JP2019062584A

JP2019062584A - 回転電機の冷却装置

Info

Publication number: JP2019062584A
Application number: JP2017182983A
Authority: JP
Inventors: 創加藤; So Kato
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2017-09-22
Publication date: 2019-04-18
Anticipated expiration: 2037-09-22
Also published as: JP6812937B2

Abstract

【課題】ロータ軸の中空部に熱媒体を供給する冷却パイプの固定状態を適切に維持できる回転電機の冷却装置を提供する。【解決手段】車両１は、フロントコンパートメントＳに搭載されたＰＣＵ２と、ＰＣＵ２から引き出されたケーブル３と、エアクリーナＡＣを保持し、ＰＣＵ２に対して距離を隔てて配置され、かつ左サイドメンバ１０に結合されたブラケット７と、ＰＣＵ２とケーブル３との接続部３ａを含むエリアＡを覆うとともに、ＰＣＵ２とブラケット７との間に配置された金属カバー５と、を備え、ブラケット７は、金属カバー５よりも曲げ耐力が低くなるように構成され、かつ金属カバー５と対面するように車両上下方向の位置が設定されている。【選択図】図２

Description

本発明は、ロータ軸の中空部を冷却する回転電機の冷却装置に関する。

電動機に設けられた中空状のロータ軸に対して、エンジンの動力が伝達される入力軸と一体回転するように結合されたオイルポンプ駆動軸が相対回転可能に挿入され、オイルポンプ駆動軸に形成された油路と、その油路と通じていて外周面に開口する供給孔とによって、ロータ軸の中空部にオイルを供給する冷却装置が知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。

特開２０１４−６０８５７号公報特開２００８−１１８７４２号公報

ロータ軸の中空部にオイル等の熱媒体を供給する方法として、熱媒体を噴出させる冷却パイプをボルト等の締結部材で固定する方法が考えられるが、振動や熱応力等の諸要因によって冷却パイプを固定する締結部材が緩むおそれがある。

そこで、本発明は、ロータ軸の中空部に熱媒体を供給する冷却パイプを適切に固定できる回転電機の冷却装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る回転電機の冷却装置は、支持部材に対して回転自在に支持された中空状のロータ軸を有する回転電機に適用される回転電機の冷却装置において、前記ロータ軸の中空部に挿入され、熱媒体を噴出させるための貫通孔が側壁に形成された冷却パイプと、前記冷却パイプに形成された雄ねじ部と前記支持部材に形成された雌ねじ部とを含み、前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とが互いに噛み合い可能なねじ機構と、を備え、前記冷却パイプは、前記ねじ機構の前記雌ねじ部と前記雄ねじ部とが噛み合った状態でねじ込まれることにより前記支持部材に取り付けられ、かつ前記貫通孔が、前記冷却パイプの径方向に対して外周側よりも内周側が前記ねじ機構を締める方向にずれるように傾けられているものである。

本発明の一形態に係る冷却装置が適用されたモータ・ジェネレータを備えた動力伝達装置を示した断面図。図１の部分拡大図。冷却パイプの斜視図。冷却パイプの正面図。図４の矢印Vaから見た状態を示した図。図４の矢印Vbから見た状態を示した図。図４のVI-VI線に関する断面を拡大した拡大断面図。冷却パイプの作用効果を示した説明図。図２のVIII-VIII線に関する断面を拡大した拡大断面図。トルク変換部の作用効果を示した説明図。

図１に示した動力伝達装置１はハイブリッド車両に搭載されるハイブリッドトランスアクスルとして構成されている。動力伝達装置１はモータ・ジェネレータ２と、モータ・ジェネレータ２及びその他の構成要素を収容するケース３と、ケース３内に設けられ、モータ・ジェネレータ２を支持するカバー４とを含んでいる。モータ・ジェネレータ２はケース３に固定されたステータ６と、ステータ６の内周に配置されたロータ７とを備えている。ロータ７は中空状のロータ軸１０と、ロータ軸１０に設けられたロータコア１１とを有する。

ロータ軸１０はその両端部に配置された軸受９を介在させた状態でケース３及びカバー４にて軸線Ａｘの回りに回転自在に支持されている。ケース３及びカバー４はロータ軸１０に対して静止した状態の固定要素である。ロータコア１１は鋼板が軸線Ａｘ方向に積層された積層体として構成され、一対の固定プレート１２によって挟み込まれた状態でロータ軸１０に固定されている。

動力伝達装置１には、モータ・ジェネレータ２のロータ７を冷却する冷却装置１５が設けられている。冷却装置１５は、ロータ軸１０の中空部１０ａに挿入された冷却パイプ１６と、冷却パイプ１６をカバー４に固定するためのねじ機構１７と、冷却パイプ１６に熱媒体の一例としてのオートマティックトランスミッションフルード（ＡＴＦ）を供給する供給装置１８とを含んでいる。供給装置１８は不図示のオイルポンプから圧送されるＡＴＦを導く油路（不図示）を含み、その油路は冷却パイプ１６に接続される。

図２〜図４、図５Ａ及び図５Ｂに示したように、冷却パイプ１６は、内部通路２０ａが形成された円筒状の側壁２０と、側壁２０の内部通路２０ａと通じる開口２１ａを有し側壁２０の一端部に接続された頭部２１と、側壁２０の他端部において内部通路２０ａを塞ぐキャップ２２とを備えている。側壁２０には内部通路２０ａに通じていて外周面に開口する複数の（本形態では４つの）貫通孔２５が形成されている。頭部２１には六角棒スパナを嵌め込むことができるボルト穴２１ｂが形成されている。冷却パイプ１６にＡＴＦが供給されると、ＡＴＦは頭部２１の開口２１ａを介して内部通路２０ａに導かれる。内部通路２０ａはキャップ２２にて塞がれているので、内部通路２０ａに導かれたＡＴＦは各貫通孔２５から噴出してロータ軸１０の中空部１０ａに供給される。

図２にも示したように、ねじ機構１７は冷却パイプ１６の側壁２０の外周面に形成された雄ねじ部１７ａと、カバー４の貫通孔４ａの内周面に形成された雌ねじ部１７ｂとを含む。ねじ機構１７は右ねじとして構成されており、雄ねじ部１７ａと雌ねじ部１７ｂとは互いに噛み合い可能である。冷却パイプ１６はカバー４に形成された貫通孔４ａ及びロータ軸１０の中空部１０ａのそれぞれに挿入された状態で時計方向にねじ込まれることによりカバー４に固定される。本形態では、冷却パイプ１６がカバー４に固定された状態で各貫通孔２５がロータコア１１の軸線Ａｘ方向の中央部に位置するように各貫通孔２５の形成位置が設定されている。これにより、ロータコア１１の中央部にＡＴＦが供給されるためＡＴＦによるロータコア１１に対する冷却効果が軸線Ａｘ方向に関して偏りにくい。

図６に示したように、冷却パイプ１６の各貫通孔２５は径方向Ｄに対して外周側ＯＳよりも内周側ＩＳがねじ機構１７を締める方向である時計方向ＣＷにずれるように傾けられている。換言すれば、各貫通孔２５は、それぞれの中心線ｃｌが冷却パイプ１６の径方向Ｄに対して反時計方向ＣＣＷに傾くように形成されている。さらに言い換えれば、各貫通孔２５は、それぞれの中心線ｃｌが冷却パイプ１６の中心Ｃを通り径方向Ｄに延びる基準線ＳＬと平行で、かつ基準線ＳＬから所定距離ｘだけオフセットされるように形成されている。

冷却パイプ１６にＡＴＦが供給されると図７に矢印で示したように各貫通孔２５からＡＴＦが噴出する。そのため、ＡＴＦの噴出方向がねじ機構１７を緩める方向である反時計方向ＣＣＷとなる一方で、ＡＴＦの噴出による反作用としての反力モーメントＲＭがねじ機構１７を締める方向である時計方向ＣＷに働く。これにより、ＡＴＦの噴出中はねじ機構１７を締めるトルクが働き続けてねじ機構１７の緩みが抑制されるから冷却パイプ１６を適切に固定できる。

図８に示したように、ロータ軸１０の内周面１０ｂには、複数の（本形態では４つの）トルク変換部３０が周方向に関して等間隔（本形態では９０°間隔）に設けられている。各トルク変換部３０はロータ軸１０の内周面１０ｂの一部が径方向に後退する形状に構成されている。各トルク変換部３０は、反時計方向ＣＣＷの前方に位置する第１壁部３０ａと、第１壁部３０ａに接続され反時計方向ＣＣＷの後方に位置する第２壁部３０ｂとを含む。各壁部３０ａ、３０ｂの径方向に対する傾きは第１壁部３０ａが第２壁部３０ｂよりも小さくなっており、第１壁部３０ａと第２壁部３０ｂとの接続部は鋭角的に形成されている。

図８及び図９に示したように、冷却パイプ１６の各貫通孔２５からＡＴＦが噴出すると、ＡＴＦの一部はトルク変換部３０の第２壁部３０ｂによって第１壁部３０ａに誘導されつつ第１壁部３０ａに衝突する。この衝突によってトルク変換部３０が受けた力Ｆは反時計方向ＣＣＷのトルクＴに変換される。これにより、ロータ軸１０にトルクＴが加えられるため、そのトルクＴを反時計方向ＣＣＷのロータ軸１０の回転を加速させ又は時計方向ＣＷのロータ軸１０の回転を減速させることに利用できる。

（変形例）
上記形態はハイブリッド車両の動力伝達装置１に搭載されるモータ・ジェネレータ２に適用される冷却装置であるが例示にすぎない。例えば、電気自動車に使用されるモータ・ジェネレータを冷却装置の適用対象とする形態に変更できる。また、車両用以外の用途に使用されるモータ・ジェネレータに適用される形態に変更することもできる。これらのモータ・ジェネレータを電動機又は発電機に置換した形態に変更することもできる。

上記形態はカバー４に冷却パイプ１６が取り付けられているが、ケース３に冷却パイプ１６を取り付ける形態に変更することもできる。ねじ機構１７は右ねじであるが、ねじ機構１７を左ねじの形態にも変更できる。左ねじの形態の場合は貫通孔２５の形成方向が図示の形態とは反対向きとなる。図８及び図９に示したトルク変換部３０をロータ軸１０の内周面１０ｂから内部側に突出させた形態に変更することもできる。

上述した実施の形態及び変形例のそれぞれから導き出される本発明の態様を以下に記載する。

本発明の一態様に係る回転電機の冷却装置は、支持部材に対して回転自在に支持された中空状のロータ軸を有する回転電機に適用される回転電機の冷却装置において、前記ロータ軸の中空部に挿入され、熱媒体を噴出させるための貫通孔が側壁に形成された冷却パイプと、前記冷却パイプに形成された雄ねじ部と前記支持部材に形成された雌ねじ部とを含み、前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とが互いに噛み合い可能なねじ機構と、を備え、前記冷却パイプは、前記ねじ機構の前記雌ねじ部と前記雄ねじ部とが噛み合った状態でねじ込まれることにより前記支持部材に取り付けられ、かつ前記貫通孔が、前記冷却パイプの径方向に対して外周側よりも内周側が前記ねじ機構を締める方向にずれるように傾けられているものである。例えば、上記形態及び上記変形例においては、ケース３又はカバー４が支持部材の一例に相当し、モータ・ジェネレータ２、電動機又は発電機が回転電機の一例に相当し、ＡＴＦが熱媒体の一例に相当する。

この態様の冷却装置によれば、冷却パイプの側壁に形成される貫通孔は、冷却パイプの径方向に対して外周側よりも内周側がねじ機構を締める方向にずれるように傾けられている。そのため、熱媒体の噴出方向がねじ機構を緩める方向となる一方で、熱媒体の噴出による反作用としての反力モーメントがねじ機構を締める方向に働く。これにより、熱媒体の噴出中はねじ機構を締めるトルクが働き続けてねじ機構の緩みが抑制されるから冷却パイプを適切に固定できる。

上記態様において、貫通孔が、冷却パイプの径方向に対して外周側よりも内周側がねじ機構を締める方向にずれるように傾けられていることに関しては、以下のように特定することもできる。すなわち、貫通孔は、その中心線が冷却パイプの径方向に対してねじ機構を緩める方向に傾くように形成されている。また、貫通孔は、その中心線が、冷却パイプの中心を通り径方向に延びる基準線と平行で、かつ基準線から所定距離だけオフセットされるように形成されている。

２モータ・ジェネレータ（回転電機）
４カバー（支持部材）
１０ロータ軸
１０ａ中空部
１５冷却装置
１６冷却パイプ
１７ねじ機構
１７ａ雄ねじ部
１７ｂ雌ねじ部
２０側壁
２５貫通孔
ＯＳ冷却パイプの外周側
ＩＳ冷却パイプの内周側

Claims

支持部材に対して回転自在に支持された中空状のロータ軸を有する回転電機に適用される回転電機の冷却装置において、
前記ロータ軸の中空部に挿入され、熱媒体を噴出させるための貫通孔が側壁に形成された冷却パイプと、
前記冷却パイプに形成された雄ねじ部と前記支持部材に形成された雌ねじ部とを含み、前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とが互いに噛み合い可能なねじ機構と、
を備え、
前記冷却パイプは、前記ねじ機構の前記雌ねじ部と前記雄ねじ部とが噛み合った状態でねじ込まれることにより前記支持部材に取り付けられ、かつ前記貫通孔が、前記冷却パイプの径方向に対して外周側よりも内周側が前記ねじ機構を締める方向にずれるように傾けられている、
回転電機の冷却装置。