JP5953065B2 - 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、例えば、モータがエンジンとトランスミッションとの間に配設されており、エンジンのクランク軸にクラッチを介して連結された回転軸がモータの出力軸となっている。そして、発進時、加速時、登坂時等にエンジンの出力を補うようにモータが駆動される。

一方、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。

特許文献１に開示されたハイブリッドシステム用モータユニットは、モータが収容されるモータ室が形成されたハウジングを備えている。ハウジングは、ベアリングを介してモータの出力軸を回転自在に軸支して該出力軸の軸方向でモータを挟む一対の軸支部と、一対の軸支部の外周部を互いに接続する筒状部とを有し、これら一対の軸支部と筒状部とによってモータ室が画定されている。

一方、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、筒状部に内接した状態で該筒状部に対して固定されている。ステータは、筒状部に固定される環状のヨーク部とヨーク部の内周部からステータの内側に向けて突出する複数のティース部とを有するステータコアを有し、上記ティース部の各々にステータコイルが巻装されている。

そして、筒状部に形成されたオイルパンのオイルがオイルポンプによって圧送され、オイルフィルタやオイルクーラ等を通じてモータ室に供給される。モータ室に供給されたオイルは、オイルパンへと戻る過程においてモータの冷却やベアリングへの給油を行う。

特開２０１１−１２６３２０号公報

ところで、特許文献１において、モータ室は、モータに対する一方の軸支部側の領域でオイルパンに連通しており、また、ステータコアのヨーク部は、ハウジングの筒状部に内接した状態で固定されている。そのため、モータ室の底部では、モータに対する一方の軸支部側の領域である第１領域と他方の軸支部側の領域である第２領域との間におけるオイルの流通がステータコアのヨーク部によって阻害されている。その結果、モータ室の底部には、他方の軸支部、筒状部、ステータコアのヨーク部によって意図しないオイル溜りが形成される。

こうしたオイル溜りのオイルは、ステータコアにおける発熱の影響を受け続けるとともに、ヨーク部の内周面のうちで最も重力方向側に配置される部位と略同じ高さに液面を有している。そして、オイル溜りのオイルは、モータ冷却後のオイルが新たに供給されるに従って、ヨーク部の内周面を伝って第１領域へ流れ出ることになる。

一方、大型のハイブリッド自動車においては、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、モータの大型化にともなって径方向におけるヨーク部の幅も大きくなる。すなわち、オイル溜りの液面が上昇することとなり、上記オイル溜りの容積も大きくなる。容積が大きいオイル溜りでは、新たなオイルが供給されるにしても既存のオイルの温度変化が小さくなるため、ステータコアの温度と略等しい温度に維持されやすくなる。すなわち、モータ室の底部においてステータコアが冷却され難くなるため、上述したオイル溜りは、モータの冷却効率を低下させる要因となっていた。

なお、こうしたオイル溜りは、例えば第２領域とオイルパンとを連通させるオイル通路が筒状部に形成されることによって解消されるものの、筒状部の形状や機械的な強度の観点からそのオイル通路を形成することが困難な場合もあった。また、こうした問題は、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共通する問題である。

本開示の技術は、モータ室の底部に形成される意図しないオイル溜りによってモータの冷却効率が低下すること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、出力軸に連結されるロータを取り囲む環状の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モータ室が形成された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、前記出力軸を回転自在に軸支して該出力軸の軸方向で前記
モータを挟む一対の軸支部と、前記一対の軸支部の外周部を互いに接続する筒状部とを有し、前記一対の軸支部と前記筒状部とによって前記モータ室が形成され、前記ステータは、前記筒状部に内接する環状のヨーク部を有し、前記モータ室は、前記ヨーク部に対する一方の前記軸支部側の領域であってオイルパンに連通する第１領域と、前記ヨーク部に対する他方の前記軸支部側の領域である第２領域とを有し、前記ヨーク部は、前記軸方向に積層された複数の鋼板によって構成され、該軸方向に延びる挿通孔を有する積層体と、前記挿通孔に挿通され、前記積層体から突出する部位が拡開された筒状のかしめ部材と、前記かしめ部材の内周面によって形成され、前記出力軸に対する重力方向の部位に前記第１領域と前記第２領域とを連通させる連通路とを有し、前記筒状部には、前記ヨーク部の内径よりも大きな内径を有し、前記軸方向で当接する前記ヨーク部が締結される締結部が一体的に形成されており、前記締結部は、前記軸方向で前記かしめ部材が対向する部位に、前記ヨーク部から突出する前記かしめ部材が収容され、且つ前記出力軸側が開放された逃げ部が形成されている。

本開示のハイブリッドシステム用モータユニットによれば、連通路は、ヨーク部のうちで出力軸に対する重力方向の部位に形成されることから、ヨーク部の内周面におけるどの部位よりも重力方向側に配置されている。そのため、モータ室の底部において第２領域から第１領域へと流れるオイルは、上記連通路を優先的に流れることになる。そのため、オイル溜りが形成されるとしても、該オイル溜りの液面をヨーク部の内周面よりもモータ室の底部側に設定することが可能である。その結果、連通路が形成されていない場合に比べて、オイル溜りの容積を小さくすることが可能である。それゆえに、オイル溜りによってモータの冷却効率が低下することを抑えることが可能である。

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、かしめ部材は、ヨーク部を構成する複数の鋼板を固定する固定部材、及び第２領域と第１領域とを連通させる連通路として機能する。そのため、ヨーク部が複数の鋼板による積層体であって、且つ複数の鋼板がかしめ部材によって固定される場合、連通路が別途形成される構成に比べて、ステータの構成を簡易なものとすることができる。

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、モータ室の底部において、締結部の内周面がヨーク部の内周面よりも重力方向側に配置されている。また、ヨーク部から突出しているかしめ部材が収容される逃げ部は、出力軸側が開放されている。すなわち、かしめ部材を通じて第２領域から流れてきたオイルは、逃げ部を通じて第１領域へと流れ出ることになる。その結果、例えば筒状部への圧入によりステータが固定される場合に比べて、オイル溜りの容積を小さくしつつ、筒状部に対してステータをしっかりと固定することができる。

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一実施形態の断面構造を示す断面図であって、重力方向に沿った断面構造を示す図。 一実施形態における供給槽の平面構造を示した平面図。 一実施形態における連通路付近における断面構造を示した拡大断面図。

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３を参照して説明する。
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。このモータ１３の出力軸１２は、一端部にエンジンのクランク軸が接続され、他端部にトランスミッションの入力軸が接続される。

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の軸方向に延びる筒状をなしており、出力軸１２の内挿される軸支部としての軸支壁１５が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の内挿される軸支部としてのリアリテーナ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、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。このモータ室３０は、モータ１３に対して軸支壁１５側の領域である第１領域３１と、モータ１３に対してリアリテーナ２５側の領域である第２領域３２とに仮想的に分割される。

一方、モータ１３を構成するロータ３４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３５に連結されている。また、モータ１３を構成するステータ３６は、ロータ３４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に固定されている。

ステータ３６のステータコア３７は、筒状部１４に内接する外周部を有する環状のヨーク部３８と該ヨーク部３８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３９とを有しており、このティース部３９の各々にステータコイル４０が巻装されている。なお、図１では、説明の便宜上、ステータコア３７のハッチングを省略して示している。

このステータコア３７は、ヨーク部３８とティース部３９とが一体形成された鋼板を出力軸１２の軸方向に積層させた積層体である。ステータコア３７は、出力軸１２の軸方向に延びる挿通孔に挿通されたかしめ部材４４によって、複数の鋼板が互いに連結されている。かしめ部材４４は、出力軸１２の軸方向における挿通孔の長さよりも長く形成されており、ステータコア３７から突出する部分が拡開されることによって、複数の鋼板を互いに連結している。そして、このかしめ部材４４の内周面によって、モータ室３０の第１領域３１と第２領域３２とを連通させる連通路４５が形成される。かしめ部材４４は、ヨーク部３８の周方向に所定の間隔で配設されており、そのうちの一つが、出力軸１２に対する重力方向下方に配設されている。

こうした構成のステータ３６は、ヨーク部３８に挿通されるボルト等の締結部材を用いて筒状部１４の締結部４７に対して固定される。筒状部１４の締結部４７は、ステータコイル４０との干渉を避けるべく、筒状部１４の内径をヨーク部３８の外径よりも小さく且つヨーク部３８の内径よりも大きな内径まで縮径させる段差であって、ステータコア３７のヨーク部３８が出力軸１２の軸方向で当接する部位である。すなわち、ステータ３６は、リアリテーナ２５が取り外された状態で第２領域３２側から筒状部１４へと挿入され、やがて締結部４７に当接することで軸方向の位置決めがなされる。そして、締結部材によって締結部４７に締結されることによって筒状部１４に対して固定される。この締結部４７には、出力軸１２の軸方向でかしめ部材４４に対向する位置に、ヨーク部３８から突出するかしめ部材４４の端部を収容するとともに出力軸１２側が開放された逃げ部４８が形成されている。

こうした構成のモータ１３は、電動機として機能するときには、図示されないバッテリに蓄電された電力がインバータによって三相交流に変換され、その三相交流がステータ３６に供給されることにより、ロータ３４を介して出力軸１２に回転トルクを与える。また、モータ１３は、発電機として機能するときには、出力軸１２の回転にともなうロータ３４の回転によってステータ３６に発生する三相交流をインバータで直流電流に変換してバッテリに供給する。

モータ１３の冷却に用いられるオイルは、モータ室３０の第１領域３１に形成されたオイルパン５０に貯留されている。オイルパン５０のオイルは、凹部１７内に配設されるオイルポンプ５１によって吸入される。オイルポンプ５１は、該オイルポンプ５１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５１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５２を通じてオイルパン５０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、筒状部１４の頂部に形成された供給槽５５に圧送する。

供給槽５５は、その上面開口部が上面カバー５６によって密閉されており、モータ室３０に供給される直前のオイルを一旦貯留する。筒状部１４には、供給槽５５に貯留されたオイルをモータ室３０に供給すべく、供給槽５５とモータ室３０の第１領域３１とを連通させる供給通路６１と、供給槽５５とモータ室３０の第２領域３２とを連通させる供給通路６２とが形成されている。供給通路６１，６２は、供給槽５５の底面から重力方向に沿って延びる通路であって、図２に示されるように、筒状部１４には３つの供給通路６１と３つの供給通路６２とが形成されている。

ここで、例えば第１領域３１と第２領域３２に対して互いに異なる配管部材でオイルを供給した場合には、各配管部材における圧力損失の違いに応じて、各領域３１，３２に対するオイルの流入圧にばらつきが生じてしまう虞がある。この点、モータ室３０に供給されるオイルを一旦供給槽５５に貯留させることによって、各供給通路６１，６２からモータ室３０に供給されるオイルの流入圧が均一化される。そして、供給槽５５に圧送されたオイルは、供給通路６１，６２からモータ１３へ向けて滴下され、再びオイルパン５０に戻るまでの過程において、ロータ３４及びステータ３６を冷却するとともにベアリング１６，２６への給油を行なう。

次に、上述した構成のハイブリッドシステム用モータユニット１０の作用について図３を参照しながら説明する。なお、図３では、説明の便宜上、ステータコア３７のハッチングを省略して示している。

図３に示されるように、供給通路６２を通じてモータ室３０の第２領域３２に供給されたオイルは、モータ１３のロータ３４及びステータ３６を冷却したのち、第２領域３２におけるモータ室３０の底部へ向かって流れる。第２領域３２の底部には、ステータコア３７、筒状部１４、リアリテーナ２５によってオイル溜り６５が形成される。

一方、このオイル溜り６５は、かしめ部材４４の連通路４５を通じて、締結部４７の逃げ部４８に連通しているため、該オイル溜り６５の液面６５ａは、ヨーク部３８の内周面３８ａよりも重力方向下方に配置されている締結部４７の内周面４７ａと同じ高さとなる。

そして、新たなオイルがオイル溜り６５に供給されると、オイル溜り６５のオイルの一部がかしめ部材４４の連通路４５を通じて逃げ部４８に移動する。これにより、オイル溜り６５の液面６５ａが上昇して逃げ部４８からオイルが溢れ出す。そして、その溢れ出たオイルがオイルパン５０に流入する。

すなわち、ヨーク部３８に連通路４５を設けることによって、第１領域３１と第２領域３２との間におけるオイルの流通がヨーク部３８の内周面３８ａよりもモータ室３０の底側で行なわれることになる。そのため、たとえオイル溜り６５が形成されるとしても、その液面６５ａを、ヨーク部３８の内周面３８ａよりもモータ室３０の底側に設定することが可能である。その結果、オイル溜り６５の容積を小さくすることが可能であることから、該オイル溜り６５によってモータの冷却効率が低下することを抑えることが可能である。

しかも、ヨーク部３８のうちで出力軸１２に対する重力方向の部位に連通路４５が配設されていることから、該部位とは異なる部位に連通路４５が形成される場合よりもモータ室３０の底側で第１領域３１と第２領域３２とを連通させることが可能である。

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）ヨーク部３８は、出力軸１２に対する重力方向の部位に、第１領域３１と第２領域３２とを連通させる連通路４５を有している。そのため、オイル溜り６５が形成されるとしても、その液面６５ａをヨーク部３８の内周面３８ａよりもモータ室３０の底側に設定することが可能となる。その結果、連通路４５が形成されていない場合に比べて、オイル溜り６５の容積を小さくすることが可能であることから、該オイル溜り６５によってモータ１３の冷却効率が低下することを抑えることが可能である。

（２）連通路４５は、ステータコア３７を構成する複数の鋼板を固定するかしめ部材４４の内周面によって形成されている。そのため、ステータコア３７が複数の鋼板の積層体であって、且つ複数の鋼板がかしめ部材によって固定されるという構成の下では、上記連通路４５が別途形成される構成に比べて、ステータ３６の構成を簡易なものとすることができる。

（３）締結部４７には、出力軸１２の軸方向でかしめ部材４４が対向する部位に、ヨーク部３８から突出したかしめ部材４４の端部を収容するとともに出力軸１２側が開放された逃げ部４８が形成されている。そのため、連通路４５を通過したオイルは、逃げ部４８を通じてオイルパンへ流入することになる。その結果、例えば、筒状部１４への圧入によりステータ３６が固定される場合に比べて、オイル溜り６５の容積を小さくしつつ、筒状部１４に対してステータ３６をしっかりと固定することができる。

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。
・ステータコア３７は、筒状部１４に内接するヨーク部３８を有していればよい。そのため、例えば、筒状部１４に対するステータコア３７の固定方法は、締結部４７に対してステータコア３７が締結される方法に限らず、例えば筒状部１４に対してステータコア３７が圧入されることによって固定されてもよい。

・締結部４７は、モータ１３に対するオイルパン５０の反対側に形成されていてもよい。こうした構成であっても、ヨーク部３８の内周面３８ａよりも重力方向側に連通路４５が形成されていることから、連通路４５が形成されていない場合に比べて、オイル溜り６５の液面６５ａをモータ室３０の底側に設定することが可能である。

・ステータコア３７は、複数の鋼板を積層させた積層体でなくてもよい。
・連通路４５は、かしめ部材４４の内周面によって形成されているものに限らず、例えば鋼板の積層体がかしめ部材４４とは異なる部材を互いに連結される場合には、ヨーク部３８そのものに連通路４５が貫通形成されていてもよい。

・連通路４５は、出力軸１２に対する重力方向の部位に形成されていればよい。そのため、連通路４５は、出力軸１２の軸方向に沿って延びるものに限らず、例えば第１領域３１における開口が第２領域３２における開口よりもモータ室３０の底側に形成されていてもよい。

・また、連通路４５は、ヨーク部３８に形成されて第１領域３１と第２領域３２とを連通させるものであればよく、例えばヨーク部３８の外周面に形成された溝であってもよい。

・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原動機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、１３…モータ、１４…筒状部、１５…軸支部、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、３１…第１領域、３２…第２領域、３４…ロータ、３５…ロータフランジ、３６…ステータ、３７…ステータコア、３８…ヨーク部、３８ａ…内周面、３９…ティース部、４０…ステータコイル、４４…かしめ部材、４５…連通路、４７…締結部、４７ａ…内周面、４８…逃げ部、５０…オイルパン、５１…オイルポンプ、５２…吸入配管、５５…供給槽、５６…上面カバー、６１，６２…供給通路、６５…オイル溜り、６５ａ…液面。

Claims (1)

1. 出力軸に連結されるロータを取り囲む環状の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モータ室が形成された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、前記出力軸を回転自在に軸支して該出力軸の軸方向で前記モータを挟む一対の軸支部と、前記一対の軸支部の外周部を互いに接続する筒状部とを有し、前記一対の軸支部と前記筒状部とによって前記モータ室が形成され、
   前記ステータは、前記筒状部に内接する環状のヨーク部を有し、
   前記モータ室は、前記ヨーク部に対する一方の前記軸支部側の領域であってオイルパンに連通する第１領域と、前記ヨーク部に対する他方の前記軸支部側の領域である第２領域とを有し、
   前記ヨーク部は、前記軸方向に積層された複数の鋼板によって構成され、該軸方向に延びる挿通孔を有する積層体と、前記挿通孔に挿通され、前記積層体から突出する部位が拡開された筒状のかしめ部材と、前記かしめ部材の内周面によって形成され、前記出力軸に対する重力方向の部位に前記第１領域と前記第２領域とを連通させる連通路とを有し、
   前記筒状部には、前記ヨーク部の内径よりも大きな内径を有し、前記軸方向で当接する前記ヨーク部が締結される締結部が一体的に形成されており、
   前記締結部は、前記軸方向で前記かしめ部材が対向する部位に、前記ヨーク部から突出する前記かしめ部材が収容され、且つ前記出力軸側が開放された逃げ部が形成されている
   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。

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