JP2004282902A

JP2004282902A - 回転電機

Info

Publication number: JP2004282902A
Application number: JP2003070890A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Adachi; 昌俊足立; Iwao Kanefuji; 厳士金藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: JP4136736B2

Abstract

【課題】保持部材を小径部と大径部とで構成し、その小径部と大径部との間に空間を形成した保持部材であっても、保持部材に保持された回転部材に冷却流体を効率よく供給する。
【解決手段】回転可能な保持部材８と、保持部材８に取り付けられて保持部材８と一体的に回転する回転部材７とを有し、保持部材８を経由して回転部材７に冷却流体が供給される構成の回転電機において、保持部材８は、小径部１９と、小径部１９の外側に配置された大径部２０と、小径部１９と大径部２０とを接続するフランジ部２１とを有し、小径部１９と大径部２０との間に形成され、かつ、冷却流体が供給される空間Ｂ１，Ｃ１と、大径部２０と回転部材７との間に形成された第１の通路２６と、大径部２０に形成され、空間２５と第１の通路２６とを連通する第２の通路２５とを有する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷却流体により冷却される回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両や産業機械などの動力源として用いられる回転電機は、不可避的に発熱が生じるために、冷却流体を回転電機に供給して冷却する構成が採用されている。このような回転電機の冷却方法の一例が、特開２００１−１６８２６号公報（特許文献１）に記載されている。この公報に記載された電動機は、ロータおよびステータを有し、ロータは、ロータシャフトとロータコアとを有している。ロータシャフトには軸線方向油路が形成され、ロータコアにも油路が形成されている。そして、ロータシャフト内の軸方向油路に冷却液が供給されると、その冷却液がロータコアの油路に供給されるとともに、ロータの遠心力により冷却液がステータのコイルエンドに吹きかけられて、電動機が内側から冷却される。なお、冷却機構を有する回転装置の一例は、下記の特開２００２−１４２４０８号公報（特許文献２）、特許第２８８８９３８号公報（特許文献３）、特開２００２−１０３９９９号公報（特許文献４）にも記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１６８２６号公報（段落番号０００５ないし段落番号０００７、図４）
【特許文献２】
特開２００２−１４２４０８号公報
【特許文献３】
特許第２８８８９３８号公報
【特許文献４】
特開２００２−１０３９９９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ロータシャフトを、小径部と大径部とで構成し、その小径部と大径部とを接続部で接続して、小径部と大径部との間に空間を形成する構成を採用することも考えられる。しかしながら、上記の特開２００１−１６８２６号公報においては、このような構成については記載がなく、このような空間を有するロータシャフトにおいても、ロータコアを効率よく冷却する必要があった。
【０００５】
この発明は上記の事情を背景としてなされたものであり、保持部材を小径部と大径部とで構成し、その小径部と大径部との間に空間を形成した保持部材においても、保持部材に保持された回転部材に冷却流体を効率よく供給することの可能な回転電機を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、回転可能な保持部材と、この保持部材に取り付けられて保持部材と一体的に回転する回転部材とを有し、前記保持部材を経由して前記回転部材に冷却流体が供給される構成の回転電機において、前記保持部材は、小径部と、この小径部の外側に配置された大径部と、前記小径部と大径部とを接続する接続部とを有し、前記小径部と大径部との間に形成され、かつ、冷却流体が供給される空間と、前記大径部と前記回転部材との間に形成された第１の通路と、前記大径部に形成され、前記空間と前記第１の通路とを連通する第２の通路とを有することを特徴とする発明である。
【０００７】
請求項１の発明によれば、空間の冷却流体は、第２の通路を経由して第１の通路に供給されて、冷却流体により回転部材が冷却される。
【０００８】
請求項２の発明は、前記第１の通路は、前記保持部材に形成されていることを特徴とする発明である。
【０００９】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の作用が生じる他に、保持部材を構成する材料が少なくて済む。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または２の構成に加えて、前記小径部には、前記空間を経由して前記第２の通路に連通する第３の通路が設けられているとともに、前記回転部材の軸線方向、および回転部材の軸線を中心とする円周方向で、前記第２の通路の配置位置と前記第３の通路の配置位置とが重なっていることを特徴とする発明である。
【００１１】
請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明と同様の作用が生じる他に、第３の通路の冷却流体が、空間を経由して第２の通路に供給されやすくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明を図面を参照しながら具体的に説明する。図１は、この発明の回転電機を、車両の動力伝達経路に配置した場合の正面断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。この発明の適用対象となる車両は、駆動力源としてエンジン（図示せず）および電動機（図示せず）を有しており、エンジンから車輪に至る動力伝達経路に、インプットシャフト１およびアウトプットシャフト２が配置されている。インプットシャフト１およびアウトプットシャフト２は車両の前後方向に配置されている。
【００１３】
インプットシャフト１およびアウトプットシャフト２はケーシング３の内部に配置されており、インプットシャフト１およびアウトプットシャフト２は、軸線Ａ１を中心として相対回転可能に構成されている。インプットシャフト１の周囲には、モータ・ジェネレータ４が配置されている。モータ・ジェネレータ４は、ステータ５とステータコイル６とロータ７とロータシャフト８とを有している。また、ケーシング３には、軸線Ａ１の半径方向に延ばされた隔壁９，１０を有し、隔壁９と隔壁１０との間にモータ・ジェネレータ４が配置されている。ロータシャフト８は円筒形状に構成されており、ロータシャフト８はインプットシャフト１の外周に取り付けられている。インプットシャフト１とロータシャフト８とは相対回転可能である。
【００１４】
一方、エンジンからインプットシャフト１に伝達された動力をモータ・ジェネレータ４とアウトプットシャフト２とに分配する動力分配装置１１が設けられている。動力分配装置１１は、シングルピニオン形式の遊星歯車機構を主体として構成されている。すなわち、動力分配装置１１はロータシャフト８と一体回転するサンギヤ１２と、サンギヤ１２と同心状に配置されたリングギヤ１３と、サンギヤ１２およびリングギヤ１３に噛合するピニオンギヤ１４を保持したキャリヤ１５とを有している。また、リングギヤ１３とアウトプットシャフト２とが、環状のプレート１６により連結され、リングギヤ１３とアウトプットシャフト２とが一体回転するように連結されている。
【００１５】
前記隔壁９，１０の内周端には軸受１７，１８が取り付けられており、軸受１７，１８によりロータシャフト８が回転可能に保持されている。また、ロータシャフト８は、円筒形状の小径部１９と、小径部１９の外側に配置された円筒形状の大径部２０と、小径部１９と大径部２０とを連続するフランジ部２１とを有する。そして、小径部１９がロータシャフト８の外周に取り付けられている。
【００１６】
つぎに、モータ・ジェネレータ４を冷却する機構について説明する。インプットシャフト１には、軸線Ａ１に沿って油路２２が形成されているとともに、油路２２に連通する吐出穴２３が形成されている。この吐出穴２３はインプットシャフト１の外周面に開口されている。また、ロータシャフト８の小径部１９を半径方向に貫通する吐出穴２４が形成されている。軸線方向における吐出穴２４の配置位置は、フランジ部２１の配置位置とは異なる。この吐出穴２４と吐出穴２３とは、小径部１９とインプットシャフト１との隙間を経由して連通されている。
【００１７】
一方、小径部１９と大径部２０との間であって、軸線方向におけるフランジ部２１の両側には、空間Ｂ１，Ｃ１が形成されている。空間Ｂ１，Ｃ１は軸線Ａ１を中心とする環状の空間であり、空間Ｂ１，Ｃ１と吐出穴２４とが連通されている。また、フランジ部２１には連通路２１Ａが形成されており、空間Ｂ１と空間Ｃ１とが連通路２１Ａにより連通されている。さらに大径部２０を半径方向に貫通する油溜まり２５が形成されている。さらに、ロータ７の軸線方向、および軸線Ａ１を中心とする円周上で、油溜まり２５の配置位置と吐出穴２４の配置位置とが重なっている。
【００１８】
また、ロータ７は、環状の鉄板を複数積層して構成されたものであり、ロータ７の内周面には凹部２６が形成されている。この凹部２６は軸線方向に延ばされており、この凹部２６により、ロータ７と大径部２０の外周面との間に油路が形成されている。図２に示すように、ロータ７の円周方向における凹部２６の配置位置は、外径部２０の円周方向における油溜まり２５の配置位置と同じに設定されている。また、ロータ７には円周方向に所定間隔をおいてマグネット２７が取り付けられており、ロータ７の円周方向において、マグネット２７の配置位置と凹部２６の配置位置とは異なる。
【００１９】
さらに、大径部２０であって軸線方向の端部には外向きフランジ２８が形成されており、軸線方向におけるロータ７の端部と、外向きフランジ２８との間にストッパプレート２９が配置されている。また、他のストッパプレート３０が設けられており、ストッパプレート２９とストッパプレート３０との間にロータ７が配置されている。そして、大径部２０の一部がカシメられて、ロータ７およびストッパプレート２９，３０が大径部２０に固定されている。なお、外向きフランジ２８には油路３１が形成され、ストッパプレート３０には油路３２が形成されている。この油路３１，３２は凹部２６と連通されている。
【００２０】
つぎに、動力分配装置１１の具体的な構成を説明する。軸線方向において、プレート１６と隔壁１０との間にキャリヤ１５が配置されている。また、キャリヤ１５はプレート３３と、プレート３３のピニオン穴３４に固定されたピニオンピン３５とを有している。また、インプットシャフト１には外向きフランジ３６が形成されており、ピニオンピン３５の端部がフランジ３６のピニオン穴３７に固定されている。ピニオンピン３５には軸線方向に油路３８が形成されており、油路３８はピニオンピン３５であって隔壁１０側の端面３５Ａに開口されている。また、ピニオンピン３５には半径方向に延ばされた油路３９が形成されている。油路３９はピニオンピン３５の外周面に開口されている。なお、ピニオンピン３５とピニオンギヤ１４との間にはニードルベアリング４０が配置されている。
【００２１】
さらに、プレート３３の外周には環状のプレート４１が接合されている。プレート４１の外周にはギヤ４２が形成されている。さらにまた、リングギヤ１３の外周にはギヤ４３が形成されている。このギヤ４２，４３はオイルポンプ（図示せず）と動力伝達可能に連結されている。また、プレート４１の内周端には傾斜部４４が形成されている。この傾斜部４４は、内側に進むにともないピニオンピン３５の端面３５Ａから離れる方向に傾斜している。そして、プレート３３と傾斜部４４との間に、くさび形状のオイルキャッチ４５が形成されている。オイルキャッチ４５は軸線Ａ１を中心として環状に形成されており、オイルキャッチ４５の外周端は、ピニオン穴３４の外端よりも外側に位置している。
【００２２】
一方、インプットシャフト１には吐出穴４６，４７が形成されており、吐出穴４６，４７と油路２２とが連通されている。また吐出穴４６，４７はインプットシャフト１の外周面に開口されている。軸線方向において、吐出穴４７の配置位置とサンギヤ１２の配置位置とが同じに設定されている。さらに、軸線方向において吐出穴４６の配置位置は、サンギヤ１２の配意位置とは異なっている。また、ロータシャフト８の小径部１９であって、小径部１９とサンギヤ１２とのスプライン嵌合部分には、吐出穴４８が形成されている。そして、吐出穴４６と吐出穴４８とが連通されている。ケーシング３の内部には、モータ・ジェネレータ４以外のモータ・ジェネレータ（図示せず）が設けられており、そのモータ・ジェネレータのトルクを車輪に伝達できるように構成されている。なお、隔壁９の内周にはオイルシール５０が取り付けられており、オイルシール５０のシールリップがインプットシャフト１に接触してシール面を形成している。
【００２３】
ここで、車両の制御について説明する。まず、車両が停止している際にエンジンを始動する場合は、モータ・ジェネレータ４を電動機として駆動させる。そして、モータ・ジェネレータ４のトルクが、サンギヤ１２に伝達されると、リングギヤ１３が反力要素となり、キャリヤ１５が回転する。このキャリヤ１５のトルクは、インプットシャフト１を経由してエンジンに伝達される。このようにして、エンジンがクランキングされるとともに、エンジンがガソリンエンジンであれば、燃料噴射制御および点火制御がおこなわれて、エンジンが自律回転する。
【００２４】
自律回転するエンジンのトルクは、インプットシャフト１、キャリヤ１５、アウトプットシャフト２を経由して車輪に伝達される。なお、エンジンの回転時には、エンジンの動力の一部を動力分配装置１１を経由してモータ・ジェネレータ４に伝達し、モータ・ジェネレータ４で発電された電力を蓄電装置に充電することもできる。また、車両は、エンジンまたはモータ・ジェネレータ４以外のモータ・ジェネレータのうち、少なくとも一方の動力を車輪に伝達することができる車両、いわゆるハイブリッド車である。
【００２５】
さらに、動力分配装置１１が回転している場合は、キャリヤ１５またはリングギヤ１３のうち回転速度が高い方の回転部材の動力がオイルポンプに伝達されてオイルポンプが駆動し、オイルポンプから吐出されるオイルの一部が油路２２に供給される。なお、オイルポンプから吐出されるオイル以外のオイルを、油路２２に供給する構成を採用することもできる。
【００２６】
つぎに、モータ・ジェネレータ４の冷却について説明する。モータ・ジェネレータ４は、電動機または発電機として起動する場合のいずれにおいても、通電抵抗などによる発熱が不可避的に生じる。そこで、この実施例では、以下のようにして、モータ・ジェネレータ４が冷却される。まず、オイルポンプから吐出されたオイルが油路２２に供給されており、インプットシャフト１の回転時の遠心力により、油路２２のオイルは吐出穴２３，２４を経由して空間Ｂ１，Ｃ１に供給される。なお、吐出穴２３からインプットシャフト１とロータシャフト８の大径部１９との間に流れ込んだオイルの一部は、オイルシール５０に向けて軸線方向に流れ、その後、そのオイルが遠心力で半径方向に移動して、軸受１７が潤滑および冷却される。
【００２７】
さらに、ロータ７の回転時の遠心力により、空間Ｂ１，Ｃ１のオイルは油溜まり２５を経由して凹部２６に供給されて、ロータ７を冷却する。また、凹部２６のオイルは、油路３１，３２を経由してステータコイル６側に供給され、ステータコイル６のコイルエンドがオイルにより冷却される。なお、モータ・ジェネレータ４を冷却するオイルは、後述するようにケーシング７の内の各部を潤滑および冷却する。
【００２８】
このように、ロータシャフト８が小径部１９と大径部２０とを有し、小径部１９と大径部２０との間に空間Ｂ１，Ｃ１が形成されている構成において、オイルが吐出穴２４および油溜まり２５を経由して、ロータ７およびステータコイル６に供給される。したがって、モータ・ジェネレータ４を効率よく冷却することができる。また、ロータ７の円周方向において、マグネット２７の配置位置と、ロータ７の一部を切り欠いて形成した凹部２６の配置位置とが異なる。このため、マグネット２７により磁界が形成される場合に、凹部２６が、磁場の範囲や磁界の強度に影響を及ぼすことを抑制できる。したがって、モータ・ジェネレータ４の力行機能および回生機能の低下を抑制できる。また、ロータ７の軸線方向、および軸線Ａ１を中心とする円周上で、油溜まり２５の配置位置と吐出穴２４の配置位置とが重なっている。したがって、吐出穴２４のオイルを、空間Ｂ１，Ｃ１を経由させて油溜まり２５に一層確実に供給することができる。
【００２９】
つぎに、ロータシャフト８の製造工程について説明する。ロータシャフト８の製造工程においては、まず、加工工具をロータシャフト８の半径方向に移動させて、大径部２０を切削加工し、油溜まり２５を形成する。ついで、油溜まり２５に他の加工工具を挿入して、小径部１９を切削加工して吐出穴２４を形成する。つまり、油溜まり２５は、ロータシャフト８をロータ７内に配置した時点で、オイルを貯溜および通過させる機能に加えて、ロータシャフト８の製造工程において、油溜まり２５は、吐出穴２４を形成する加工工具の移動空間、つまり、工具逃がし穴としての機能をも兼備している。したがって、ロータシャフト８の生産性が向上する。また、油溜まり２５を形成することにより、ロータシャフト８を構成する金属材料を少なくすることができ、ロータシャフト８の軽量化を図ることができる。
【００３０】
一方、動力分配装置１１の潤滑および冷却について説明する。インプットシャフト１が回転すると、その遠心力により、油路２２のオイルが、吐出穴４６，４８を経由してロータシャフト８の小径部１９の外側に供給される。このオイルはオイルキャッチ４５により保持され、オイルキャッチ４５により保持されたオイルは、油路３８，３９を経由してピニオンピン３５とピニオンギヤ１４との間に供給されて、ニードルベアリング４０、ピニオンピン３５、ピニオンギヤ１４、ピニオンギヤ１４とリングギヤ１３との噛み合い部分などを潤滑および冷却する。また、油路２２のオイルは吐出穴４７を経由してサンギヤ１２とインプットシャフト１との間に供給され、そのオイルはサンギヤ１２とインプットシャフト１との間の軸受（図示せず）などを潤滑および冷却する。またそのオイルは、ピニオンギヤ１４側にも供給される。
【００３１】
この実施例によれば、プレート４１が、オイルポンプを駆動するギヤ４２およびオイルキャッチ４５を形成する機能を兼備している。このため、部品点数の増加を抑制することができ、製造コストの低減を図ることができる。また、オイルキャッチ４５の外周端よりも内側に、ピニオン穴３４の外端が位置している。このため、動力分配装置１１の製造工程において、プレート４１とプレート３３とを接合した後に、ピニオン穴３４を工具により成形加工および仕上げ加工することができる。したがって、プレート４１とプレート３３とを接合（溶接など）する場合の熱でプレート３３が変形したとしても、ピニオン穴３４の加工精度が低下することを防止できる。
【００３２】
ここで、図１および図２に示す構成とこの発明の構成との対応関係を説明すれば、ロータシャフト８が、この発明の保持部材に相当し、ロータ７が、この発明の回転部材に相当し、オイルが、この発明の冷却流体に相当し、モータ・ジェネレータ４が、この発明の回転電機に相当し、フランジ部２１が、この発明の接続部に相当し、凹部（溝）２６が、この発明の第１の通路に相当し、油溜まり２５がこの発明の第２の通路に相当し、吐出穴２４が、この発明の第３の通路に相当する。なお、第１の通路としての凹部は、ロータシャフト８の大径部２０の外周面に形成されていてもよい。すなわち、第１の通路は、ロータシャフト８またはロータ７の少なくとも一方に設けられていればよい。
【００３３】
なお、この発明は、モータ・ジェネレータのロータシャフトが車両の前後方向に配置され、かつ、エンジンの動力が後輪に伝達されるＦＲ（フロントエンジン・リヤドライブ）車の他に、モータ・ジェネレータのロータシャフトが車両の幅方向に配置されているとともに、エンジンの動力を前輪に伝達することのできるＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）車にも適用可能である。また、特許請求の範囲に記載されている「回転電機」を、「回転電機の冷却機構」もしくは「モータ・ジェネレータの冷却機構」と読み替えることも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、空間の冷却流体を、第２の通路を経由させて第１の通路に供給することができ、冷却流体で回転部材を効率よく冷却することができる。
【００３５】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果を得ることができる他に、保持部材を構成する材料を少なくして保持部材を軽量化することができる。
【００３６】
請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明と同様の効果を得ることができる他に、第３の通路の冷却流体を第２の通路に一層供給し易くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の回転電機を有する車両の動力伝達経路を示す正面断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における側面断面図である。
【符号の説明】
４…モータ・ジェネレータ、７…ロータ、８…ロータシャフト、１９…小径部、２０…大径部、２３…吐出穴、２５…油溜まり、２６…凹部、
Ｂ１，Ｃ１…空間。

Claims

回転可能な保持部材と、この保持部材に取り付けられて保持部材と一体的に回転する回転部材とを有し、前記保持部材を経由して前記回転部材に冷却流体が供給される構成の回転電機において、
前記保持部材は、小径部と、この小径部の外側に配置された大径部と、前記小径部と大径部とを接続する接続部とを有し、前記小径部と大径部との間に形成され、かつ、冷却流体が供給される空間と、前記大径部と前記回転部材との間に形成された第１の通路と、前記大径部に形成され、前記空間と前記第１の通路とを連通する第２の通路とを有することを特徴とする回転電機。
前記第１の通路は、前記保持部材に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記小径部には、前記空間を経由して前記第２の通路に連通する第３の通路が設けられているとともに、前記回転部材の軸線方向、および回転部材の軸線を中心とする円周方向で、前記第２の通路の配置位置と前記第３の通路の配置位置とが重なっていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。