JP4136736B2 - 回転電機およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷却流体により冷却される回転電機およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、車両や産業機械などの動力源として用いられる回転電機は、不可避的に発熱が生じるために、冷却流体を回転電機に供給して冷却する構成が採用されている。このような回転電機の冷却方法の一例が、特開2001−16826号公報(特許文献1)に記載されている。この公報に記載された電動機は、ロータおよびステータを有し、ロータは、ロータシャフトとロータコアとを有している。ロータシャフトには軸線方向油路が形成され、ロータコアにも油路が形成されている。そして、ロータシャフト内の軸方向油路に冷却液が供給されると、その冷却液がロータコアの油路に供給されるとともに、ロータの遠心力により冷却液がステータのコイルエンドに吹きかけられて、電動機が内側から冷却される。なお、冷却機構を有する回転装置の一例は、下記の特開2002−142408号公報(特許文献2)、特許第2888938号公報(特許文献3)、特開2002−103999号公報(特許文献4)にも記載されている。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−16826号公報(段落番号0005ないし段落番号0007、図4)
【特許文献2】
特開2002−142408号公報
【特許文献3】
特許第2888938号公報
【特許文献4】
特開2002−103999号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ロータシャフトを、小径部と大径部とで構成し、その小径部と大径部とを接続部で接続して、小径部と大径部との間に空間を形成する構成を採用することも考えられる。しかしながら、上記の特開2001−16826号公報においては、このような構成については記載がなく、このような空間を有するロータシャフトにおいても、ロータコアを効率よく冷却する必要があった。
【0005】
この発明は上記の事情を背景としてなされたものであり、保持部材を小径部と大径部とで構成し、その小径部と大径部との間に空間を形成した保持部材においても、保持部材に保持された回転部材に冷却流体を効率よく供給することの可能な回転電機およびその製造方法を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、回転可能な保持部材と、この保持部材に取り付けられて保持部材と一体的に回転する回転部材とを有し、前記保持部材を経由して前記回転部材に冷却流体が供給される構成の回転電機において、前記保持部材は、小径部と、この小径部の外側に配置された大径部と、前記小径部と大径部とを接続する接続部とを有し、前記小径部と大径部との間に形成され、かつ、冷却流体が供給される空間と、前記大径部と前記回転部材との間に形成された第1の通路と、前記大径部に形成され、前記空間と前記第1の通路とを連通する第2の通路と、前記小径部に設けられ、かつ、前記空間を経由して前記第2の通路に連通する第3の通路とを有するとともに、前記回転部材の軸線方向、および回転部材の軸線を中心とする円周方向で、前記第2の通路の配置位置と前記第3の通路の配置位置とが重なっていることを特徴とする発明である。
【0007】
請求項1の発明によれば、空間の冷却流体は、第2の通路を経由して第1の通路に供給されて、冷却流体により回転部材が冷却される。また、第3の通路の冷却流体が、遠心力により空間を経由して第2通路に供給される。したがって、第3の通路の冷却流体が、空間を経由して第2の通路に供給されやすくなる。
【0008】
請求項2の発明は、請求項1の構成に加えて、前記第2の通路は、前記大径部を前記軸線の半径方向に貫通しており、前記第3の通路は、前記小径部を前記軸線の半径方向に貫通していることを特徴とする発明である。
【0009】
請求項2の発明によれば、請求項1の発明と同様の作用が生じる。
【0010】
請求項3の発明は、回転部材が取り付けられる保持部材に、前記回転部材に供給される冷却流体の通路を形成する回転電機の製造方法において、前記保持部材に、円筒形状の小径部と、この小径部の外側に配置された円筒形状の大径部とを設けるとともに、この大径部と前記回転部材との間に第1の通路を形成し、前記大径部を切削加工して第2の通路を形成し、ついで、この第2の通路に加工工具を挿入して前記小径部を切削加工して第3の通路を形成することにより、前記回転部材の軸線方向、および回転部材の軸線を中心とする円周方向で、前記第2の通路の配置位置と、前記第3の通路の配置位置とを重ねることを特徴とする発明である。
【0011】
請求項3の発明によれば、保持部材の製造工程で、第3の通路は第2の通路を形成する加工工具の移動空間、つまり工具の逃がし穴として機能する。したがって、保持部材の生産性が向上する。
【0012】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明を図面を参照しながら具体的に説明する。図1は、この発明の回転電機を、車両の動力伝達経路に配置した場合の正面断面図、図2は図1のII−II線における断面図である。この発明の適用対象となる車両は、駆動力源としてエンジン(図示せず)および電動機(図示せず)を有しており、エンジンから車輪に至る動力伝達経路に、インプットシャフト1およびアウトプットシャフト2が配置されている。インプットシャフト1およびアウトプットシャフト2は車両の前後方向に配置されている。
【0013】
インプットシャフト1およびアウトプットシャフト2はケーシング3の内部に配置されており、インプットシャフト1およびアウトプットシャフト2は、軸線A1を中心として相対回転可能に構成されている。インプットシャフト1の周囲には、モータ・ジェネレータ4が配置されている。モータ・ジェネレータ4は、ステータ5とステータコイル6とロータ7とロータシャフト8とを有している。また、ケーシング3には、軸線A1の半径方向に延ばされた隔壁9,10を有し、隔壁9と隔壁10との間にモータ・ジェネレータ4が配置されている。ロータシャフト8は円筒形状に構成されており、ロータシャフト8はインプットシャフト1の外周に取り付けられている。インプットシャフト1とロータシャフト8とは相対回転可能である。
【0014】
一方、エンジンからインプットシャフト1に伝達された動力をモータ・ジェネレータ4とアウトプットシャフト2とに分配する動力分配装置11が設けられている。動力分配装置11は、シングルピニオン形式の遊星歯車機構を主体として構成されている。すなわち、動力分配装置11はロータシャフト8と一体回転するサンギヤ12と、サンギヤ12と同心状に配置されたリングギヤ13と、サンギヤ12およびリングギヤ13に噛合するピニオンギヤ14を保持したキャリヤ15とを有している。また、リングギヤ13とアウトプットシャフト2とが、環状のプレート16により連結され、リングギヤ13とアウトプットシャフト2とが一体回転するように連結されている。
【0015】
前記隔壁9,10の内周端には軸受17,18が取り付けられており、軸受17,18によりロータシャフト8が回転可能に保持されている。また、ロータシャフト8は、円筒形状の小径部19と、小径部19の外側に配置された円筒形状の大径部20と、小径部19と大径部20とを連続するフランジ部21とを有する。そして、小径部19がインプットシャフト1の外周に取り付けられている。
【0016】
つぎに、モータ・ジェネレータ4を冷却する機構について説明する。インプットシャフト1には、軸線A1に沿って油路22が形成されているとともに、油路22に連通する吐出穴23が形成されている。この吐出穴23はインプットシャフト1の外周面に開口されている。また、ロータシャフト8の小径部19を半径方向に貫通する吐出穴24が形成されている。軸線方向における吐出穴24の配置位置は、フランジ部21の配置位置とは異なる。この吐出穴24と吐出穴23とは、小径部19とインプットシャフト1との隙間を経由して連通されている。
【0017】
一方、小径部19と大径部20との間であって、軸線方向におけるフランジ部21の両側には、空間B1,C1が形成されている。空間B1,C1は軸線A1を中心とする環状の空間であり、空間B1,C1と吐出穴24とが連通されている。また、フランジ部21には連通路21Aが形成されており、空間B1と空間C1とが連通路21Aにより連通されている。さらに大径部20を半径方向に貫通する油溜まり25が形成されている。さらに、ロータ7の軸線方向、および軸線A1を中心とする円周上で、油溜まり25の配置位置と吐出穴24の配置位置とが重なっている。
【0018】
また、ロータ7は、環状の鉄板を複数積層して構成されたものであり、ロータ7の内周面には凹部26が形成されている。この凹部26は軸線方向に延ばされており、この凹部26により、ロータ7と大径部20の外周面との間に油路が形成されている。図2に示すように、ロータ7の円周方向における凹部26の配置位置は、外径部20の円周方向における油溜まり25の配置位置と同じに設定されている。また、ロータ7には円周方向に所定間隔をおいてマグネット27が取り付けられており、ロータ7の円周方向において、マグネット27の配置位置と凹部26の配置位置とは異なる。
【0019】
さらに、大径部20であって軸線方向の端部には外向きフランジ28が形成されており、軸線方向におけるロータ7の端部と、外向きフランジ28との間にストッパプレート29が配置されている。また、他のストッパプレート30が設けられており、ストッパプレート29とストッパプレート30との間にロータ7が配置されている。そして、大径部20の一部がカシメられて、ロータ7およびストッパプレート29,30が大径部20に固定されている。なお、外向きフランジ28には油路31が形成され、ストッパプレート30には油路32が形成されている。この油路31,32は凹部26と連通されている。
【0020】
つぎに、動力分配装置11の具体的な構成を説明する。軸線方向において、プレート16と隔壁10との間にキャリヤ15が配置されている。また、キャリヤ15はプレート33と、プレート33のピニオン穴34に固定されたピニオンピン35とを有している。また、インプットシャフト1には外向きフランジ36が形成されており、ピニオンピン35の端部がフランジ36のピニオン穴37に固定されている。ピニオンピン35には軸線方向に油路38が形成されており、油路38はピニオンピン35であって隔壁10側の端面35Aに開口されている。また、ピニオンピン35には半径方向に延ばされた油路39が形成されている。油路39はピニオンピン35の外周面に開口されている。なお、ピニオンピン35とピニオンギヤ14との間にはニードルベアリング40が配置されている。
【0021】
さらに、プレート33の外周には環状のプレート41が接合されている。プレート41の外周にはギヤ42が形成されている。さらにまた、リングギヤ13の外周にはギヤ43が形成されている。このギヤ42,43はオイルポンプ(図示せず)と動力伝達可能に連結されている。また、プレート41の内周端には傾斜部44が形成されている。この傾斜部44は、内側に進むにともないピニオンピン35の端面35Aから離れる方向に傾斜している。そして、プレート33と傾斜部44との間に、くさび形状のオイルキャッチ45が形成されている。オイルキャッチ45は軸線A1を中心として環状に形成されており、オイルキャッチ45の外周端は、ピニオン穴34の外端よりも外側に位置している。
【0022】
一方、インプットシャフト1には吐出穴46,47が形成されており、吐出穴46,47と油路22とが連通されている。また吐出穴46,47はインプットシャフト1の外周面に開口されている。軸線方向において、吐出穴47の配置位置とサンギヤ12の配置位置とが同じに設定されている。さらに、軸線方向において吐出穴46の配置位置は、サンギヤ12の配意位置とは異なっている。また、ロータシャフト8の小径部19であって、小径部19とサンギヤ12とのスプライン嵌合部分には、吐出穴48が形成されている。そして、吐出穴46と吐出穴48とが連通されている。ケーシング3の内部には、モータ・ジェネレータ4以外のモータ・ジェネレータ(図示せず)が設けられており、そのモータ・ジェネレータのトルクを車輪に伝達できるように構成されている。なお、隔壁9の内周にはオイルシール50が取り付けられており、オイルシール50のシールリップがインプットシャフト1に接触してシール面を形成している。
【0023】
ここで、車両の制御について説明する。まず、車両が停止している際にエンジンを始動する場合は、モータ・ジェネレータ4を電動機として駆動させる。そして、モータ・ジェネレータ4のトルクが、サンギヤ12に伝達されると、リングギヤ13が反力要素となり、キャリヤ15が回転する。このキャリヤ15のトルクは、インプットシャフト1を経由してエンジンに伝達される。このようにして、エンジンがクランキングされるとともに、エンジンがガソリンエンジンであれば、燃料噴射制御および点火制御がおこなわれて、エンジンが自律回転する。
【0024】
自律回転するエンジンのトルクは、インプットシャフト1、キャリヤ15、アウトプットシャフト2を経由して車輪に伝達される。なお、エンジンの回転時には、エンジンの動力の一部を動力分配装置11を経由してモータ・ジェネレータ4に伝達し、モータ・ジェネレータ4で発電された電力を蓄電装置に充電することもできる。また、車両は、エンジンまたはモータ・ジェネレータ4以外のモータ・ジェネレータのうち、少なくとも一方の動力を車輪に伝達することができる車両、いわゆるハイブリッド車である。
【0025】
さらに、動力分配装置11が回転している場合は、キャリヤ15またはリングギヤ13のうち回転速度が高い方の回転部材の動力がオイルポンプに伝達されてオイルポンプが駆動し、オイルポンプから吐出されるオイルの一部が油路22に供給される。なお、オイルポンプから吐出されるオイル以外のオイルを、油路22に供給する構成を採用することもできる。
【0026】
つぎに、モータ・ジェネレータ4の冷却について説明する。モータ・ジェネレータ4は、電動機または発電機として起動する場合のいずれにおいても、通電抵抗などによる発熱が不可避的に生じる。そこで、この実施例では、以下のようにして、モータ・ジェネレータ4が冷却される。まず、オイルポンプから吐出されたオイルが油路22に供給されており、インプットシャフト1の回転時の遠心力により、油路22のオイルは吐出穴23,24を経由して空間B1,C1に供給される。なお、吐出穴23からインプットシャフト1とロータシャフト8の大径部19との間に流れ込んだオイルの一部は、オイルシール50に向けて軸線方向に流れ、その後、そのオイルが遠心力で半径方向に移動して、軸受17が潤滑および冷却される。
【0027】
さらに、ロータ7の回転時の遠心力により、空間B1,C1のオイルは油溜まり25を経由して凹部26に供給されて、ロータ7を冷却する。また、凹部26のオイルは、油路31,32を経由してステータコイル6側に供給され、ステータコイル6のコイルエンドがオイルにより冷却される。なお、モータ・ジェネレータ4を冷却するオイルは、後述するようにケーシング7の内の各部を潤滑および冷却する。
【0028】
このように、ロータシャフト8が小径部19と大径部20とを有し、小径部19と大径部20との間に空間B1,C1が形成されている構成において、オイルが吐出穴24および油溜まり25を経由して、ロータ7およびステータコイル6に供給される。したがって、モータ・ジェネレータ4を効率よく冷却することができる。また、ロータ7の円周方向において、マグネット27の配置位置と、ロータ7の一部を切り欠いて形成した凹部26の配置位置とが異なる。このため、マグネット27により磁界が形成される場合に、凹部26が、磁場の範囲や磁界の強度に影響を及ぼすことを抑制できる。したがって、モータ・ジェネレータ4の力行機能および回生機能の低下を抑制できる。また、ロータ7の軸線方向、および軸線A1を中心とする円周上で、油溜まり25の配置位置と吐出穴24の配置位置とが重なっている。したがって、吐出穴24のオイルを、空間B1,C1を経由させて油溜まり25に一層確実に供給することができる。
【0029】
つぎに、ロータシャフト8の製造工程について説明する。ロータシャフト8の製造工程においては、まず、加工工具をロータシャフト8の半径方向に移動させて、大径部20を切削加工し、油溜まり25を形成する。ついで、油溜まり25に他の加工工具を挿入して、小径部19を切削加工して吐出穴24を形成する。つまり、油溜まり25は、ロータシャフト8をロータ7内に配置した時点で、オイルを貯溜および通過させる機能に加えて、ロータシャフト8の製造工程において、油溜まり25は、吐出穴24を形成する加工工具の移動空間、つまり、工具逃がし穴としての機能をも兼備している。したがって、ロータシャフト8の生産性が向上する。また、油溜まり25を形成することにより、ロータシャフト8を構成する金属材料を少なくすることができ、ロータシャフト8の軽量化を図ることができる。
【0030】
一方、動力分配装置11の潤滑および冷却について説明する。インプットシャフト1が回転すると、その遠心力により、油路22のオイルが、吐出穴46,48を経由してロータシャフト8の小径部19の外側に供給される。このオイルはオイルキャッチ45により保持され、オイルキャッチ45により保持されたオイルは、油路38,39を経由してピニオンピン35とピニオンギヤ14との間に供給されて、ニードルベアリング40、ピニオンピン35、ピニオンギヤ14、ピニオンギヤ14とリングギヤ13との噛み合い部分などを潤滑および冷却する。また、油路22のオイルは吐出穴47を経由してサンギヤ12とインプットシャフト1との間に供給され、そのオイルはサンギヤ12とインプットシャフト1との間の軸受(図示せず)などを潤滑および冷却する。またそのオイルは、ピニオンギヤ14側にも供給される。
【0031】
この実施例によれば、プレート41が、オイルポンプを駆動するギヤ42およびオイルキャッチ45を形成する機能を兼備している。このため、部品点数の増加を抑制することができ、製造コストの低減を図ることができる。また、オイルキャッチ45の外周端よりも内側に、ピニオン穴34の外端が位置している。このため、動力分配装置11の製造工程において、プレート41とプレート33とを接合した後に、ピニオン穴34を工具により成形加工および仕上げ加工することができる。したがって、プレート41とプレート33とを接合(溶接など)する場合の熱でプレート33が変形したとしても、ピニオン穴34の加工精度が低下することを防止できる。
【0032】
ここで、図1および図2に示す構成とこの発明の構成との対応関係を説明すれば、ロータシャフト8が、この発明の保持部材に相当し、ロータ7が、この発明の回転部材に相当し、オイルが、この発明の冷却流体に相当し、モータ・ジェネレータ4が、この発明の回転電機に相当し、フランジ部21が、この発明の接続部に相当し、凹部(溝)26が、この発明の第1の通路に相当し、油溜まり25がこの発明の第2の通路に相当し、吐出穴24が、この発明の第3の通路に相当する。なお、第1の通路としての凹部は、ロータシャフト8の大径部20の外周面に形成されていてもよい。すなわち、第1の通路は、ロータシャフト8またはロータ7の少なくとも一方に設けられていればよい。
【0033】
なお、この発明は、モータ・ジェネレータのロータシャフトが車両の前後方向に配置され、かつ、エンジンの動力が後輪に伝達されるFR(フロントエンジン・リヤドライブ)車の他に、モータ・ジェネレータのロータシャフトが車両の幅方向に配置されているとともに、エンジンの動力を前輪に伝達することのできるFF(フロントエンジン・フロントドライブ)車にも適用可能である。また、特許請求の範囲に記載されている「回転電機」を、「回転電機の冷却機構」もしくは「モータ・ジェネレータの冷却機構」と読み替えることも可能である。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1の発明によれば、空間の冷却流体を、第2の通路を経由させて第1の通路に供給することができ、冷却流体で回転部材を効率よく冷却することができる。また、第3の通路の冷却流体が、遠心力により空間を経由して第2通路に供給される。したがって、第3の通路の冷却流体が、空間を経由して第2の通路に供給されやすくなる。
【0035】
請求項2の発明によれば、請求項1の発明と同様の効果を得ることができる。
【0036】
請求項3の発明によれば、保持部材の製造工程で、第3の通路は第2の通路を形成する加工工具の移動空間、つまり工具の逃がし穴として機能する。したがって、保持部材の生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の回転電機を有する車両の動力伝達経路を示す正面断面図である。
【図2】 図1のII−II線における側面断面図である。
【符号の説明】
4…モータ・ジェネレータ、 7…ロータ、 8…ロータシャフト、 19…小径部、 20…大径部、 23…吐出穴、 25…油溜まり、 26…凹部、B1,C1…空間。
Claims (3)
- 回転可能な保持部材と、この保持部材に取り付けられて保持部材と一体的に回転する回転部材とを有し、前記保持部材を経由して前記回転部材に冷却流体が供給される構成の回転電機において、
前記保持部材は、小径部と、この小径部の外側に配置された大径部と、前記小径部と大径部とを接続する接続部とを有し、前記小径部と大径部との間に形成され、かつ、冷却流体が供給される空間と、前記大径部と前記回転部材との間に形成された第1の通路と、前記大径部に形成され、前記空間と前記第1の通路とを連通する第2の通路と、前記小径部に設けられ、かつ、前記空間を経由して前記第2の通路に連通する第3の通路とを有するとともに、
前記回転部材の軸線方向、および回転部材の軸線を中心とする円周方向で、前記第2の通路の配置位置と前記第3の通路の配置位置とが重なっていることを特徴とする回転電機。 - 前記第2の通路は、前記大径部を前記軸線の半径方向に貫通しており、前記第3の通路は、前記小径部を前記軸線の半径方向に貫通していることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
- 回転部材が取り付けられる保持部材に、前記回転部材に供給される冷却流体の通路を形成する回転電機の製造方法において、
前記保持部材に、円筒形状の小径部と、この小径部の外側に配置された円筒形状の大径部とを設けるとともに、この大径部と前記回転部材との間に第1の通路を形成し、前記大径部を切削加工して第2の通路を形成し、ついで、この第2の通路に加工工具を挿入して前記小径部を切削加工して第3の通路を形成することにより、
前記回転部材の軸線方向、および回転部材の軸線を中心とする円周方向で、前記第2の通路の配置位置と、前記第3の通路の配置位置とを重ねることを特徴とする回転電機の製造方法。
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