段219によって測定された温度に基づいて前記冷却装置210の制御を行う制御手段218と、を備えれば、潤滑油OLの温度に応じた冷却装置210の制御が可能となる。なお、この実施例では、温度検出手段として温度センサ219、制御手段としてマイコン218をそれぞれ適用したが、本発明はこれに限定されない。更には、温度検出手段で潤滑油OLの温度を測定することとしたが、本発明はこれに限定されず、ケーシング202内の温度やケーシング202自体の温度を測定し、該温度に基づいて前記冷却装置210の制御を行ってもよく、又、冷却装置210の制御方法も、上記実施例において説明した方法に限定されるものではない。

0044

なお、上記実施形態においては、ケーシング102(202)内に潤滑油OLを封入すると共に、該潤滑油OLに前記蒸発器112(212)を浸し、該蒸発器112(212)によって前記潤滑油OLの吸熱を行うこととしたが、本発明はこれに限定されず、本発明に係る冷却構造を、潤滑油OLが封入されていない変速機に適用してもよく、又、蒸発器112(212)は、ケーシング102(202)内に設置されていればよい。

0045

本発明に係る変速機の冷却方法は、冷媒を用いて前記ケーシング内の吸熱を行う吸熱工程と、前記冷媒を圧縮する圧縮工程と、圧縮された前記冷媒を液化して放熱する凝縮工程と、液化した前記冷媒を断熱膨張する断熱膨張工程と、からなる冷却サイクルを含んでいればよく、例えば、圧縮工程を多段にした多段圧縮サイクルや多効圧縮サイクル等を適用してもよい。

発明を実施するための最良の形態

0046

更に、本発明が適用される変速機の構造や形状等は、図示したものに限定されるものではない。

図面の簡単な説明

0047

本発明によれば、冷却水が不要で変速機の設置場所が制限されず、ランニングコストの低減が可能であるだけでなく、同時に、高い冷却効果を得ることのできる変速機の冷却構造、その冷却構造を有する変速機及び冷却方法を提供することができる。

図1
本発明の実施形態の例に係る冷却構造を有する変速機の側面図及び冷却装置のシステム線図
図2
本発明の実施形態の第2例に係る冷却構造を有する変速機の側面図及び冷却装置のシステム線図
図3
冷却用ファンを備えた冷却構造を有する、従来の変速機の側面図
図4
冷却用ファンを備えた冷却構造を有する、従来の他の変速機の側面図
図5
潤滑油の冷却構造を備えた従来の変速機の側面図及び冷却構造のシステム線図
図6
潤滑油の冷却構造を備えた従来の他の変速機の側面図及び冷却構造のシステム線図
【符号の説明】
10、20、30、40、100、200…変速機
12、22…回転軸
13、27、39、46、110、210…冷却機構
14、24…冷却ファン
26…モータ
16、28、33、45、102、202…ケーシング
32、42…ポンプ
34…オイルクーラ
36…潤滑油パイプ
38、44…冷却水パイプ
112、212…蒸発器
113、213…圧縮機
114、214…凝縮器
115、215…受液器
116、216…膨張弁
117、217…パイプ
218…制御手段
219…温度検出手段

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