JP2023011636A - 減速機用ケーシングを備えた回転電気機械 - Google Patents

Abstract

【課題】減速機用ケーシングを備えた自動車用の回転電気機械を提供する。【解決手段】ステータの冷却を保証するための冷却液を循環可能にするように構成された第１の冷却チャンバ１１４を備えた、特に自動車用の回転電気機械１０を主に関し、この機械は、第１の冷却チャンバ１１４が、一方の軸受１７の内面と他方の軸受１６の外面とにより画定されること、および、軸受の一方１６が、減速機９９のケーシング１０７に延長され、この減速機９９のケーシング１０７が、回転電気機械１０のシャフトの対応ピニオンと係合するために減速機９９の少なくとも１つのピニオンを受容するように構成された、少なくとも１つの収容部を含むことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、減速機用ケーシングを備えた回転電気機械に関する。本発明は、特に有利には、変速機の減速機等の要素と連結されてオルタネータモードとエンジンモードとで動作可能な高出力の可逆電気機械に適用されるが、これに限定されるものではない。

それ自体知られているように、回転電気機械は、ステータと、シャフトに結合されるロータとを含む。ステータは、軸受においてスプールを介してシャフトを回転支持するように設計されたケーシング内に取り付けられる。

ロータは、適切な固定システムを用いてパッケージの形状に保持されるシートメタルの積層からなる本体を含む。ロータは、たとえば、ロータの磁性体内に設けられたキャビティに収容される永久磁石からなる磁極を含む。あるいは、いわゆる「凸型」磁極を有する構造体の場合、磁極は、ロータアームの周囲に巻き付けられたコイルから形成される。

他方で、ステータは、クラウンを形成する複数枚のシート片の積層からなる本体を含み、その内面は、相巻線を受容するように内側に向かって開いたノッチを備える。相巻線は、たとえば、エナメルコーティングした連続ワイヤまたは、溶接により互いに結合されたピンの形状の導電性要素から得られる。これらの巻線は、星形または三角形に接続された多相巻線であり、その出口は電気制御モジュールに接続される。

熱機関から自動車の車輪に機械的な出力を伝達することを保証とする自動車の幾つかのタイプの駆動系統では、高出力の可逆回転電気機械が自動車の変速機に連結される。その場合、回転電気機械は、特にバッテリと車載回路網とにエネルギーを供給するオルタネータモードでの動作に適し、また、エンジンモードでは、熱機関の始動を保証するばかりではなく、単独もしくは熱機関との組み合わせで車両の駆動にも関与する動作に適したものとなる。

従来の１つの組立設計によれば、電気機械の軸受は、様々な要素を機械的にセンタリングした後でねじ留めシステムを用いて減速機用ケーシングに固定される。しかし、この組立モードには幾つかの厳しい機械的制約がある。

本発明は、特に自動車用の回転電気機械を提案することによって上記の課題を解決することをめざしており、この回転電気機械は、
－ ステータと、
－ シャフトに取り付けられたロータと、
－ スプールを支持するためにそれぞれが構成された前方軸受および後方軸受であって、各々のスプールが回転電気機械のシャフトを回転支持する、前方および後方軸受と、
－ ステータの冷却を保証するための冷却液を循環可能にするように構成された第１の冷却チャンバと、
を備え、
－ 第１の冷却チャンバが、一方の軸受の内面と他方の軸受の外面とにより画定され、 － 軸受の一方が、減速機のケーシングに延長され、この減速機のケーシングが、回転電気機械のシャフトの対応ピニオンと係合するために減速機の少なくとも１つのピニオンを受容するように構成された、少なくとも１つの収容部を含んでいることを特徴とする。
このようにして、本発明は、電気機械の軸受の１つに変速機の減速機用ケーシングの機能を組み込むことによって、変速機へのアセンブリの組立を容易にし、アセンブリにおける機械的制約を減らすことができる。

１つの実施形態によれば、減速機のケーシングが、この減速機の対応する第２のケーシングと共に回転電気機械を固定できるように構成された固定手段を含んでいる。

１つの実施形態によれば、ピニオンを受容する収容部が、シャフトを通すために軸受に設けられた開口部に対して軸方向にオフセットされている。

１つの実施形態によれば、ステータが上記軸受の一方に焼き嵌めにより取り付けられている。

１つの実施形態によれば、前方軸受が減速機のケーシングを支持している。

１つの実施形態によれば、前記回転電気機械が、この回転電気機械を制御する電気制御モジュールを含んでいる。

１つの実施形態によれば、前記回転電気機械が、上記電気制御モジュールに結合される放熱器を含んでいる。

１つの実施形態によれば、上記放熱器が後方軸受に固定される。

１つの実施形態によれば、前記回転電気機械は、上記放熱器の冷却のために冷却液を循環可能にするように構成された第２の冷却チャンバを含んでいる。

１つの実施形態によれば、第２の冷却チャンバが放熱器の内部に形成される。

１つの実施形態によれば、第２の冷却チャンバが、放熱器の軸方向端面と後方軸受の対向面とにより画定される。

１つの実施形態によれば、前記回転電気機械は、２個の軸受の間に配置されて第１の冷却チャンバの密封性を保証するパッキンを含んでいる。

本発明は、以下の説明を読み、添付図面を参照すればいっそう理解されるであろう。これらの図面は、例としてのみ挙げられており、本発明を少しも限定するものではない。

本発明による回転電気機械および結合される減速機を示す斜視図である。 本発明による電気機械で前方軸受の前方部分を省いた縦断面図である。 本発明による回転電気機械のステータおよび相互接続器を示す斜視図である。 本発明による回転電気機械の後方部分を示す斜視図である。 本発明による回転電気機械の後方部分を示す縦断面図である。 本発明による回転電気機械の前方軸受の前部を示す斜視図である。 本発明による回転電気機械の前方軸受の後部を示す斜視図である。

図面では、同一または類似もしくは相似する要素には同じ参照符号を付した。以下の説明では、図２の左から右に向かって前方から後方への向きとみなす。したがって、「前方」要素とは、前方スプール７７の側に配置される要素を意味し、「後方」要素とは、反対側すなわち電気制御モジュール４０の側に配置される要素を意味する。

図１と図２は、ロータ１２を囲む多相ステータ１１を備えた回転電気機械１０を示し、ロータは、電気機械の軸に対応するＸ軸を持つシャフト１３に取り付けられている。ステータ１１は、このステータ１１の内周とロータ１２の外周との間に隙間が存在するようにしながらロータ１２を囲んでいる。ステータ１１は、前方軸受１６と後方軸受１７とを備えたケーシング内に取り付けられる。

この電気機械１０は、変速機の上流に配置される減速機９９に連結されるように構成されている。電気機械は、特にバッテリと車載回路網とにエネルギーを供給するためにオルタネータモードでの動作に適し、また、エンジンモードにおいて、自動車の熱機関の始動を保証するばかりではなく、単独もしくは熱機関との組み合わせで車両の駆動にも関与する動作に適したものとなる。電気機械の出力はたとえば１５ｋＷから５０ｋＷの範囲とすることができる。

より詳しくは、ロータ１２は、シートパッケージの形状の本体２２を含む。本体２２のキャビティ内に永久磁石２３が設置される。永久磁石２３は、回転電気機械の所望の用途および出力に応じて希土類またはフェライトから構成可能である。さらに、ロータ１２は、このロータ１２の軸方向端面にそれぞれが当接する２個のブラケット２６を含む。これらのブラケット２６は、永久磁石２３を軸方向に固定することを保証し、またロータ１２を平衡状態に置く役割を果たす。

一方で、ステータ１１は、シートパッケージからなる本体２７とコイル２８とを含む。本体２７は、適切な固定システムを用いてパッケージの形状に保持されるシートメタルの積層から形成される。

図３に示したステータ本体２７は、環状ヨーク３１の内周から延びる歯３０を備え、歯は、ステータ１１のコイル２８を取り付けるためのノッチ３２を２個ずつ画定する。したがって、２個の連続ノッチ３２は１個の歯３０により隔てられる。ノッチ３２は、軸方向には、軸方向端面に通じており、半径方向にはステータ本体２７の内側に通じている。

コイル２８は、ノッチ３２を貫通する相巻線アセンブリ３３を含み、このアセンブリが、ステータ本体２７の両側に突出して延びる引出線３６を形成する。相巻線３３は、ここでは、たとえば溶接により互いに結合されたピンの形状の導電性要素から得られる。これらの巻線３３は、たとえば星形接続された三相二重巻線である。

このため、相巻線３３の一端は、各相巻線３３の中性点どうしを接続することを保証する中性バー３８を用いて中性点に接続される。これらの相巻線３３の他端３７、いわゆる相の出口は、相互接続器４１を介して電気制御モジュール４０に接続されるように構成される。

図５から分かるように、電気制御モジュール４０は、放熱器４４を含み、この放熱器には、たとえばねじ留めによって特に出力モジュール４５が固定される。これらの出力モジュール４５は、それ自体知られているように、エンジンモードまたはオルタネータモードで回転電気機械１０を制御することを保証可能な、たとえばＭＯＳ型トランジスタの形状を呈するスイッチを組み込む。電気制御モジュール４０は、放熱器４４を介して後方軸受１７の横壁４６の背面に当接するように取り付けられる。

このため、図３に示したように、ここではほぼ環状の相互接続器４１は、相の出口３７に接続されるように構成された端子４８と、出力モジュール４５の脚部５０に電気接続されるように構成された接続端子４９とを含む。このようにして、相互接続器４１は、相の出口３７と、相の出口３７に対して角方向にオフセットされた出力モジュール４５の脚部５０とを対応させることができる。

このため、端子４８は、プラスチック等の絶縁材料からなる本体５３が一体的に成形されたパターン５２を介して（図５参照）、接続端末４９に電気接続される。接続端末４９が出ている一体成形部分５４は、相互接続器４１の環状部分から軸方向に突出して延びている。

相互接続器４１は、たとえばねじなどの対応する固定部材を受容するためのインサート５７を用いて、後方軸受１７の横壁４６の前面に固定される。したがって、相互接続器４１はステータ本体１１から離れて配置されるので、その加熱が大幅に制限される。

さらに、出力モジュール４５の脚部５０の正面に相互接続器４１の端子４９を配置可能にするために、後方軸受１７は、図５に示したように、接続端子４９を通すために横壁４６に設けられた開口部６１を含む。これらの開口部６１は、電気制御モジュール４０の放熱器４４内に設けられた対応する開口部６３に向かい合って配置される。

図１から分かるように、減速機９９の出口シャフトは、変速機内に配置されるスリーブの対応する形状のフルート溝入りの内周と係合するように構成された、フルート溝入りの端部７３を含むことができる。したがって、これにより、シャフト１３と、変速機のピニオンの歯と協働する歯を外周に備えたスリーブとを回転結合することができる。

前方軸受１６に対してシャフト１３を回転式に組み立てることを保証するために、前方スプール７７は、電気機械１０のシャフト１３と前方軸受１６との間に半径方向に配置される。前方スプール７７は、たとえば、玉軸受または針状ころ軸受とすることができる。さらに、図２に示したように、後方スプール１０３は、後方軸受１７の対応する収容部１０４に組み立てられる。

有利には、電気機械１０は、この電気機械の内部で水または油を主成分とする液体等の冷却液を流すことが可能な冷却回路１０９を用いて冷却される。図５から分かるように、冷却回路１０９は、放熱器４４内に設けられた入口１１１を含み、この入口は、放熱器４４の冷却のために冷却チャンバ１１２に通じて冷却液を循環させ、電気制御モジュール４０が発生する熱量を排出する。

冷却チャンバ１１２は、放熱器４４内に組み込むことができ、すなわち冷却チャンバ１１２は、放熱器４４の成形時または加工時に当該放熱器４４の内部に中空空間を画定するように構成することができる。したがって、冷却チャンバ１１２は、放熱器４４の内面によって画定される。

変形実施形態では、冷却チャンバ１１２が、放熱器４４の軸方向端面と、後方軸受１７の対向面とにより画定される。これらの２つの部品の一方は、冷却チャンバ１１２の内部空間を画定するための凹部を含んでいてもよい。その場合、冷却チャンバ１１２の密封性はパッキンにより保証される。

放熱器４４の冷却チャンバ１１２内で冷却液が循環すると、冷却液は、前方軸受１６および後方軸受１７により画定されるチャンバ１１４に向かって流れる。このため、ダクト１１５は、一方では放熱器４４のチャンバ１１２内に通じ、他方では、前方軸受１６および後方軸受１７により画定されるチャンバ１１４に通じている。

より詳しくは、図１および図２から分かるように、冷却チャンバ１１４は、前方軸受１６の側壁１２５の外周と、後方軸受１７の側壁１１７の内周とによって画定される。この冷却チャンバ１１４は、その軸方向端部で、Ｏリングタイプの２個のパッキン１２８により閉じられる。ステータ１１は、ステータ本体１１の外周と前方軸受１６の側壁の内周との間が密接に接触するように、前方軸受１６の内部に焼き嵌めにより取り付けられる。

ダクト１１５は、後方軸受１７の側壁１１７に設けられ、すなわちダクト１１５を画定する壁は、後方軸受１７の側壁１１７とモノブロックである。ダクト１１５は、たとえば、後方軸受１７の側壁１１７の成形または加工により得られる。

冷却液は、約３６０°にわたって冷却を保証するためにステータ１１の周囲に延びるチャンバ１１４内で循環した後、図１から分かるように液体の出口１２１を介して排出される。

より詳しくは、図６ａおよび図６ｂに示したように、前方軸受１６は、その前方端部側で開放されて、その前方端部側に底部１０１を備える円筒状の側壁１２５を含む。底部１０１は、電気機械のシャフト１３を通すための中央開口部１０２を有する。

前方軸受１６の底部１０１は、減速機９９のケーシング１０７に延長される。したがって、減速機９９のケーシング１０７は、前方軸受１６とモノブロックである。対応する部品は、たとえば成形または加工により得られる。

このケーシング１０７は、底部１０１よりも肉厚に形成される壁１０８と、電気機械のシャフト１３と回転結合される対応ピニオンと係合するために減速機９９のピニオンを受容するように構成された収容部１１０とを含む。シャフト１３と回転結合されるピニオンは、開口部１０２と同軸の第２の収容部１１３内に受容される。このピニオンは、シャフト１３のフルート溝入りの区間または、シャフト１３に回転結合式に組み立てられるはめ込みピニオンから構成可能である。図１に示したように、変速機の歯付きスリーブと係合するためのフルート溝入りの端部７３を備えたシャフト１１６に減速機９９のピニオンを取り付けることができる。

収容部１１０は、シャフト１３を通すために前方軸受１６に設けられた開口部１０２に対して軸方向にオフセットされている。換言すれば、収容部１１０の軸は、シャフト１３の軸Ｘに対してオフセットされている。図６ｂから分かるように、このオフセットは、ケーシング１０７の横壁１０８の一部分が、前方軸受１６の底部１０１から半径方向にはみ出すようになされる。

収容部１１０、１１３は、段付きの直径を有する内周を備えることができる。そのため、収容部１１０、１１３は、受容するピニオンを据え付けるためのショルダ１１８を有する。

図１に示したように、ケーシング１０７は、減速機９９の対応する第２のケーシング１２２と共に電気機械１０を固定できるように構成された固定手段１１９を含む。したがって、第２のケーシング１２２は、収容部１１０、１１３を画定するケーシング１０７の開放空間を閉鎖可能である。これらの固定手段１１９は、ケーシング１０７の壁１０８の外周から出た穴の開いた突出耳状部から構成される。これらの耳状部１１９によって、ねじ等の固定部材１２４を通すことができ、この固定部材は、第２のケーシング１２２の対応する穴の開いた耳状部を貫通する。

第２のケーシング１２２は、また、変速機の一要素と共に第２のケーシング１２２を固定可能な、ねじ等の固定部材１２７を通す開口部を備えた穴の開いた突出耳状部１２６を含む。

図６ａから分かるように、アセンブリを補強するためにケーシング１０７の壁１０８の周囲にリブ１２９を設けることもできる。

当然のことながら、上記の説明は単に例として挙げられており、本発明の範囲を限定するものではなく、他のあらゆる同等物に各要素を代替しても発明の範囲を逸脱することはない。本発明は、冷却チャンバの一部を形成せずにスプール支持体だけを備えた回転電気機械の簡易ケーシングでも利用可能である。

さらに、本発明の様々な特徴、変形および／または実施形態は、それらが互いに相容れるものであって除外的でない限り、多様な組み合わせに応じて互いに結合可能である。

Claims (12)

1. 特に自動車用の回転電気機械（１０）であって、
   － ステータ（１１）と、
   － シャフト（１３）に取り付けられたロータ（１２）と、
   － スプール（７７、１０３）を支持するためにそれぞれ構成された前方軸受（１６）および後方軸受（１７）であって、各々のスプール（７７、１０３）が回転電気機械（１０）のシャフト（１３）を回転支持する、前方軸受および後方軸受と、
   － 前記ステータ（１１）の冷却を保証するための冷却液を循環できるように構成された第１の冷却チャンバ（１１４）と、
   を備え、
   － 前記第１の冷却チャンバ（１１４）が、一方の軸受（１７）の内面と他方の軸受（１６）の外面とにより画定され、
   － 前記軸受の一方（１６）が、減速機（９９）のケーシング（１０７）に延長され、前記減速機（９９）のケーシング（１０７）が、回転電気機械（１０）のシャフト（１３）の対応ピニオンと係合するために前記減速機（９９）の少なくとも１つのピニオンを受容するように構成された、少なくとも１つの収容部（１１０）を含んでいることを特徴とする、回転電気機械。
2. 前記減速機（９９）のケーシング（１０７）が、この減速機（９９）の対応する第２のケーシング（１２２）と共に回転電気機械を固定可能に構成された固定手段（１１９）を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の回転電気機械。
3. 前記ピニオンを受容する収容部（１１０）が、前記シャフト（１３）を通すために前記軸受（１６）に設けられた開口部（１０２）に対して軸方向にオフセットされていることを特徴とする、請求項１または２に記載の回転電気機械。
4. 前記ステータ（１１）が前記軸受の一方（１６）に焼き嵌めにより取り付けられていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電気機械。
5. 前記前方軸受（１６）が、前記減速機（９９）のケーシング（１０７）を支持していることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電気機械。
6. 前記回転電気機械（１０）の電気制御モジュール（４０）を含んでいることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電気機械。
7. 前記電気制御モジュール（４０）に結合される放熱器（４４）を含んでいることを特徴とする、請求項６に記載の回転電気機械。
8. 前記放熱器（４４）が、後方軸受（１７）に固定されることを特徴とする、請求項７に記載の回転電気機械。
9. 前記放熱器（４４）の冷却のために冷却液を循環可能にするように構成された第２の冷却チャンバ（１１２）を含んでいることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の回転電気機械。
10. 前記第２の冷却チャンバ（１１２）が前記放熱器（４４）の内部に形成されることを特徴とする、請求項９に記載の回転電気機械。
11. 前記第２の冷却チャンバ（１１２）が、前記放熱器（４４）の軸方向端面と前記後方軸受（１７）の対向面とにより画定されることを特徴とする、請求項９に記載の回転電気機械。
12. 前記２個の軸受（１６、１７）の間に配置されて前記第１の冷却チャンバ（１１４）の密封性を保証するパッキン（１２８）を含んでいることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の回転電気機械。

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