JP2016127733A - Slip ring device and vehicle control unit equipped with rotary electric machine including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スリップリング装置及びスリップリング装置を備える回転電機を搭載する車両の車両制御装置に関する。 The present invention relates to a slip ring device and a vehicle control device for a vehicle on which a rotating electrical machine including the slip ring device is mounted.
回転電機が備えるスリップリング装置では、回転電機の回転シャフトと共に回転するスリップリングに、回転電機の外部のインバータ、バッテリ等の電気機器と電気的に接続されたブラシを接触させることによって、電気機器との間で電力の需給が行われる。ブラシは、電流が流れることによって発熱するほか、回転するスリップリングに対して押圧された状態で摺動するため、摩擦によっても発熱する。しかしながら、ブラシは、その温度が所定の温度以上に上昇すると、ブラシの耐摩耗性が急激に大きく低下し、ブラシの摩耗量が劇的に増加する。そのため、ブラシの耐久性が著しく低下する。このため、ブラシを冷却するために空気よりも優れた冷却性能を有する液体を用いた技術が提案されている。しかしながら、ブラシとスリップリングとの接触部に冷却用の液体が浸入して、接触部において液膜が形成されると、ブラシとスリップリングとの間の電気的導通が不良になる。このため、この電気的導通の不良を抑える技術も提案されている。 In a slip ring device provided in a rotating electrical machine, a brush that is electrically connected to an electrical device such as an inverter, a battery, or the like outside the rotating electrical machine is brought into contact with a slip ring that rotates together with a rotating shaft of the rotating electrical machine. Supply and demand of electricity is performed between the two. In addition to generating heat when the current flows, the brush slides while being pressed against the rotating slip ring, and thus generates heat due to friction. However, when the temperature of the brush rises above a predetermined temperature, the wear resistance of the brush is drastically reduced and the amount of wear of the brush is dramatically increased. As a result, the durability of the brush is significantly reduced. For this reason, in order to cool a brush, the technique using the liquid which has the cooling performance superior to air is proposed. However, if the cooling liquid enters the contact portion between the brush and the slip ring and a liquid film is formed at the contact portion, the electrical continuity between the brush and the slip ring becomes poor. For this reason, a technique for suppressing this poor electrical conduction has also been proposed.
例えば特許文献1に記載される回転電機としての複合モータのスリップリング装置では、収容ケースの密閉された収容室内に、スリップリング及びブラシが配置されており、収容室内にはフッ素系液体が封入されている。フッ素系液体は、スリップリングと共に回転する回転軸がその中心軸位置まで浸かる程度の量で封入されている。フッ素系液体は、空気と比較して大きい熱伝導率、比熱及び密度を有し、優れた熱伝達性能を有するため、スリップリング及びブラシを効果的に冷却することができる。さらに、フッ素系液体は、鉱物油系オイルよりも劣る境界潤滑性を有するため、スリップリングとブラシとの接触部に入り込んでも接触部において液膜を形成せず、スリップリングとブラシとの間の電気的導通を維持する。 For example, in a slip ring device of a composite motor as a rotating electric machine described in Patent Document 1, a slip ring and a brush are disposed in a sealed storage chamber of a storage case, and a fluorine-based liquid is sealed in the storage chamber. ing. The fluorine-based liquid is sealed in such an amount that the rotating shaft rotating together with the slip ring is immersed to the center axis position. Since the fluorinated liquid has a large thermal conductivity, specific heat and density compared to air and has excellent heat transfer performance, the slip ring and the brush can be effectively cooled. Furthermore, since the fluorine-based liquid has boundary lubricity inferior to that of mineral oil-based oil, even if it enters the contact portion between the slip ring and the brush, it does not form a liquid film at the contact portion, Maintain electrical continuity.
特許文献1のスリップリング装置では、スリップリングとブラシとの間の電気的導通の維持をフッ素系液体の特性に依存しているため、冷却用液体の代替が利かないという問題がある。また、スリップリング装置の冷却用液体としてフッ素系液体の代わりに鉱物油系オイルを用いると、鉱物油系オイルの粘度は、温度による変化が大きく、低温時に比較的高くなる。従って、特に鉱物油系オイルの粘度が高くなる低温時に、ブラシとスリップリングとの接触部に油膜が形成されやすいという問題もある。 The slip ring device disclosed in Patent Document 1 has a problem that it cannot substitute for the cooling liquid because the electrical continuity between the slip ring and the brush depends on the characteristics of the fluorinated liquid. Further, when a mineral oil-based oil is used as the cooling liquid for the slip ring device instead of the fluorinated liquid, the viscosity of the mineral oil-based oil largely varies depending on the temperature, and becomes relatively high at a low temperature. Accordingly, there is also a problem that an oil film is easily formed at the contact portion between the brush and the slip ring, particularly at a low temperature when the viscosity of the mineral oil-based oil is high.
本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、冷却用液体の特性及び温度に依らずにスリップリングとブラシとの間の電気的導通の不良を抑制するスリップリング装置、及びスリップリング装置を備える回転電機を搭載する車両の車両制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and a slip ring device that suppresses poor electrical continuity between the slip ring and the brush regardless of the characteristics and temperature of the cooling liquid, Another object of the present invention is to provide a vehicle control device for a vehicle equipped with a rotating electrical machine including a slip ring device.
上記の課題を解決するために、本発明に係るスリップリング装置は、軸線周りに回転可能な導電性のスリップリングと、スリップリングに接触して設けられる導電性のブラシと、スリップリング及びブラシを収容する収容空間を含み且つ収容空間内に冷却用液体を含むケースと、冷却用液体の温度を検出する温度検出部と、ブラシへの通電を制御し且つ温度検出部から検出された温度情報を受け取るように構成された制御部とを備えるスリップリング装置であって、制御部は、冷却用液体の温度が第一所定温度未満の場合にブラシへの通電を実施しない。 In order to solve the above-described problems, a slip ring device according to the present invention includes a conductive slip ring that can rotate around an axis, a conductive brush provided in contact with the slip ring, a slip ring, and a brush. A case including an accommodating space for containing the cooling liquid in the accommodating space, a temperature detecting unit for detecting the temperature of the cooling liquid, temperature information detected by the temperature detecting unit for controlling energization to the brush And a control unit configured to receive the control unit, wherein the control unit does not energize the brush when the temperature of the cooling liquid is lower than the first predetermined temperature.
上記スリップリング装置は、スリップリングの回転速度を検出する回転速度検出部を備え、制御部は、回転速度検出部から検出された回転速度情報を受け取るように構成され、冷却用液体の温度が第一所定温度以上第二所定温度以下の場合、スリップリングの回転速度が所定回転速度以下であれば、ブラシへの通電を実施してよい。
上記スリップリング装置は、冷却用液体を加熱する加熱装置を備えてよい。
The slip ring device includes a rotation speed detection unit that detects a rotation speed of the slip ring, and the control unit is configured to receive rotation speed information detected from the rotation speed detection unit, and the temperature of the cooling liquid is the first. When the rotational speed of the slip ring is equal to or lower than the predetermined rotational speed when the temperature is between the predetermined temperature and the second predetermined temperature, the brush may be energized.
The slip ring device may include a heating device that heats the cooling liquid.
また、本発明に係る車両制御装置は、上記スリップリング装置と、内燃機関と、内燃機関及び車両駆動機構との間で駆動力の伝達ができるように設けられる第一回転電機と、車両駆動機構との間で駆動力の伝達ができるように設けられる第二回転電機とを備える車両制御装置であって、スリップリング装置のスリップリングは、第一回転電機における巻線を含む回転子と一体に回転するように設けられ且つ巻線に電気的に接続され、内燃機関は、互いに駆動力を伝達できるように回転子に接続され、制御部は、冷却用液体の温度が第三所定温度未満の場合、回転子の回転駆動力を用いた内燃機関の始動のためのブラシを介した回転子への通電を実施せず、第三所定温度は、第一所定温度以上第二所定温度未満の温度である。
前記制御部は、冷却用液体の温度が第三所定温度未満の場合、加熱装置により冷却用液体を加熱してよい。
A vehicle control device according to the present invention includes a slip ring device, an internal combustion engine, a first rotating electrical machine provided so as to be able to transmit a driving force between the internal combustion engine and the vehicle drive mechanism, and a vehicle drive mechanism. And a second rotating electrical machine provided so that a driving force can be transmitted between the first rotating electrical machine and the slip ring of the slip ring device integrated with a rotor including a winding in the first rotating electrical machine. The internal combustion engine is connected to the rotor so as to be able to transmit a driving force to each other, and the control unit is configured such that the temperature of the cooling liquid is less than a third predetermined temperature. In this case, the third predetermined temperature is equal to or higher than the first predetermined temperature and lower than the second predetermined temperature without energizing the rotor via the brush for starting the internal combustion engine using the rotational driving force of the rotor. It is.
The controller may heat the cooling liquid with a heating device when the temperature of the cooling liquid is lower than a third predetermined temperature.
本発明に係るスリップリング装置及びスリップリング装置を備える回転電機を搭載する車両の車両制御装置によれば、冷却用液体の特性及び温度に依らずにスリップリング及びブラシ間の電気的導通の不良を抑制することが可能になる。 According to the slip ring device and the vehicle control device for a vehicle equipped with the rotating electrical machine including the slip ring device according to the present invention, the electrical continuity between the slip ring and the brush is not dependent on the characteristics and temperature of the cooling liquid. It becomes possible to suppress.
以下、本発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
まず、本発明の実施の形態に係るスリップリング装置30及びその周辺の構成を説明する。
図1を参照すると、本発明の実施の形態に係るスリップリング装置30を備えた回転電機1を搭載するハイブリッド自動車の車両制御装置100の構成が、示されている。なお、本実施の形態では、ハイブリッド自動車は、ディーゼルエンジン又はガソリンエンジンである内燃機関101と回転電機1とを搭載するものとして説明する。
車両制御装置100は、内燃機関101と、三相交流電力によって動作する回転電機1とをハイブリッド自動車の動力源として備えている。回転電機1は、内側ロータ21、外側ロータ22及びステータ23を備え、ダブルロータ型の回転電機を構成している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
First, the configuration of the
Referring to FIG. 1, there is shown a configuration of a
The
円筒状の形状を有し且つその外周面近傍に周方向に沿って三相巻線21a(図2参照)を含む内側ロータ21は、外側ロータ22及びステータ23よりも中心側で、回転シャフト15に一体に回転するように設けられている。回転シャフト15の一方の端部には、入力軸20の一方の端部が一体に回転するように機械的に連結されている。
さらに、内燃機関101の回転駆動力が伝達されて入力軸20が回転するように、入力軸20の他方の端部が、内燃機関101の駆動軸101aに機械的に連結されている。なお、この機械的に連結されるとは、本実施の形態のように、入力軸20が、増速機、減速機のような変速機構、機械式の動力伝達機構等の駆動伝達機構102を介して間接的に駆動軸101aに連結される場合、並びに、駆動軸101aに直接的に連結される場合を含む。
The
Further, the other end of the
回転シャフト15の他方の端部には、スリップリング装置30が設けられている。スリップリング装置30は、内側ロータ21の三相巻線21aに電気的に接続されている。スリップリング装置30は、回転シャフト15に一体に回転するように設けられたスリップリング31(図2参照)と、回転電機1の外部の電気機器に電気的に接続されたブラシ32(図2参照)とを含む。ブラシ32は、内側ロータ21及び回転シャフト15と共に回転するスリップリング31に常に接触するように、バネ等で付勢されている。
A
円筒状の外側ロータ22は、内側ロータ21の外周を囲むように径方向外側に設けられており、その内部に、内側ロータ21に対向するようにして周方向に沿って埋め込まれた永久磁石22a(図2参照)を含んでいる。外側ロータ22は、内側ロータ21の外周に沿って、内側ロータ21に対して相対的に回転することができるように構成されている。
よって、回転電機1では、三相巻線21aを含む内側ロータ21と永久磁石22aを含む外側ロータ22とからなる1つのモータであるインナーモータ2が形成される。ここで、インナーモータ2は、第一回転電機を構成している。
The cylindrical
Therefore, in the rotating electrical machine 1, the
円筒状の形状を有し且つその外周面近傍に周方向に沿って三相巻線23a(図2参照)を含むステータ23は、外側ロータ22の外周を囲むように径方向外側に設けられており、回転電機1の筐体を構成するモータケース10(図2参照)に固定されている。
よって、回転電機1では、永久磁石22aを含む外側ロータ22と三相巻線23aを含むステータ23とからなる1つのモータであるアウターモータ3が形成される。ここで、アウターモータ3は、第二回転電機を構成している。
なお、図1では、内側ロータ21、外側ロータ22及びステータ23の断面が模式的に示されている。
A
Therefore, in the rotating electrical machine 1, the
In FIG. 1, cross sections of the
また、出力軸部22caが、外側ロータ22に一体に回転するように結合されている。出力軸部22caは、減速機能を有したピニオンギヤ及びドリブンギヤ、並びにデファレンシャルギヤ等を含む駆動伝達機構103を介して、車輪105に接続された駆動軸104に機械的に連結されている。そして、駆動伝達機構103、駆動軸104及び車輪105は、車両駆動機構106を構成している。
The output shaft portion 22ca is coupled to the
また、車両制御装置100は、直流電力を充放電可能なバッテリ109と、バッテリ109に電気的に接続された第一インバータ107及び第二インバータ108とを備えている。さらに、第一インバータ107は、スリップリング装置30のブラシ32に電気的に接続されている。第二インバータ108は、ステータ23の三相巻線23aに電気的に接続されている。第一インバータ107及び第二インバータ108は、コントロールユニットであるECU110によって動作が制御されるように構成されている。第一インバータ107及び第二インバータ108はそれぞれ、バッテリ109から供給された直流電力を三相交流電力に変換してスリップリング装置30のブラシ32及びステータ23の三相巻線23aに供給することができる。また、第一インバータ107及び第二インバータ108はそれぞれ、スリップリング装置30のブラシ32及びステータ23の三相巻線23aから供給される三相交流電力を直流電力に変換してバッテリ109に供給することができる。ここで、ECU110は、制御部を構成している。
In addition, the
ECU110は、第一インバータ107を制御することによって、スリップリング装置30のブラシ32への電力供給を制御する。また、ECU110は、第二インバータ108を制御することによって、ステータ23の三相巻線23aへの電力供給を制御する。さらに、ECU110は、バッテリ109の充電率(SOC)を検出するように構成されている。また、ECU110は、回転センサ及びトルクセンサそれぞれを通じて内燃機関101の回転数情報及び発生トルク情報を取得するように構成されると共に、内燃機関101の運転も制御するように構成されている。さらにまた、ECU110は、入力軸20に設けられた回転センサ41から回転数情報を取得して内側ロータ21の回転数を検出し、出力軸部22caに設けられた回転センサから回転数情報を取得して外側ロータ22の回転数を検出するように構成されている。ここで、回転センサ41は、回転速度検出部を構成している。
The
さらに、スリップリング装置30及び回転電機1の詳細な構成を説明する。
図2を参照すると、回転電機1は、その筐体として、モータケース10とモータカバー11とエンドカバー12とを備えている。モータカバー11は、略円筒状のモータケース10の開口端部10aを塞ぐように配設されている。エンドカバー12は、一部が筒状であるモータカバー11の開口端部を塞ぐように配設されている。
Further, detailed configurations of the
Referring to FIG. 2, the rotating electrical machine 1 includes a
モータカバー11は、モータケース10の開口端部10aに固定される板状のフランジ部11aと、フランジ部11aの中央付近の開口部からモータケース10内に向かって延在する円筒状の筒部11bと、筒部11bと反対側でフランジ部11aから突出する環状の突出縁部11cとを含む。突出縁部11cにエンドカバー12が取り付けられる。
エンドカバー12、筒部11b及び突出縁部11cの内側に、スリップリング装置30を収容する第一収容空間13が形成される。モータケース10及びモータカバー11の内側且つ筒部11bの外側に、内側ロータ21、外側ロータ22及びステータ23を収容する第二収容空間14が形成される。ここで、エンドカバー12及びモータカバー11は、ケースを構成している。
The
A
第一収容空間13から第二収容空間14にわたって筒部11bの円筒軸方向に沿って延在する回転シャフト15が、設けられている。
さらに、第二収容空間14内に延びる回転シャフト15の端部15aには、内側ロータ21の内側ロータ支持部材21cが、回転シャフト15と一体に回転するように連結されている。内側ロータ支持部材21cは、回転シャフト15と同軸上に配置されている。
A rotating
Further, an inner
内側ロータ支持部材21cは、回転シャフト15の端部15aから回転シャフト15と同軸に突出する円筒状の入力軸受入部21caと、筒部11bを外側から囲むように延在する円筒状の内側ロータ支持部21ccと、入力軸受入部21caの径方向に延在して入力軸受入部21caを内側ロータ支持部21ccに連結する連結部21cbとが一体成形された構成を有している。
入力軸20は、入力軸受入部21caの内周面に、入力軸受入部21caと一体に回転し且つ互いに駆動力を伝達できるように嵌合されている。
内側ロータ支持部21ccは、その外周に設けられる内側ロータ21の円筒状の内側ロータコア21bを支持する。内側ロータ支持部21ccと内側ロータコア21bとは、一体に回転する。内側ロータコア21bは、周方向に沿って配置された三相巻線21aを含む。
The inner
The
The inner rotor support portion 21cc supports a cylindrical
また、内側ロータ支持部21ccの端部は、その外周側に設けられたベアリング24を介してフランジ部11aによって回転自在に支持されている。
そして、三相巻線21a、内側ロータコア21b及び内側ロータ支持部材21cは、内側ロータ21を構成している。
Further, the end portion of the inner rotor support portion 21cc is rotatably supported by the
The three-phase winding 21 a, the
また、第二収容空間14内において、内側ロータコア21bの径方向外側の外周面を囲むようにして外側ロータ22の円筒状の外側ロータコア22bが設けられている。外側ロータコア22bは、その内部に、周方向に沿って配置された永久磁石22aを有している。
In addition, a cylindrical
外側ロータコア22bは、その円筒軸方向の両側から外側ロータコア22bを挟むように設けられた第一外側ロータ支持部材22c及び第二外側ロータ支持部材22dによって支持されている。第二外側ロータ支持部材22dは、外側ロータコア22bに対してフランジ部11a側に位置し、円筒状の形状を有している。第一外側ロータ支持部材22cは、外側ロータコア22bに対して第二外側ロータ支持部材22dと反対側に位置し、有底円筒状の形状を有している。
The
第一外側ロータ支持部材22cは、入力軸受入部21caと同方向に且つ同軸上に延びる円筒状の出力軸部22caと、外側ロータコア22bに一体に回転するように連結される円筒状の周壁部22ccと、出力軸部22caから周壁部22ccにまで回転シャフト15の径方向に延在する円環板状の底壁部22cbとを一体成形によって含んでいる。
出力軸部22caは、その内周側に設けられたベアリング25を介して、入力軸受入部21caの外周面によって回転自在に支持されている。さらに、出力軸部22ca内を入力軸20が通る。
The first outer
The output shaft portion 22ca is rotatably supported by the outer peripheral surface of the input bearing insertion portion 21ca via a
第二外側ロータ支持部材22dは、円筒軸方向の一方の端部において外側ロータコア22bに一体に回転するように連結されている。第二外側ロータ支持部材22dにおける他方の端部は、その外周側に設けられたベアリング26を介してフランジ部11aによって回転自在に支持されている。
The second outer
よって、外側ロータコア22bと第一外側ロータ支持部材22c及び第二外側ロータ支持部材22dとは一体となって、入力軸受入部21caに対して、つまり、回転シャフト15及び内側ロータ21に対して相対回転することができる。第一外側ロータ支持部材22cの出力軸部22caは、その外周面に嵌合する駆動伝達機構103(図1参照)のドリブンギヤに対して互いに回転駆動力を伝達することができる。
そして、永久磁石22a、外側ロータコア22b、第一外側ロータ支持部材22c及び第二外側ロータ支持部材22dは、外側ロータ22を構成している。
Therefore, the
The
また、第二収容空間14内では、外側ロータコア22bの外周を囲むようにして円筒状のステータ23が設けられている。ステータ23は、モータケース10に固定されている。さらに、ステータ23は、その内部に、周方向に沿って配置された三相巻線23aを含んでいる。
In the
また、第一収容空間13内において、回転シャフト15の周囲は、樹脂等から形成され且つ電気的な絶縁性を有する絶縁部材33によって覆われている。さらに、円筒状の絶縁部材33の周りには、導電性を有する材料から形成された3つの輪状のスリップリング31が、絶縁部材33によって互いから及び回転シャフト15から電気的に絶縁された状態で、埋め込まれている。同形状の3つのスリップリング31は、回転シャフト15の軸方向に沿って互いに等間隔をあけて一列に並べて配置されている。各スリップリング31は、回転シャフト15と同軸上に配置されている。さらに、各スリップリング31は、それぞれの径方向外側の外周面を絶縁部材33から露出させている。
また、絶縁部材33の内部には、導電性を有する材料から形成された3つのバスバー34が、絶縁部材33によって互いに電気的に絶縁された状態で、埋め込まれている。3つのバスバー34は、絶縁部材33によって、回転シャフト15から電気的に絶縁されている。3つのバスバー34はそれぞれ、3つのスリップリング31のうちの互いに異なる1つに電気的に接続されると共に、内側ロータ21の三相巻線21aのうちの互いに異なる1つの相の巻線に電気的に接続されている。
そして、3つのスリップリング31は、絶縁部材33によって、互いに電気的に絶縁される。また、3つのスリップリング31は、絶縁部材33によって、電気的に接続されていないバスバー34から電気的に絶縁されると共に、回転シャフト15から、電気的に絶縁されている。
In addition, in the
In addition, three
The three
3つのスリップリング31の径方向外側の外周面にはそれぞれ、導電性を有する材料から形成された3つの柱状のブラシ32が接触するようにして配設されている。3つのブラシ32は、1つのスリップリング31に対して周方向に沿って等間隔に、つまり、互いに120°の中心角を形成するように配置されている。各ブラシ32は、図示しないバネ等の付勢部材によってスリップリング31に押し付けられている。
スリップリング31のそれぞれに対して、スリップリング31の径方向に沿って延在する円板状のホルダプレート35が配設されている。3つのホルダプレート35は、エンドカバー12から回転シャフト15の軸方向に沿って延在する円筒状の保持部材37の内側で、保持部材37に固定されて保持されている。
各スリップリング31に接触する3つのブラシ32はそれぞれ、円板状のホルダプレート35上に配設された3つのブラシホルダ36によって、スリップリング31に接近する方向及び離れる方向に摺動可能に保持されている。
Three columnar brushes 32 made of a conductive material are arranged in contact with the outer peripheral surfaces on the radially outer sides of the three
A disc-shaped
The three brushes 32 that contact each
また、エンドカバー12を貫通する流入口12a及び流出口12bが形成されており、第一収容空間13に連通している。流入口12aは、保持部材37の径方向内側で開口している。流出口12bは、保持部材37の径方向外側で開口している。これにより、第一収容空間13内では、流入口12aを入口とし且つ流出口12bを出口とした保持部材37の内外を通る往復流路が形成される。
流入口12aには、回転電機1の外部のポンプ51の吐出口から延びる第一流路53が連通している。流出口12bには、ポンプ51の吸入口に延びる第二流路54が連通している。第一流路53の途中には、空冷式又は液冷式のクーラ52が設けられている。ポンプ51は、その動作がECU110(図1参照)によって制御されるように構成されている。
An
A
第一収容空間13内、並びに第一流路53内及び第二流路54内は、冷却用液体である潤滑油55で満たされている。ポンプ51が稼働することによって、潤滑油55は、第一収容空間13並びに流路53及び54を循環して流れ、その過程でクーラ52によって冷却される。なお、潤滑油55は、冷却用液体としてだけでなく、回転シャフト15の周囲等の摺動部分に対する潤滑作用も奏する。
The inside of the
さらに、温度センサ38が、第一収容空間13内の潤滑油55の温度を検知できるように、エンドカバー12に配設されている。温度センサ38は、第一収容空間13内における保持部材37の内側となる位置に配置され、流入口12aから流入した後であるがブラシ32に流れる前の状態の潤滑油55の温度を検知する。温度センサ38は、検知した温度情報をECU110(図1参照)に送るように構成されている。ここで、温度センサ38は、温度検出部を構成している。
さらにまた、ヒータコイル39が、第一収容空間13内の潤滑油55を加熱できるように、エンドカバー12に配設されている。ヒータコイル39は、第一収容空間13内における保持部材37の内側となる位置に配置されている。ヒータコイル39は、流入口12aから流入した後であるがブラシ32に流れる前の状態の潤滑油55を加熱する。通電によるヒータコイル39の加熱動作は、ECU110によって制御されるように構成されている。ここで、ヒータコイル39は、加熱装置を構成している。
Further, the
Furthermore, the
次に、本発明の実施の形態に係るスリップリング装置30及びその周辺の動作を説明する。
図1及び図2をあわせて参照すると、車両制御装置100において、回転電機1のインナーモータ2では、内側ロータ21と外側ロータ22との間に回転速度差が発生すると、相対的に回転する永久磁石22aが発生する磁界の作用によって、内側ロータ21の三相巻線21aに三相交流電流である誘導電流が発生する。発生した誘導電流は、スリップリング装置30のバスバー34、スリップリング31及びブラシ32を介して、第一インバータ107に送られる。ECU110は、第一インバータ107を制御して、誘導電流を直流電流に変換し、バッテリ109に蓄電する。つまり、インナーモータ2は発電機として動作する。一方、ECU110が、第一インバータ107を制御して、バッテリ109の直流電力を三相交流電力に変換して、スリップリング装置30を介して内側ロータ21の三相巻線21aに供給すると、三相巻線21aを流れる交流電流が発生する磁界が永久磁石22aに作用することによって、内側ロータ21と外側ロータ22との間に回転トルクを発生する。つまり、インナーモータ2は駆動源として動作する。
Next, the operation | movement of the
1 and 2 together, in the
また、回転電機1のアウターモータ3に対して、ECU110が、第二インバータ108を制御して、バッテリ109の直流電力を三相交流電力に変換して、ステータ23の三相巻線23aに供給すると、三相巻線23aを流れる交流電流が発生する磁界が永久磁石22aに作用することによって、外側ロータ22に回転トルクを与える。つまり、アウターモータ3は駆動源として動作する。一方、内側ロータ21からの回転トルクを受けて外側ロータ22が回転すると、相対的に回転する永久磁石22aが発生する磁界の作用によって、ステータ23の三相巻線23aに誘導電流が発生し、第二インバータ108に送られる。ECU110は、第二インバータ108を制御して、誘導電流を直流電流に変換し、バッテリ109に蓄電する。つまり、アウターモータ3は発電機として動作する。
In addition, for the
また、ECU110は、上述のような回転電機1の動作を開始した後、温度センサ38から受け取る潤滑油55の温度が、予め設定した冷却を要する温度まで上昇すると、ポンプ51を始動する。ポンプ51は、第二流路54から第一流路53に向かう方向に潤滑油55を圧送する。これにより、クーラ52を含む第一流路53、流入口12a、第一収容空間13内における保持部材37の内側、保持部材37の外側、流出口12b、第二流路54及びポンプ51を順次通って循環する潤滑油55の流れが形成される。潤滑油55は、第一収容空間13内において、スリップリング31、ブラシ32、ホルダプレート35及びブラシホルダ36と接触し、これらを冷却する。冷却後の昇温した潤滑油55は、クーラ52によって冷却され、冷却された潤滑油55が流入口12aに再び供給される。そして、潤滑油55によって冷却される上記の要素は、上記の要素と熱交換を行った後の潤滑油55と、第一収容空間13内で再び接触することがなく、ポンプ51によって供給される冷却後の潤滑油55と接触するため、効果的に冷却される。
車両制御装置100は、車両制御装置100を搭載するハイブリッド自動車を、回転電機1による出力軸部22caへの回転駆動力つまりトルクによって走行させる。このとき、回転電機1のトルクは、出力軸部22ca、駆動伝達機構103及び駆動軸104を介して車輪105に伝達してハイブリッド自動車を走行させる。
The
車両制御装置100のECU110は、EVモード走行形態とHVモード走行形態とを適宜選択してハイブリッド自動車の走行を制御する。EVモード走行形態では、ECU110は、内燃機関101を停止させた状態で、バッテリ109の電力を回転電機1のステータ23に供給してアウターモータ3の外側ロータ22を駆動する。HVモード走行形態では、ECU110は、内燃機関101の動力を使用して入力軸20及び回転電機1のインナーモータ2の内側ロータ21を回転駆動しつつ、外側ロータ22を駆動する。HVモード走行形態では、バッテリ109の電力を使用する場合も使用しない場合もある。
The
ECU110は、ブラシ32に電力を供給する場合、第一収容空間13内の潤滑油55の温度に応じて、ブラシ32への通電時期を調節する。
ECU110は、温度センサ38から受け取る潤滑油55の温度が第一通電停止温度T1未満の場合、ブラシ32への通電を全く行わない。この場合、ECU110は、通電実施の決定前に内側ロータ21と共にスリップリング31が回転している状態であってもスリップリング31が回転停止している状態であっても、ブラシ32への通電を行わない。さらに、ECU110は、スリップリング31が回転停止している状態では、ブラシ32への通電後にスリップリング31が回転することになるかならないかに関わらず、ブラシ32への通電を行わない。
When supplying electric power to the
When the temperature of the lubricating
なお、第一通電停止温度T1未満の低い温度は、潤滑油55の粘度が非常に高く、スリップリング31とブラシ32との間に侵入している潤滑油55が、スリップリング31の非回転時でも、スリップリング31とブラシ32との間に油膜を形成するような温度である。なお、形成された油膜は、スリップリング31とブラシ32との間の電気的導通を遮断するため、ブラシ32に通電した場合、通電不良が発生するほか、ブラシ32とスリップリング31との間にアーク放電が発生し、ブラシ32の摩耗を促進する。
The low temperature below the first energization stop temperature T1 is that the viscosity of the lubricating
さらに、ECU110は、潤滑油55の温度が第一通電停止温度T1以上であっても第二通電停止温度T2未満の場合、一部の状態を除きブラシ32への通電を行わない。この場合、ECU110は、通電実施の決定前にスリップリング31が回転している状態であってもスリップリング31が回転停止している状態であっても、ブラシ32への通電を行わない。しかしながら、ECU110は、スリップリング31が回転停止している状態では、通電後にスリップリング31が回転することになる場合に限り、ブラシ32への通電を行わず、通電後もスリップリング31が回転停止を継続する場合は、通電を実施する。
Further, the
なお、第一通電停止温度T1以上第二通電停止温度T2未満の低い温度では、比較的高い粘度を有する潤滑油55は、回転停止しているスリップリング31とブラシ32との間では油膜を形成しないが、通電後に内側ロータ21と共にスリップリング31が回転を開始すると、スリップリング31とブラシ32との間に侵入してアーク放電を引き起こす油膜を形成する。
Note that, at a low temperature not lower than the first energization stop temperature T1 and lower than the second energization stop temperature T2, the lubricating
スリップリング31と共に回転停止している内側ロータ21に電力を供給して回転させる動作として、内燃機関101のクランキング動作が該当する。ステータ23に電力を供給して外側ロータ22に回転駆動力を発生させている状態で内側ロータ21に電力を供給すると、内側ロータ21は、三相巻線21aが発生する回転磁界を介して外側ロータ22の永久磁石22aから反力を受けて回転駆動され、それによって、内燃機関101の駆動軸101aを回転駆動してクランキングする。よって、ECU110は、潤滑油55の温度が第二通電停止温度T2未満の場合、内燃機関101のクランキングを行わない。
ここで、第一通電停止温度T1又は第二通電停止温度T2が、第一所定温度を構成し、第二通電停止温度T2は、第三所定温度を構成している。
The cranking operation of the
Here, the first energization stop temperature T1 or the second energization stop temperature T2 constitutes a first predetermined temperature, and the second energization stop temperature T2 constitutes a third predetermined temperature.
ECU110は、潤滑油55の温度が第二通電停止温度T2以上であり且つ第三通電停止温度T3以下の場合、回転センサ41から受け取る入力軸20つまり回転シャフト15の回転数が設定回転数R以下のときに限り、ブラシ32への通電を行う。
第三通電停止温度T3はスリップリング装置30及び潤滑油55の特性に応じて予め設定される。回転シャフト15つまりスリップリング31の回転数が上昇すると、潤滑油55はスリップリング31とブラシ32との間に油膜を形成しやすくなる。
第三通電停止温度T3は、潤滑油55が第三通電停止温度T3超の温度であるとき、回転シャフト15及びスリップリング31が回転電機1の許容回転数以下のいかなる回転数で回転しても、潤滑油55がスリップリング31とブラシ32との間にアーク放電を引き起こす油膜を形成しない温度として設定される。
よって、スリップリング装置30は、潤滑油55の温度が第三通電停止温度T3超であるとき、通常運転状態にあり、潤滑油55の温度が第二通電停止温度T2以上且つ第三通電停止温度T3以下であるとき、暖機運転状態にある。
When the temperature of the lubricating
The third energization stop temperature T3 is preset according to the characteristics of the
When the lubricating
Therefore, the
そして、潤滑油55の温度が第二通電停止温度T2以上第三通電停止温度T3以下の範囲内のときのスリップリング31の回転数に上限を設定し、この上限回転数を、第二通電停止温度T2以上第三通電停止温度T3以下の範囲内のいずれの温度においてもスリップリング31とブラシ32との間でアーク放電が発生しないような設定回転数Rとしている。
ここで、第三通電停止温度T3は、第二所定温度を構成し、設定回転数Rは、所定回転速度を構成している。
Then, an upper limit is set for the rotational speed of the
Here, the third energization stop temperature T3 constitutes a second predetermined temperature, and the set rotational speed R constitutes a predetermined rotational speed.
ECU110は、潤滑油55の温度が第三通電停止温度T3を超える場合、上述のようなブラシ32への通電に対する制限を設けずに、ブラシ32への通電を行う。
When the temperature of the lubricating
また、ECU110は、潤滑油55の温度が第二通電停止温度T2未満の場合、ヒータコイル39に通電し、ヒータコイル39に潤滑油55を加熱させる。
これにより、ブラシ32への通電が可能となるのに要する時間が短縮される。そして、ECU110は、加熱により上昇した潤滑油55の温度に応じて、上述のブラシ32への通電制御を行う。なお、ヒータコイル39による加熱は、潤滑油55の温度が第二通電停止温度T2以上第三通電停止温度T3以下の場合にも、実施してもよい。これにより、スリップリング装置30は、早期に通常運転状態に達することができる。
When the temperature of the lubricating
Thereby, the time required for energizing the
上述のように、ECU190は、潤滑油55の温度状態に応じて、又は、加熱により変化する潤滑油55の温度状態に応じて、ブラシ32への通電を制御する。
As described above, the ECU 190 controls energization of the
このように、本発明の実施の形態に係るスリップリング装置30は、軸線周りに回転可能な導電性のスリップリング31と、スリップリング31に接触して設けられる導電性のブラシ32と、スリップリング31及びブラシ32を収容する第一収容空間13を含み且つ第一収容空間13内に潤滑油55を含むモータカバー11及びエンドカバー12と、潤滑油55の温度を検出する温度センサ38と、ブラシ32への通電を制御し且つ温度センサ38から検出された温度情報を受け取るように構成されたECU110とを備える。ECU110は、潤滑油55の温度が第一所定温度としての第一通電停止温度T1又は第二通電停止温度T2未満の場合にブラシ32への通電を実施しない。
As described above, the
潤滑油55は、低い温度状態にあるとき、その粘度が高くなるため、スリップリング31とブラシ32との間に侵入すると油膜を形成しやすく、スリップリング31が回転するとさらに油膜を形成しやすくなる。
しかしながら、第一所定温度未満としての第一通電停止温度T1未満又は第二通電停止温度T2未満の低い温度状態で高い粘度状態に潤滑油55があるときに、ブラシ32への通電を行わないため、スリップリング31とブラシ32との間において、油膜に起因する電気的導通不良及びアーク放電の発生を抑制することができる。そして、上記抑制は、潤滑油55等の冷却用液体の特性に依らない。よって、スリップリング装置30は、冷却用液体の特性及び温度に依らずにスリップリング31とブラシ32との間の電気的導通の不良を抑制することを可能にする。
Since the viscosity of the lubricating
However, the
また、スリップリング装置30は、スリップリング31の回転速度を検出する回転センサ41を備え、ECU110は、回転センサ41から検出された回転速度情報を受け取るように構成され、潤滑油55の温度が第二通電停止温度T2以上第三通電停止温度T3以下の場合、スリップリング31の回転速度が設定回転数R以下であれば、ブラシ32への通電を実施する。上記構成では、潤滑油55の温度が十分に上昇していない状態において、スリップリング31の回転速度を抑制することによって、スリップリング31とブラシ32との間における、潤滑油55による油膜の発生を抑えることができる。
また、スリップリング装置30は、潤滑油55を加熱するヒータコイル39を備える。ヒータコイル39を用いて潤滑油55を昇温することによって、早期にブラシ32に通電できるようになる。
The
The
また、本発明に係る車両制御装置100は、スリップリング装置30と、内燃機関101と、内燃機関101及び車両駆動機構106との間で駆動力の伝達ができるように設けられるインナーモータ2及び車両駆動機構106との間で駆動力の伝達ができるように設けられるアウターモータ3を含む回転電機1とを備える。スリップリング装置30のスリップリング31は、インナーモータ2における三相巻線21aを含む内側ロータ21と一体に回転するように設けられ且つ三相巻線21aに電気的に接続される。内燃機関101は、互いに駆動力を伝達できるように内側ロータ21に接続される。ECU110は、潤滑油55の温度が第二通電停止温度T2未満の場合、内側ロータ21の回転駆動力を用いた内燃機関101の始動のためのブラシ32を介した内側ロータ21への通電を実施しない。上記構成によって、内燃機関101のクランキング時におけるスリップリング31とブラシ32との間の電気的導通の不良の抑制が可能になる。
In addition, the
また、実施の形態に係るスリップリング装置30では、温度センサ38は、第一収容空間13内及び流路53,54のいかなる場所に設けられてよい。
また、実施の形態に係るスリップリング装置30において、ECU110は、温度検出部としての温度センサ38から潤滑油55の温度情報を得ていたが、これに限定されない。ECU110は、温度検出部を兼ね、他の取得可能な要素から潤滑油55の温度を推定してもよい。例えば、ECU110は、スリップリング装置30の周辺の外気温や第一収容空間13を囲む壁部の温度等を用いて、潤滑油55の温度を推定してもよい。回転電機1がオートマチックトランスミッションフルードや不凍液等の冷却流体により冷却される場合は、冷却流体の温度等を用いて、ECU110は、潤滑油55の温度を推定しても良い。
Further, in the
Further, in the
また、実施の形態に係るスリップリング装置30では、潤滑油55の加熱装置としてヒータコイル39を用いていたが、これに限定されるものでなく、セラミックヒータ、カーボンヒータ等であってもよい。
さらに、ヒータコイル39等による加熱装置は、第一収容空間13内のいかなる場所に設けられてもよく、或いは、潤滑油55を直接的に加熱せずに第一収容空間13を囲む壁部を加熱するように設けられてもよい。
In the
Furthermore, the heating device using the
また、実施の形態に係るスリップリング装置30は、内側ロータ21の回転シャフト15に設けられていたが、これに限定されるものでない。外側ロータ22に三相巻線が設けられる場合、外側ロータ22の回転軸にスリップリング装置を設けてもよい。
また、実施の形態に係るスリップリング装置30を備える回転電機1では、内側ロータ21に入力軸20が連結され、外側ロータ22に出力軸部22caが連結されていたが、内側ロータ21に出力軸部22caが連結され、外側ロータ22に入力軸20が連結されてもよい。
また、実施の形態に係るスリップリング装置30を備える回転電機1は、内側ロータ21、外側ロータ22及びステータ23を備えていたが、これに限定されるものでない。回転電機は、ステータ23を備えずに、内側ロータ21及び外側ロータ22による2つのロータのみを備えるものであってもよい。このような回転電機においても、スリップリング装置30は、2つのロータのうちの巻線を有するロータの回転軸に設けられる。
Moreover, although the
Further, in the rotating electrical machine 1 including the
Moreover, although the rotary electric machine 1 provided with the
また、実施の形態に係るスリップリング装置30では、冷却用液体として潤滑油を使用していたが、これに限定されるものでない。冷却用液体は、空気よりも優れた冷却性能を有するものであればよく、有機媒体、フッ素系液体、その他の油脂、水等であってもよい。回転電機1が自動車に搭載される場合には、オートマチックトランスミッションフルードを冷却用液体として用いても良い。冷却用液体として、導電性を有しない液体がより好ましい。
また、実施の形態に係るスリップリング装置30では、第一収容空間13内の全体が冷却用液体としての潤滑油55で満たされていたが、冷却用液体は、第一収容空間13内の一部を満たすような量で封入されていてもよい。第一収容空間13の上部から冷却用液体が噴射される構成であれば、第一収容空間13内に溜められる冷却用液体の量の下限に制限がない。第一収容空間13の上部から冷却用液体が噴射される構成でない場合、スリップリング31等の回転する構成要素によって掻き上げられるような量で、冷却用液体が第一収容空間13内に溜められていればよい。
In the
Further, in the
また、実施の形態に係るスリップリング装置30では、3つのスリップリング31が設けられていたが、これに限定されるものでなく、スリップリングは、2つ以下であっても、4つ以上であってもよい。さらに、各スリップリングに接触するブラシ32も3つに限定されるものでなく、2つ以下であっても、4つ以上であってもよい。
また、実施の形態に係るスリップリング装置30は、ダブルロータ型の回転電機1に搭載されるものに限定されず、いかなる回転電機に設けられてもよい。
また、車両制御装置100において、回転電機1は、ダブルロータ型に限定されず、別個の2つの回転電機から構成されてもよい。
また、車両制御装置100は、ハイブリッド自動車への搭載に限定されるものでなく、建設機械、ディーゼル機関車等のガソリンエンジン及びディーゼルエンジンなどの内燃機関と回転電機とを動力とする機械に搭載してもよい。
In the
Further, the
Moreover, in the
Further, the
1 回転電機、2 インナーモータ(第一回転電機)、3 アウターモータ(第二回転電機)、11 モータカバー(ケース)、12 エンドカバー(ケース)、13 第一収容空間、21 内側ロータ(回転子)、21a 三相巻線、30 スリップリング装置、31 スリップリング、32 ブラシ、38 温度センサ(温度検出部)、39 ヒータコイル(加熱装置)、41 回転センサ(回転速度検出部)、55 潤滑油(冷却用液体)、101 内燃機関、106 車両駆動機構、109 ECU(制御部)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotating electrical machine, 2 Inner motor (1st rotating electrical machine), 3 Outer motor (2nd rotating electrical machine), 11 Motor cover (case), 12 End cover (case), 13 1st accommodation space, 21 Inner rotor (rotor) ), 21a Three-phase winding, 30 slip ring device, 31 slip ring, 32 brush, 38 temperature sensor (temperature detection unit), 39 heater coil (heating device), 41 rotation sensor (rotation speed detection unit), 55 lubricating oil (Cooling liquid), 101 internal combustion engine, 106 vehicle drive mechanism, 109 ECU (control unit).
Claims (5)
前記スリップリングに接触して設けられる導電性のブラシと、
前記スリップリング及び前記ブラシを収容する収容空間を含み且つ前記収容空間内に冷却用液体を含むケースと、
前記冷却用液体の温度を検出する温度検出部と、
前記ブラシへの通電を制御し且つ前記温度検出部から検出された温度情報を受け取るように構成された制御部と
を備えるスリップリング装置であって、
前記制御部は、前記冷却用液体の温度が第一所定温度未満の場合に前記ブラシへの通電を実施しないスリップリング装置。 A conductive slip ring rotatable about an axis;
A conductive brush provided in contact with the slip ring;
A case including a storage space for storing the slip ring and the brush and including a cooling liquid in the storage space;
A temperature detector for detecting the temperature of the cooling liquid;
A slip ring device comprising: a controller configured to control energization of the brush and receive temperature information detected from the temperature detector;
The control unit is a slip ring device that does not energize the brush when the temperature of the cooling liquid is lower than a first predetermined temperature.
前記制御部は、
前記回転速度検出部から検出された回転速度情報を受け取るように構成され、
前記冷却用液体の温度が前記第一所定温度以上第二所定温度以下の場合、前記スリップリングの回転速度が所定回転速度以下であれば、前記ブラシへの通電を実施する請求項1に記載のスリップリング装置。 A rotation speed detector for detecting the rotation speed of the slip ring;
The controller is
Configured to receive rotation speed information detected from the rotation speed detector;
2. The power supply to the brush according to claim 1, wherein when the temperature of the cooling liquid is equal to or higher than the first predetermined temperature and equal to or lower than a second predetermined temperature, the brush is energized when the rotational speed of the slip ring is equal to or lower than the predetermined rotational speed. Slip ring device.
内燃機関と、
前記内燃機関及び車両駆動機構との間で駆動力の伝達ができるように設けられる第一回転電機と、
前記車両駆動機構との間で駆動力の伝達ができるように設けられる第二回転電機と
を備える車両制御装置であって、
前記スリップリング装置の前記スリップリングは、前記第一回転電機における巻線を含む回転子と一体に回転するように設けられ且つ前記巻線に電気的に接続され、
前記内燃機関は、互いに駆動力を伝達できるように前記回転子に接続され、
前記制御部は、前記冷却用液体の温度が第三所定温度未満の場合、前記回転子の回転駆動力を用いた前記内燃機関の始動のための前記ブラシを介した前記回転子への通電を実施せず、
前記第三所定温度は、前記第一所定温度以上前記第二所定温度未満の温度である車両制御装置。 The slip ring device according to any one of claims 1 to 3,
An internal combustion engine;
A first rotating electrical machine provided so as to be able to transmit a driving force between the internal combustion engine and the vehicle drive mechanism;
A vehicle control device comprising a second rotating electrical machine provided so as to be able to transmit a driving force to and from the vehicle drive mechanism,
The slip ring of the slip ring device is provided to rotate integrally with a rotor including a winding in the first rotating electrical machine and is electrically connected to the winding;
The internal combustion engine is connected to the rotor so as to transmit driving force to each other;
When the temperature of the cooling liquid is lower than a third predetermined temperature, the control unit energizes the rotor via the brush for starting the internal combustion engine using the rotational driving force of the rotor. Not implemented,
The vehicle control apparatus, wherein the third predetermined temperature is a temperature not lower than the first predetermined temperature and lower than the second predetermined temperature.
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WO2020148952A1 (en) * | 2019-01-16 | 2020-07-23 | ミネベアミツミ株式会社 | Motor and rotating device |
FR3124041A1 (en) * | 2021-06-11 | 2022-12-16 | Psa Automobiles Sa | TRANSMISSION SYSTEM WITH INTEGRATED COLLECTOR BRUSHES, WHEEL AND VEHICLE BASED ON SUCH A SYSTEM |
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