JP2009106024A - ブリーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の絶縁に要するコストを低減しつつ、ケース体内への異物の侵入を抑制するブリーザ装置、を提供する。
【解決手段】ブリーザ装置は、内部空間１５を形成し、内部空間１５にモータジェネレータを収容するケース体２００と、ケース体２００に設けられた吸気弁２１とを備える。吸気弁２１は、内部空間１５の圧力が圧力Ｐａ以下となった場合に、内部空間１５と外部空間１６との間を開放し、内部空間１５に吸気する。
【選択図】図４

Description

この発明は、一般的には、ブリーザ装置に関し、より特定的には、車両走行用の回転電機を収容するケース体に設けられたブリーザ装置に関する。

従来のブリーザ装置に関して、特開２００６−２９８３１４号公報には、信頼性を維持しつつ、コストを低減することを目的とした車両駆動装置が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された車両駆動装置は、車両駆動用回転電機を収容する密閉型ケースと、密閉型ケースに設けられる複数の圧力開放弁とを含む。

また、特開２００１−３２７１１１号公報には、温度変化に対して、全閉形モータの内部圧力を外部の圧力と均等にして、外部の異物がシール部から全閉形モータの内部に吸引されることを防ぐことを目的とした全閉形モータが開示されている（特許文献２）。特許文献２では、全閉形モータの本体ケースに、内部と外部とを連通する息抜き孔が形成されている。息抜き孔の外側開口部には、息抜き管の一端部が接続され、息抜き管の他端部が上向きに立ち上げられている。

また、特開２００７−１２７１３９号公報には、オイル漏れを防止しつつ、吸気および排気を可能とすることを目的としたブリーザ装置が開示されている（特許文献３）。特許文献３では、ブリーザバルブが、自動変速機やディファレンシャル装置、燃料タンク等に用いられる。

また、特開２００５−１５３７２４号公報には、簡単な構成で、中空形状のインホイールモータ内部への水の侵入を防止する防水機構を設けることを目的としたインホイールモータシステムが開示されている（特許文献４）。特許文献４では、中空形状のインホイールモータ内部の空間と、車両内部の空間とが、中空状のパイプによって連結されている。中空パイプの車体側端部には、圧力調整バルブと空気ポンプとが連結されている。
特開２００６−２９８３１４号公報 特開２００１−３２７１１１号公報 特開２００７−１２７１３９号公報 特開２００５−１５３７２４号公報

上述の特許文献１では、密閉型ケース内部の圧力上昇を防ぐため、ケースに圧力開放弁が設けられている。しかしながら、このような構成では、車両が気圧の低い山上から気圧の高い麓まで急速に下りてきた場合や、回転電機の運転条件が高負荷から低負荷に変化して、ケース内の温度が急激に下がった場合などに、ケース内部の圧力が低下することを回避できない。この場合、密閉型ケースに収容された回転電機のコイルで自己放電が起こり易くなるため、コイルの絶縁強度を高める必要が生じる。

また、密閉型ケースが車両のエンジンルームなどに搭載される場合、車両が水溜りを通過する際にタイヤが跳ね上げた水がケースを浸すことも考えられる。このため、回転電機を収容する密閉型ケースには、水等の異物の侵入を効果的に抑制することも必要とされる。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、回転電機の絶縁に要する
コストを低減しつつ、ケース体内への異物の侵入を抑制するブリーザ装置を提供することである。

この発明に従ったブリーザ装置は、内部空間を形成し、内部空間に回転電機を収容するケース体と、ケース体に設けられた吸気弁とを備える。吸気弁は、内部空間の圧力が第１の値以下となった場合に、内部空間とケース体の外側の空間との間を開放し、内部空間に吸気する。

このように構成されたブリーザ装置によれば、ケース体内部の圧力が低下した場合に、吸気弁によって内部空間に吸気し、圧力を上昇させることができる。これにより、放電が起こり難くなり、回転電機の絶縁に要するコストを低減させることができる。また、常時開放されているブリーザが設けられる場合と比較して、ケース体内への異物の侵入をより効果的に抑制できる。

また好ましくは、ブリーザ装置は、ケース体に設けられた排気弁をさらに備える。排気弁は、内部空間の圧力が第２の値以上となった場合に、内部空間とケース体の外側の空間との間を開放し、内部空間から排気する。吸気弁および排気弁は、同一の軸上に並んで配置される。このように構成されたブリーザ装置によれば、吸気弁および排気弁を同一の軸上に配置することにより、ブリーザを簡素な構成としつつ、その小型化を図ることができる。

また好ましくは、内部空間の圧力の変化を受けて、吸気弁および排気弁がそれぞれ同一の軸の軸方向にストロークすることにより、内部空間とケース体の外側の空間との間の開放、遮断が制御される。内部空間とケース体の外側の空間との間が遮断される時、吸気弁と排気弁とが接する。このように構成されたブリーザ装置によれば、特に吸気弁および排気弁が配置される同一の軸の軸方向において、ブリーザの小型化を図ることができる。

また好ましくは、ブリーザ装置は、ケース体に設けられた排気弁をさらに備える。排気弁は、内部空間の圧力が第２の値以上となった場合に、内部空間とケース体の外側の空間との間を開放し、内部空間から排気する。内部空間の圧力が、第１の値よりも大きく、第２の値よりも小さい場合に、吸気弁および排気弁は、内部空間とケース体の外側の空間との間を遮断する。このように構成されたブリーザ装置によれば、内部空間の圧力が、第１の値よりも大きく、第２の値よりも小さい場合に、ケース体内への異物の侵入を防ぐことができる。

また好ましくは、ケース体に車両走行用の回転電機が収容される。このように構成されたブリーザ装置によれば、車両走行用の回転電機には高電圧が印加するため、ケース体の内部空間の圧力が低下した場合に放電が発生し易い。このような車両走行用の回転電機がケース体に収容される場合であっても、回転電機の絶縁に要するコストを低減させることができる。

以上説明したように、この発明に従えば、回転電機の絶縁に要するコストを低減しつつ、ケース体内への異物の侵入を抑制するブリーザ装置を提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、ハイブリッド自動車のトランスアクスルを模式的に表わす図である。本実施の形態におけるブリーザ装置は、ハイブリッド自動車に搭載されたモータジェネレータを収容するケース体に適用されている。まず、ハイブリッド自動車を駆動させるためのＨＶシステムについて説明する。

図１を参照して、トランスアクスル１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能なバッテリ８００から電力供給されるモータジェネレータ１００とを動力源とするハイブリッド自動車に設けられている。トランスアクスル１は、ハイブリッド自動車のエンジンルームに設置されている。トランスアクスル１は、モータジェネレータ１００と、ケース体２００と、減速機構３００と、ディファレンシャル機構４００と、ドライブシャフト受け部９００と、端子台６００とを含んで構成される。

モータジェネレータ１００は、電動機または発電機としての機能を有する回転電機である。モータジェネレータ１００は、高電圧が印加する車両走行用の回転電機である。車両走行用の回転電機には、３００Ｖ以上の電圧が印加する。特に本実施の形態におけるモータジェネレータ１００には、６５０Ｖ以上の電圧が印加する。モータジェネレータ１００は、回転シャフト１１０と、ロータ１３０と、ステータ１４０とを含む。回転シャフト１１０は、軸受１２０を介してケース体２００に回転可能に取り付けられている。ロータ１３０は、回転シャフト１１０と一体となって回転する。

ケース体２００は、内部空間１５を形成する。内部空間１５は、略密閉された空間である。モータジェネレータ１００は、内部空間１５に収容されている。内部空間１５には、モータジェネレータ１００の冷却や各種歯車機構の潤滑等を目的として、オイルが封入されている。ケース体２００には、ブリーザプラグ１２が設けられている。

トランスアクスル１の作動について簡単に説明すると、モータジェネレータ１００から出力された動力は、減速機構３００からディファレンシャル機構４００を介してドライブシャフト受け部９００に伝達される。ドライブシャフト受け部９００に伝達された駆動力は、ドライブシャフトを介して車輪に回転力として伝達されて、車両を走行させる。

一方、ハイブリッド自動車の回生制動時には、車輪は車体の慣性力により回転させられる。車輪からの回転力によりドライブシャフト受け部９００、ディファレンシャル機構４００および減速機構３００を介してモータジェネレータ１００が駆動される。このとき、モータジェネレータ１００が発電機として作動する。モータジェネレータ１００により発電された電力は、ＰＣＵ（Power Control Unit）７００を介してバッテリ８００に供給される。

図２は、この発明の実施の形態におけるブリーザ装置を示す断面図である。図中には、図１中のブリーザプラグ１２が設けられた位置の断面形状が示されている。

図２を参照して、本実施の形態におけるブリーザ装置１０は、ケース体２００と、吸気弁２１とを含む。吸気弁２１は、内部空間１５の圧力が所定の圧力Ｐａ以下となった場合に、内部空間１５と、ケース体２００の外側の外部空間１６との間を開放し、外部空間１６から内部空間１５に空気を流入させる。吸気弁２１が作動する圧力Ｐａは、外部空間１６の圧力Ｐｏよりも小さい値であり、圧力Ｐｏに対して負圧である。

ブリーザ装置１０は、排気弁３１を含む。排気弁３１は、内部空間１５の圧力が所定の圧力Ｐｂ以上となった場合に、内部空間１５と外部空間１６との間を開放し、内部空間１５から外部空間１６に空気を流出させる。排気弁３１が作動する圧力Ｐｂは、外部空間１６の圧力Ｐｏよりも大きい値であり、圧力Ｐｏに対して正圧である。吸気弁２１と排気弁
３１とは、同一の軸としての中心軸１０１の軸上に並んで配置されている。

ブリーザ装置１０は、パイプ４６およびキャップ４１を含む。パイプ４６は、ケース体２００に固定されている。パイプ４６は、ケース体２００に締結されるネジ部４７を含む。パイプ４６は、ネジ部４７をケース体２００に締結する際に把持される六角部４８を含む。パイプ４６には、貫通孔４９が形成されている。貫通孔４９は、中心軸１０１の軸方向に貫通し、内部空間１５に達する。パイプ４６は、筒形状を有し、機械加工により一体成型される。

キャップ４１は、有底の筒形状を有する。キャップ４１は、外部空間１６側で貫通孔４９の開口を覆うようにパイプ４６に嵌合されている。キャップ４１の下端が絞り加工されることにより、キャップ４１は、パイプ４６から抜けないように嵌合されている。

吸気弁２１および排気弁３１は、平板状に延在し、その延在方向と中心軸１０１の軸方向とが直交するように配置されている。吸気弁２１は、貫通孔４９に配置されている。排気弁３１は、キャップ４１内部に配置されている。吸気弁２１および排気弁３１は、中心軸１０１の軸方向に移動可能に設けられている。

パイプ４６は、当接部４６ｂを含む。当接部４６ｂは、パイプ４６がケース体２００から筒状に延出する先に設けられている。排気弁３１は、当接部４６ｂに当接して配置されている。吸気弁２１は、当接部４６ｂの内側に配置されている。当接部４６ｂとキャップ４１との間、排気弁３１とキャップ４１との間および吸気弁２１と当接部４６ｂとの間には、それぞれ空気が流通可能な隙間が確保されている。

排気弁３１には、吸気孔３３が形成されている。吸気孔３３は、中心軸１０１の軸方向に貫通し、吸気弁２１に対向する位置で開口する。吸気弁２１と排気弁３１とが接するとき、吸気孔３３は、吸気弁２１によって塞がれる。

ブリーザ装置１０は、弾性部材としてのバネ２６およびバネ３６を含む。バネ２６とバネ３６とは、中心軸１０１の軸上に配置されている。バネ２６は、吸気弁２１とともに貫通孔４９に配置されている。バネ３６は、排気弁３１とともにキャップ４１内部に配置されている。バネ２６およびバネ３６は、弾性変形することにより、中心軸１０１の軸方向の弾性力を生じさせる。バネ２６は、貫通孔４９に圧縮変形して配置されており、吸気弁２１を排気弁３１に押圧し、排気弁３１を当接部４６ｂから離間させる方向の弾性力を、吸気弁２１および排気弁３１に作用させている。バネ３６は、キャップ４１の内部で圧縮変形して配置されており、排気弁３１を当接部４６ｂに向けて押圧する方向の弾性力を、排気弁３１に作用させている。

本実施の形態では、ブリーザプラグ１２が、吸気弁２１、排気弁３１、パイプ４６、キャップ４１、バネ２６およびバネ３６を含んで構成されている。ブリーザプラグ１２は、内部空間１５と外部空間１６との間に介在するように設けられている。ブリーザプラグ１２は、ケース体２００に対する取り付け位置から鉛直上方向に延出するように設けられている。

図３は、図２中のブリーザプラグの作動状態を示すグラフである。図２および図３を参照して、内部空間１５の圧力が圧力Ｐａよりも大きく、圧力Ｐｂよりも小さい場合、吸気弁２１および排気弁３１により内部空間１５と外部空間１６との間が遮断される閉弁状態が得られる。このとき、バネ３６の弾性力によって、排気弁３１が当接部４６ｂと当接する。また、バネ２６の弾性力によって、吸気弁２１と排気弁３１とが接し、吸気孔３３が塞がれる。この閉弁状態では、バネ３６の弾性力が、バネ２６の弾性力よりも大きい。

ハイブリッド自動車が水溜りを走行するような場合、タイヤによって跳ね上げられた水が、ケース体２００内に侵入するおそれがある。これに対して、本実施の形態では、ブリーザプラグ１２の閉弁状態により、水の侵入を防ぐための密閉圧Ｐｔを保持する。また、ケース体２００が配置されるエンジンルーム内には砂やほこり等の異物も存在するが、ブリーザプラグ１２の閉弁状態により、これらの侵入を防ぎ、モータジェネレータ１００を異物から適切に保護することができる。

本実施の形態では、吸気弁２１と排気弁３１とが中心軸１０１の軸上に並んで配置されるため、ブリーザプラグ１２を簡易な構成とするとともに、中心軸１０１の軸方向から見たブリーザプラグ１２の設置面積を小さくできる。また、吸気弁２１と排気弁３１とが接して閉弁状態を得る構成により、特に中心軸１０１の軸方向のブリーザプラグ１２の設置長さを小さくできる。また、バネ２６およびバネ３６の弾性力によって、排気弁３１と当接部４６ｂとが当接し、吸気弁２１と排気弁３１とが接するため、トランスアクスル１に強い振動が加わった場合にも、ブリーザプラグ１２の閉弁状態を確実に保持することができる。

図４は、図２中のブリーザプラグの吸気状態を示す断面図である。図３および図４を参照して、内部空間１５の圧力が圧力Ｐａ以下となった場合、吸気弁２１の作動によって内部空間１５と外部空間１６との間が開放され、内部空間１５に吸気される吸気状態が得られる。このとき、吸気弁２１が、バネ２６の弾性力に抗して排気弁３１から離間する方向に移動する。これにより、吸気孔３３が開通し、キャップ４１、吸気孔３３および貫通孔４９を順に通る吸気通路が形成される。この吸気弁２１の作動時、圧力Ｐａ×吸気弁２１の面積＋バネ２６の弾性力＜外部空間１６の圧力Ｐｏ×吸気弁２１の面積、の関係が満たされる。

図５は、パッシェンの法則を示すグラフである。図中では、縦軸に放電開始電圧、横軸に放電距離（たとえば、モータジェネレータ１００のコイル間の絶縁距離）×圧力が示されている。図５を参照すると、一般的に、放電距離を一定とした場合に圧力が低くなるほど放電開始電圧が小さくなり、放電が起こり易くなることが分かる。

ハイブリッド自動車が気圧の低い山上から気圧の高い麓まで急速に下りてきた場合や、モータジェネレータ１００の運転条件が高負荷から低負荷に変化して、ケース体２００内の温度が急激に下がった場合などに、内部空間１５の圧力が低下することが想定される。これに対して、本実施の形態では、吸気弁２１の作動によって内部空間１５に空気を流入させ、内部空間１５の圧力を復帰させる。これにより、モータジェネレータ１００の絶縁能力の悪化を防ぐことができる。圧力Ｐａは、モータジェネレータ１００の絶縁能力悪化の許容限度よりも高い値に設定される。

図６は、図２中のブリーザプラグの排気状態を示す断面図である。図３および図６を参照して、内部空間１５の圧力が圧力Ｐｂ以上となった場合、排気弁３１の作動によって内部空間１５と外部空間１６との間が開放され、内部空間１５から排気される排気状態が得られる。このとき、排気弁３１が、バネ３６の弾性力に抗して当接部４６ｂから離間する方向に移動する。これにより、排気弁３１と当接部４６ｂとの間に隙間が生じ、貫通孔４９および排気弁３１と当接部４６ｂとの間の隙間を順に通る排気通路が形成される。この排気弁３１の作動時、圧力Ｐｂ×排気弁３１の面積（吸気弁２１と重なる領域を除く）＋バネ２６の弾性力＞外部空間１６の圧力Ｐｏ×排気弁３１の面積＋バネ３６の弾性力、の関係が満たされる。

モータジェネレータ１００の暖機を開始すると、ケース体２００内の温度が上昇し、内
部空間１５の空気が熱膨張する。これに対して、本実施の形態では、排気弁３１の作動によって熱膨張した空気を内部空間１５から外部空間１６に逃がす。圧力Ｐｂは、ケース体２００に設けられたオイルシールの抜け等を考慮した内圧上昇の許容限度よりも低い値に設定される。

以上に説明したように、本実施の形態では、バルブを吸気側および排気側の両方に配置し、各バルブの作動圧をバネ力によってチューニングすることにより、図３中に示すブリーザプラグ１２の作動状態を実現することができる。

この発明の実施の形態におけるブリーザ装置１０は、内部空間１５を形成し、内部空間１５に回転電機としてのモータジェネレータ１００を収容するケース体２００と、ケース体２００に設けられた吸気弁２１とを備える。吸気弁２１は、内部空間１５の圧力が第１の値としての圧力Ｐａ以下となった場合に、内部空間１５とケース体２００の外側の空間としての外部空間１６との間を開放し、内部空間１５に吸気する。

このように構成された、この発明の実施の形態におけるブリーザ装置１０によれば、内部空間１５の内圧低下を防ぐことにより、モータジェネレータ１００で必要となる絶縁処理のコストを低く抑えることができる。また、ケース体２００内部への異物の侵入を防ぐことにより、モータジェネレータ１００の信頼性を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、内燃機関とバッテリから電力供給されるモータとを動力源とするハイブリッド自動車に本発明を適用したが、これに限定されず、燃料電池とバッテリから電力供給されるモータとを動力源とする燃料電池ハイブリッド自動車（ＦＣＨＶ：Fuel Cell Hybrid Vehicle）、または電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）に本発明を適用することもできる。本実施の形態におけるハイブリッド自動車では、燃費最適動作点で内燃機関を駆動するのに対して、燃料電池ハイブリッド自動車では、発電効率最適動作点で燃料電池を駆動する。また、バッテリの使用に関しては、両方のハイブリッド自動車で基本的に変わらない。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

ハイブリッド自動車のトランスアクスルを模式的に表わす図である。 この発明の実施の形態におけるブリーザ装置を示す断面図である。 図２中のブリーザプラグの作動状態を示すグラフである。 図２中のブリーザプラグの吸気状態を示す断面図である。 パッシェンの法則を示すグラフである。 図２中のブリーザプラグの排気状態を示す断面図である。

符号の説明

１０ ブリーザ装置、１５ 内部空間、１６ 外部空間、２１ 吸気弁、３１ 排気弁、１００ モータジェネレータ、１０１ 中心軸、２００ ケース体。

Claims (5)

1. 内部空間を形成し、前記内部空間に回転電機を収容するケース体と、
   前記ケース体に設けられた吸気弁とを備え、
   前記吸気弁は、前記内部空間の圧力が第１の値以下となった場合に、前記内部空間と前記ケース体の外側の空間との間を開放し、前記内部空間に吸気する、ブリーザ装置。
2. 前記ケース体に設けられた排気弁をさらに備え、
   前記排気弁は、前記内部空間の圧力が第２の値以上となった場合に、前記内部空間と前記ケース体の外側の空間との間を開放し、前記内部空間から排気し、
   前記吸気弁および前記排気弁は、同一の軸上に並んで配置される、請求項１に記載のブリーザ装置。
3. 前記内部空間の圧力の変化を受けて、前記吸気弁および前記排気弁がそれぞれ前記同一の軸の軸方向にストロークすることにより、前記内部空間と前記ケース体の外側の空間との間の開放、遮断が制御され、
   前記内部空間と前記ケース体の外側の空間との間が遮断される時、前記吸気弁と前記排気弁とが接する、請求項２に記載のブリーザ装置。
4. 前記ケース体に設けられた排気弁をさらに備え、
   前記排気弁は、前記内部空間の圧力が第２の値以上となった場合に、前記内部空間と前記ケース体の外側の空間との間を開放し、前記内部空間から排気し、
   前記内部空間の圧力が、前記第１の値よりも大きく、前記第２の値よりも小さい場合に、前記吸気弁および前記排気弁は、前記内部空間と前記ケース体の外側の空間との間を遮断する、請求項１から３のいずれか１項に記載のブリーザ装置。
5. 前記ケース体に車両走行用の回転電機が収容される、請求項１から４のいずれか１項に記載のブリーザ装置。

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