JP2022520184A - 回転子用の多機能円板要素を備えた電気機械 - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車ドライブトレイン用の電気機械（１）であって、固定子（２）と、固定子に対して回転するように取り付けられた回転子（３）と、一緒に回転するように回転子（３）を受ける駆動シャフト（４）と、を備え、回転子（３）に加えて、一緒に回転するように駆動シャフト（４）にもまた接続され、薄板金で作製された円板要素（５）が、駆動シャフト（４）の軸方向に配置され、円板要素（５）は、渦電流センサによって検知され得る送信機輪郭（６）と、固定子（２）への冷却液流を逸らすための冷却液案内輪郭（７）と、を有し、回転子（３）の端面（８）に対して軸方向のプレストレス力によって押し付けられている、電気機械（１）に関する。

Description

本発明は、自動車ドライブトレイン用、特に、乗用車、トラック、バス、又は他の商用車などの自動車の混成駆動装置（ハイブリッド駆動装置）用の電気機械に関する。

公知のハイブリッド駆動装置は、比較的強力な電気機械を有するが、電気機械の効率を更に向上させる必要がある。特に、回転子の位置又は速度を確実に検知する必要がある。さらに、回転子は、その組立時にできる限り安定するように固定しなければならない。また、あらゆる作動状態で、電気機械の個々の構成部品は、確実に冷却されなければならない。

したがって、本発明の目的は、高性能用途のために、高効率かつ高信頼性の電気機械の作動を提供することである。

この目的は、本発明によれば、請求項１の主題によって達成される。したがって、電気機械は、自動車ドライブトレイン用に実現され、この電気機械には、固定子と、固定子に対して回転するように取り付けられた回転子と、一緒に回転するように回転子を受ける駆動シャフトと、が設けられる。駆動シャフトの軸方向には回転子に隣接して、薄板金で作製された円板要素が配置され、また駆動シャフトに一緒に回転するように接続されており、円板要素は、渦電流センサによって検知され得る送信機輪郭と、固定子への冷却液流れを逸らすための冷却液案内輪郭と、を備え、回転子の端面に対して軸方向のプレストレス力によって押し付けられている。

そのような円板要素を設けることによって、単一の構成部品を用いて複数の機能が同時に実現される。その結果、特に高性能の電気機械がもたらされる。

さらなる有利な実施形態は、従属請求項と共に特許請求され、以下により詳細に説明される。

送信機輪郭が少なくとも１つの開口部を有する場合、好ましくは、いくつかの開口部が周方向に分散して配置されている場合、送信機輪郭は、特に製造及び検知が容易な形状を備えている。さらに、渦電流センサは、好ましくは送信機輪郭に対して軸方向に一定の隙間を伴ってオフセットされて配置されている。

また、冷却液案内輪郭に関しては、この冷却液案内輪郭が回転子に面する円板要素の（軸方向）側面の凹部／自由空間によって第１の区分内に形成されている場合、有利である。これにより、冷却液案内輪郭の製造コストが大幅に削減される。

冷却液案内輪郭が少なくとも１つの軸方向の貫通孔、好ましくは周方向に分散された複数の貫通孔を通じて第２の区分内に形成される場合、冷却液は、確実に回転子から出て、冷却液案内輪郭の径方向外側に案内される。その結果、回転子に関する流体抵抗が可能な限り最小となる。

既述の通り、第２の区分が第１の区分に、第１の区分のすぐ外側で径方向に隣接して設けられている場合、特に好都合である。

固定子は、便宜上、少なくとも１つの巻線部と共に径方向外側に配置され、かつ／又は冷却液案内輪郭の出口と同じ高さで軸方向に配置されている。

さらに、回転子上に軸方向に載置されている円板要素の少なくとも１つの接触面が、型押し又は深絞りによって実現された変形部／突起部によって形成されていることが有利である。結果として、円板要素の輪郭は、特に単純な方法で製作されている。

第１の接触面は、冷却液案内輪郭を外側から径方向に画定する場合、冷却液を回転子から離れるように案内するために使用される。

また、第２の接触面は、円板要素の取り外された初期状態（非組立状態）で見るとき、円錐状の延長部分／形状と共に実現される。（また、第１の接触面は、好ましくは、そのような円錐状の延長部分／形状とともに実現され、第２の接触面の外側に径方向に配置されている。

したがって、円板要素が、駆動シャフト上で支持された締結具、好ましくはナットによって、弾性プレストレス下で回転子に対して押し付けられている場合、特に有利である。弾性特性が、特に第２の接触面の円錐状の延長部によって達成される。薄板金で作製されているため、円板要素はまた、プレストレスばねとして使用される。

さらに、さらなる円板要素が、流体案内要素を形成して、回転子の、円板要素から軸方向に遠い側面で使用される場合、有利である。流体案内要素は、好ましくは、送信機輪郭を除いて、円板要素と同じ方法で類似の方法で実現される。流体案内要素は、深絞り技術によって実現される２つの接触面（第１の接触面と第２の接触面）を備えていることが好ましい。また、第１の接触面及び／又は第２の接触面は、有利には、円錐状の形状である。また、流体案内要素は、第２の区分と第１の区分とからなる冷却液案内輪郭を備えている。

その場合、冷却液案内輪郭のそれぞれの第１の区分は、好ましくは、回転子の径方向内側で冷却液入口／冷却液供給部に接続されている。この冷却液供給部は、好ましくは、少なくとも部分的に駆動シャフトに導入される。

さらに、回転子が積層回転子コアからなる、又は積層回転子コアを有している場合に好都合であり、その結果として、本発明による円板要素が特に、積層回転子コアを形成するいくつかの薄板金を相互に対して押し付けるために特に有効に使用される。

言い換えれば、ｅマシン（電気機械）の回転子用の多機能薄板金が、本発明により実現される。電気機械の回転子の多機能薄板金は、異なる３つの機能、すなわち、渦電流センサの信号送信機（送信機輪郭）の機能、作動中に外径の層間剥離の防止、及び冷却を達成するための電気機械の固定子への液体供給を統合するための構造を有している。

以下において、本発明は、図面を参照してより詳細に説明される。

本発明の好ましい例示的な実施形態による、部分的に示された電気機械の、長手方向断面図であり、電気機械の回転子に接触する円板要素が明瞭に見えている。 作動中に、図１による回転子に対して載置されている円板要素の側面の図である。 回転子から遠い側に面する円板要素の側面の図である。 円板要素の長手方向断面図を示す図である。 図１と同様に使用されるような、流体案内要素の長手方向断面図である。 作動中に回転子から遠い側に面する、図５に記載の流体案内要素の側面の図である。 作動中に回転子に対して載置されている、図５に記載の流体案内要素の側面の図である。

これらの図は本質的に単なる概略図であり、本発明を理解するためにのみ役立つ。同一の要素には、同一の参照記号が付与されている。

本発明による電気機械１は、図１において、その基本構造を特に良好に理解することができる。その好ましい作動状態において、電気機械１は、自動車ドライブトレインのハイブリッドトランスミッション内で使用されているが、自動車ドライブトレインは、分かりやすくするためにここでは図示されていない。電気機械１は、一般的な方法で、ハイブリッド車の走行を支援するために使用されている。さらなる実施形態によれば、電気機械１は、純粋な電動自動車にも使用することができる。

電気機械１は、ハウジングに固定された固定子２を有する。内部回転子として設計された回転子３は、固定子２の径方向内側に、回転可能に取り付けられている。回転子３は、駆動シャフト４に、一緒に回転するように取り付けられている。回転子３は、駆動シャフト４上に外側から軸方向に配置されており、図１においてはその位置のみが図示されている歯部２０（セレーション）によって接続されている。駆動シャフト４は、作動中、さらにハイブリッドトランスミッションのトランスミッションシャフトに接続されているか、又は接続することができる。

回転子３を駆動シャフト４に対して軸方向に固定するために、本発明により設計された円板要素５は、回転子３の第１の軸側に配置されている。円板要素５は、複数の機能を具現化する。円板要素５は、打抜部品として製造されている。一方で、円板要素５は、センサ装置２１用の送信機ホイールとして設計されている。したがって、円板要素５は、送信機輪郭６を備えており、この送信機輪郭６は、センサ装置２１と連動して動作可能であり、渦電流センサも備えているが、渦電流センサは、分かりやすくするためにここでは図示されていない。図２及び図３で容易に理解できるように、送信機輪郭６には、周方向に均等に分散された複数の開口部９が実現されている（図１の開口部は、その径方向の位置に関してのみ図示されている）。送信機輪郭６は、回転子３の角度位置／回転位置、更に好ましくは速度を検出できるように設計されており、作動中はセンサ装置２１と相互に作用する。

さらなる機能として、円板要素５は、原理上、軸方向のプレストレス力によって回転子３に押し付けられるように設計されている。円板要素５は、全体でばね要素／ばね座金として実現されている。この目的のために、円板要素５は、円錐形状である。円板要素５には２つの接触面１５、１６があり、２つの接触面１５、１６は、駆動シャフト４の軸方向に回転子３に向かって、その端面８（第１の軸側）で支えている。第１の接触面１５は、環状であり、駆動シャフト４の周囲で周方向に連続して延びている。第２の接触面１６は、第１の接触面１５の内側で径方向に形成され、周方向に分散された複数の表面セグメント２５に細分されている。

円板要素５の円錐状の延長部分により、第２の接触面１６は、分解された状態では、駆動シャフト４に対して垂直に向いた比較面に対して円錐状に傾斜している。第２の接触面１６の径方向外側に形成された第１の接触面１５もまた、円錐状に傾斜している。これらの円錐状の接触面１５、１６はまた、図４で明確に理解できる。組立中、図１によれば、第２の接触面１６は、第１の接触面１５用の経路以外の経路により回転子３に向かって動く。この結果、円板要素５の弾性プレストレス力と、回転子３に直接作用するプレストレス力の印加と、が発生する。ナットとして実現された締結具１８は、円板要素５を第１の接触面１５と同じ軸方向高さで第２の接触面１６と共に押すため、回転子３は、軸方向にプレストレス力を受ける。締結具１８は、回転子３から遠い側に面する、円板要素５の側面の駆動シャフト４に直接締め付けられている、すなわち、ねじ留めされている。円板要素５への締結具１８の面接触のために、円板要素５には平らな接触面、すなわち、駆動シャフト４に対して垂直に延在している接触面が（旋削加工により）設けられている。

さらに、円板要素５は、冷却液ラインの機能を実現する。この目的のために、円板要素５は、作動中に冷却液流を逸らす／迂回させるための冷却液案内輪郭７を有する。冷却液案内輪郭７の第１の区分１０ａは、径方向に延び、回転子３と円板要素５との間の軸方向の凹部１１（自由空間とも称する）によって形成されている。図２で理解できるように、表面セグメント２５を表す、型押しされた２つの変形部１７の間で周方向に、冷却液を径方向に通過させることができる冷却液案内輪郭７の通路がある。第１の区分１０ａは、供給部２２に接続されている。第１の区分１０ａは、特に、軸方向に延びている、回転子３と駆動シャフト４との間に形成された溝部／凹部２３を経由して、供給部２２に接続されている。第１の区分１０ａの径方向外側では、冷却液案内輪郭７が第２の区分１０ｂに直接合流する。第２の区分１０ｂは、周方向に分散された複数の貫通孔１２によって実現される。第２の区分１０ｂは、外側から径方向に、第１の接触面１５によって直接画定されている。結果として、冷却液は、作動中に回転子３から軸方向に離れるように該当する貫通孔１２を通って流れる。冷却液は、軸方向に外界に対して、作動中に遠心力の影響下で径方向に固定子２の様々な巻線部１３へ搬送されるように、冷却液案内輪郭７の出口１４から出る。

流体案内要素１９は、第２の軸側に、すなわち、円板要素５から遠い側に面する回転子３の軸側に配置されている。流体案内要素１９は、図５～図７と共に詳細に理解することができ、さらなる（第２の）円板要素を形成する。流体案内要素１９は、駆動シャフト４の径方向の肩部２４と回転子３との間で軸方向に締め付けられている。この締め付けは、一般に、円板要素５、回転子３、及び流体案内要素１９の組立体を肩部２４に押し付ける締結具１８によって行われる。以下で特に説明する以外、流体案内要素１９の構造は、円板要素５の構造と同等である。

したがってまた、流体案内要素１９は、図６及び図７で理解できるように、冷却液案内輪郭２７を有する。流体案内要素１９の冷却液案内輪郭２７には、さらに供給部２２に接続されている第１の区分１０ａが設けられている。貫通孔１２の形状での第２の区分１０ｂは、固定子２の巻線部１３へ冷却液を迂回させるように、第１の区分１０ａに接続されている。

円板要素５の接触面１５、１６と同様に形成された２つの接触面２６ａ、２６ｂは、この実施形態では、深絞り及び打抜きによって実現される。変形部１７によって形成される第１の接触面２６ａが深絞りによって実現される一方、変形部１７によって形成される第２の接触面２６ｂは、打抜きによって実現される。流体案内要素１９の幅は、円板要素５の幅より狭い。さらに、図５から理解できるように、流体案内要素１９には円錐状の延長部分がある。したがって、非組立状態では、流体案内要素１９の第２の接触面２６ｂはまた、駆動シャフト４に対して垂直に延びる比較面に対して円錐状に傾斜している。流体案内要素１９の接触面２６ａ、２６ｂが回転子３に対して押し付けられるとき、流体案内要素１９は、プレストレス要素として働き、したがって、さらに回転子３に対するプレストレス力を印加する。しかしながら、円板要素５とは異なり、送信機輪郭６は、省くことが好ましい。

言い換えれば、本発明による解決策は、単一の円形薄板金部品（円板要素５）の特別な設計にある。薄板金５は、本質的に、信号送信機６用の打抜き開口部９、オイルライン用の型押し部１７及び開口部１２を含み、回転子薄板金を一緒に軸方向に保持するための軸方向のばねとして働く。より詳細に見れば、薄板金部品５は、同一のシャフト４上に電気機械１の回転子３と同様に配置されている。シャフト４内の溝部及び薄板金部品５内の対応する突起部を通じて形状はめ合いにより、トルクが伝達される。ナット１８は、薄板金部品５を回転子３に締め付ける。したがって、薄板金５は、回転子３と同じ速度で回転する。通信機能は、薄板金部品５内のいくつかの打抜き開口部９によって実現される。信号品質に悪影響を与えないようにするために、信号発生器６と回転子３との間には一定の間隔が必要である。この間隔が維持できるように、薄板金５は、内側及び外側が型押しされている。型押し部１７はまた、オイル分配に役立つ。オイルは、シャフト４を通って流れ、４つの孔を通って周辺に均等に配分されて回転子３に到達する。オイルは、回転子の溝部２３を通って左右の薄板金５、１９に向けられる。薄板金５内の型押し部１７は、局所的に回転子３と薄板金５との間で空洞部をつくり出す。遠心力は、オイルを径方向に、この空洞部を通って外へ案内する。オイルは、外径部に蓄積し、いくつかの打抜き孔１２を通って、薄板金５から流出する。遠心力によって、固定子２の巻線部１３へのオイル散布が確実に行われる。孔１２からの流出によって、少なくとも薄板金の厚さの、電気機械１の空隙からある距離を置いて、オイルが確実に巻線部１３にかかる。これにより、固定子２と回転子３との間の空隙に多量のオイルが入り込むことが防止される。回転子３の右側にもまた薄板金１９が必要である。この薄板金１９は、上記で説明したものと同様のオイル案内機能を有する。この薄板金１９の、薄板金５との違いは、薄板金厚さがより薄いため、空隙との間隔がより短いことにある。したがって、薄板金１９は、外径側が深絞りされている。オイルは、バランス孔用の開口部１２から流出する。オイル流を妨げるセンサが存在しないため、オイル流用の追加孔は、ここでは不要である。回転子位置がすでに他の薄板金５によって決定されているので、送信機機能は、薄板金１９には適用されていない。第３の機能は、外径で軸方向に回転子積層体を一緒に支持することである。打抜き及び型押しの後、両方の薄板金５、１９は、簡単に組み立てられる／円錐状に積み上げられる。直立した薄板金５は、ナット１８で回転子３に対して押し付けられている。薄板金５は、ばねのように挙動する。これによって、外径で力が常に回転子３に対して確実に作用する。層間剥離は、もはや起こらない。薄板金５、１９上での追加の旋削作業によって、ナットの平らな接触面が確保される

１ 電気機械
２ 固定子
３ 回転子
４ 駆動シャフト
５ 円板要素
６ 送信機輪郭
７ 冷却液案内輪郭
８ 端面
９ 開口部
１０ａ 第１の区分
１０ｂ 第２の区分
１１ 凹部
１２ 貫通孔
１３ 巻線部
１４ 出口
１５ 第１の接触面
１６ 第２の接触面
１７ 変形部
１８ 締結具
１９ 流体案内要素
２０ 歯部
２１ センサ装置
２２ 供給部
２３ 凹部
２４ 肩部
２５ 表面セグメント
２６ａ 流体案内要素の第１の接触面
２６ｂ 流体案内要素の第２の接触面
２７ 流体案内要素の冷却液案内輪郭

Claims (10)

1. 自動車ドライブトレイン用の電気機械（１）であって、固定子（２）と、前記固定子に対して回転するように取り付けられた回転子（３）と、一緒に回転するように前記回転子（３）を受ける駆動シャフト（４）と、を備え、一緒に回転するように前記駆動シャフト（４）にもまた接続され、薄板金で作製された円板要素（５）が、前記駆動シャフト（４）の軸方向に前記回転子（３）に隣接して配置され、前記円板要素（５）は、渦電流センサによって検知され得る送信機輪郭（６）と、前記固定子（２）への冷却液流を逸らすための冷却液案内輪郭（７）と、を有し、前記回転子（３）の端面（８）に対して軸方向のプレストレス力によって押し付けられている、電気機械（１）。
2. 前記送信機輪郭（６）が、少なくとも１つの開口部（９）を有することを特徴とする、請求項１に記載の電気機械（１）。
3. 前記冷却液案内輪郭（７）が、前記円板要素（５）の、前記回転子（３）に面する側面の凹部（１１）によって第１の部分（１０ａ）の中に形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電気機械（１）。
4. 前記冷却液案内輪郭（７）が、少なくとも１つの軸方向の貫通孔（１２）を通る第２の部分（１０ｂ）の中に形成されていることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の電気機械（１）。
5. 前記固定子（２）が、前記冷却液案内輪郭（７）の出口（１４）の径方向外側に少なくとも１つの巻線部（１３）と共に配置されていることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の電気機械（１）。
6. 前記回転子（３）上に軸方向に載置されている、前記円板要素（５）の少なくとも１つの接触面（１５、１６）が、型押し又は深絞りによって得られる変形部（１７）によって形成されていることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の電気機械（１）。
7. 第１の接触面（１５）が、前記冷却液案内輪郭（７）を外側から径方向に画定することを特徴とする、請求項６に記載の電気機械（１）。
8. 前記円板要素（５）の取り外された初期状態で見ると、第２の接触面（１６）が、円錐状の延長部分を有することを特徴とする、請求項６又は７に記載の電気機械（１）。
9. 前記円板要素（５）が、前記駆動シャフト（４）上に支持された締結具（１８）により弾性プレストレスがかかった状態で前記回転子（３）に対して押し付けられていることを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載の電気機械（１）。
10. 流体案内要素（１９）が、前記回転子（３）の、前記円板要素（５）から軸方向に遠い側面に配置されていることを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載の電気機械（１）。

Images