JP6659558B2 - コンパクトユニット - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも、ユニットハウジングのハウジング部分に収容されて少なくとも１台の油圧ポンプを駆動してその際に熱を放出する電動モータと、空気熱交換装置と、空気流を形成するために駆動可能なファンとからなるコンパクトユニットに関する。

この種類のコンパクトユニットは公知の技術である。この種類のユニットは油圧回路の圧力供給のために、特に利用できるスペースが限られている場所で油圧アクチュエータに加圧下にある油圧流体を供給する場合に使用される。狭い場所でユニットを連続運転で駆動しなければならず、それゆえモータ冷却及び油圧液冷却のための措置を講じなければならない場合は、油圧ポンプ及び熱交換装置を含む全コンポーネントを僅かな寸法しか持たないハウジングに収容することは多くの困難を引き起こす。これは、例えば閉じた工場建屋内で旋盤などの製造機械の油圧装置に圧力流体を供給する場合に該当する。

この問題点に鑑み、本発明の課題は、特別に省スペース型の構造を特徴とし、すべての構成要素が信頼性の高い運転のために共通のハウジング内に組み入れられているコンパクトユニットを提供することである。

上記の課題は本発明により、特許請求項１の特徴をその全体において有するコンパクトユニットによって解決される。

特許請求項１の特徴によれば本発明の本質的な特性は、ユニットハウジング内に流動制御装置があって、ファンによって生み出された空気流から部分流を形成し、そのうち１つの部分流は電動モータを冷却するためにその周りを流れ、別の部分流は熱交換装置に向って流れること、又は順番に相前後して空気流が最初に電動モータに流入し、次いで熱交換装置に流入することにある。さらに本発明には、本発明によるコンパクトユニットの解決は空気流の方向を反転させて、流入が上述したのとはそれぞれ逆方向に行われることも属している。このようにユニットハウジングの内部に部分流を形成することが有利であるのは、そうすることによって冷却すべきコンポーネントをユニットハウジング内で空気流を生み出すファンに対して任意の位置関係に、ユニットハウジング内の取付けスペースを最適が活用される取付けスペースに配置することが可能になり、その結果として電動モータのように主として冷却すべきコンポーネントの特に効率的な周流が達成される。いずれの場合にもその都度可能な空気流に基づいてコンパクトユニットのすべての構成要素、例えば電動モータ、空気熱交換装置及びファンが共通のハウジング内に組み入れられる。そのようにしてコンパクトユニットに対する信頼性の高い連続運転も達成される。

提示された空気流誘導に基づいて、装置ハウジングの内部である程度の過圧を生み出すこともできるので、ハウジング内のすべての敏感な部品はハウジングにより防塵され、及び可能な跳ね水から保護される。運転中に存在する過圧状況に基づき高められたＩＰ保護等級若しくはＩＰ保護レベル、ここではＩＰ５４が問題なく達成される。

これに関して電動モータの効率的な周流のために有利には、電動モータが空気流内でファンと熱交換装置との間に配置されるように構成することができる。

特別有利な実施例において流動制御装置は空気流から、電動モータを制御するために設けられた周波数変換器に対する冷却空気流として用いられる追加的な部分流を形成する。周波数変換器を用いた電動モータの必要に応じた制御により、特別エネルギー効率の高い運転が可能になり、空気流から分岐した部分流による周波数変換器の冷却は連続運転においてもユニットの高い運転信頼性が保証される。

特別有利な実施例において、流動制御装置は空気流に対してユニットハウジングの正面とその反対の背面との間に延びる第１の流動経路を形成し、この流動経路内にファン、電動モータ及び周波数変換器の冷却体が置かれており、さらに流動制御装置は第１の流動経路からユニットハウジングの一方の側に向って好ましくは直角に分岐する別の流動経路を形成し、この流動経路内に熱交換装置が配置されているように構成されている。そうすることによって相応に大きい貫流面積を有する熱交換装置が、ハウジング底面積が良好に活用されるように、一方のハウジング側に沿って電動モータの横に配置されている。上記の第１の流動経路並びに上記の別の第２の流動経路が順番に相前後して配置されて、最初に電動モータに流入し、続いて熱交換装置に流入するように構成することもできる。

特別有利な実施例において、電動モータは第１の油圧ポンプと第２の油圧ポンプを一緒に駆動し、両油圧ポンプの吸込み側は油圧流体を貯蔵するタンクと接続されており、両油圧ポンプのうち第１の油圧ポンプは熱交換装置を通ってタンクに至る流体流動を生み出し、第２の油圧ポンプは油圧アクチュエータへの圧力供給に用いられる。タンクと油圧ポンプの吸込み側との間に好ましくはそれぞれ１個のフィルタ装置が設けられている。上記のポンプはそれらの機能を交換することもできる。場合によっては流体輸送機能を保証するために１台のポンプで十分である。さらに、２台のポンプが存在する場合に１台のポンプは他の駆動装置、外部駆動装置によって操作することも考えられる。

特別コンパクトな構造は、タンクがユニットハウジング内でベース部を形成し、その上に正面から背面に向かう軸方向でファン、電動モータ、第１の油圧ポンプ及び第２の油圧ポンプがタンクのカバープレート上に配置されており、熱交換装置が電動モータの横に配置され、周波数変換器が油圧ポンプの横に配置されていると実現可能である。

このようにユニットの一体的なベース部を形成するタンクの上に構成すると、特別有利には流動制御装置の構成部材としてタンクの支持プレート、並びにファンと電動モータとを包囲するハウジングフードを設けることができる。そうすることによって流動制御装置は同時に一種の遮音カプセルを形成する。大量生産のためにこれらのハウジング要素は、好ましくはプラスチック射出成形品又はアルミダイカスト品として有利に製造でき、その際にそれぞれのハウジング材料によって同時に良好な遮音を達成できる。

以下に本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説明する。

本発明によるコンパクトユニットの実施例の油圧回路の模式図である。 正面と長辺側及びそこにある熱交換装置を示す実施例の斜視図である。 熱交換装置と反対の長辺側及びユニットハウジング背面を示す実施例の斜視図である。 図２及び図３よりやや大きい縮尺で表現された、ハウジングベース部から取り出したハウジングフードを有する実施例の平面図である。

図１に示されているように、油圧ポンプ１と第２の油圧ポンプ２は一緒に電動モータ３によって駆動可能であり、その回転数は図２及び図３に見える周波数変換器５によって調節可能である。両油圧ポンプ１及び２は、吸込み側が油圧流体を貯蔵するタンク７と接続されており、ポンプ１及び２の吸込み側との接続部にそれぞれ１個のフィルタエレメント９若しくは１１が配置されている。油圧ポンプ１は、ポンプ１の吐出し側１２に接続された送り管１３、油空気熱交換器１５及びタンク７に続く戻り管１７を有する熱交換装置１４に対するフィードポンプとして用いられる。１９で表示された空気流を生み出すファンは、この例では電動ファンモータ２１として構成されたファン駆動装置によって操作可能である。所望される場合は図１の回路図に示されているように、戻り管１７内にリターンフィルタ２３を設けることができる。この場合、リターンフィルタ２３は開放圧力を例えば３ｂａｒに調整したバイパス弁２５を有するバイパスを通って迂回可能である。

第２の油圧ポンプ２の吐出し側２７は逆止め弁２９を介して圧力管３１と接続されており、圧力管３１は付属の油圧回路に供給可能なユニットの圧力接続部Ｐに続いており、そこから戻り量がタンク接続部Ｔとタンク管３３を介してタンク７に戻る。圧力管３１は圧力制限弁３５を介してタンク７に向って防護されており、圧力制限弁３５は例えば４５ｂａｒに調整されている。電動モータ３は、例えば１．５ＫＷの出力で周波数変換器５により例えば３２００ｒｐｍの最大回転数において、例えば６００〜２０００ｒｐｍの運転回転数範囲に調整可能である。圧力接続部Ｐ及び少なくとも１個のタンク接続部Ｔの他に、圧力計４１若しくは圧力センサ４３に対する測定接続部３７及び３９が圧力管３１に接続されている。上記のポンプ１及び２はそれらの機能に関して互いに交換でき、連結駆動の代わりに個々に、場合によってはコンパクトユニットの外にある外部駆動源によって駆動することもできる。さらに、その都度使用される油圧ポンプのそれぞれの構成寸法又は出力性能は互いに異なり、特に可変に保つことができる。

図２〜図４は、ユニットの機械的構造を示している。図示されているように、全体を４５で表示したユニットハウジングは大まかに長方形の輪郭を有しており、タンク７はハウジング４５のベース部をなしている。ここでタンク７はほぼ全底面を占め、ハウジング４５のほぼ半分の高さまで延びている。タンク７はその上側が平らな支持プレート４７によって閉じられており、その上に重要なコンポーネントが構成されている。図２ではタンク７の側面に取り付けた液面計４９、並びに支持プレート４７の上側に注入スリーブ５１と随意的なリターンフィルタ２３（図１）のエンドキャップ５３が見える。図２と図３のいずれにも箱状のハウジングフード５５が見える。これらは図４を参照すると分かるように、ハウジング正面５７にあるファン１９と電動モータ３を取り囲んでいる。電動モータ３はハウジング正面５７からハウジング背面５９に向かってファン１９に接続している。電動モータ３と図４で下に位置するハウジング側６０との間で支持プレート４７上に熱交換器１５が配置されている。熱交換器１５はハウジングフード５５の流出口６１に接続している。ハウジングフード５５の輪郭線又はカバープレート４７との接続線は、図４で二重線６３によって示されている。支持プレート４７上及び／又は装置ハウジング４５の内部には、他の制御ブロック、例えば上述したのとは異なる油圧機能を持った弁モジュールも収容することができる。

破線で描かれた流れの矢印６５によって示されている、ファン１９によって生み出された空気流は、図示の構成では白のアローヘッド６７で表示された、電動モータ３を周流する部分流と、黒のアローヘッド６３で表示された、横断流として熱交換器１５を貫流する第２の部分流の形で順番に相前後して誘導される。同様に黒のアローヘッド７１を付けた矢印で表示された別の第３の部分流は、第１の部分流６７をハウジング背面５９に向かって、したがってやはり順番に継続する。その際に第３の部分流は、熱交換器１５に接続している周波数変換器５を冷却するために冷却層板構成をなす通風路７３を貫流してハウジングから流出する。図２で周波数変換器５の変換器ハウジング７５に運転データを表示するためのディスプレイ７７と電気接続装置をカバーするための閉鎖フラップ７９が見える。したがって周波数変換器５の基板は、防塵及び跳ね水防止仕様でハウジング４５内に組み入れられている。特にコンパクトユニットの運転中は外に対して実質的に気密なハウジング４５の内部では一種の過圧状態になり、外から来る異物粒子がハウジング４５に侵入するのを防ぐため、コンパクトユニットに対して高められた保護等級、ここではＩＰ５４が難なく達成される。

ファン１９の羽根の回転に引き起こされて冷却空気流は電動モータ３の外側ハウジングの周りを螺旋状に誘導され、その限りで外周側に沿って配置された長手方向冷却フィンを一様に擦過する。その際に冷却空気の強制誘導を達成するために、流動制御装置は好ましくは電動モータ３の外周側と、これに対応するハウジング４５の円筒形断面との間隔を一様に保つ。ファン１９と反対に向けられた電動モータ３の背面で熱滞留を来たさないように、そこには電動モータの背面と、電動モータ３を収容するための、ハウジング４５の隣接する端壁からなる十分大きい寸法で設計された貫流スペースが設けられている。この後方領域で冷却空気流（アローヘッド６７）はファン１９の通常の貫流方向に対して直角に偏向されて、この変更流によって油空気熱交換器１５を貫流する。その都度使用されるタンク７は、図２及び図３の視線方向に見て上に向かって支持プレート４７でカバーされており、特に種々異なる高さで形成されてよく、したがって種々異なるタンク貯蔵量を収容できる。そのようなタンク７も好ましくはプラスチック又はアルミダイカストからなる。

さらに冷却空気は直線状にも進み続けて周波数変換器５の冷却層板を貫流し、その際に空気流は冷却層板の間で別れて平行に誘導される。周波数変換器５の冷却層板又は通風路７３を通過した後、断面形状は周囲に向って拡大するので、冷却層板構成を貫流する際に流動抵抗が増すことはできない。上述したようにファン１９は加圧運転で操作できるだけでなく、ファンの羽根を反転させることにより負圧運転で空気流を吸引して上記のコンポーネントを有するコンパクトユニットを反対方向に通して誘導できることも大きな利点である。そのような反転運転は、例えば詳細に図示されないセンサシステムが、周波数変換器５又は熱交換装置１４が通常の運転温度より高い温度を有することを確認して、次にこれらのコンポーネントを流動方向で見て電動モータ３の前で冷却しようとする場合に有効であろう。

図２及び図３からも見て取れるように、油圧ポンプ１及び２はハウジングフード５５の外部でハウジングフード５５とハウジング背面５９との間に配置されて、追加装置、例えば圧力制限弁３５、圧力センサ４３及び汚染度計８１を備えている。ユニットハウジング４５の材料としてプラスチックが設けられている場合は、顧客の要望によりハウジングを相応の色で形成することもプラスチック材料を着色することによって簡単に実現できる。タンク７を透明に形成すれば液面形を不要にできる。ユニットはハウジングベースとして用いるタンク７の上にコンパクトに構成されているため、別の場所で使用する際に簡便に移動できる。電動モータ３の強制換気により廉価なモータ構造を採用でき、それゆえ相応に経済的な製造が可能になる。ハウジング４５、支持プレート４７及びタンク７のモジュール構造に基づき、コンパクトユニットを現場の要件に適応させるために上記の個々のコンポーネントをモジュラーシステムの方式で多様に構成できる。その際にこの構成及び組立のフレキシビリティーはコンパクトユニット自体の使用される油圧コンポーネントにも及ぶ。

Claims (9)

1. ユニットハウジング（４５）のハウジング部分（７、５５）に収容されて少なくとも１台の油圧ポンプ（１）を駆動してその際に熱を放出する電動モータ（３）と、
   油と空気を熱交換するように前記少なくとも１台の油圧ポンプ（１）に接続された空気熱交換装置（１４）と、
   空気流（６５）を形成するために駆動可能なファン（１９）とを少なくとも備えたコンパクトユニットにおいて、
   前記ユニットハウジング（４５）内に流動制御装置（４７、５５）があり、該流動制御装置（４７、５５）は、前記空気流（６５）を、電動モータ（３）を周流する少なくとも１つの第１の部分流（６７）と、前記少なくとも１つの第１の部分流（６７）から枝分かれしかつ前記空気熱交換装置（１４）に向かって流れる第２の部分流（６９）とへ導くことを特徴とするコンパクトユニット。
2. 前記電動モータ（３）は空気流内でファン（１９）と前記空気熱交換装置（１４）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のコンパクトユニット。
3. 前記流動制御装置（４７、５５）は空気流から第３の部分流（７１）を形成し、該第３の部分流（７１）は電動モータ（３）を制御するために設けられた周波数変換器（５）に対する冷却空気流として用いられることを特徴とする、請求項１又は２に記載のコンパクトユニット。
4. 前記流動制御装置（４７、５５）は、空気流に対してハウジング（４５）の正面（５７）とその反対の背面（５９）との間に延びる第１の部分流（６７）を形成し、該第１の部分流（６７）内にファン（１９）、電動モータ（３）及び周波数変換器（５）の冷却体（７３）が置かれており、並びに前記流動制御装置（４７、５５）は第１の部分流（６７）からユニットハウジング（４５）の一方の側（６０）に向って分岐する第２の部分流（６９）を形成し、該第２の部分流（６９）内に前記空気熱交換装置（１４）が配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のコンパクトユニット。
5. 前記電動モータ（３）は第１の油圧ポンプ（１）及び第２の油圧ポンプ（２）を駆動し、両油圧ポンプの吸込み側は油圧流体を貯蔵するタンク（７）と接続されており、両油圧ポンプのうち第１の油圧ポンプ（１）は前記空気熱交換装置（１４）を通ってタンク（７）に至る流体流動を生み出し、第２の油圧ポンプ（２）は少なくとも１台の油圧アクチュエータへの圧力供給に用いられることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のコンパクトユニット。
6. 前記タンク（７）と前記油圧ポンプ（１、２）の吸込み側との間にそれぞれ１個のフィルタ装置（９、１１）が設けられていることを特徴とする、請求項５に記載のコンパクトユニット。
7. 前記タンク（７）は前記ユニットハウジング（４５）内でベース部を形成し、該ベース部上で正面（５７）から背面（５９）に向かう軸方向にファン（１９）、電動モータ（３）並びに第１の油圧ポンプ（１）及び第２の油圧ポンプ（２）がタンク（７）のカバープレート（４７）上に配置されていること、及び前記空気熱交換装置（１４）は電動モータ（３）の横に配置され、周波数変換器（５）は前記第１の油圧ポンプ（１）及び前記第２の油圧ポンプ（２）の横に配置されていることを特徴とする、請求項５又は６に記載のコンパクトユニット。
8. 前記流動制御装置の構成部材としてタンク（７）のカバープレート（４７）、並びにファン（１９）と電動モータ（３）とを包囲するハウジングフード（５５）が設けられていることを特徴とする、請求項７に記載のコンパクトユニット。
9. 前記ユニットハウジング（４５）は少なくとも一部はプラスチックから形成され、又は少なくとも一部はアルミダイカストから形成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のコンパクトユニット。

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