JP4079004B2 - 電動機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力軸の回転を停止可能とした電動機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、電動機には、その出力軸の回転数を制御するものが周知である。
【0003】
また、これらの電動機において、その回転数の制御を機械的に行うものも公知である(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
図3,図4は、このような電動機における出力軸の回転数制御を機械的に行うものの一例を示し、図3は電動機の断面図、図4は要部の分解斜視図である。
【0005】
図3において、1は電動機のカバー、2はカバー1の内側に固定されたステータ、3はステータコイル、4はロータ、5はロータ4の出力軸である。
【0006】
略円筒形状のカバー1の両端には、出力軸5を回転可能に支持する軸受14,15が設けられている。また、カバー1の軸受15側の内面には、固定ブレーキ固着板12が固定されている。
【0007】
この固定ブレーキ固着板12の中央には、図4に示すように、出力軸5を相通するための穴12aが設けられている。また、固定ブレーキ固着板12には、穴12aと同軸となるように穴13aを設けた固定ブレーキ板13が固定されている。
【0008】
この固定ブレーキ板13は、ゴム等の比較的摩擦係数の高いものが使用され、その表面にはコルク板からなる可動ブレーキ板9が対向配置されている。
【0009】
一方、ロータ4には、出力軸5の軸線方向に沿って変位可能となるように横穴4a,4bに嵌入されたストッパーピン7a,7bを介して可動吸着板6が支持されており、上述した可動ブレーキ板9がこの可動吸着板6にネジ止めされている。
【0010】
可動吸着板6の内部には、バネ受け10並びにコイルスプリング11が設けられている。
【0011】
ロータ4の回転数を制御する場合、コイルスプリング11の付勢力により可動ブレーキ板9と固定ブレーキ板13とが密着し、その密着度合いによる摩擦抵抗で出力軸5の回転数が減少方向に制御され、最終的には停止も可能となっている。
【0012】
また、ステータコイル3に電流が流れると、ロータ4が磁束を発生し、この磁束により可動吸着板6がロータ4の側面に吸着されて可動ブレーキ板9と固定ブレーキ板13とが離反し、ロータ4の回転が可能となる。
【0013】
【特許文献1】
特開昭63−31442号公報
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の如く構成された電動機にあっては、出力軸5の回転数は、可動ブレーキ板9と固定ブレーキ板13との密着度合いによる摩擦抵抗で減少方向に制御され、最終的に、即ち、徐々に停止するものである。
【0015】
従って、出力軸5の回転を瞬時に止めたい場合や確実に止めたい場合といった装置に対して適用することは困難であるといった問題が生じていた。また、大きなトルクを発生する装置にあっては、摩擦材にすべりが生じてしまう。
【0016】
例えば、ハイブリッド車両の駆動機にこのような電動機を採用した場合、ハイブリッド車では高速巡航時に動作上の都合から発電機と電動機との間で電力を受け渡すモードが存在するが、この際の高速燃費の悪化が問題視されている。
【0017】
そこで、このような解決策として、電動機(モータ)を機械的にロックすることが考えられるが、上述した瞬時に出力軸の回転が停止されないブレーキシステムではハイブリッド駆動システム全体が大型化(各ブレーキ構成板12,13,9,8,6の肉厚に相当する分だけ大型化)してしまい、狭い車体エンジンルーム内、特に、駆動システムを横置きとしたFF車仕様では、その配置が困難で採用し難いといった問題が発生する。
【0018】
また、高速走行時はエンジン直行トルクのみで走行可能であるが、電気CVTを構成しているようなハイブリッドシステムにおいては、発電機が常にエンジンからの反力を支持している必要があるが、この反力の支持により発生した余剰電力はモータで消費しなければならない。
【0019】
しかしながら、このような電力の受け渡しをするために、発電機・モータ及び各駆動装置の損失分だけエネルギーの無駄使いをすることになり、高速巡航時の燃費が悪化してしまうという問題が発生する。
【0020】
本発明は、上記問題を解決するため、出力軸の回転を瞬時且つ確実に停止させることができる電動機を提供することを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】
その目的を達成するため、本発明の電動機は、ステータユニットが固定されたモータケースと、前記モータケースの両端に取り付けられた軸受けによって出力軸の両端を回転可能且つ軸線方向に沿って変位可能に支持されたロータユニットと、を備える電動機であって、前記モータケースの一端側内面に設けられる固定側嵌合部と、前記ロータユニットの一端側に設けられ、前記固定側嵌合部と嵌合可能な可動側嵌合部と、前記モータケースの他端側内面に配置され、その一端がロータユニットに弾接した付勢部材とを有し、前記ステータユニットのステータコイルへの通電が停止されている状態では、前記ロータユニットは前記付勢部材によって前記モータケースの一端側に向けて変位して、前記可動側嵌合部と前記固定側嵌合部とが互いに嵌合し、前記ステータユニットのステータコイルへの通電されている状態では、前記ロータユニットが前記付勢部材の付勢に抗してモータケースの他端側に向けて変位して、前記可動側嵌合部と前記固定側嵌合部との嵌合状態が解除され、前記ステータユニットのステータコイルへの通電開始の際に、前記ステータユニットのステータコイルへの電流を正負に反転させた後に所定の通電を開始することを特徴とする。
【0022】
本発明の電動機は、ステータユニットが固定されたモータケースと、前記モータケースの両端に取り付けられた軸受けによって出力軸の両端を回転可能且つ軸線方向に沿って変位可能に支持されたロータユニットと、を備える電動機であって、前記モータケースの一端側内面に設けられる固定側嵌合部と、前記ロータユニットの一端側に設けられ、前記固定側嵌合部と嵌合可能な可動側嵌合部と、前記モータケースの他端側内面に配置され、その一端がロータユニットに弾接した付勢部材とを有し、前記ステータユニットのステータコイルへの通電が停止されている状態では、前記ロータユニットが前記付勢部材によって前記モータケースの一端側に向けて変位して、前記可動側嵌合部と前記固定側嵌合部とが互いに嵌合し、前記可動側嵌合部と前記固定側嵌合部との嵌合によって、前記出力軸の回転を瞬時に停止させ、前記ステータユニットのステータコイルへの通電されている状態では、前記ロータユニットが前記付勢部材の付勢に抗してモータケースの他端側に向けて変位して、前記可動側嵌合部と前記固定側嵌合部との嵌合状態が解除され、前記可動側嵌合部と前記固定側嵌合部との嵌合状態を解除する際に、前記出力軸の回転方向を一時的に正逆方向に微動してその食い込み状態を解除した後に前記出力軸を回転させること、を特徴とする。
【0028】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の電動機の実施の形態をハイブリッド車用駆動装置に適用し、図面に基づいて説明する。
【0029】
図2はハイブリッド駆動装置の要部の断面図である。
【0030】
図2において、ハイブリッド駆動装置40は、燃料の燃焼によって作動する内燃機関などのエンジン42と、第1モータジェネレータ44と、シングルピニオン型の遊星歯車機構46と、第2モータジェネレータ48とを備えている。
【0031】
遊星歯車機構46は、機械的に力を合成したり分配したりするもので、エンジン42に連結されたキャリア46cと、第1モータジェネレータ44のロータ44rに連結されたサンギヤ46sと、第2モータジェネレータ48のロータ48r及び出力部材としてのスプロケット50に連結されたリングギヤ46rとを備えており、主としてエンジン42から伝達された動力を第1モータジェネレータ44及びスプロケット50に分配する。
【0032】
第1モータジェネレータ44は主としてジェネレータとして用いられ、エンジン42により遊星歯車機構46を介して回転駆動されることにより発生した電気エネルギーをバッテリー等の蓄電装置に充電する。
【0033】
第2モータジェネレータ48は主として電動モータとして用いられ、単独で、或いはエンジン42と共に車両の動力源として用いられるもので、大トルクを必要とする第2モータジェネレータ48は第1モータジェネレータ44よりも大型(大径)である。
【0034】
尚、エンジン42の出力は、回転変動やトルク変動を抑制するためのフライホイール52及びスプリング,ゴム等の弾性部材によるダンパ装置54を介して遊星歯車機構46に伝達される。
【0035】
スプロケット50は、減速機構を構成している中間軸58に設けられたドリブンスプロケット60にチェーン62を介して連結されている。
【0036】
尚、減速機構は、減速ギヤ66を経由して差動装置(図示下方に配置)に動力を伝達して左右の駆動輪(図示せず)に動力が分配される。
【0037】
エンジン42,フライホイール52,ダンパ装置54,第1モータジェネレータ44,スプロケット50,遊星歯車機構46,第2モータジェネレータ48は、その順番で第1軸線O1上に軸方向に並んで互いに隣接して配設されている。すなわち、スプロケット50は遊星歯車機構46に隣接して第2モータジェネレータ48と反対側に配設され、第1モータジェネレータ44はスプロケット50に隣接して遊星歯車機構46と反対側に配設され、エンジン42は第1モータジェネレータ44を挟んでスプロケット50と反対側に配設されている。
【0038】
遊星歯車機構46のサンギヤ46sには円筒形状の軸部82が一体に設けられており、スプロケット50の内周部分を相対回転可能に挿通させられていると共に、第1モータジェネレータ44のロータ44rに相対回転不能にスプライン嵌合されている。また、その軸部82及びロータ44rの軸心を挿通して相対回転可能に入力シャフト84が配設され、第1モータジェネレータ44側の端部にはダンパ装置54の内周側部材が相対回転不能にスプライン嵌合されていると共に、他端部には遊星歯車機構46のキャリア46cが一体に設けられ、サンギヤ46s及びリングギヤ46rの双方と噛み合わされた複数のプラネタリギヤ46p(一つのみ図示)をそれぞれ回転可能に支持している。
【0039】
軸部82は、遊星歯車機構46と第1モータジェネレータ44とを連結する連結シャフトとして機能している。
【0040】
ダンパ装置54の外周側部材は、フライホイール52に一体的に固設されている。このフライホイール52はエンジン42のクランクシャフト86に一体的に固設されている。また、フライホイール52は第1モータジェネレータ44に近接して配設されており、ダンパ装置54は第1モータジェネレータ44の端部に突き出しているステータコイル88の内周側のスペースに配設されている。また、遊星歯車機構46は、大径の第2モータジェネレータ48の端部に突き出しているステータコイル90の内周側のスペースに配設されており、第1モータジェネレータ44と第2モータジェネレータ48との間には、チェーン62が通過できる程度の隙間が残されているだけである。なお、クランクシャフト86はエンジン42の出力軸に相当する。
【0041】
また、ダンパ装置54と第1モータジェネレータ44との間には、エンジン42に一体的に固設される第1ケース部材96に一体に設けられた第1の隔壁98が配設されていると共に、第1ケース部材96には第2の隔壁(モータカバー)100が一体的に固設されており、それらの間に形成されたモータ空間102内に第1モータジェネレータ44のロータ44rやステータ44sなどが収容されている。第2の隔壁100の内側、すなわちモータ空間102側には、ステータコイル88の内周側のスペースに回転検出手段としてレゾルバ104が配設されていると共に、隔壁100の外側には支持部材106が一体的に固設され、ニードルベアリングを介してスプロケット50を軸心まわりの回転自在に支持している。スプロケット50は、遊星歯車機構46のリングギヤ46rに相対回転不能にスプライン嵌合されるようになっており、容易に組み付けることができる。
【0042】
支持部材106は、サンギヤ46sの軸部82に相対回転可能に嵌合されていると共に、支持部材106には遊星歯車機構46等への潤滑油路が形成され、軸部82には入力シャフト84への潤滑油路が形成されている。
【0043】
第1モータジェネレータ44のステータ44sは第1ケース部材96に一体的に固設されると共に、ロータ44rは隔壁98,100により一対のボールベアリングを介して軸心まわりの回転自在に支持されており、単独でモータ性能(ジェネレータとしての性能を含む)を検査できる。
【0044】
第1の隔壁98とロータ44rとの間、及び第2の隔壁98に一体的に固設された支持部材106とロータ44rとの間は、それぞれオイルシールによって液密にシールされ、モータ空間102内に潤滑油等が侵入できないようになっている。また、第1の隔壁98と入力シャフト84との間もオイルシールによって液密にシールされており、入力シャフト84とロータ44rや軸部82との間に供給された潤滑油が外部に漏れ出すことを防止している。
【0045】
第1ケース部材96には、第3の隔壁108が一体に設けられた第2ケース部材110が一体的に固設されるようになっており、遊星歯車機構46,スプロケット50,減速機構を構成する中間軸58等を収容する収容空間112が、第1ケース部材96,第2の隔壁100,第2ケース部材110の間に形成される。この収容空間112内には所定量の潤滑油が充填され、歯車の噛合い部や軸受部等を油浴方式で潤滑するようになっている。差動装置と第2ケース部材110及び第1ケース部材96との間はそれぞれオイルシールによって液密にシールされ、収容空間112からの潤滑油の漏出が防止されている。
【0046】
第3の隔壁108は、遊星歯車機構46と第2モータジェネレータ48との間に配設されると共に、第2ケース部材110に第3ケース部材114が一体的に固設されることにより、第2モータジェネレータ48のロータ48rやステータ48sなどを収容するモータ空間116を形成する。第3ケース部材114には、ステータコイル90の内周側のスペースに回転検出手段としてレゾルバ118が配設されている。第2モータジェネレータ48のステータ48sは第3ケース部材114に一体的に固設されていると共に、ロータ48rは、第3の隔壁108及び第3ケース部材114により一対のボールベアリングを介して軸心まわりの回転自在に支持されており、単独でモータ性能(ジェネレータとしての性能を含む)を検査できる。ロータ48rと第3の隔壁108との間はオイルシールによって液密にシールされ、収容空間112内の潤滑油がモータ空間116内に侵入できないようになっていると共に、その隔壁108から突き出すロータ48rの端部に遊星歯車機構46のリングギヤ46rが相対回転不能にスプライン嵌合されている。入力シャフト84は、ロータ48r及びロータ44rによって軸心まわりの相対回転可能に支持されており、入力シャフト84には支持部等へ潤滑油を導く潤滑油路が軸方向や径方向に形成されている。
【0047】
一方、エンジン42は、図示を略すコントローラによってスロットル弁開度や燃料噴射量、点火時期などが制御されることにより、作動状態が制御される。
【0048】
第1モータジェネレータ44,第2モータジェネレータ48はそれぞれ制御器(図示せず)を介してバッテリー(図示せず)に接続されており、コントローラにより、そのバッテリーから電気エネルギーが供給されて所定のトルクで回転駆動される回転駆動状態と、回生制動(モータジェネレータ自体の電気的な制動トルク)によりジェネレータとして機能してバッテリーに電気エネルギーを充電する充電状態と、ロータ44r,48rが自由回転することを許容する無負荷状態とに切り換えられる。
【0049】
尚、コントローラには、各制御を運転状態に応じて切り換えるために必要な情報、例えばアクセル操作量や車速、バッテリーの蓄電量、ブレーキ操作の有無、シフトレバーの操作レンジ等に関する情報が、種々の検出手段などから供給されるようになっている。また、コントローラは、CPUやRAM,ROM等を有するマイクロコンピュータから構成され、予め設定されたプログラムに従って信号処理を行う。
【0050】
例えば、第1モータジェネレータ44を無負荷状態とすると共に第2モータジェネレータ48を回転駆動し、その第2モータジェネレータ48のみを動力源として走行する(モータ走行)。
【0051】
また、第1モータジェネレータ44をジェネレータとして機能させると共に第2モータジェネレータ48を無負荷状態とし、エンジン42のみを動力源として走行しながら第1モータジェネレータ44によってバッテリーを充電する(充電走行)。
【0052】
また、第1モータジェネレータ44をジェネレータとして機能させ、エンジン42及び第2モータジェネレータ48を動力源として走行しながら第1モータジェネレータ44によってバッテリーを充電する(エンジン・モータ走行)。
【0053】
また、車両走行中のブレーキ操作時等に第2モータジェネレータ48をジェネレータとして機能させて回生制動する(回生制動制御)。
【0054】
さらに、車両停止時に第1モータジェネレータ44をジェネレータとして機能させると共にエンジン42を作動させ、専ら第1モータジェネレータ44によってバッテリーを充電する(充電制御)。
【0055】
次に、このような第1モータジェネレータ44を無負荷状態とする場合や、車両停止時に第1モータジェネレータ44をジェネレータとして機能させる場合、及び、車両走行に切り替えられたために第1ジェネレータ44を無負荷状態とする場合、その他、高速走行や巡航走行などの速度によって第1ジェネレータ44の回転をオン・オフする場合などを考慮した出力軸の回転数制御について、原理的構成部分のみを図示化した電動機の断面図である図1に基づいて説明する。
【0056】
図1(A)は出力軸の回転許容状態の電動機の断面図、図1(B)は出力軸の回転停止状態の電動機の断面図である。
【0057】
図1において、21はモータケース、22はモータケース21の内側に固定されたステータユニット、23はステータユニット22のステータコイル、24はロータユニット、25はロータユニット24の出力軸である。
【0058】
略円筒形状のモータケース21の両端には、出力軸25を回転可能且つ軸線方向に沿って変位可能に支持する軸受26,27が設けられている。また、モータケース21の軸受26側の内面には出力軸25に相対回転可に保持された当接駒部材28に一端が弾接したコイルスプリング29が配置されている。さらに、モータケース21の軸受27側には、内周面にスプライン加工等からなる固定側嵌合部30が設けられている。
【0059】
また、出力軸25の軸受27側には、当接駒部材28とでロータコア31を挟持するようにフランジ25aが設けられており、このフランジ25aの外周には固定側嵌合部30と嵌合可能なスプライン加工等からなる可動側嵌合部25bが形成されている。
【0060】
コイルスプリング29は、常時はロータユニット24を他端側に向けて付勢している。
【0061】
このような構成において、コイル23に通電されている状態では、図1(A)に示すように、各嵌合部25b,30が互いに離反し、ロータユニット24の回転が許容されている。
【0062】
一方、コイル23への通電が停止されている状態では、図1(B)に示すように、コイルスプリング29の付勢によりロータユニット24が固定側嵌合部30側に向けて変位し、各嵌合部25b,30が互いに嵌合してロータユニット24の回転が停止されている。
【0063】
他方、この停止状態から、再びコイル23への通電が開始されると、その磁界の発生によりコイルスプリング29の付勢に抗してロータユニット24が軸受26側へと変位し、各嵌合部25b,30の嵌合状態が解除されてロータユニット24の回転が再び許容される。
【0064】
尚、このロータユニット24の回転再開時において、コイル23に流れる電流を一時的に正負に反転させることにより正逆方向に微動し、これにより各嵌合部25b,30の噛み合いによる所謂食い込みが容易に解除される。また、ディザーを施すなどの機械的手段でも良い。さらに、食い込み解除のため、まず増磁電流成分のみ通電し、ロック解除された時点でトルク電流を流しても良い。
【0065】
ところで、これらの食い込み解除は、コイルスプリング29の付勢力を考慮した上で行うことは当然であり、トルクの正負を反転させる際には、その反転中は鎖交磁束一定(Ld・Id+ψmag=const)で制御する(バネ力に勝る最低の鎖交磁束(Ld・Id+ψmag≧φmin)を確保する)。
【0066】
また、各嵌合部25b,30の対向する端部(少なくとも一方)にテーパ等を形成することにより、コイルスプリング29の付勢による嵌合を円滑に行うことができる。
【0067】
尚、このような嵌合の円滑化は、パルスモータ等のように電気的な位置決め検出を行うことでも容易に実現することができる。
【0068】
また、図1に示した構成を図2に示した第1モータジェネレータ44に適用するには、出力軸25をロータ44rに適用すると共に、レゾルバ104を回避するようにロータ44rを軸線方向に沿って変位可能(他の軸等との連携考慮)とし、且つ、ロータ44rと第2の隔壁100に嵌合部25b,30を設けることで容易に実現することができる。
【0069】
【発明の効果】
本発明の電動機にあっては、以上説明したように構成したことにより、出力軸の回転を瞬時且つ確実に停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係わる電動機を示し、(A)は出力軸の回転許容状態の電動機の断面図、(B)は出力軸の回転停止状態の電動機の断面図である。
【図2】 ハイブリッド駆動装置の要部の断面図である。
【図3】 電動機における出力軸の回転数制御を機械的に行う従来の電動機の断面図である。
【図4】 電動機における出力軸の回転数制御を機械的に行う従来の電動機の要部の分解斜視図である。
【符号の説明】
21 モータケース、22 ステータユニット、23 ステータコイル、24ロータユニット、25 出力軸、25b 可動側嵌合部、30 固定側嵌合部。
Claims (2)
- ステータユニットが固定されたモータケースと、
前記モータケースの両端に取り付けられた軸受けによって出力軸の両端を回転可能且つ軸線方向に沿って変位可能に支持されたロータユニットと、を備える電動機であって、
前記モータケースの一端側内面に設けられる固定側嵌合部と、
前記ロータユニットの一端側に設けられ、前記固定側嵌合部と嵌合可能な可動側嵌合部と、
前記モータケースの他端側内面に配置され、その一端がロータユニットに弾接した付勢部材とを有し、
前記ステータユニットのステータコイルへの通電が停止されている状態では、前記ロータユニットが前記付勢部材によって前記モータケースの一端側に向けて変位して、前記可動側嵌合部と前記固定側嵌合部とが互いに嵌合し、
前記ステータユニットのステータコイルへの通電されている状態では、前記ロータユニットが前記付勢部材の付勢に抗してモータケースの他端側に向けて変位して、前記可動側嵌合部と前記固定側嵌合部との嵌合状態が解除され、
前記ステータユニットのステータコイルへの通電開始の際に、前記ステータユニットのステータコイルへの電流を正負に反転させた後に所定の通電を開始すること、
を特徴とする電動機。 - ステータユニットが固定されたモータケースと、
前記モータケースの両端に取り付けられた軸受けによって出力軸の両端を回転可能且つ軸線方向に沿って変位可能に支持されたロータユニットと、を備える電動機であって、
前記モータケースの一端側内面に設けられる固定側嵌合部と、
前記ロータユニットの一端側に設けられ、前記固定側嵌合部と嵌合可能な可動側嵌合部と、
前記モータケースの他端側内面に配置され、その一端がロータユニットに弾接した付勢部材とを有し、
前記ステータユニットのステータコイルへの通電が停止されている状態では、前記ロータユニットが前記付勢部材によって前記モータケースの一端側に向けて変位して、前記可動側嵌合部と前記固定側嵌合部とが互いに嵌合し、前記可動側嵌合部と前記固定側嵌合部との嵌合によって、前記出力軸の回転を瞬時に停止させ、
前記ステータユニットのステータコイルへの通電されている状態では、前記ロータユニットが前記付勢部材の付勢に抗してモータケースの他端側に向けて変位して、前記可動側嵌合部と前記固定側嵌合部との嵌合状態を解除し、前記可動側嵌合部と前記固定側嵌合部との嵌合状態を解除する際に、前記出力軸の回転方向を一時的に正逆方向に微動してその食い込み状態を解除した後に前記出力軸を回転させること、
を特徴とする電動機。
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