CN104426280B - 马达、湿式制动器及湿式离合器 - Google Patents

马达、湿式制动器及湿式离合器 Download PDF

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Abstract

本发明的课题在于在封装有冷却液的马达、湿式制动器或湿式离合器中，降低壳体与转子之间的间隙的粘性阻力。本发明的马达(10)具备壳体(60)及与壳体(60)相对旋转的转子轴(70)。壳体(60)内封装有冷却液。壳体(60)的与转子(66)对置的对置面(60B)上设有凹部(62)。

Description

马达、湿式制动器及湿式离合器
本申请主张基于2013年8月19日申请的日本专利申请第2013-169609号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
技术领域
本发明涉及一种马达、湿式制动器及湿式离合器。
背景技术
已知有将马达及减速机密封在相互连通的空间内，且使润滑油在该空间内循环的结构的油浴式马达。例如，专利文献1中公开有以如下方式构成的旋转电机：将马达的旋转轴设为空心，从外部的冷却流体供给部通过旋转轴的孔向外壳内的转子容纳空间喷出含油制冷剂。
专利文献1：日本特开平11-41861号公报
为了轴向紧凑化而缩小壳体与转子端面之间的间隙，则封装有冷却液的马达存在转子旋转时该间隙上的粘性阻力增加，导致马达效率下降的问题。该问题在湿式制动器和湿式离合器中也同样存在。
发明内容
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种在封装有冷却液的马达、湿式制动器或湿式离合器中，降低粘性阻力的技术。
本发明的一种实施方式为具备壳体、与壳体相对旋转的转子轴，且壳体内封装有冷却液的马达，其中，在壳体的与转子对置的对置面设有凹部。
根据该方式，壳体的对置面与转子的端面之间的间隙的距离在存在凹部的部位增加，因此能够减少转子旋转时的粘性阻力。
另外，将以上结构要件的任意组合、以及本发明的构成要件和表现在方法、装置、系统等之间相互替换的内容也作为本发明的实施方式而有效。
根据本发明，在封装有冷却液的马达、湿式制动器或湿式离合器中，能够降低粘性阻力。
附图说明
图1是沿包含中心轴的铅垂面剖切本发明的一种实施方式所涉及的马达的一部分时的剖视图。
图2是后部壳体的示意立体图。
图3是沿图2中的B-B线的一个凹部的长边方向剖视图。
图4是图1中A部的放大图。
图5是湿式制动器的局部示意放大图。
图中：10-马达，60-后部壳体，60B-对置面，62-凹部，62a-周向端面，66-转子，70-转子轴，82-轴承，100-湿式制动器，160-壳体，160B-对置面，162-凹部，170-旋转轴，178B-旋转摩擦板。
具体实施方式
图1是沿包含中心轴的铅垂面剖切本发明的一实施方式所涉及的马达10的一部分时的剖视图。
马达10为将IPM(Interior Permanent Magnet)马达12、湿式多片式制动机构14及驻车制动装置20一体化的装置。
IPM马达12具备均由层叠钢板构成的定子64及转子66。转子66的层叠钢板上形成有多个沿轴向延伸的空隙66A，该空隙内埋入有永久磁铁76A、76B。永久磁铁埋入在转子内的IPM马达的效率高于永久磁铁贴在转子表面上的SPM马达。构成转子66的层叠钢板通过未图示的螺栓成一体，通过键92与转子70成一体。另外，也可通过铆接和粘结成一体而不通过螺栓。转子轴70的后部侧(图1的左侧)经由轴承82旋转自如地支承在自后部壳体60向内侧延伸的延伸部60A。
转子轴70的前端侧(图1的右侧)与任意结构的减速机的输入轴连结、或直接与车轮等负载连结。
定子64固定于前部壳体59。定子64的多个狭槽中分别插入绝缘纸，并且用于形成磁场的线圈跨越狭槽而卷绕有规定圈数。用于卷绕线圈的折回部分作为线圈端部68A、68B从定子64的两端向轴向突出。
虽未图示，但在与转子66对置的定子64的内周面形成有以改善电压波形和降低齿槽转矩为目的的、由狭槽的开口部形成的扭斜。另外，还可以在与定子64对置的转子66的外周面形成扭斜而不在定子64上形成扭斜，也可在定子64的内周面与转子66的外周面的两者上形成扭斜。采用后者时，定子与转子的扭斜的扭转方向相同。
在转子66的轴向两端面分别安装有用于防止埋入在转子内的永久磁铁76A、76B在旋转中飞出的端板72、74。端板例如为不锈钢制或铝制。另外，端板不限定于铝，也可为非磁性体，例如树脂制。
转子轴70的内部形成有沿轴向延伸的中空部90。中空部90的负载相反侧(左侧)端部通过开口部96与壳体59、60内的空间80L连通，在中空部90的负载侧(右侧)端部例如插入有未图示的减速机的输入轴。
虽未图示，但在转子轴70的内周面形成有与定子内周面或转子外周面的扭斜的扭转方向相反方向的螺旋槽。详细内容在后面叙述，该螺旋槽作为将通过开口部96进入到中空部90内的冷却液从负载相反侧的空间80L向负载侧的空间80R引导的构件而发挥作用。转子轴70的内周面也可设为平滑面而不形成螺旋槽。
制动机构14制动IPM马达12的转子轴70的旋转。制动机构14收纳于卷绕在定子64上的线圈的线圈端部68A的半径方向内侧，且具备具有多个摩擦板的多片式制动部78。多片式制动部78的摩擦板由多个(图示例子中为5片)固定摩擦板78A及多个(图示例子中为4片)旋转摩擦板78B构成。
固定摩擦板78A在制动活塞84与后部壳体60的延伸部60A之间通过未图示的贯穿销沿圆周方向固定，并且能够沿着贯穿销向轴向移动，该制动活塞84配置成堵塞IPM马达12的后部壳体60的后端。
另一方面，旋转摩擦板78B装配在与转子66一体地旋转的转子轴70侧，从而能够与转子轴70一体地旋转。在转子轴70的外周沿轴向形成有花键70B，旋转摩擦板78B的内周端与花键70B卡合。由此，旋转摩擦板78B经由花键70B与转子轴70沿圆周方向成一体，并且能够沿转子轴70的轴向移动。旋转摩擦板78B的表面粘结有摩擦片。
第1制动活塞40配置成在气缸48内滑动，所述气缸形成于安装在后部壳体60的后端的气缸体58内。气缸48经由油路86与液压机构连通，根据制动操作从液压机构经由油路向气缸48内供给压力油。通过3个密封件42、44、46，第1制动活塞40与气缸48之间相对于马达内部的空间80L及驻车制动装置20侧密封。
第2制动活塞84为了在第1制动活塞40移动时与第1制动活塞的右端面抵接、联动而移动，配置在气缸体58的右端面58A与多片式制动部78之间。在第2制动活塞84的右端形成有根据制动操作与位于最左端的固定摩擦板78A抵接的抵接面84A。
在第2制动活塞84与形成在后部壳体60的内周上的肩部之间夹装有使第2制动活塞84向左侧施力的复位弹簧85。
IPM马达12及制动机构14均为湿式结构。IPM马达12及制动机构14的内部空间形成为封闭的连续空间，该空间内封装冷却液，从而冷却液能够在空间内流通。该冷却液不仅冷却IPM马达的转子66及定子64，同时还作为马达内的轴承及滑动部的润滑油发挥作用。另外，冷却液并不限定于润滑油，也可为单纯以冷却为目的的物质。本实施方式中，壳体59、60内封装有冷却液，该冷却液在中心轴成为水平的状态下浸泡IPM马达12的一部分轴承82。
接着，对制动机构14的制动作用进行说明。
根据预定的制动控制，压力油从液压机构经由油路86向气缸48内供给，第1制动活塞40在气缸48内向负载侧(图中的右方向)移动。与此对应，第2制动活塞84也向右方向移动，抵接面84A沿轴向按压位于最左端的固定摩擦板78A。其结果，多个固定摩擦板78A与旋转摩擦板78B一个接一个强力接触。如上述，固定摩擦板78A经由贯穿销沿圆周方向固定，旋转摩擦板78B经由装配在转子轴70的花键70B与转子轴70沿圆周方向成一体。因此，固定摩擦板78A与旋转摩擦板78B经由粘结在旋转摩擦板78B上的摩擦片强有力地接触，从而产生转子轴70的制动作用。
如果结束制动控制，则气缸48内的压力油的供给会停止，因此通过夹装在第2制动活塞50与后部壳体60的肩部之间的复位弹簧85的复原力，第2制动活塞84及第1制动活塞40返回到负载相反侧(图中的左方向)，各固定摩擦板78A恢复到原来的轴向位置。随此，旋转摩擦板78B也恢复到原来的轴向位置，固定摩擦板78A与旋转摩擦板78B的接触被解除，制动作用消失。
在气缸体58的后端组装有驻车制动装置20。驻车制动装置20构成为利用制动机构14的多片式制动部78，在车辆进行驻车时发挥制动力。省略对驻车制动装置20的结构的详细说明
本实施方式中，为了实现马达10的轴向的紧凑化，相比以往的马达结构，将壳体与转子的端面之间的间隙设为更小。即，后部壳体60的延伸部60A的与转子对置的对置面60B和转子66的端面即端板74的表面之间的间隙G1设为比以往的马达结构小很多。
当转子66通过定子与转子之间的电磁作用而旋转，则封装在壳体59、60内的冷却液因其粘性而被转子表面拖拽，向与转子的旋转方向相同的方向流出。通常，物体的表面之间的距离越短，存在于相对运动的物体之间的流体的粘性阻力越大。若间隙G1非常小，则因壳体59与转子66的相对旋转导致该部位的冷却液的粘性阻力增加，马达的效率下降。
因此，本实施方式中，在后部壳体60的对置面60B设置有凹部62。通过该凹部62，后部壳体的对置面60B与转子的端面之间的距离在存在凹部62的部位有所增加，因此能够使转子旋转时的粘性阻力小于不存在凹部时的粘性阻力。
另外，当壳体的对置面与转子端面之间的间隙G1为5mm以下时，通过设置凹部62而产生的粘性阻力的降低效果增加，当间隙G1为3mm以下时，凹部62尤其有效地发挥作用。
图2是后部壳体60的示意立体图。在对置面60B上可以仅设置一个凹部62，也可设置多个凹部62。凹部62彼此的间隔可为恒定也可为不规则。多个凹部62可以全部为相同形状也可为不同形状，但优选一个凹部62的周向长度Lp大于径向长度Lr。由此，能够扩大对置面与转子端面之间的距离变大的部位的面积。
形成有凹部62的后部壳体60的延伸部60A也是在其径向内侧配置支承转子轴70的轴承82(参考图1)的部分。换言之，从径向观察时凹部62与轴承82重叠。为了降低粘性阻力，优选增加凹部62在后部壳体60的对置面60B上所占的面积，但同时需要确保延伸部60A用来支承轴承的刚性。因此，如图2所示，在对置面60B的周向上间歇设置多个凹部62，则能够兼顾凹部62的占有面积的增加和延伸部60A的刚性确保。另外，只要能够确保延伸部60A的刚性，可设置连续的环状凹部，来代替在对置面60B上间歇设置多个凹部。
图3是沿图2中的B-B线的一个凹部62的长边方向剖视图。如图所示，优选凹部62的周向端面62a相对于马达轴的轴向倾斜。转子旋转时，在后部壳体60的对置面60B附近产生沿周向的流动，因此通过使周向端面62a倾斜，进入到凹部62内的冷却液容易从凹部62向外部流出。因此，产生能够进一步降低粘性阻力的效果。
图4是图1中的A部的放大图。如图所示，本实施方式中，支承转子轴70的轴承82的外圈82a与转子端面之间的轴向的间隙G2设为小于壳体60的对置面60B与转子端面之间的轴向的间隙G1。通常，粘性阻力与流速成比例地增加，因此可以认为转子旋转时产生的粘性阻力在转子内周侧的间隙G2处小于外周侧的间隙G1处，即使不设置凹部也几乎不会对马达效率带来影响。
上面叙述了由于后部壳体60的对置面60B即负载相反侧的对置面与转子端面之间的间隙较小，因此在该对置面设置凹部62的情况。然而，根据马达的结构，会出现壳体的负载侧的对置面与转子端面之间的间隙小于负载相反侧的对置面与转子端面之间的间隙的情况。这种情况下，若在与转子端面之间的间隙较小的一侧的对置面设置凹部，则粘性阻力的降低效果进一步增加。并且，还可在负载侧、负载相反侧这两个对置面设置凹部。
上面叙述到，在马达中，在旋转支承转子轴的壳体的转子对置面上设置凹部的情况。然而，本发明也能够适用于以制动旋转轴的方式构成的湿式制动器中。
图5是湿式制动器100的局部示意放大图。湿式制动器100构成为制动旋转轴170的旋转。旋转轴170旋转自如地支承于壳体160。壳体160内封装有冷却液。
湿式制动器100具备包括多个摩擦板的多片式制动部178。多片式制动部178的摩擦板由多个(图示的例子中为3片)固定摩擦板178A及多个(图示的例子中为4片)旋转摩擦板178B构成。
固定摩擦板178A在制动活塞184与壳体160的延伸部160A的端面160B之间通过未图示的贯穿销沿圆周方向固定，并且能够沿着贯穿销沿轴向移动。在固定摩擦板178A的表面粘结有摩擦片178C。
另一方面，旋转摩擦板178B装配在旋转轴170侧，能够与旋转轴170一体地旋转。在旋转轴170的外周沿轴向形成有花键(未图示)，旋转摩擦板178B的内周端与花键卡合。由此，旋转摩擦板178B经由花键与旋转轴170沿圆周方向成一体，并且能够沿旋转轴170的轴向移动。
若根据预定的制动控制，压力油从未图示的液压机构经由油路向气缸148内供给，则制动活塞184向图5的左方向移动，其抵接面184A沿轴向挤压位于最右端的固定摩擦板178A。结果，多个固定摩擦板178A与旋转摩擦板178B一个接一个以强力接触，从而产生旋转轴170的制动作用。如果结束制动控制，则气缸148内的压力油的供给会停止，因此通过复位弹簧185的复原力，制动活塞184返回到图5中的右方向，各固定摩擦板178A恢复到原来的轴向位置。随此，旋转摩擦板178B也恢复到原来的轴向位置，固定摩擦板178A与旋转摩擦板178B的接触被解除，制动作用消失。
在上述湿式制动器100中，若旋转轴170在非制动时旋转，则封装在壳体160内的冷却液因其粘性而被与旋转轴170一同旋转的旋转摩擦板178B的表面拖拽，向与旋转摩擦板的旋转方向相同的方向流出。此时，如果壳体160的与旋转摩擦板对置的对置面160B和位于最左端的旋转摩擦板178B的表面之间的间隙G3较小，则(由于对置面160B与旋转摩擦板178B相对旋转)导致该部位的冷却液的粘性阻力变大，非制动时的旋转效率降低。
因此，与图1中所示的实施方式相同，在壳体160的延伸部160A的对置面160B上设有凹部162。通过该凹部162，壳体的对置面160B与最左端的旋转摩擦板178B之间的间隙的距离在存在凹部162的部位会增加，因此能使旋转轴旋转时的粘性阻力小于不存在凹部时的粘性阻力。与上述实施方式相同，能够选择各式各样的凹部的数量及形状。
并且，本发明也能够适用于以通过使分别连接在输入轴与输出轴的摩擦板彼此接触来进行动力传递的方式构成的湿式离合器中。参考图5说明的湿式制动器与湿式离合器在功能上具有通过摩擦板的接触来制动轴还是使轴彼此连结的区别，但多片式摩擦板的结构本身相同，因此省略详细说明。
以上对本发明的实施方式进行了说明。这些实施方式为示例，本领域技术人员可以理解为这些各构成要件的组合能够有各种变形例，并且这种变形例也在本发明的范围内。
在实施方式中，以IPM马达的负载相反侧配置有制动机构的结构为例进行了说明，但本发明也可适用于在IPM马达的负载侧配置有制动机构的结构。
如图1所示的实施方式中叙述了IPM马达及制动机构的内部空间成为连续的空间，且该空间内封装有冷却液的情况。然而，本发明也可适用于仅在马达的内部空间内封装有冷却液的结构。并且，马达的形式并不限定于IPM马达，本发明也可适用于SPM(SurfacePermanent Magnet)马达或感应电动机。

Claims (7)

1.一种马达，其具备壳体、与壳体相对旋转的转子轴、与所述转子轴成一体的转子，在所述壳体内的容纳有所述转子的空间中封装有冷却液，该马达的特征在于，
在所述壳体的与所述转子对置的对置面设有凹部，
在所述转子轴成为水平的状态下，所述凹部浸泡于所述冷却液，
所述壳体的对置面与所述转子的端面之间的间隙为5mm以下。
2.一种马达，其具备壳体、与壳体相对旋转的转子轴、与所述转子轴成一体的转子，在所述壳体内的容纳有所述转子的空间中封装有冷却液，该马达的特征在于，
在所述壳体的与所述转子对置的对置面设有凹部，
在所述转子轴成为水平的状态下，所述凹部浸泡于所述冷却液，
在所述对置面的周向上间歇设有多个凹部。
3.根据权利要求2所述的马达，其特征在于，
所述凹部的周向长度大于径向长度。
4.根据权利要求2或3所述的马达，其特征在于，
所述凹部的周向端面相对于轴向倾斜。
5.根据权利要求2或3所述的马达，其特征在于，
在所述凹部的径向内侧配置有支承转子轴的轴承。
6.一种马达，其具备壳体、与壳体相对旋转的转子轴、与所述转子轴成一体的转子，在所述壳体内的容纳有所述转子的空间中封装有冷却液，该马达的特征在于，
在所述壳体的与所述转子对置的对置面设有凹部，
在所述转子轴成为水平的状态下，所述凹部浸泡于所述冷却液，
在所述壳体的负载相反侧的对置面以及负载侧的对置面中与转子的距离短的一侧面上设有所述凹部。
7.根据权利要求1或2所述的马达，其特征在于，
支承所述转子轴的轴承外圈与转子之间的间隙小于所述壳体与转子之间的间隙。
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