JP4907300B2

JP4907300B2 - ハイブリッド車両のモータロータ

Info

Publication number: JP4907300B2
Application number: JP2006300963A
Authority: JP
Inventors: 有宏山田
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2006-11-06
Filing date: 2006-11-06
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2026-11-06
Also published as: JP2008118800A

Description

本発明は、駆動輪を駆動するための動力源としてエンジンと電動モータとを併用するハイブリッド車両のモータロータに関する。

従来より、エンジンと電動モータとを駆動源として併用するハイブリッド車両には、エンジンを車両走行の駆動源の主体とし、電動モータによって駆動力のアシストを行うとともに制動力の回生を行うようにしたパラレルハイブリッド車両がある。また、パラレルハイブリッド車両の構成としてはエンジンと変速機との間に電動モータを配設したものがあり、この種のハイブリッド車両に採用される電動モータのロータ（モータロータ）としては、エンジンのクランク軸に直結するロータハブに、環状のロータ本体を外嵌したものが広く知られている。

ところで、上述のロータ本体は、一般に、電磁鋼材等からなる環状のロータコアに複数のマグネットが保持されて要部が構成されている。このようなロータ本体では、ロータコアに過剰な応力が作用すると磁束の挙動が変化する。従って、ロータ本体の磁束変化に起因する電動モータの出力性能の低下を抑制するためには、ロータ本体をロータハブに外嵌する際の圧入緊度を低く設定する必要がある。

その一方で、エンジンのクランク軸は各気筒の爆発タイミング等に起因して微小に偏心しながら回転するため、クランク軸には微小なスラスト力が発生する。従って、このようなクランク軸にロータハブを直結した場合、ロータ本体は、クランク軸から伝達されるスラスト力によってロータハブから脱落する虞がある。

そこで、この種の電動モータでは、一般に、ロータ本体よりも高い圧入緊度でロータハブに外嵌した環状のストッパをロータ本体の軸方向端面に当接させることにより、ロータ本体の脱落防止が図られている（例えば、特許文献１参照）。なお、この種の電動モータにおいて、ロータで発生する磁束の軸方向へのリークを抑制して出力低下を防止するため、ストッパを非磁性体で構成し、ストッパに磁束遮断機能を持たせることも可能である。
特開２００５−５７８３２号公報

しかしながら、電動モータがエンジンと変速機の間に配設されたハイブリッド車両においては、ロータが高温に曝されるため、ロータハブとストッパとの熱膨張率の関係によっては、ストッパがロータハブから脱落する虞がある。特に、電動モータの出力特性の向上を図るべくストッパを非磁性体で構成した場合、一般に、非磁性体は鉄等よりも熱膨張率が大きいため、エンジンや変速機から伝達される熱によって容易に脱落してしまう虞がある。

これに対処し、ストッパをロータハブにボルト締結等することも考えられるが、このような締結構造を採用すると、電動モータの軸方向への大型化や構造の複雑化等を招く虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電動モータを軸方向に大型化させることなく簡単な構成でロータ本体をロータハブに確実に保持することができ、しかも、電動モータの出力性能を向上することができるハイブリッド車両のモータロータを提供することを目的とする。

本発明は、エンジンのクランク軸と変速機の入力軸との間に電動モータを備えたハイブリッド車両のモータロータであって、環状に形成されたロータ本体と、前記クランク軸の軸方向に延伸する筒状部を有し、当該筒状部の外周に前記ロータ本体が外嵌するロータハブと、前記ロータ本体の軸方向端面に当接するディスク部と当該ディスク部から延伸する圧接部とが前記ロータハブよりも熱膨張率の大きい非磁性体で一体形成され、前記筒状部の内周への前記圧接部の圧接によって前記ロータハブに固設する磁束遮断ディスクと、を備えたことを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両のモータロータによれば、電動モータを軸方向に大型化させることなく簡単な構成でロータ本体をロータハブに確実に保持することができ、しかも、出力低下を防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図１はハイブリッド車両の駆動装置を示すスケルトン図、図２は電動モータの要部断面図、図３はロータの分解斜視図である。

図１において、符号１はエンジン１０と電動モータ２０とを駆動源として併用するパラレル方式のハイブリッド車両の駆動装置を示す。本実施形態において、この駆動装置１は、例えば、エンジン１０と変速機５０とが車両の前後方向に沿って縦置き配置される４輪駆動車用の駆動装置であり、エンジン１０のクランク軸１１と変速機５０の入力軸（変速入力軸）５１との間に、電動モータ２０が介装されている。

電動モータ２０は、エンジン１０に連設するモータハウジング２１に固設されたステータ２２と、モータハウジング２１内でクランク軸１１に連結されるロータ（モータロータ）２３とを有する。そして、このロータ２３は、トルクコンバータ４０を介して、変速入力軸５１に連設されている。すなわち、ロータ２３はトルクコンバータ４０のポンプシェル４１に固定されており、クランク軸１１とトルクコンバータ４０とはロータ２３を介して直結されている。さらに、トルクコンバータ４０のポンプシェル４１にはポンプインペラ４２が固定されているとともに、ポンプインペラ４２に対向してタービンランナ４３が収容され、タービンランナ４３に固定されるタービン軸４４には変速入力軸５１が連結されている。

これにより、エンジン１０のクランク軸１１から出力されるエンジン動力は、電動モータ２０のロータ２３を回転駆動するとともに、トルクコンバータ４０を介して変速入力軸５１に入力されるようになっている。また、発進時や加速時など大きな駆動トルクが要求される場合には、電動モータ２０のステータコイル２２ａに対して通電制御を行うことにより、モータ動力を出力してエンジン１０をアシストすることが可能となっている。一方、車両減速時等においては、電動モータ２０を発電機として駆動させることにより、運動エネルギを電気エネルギに変換して図示しないバッテリに回収するようにしている。また、トルクコンバータ４０にはクランク軸１１とタービン軸４４とを直結するロックアップクラッチ４５が設けられており、定常走行時にはロックアップクラッチ４５を締結してエンジン動力やモータ動力の伝達効率を向上させることが可能となっている。

また、エンジン動力やモータ動力が入力される変速入力軸５１には、遊星歯車列、クラッチ、ブレーキ等を備える変速機構５２が連結されている。この変速機構５２内のクラッチやブレーキを締結制御することにより、変速入力軸５１と変速出力軸５３との間の動力伝達径路を切り換えて変速することが可能となる。さらに、変速出力軸５３とこれの同心上に設けられる後輪出力軸５４との間には、前後輪に駆動トルクを分配する複合遊星歯車式のセンタデファレンシャル機構５５が装着されており、このセンタデファレンシャル機構５５を介して前輪出力軸５６と後輪出力軸５４とには所定の分配比で駆動トルクが分配される。なお、センタデファレンシャル機構５５に設けられる差動制限クラッチ５５ａを締結することにより、ピニオンギヤ５５ｂの差動回転を抑制して前後輪のトルク分配比を５０：５０に固定することが可能となる。

次に、図２及び図３を参照して、ロータ２３の構成について詳細に説明する。
本実施形態において、ロータ２３は、ステータ２２の内周に対向する環状のロータ本体２５と、このロータ本体２５をクランク軸１１と同軸上に軸支するロータハブ２６と、ロータ本体２５の軸方向の各端面に当接する第１，第２の磁束遮断ディスク２７，２８とを有して構成されている。

ロータ本体２５は、例えば、電磁鋼材で構成された環状のロータコア３０を有する。このロータコア３０の内周には、軸方向に延伸する複数の嵌合突起３０ａが所定角度間隔毎に形成されている。また、ロータコア３０の外周には、複数の凹部３０ｂが所定角度間隔毎に形成され、各凹部３０ｂにはマグネット３１がそれぞれ収容されている。そして、各凹部３０ｂに収容された各マグネット３１は、ロータコア３０の外周に装着されるアウタリング３２によって保持されている。

ロータハブ２６は、例えば、クランク軸１１に連結する軸部３５と、軸部３５の外周でクランク軸１１の軸方向に延伸する筒状部３６とを有し、これらが鉄系材料を用いて一体形成されている。

軸部３５は、クランク軸１１との当接面に開口する複数のボルト挿通孔３５ａを有し、これらボルト挿通孔３５ａに挿通されたボルト３７を介して、クランク軸１１に締結固定されている。また、軸部３５の後部にはドライブプレート３８が固設され、このドライブプレート３８を介して、軸部３５がトルクコンバータ４０のポンプシェル４１に連結されている。

筒状部３６の外周には、ロータコア３０の嵌合突起３０ａに対応する嵌合溝３６ａが、所定角度間隔毎に形成されている。また、筒状部３６の後端部には、外向フランジ３６ｂが周設されている。そして、この筒状部３６の外周には、ロータ本体２５が、筒状部３６の前端部側から装着される。その際、嵌合溝３６ａに嵌合突起３０ａが嵌合することにより、ロータハブ２６とロータ本体２５との相対回転が規制される。また、ロータ本体２５の後端部が、後述する第１の磁束遮断ディスク２７を介して外向フランジ３６ｂに当接されることにより、ロータ本体２５の後方への移動が規制される。ここで、本実施形態において、筒状部３６の軸方向の長さは、ロータ本体２５の後端部が第１の磁束遮断ディスク２７を介して外向フランジ３６ｂに当接された際に、筒状部３６の前端面とロータ本体２５の前端面とが略面一となるよう設定されている。

第１，第２の磁束遮断ディスク２７，２８は、例えば、ロータハブ２６を構成する鉄系材料よりも熱膨張率の大きい非磁性体材料で構成されている。具体的には、第１、第２の磁束遮断ディスク２７，２８は、例えば、オーステナイト系の鋼材であるＳＵＳ３０１で構成されている。

第１の磁束遮断ディスク２７は、内径がロータハブ２６の筒状部３６の外径と略同径に形成された環状の平板形状をなし、筒状部３６の外周において、ロータ本体２５と外向フランジ３６ｂとの間に挟持される。そして、第１の磁束遮断ディスク２７は、ロータ本体２５の後端面に当接されることにより、ロータ本体２５の後端面から軸方向にリークする磁束を遮断する。

第２の磁束遮断ディスク２８は、環状の平板形状をなすディスク部２８ａと、ディスク部２８ａから軸方向に延伸する筒状の圧接部２８ｂとが一体形成されて要部が構成されている。ディスク部２８ａは、内径がロータハブ２６の筒状部３６の内径と略同径に形成された環状の平板形状をなす。また、圧接部２８ｂは、外径がロータハブ２６の筒状部３６の内径よりも若干大径に形成された筒形状をなす。そして、第２の磁束遮断ディスク２８は、圧接部２８ｂが筒状部３６の内周に冷間嵌めによって圧入されることによりロータハブ２６に固設される。これにより、第２の磁束遮断ディスク２８のディスク部２８ａは、ロータ本体２５及び筒状部３６の前端面に当接される、ロータ本体２５のロータハブ２６からの脱落を防止するとともに、ロータ本体２５の前端面から軸方向にリークする磁束を遮断する。

このような実施形態によれば、ロータハブ２６よりも熱膨張率の大きい非磁性体で構成した第２の磁束遮断ディスク２８のディスク部２８ａから圧接部２８ｂを延伸させ、この圧接部２８ｂの筒状部３６の内周への圧接によって第２の磁束遮断ディスク２８をロータハブ２６に固設することにより、電動モータ２０を軸方向に大型化させることなく簡単な構成でロータ本体２５をロータハブ２６に確実に保持することができ、しかも、電動モータ２０の出力性能を向上することができる。すなわち、ディスク部２８ａから圧接部２８ｂを延伸させて筒状部３６の内周に圧接させることにより、冷態時は勿論のこと、エンジン１０等からの熱によって第２の磁束遮断ディスク２８が熱膨張した場合にも、圧接部２８ｂを筒状部３６内周に対して強く押し当てることができる。従って、電動モータ２０を軸方向に大型化させることなく、ロータ本体２５の端面からの磁束のリークを防止する機能と、ロータ本体２５がロータハブ２６からの脱落することを防止する機能とを、第２の磁束遮断ディスク２８によって両立させることができる。

この場合において、第２の磁束遮断ディスク２８をロータ本体２５よりもエンジン１０側でロータハブ２６に固設することにより、ロータ本体２５の脱落防止をより的確に実現することができる。すなわち、上述のように、本実施形態においては、第２の磁束遮断ディスク２８が高温になる程、筒状部３６と圧接部２８ｂとの間の圧接緊度が向上する。そこで、冷態始動時においては、エンジン１０側の方が変速機５０側（トルクコンバータ４０側）よりも早期に昇温することに着目し、第２の磁束遮断ディスク２８をロータ本体２５よりもエンジン１０側に配設することにより、第２の磁束遮断ディスク２８を早期に昇温させることができる。

ここで、第２の磁束遮断ディスク２８に形成される圧接部としては、上述のような筒形状のものに限定されるものではなく、例えば、図４、図５に示すように、ディスク部２８ａの内周に沿って複数の圧接部２８ｃを櫛歯状に配列してもよい。この場合、各圧接部２８ｃの先端部に係止爪２８ｄを形成すると共に、筒状部３６の内周に係止溝３６ｃを周設することにより、ロータハブ２６に対する第２の磁束遮断ディスク２８の装着を常温下で行うことができる。すなわち、このような構成においては、各圧接部２８ｃを弾性変形させながら筒状部３６の内周に挿入して係止爪２８ｄを係止溝３６ｃに係止すればよいため、筒状部３６と圧接部２８ｃとの間に高い緊度を必要とすることなく、第２の磁束遮断ディスク２８を容易にロータハブ２６に保持させることができる。勿論、第２の磁束遮断ディスク２８が昇温された場合には、筒状部３６の内周に対する圧接部２８ｃの緊度が向上するので、係止溝３６ｃから係止爪２８ｄが外れることはない。

なお、上述の実施形態においては、ロータ本体の両端部に配設される１対の磁束遮断ディスクのうちの一方のみに（第２の磁束遮断ディスクのみに）、圧接部を延伸させて筒状部に固定した一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、筒状部に形成される外向フランジを廃止し、両磁束遮断ディスクに圧接部を延伸させて筒状部に固定してもよいことは勿論である。

ハイブリッド車両の駆動装置を示すスケルトン図電動モータの要部断面図ロータの分解斜視図電動モータの変形例を示す要部断面図ロータの変形例を示す分解斜視図

符号の説明

１ … 駆動装置
１０ … エンジン
１１ … クランク軸
２０ … 電動モータ
２２ … ステータ
２３ … ロータ
２５ … ロータ本体
２６ … ロータハブ
２８ … 第２の磁束遮断ディスク（磁束遮断ディスク）
２８ａ … ディスク部
２８ｂ … 圧接部
２８ｃ … 圧接部
２８ｄ … 係止爪
３０ … ロータコア
３１ … マグネット
３５ … 軸部
３６ … 筒状部
３６ｃ … 係止溝
４０ … トルクコンバータ
５０ … 変速機
５１ … 変速入力軸（入力軸）

Claims

エンジンのクランク軸と変速機の入力軸との間に電動モータを備えたハイブリッド車両のモータロータであって、
環状に形成されたロータ本体と、
前記クランク軸の軸方向に延伸する筒状部を有し、当該筒状部の外周に前記ロータ本体が外嵌するロータハブと、
前記ロータ本体の軸方向端面に当接するディスク部と当該ディスク部から延伸する圧接部とが前記ロータハブよりも熱膨張率の大きい非磁性体で一体形成され、前記筒状部の内周への前記圧接部の圧接によって前記ロータハブに固設する磁束遮断ディスクと、を備えたことを特徴とするハイブリッド車両のモータロータ。
前記磁束遮断ディスクは、前記ロータ本体よりもエンジン側で前記ロータハブに固設することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車のモータロータ。