JP5872921B2 - ハイブリッドシステム用モータユニット - Google Patents

Description

本発明は、エンジン及びモータを駆動動力源とするハイブリッドシステムに適用されるハイブリッドシステム用モータユニットに関する。

近年では、トラック等の大型自動車においても、エンジン及びモータを駆動動力源とするハイブリッドシステムを搭載したハイブリッド自動車が増えつつある。こうした大型のハイブリッド自動車では、一般的な乗用車に比べて大型のモータが必要とされるため、駆動時におけるモータの発熱量も大きくなる。そのため、モータの冷却方式には、例えば特許文献１に記載のように、空冷式よりも冷却効率が高い方式であって、冷却媒体として絶縁性を有するオイルを用いた油冷式が採用される。

こうした油冷式のモータを備えるハイブリッドシステム用モータユニットにおいては、モータが収容されるモータ室がハウジングに形成されており、該モータ室内にオイルが供給されることによってモータの冷却が行なわれる。モータは、出力軸に連結されるロータと、ロータの外周部を取り囲む環状のステータとを備えている。ステータは、ステータコアに複数のティース部を有し、そのティース部の各々にステータコイルが巻装されている。

一方、上記ステータコイルに接続されたコイル配線部材は、例えばインバータ等の外部装置に接続された外部配線部材に対して端子台を介して接続される。端子台は、ハウジングに形成された端子箱に収容されている。端子箱には、点検や各種作業を行なうための開口部が形成されており、この開口部は、ガスケットを介して取り付けられるカバーによって密閉されている。

また、ハウジングには、モータ室と端子箱の内部空間である端子室とを連通させて端子台とコイル配線部材とを接続させるための第１の配線通路、端子室とハウジングの外部空間とを連通させて端子台と外部配線部材とを接続させるための第２の配線通路、これらが形成されている。第１の配線通路は、モータ室内のオイルが端子室に侵入しない程度にシールされ、また第２の配線通路は、例えば雨天時などにハウジングの外部空間から端子室に水が侵入しない程度にシールされている。

特開２０１１−１２６３２０号公報

ところで、モータ駆動時におけるモータ室では、モータを冷却するオイルのみならず、モータ室内の空気も昇温されることになる。そのため、例えばハウジングに雨水がかかることによってハウジングが急激に冷却されると、モータ室内の空気も冷却され、その冷却にともなう体積変化によってモータ室内が負圧状態となる。

この際、第１及び第２の配線通路におけるシール性が不足してしまうと、モータ室には、第１の配線通路を通じて端子室の空気が侵入し、これにより負圧状態となる端子室には、第２の配線通路を通じてハウジングの外部空間における空気が侵入する。そして、第２の配線通路の開口付近に水が付着していると、端子室には、ハウジングの外部空間における空気とともにその水までもが侵入することになる。

こうした端子箱への水の侵入は、防水性を備えた通気プラグを端子箱に組み付けることによって解決することが可能である。しかしながら、ハイブリッドシステム用モータユニットの部品点数を低減させるという観点から、上記通気プラグを用いることなく端子箱室への水の侵入を抑えることが可能な構成が望まれていた。なお、こうした要望は、ハイブリッド自動車等の車両に限らず、ハイブリッドシステムを備えた建機や船舶においても共通する要望であった。

本開示の技術は、部品点数を増やすことなく端子箱への水の侵入を抑えたハイブリッドシステム用モータユニットを提供することを目的とする。

本開示におけるハイブリッドシステム用モータユニットの態様の一つは、ステータコイルを備えるステータを有する油冷式のモータと、前記モータが収容されるハウジングとを備えるハイブリッドシステム用モータユニットであって、前記ハウジングは、前記モータが収容されるモータ室と、前記モータ室に対して前記モータの出力軸の軸方向に並設されるクラッチ室と、前記モータ室に対して前記軸方向に直交する直交方向に並設され、外部装置に接続された外部配線部材が端子台に接続される端子室と、前記モータ室と前記端子室とを連通させ、前記ステータコイルに接続されたコイル配線部材と前記端子台とを接続させるための第１の配線通路と、前記端子室と前記ハウジングの外部空間とを連通させ、前記端子室に前記外部配線部材を引き回すための第２の配線通路とを有し、前記モータ室が前記クラッチ室、前記端子室、前記ハウジングの外部空間に対してシールされ、且つ前記クラッチ室が大気開放され、且つ前記端子室が前記ハウジングの外部空間に対してシールされているとともに前記ハウジングに形成された連通路を通じて前記クラッチ室に連通している。

本開示のハイブリッドシステム用モータユニットの態様の一つによれば、モータ室が負圧状態となって、端子室の空気が第１の配線通路を通じてモータ室に侵入したとしても、負圧状態となった端子室には、連通路を通じてクラッチ室の空気が侵入することになる。クラッチ室は、大気開放されているとはいえハウジングに囲まれた空間であることから、例えば雨水等、ハウジングの外部空間における水が侵入しにくい空間である。そのため、負圧状態となった端子室に対してハウジングの外部空間における空気が第２の配線通路を通じて侵入する場合に比べて、端子室に対する水の侵入を抑えることができる。その結果、通気プラグといった水の侵入を抑えるための部品を端子箱に組み付ける必要がなくなることから、部品点数を増やすことなく、端子箱への水の侵入を抑えることができる。

本開示におけるハイブリッドシステム用モータユニットの態様の一つは、前記端子室が、前記直交方向で前記モータ室と前記クラッチ室とに対向している。
ここで、端子室とクラッチ室とが上記直交方向で対向していない場合、連通路の少なくとも一部には、その延出方向に上記軸方向の成分を含めなければならない。この点、本開示におけるハイブリッドシステム用モータユニットの態様の一つによれば、端子室が、軸方向に直交する直交方向にてモータ室とクラッチ室とに対向している。そのため、ハウジングには、連通路として、延出方向に上記軸方向の成分を含むものの他、延出方向が上記直交方向である連通路を形成することも可能である。その結果、連通路を形成するうえでハウジングに対する加工の自由度が向上することから、連通路を形成する際の加工負荷を軽減することができる。

本開示におけるハイブリッドシステム用モータユニットの態様の一つは、前記ハウジングは、前記モータの出力軸を回転自在に軸支して前記モータ室と前記クラッチ室とを仕切るとともに、前記クラッチ室と前記モータ室とを連通させる作業窓が前記出力軸に対する前記端子室側に形成された軸支壁と、前記軸支壁における前記クラッチ室側に着脱可能に取り付けられ、前記作業窓を封止する封止部材とを有し、前記連通路は、前記クラッチ室における開口が前記封止部材の周縁部によって覆われるように、前記軸支壁と前記封止部材とがなす隅部に向けて開口している。

本開示におけるハイブリッドシステム用モータユニットの態様の一つによれば、連通路は、クラッチ室の開口が封止部材で覆われるように、軸支壁と封止部材とがなす隅部に向けて開口している。そのため、たとえクラッチ室内で水が飛散したとしても、連通路の開口に向けて飛散する水を高い確率の下で封止部材に衝突させることができる。その結果、連通路に対する水の侵入が抑えられることから、連通路を通じて端子室に水が侵入することをさらに抑えることができる。

本開示におけるハイブリッドシステム用モータユニットの一実施形態の断面構造を示す断面図。 ハイブリッドシステム用モータユニットにおける軸支壁側の平面構造を示した平面図であって、作業窓を封止する封止部材が取り外された状態での平面構造を示した図。 端子箱の平面構造を示す平面図であって、開口部を密閉するカバーが取り外された状態での平面構造を示す図。 図３の４−４線における断面構造を示す断面図。

以下、本開示におけるハイブリッドシステム用モータユニットの一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。なお、図１において、モータ１３の出力軸１２の中心軸１２Ａから下の領域は、実際に設置されたときの中心軸１２Ａに対する重力方向の断面構造を示しており、中心軸１２Ａから上の領域は、重力方向に対して中心軸１２Ａから所定角度だけ傾けた方向における断面構造を示している。

図１に示されるように、ハイブリッドシステム用モータユニット１０のハウジング１１には、出力軸１２を有するモータ１３が収容されている。ハウジング１１を構成する筒状部１４は、モータ１３の出力軸１２の中心軸１２Ａに沿って延びる筒状をなしており、出力軸１２の内挿される軸支壁１５が略中央部に一体的に形成されている。軸支壁１５は、出力軸１２に近づくにつれてモータ１３に近づくような多段状に形成され、該出力軸１２をベアリング１６を介して回転自在に軸支している。軸支壁１５には、該軸支壁１５によって形成される凹部１７の開口を覆うフロントリテーナ１８が固定されている。フロントリテーナ１８は、軸支壁１５に連結される環状の鍔部１９と、鍔部１９の中心部からモータ１３の反対側へ延びて出力軸１２が遊挿される円筒部２０とを有している。

また、筒状部１４には、モータ１３に対する軸支壁１５の反対側における端部に、出力軸１２の内挿されるリアリテーナ２５がガスケットを介して連結されている。ハウジング１１を構成するリアリテーナ２５は、出力軸１２に近づくにつれてモータ１３に近づくような多段状に形成され、該出力軸１２をベアリング２６を介して回転自在に軸支している。このリアリテーナ２５には、該リアリテーナ２５によって形成される凹部２８の開口を覆うとともにオイルシール２７を介して出力軸１２が内挿されるオイルシールリテーナ２９がガスケットを介して固定される。

すなわち、ハウジング１１には、これら筒状部１４、軸支壁１５、及びリアリテーナ２５によって、モータ１３が収容されるモータ室３０が形成されている。また、軸支壁１５に対してモータ１３の反対側へ延びる筒状部１４と軸支壁１５とによって、モータ室３０に対して中心軸１２Ａの方向で並設されたクラッチ室３２が形成されている。このクラッチ室３２は、エンジンのクランク軸と出力軸１２との接続を断接するクラッチの収容される空間であって大気開放された空間である。

モータ１３の冷却に用いられるオイルは、モータ室３０の底部に形成されたオイルパン３４に貯留される。オイルパン３４のオイルは、凹部１７内に配設されたオイルポンプ３５によって吸入される。オイルポンプ３５は、凹部１７の底面に対してＯリングを介して固定されており、環状のシール部材３６を介して出力軸１２を回転自在に軸支している。オイルポンプ３５は、該オイルポンプ３５に内挿される出力軸１２にスプライン結合される駆動ギヤと、該駆動ギヤに従動する従動ギヤとを有するギヤポンプである。そして、オイルポンプ３５は、出力軸１２の回転によって駆動ギヤが駆動されることによって、吸入配管３７を通じてオイルパン３４のオイルを吸入し、その吸入したオイルを、オイルフィルタやオイルクーラが配設された外部配管を通じて、出力軸１２に対するオイルパン３４の反対側にある供給槽へ圧送する。供給槽に圧送されたオイルは、モータ１３へ向けて滴下され、再びオイルパン３４に戻るまでの過程において、モータ１３を冷却するとともにベアリング１６，２６への給油を行なう。

モータ１３を構成するロータ４１は、永久磁石が埋設されており、出力軸１２にスプライン結合されたロータフランジ４２に連結されている。また、モータ１３を構成するステータ４３は、ロータ４１の外周部を取り囲む環状をなしており、ハウジング１１の筒状部１４に対して固定されるステータコア４４を有している。ステータコア４４は、筒状部１４に内接する外周部を有する環状のヨーク部４５と該ヨーク部４５の内周部から内側へ向かって突出する複数のティース部４６とを有しており、これらのティース部４６にはＵ相、Ｖ相、及びＷ相のステータコイル４７が巻装されている。

一方、ハウジング１１には、筒状部１４の外周部に端子箱５０が一体的に形成されている。端子箱５０は、該端子箱５０の周壁部５１によって囲まれる空間であって、該周壁部５１によって形成される開口部が着脱可能な上面カバー５３によって密閉された端子室５２を有している。この端子室５２は、モータ室３０及びクラッチ室３２に対して中心軸１２Ａに直交する直交方向で対向するように形成されている。

端子室５２に配設される端子台５４は、平坦面である端子箱５０の底面５０ａに対してねじ５５によって固定されているとともに、端子室５２とモータ室３０とを連通させる第１の配線通路５６に挿通されている。この第１の配線通路５６と端子台５４との隙間はシール部材によってシールされており、端子台５４の一端部が端子室５２に、他端部がモータ室３０に配設されている。端子台５４は、その一端部にＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する外部側端子が各別に形成されており、また他端部にもＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するコイル側端子が各別に形成されている。端子台５４には、各相の外部側端子とコイル側端子とを電気的に接続する導電バーが内設されている。

また、端子箱５０の周壁部５１には、端子室５２とハウジングの外部空間とを連通させ、外部装置に接続された各相の外部配線５７が挿通される第２の配線通路５８が各別に形成されている。外部配線５７には、該外部配線５７と第２の配線通路５８との隙間をシールするシール部材５９が外装されており、このシール部材５９は、端子箱５０の周壁部５１に対してねじ６０によって固定されている。

そして、端子台５４の各コイル側端子には、ステータコイル４７のコイルエンドに接続されたリード線のコイル端子部材６２がねじ６３によって固定され、また、端子台５４の各外部側端子には、外部配線５７の接続端子部材６４がねじ６５によって固定される。これにより、各相のコイル端子部材６２及び接続端子部材６４は、端子台５４に内設された導電バーを介して電気的に接続される。

端子台５４のコイル側端子とコイル端子部材６２との接続作業は、軸支壁１５に形成された作業窓６７を介して行なわれる。この作業窓６７は、軸支壁１５のクラッチ室３２側にガスケットを介して着脱可能に取り付けられる封止部材６８によって封止される。封止部材６８は、その周縁部の一部がクラッチ室３２における筒状部１４の内周面に近接した位置に配設されている。この作業窓６７は、図２に示されるように、軸支壁１５において、出力軸１２に対する端子箱５０側の部位に軸支壁１５の周方向に沿うように形成されている。

また、同図２に示されるように、ハウジング１１には、端子箱５０に隣接する位置に、モータ室３０内の温度を検出する温度センサ６９が着脱可能に取り付けられている。こうした温度センサ６９には、モータ室３０側から所定の作業が必要なものもある。そのため、端子箱５０から離れた位置に温度センサ６９が設けられていると、軸支壁１５には、該温度センサ６９のための作業窓を別途形成する必要がある。しかし、上述した位置に温度センサ６９が取り付けられていることによって、温度センサ６９に対してモータ室３０側から行なわれる作業を上記作業窓６７を介して行なうことが可能になる。その結果、温度センサ６９を他の部位に取り付ける場合に比べて、温度センサ６９に関する作業が煩雑になることを抑えることができる。

また、図３に示されるように、端子箱５０の底面５０ａにおける一隅には、端子室５２とクラッチ室３２とを連通させる連通路７０が開口している。連通路７０は、図４に示されるように、中心軸１２Ａに直交する直交方向において、端子箱５０の底面５０ａとクラッチ室３２における筒状部１４の内周面とが互いに対向する位置に形成された貫通孔である。連通路７０は、平坦面である端子箱５０の底面５０ａに直交する方向に延びる直線状をなしており、クラッチ室３２における開口が作業窓６７を封止する封止部材６８の周縁部に覆われるように、軸支壁１５と封止部材６８とがなす隅部に向けて開口している。

次に、上述したハイブリッドシステム用モータユニット１０の作用について説明する。
モータ駆動時にハウジング１１に対して雨水等がかかると、モータ室３０内の空気が冷却されてモータ室３０内が負圧状態になる。そして、第１の配線通路５６におけるシール性が不足してしまい、第１の配線通路５６を通じて端子室５２の空気がモータ室３０に侵入して端子室５２が負圧状態となる。

このとき、端子室５２には、シール部材５９によってシールされている第２の配線通路５８よりも流れ抵抗の低い連通路７０から空気が侵入する。すなわち、端子室５２には、連通路７０を通じてクラッチ室３２内の空気が侵入する。クラッチ室３２は、筒状部１４及び軸支壁１５によって囲まれた空間であるとともにその開口部３２ａの大部分がクラッチによって覆われる空間であるため、ハウジング１１の外部空間における水が侵入しにくい空間である。そのため、こうしたクラッチ室３２の空気を端子室５２に侵入させることによって、通気プラグを使用することなく端子箱５０への水の侵入を抑えることができる。その結果、部品点数を増やすことなく、端子箱５０への水の侵入を抑えることができる。

ここで、中心軸１２Ａに直交する方向で端子室５２がクラッチ室３２に対向していない場合、端子室５２とクラッチ室３２とを連通させる連通路の少なくとも一部には、その延出方向に中心軸１２Ａの方向と同じ方向の成分を含めなければならない。一方、上述したハイブリッドシステム用モータユニット１０では、端子室５２は、中心軸１２Ａに直交する方向でクラッチ室３２に対向している。そのため、ハウジング１１には、連通路として、延出方向に中心軸１２Ａの方向と同じ方向の成分を含むものの他、延出方向が中心軸１２Ａに直交する方向である上記連通路７０を形成することも可能である。その結果、連通路７０を形成するうえでハウジング１１に対する加工の自由度が向上することから、連通路７０を形成する際の加工負荷を軽減することができる。

また、連通路７０は、クラッチ室３２における開口が封止部材６８の周縁部で覆われるように、軸支壁１５と封止部材６８とがなす隅部に向けて開口している。そのため、例えばクラッチ室３２に侵入した水が出力軸１２の回転によって連通路７０の開口に向けて飛散したとしても、その飛散した水を高い確率の下で封止部材６８に衝突させることができる。その結果、連通路７０に対する水の侵入が抑えられることから、連通路７０を通じて端子箱５０に水が侵入することをさらに抑えることができる。

以上説明したように、上記実施形態のハイブリッドシステム用モータユニット１０によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）ハウジング１１には、クラッチ室３２と端子室５２とを連通させる連通路７０が形成されていることから、通気プラグを使用することなく端子箱５０への水の侵入を抑えることができる。その結果、部品点数を増やすことなく、端子箱５０への水の侵入を抑えることができる。

（２）端子室５２が中心軸１２Ａに直交する方向でクラッチ室３２に対向していることから、連通路７０を形成する際の加工負荷を軽減することができる。
（３）連通路７０は、クラッチ室３２における開口が封止部材６８の周縁部で覆われるように、軸支壁１５と封止部材６８とがなす隅部に向けて開口している。その結果、連通路７０に対する水の侵入が抑えられることから、連通路７０を通じて端子箱５０に水が侵入することをさらに抑えることができる。

（４）ハウジング１１には、モータ室３０内の温度を検出する温度センサ６９が端子箱５０に隣接するように取り付けられている。そのため、温度センサ６９に対してモータ室３０側から行なう作業を作業窓６７を介して行なうことができる。その結果、温度センサ６９を他の部位に取り付ける場合に比べて、温度センサ６９に対する作業が煩雑になることを抑えることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、連通路７０は、クラッチ室３２における開口が封止部材６８の周縁部によって覆われるように、軸支壁１５と封止部材６８とがなす隅部に向けて開口している。これに限らず、連通路７０は、クラッチ室３２における開口を例えば封止部材６８の周縁部から離間した位置に有していてもよい。

・上記実施形態の端子室５２は、中心軸１２Ａの直交する直交方向でモータ室３０とクラッチ室３２とに対向している。これに限らず、端子室５２は、上記直交方向においてモータ室３０のみに対向していてもよい。

・上記実施形態の連通路７０は、その延出方向が中心軸１２Ａに直交する直交方向である。これに限らず、連通路７０は、その延出方向に中心軸１２Ａの方向と同じ方向の成分を有していてもよい。

・上記実施形態において、ステータコイル４７のコイルエンドに接続されたリード線が第１の配線通路５６を通じて端子室５２に引き回されることによって、端子台５４のコイル側端子とコイル端子部材６２とが端子室５２で接続されてもよい。

・上記実施形態のモータユニットは、ハイブリッド自動車等の車両に限らず、エンジン及びモータを駆動動力源とするハイブリッドシステムを備える建機や船舶に適用することも可能である。

１０…ハイブリッドシステム用モータユニット、１１…ハウジング、１２…出力軸、１２Ａ…中心軸、１３…モータ、１４…筒状部、１５…軸支壁、１６…ベアリング、１７…凹部、１８…フロントリテーナ、１９…鍔部、２０…円筒部、２５…リアリテーナ、２６…ベアリング、２７…オイルシール、２８…凹部、２９…オイルシールリテーナ、３０…モータ室、３２…クラッチ室、３２ａ…開口部、３４…オイルパン、３５…オイルポンプ、３６…シール部材、３７…吸入配管、４１…ロータ、４２…ロータフランジ、４３…ステータ、４４…ステータコア、４５…ヨーク部、４６…ティース部、４７…ステータコイル、５０…端子箱、５０ａ…底面、５１…周壁部、５２…端子室、５３…上面カバー、５４…端子台、５５…ねじ、５６…第１の配線通路、５７…外部配線、５８…第２の配線通路、５９…シール部材、６０…ねじ、６２…コイル端子部材、６３…ねじ、６４…接続端子部材、６５…ねじ、６７…作業窓、６８…封止部材、６９…温度センサ、７０…連通路。

Claims (3)

1. ステータコイルを備えるステータを有する油冷式のモータと、前記モータが収容されるハウジングとを備えるハイブリッドシステム用モータユニットであって、
   前記ハウジングは、
   前記モータが収容されるモータ室と、
   前記モータ室に対して前記モータの出力軸の軸方向に並設されるクラッチ室と、
   前記モータ室に対して前記軸方向に直交する直交方向に並設され、外部装置に接続された外部配線部材が端子台に接続される端子室と、
   前記モータ室と前記端子室とを連通させ、前記ステータコイルに接続されたコイル配線部材と前記端子台とを接続させるための第１の配線通路と、
   前記端子室と前記ハウジングの外部空間とを連通させ、前記端子室に前記外部配線部材を引き回すための第２の配線通路とを有し、
   前記モータ室が前記クラッチ室、前記端子室、前記ハウジングの外部空間に対してシールされ、且つ前記クラッチ室が大気開放され、且つ前記端子室が前記ハウジングの外部空間に対してシールされているとともに前記ハウジングに形成された連通路を通じて前記クラッチ室に連通している
   ことを特徴とするハイブリッドシステム用モータユニット。
2. 前記端子室が、前記直交方向で前記モータ室と前記クラッチ室とに対向している
   請求項１に記載のハイブリッドシステム用モータユニット。
3. 前記ハウジングは、
   前記モータの出力軸を回転自在に軸支して前記モータ室と前記クラッチ室とを仕切るとともに、前記クラッチ室と前記モータ室とを連通させる作業窓が前記出力軸に対する前記端子室側に形成された軸支壁と、
   前記軸支壁における前記クラッチ室側に着脱可能に取り付けられ、前記作業窓を封止する封止部材とを有し、
   前記連通路は、前記クラッチ室における開口が前記封止部材の周縁部によって覆われるように、前記軸支壁と前記封止部材とがなす隅部に向けて開口している
   請求項１または２に記載のハイブリッドシステム用モータユニット。

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