JP2010162930A - モータ動力出力装置、及び、これを含むハイブリッド駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数のモータを平行に配置してモータケース部材に対してボルト固定されるモータ動力出力装置において、モータケース部材を含む装置の小型化を可能にするとともに、モータによってモータケース部材を補強することで振動および騒音の抑制を図る。
【解決手段】駆動モータ12と発電モータ14とを、各モータの中心軸12a,14aが互いに平行となるように配置して締結ボルト74によりモータケース部材16に対して締結固定されているモータ動力出力装置10であって、駆動モータ12のステータ46Dのボルト固定部70Dと発電モータ14のステータ46Gのボルト固定部70Gとが、共通の締結ボルト74によって連結された状態でモータケース部材16に固定されている。
【選択図】図4
【解決手段】駆動モータ12と発電モータ14とを、各モータの中心軸12a,14aが互いに平行となるように配置して締結ボルト74によりモータケース部材16に対して締結固定されているモータ動力出力装置10であって、駆動モータ12のステータ46Dのボルト固定部70Dと発電モータ14のステータ46Gのボルト固定部70Gとが、共通の締結ボルト74によって連結された状態でモータケース部材16に固定されている。
【選択図】図4
Description
本発明は、モータ動力出力装置とこれを含むハイブリッド駆動装置に係り、特に、2つのモータをそれぞれの中心軸が互いに平行となるように配置して締結ボルトによりモータケース部材に対して締結固定されているモータ動力出力装置およびこれを含むハイブリッド駆動装置に関する。
従来、走行用動力の出力源として、ガソリン等を燃焼させて動力を出力するエンジンと、バッテリ等からの電力供給を受けて動力を出力するモータ(以下、適宜に「駆動モータ」という。)とを併せ持つハイブリッド車両が知られている。このようなハイブリッド車は、エンジンからの動力分配を受けて、あるいは、回生制動時に、回転軸に動力が入力されることによってバッテリ等への充電電力を発電するモータ(以下、適宜に「発電モータ」という。)をさらに備えている。
例えば、特許文献1には、上記のようにエンジン(1)と、駆動モータ(2)および発電モータ(3)とを備えるハイブリッド駆動装置が開示されている。このハイブリッド駆動装置では、駆動モータ(2)および発電モータ(3)は、ケーシング部材(9)内に区画形成された駆動モータ室(R3)と発電モータ室(R4)とに各モータの中心軸が互いに平行な状態でそれぞれ収容配置され、駆動モータ(2)は駆動モータ室(R3)の周壁に、発電モータ(3)は発電モータ室(R4)の周壁に、それぞれ個別にボルトによって固定されている。
しかしながら、上記特許文献1のハイブリッド駆動装置のように、駆動モータと発電モータとをそれぞれ別々にボルト固定する構成では、ケーシング部材にボルト締結用座部を多く形成する必要があり、ケーシング形状が複雑で大型になる。
また、上記駆動モータと上記発電モータとがケーシング部材にそれぞれ別々にボルト固定されていることで、各モータの中心軸間距離が大きくなり、これによってもケーシング部材が大型化する。
さらに、上記駆動モータと上記発電モータとがケーシング部材にそれぞれ別々にボルト固定されていることで、モータ作動時に各モータはケーシング部材と共にそれぞれ独立して振動可能な状態にある。そのため、モータ作動時の振動およびそれに伴う騒音を抑制すべく、ケーシング部材を厚肉化したり補強リブを設置する等してケーシング部材を補強する必要があり、これによってもケーシング部材について、形状の複雑化、大型化、コスト高を招来することになる。
本発明の目的は、複数のモータを平行に配置してモータケース部材に対してボルト固定されるモータ動力出力装置において、モータケース部材を含む装置の小型化を可能にするとともに、モータによってモータケース部材を補強することで振動および騒音の抑制を図ることにある。
本発明に係るモータ動力出力装置は、第1のモータと第2のモータとが、各モータの中心軸が互いに平行となるように配置して締結ボルトによりモータケース部材に対して締結固定されるモータ動力出力装置であって、前記第1のモータのステータの少なくとも1つのボルト固定部と前記第2のモータのステータの少なくとも1のボルト固定部とが、共通の締結ボルトによって連結された状態で前記モータケース部材に固定されることを特徴とする。
本発明に係るモータ動力出力装置において、前記第1のモータと前記第2のモータとが前記中心軸に沿う方向に関してずれた位置に配置されるとともに、前記第1のモータのステータのボルト固定部と前記第2のモータのボルト固定部とが重なり合った状態で前記締結ボルトにより共締め固定されてもよい。
また、本発明に係るモータ動力出力装置において、前記第1のモータのステータのボルト固定部と前記第2のモータのステータのボルト固定部とは、前記中心軸を横切る方向に互いに嵌合するような凹凸形状に形成されており、前記第1のモータのボルト固定部と前記第2のモータのボルト固定部とが互いに嵌合した状態で前記締結ボルトにより共締め固定されてもよい。
また、本発明に係るモータ動力出力装置において、前記各モータのステータのボルト固定部は、ステータコアを構成する積層鋼板の一部により構成されてもよい。
さらに、本発明に係るモータ動力出力装置において、前記各モータのステータは、環状に配置された複数の分割ステータコアを外側から筒状部材で締結固定して構成されており、前記各モータのステータのボルト固定部は前記筒状部材に設けたフランジ部として形成されてもよい。
そして、本発明に係るハイブリッド駆動装置は、本発明に係る上記いずれかのモータ動力出力装置と、動力を出力可能なエンジンと、前記第1のモータおよび前記エンジンの動力を駆動輪に伝達するための動力伝達系と、を含むものである。
本発明に係るモータ動力出力装置およびこれを含むハイブリッド駆動装置によれば、第1のモータのステータのボルト固定部と第2のモータのステータのボルト固定部とが、共通の締結ボルトによって連結された状態でモータケース部材に固定されることで、各モータがそれぞれ別個にモータケース部材に対してボルト固定される場合に比べて、上記第1および第2のモータの各中心軸間距離を短くすること、すなわち上記2つのモータをより近接して配置することができる。これにより、これらのモータを収容するモータケース部材、ひいては装置自体を小型化することができる。
また、第1のモータのステータと第2のモータのステータとが共通の締結ボルトによって連結された状態でモータケース部材に対して固定されることで、2つのステータの連結体が有する高い剛性によってモータケース部材を補強することができる。これにより、モータケース部材について薄肉化や補強リブの削減を図りながら、モータを含むモータケース部材で生じる振動およびこれに伴う騒音を抑制できる。
さらに、第1のモータのステータのボルト固定部と第2のモータのステータのボルト固定部とが共通の締結ボルトによって連結されていることで、上記2つのステータ間において上記ボルト固定部を介しての熱交換が促進され、モータの冷却性能が向上する。
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。
図1は、本発明の第1の実施の形態であるモータ動力出力装置10を含むハイブリッド駆動装置1の概略構成図である。このハイブリッド駆動装置1は、ハイブリッド自動車の動力源として車両ボディに搭載される。
ハイブリッド駆動装置1は、駆動モータ(第1のモータ)12と発電モータ(第2のモータ)14とをモータケース部材16に収容して構成されるモータ動力出力装置10と、ガソリンや水素等を液体または気体燃料を燃焼・爆発させて回転動力を出力するエンジン18、およびエンジン18からの動力を駆動輪2等に伝達するための動力伝達系20をエンジンケース部材22に収容して構成されるエンジン動力出力装置24とを一体のユニットとして備える。動力伝達系20には、モータ動力出力装置10の駆動モータ12の回転軸13に連結されて駆動モータ12からの動力を駆動輪2に伝達するためのモータ側ドライブギヤ26も含まれる。
上記モータケース部材16およびエンジンケース部材22は、例えばアルミ合金ダイキャストにより好適に形成されることができる。また、上記ではエンジン18と動力伝達系20とが同一ケース部材内に収容されているものとして説明したが、エンジン18と動力伝達系20とは互いに分離可能な個別のケース部材によってそれぞれ収容されるように構成されてもよい。
上記モータケース部材16内において、駆動モータ12と発電モータとは、それぞれの中心軸12a,14aが互いに平行となるように配置された状態でモータケース部材16に対して締結ボルトによって固定されている。これらの中心軸12a,14aは、各モータを構成するステータの中心軸に一致するものである。モータケース部材16内における駆動モータ12および発電モータ14の配置関係および固定方法については、後に詳述する。
駆動モータ12は、車両に搭載された図示しない電源装置(例えば二次電池、キャパシタ等)から電力供給を受けて作動して走行用動力を出力するものである。ただし、駆動モータ12は、車両の減速時や下り坂走行時等の回生制動時には、駆動輪2から動力伝達系20のモータ側ドライブギヤ26を介して回転軸13に回転動力が入力されることによって、上記電源装置への充電電力を発電する機能も有する。
一方、発電モータ14は、エンジン18から出力される動力の全部または一部が上記動力伝達系20を介して分配・伝達されて回転軸15に入力されることによって、上記電源装置への充電電力を発電することができる。ただし、発電モータ14は、車両の急加速時等には、上記電源装置からの電力供給を受けて駆動されて走行用動力を動力伝達系20に対して出力する駆動モータとしても機能することができる。
動力伝達系20は、プラネタリギヤ28と、プラネタリギヤに連結されるエンジン側ドライブギヤ30と、エンジン側ドライブギヤ30の外周に噛合する32と、カウンタギヤ32の外周にそれぞれ噛合するモータ側ドライブギヤ26およびディファレンシャルギヤ36と、このディファレンシャルギヤ34が接続され、両端に駆動輪2を回転可能に支持する車軸3に対して動力を入出力可能に連結されるディファレンシャル装置36と、を含む。
上記プラネタリギヤ28は、その中心に位置するサンギヤ40と、サンギヤ40の周囲に同心上に配置された環状をなし、内周全体にわたって歯が形成されているリングギヤ42と、上記サンギヤ40と上記リングギヤ42との間に配置されて両ギヤに噛合するキャリア44とからなる。
発電モータ14の回転軸15は、上記サンギヤ40に連結されている。また、エンジン18の出力軸19は、上記キャリア44に連結されている。さらに、上記エンジン側ドライブギヤ30は、上記リングギヤ42に連結されている。
上記のように構成される動力伝達系20では、エンジン18の作動によって出力軸19に出力された動力は、プラネタリギヤ28のキャリア44およびリングギヤ42を介してエンジン側ドライブギヤ30に伝達され、さらに、カウンタギヤ32からディファレンシャルギヤ34およびディファレンシャル装置36を介して車軸3および駆動輪2に伝達される。
他方、上記電源装置に電力を充電する必要がある場合、エンジン18の出力軸に出力される動力の全部または一部がキャリア44およびサンギヤ40を介して発電モータ14の回転軸15に入力され、これにより発電モータ14で発電が行われて発電電量が上記電源装置に充電される。
さらに、上記ハイブリッド駆動装置1を搭載した車両が駆動モータ12の動力のみで走行するいわゆるEV走行モードでは、上記電源装置から電力供給を受けた駆動モータ12が回転作動し、その動力が回転軸13に出力される。そして、そのモータ動力はモータ側ドライブギヤ26、カウンタギヤ32およびディファレンシャルギヤ34を介してディファレンシャル装置36に入力され、これにより車軸3および駆動輪2がモータ動力のみで回転駆動される。
図2は、図1において駆動モータ12を矢印A方向から見た正面図であり、図3は、図2に示す駆動モータ12のステータ46を構成するステータコア48だけを示す正面図である。
図2に示すように、駆動モータ12は、環状をなすステータ46と、ステータ46の中心軸上に延び、回転可能に支持された回転軸13と、この回転軸13に固設されたロータ50とを備えている。ロータ50は、例えば複数の電磁鋼板を積層して形成された略円柱状をなすロータコア52と、このロータコア52に形成され、軸方向に延びる矩形状穴部54内に収容された永久磁石56とを備えている。ここではロータ50の永久磁石配置構造をIPM(Interior Permanent Magnet)としているが、これに限らず、SPM(Surface Permanent Magnet)であってもよい。
ステータ46は、環状をなすステータコア48と、ステータコア48の内周面側に周方向に沿って複数設けられたコイル58と、このコイル58をエポキシ樹脂や不飽和ポリエステル等でモールドしてコイル58をステータコア48に固定するモールド樹脂部60とを備えている。なお、理解を容易にするために図2ではコイル58についてステータコア48の軸方向両端部から突出するコイルエンド部59が露出しているように示しているが、実際には上記モールド樹脂部60が上記コイルエンド部59も覆って設けられている。
図3に示すように、ステータコア48は、複数の電磁鋼板を軸方向(図3の紙面に対して奥行き方向)に積層して溶接やかしめ等の方法で固定することによって構成されている。このステータコア48は、環状をなすヨーク部62と、ヨーク部62の内周面に径方向内方に向けて突出するティース部64と、ステータコア48をモータケース部材16に対して固定するための複数(本実施形態では3つ)のボルト固定部70とを備えている。上記ティース部64は、ステータコア48の周方向に間隔を隔てて複数形成されており、各ティース部64間にスロット66が形成されている。
図2において、コイル58は、絶縁性のインシュレータにエナメル線等を巻回し、その後、モールド樹脂を用いてモジュール化されたコイルをティース部64に装着することで形成されている。なお、ティース部64の外周にエナメル線等を直に巻回してコイル58を形成してもよい。
ステータコア48のボルト固定部70は、ヨーク部62の円周状の径方向外面からタブ状に膨出し、かつ、ステータコア48(すなわちステータ46)の軸方向に沿って延伸して形成されている。ここで、ボルト固定部70は、ステータコア48の一部として形成されていることから、上記と同様に複数の電磁鋼板が積層されて構成されている。また、上記ボルト固定部70は、ステータコア48の周方向に等間隔で設けられている。さらに、各ボルト固定部70には、モータケース部材16に対してステータ46を固定するための締結ボルトを挿入するボルト挿入穴72が軸方向に貫通して形成されている。
なお、発電モータ14もまた、上述した駆動モータ12と同様の構成を有するため、同一要素に同一の参照番号を付して重複することとなる説明を省略する。ただし、以後の説明においては、駆動モータ12の要素を示す参照番号には文字「D」を、発電モータ14の要素を示す参照番号には文字「G」を付記することによって、必要に応じて両者を区別することとする。
図4は、モータケース部材16内における駆動モータ12および発電モータ14の配置関係と固定状態とを示す図である。図4において、各モータ12,14のロータの図示は省略されている。
図4に示すように、モータケース部材16内において、駆動モータ12と発電モータ14とは、各中心軸12a,14aに沿う方向(矢印B方向)に関してずれた位置に配置されるとともに、駆動モータ12のステータ46Dのボルト固定部70Dの上に発電モータ14のステータ46Gのボルト固定部70Gを重ね合わせて載置されている。このとき、各ボルト固定部70D,70Gのボルト挿入穴72は、一直線上に連通するように整列されている。
この状態で、締結ボルト74を発電モータ14のステータ46G側からボルト挿入穴72に挿入し、駆動モータ12のステータ46Dのボルト挿入穴72を貫通して、締結ボルト74の先端のねじ部76をモータケース部材16の内壁に形成した台座17のねじ穴17aに螺合させて締結ボルト74を締め付ける。これにより、駆動モータ12のステータ46Dと発電モータ14のステータ46Gとが、1本の共通の締結ボルト74によって共締めされて互いに連結された状態でモータケース部材16に対して固定される。
ここで、図5に示すように、締結ボルト74は、区画されていない同一空間のモータ室11内に互いに隣接して配置される駆動モータ12および発電モータ14の各中心軸12a,14aを結ぶ一点鎖線で示す直線L上に位置するのが好ましい。
なお、図示していないが、共通の締結ボルト74が挿入されて固定されるボルト固定部70以外の各ステータ46D,46Gのボルト固定部70は、それぞれ個別の締結ボルトによってモータケース部材16の内壁にある台座に固定される。
上述したように、本実施形態のモータ動力出力装置10およびこれを含むハイブリッド駆動装置1によれば、駆動モータ12のステータ46Dのボルト固定部70Dと発電モータ14のステータ46Gのボルト固定部70Gとが、共通の締結ボルト74によって連結された状態でモータケース部材16に固定されることで、各モータ12,14がそれぞれ別個にモータケース部材16に対してボルト固定される場合に比べて、駆動モータ12および発電モータ14の各中心軸12a,14a間の距離Pを短くすること、すなわち2つのモータ12,14をより近接して配置することができる。これにより、これらのモータ12,14を収容するモータケース部材16について、上記中心軸12a,14aと直交する方向に関する寸法を小さく設定することでき、モータ動力出力装置10自体ひいてはハイブリッド駆動装置1を小型化することができる。
また、駆動モータ12のステータ46Dと発電モータ14のステータ46Gとが共通の締結ボルト74によって連結された状態でモータケース部材16に対して固定されることで、2つのステータ46D,46Gの連結体が有する高い剛性によってモータケース部材16を補強することができる。これにより、モータケース部材16について薄肉化や補強リブの削減を図りながら、モータ12,14を含むモータケース部材16で生じる矢印E,F方向(図4参照)の振動とこれに伴う騒音を抑制できる。
さらに、駆動モータ12のステータ46Dのボルト固定部70Dと発電モータ14のステータ46Gのボルト固定部70Gとが直に接触した状態で連結されていることで、2つのステータ46D,46G間においてボルト固定部70D,70Gを介しての熱交換が促進され、これにより各モータ12,14について、特に発熱量が大きい駆動モータ12についての冷却性能が向上する。
なお、上記においては、駆動モータ12と発電モータ14の各ステータ46を一箇所で共締めして連結固定するものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図6に示すように、駆動モータ12のステータ46Dと発電モータ14のステータ46Gとを二箇所で共通の締結ボルト74で共締めしてモータケース部材16に対して固定してもよい。これにより、2つのステータ46D,46Gの連結体の剛性がより高いものになって、モータケース部材16を補強する効果がより大きくなる。この場合、二箇所の締結ボルト74の位置は、上記直線Lから等距離dに設定されるのが好ましい。
次に、図7,8を参照して第2実施形態のモータ動力出力装置10aについて説明する。このモータ動力出力装置10aは、上記第1実施形態のモータ動力出力装置10とほぼ同じ構成を有しているため、同一要素に同一符号を付して上記説明を援用することで重複説明を省略し、ここでは相違点についてのみ説明する。
図7に示すように、駆動モータ12のステータ46Dのボルト固定部70Dと発電モータ14のステータ46Gのボルト固定部70Gとが、各中心軸12a,14aを垂直に横切る方向に向かって互いに嵌合するような凹凸形状に形成されている。これにより、上記各ステータ46D,46Gを中心軸方向に関してずらすことなく横並びに配置して、図8に示すようにボルト固定部70D,70Gを互いに嵌合させてボルト挿入穴72を一直線上に整列させ、この状態で共通の締結ボルト74により共締めしてモータケース部材16に対して各ステータ46D,46Gが固定される。
本実施形態のモータ動力出力装置10aによれば、上記と同様の効果を奏するのに加えて、上記モータ動力出力装置10との比較において駆動モータ12と発電モータ14との中心軸方向に関する位置ずれを解消することができる。これにより、これらのモータ12,14を収容するモータケース部材16aの中心軸方向の寸法も小さく設定できるので、モータ動力出力装置10aをより小型化することができる。
次に、図9,10を参照して、第3実施形態のモータ動力出力装置10bについて説明する。このモータ動力出力装置10bは、上記第1実施形態のモータ動力出力装置10とほぼ同じ構成を有しているため、同一要素に同一符号を付して上記説明を援用することで重複説明を省略し、ここでは相違点についてのみ説明する。
図9に示すように、本実施形態における各モータ12,14のステータコア48は、略T字状の端面形状を有する分割ステータコア48aを円環状に複数配列し、その外周に例えば金属製の円筒部材80を焼嵌めや圧入等の手法によって装着して各分割ステータコア48aを締結固定してある分割タイプのステータである。
この場合、各ステータ46D,46Gのボルト固定部70D,70Gは、図10に示すように、上記円筒部材80の上縁部外側に突出して設けたタブ状のフランジ部として構成されている。これらのボルト固定部70D,70Gを重ね合わせて共通の締結ボルト74で共締めすることによって各ステータ46D,46Gが連結された状態でモータケース部材16bに対して固定されている。本実施形態のモータ動力出力装置10bによっても、上記第2実施形態のモータ動力出力装置10aと同様の効果を奏することができる。
ここで、本実施形態では、タブ状のフランジ部として形成されるボルト固定部70D,70Gを筒状部材80の上縁部に設けたが、これに限定されず、例えば、筒状部材80の下縁部に設けても良いし、筒状部材80の外周上であって軸方向中間位置に溶接等の方法で固定されて設けられてもよい。
なお、上記第2および第3の実施形態のモータ動力出力装置10a,10bにおいても、図5,6に示すように、共通の締結ボルト74で共締めする箇所は、一箇所でもよいし、二箇所以上であってもよい。
1 ハイブリッド駆動装置、2 駆動輪、3 車軸、10,10a,10b モータ動力出力装置、11 モータ室、12 駆動モータ、12a,14a 中心軸、13 回転軸、14 発電モータ、14 駆動モータ、15 回転軸、16,16a,16b モータケース部材、18 エンジン、20 動力伝達系、22 エンジンケース部材、24 エンジン動力出力装置、28 プラネタリギヤ、46,46D,46G ステータ、48 ステータコア、48a 分割ステータコア、50 ロータ、58 コイル、60 モールド樹脂部、70,70D,70G ボルト固定部、72 ボルト挿入穴、74 締結ボルト、80 円筒部材。
Claims (6)
- 第1のモータと第2のモータとが、各モータの中心軸が互いに平行となるように配置して締結ボルトによりモータケース部材に対して締結固定されるモータ動力出力装置であって、
前記第1のモータのステータの少なくとも1つのボルト固定部と前記第2のモータのステータの少なくとも1のボルト固定部とが、共通の締結ボルトによって連結された状態で前記モータケース部材に固定されることを特徴とするモータ動力出力装置。 - 請求項1に記載のモータ動力出力装置において、
前記第1のモータと前記第2のモータとが前記中心軸に沿う方向に関してずれた位置に配置されるとともに、前記第1のモータのステータのボルト固定部と前記第2のモータのボルト固定部とが重なり合った状態で前記締結ボルトにより共締め固定されていることを特徴とするモータ動力出力装置。 - 請求項1に記載のモータ動力出力装置において、
前記第1のモータのステータのボルト固定部と前記第2のモータのステータのボルト固定部とは、前記中心軸を横切る方向に互いに嵌合するような凹凸形状に形成されており、前記第1のモータのボルト固定部と前記第2のモータのボルト固定部とが互いに嵌合した状態で前記締結ボルトにより共締め固定されていることを特徴とするモータ動力出力装置。 - 請求項2または3に記載のモータ動力出力装置において、
前記各モータのステータのボルト固定部は、ステータコアを構成する積層鋼板の一部により構成されていることを特徴とするモータ動力出力装置。 - 請求項1に記載のモータ動力出力装置において、
前記各モータのステータは、環状に配置された複数の分割ステータコアを外側から筒状部材で締結固定して構成されており、前記各モータのステータのボルト固定部は前記筒状部材に設けたフランジ部として形成されていることを特徴とするモータ動力出力装置。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載のモータ動力出力装置と、動力を出力可能なエンジンと、前記第1のモータおよび前記エンジンの動力を駆動輪に伝達するための動力伝達系と、を含むことを特徴とするハイブリッド駆動装置。
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