JP2016149866A - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシの収容空間への冷却用流体の導入及び排出と省スペース化とを可能にする車両用回転電機を提供する。
【解決手段】車両用回転電機１００は、ブラシ５３及びスリップリング５２を含むスリップリング装置５０の第一収容空間４並びに内側ロータ２１の第二収容空間５を区画形成するモータケース１及び２と、第二モータケース２の開口端部２ｃ１を塞ぐエンドカバー３と、スリップリング装置５０の周囲を囲むようにしてエンドカバー３から延出する保持部材５７とを備える。保持部材５７は、スリップリング装置５０を含む内側空間部４ａと、保持部材５７を挟んで内側空間部４ａに隣接する外側空間部４ｂとを区画形成する。エンドカバー３は、その外部及び内側空間部４ａを連通し且つ冷却用流体が流通可能な導入路３ｃを含み、第二モータケース２は、その外部及び外側空間部４ｂを連通し且つ冷却用流体が流通可能な導出路２ｄを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載される車両用回転電機に関する。

回転電機では、例えば、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、電気機器と回転電機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、摩擦によって発熱する。ブラシ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。この結果、ブラシの耐久性が著しく低下するのを抑えるために、ブラシを冷却する技術が提案されている。

例えば特許文献１には、スリップリング及びブラシによって通電を行うスリップリング装置を備えた、車両搭載用の充電発電機が記載されている。この充電発電機は、車両前方に向けて設けられた冷却風導入路を介して車両走行風を冷却風として充電発電機の内部に導入するように構成されている。さらに、この充電発電機では、その後端に設けられた吸気カバー内に隔壁が設けられ、この隔壁によって、冷却風を必要箇所に案内する複数の分流路が区画形成されている。そして、分流路は、冷却風導入路に連通している。

特開平９−１３１０１８号公報

充電発電機すなわちオルタネータでは、冷却風を排出するために、複数のスリット状の開口が、そのハウジングに周方向に沿って配置されるように形成されている。このため、ハウジングは、開放型の形態を呈している。一方、モータの機能を有するような回転電機では、ブラシの摺動部に侵入することでブラシの摩耗を促進する異物の侵入を防ぐために、スリップリング装置のハウジングを密閉構造にする必要がある。このため、このような回転電機のスリップリング装置では、密閉構造のハウジングに対して冷却風等の冷却用流体の導入及び排出が可能な構造が要求される。また、近年、回転電機は、ハイブリッド自動車等の車両に搭載されるが、限られたスペース内に搭載される必要があるため、搭載スペースの低減も要求されている。

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、ハウジング内の密閉されたブラシの収容空間に冷却用流体を導入及び排出することができ且つ省スペース化を可能にする車両用回転電機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る車両用回転電機は、回転軸と、回転軸と共に回転可能な回転子とを備え、車両に搭載される車両用回転電機において、導電性を有するブラシと、回転軸と共に回転しつつ回転子に対して電気的に接続されると共にブラシと接触する導電性を有するスリップリングとを含むスリップリング装置と、スリップリング装置を収容する第一収容空間と、回転子を収容する第二収容空間とを区画形成して含み、軸受を介して回転子を回転可能に支持するハウジングと、第一収容空間から回転軸の軸方向に開口するハウジングの開口部を塞ぐカバーと、第一収容空間及び第二収容空間にわたって延在する回転軸と第一収容空間及び第二収容空間を区分けするハウジングの壁部との間に配設され、第一収容空間及び第二収容空間の間を封止するシールと、スリップリング装置の周囲を囲むようにしてカバーから第一収容空間内に延出し、第一収容空間を部分的に仕切る仕切壁とを備え、仕切壁は、第一収容空間を仕切ることによって、スリップリング装置を含む内側空間部と、仕切壁を挟んで内側空間部に隣接して位置し且つ内側空間部に連通する外側空間部とを区画形成し、カバーは、カバーの外部及び内側空間部を連通する第一流路を含み、ハウジングは、ハウジングの外部及び外側空間部を連通する第二流路を含み、第一流路、内側空間部、外側空間部及び第二流路には、ブラシの冷却用流体が流通可能である。

第二流路は、ハウジングにおける回転軸の径方向の位置に配置されてよい。
第一流路は、カバー内で、回転軸の径方向の平面に沿って延在し、カバーから内側空間部に、回転軸の周囲を囲む溝状の形態で開口してよい。
仕切壁は、回転軸の軸方向に延び且つ一端で開放した筒状の形状を有してよい。

本発明に係る車両用回転電機によれば、密閉されたブラシの収容空間に冷却用流体を導入及び排出すること、並びに、省スペース化することが可能になる。

本発明の実施の形態に係る車両用回転電機の構成を示す模式断面側面図である。 図１のブラシアセンブリの分解斜視図である。 図１の回転電機のエンドカバーの詳細を示す斜視図である。

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車両用回転電機１００の構成を説明する。なお、本実施の形態では、車両用回転電機１００は、ハイブリッド自動車に搭載され、ハイブリッド自動車のガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関及び駆動部に機械的に接続されるものとして説明する。

図１を参照すると、車両用回転電機１００は、三相交流電力が印加されるダブルロータ型の回転電機を構成する。車両用回転電機１００は、図示しない外部のインバータ等の電気機器に対して電力の受電及び給電を行うためのスリップリング装置５０を備えている。
車両用回転電機１００は、その筐体として、略円筒状の第一モータケース１と、一部が筒状である第二モータケース２と、円板状のエンドカバー３とを備えている。第二モータケース２は、第一モータケース１の開口端部１ａを塞ぐように第一モータケース１に取り付け及び固定されている。エンドカバー３は、第二モータケース２の開口端部２ｃ１を塞ぐように第二モータケース２に取り付け及び固定されている。
ここで、第一モータケース１及び第二モータケース２は、ハウジングを構成し、エンドカバー３は、カバーを構成している。

第二モータケース２は、第一モータケース１の開口端部１ａに固定される板状のフランジ部２ａと、フランジ部２ａの中央付近の開口部から第一モータケース１内に向かって延在する円筒状の筒部２ｂと、筒部２ｂと反対側でフランジ部２ａから突出する環状の突出縁部２ｃとを含む。エンドカバー３は、ボルト１０によって突出縁部２ｃに留め付けられ、突出縁部２ｃの開口端部２ｃ１を気密に塞ぐ。

エンドカバー３、筒部２ｂ及び突出縁部２ｃの内側には、スリップリング装置５０のスリップリング５２、ブラシ５３等を収容する第一収容空間４が形成される。第一モータケース１及び第二モータケース２の内側且つ筒部２ｂの外側に、車両用回転電機１００の内側ロータ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５が形成される。ここで、内側ロータ２１は回転子を構成している。
なお、車両用回転電機１００において、円筒状の外側ロータ２２は、円筒状の内側ロータ２１の外周を囲むように配設され、円筒状のステータ２３は、外側ロータ２２の外周を囲むように配設されている。さらに、内側ロータ２１及び外側ロータ２２は、同軸上で互いに相対的に回転できるように構成され、ステータ２３は、第一モータケース１に固定されている。

第一収容空間４から第二収容空間５にわたって筒部２ｂの円筒軸方向に沿って延在する車両用回転電機１００の回転シャフト６が、設けられている。回転シャフト６は、第一収容空間４内の第二収容空間５側の部位に他の部位よりも径が拡大した拡径部６ａを含んでいる。ここで、回転シャフト６は、回転軸を構成している。

第二モータケース２の筒部２ｂには、その径方向内側の内周面２ｂ１から回転シャフト６に向かって突出する円環板状の隔壁部２ｂ２が一体成形されている。隔壁部２ｂ２は、回転シャフト６を外周方向に沿って囲むように延在している。
さらに、隔壁部２ｂ２に対してフランジ部２ａと反対側に、筒部２ｂの内周面２ｂ１と回転シャフト６の拡径部６ａとの間に、輪状のシール部材８が配設されている。シール部材８は、第二収容空間５に対して第一収容空間４を気密に封止する。これにより、第一収容空間４は、密閉された空間を形成する。シール部材８は、スリップリング５２よりも径方向外方に位置している。そして、隔壁部２ｂ２及び拡径部６ａは、シール部材８の近傍で、第一収容空間４の断面積を小さく絞っている。

さらに、第二収容空間５内に延びる回転シャフト６の端部６ｂには、内側ロータ２１の内側ロータ支持部材２１ｃが、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６と同軸上に配置されている。
内側ロータ支持部材２１ｃは、回転シャフト６の端部６ｂから回転シャフト６と同軸に突出する円筒状の入力軸部２１ｃａと、筒部２ｂ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、入力軸部２１ｃａの径方向に延在して入力軸部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。

入力軸部２１ｃａの内周面には、車両用回転電機１００を搭載するハイブリッド自動車の内燃機関から延びる駆動軸７０が、互いに回転駆動力を伝達できるように嵌合している。
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を支持し、内側ロータコア２１ｂと一体に回転する。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。
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２ａ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。

また、第二収容空間５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。
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２ａ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。

第一外側ロータ支持部材２２ｃは、入力軸部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６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内を駆動軸７０が通る。
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２ａによって回転自在に支持されている。

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、入力軸部２１ｃａに対して外側で、つまり、回転シャフト６及び内側ロータ２１に対して外側で、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、車両用回転電機１００を搭載するハイブリッド自動車を走行させるための図示しない駆動部に、互いに回転駆動力を伝達できるように機械的に接続されている。
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。

また、第二収容空間５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、第一モータケース１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。ステータ２３の三相巻線２３ａは、車両用回転電機１００の外部に設けられた図示しないインバータ等の電気機器に電気的に接続されている。

また、第一収容空間４内において、金属製の回転シャフト６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円筒状の絶縁部材５４によって覆われている。さらに、第一収容空間４内において、隔壁部２ｂ２よりもフランジ部２ａ側の絶縁部材５４の周りに、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５２が埋め込まれている。３つのスリップリング５２は、同形状であり、回転シャフト６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５２は、その径方向外側の外周面を絶縁部材５４から露出させている。

また、絶縁部材５４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５５が、回転シャフト６の軸方向に沿って延在するように埋め込まれている。３つのバスバー５５はそれぞれ、絶縁部材５４によって、互いから電気的に絶縁されると共に回転シャフト６から電気的に絶縁されている。３つのバスバー５５はそれぞれ、３つのスリップリング５２のうちの互いに異なる１つのスリップリング５２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５２はそれぞれ、絶縁部材５４によって、互いから電気的に絶縁され、電気的に接続されていないバスバー５５から電気的に絶縁され、且つ、回転シャフト６から電気的に絶縁されている。

図１及び図２をあわせて参照すると、第一収容空間４内において、３つのスリップリング５２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５３が接触するようにして配設されている。３つのブラシ５３は、１つのスリップリング５２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。

第一収容空間４内では、スリップリング５２のそれぞれに対して、スリップリング５２の径方向に沿って延在し且つブラシ５３を保持する円環板状のホルダプレート５６が配設されている。各ホルダプレート５６は、その径方向内側の内周縁５６ａ全体とスリップリング５２及び絶縁部材５４との間に間隙を有するように、配置されている。各ホルダプレート５６は、ホルダプレート５６を介してブラシ５３に電力を供給できるように、導電性を有する材料で形成されている。

さらに、第一収容空間４内では、筒状の保持部材５７が配設されており、エンドカバー３における第一収容空間４側の表面３ａから隔壁部２ｂ２の手前まで回転シャフト６の軸方向に沿って回転シャフト６を囲むように延在している。ここで、保持部材５７は、仕切壁を構成している。
保持部材５７は、隔壁部２ｂ２側に位置する円筒部５７ａと、エンドカバー３に向かって円筒部５７ａから連続して延在し且つ表面３ａ上の図示しない溝に嵌合する円錐台状の拡大筒部５７ｂとを一体に含んでいる。さらに、３つのホルダプレート５６が、円筒部５７ａの内側で互いに間隔をあけて配置されている。
そして、保持部材５７は、第一収容空間４を、保持部材５７の内側の内側空間部４ａと保持部材５７の外側の外側空間部４ｂとに区分する。内側空間部４ａは、３つのホルダプレート５６を含み且つ回転シャフト６を中心におく。外側空間部４ｂは、保持部材５７を挟んで内側空間部４ａと反対側の外周側に位置すると共に、円筒部５７ａの開放した円筒端部５７ａ１の位置で内側空間部４ａに連通する。すなわち、保持部材５７は、第一収容空間４を部分的に仕切る。

各スリップリング５２に接触する３つのブラシ５３はそれぞれ、ホルダプレート５６上に配設された３つのブラシホルダ５８によって、スリップリング５２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。
さらに、各ブラシホルダ５８内のブラシ５３は、ホルダプレート５６上に配設された巻きバネ５９によって、スリップリング５２に押し付けられている。

各ホルダプレート５６の外周縁には、３つの半円状の凹部５６ｂが径方向内側に向かって形成されている。３つの凹部５６ｂは、ホルダプレート５６の外周縁に沿って等間隔に配置されている。
３つのホルダプレート５６は、凹部５６ｂに嵌合する３つの筒状のブラケット部材６０によって、互いに等間隔をあけた状態で保持される。各ブラケット部材６０は、電気的な絶縁性を有し且つ熱伝導性の良好な材料から形成され、例えば樹脂から形成されている。

各ブラケット部材６０の筒状の外周面上には、ブラケット部材６０の軸方向に垂直に且つ外周に沿って延在する３つの嵌合溝６０ａが、互いに軸方向に等間隔をあけて形成されている。さらに、金属製の円筒状のカラー６０ｂが、各ブラケット部材６０の貫通穴に挿入されて嵌合し、カラー６０ｂの両端部をブラケット部材６０の両端から突出させている。

各ホルダプレート５６の凹部５６ｂを、３つのブラケット部材６０の嵌合溝６０ａ内に嵌め込むことによって、３つのホルダプレート５６は、互いに等間隔をあけた状態でブラケット部材６０に保持される。そして、ブラケット部材６０の軸方向で３つのホルダプレート５６をみたとき、３つのホルダプレート５６の３つのブラシホルダ５８は、互いに重なるようには一直線上に並んで位置している。

保持部材５７では、円筒部５７ａと拡大筒部５７ｂとの境界部分において、径方向内側に向かって突出する３つの板状の固定リブ５７ｃが一体成形されている。各固定リブ５７ｃには、これを貫通する貫通孔５７ｃ１が形成されている。３つの固定リブ５７ｃは、円筒部５７ａの周方向に沿って等間隔に配置されており、３つの貫通孔５７ｃ１は、ホルダプレート５６と嵌合した３つのブラケット部材６０のカラー６０ｂの貫通孔６０ｃと整合する位置にある。
また、第二モータケース２の隔壁部２ｂ２には、回転シャフト６の軸方向に沿って延在する３つの雌ねじ穴２ｂ３が、回転シャフト６の周方向に沿って等間隔に配置されている。３つの雌ねじ穴２ｂ３は、ホルダプレート５６と嵌合した３つのブラケット部材６０のカラー６０ｂの貫通孔６０ｃと整合する位置にある。

３つのホルダプレート５６を保持する各ブラケット部材６０は、保持部材５７の固定リブ５７ｃの貫通孔５７ｃ１を通り且つそれぞれのカラー６０ｂの貫通孔６０ｃを通るボルト６１を雌ねじ穴２ｂ３に締結することによって、隔壁部２ｂ２に留め付けられる。留め付け時、カラー６０ｂは、ボルト６１の締結力を支持する。つまり、３つのボルト６１によって、保持部材５７、３つのブラケット部材６０及び３つのホルダプレート５６が、隔壁部２ｂ２に固定される。そして、固定された各ホルダプレート５６には、回転電機１００の外部から第一収容空間４内に延びる図示しないリード線が接続され、それにより、各ブラシ５３が、ホルダプレート５６及びリード線を通じて回転電機１００の外部の図示しない電気機器に電気的に接続される。

ブラシ５３、ブラシホルダ５８、ホルダプレート５６、巻きバネ５９、ブラケット部材６０及び保持部材５７は、１つのブラシアセンブリ５１を構成している。よって、第一収容空間４内へのブラシ５３の配設は、エンドカバー３を取り外した状態でブラシアセンブリ５１を組み付けることよって、実施される。
ブラシアセンブリ５１、スリップリング５２、絶縁部材５４及びバスバー５５は、スリップリング装置５０を構成している。

図１及び図３をあわせて参照すると、エンドカバー３の円形状の表面３ａ上の中心には、円環状の回転センサ９が、埋め込まれている。この回転センサ９の中心開口に回転シャフト６の端部６ｃが嵌入している。さらに、エンドカバー３の径方向側方の外縁から端子９ａが突出しており、この端子９ａは、エンドカバー３の内部を通るケーブル９ｂを介して回転センサ９に電気的に接続されている。回転センサ９は、回転シャフト６の回転角度を検知し、検知した回転角度を端子９ａに接続された外部機器に出力する。回転センサ９として、レゾルバや光学式または磁気式のエンコーダを使用することができる。

さらに、エンドカバー３の表面３ａ上には、第一収容空間４の内側空間部４ａ内に開口する円弧状溝３ｂが、形成されている。円弧状溝３ｂは、回転センサ９の径方向外側の周囲を囲むように延在し、回転シャフト６の軸方向に開口している。つまり、円弧状溝３ｂは、エンドカバー３の表面３ａ上で、保持部材５７の拡大筒部５７ｂの内側で開口する。
円弧状溝３ｂは、円板状のエンドカバー３の径方向側方の外縁の開口３ｃ１から径方向内側に向かってエンドカバー３内を延在する導入路３ｃに連通している。導入路３ｃは、エンドカバー３の径方向の平面に沿って延在している。そして、導入路３ｃは、送風装置３０から送られる冷却用流体としての空気を円弧状溝３ｂを介して内側空間部４ａ内に供給できるように構成されている。エンドカバー３の径方向での円弧状溝３ｂの断面積は、導入路３ｃの流路断面積以上となるように構成されている。このため、導入路３ｃを通って円弧状溝３ｂ内に供給される冷却用流体である空気は、円弧状溝３ｂによって流路断面が絞られるような作用を受けることなく、円弧状溝３ｂ内に沿って流れることができる。つまり、円弧状溝３ｂ内に供給される空気は、円弧状溝３ｂ内に沿って流れつつ円弧状溝３ｂの全体から内側空間部４ａ内に流出する。ここで、導入路３ｃは、第一流路を構成している。

なお、円弧状溝３ｂは、回転シャフト６の軸方向でみたとき、ブラシ５３よりも径方向外側に位置し、より好ましくは、保持部材５７の円筒部５７ａよりも径方向外側に位置している。ブラシ５３の摩耗粉は重力方向の下方にたまり易い、すなわち、円筒部５７ａの底部にたまり易い。さらに、導入路３ｃは、車両用回転電機１００が設置されたときに、円弧状溝３ｂへの開口３ｃ２の少なくとも一部が、重力方向で回転シャフト６よりも下方に位置するように構成されている。これにより、開口３ｃ２近辺の強い流れを伴った冷却用空気が、保持部材５７の内側の下部に供給される。上述の構成によって、円弧状溝３ｂから流入した冷却用空気は、円筒部５７ａの底部上の摩耗粉を下方から吹き払うようにして効果的に除去することができる。

また、第二モータケース２の突出縁部２ｃには、外側空間部４ｂを第二モータケース２の外部に連通する導出路２ｄが、形成されている。導出路２ｄは、円環状の突出縁部２ｃを径方向に貫通して延在している。ここで、導出路２ｄは、第二流路を構成している。
導出路２ｄは、車両用回転電機１００が設置されたときに、外側空間部４ｂ内への開口２ｄ１が重力方向で保持部材５７よりも下方に位置し、第二モータケース２の外部への開口２ｄ２が重力方向の下方に向くように、構成されている。さらに、導出路２ｄの開口２ｄ１は、車両用回転電機１００が設置されたときに、重力方向で外側空間部４ｂ内の最も下方の位置で開口するように構成されるのが好ましい。

よって、第一収容空間４内では、保持部材５７によって回転シャフト６の軸方向に沿った往復流路が形成される。この往復流路は、円弧状溝３ｂから内側空間部４ａを通って流れた後、隔壁部２ｂ２で向きを反転し、外側空間部４ｂを通って導出路２ｄに至る流路である。

次いで、本発明の実施の形態に係る車両用回転電機１００の動作を説明する。
図１〜図３をあわせて参照すると、車両用回転電機１００において、図示しない電気機器からスリップリング装置５０のホルダプレート５６を介して各ブラシ５３に三相交流電流が供給されると、供給された電流は、各スリップリング５２及び各バスバー５５を通って、内側ロータ２１の三相巻線２１ａに供給される。三相巻線２１ａを流れる電流は回転磁界を発生し、この回転磁界が外側ロータ２２の永久磁石２２ａに生じさせる電動トルクによって、外側ロータ２２が回転駆動される。これにより、外側ロータ２２は出力軸部２２ｃａに機械的に接続されたハイブリッド自動車の図示しない駆動部を回転駆動する。

また、回転シャフト６が駆動軸７０及び入力軸部２１ｃａを介して図示しない内燃機関から回転駆動力を受けると内側ロータ２１と共に回転し、それに伴い、内側ロータ２１の三相巻線２１ａには、外側ロータ２２の永久磁石２２ａが発生する磁界の作用によって、誘導電流が発生する。発生した誘導電流は、各バスバー５５及び各スリップリング５２を通って、各ブラシ５３に供給され、さらにブラシ５３に電気的に接続された電気機器に供給される。

上述のようにスリップリング５２及びブラシ５３の間で電流が流れ、スリップリング５２が回転シャフト６と共に回転すると、ブラシ５３は、内部を流れる電流によって発熱すると共に、スリップリング５２との間の摩擦によって発熱する。
さらに、内側ロータ２１が回転することによってベアリング２４が発熱し、第二モータケース２の温度が上昇する。外側ロータ２２が回転することによってもベアリング２６が発熱し、第二モータケース２の温度が上昇する。これにより、第一収容空間４内の温度が上昇し、ブラシ５３の昇温が促進される。

このため、送風装置３０が起動され、冷却用流体である空気による冷却風がエンドカバー３の導入路３ｃに強制的に送られる。
導入路３ｃ内の冷却風は、円弧状溝３ｂ内に流入し、円弧状溝３ｂ内を流れつつ第一収容空間４の内側空間部４ａ内に流入する。このとき、冷却風は、円弧状溝３ｂ全体から流出することで保持部材５７の内側の径方向断面全体にわたって流入し、その流入方向も、回転シャフト６の軸方向に沿う向きとなる。

保持部材５７の内側の冷却風は、保持部材５７に案内されてその延在方向である回転シャフト６の軸方向に沿って隔壁部２ｂ２に向かって流れる。この過程では、冷却風は、各ホルダプレート５６の内周縁５６ａと絶縁部材５４及びスリップリング５２との間を通って流れる。
冷却風は、内周縁５６ａと絶縁部材５４及びスリップリング５２との間に流入する過程でその流路断面を大きく減少させて流速を大幅に増加させ、スリップリング５２とブラシ５３との接触箇所に吹き付ける。

エンドカバー３の外部から内側空間部４ａに導入された新鮮な冷却風は、熱交換を行っておらず低温であり且つ高い流速を有するため、ブラシ５３を効果的に冷却すると共に、摺動する過程で発生したブラシ５３の摩耗粉を吹き飛ばす。さらに、導入路３ｃの開口３ｃ２の少なくとも一部が回転シャフト６よりも下方に位置しているため、冷却風は、保持部材５７の内側の底部上に落下したブラシ５３の摩耗粉も効果的に吹き飛ばす。
３つのホルダプレート５６を通過した冷却風は、保持部材５７の内部から外部に流出し、隔壁部２ｂ２に衝突して径方向外側に流れ方向を変えた後、さらにエンドカバー３に向かうように流れ方向を変える。つまり、冷却風は、隔壁部２ｂ２に衝突することによってその流れ方向を１８０°変える。
そして、冷却風は、保持部材５７の外側を保持部材５７に沿って流れ、次いでエンドカバー３の近傍で保持部材５７上を周方向に沿って下方に流れたのち、導出路２ｄを通って第二モータケース２の外部に流出する。また、冷却風によって保持部材５７の内側から外側にはき出されたブラシ５３の摩耗粉は、冷却風と重力との作用によって、導出路２ｄに向かって集積される。

また、隔壁部２ｂ２に最も近い位置のホルダプレート５６を通過後に流路断面積を急激に増大させるため、冷却風は、その流速を大幅に低下させて隔壁部２ｂ２に向かって流れる。このため、冷却風の大部分は、隔壁部２ｂ２及び絶縁部材５４の間の狭い隙間内に流入せずに、隔壁部２ｂ２上に沿って径方向外側に向かって流れる。さらに、このように流れる冷却風は、吹き飛ばしたブラシ５３の摩耗粉を伴って、保持部材５７の外側へと向かう。これにより、シール部材８への摩耗粉の侵入が抑えられ、シール部材８の封止性能を高く維持することができる。

このように、本発明の実施の形態に係る車両用回転電機１００は、回転シャフト６と、内側ロータ２１と、ブラシ５３及びスリップリング５２を含むスリップリング装置５０と、スリップリング装置５０の第一収容空間４並びに内側ロータ２１の第二収容空間５を区画形成して含むモータケース１及び２と、第一収容空間４から回転シャフト６の軸方向に開口する第二モータケース２の開口端部２ｃ１を塞ぐエンドカバー３と、回転シャフト６と第二モータケース２の筒部２ｂとの間に配設され且つ第一収容空間４及び第二収容空間５の間を封止するシール部材８と、スリップリング装置５０の周囲を囲むようにしてエンドカバー３から第一収容空間４内に延出し且つ第一収容空間４を部分的に仕切る保持部材５７とを備える。ここで、第二モータケース２の筒部２ｂは、ハウジングの壁部を構成している。そして、第二モータケース２は、ベアリング２４を介して内側ロータ２１を回転可能に支持する。保持部材５７は、スリップリング装置５０を含む内側空間部４ａと、保持部材５７を挟んで内側空間部４ａに隣接して位置し且つ内側空間部４ａに連通する外側空間部４ｂとを区画形成する。エンドカバー３は、エンドカバー３の外部及び内側空間部４ａを連通する導入路３ｃを含み、第二モータケース２は、第二モータケース２の外部及び外側空間部４ｂを連通する導出路２ｄを含む。導入路３ｃ、内側空間部４ａ、外側空間部４ｂ及び導出路２ｄには、ブラシ５３の冷却用流体である空気が流通可能である。

上述の構成において、第一収容空間４は、密閉された空間を形成する。第一収容空間４内では、導入路３ｃ、内側空間部４ａ、外側空間部４ｂ及び導出路２ｄを順次通る保持部材５７の内外に沿った一方通行の往復流路が形成される。冷却用流体は、内側空間部４ａ及び外側空間部４ｂ内を流通してブラシ５３を冷却すると共にブラシ５３の摩耗粉を除去する。さらに、内側空間部４ａ及び外側空間部４ｂでは、ブラシ５３と熱交換を行う前と後の冷却用流体が、互いに接触しないため、ブラシ５３に低い温度の冷却用流体を供給することができると共に、除去した摩耗粉がブラシ５３に付着したり周辺で滞留したりすることを防ぐことができる。

また、エンドカバー３には、導入路３ｃ及び導出路２ｄのうちの導入路３ｃのみが設けられるため、導入路３ｃ及び導出路２ｄの両方をエンドカバー３に設ける場合に比べてエンドカバー３の小型化が可能になる。
導出路２ｄを第二モータケース２に設けることによって、回転電機１００の外部から導出路２ｄに接続される配管を、エンドカバー３から回転シャフト６の軸方向への領域に配置する必要がなくなる。よって、回転シャフト６の軸方向での配管スペースが低減する。従って、回転シャフト６の軸方向での車両用回転電機１００の省スペース化が可能になる。
また、導出路２ｄを第二モータケース２に設けることによって、第二モータケース２を冷却することができる。
また、第二モータケース２のベアリング２６に近接する位置に導出路２ｄを設けているため、冷却用流体の導出路２ｄの通過に伴い、回転電機１００の回転子としての外側ロータ２２を支持するベアリング２６を冷却することも可能となっている。従って、第二収容空間５内においてベアリング２６等の冷却のために放熱用の空間を余計に確保する必要がなく、第一モータケース１及び第二モータケース２内に各部品をコンパクトに配置することが可能となり、車両用回転電機１００の小型化が可能になる。

また、車両用回転電機１００において、導出路２ｄは、第二モータケース２における回転シャフト６の径方向の位置に配置される。これにより、回転シャフト６の軸方向での第二モータケース２の長さが、導出路２ｄを設けることによって増大するのが抑えられる。さらに、回転電機１００の外部から導出路２ｄに接続する配管を、回転シャフト６の径方向の位置で導出路２ｄに接続し回転シャフト６の径方向に延在させることができる。よって、回転シャフト６の軸方向の配管スペースが削減されるため、回転シャフト６の軸方向での車両用回転電機１００の省スペース化が可能になる。
なお、導出路２ｄの形成位置は、実施の形態に記載される第二モータケース２の突出縁部２ｃに限定されず、フランジ部２ａであってもよく、筒部２ｂであってもよい。

また、車両用回転電機１００において、導入路３ｃは、エンドカバー３内で、回転シャフト６の径方向の平面に沿って延在し、エンドカバー３から内側空間部４ａに、回転シャフト６の周囲を囲む溝状の形態の円弧状溝３ｂで開口する。上記構成において、エンドカバー３の外部から導入路３ｃに接続する配管を、回転シャフト６の径方向の位置で導入路３ｃに接続して回転シャフト６の径方向に延在させることができる。よって、回転シャフト６の軸方向の配管スペースが削減されるため、回転シャフト６の軸方向での車両用回転電機１００の省スペース化が可能になる。さらに、導入路３ｃ及び円弧状溝３ｂの断面を回転シャフト６の径方向に幅広になるように形成することによって、回転シャフト６の軸方向での導入路３ｃ及び円弧状溝３ｂの高さが抑えられる。これにより、エンドカバー３の回転シャフト６の軸方向の厚さを低減できる。
また、導入路３ｃの開口を円弧状溝３ｂとすることによって、内側空間部４ａの径方向断面全体にわたって、円弧状溝３ｂから冷却用流体を導入することができる。

また、車両用回転電機１００において、保持部材５７は、回転シャフト６の軸方向に延び且つ一端で開放した筒状の形状を有する。上記構成において、保持部材５７は、内側空間部４ａ内において、スリップリング５２及び回転シャフト６の軸方向に沿って流れるように冷却用流体を案内する。よって、冷却用流体は、スリップリング５２の側方からその全体に流れてスリップリング５２及びブラシ５３を効果的に冷却すると共に、ブラシ５３とスリップリング５２との間のブラシ５３の摩耗粉を効果的に除去することができる。

また、実施の形態に係る車両用回転電機１００において、導入路３ｃは、エンドカバー３の外部から内側空間部４ａ内へ冷却用流体を導入するように構成され、導出路２ｄは、外側空間部４ｂから第二モータケース２の外部へ冷却用流体を導出するように構成されている。このとき、内側空間部４ａには、第一収容空間４内で熱交換をまだ行っていない新鮮な冷却用流体が常に導入されるため、ブラシ５３は、温度が低い冷却用流体によって効果的に冷却されると共に摩耗粉が除去される。
さらに、円弧状溝３ｂの位置及び開口方向を調節することによって内側空間部４ａへの冷却用流体の流入位置及び流入方向を調節することもできる。これによって、冷却用流体をブラシ５３に効率的に導入することができる。また、重力の作用によって保持部材５７内に落下したブラシ５３の摩耗粉は、冷却用流体によって移動させられて内側空間部４ａから外側空間部４ｂの底部にさらに落下させられる。よって、ブラシ５３を含む内側空間部４ａ内に滞留する摩耗粉を低減することができる。

また、実施の形態に係る車両用回転電機１００は、導出路２ｄが重力方向の下方に位置するように配置されていたが、車両用回転電機１００の向きはこれに限定されない。
導出路２ｄが導入路３ｃよりも上方に位置するように車両用回転電機１００が配置されてもよく、この場合、導出路２ｄが、第二モータケース２の外部から外側空間部４ｂへ冷却用流体を導入するように構成され、導入路３ｃが、内側空間部４ａからエンドカバー３の外部へ冷却用流体を導出するように構成されてもよい。
このとき、冷却用流体は、外側空間部４ｂを通過すると、流れ方向を変えて隔壁部２ｂ２上に沿って流れた後、さらに流れ方向を変えて内側空間部４ａ内を流れる。このため、隔壁部２ｂ２及び回転シャフト６の絶縁部材５４の間の隙間には、冷却用流体がほとんど侵入せず、さらに、侵入する冷却用流体はブラシ５３の摩耗粉を含まない。よって、シール部材８への摩耗粉の侵入を確実に防ぐことができる。

また、実施の形態に係る車両用回転電機１００のエンドカバー３では、回転センサ９のケーブル９ｂとの干渉を避けるために、環状溝から一部を除去した形状の円弧状溝３ｂが形成されている。しかしながら、導入路３ｃの開口としての溝の平面形状は、円状、楕円状、多角形状又はこれらから一部を除去した形状等のいかなる形状であってもよい。
また、実施の形態に係る車両用回転電機１００では、冷却用流体として空気を使用していたが、これに限定されない。冷却用流体は、流動性を有する流体であればよいため、冷媒等の空気以外の気体であってもよく、ミストであってもよい。又は、冷却用流体は、有機媒体、フッ素系液体、ハイブリッド自動車の潤滑油、ハイブリッド自動車のオートマチックトランスミッションフルード、その他の油脂、水等の液体であってもよく、粉体であってもよい。冷却用流体として、導電性を有しないものがより好ましい。

また、実施の形態に係る車両用回転電機１００では、スリップリング装置５０に３つのスリップリング５２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５３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、実施の形態に係る車両用回転電機１００では、内側ロータ２１及びステータ２３に三相巻線が設けられ、外側ロータ２２に永久磁石が設けられていたが、三相巻線及び永久磁石の配置構成は、これに限定されない。

また、実施の形態に係る車両用回転電機１００は、ダブルロータ型の回転電機であったが、これに限定されるものでなく、スリップリング及びブラシを備えるものであれば、ロータの数を限定しない。
また、車両用回転電機１００は、ダブルロータ型の回転電機である場合でも、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。このような車両用回転電機においても、スリップリング装置５０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。

１ 第一モータケース（ハウジング）、２ 第二モータケース（ハウジング）、２ｂ 筒部（ハウジングの壁部）、２ｃ１ 開口端部（開口部）、２ｄ 導出路（第二流路）、３ エンドカバー（カバー）、３ｂ 円弧状溝（第一流路の開口）、３ｃ 導入路（第一流路）、４ 第一収容空間、４ａ 内側空間部、４ｂ 外側空間部、５ 第二収容空間、６ 回転シャフト（回転軸）、８ シール部材（シール）、２１ 内側ロータ（回転子）、２４ ベアリング（軸受）、５０ スリップリング装置、５２ スリップリング、５３ ブラシ、５７ 保持部材（仕切壁）、１００ 車両用回転電機。

Claims (4)

1. 回転軸と、
   前記回転軸と共に回転可能な回転子とを備え、車両に搭載される車両用回転電機において、
   導電性を有するブラシと、前記回転軸と共に回転しつつ前記回転子に対して電気的に接続されると共に前記ブラシと接触する導電性を有するスリップリングとを含むスリップリング装置と、
   前記スリップリング装置を収容する第一収容空間と、前記回転子を収容する第二収容空間とを区画形成して含み、軸受を介して前記回転子を回転可能に支持するハウジングと、
   前記第一収容空間から前記回転軸の軸方向に開口する前記ハウジングの開口部を塞ぐカバーと、
   前記第一収容空間及び前記第二収容空間にわたって延在する前記回転軸と前記第一収容空間及び前記第二収容空間を区分けする前記ハウジングの壁部との間に配設され、前記第一収容空間及び前記第二収容空間の間を封止するシールと、
   前記スリップリング装置の周囲を囲むようにして前記カバーから前記第一収容空間内に延出し、前記第一収容空間を部分的に仕切る仕切壁と
   を備え、
   前記仕切壁は、前記第一収容空間を仕切ることによって、前記スリップリング装置を含む内側空間部と、前記仕切壁を挟んで前記内側空間部に隣接して位置し且つ前記内側空間部に連通する外側空間部とを区画形成し、
   前記カバーは、前記カバーの外部及び前記内側空間部を連通する第一流路を含み、
   前記ハウジングは、前記ハウジングの外部及び前記外側空間部を連通する第二流路を含み、
   前記第一流路、前記内側空間部、前記外側空間部及び前記第二流路には、前記ブラシの冷却用流体が流通可能である車両用回転電機。
2. 前記第二流路は、前記ハウジングにおける前記回転軸の径方向の位置に配置される請求項１に記載の車両用回転電機。
3. 前記第一流路は、前記カバー内で、前記回転軸の径方向の平面に沿って延在し、前記カバーから前記内側空間部に、前記回転軸の周囲を囲む溝状の形態で開口する請求項１または２に記載の車両用回転電機。
4. 前記仕切壁は、前記回転軸の軸方向に延び且つ一端で開放した筒状の形状を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用回転電機。

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