JP6945943B2 - 回転電機 - Google Patents

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Description

この発明は、ハイブリッド車両駆動装置に用いられる回転電機に関するものである。
ハイブリッド車両駆動装置には、いくつかの方式がある。その中に、エンジンと、車輪に動力を伝えるための動力伝達機構との間に、回転電機を挟み込ませる方式のものがある。この方式のハイブリッド車両駆動装置では、エンジンのトルクに、回転電機のトルクを付加することができる。ここに用いられる回転電機においては、ロータコアを保持するボス部は、エンジンの大きなトルクに耐えなければならない。そのため、ボス部は、強固に作られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−210790号公報
しかしながら、この回転電機には、以下のような課題がある。特許文献1に記載された回転電機では、ボス部は、鋳造などで製造され、肉厚な部材を用いて作られている。その結果、ボス部を製造する加工は、切削加工が主体となり、ボス部の生産性が悪かった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、生産性のよいボス部を有する回転電機を提供することを目的とする。
この発明の回転電機は、車載用エンジンの回転軸である第1のトルク入出力軸および変速機の回転軸である第2のトルク入出力軸の少なくとも一方に接続され、ステータおよびロータを有する。この回転電機のロータは、ロータコアと、第1のトルク入出力軸および第2のトルク入出力軸に接続され、板状部材からなるトルク伝達部と、トルク伝達部に保持され、ロータコアを保持し、板状部材からなるロータコア保持部とを備え、トルク伝達部は、第1のトルク入出力軸および第2のトルク入出力軸によって、挟み込まれて、結合される。
この発明による回転電機によると、トルク伝達部およびロータコア保持部は、それぞれ、板状部材が用いられているため、生産性のよいプレス加工によって成形することができる。これらのトルク伝達部およびロータコア保持部は、ボス部を構成する。これにより、生産性のよいボス部を有する回転電機を提供することができる。
この発明の実施の形態1による回転電機における、回転軸の軸方向に沿った断面図である。 図1における、ロータコア、ロータボス、および回転センサ用ロータの分解斜視図である。 実施の形態2の回転電機における、回転軸の軸方向に沿った断面図である。 実施の形態3の回転電機における、回転軸の軸方向に沿った断面図である。 実施の形態4の回転電機における、回転軸の軸方向に沿った断面図である。 実施の形態5の回転電機における、回転軸の軸方向に沿った断面図である。
以下、この発明の回転電機の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による回転電機における、回転軸の軸方向に沿った断面図である。この回転電機は、回転軸に対して対称であるので、半分のみを示している。
同一軸線上に並んでいる車載用エンジンの回転軸であるクランクシャフト50、および変速機の回転軸であるメインシャフト53の間には、アシストモータ100が設けられている。アシストモータ100は、ステータ1、ロータ5、および回転センサ用ロータ11を有している。アシストモータ100は、回転電機を構成する。また、クランクシャフト50は、第1のトルク入出力軸を構成し、メインシャフト53は、第2のトルク入出力軸を構成する。
ステータ1は、円筒形状のフレーム4の内面に固定されている。ステータ1は、ステータコア2およびステータコイル3を有している。ステータコア2は、鋼板がクランクシャフト50の軸方向に積層されている。ステータコイル3は、クランクシャフト50の径方向を軸として、ステータコア2に巻かれている。
ロータ5は、ステータ1に対して、クランクシャフト50の径方向内側において対向している。ロータ5は、ロータコア6、磁石7、ボス内周リング10、端板14、端板15、およびボスカップ21を有している。ボス内周リング10は、ロータコア保持部を構成し、ボスカップ21は、トルク伝達部を構成する。
ボスカップ21は、連接した、プレート部21b、シリンダー部21c、および外縁部21dを有している。プレート部21b、シリンダー部21c、および外縁部21dは、板状部材をプレス加工することによって、成形されている。プレート部21b、シリンダー部21c、および外縁部21dは、一体となって回転する。
プレート部21bは、クランクシャフト50の中心軸を中心とする円盤形状である。クランクシャフト50には、雌ねじが設けられている。プレート部21bは、接続部位71において、ボルト12によって、クランクシャフト50に接続されている。
シリンダー部21cは、円筒形状であり、プレート部21bの外周に、嵌め合いによって保持されている。この場合、ロータコア6は、電磁力によって回転するため、シリンダー部21cには、遠心力がかかる。そのため、シリンダー21cおよびプレート部21bは、遠心力によって離脱しないように、保持されていなければならない。
外縁部21dは、シリンダー部21cにおいて、プレート部21bに接続されていない側の端部が、メインシャフト53の径方向外側に折り曲げられることによって、形成されている。外縁部21dは、外縁部21dの外周において、ボルト52およびプレスナット23によって、トルクコンバータ51に固定されている。トルクコンバータ51は、メインシャフト53の径方向外側から中心に向かう途中で、段差を有している。トルクコンバータ51の中心側は、メインシャフト53の側面に固定されている。
ボス内周リング10は、シリンダー部21cの外周側に保持されている。ボス内周リング10は、鉄系の板状部材がプレス加工されることによって、成形されている。ボス内周リング10は、円筒形状である円筒部10a、および円筒部10aの一端に、フランジであるつば部10bを有している。
円筒部10aは、ボスカップ21のシリンダー部21cの内面側から、溶接部24において、点溶接によって、シリンダー部21cに保持されている。円筒部10aは、嵌め合いによって、シリンダー部21cに保持されてもよい。円筒部10aは、プレート部21bがクランクシャフト50に接続されている接続部位71より、クランクシャフト50側に突出している。円筒部10aおよびシリンダー部21cの間には、溶接部24よりメインシャフト53側に、隙間10cが設けられている。
ロータコア6は、円筒形状であり、円筒部10aの外周に保持されている。ロータコア6のクランクシャフト50側には、端板15が設けられている。ロータコア6のメインシャフト53側には、端板14が設けられている。ロータコア6は、鋼板がクランクシャフト50の軸方向に積層されており、端板14および端板15に挟まれることによって、一体化されている。ロータコア6の外周面近傍には、複数の磁石収納穴8が設けられている。それぞれの磁石収納穴8には、磁石7が収納されている。磁石7は、ステータコア2と対向している。端板14のメインシャフト53側には、つば部10bを挟んで、リング形状の回転センサ用ロータ11が取り付けられている。
図2は、図1における、ロータコア6、ボス内周リング10、および回転センサ用ロータ11の分解斜視図である。ロータコア6は、内周側に、凸部であるキー6aを有している。ボス内周リング10は、外周側に、凹部であるキー溝10dを有している。回転センサ用ロータ11は、内周側に、凸部であるキー11aを有している。キー6aがキー溝10dに嵌合されることによって、ロータコア6は、ボス内周リング10に保持される。また、キー11aが、キー溝10dに嵌合されることによって、回転センサ用ロータ11は、ボス内周リング10に保持される。したがって、ロータコア6および回転センサ用ロータ11は、ボス内周リング10と一体となって回転する。
この実施の形態1の回転電機の作用について、図1を用いて説明する。
クランクシャフト50から、ボスカップ21に、第1のトルクが伝達される。ステータ1およびロータ5を有するアシストモータ100は、第2のトルクを、ボスカップ21に発生させる。第1のトルクに、第2のトルクが付加された第3のトルクは、ボスカップ21から、トルクコンバータ51を介して、メインシャフト53に伝達される。
ロータ5のボス部31は、ボス内周リング10およびボスカップ21によって構成されている。ボス内周リング10およびボスカップ21は、それぞれ、板状部材がプレス加工によって成形されたものであり、アシストモータ100を組み立てる際に一体化されている。そのため、ボス内周リング10は、ボスカップ21に組み付ける前に、加工することができる。また、ボス内周リング10およびボスカップ21は、それぞれ、軽量であり、取り扱いやすい。さらに、ボス内周リング10およびボスカップ21は、切削などの加工が容易であり、複雑な形状を有するように成形することができる。そのため、ボス部31の生産は容易である。
ボス内周リング10の円筒部10aは、ボスカップ21のシリンダー部21cに、溶接によって保持されている。これにより、溶接部24において、円筒部10aおよびシリンダー部21cの結合度は増加し、ボス部31の耐久性も増加する。
ロータ5が回転すると、ロータコア6は、遠心力を受ける。そのため、ロータコア6にかかる遠心力によって、ボスカップ21のシリンダー部21cは、径方向外側に広がろうとする。シリンダー部21cのクランクシャフト50側は、プレート部21bを介して、クランクシャフト50に固定されている。また、シリンダー部21cのメインシャフト53側は、外縁部21dおよびトルクコンバータ51を介して、メインシャフト53に固定されている。すなわち、シリンダー部21cは、シリンダー部21cの軸方向に沿って、両持ちで固定されている。そのため、シリンダー部21cは、径方向外側に広がることが抑制される。また、ボスカップ21全体の内側には、空間ができているため、例えば、クラッチを内蔵することができる。
円筒部10aは、プレート部21bがクランクシャフト50に接続されている接続部位71より、クランクシャフト50側に突出している。この場合、シリンダー部21cの軸方向において、シリンダー部21cの長さは、円筒部10aの長さより短い。ロータコア6の回転力は、円筒部10aを介して、シリンダー部21cに、ねじり力として与えられる。ボスカップ21の軸方向における、シリンダー部21cの長さが、円筒部10aの長さより短い場合、シリンダー部21cのねじり剛性を高めることができる。すなわち、ボスカップ21を、ロータ5の回転によって、変形しにくくすることができる。
ボス内周リング10の材質は、ロータコア6の材質と同じ鉄系である。このように、ボス内周リング10に、ロータコア6と同じ材質を用いることによって、両者の熱膨張係数が等しくなる。そのため、温度上昇によって、ロータコア6がボス内周リング10から離間することを抑制することができる。
キー11aが、キー溝10dに嵌合されることによって、回転センサ用ロータ11は、ボス内周リング10と一体となって回転する。これにより、ロータコア6を、ロータ5の回転位相方向に対して、高精度に位置決めすることができる。
このように、実施の形態1のアシストモータ100は、クランクシャフト50およびメインシャフト53に接続され、ステータ1およびロータ5を有している。ロータ5は、ロータコア6と、クランクシャフト50およびメインシャフト53に接続され、板状部材からなるボスカップ21と、ボスカップ21に保持され、ロータコア6を保持し、板状部材からなるボス内周リング10とを備えている。
実施の形態1のアシストモータ100によると、ボスカップ21およびボス内周リング10は、それぞれ、板状部材が用いられている。そのため、ボス内周リング10およびボスカップ21は、生産性のよいプレス加工によって成形することができる。アシストモータ100を組み上げる場合、これらのボスカップ21およびボス内周リング10は、組み立てられることによって、ボス部31を構成している。これにより、生産性のよいボス部を有する回転電機を提供することができる。
ボスカップ21は、円盤形状のプレート部21b、および、プレート部21bに固定される円筒形状のシリンダー部21cを有している。プレート部21bは、クランクシャフト50に接続されている。シリンダー部21cは、ボス内周リング10を保持している。ボスカップ21が分割して作られていることにより、プレート部21bおよびシリンダー部21cを、複雑な形状とすることができる。
ボス内周リング10は、溶接によって、ボスカップ21に保持されている。これにより、ボス内周リング10およびボスカップ21の結合度は増加し、ボス部31の耐久性は、増加する。
ボス内周リング10の材質は、ロータコア6の材質と同じ鉄系である。これにより、ボス内周リング10およびロータコア6の熱膨張係数が等しくなるため、温度上昇によって、ロータコア6がボス内周リング10から離間することを抑制することができる。
ロータ5に、回転角を計測する回転センサ用ロータ11が取り付けられている。これにより、ロータコア6を、ロータ5の回転位相方向に対して、高精度に位置決めすることができる。
ボス内周リング10は、ボスカップ21がクランクシャフト50に接続されている接続部位71より、クランクシャフト50側に突出している、そのため、ボスカップ21のシリンダー部21cのねじり剛性を高めることができる。これにより、ボスカップ21を、ロータ5の回転によって、変形しにくくすることができる。
ボスカップ21は、クランクシャフト50と、メインシャフト53とに接続されている。ボスカップ21は、ロータ5が回転する場合、遠心力によって、外に広がろうとする。ボスカップ21は、ボスカップ21の軸方向に沿って、両持ちで固定されている。これにより、ボスカップ21は、ボスカップ21の径方向外側に広がることが抑制される。
実施の形態2.
次に、実施の形態2における回転電機について、図3を用いて説明する。実施の形態2では、ボスカップ21は、メインシャフト53に直接接続されておらず、クランクシャフト50を介して、メインシャフト53に接続されている。
図3は、実施の形態2の回転電機における、回転軸の軸方向に沿った断面図である。実施の形態2のアシストモータ101では、クランクシャフト50は、メインシャフト53と、スプライン結合によって、直接接続されている。ボスカップ21は、クランクシャフト50に、ボルト12によって、固定されている。
実施の形態2のアシストモータ101は、クランクシャフト50に接続されている。アシストモータ101のロータは、ロータコア6と、クランクシャフト50に接続され、板状部材からなるボスカップ21と、ボスカップ21に保持され、ロータコア6を保持し、板状部材からなるボス内周リング10とを備えている。
実施の形態2のアシストモータ101によると、ボスカップ21およびボス内周リング10は、それぞれ、板状部材が用いられている。そのため、ボス内周リング10およびボスカップ21は、生産性のよいプレス加工によって成形することができる。アシストモータ100を組み上げる場合、これらのボスカップ21およびボス内周リング10は、組み立てられることによって、ボス部31を構成している。これにより、生産性のよいボス部を有する回転電機を提供することができる。
実施の形態3.
次に、実施の形態3における回転電機について、図4を用いて説明する。実施の形態3では、ボスカップ21は、クランクシャフト50およびメインシャフト53によって、挟まれている。
図4は、実施の形態3の回転電機における、回転軸の軸方向に沿った断面図である。実施の形態3のアシストモータ102では、クランクシャフト50は、フランジ部50aを有している。また、メインシャフト53は、フランジ部53aを有している。ボスカップ21のプレート部21bは、フランジ部50aおよびフランジ部53aによって挟まれ、ボルト12によって、固定されている。
この時、ボスカップ21のプレート部21bは、第1の結合面21pおよび第2の結合面21qを有している。第1の結合面21pにおいて、プレート部21bは、フランジ部50aと結合されている。また、第2の結合面21qにおいて、プレート部21bは、フランジ部53aと結合されている。第1の結合面21pおよび第2の結合面21qは、互いに対向しており、裏表の面である。第1の結合面21pおよび第2の結合面21qは、切削加工が施されており、それらの面の間の平行度は、高められている。第1の結合面21pは、第1の面を構成し、第2の結合面21qは、第2の面を構成する。
フランジ部50aおよびフランジ部53aの間に、プレート部21bが挟み込まれて、結合されている。これによって、クランクシャフト50からメインシャフト53へ回転動力が伝わる際の、ボスカップ21のねじり剛性を高めることができる。
また、第1の結合面21pおよび第2の結合面21qの平行度は、切削加工によって高められている。このことによって、プレート部21bを、クランクシャフト50のフランジ部50a、およびメインシャフト53のフランジ部53aに組み付ける場合の平行度を高めることができる。
実施の形態3のアシストモータ102では、ボスカップ21は、クランクシャフト50およびメインシャフト53に挟み込まれて、結合されている。これにより、ボスカップ21のねじり剛性を高めることができる。
ボスカップ21は、第1の結合面21pおよび第2の結合面21qを有している。第1の結合面21pにおいて、ボスカップ21は、クランクシャフト50と結合され、第2の結合面21qにおいて、ボスカップ21は、メインシャフト53と結合されている。第1の結合面21pは、第2の結合面21qと平行である。これにより、ボスカップ21を、クランクシャフト50、およびメインシャフト53に組み付ける場合の平行度を高めることができる。
実施の形態4.
次に、実施の形態4における回転電機について、図5を用いて説明する。実施の形態4は、実施の形態1および実施の形態3を組み合わせた形態となっている。すなわち、ボスカップ21の一方は、実施の形態1のように、トルクコンバータ54を介して、メインシャフト53に接続されている。また、ボスカップ21の他方は、実施の形態3のように、クランクシャフト50およびメインシャフト53に挟まれている。
図5は、実施の形態4の回転電機における、回転軸の軸方向に沿った断面図である。実施の形態4のアシストモータ103では、クランクシャフト50は、フランジ部50aを有している。また、メインシャフト53は、フランジ部53aを有している。ボスカップ21のプレート部21bは、フランジ部50aおよびフランジ部53aによって挟まれ、ボルト12によって固定されている。
メインシャフト53は、クランクシャフト50から離れた側に、シャフト径が太くなった大径部53bを有している。大径部53bには、断面がL字形状であるトルクコンバータ54の一端が固定されている。トルクコンバータ54は、クランクシャフト50の方向に向かい、途中で屈曲し、メインシャフト53の中心側から径方向外側に延びている。トルクコンバータ54は、メインシャフト53の径方向外側において、ボルト52およびプレスナット23によって、ボスカップ21の外縁部21dに接続されている。
フランジ部50aおよびフランジ部53aの間に、プレート部21bを挟み込むことによって、クランクシャフト50からメインシャフト53へ回転動力が伝わる際の、ボスカップ21のねじり剛性を高めることができる。
また、シリンダー部21cは、プレート部21bを介して、クランクシャフト50に固定されている。また、シリンダー部21cは、外縁部21dおよびトルクコンバータ54を介して、メインシャフト53に固定されている。そのため、シリンダー部21cは、径方向外側に広がることが抑制される。また、外縁部21dは、トルクコンバータ54とともに、トルクの伝達を補助するので、各部分にかかる応力を低減することができる。
実施の形態4のアシストモータ103では、ボスカップ21は、クランクシャフト50と、メインシャフト53とに接続されている。ボスカップ21のシリンダー部21cは、ロータ5が回転する遠心力によって、外に広がろうとする。シリンダー部21cは軸方向の両側が、それぞれ固定されている。これによって、シリンダー部21cは、シリンダー部21cの径方向外側に広がることが抑制される。
また、ボスカップ21は、クランクシャフト50およびメインシャフト53によって、挟み込まれて、結合されている。これにより、クランクシャフト50からメインシャフト53へ回転動力が伝わる際の、ボスカップ21のねじり剛性を高めることができる。
実施の形態5.
次に、実施の形態5における回転電機について、図6を用いて説明する。実施の形態5では、クランクシャフト50およびメインシャフト53は、離間しており、ボスカップ21は、メインシャフト53側に内縁部を有している。
図6は、実施の形態5の回転電機における、回転軸の軸方向に沿った断面図である。実施の形態5のアシストモータ104では、クランクシャフト50およびメインシャフト53は、軸方向に離間している。クランクシャフト50のフランジ部50aには、ボスカップ21のプレート部21bが、ボルト12によって、固定されている。ボスカップ21において、シリンダー部21cのメインシャフト53側は、メインシャフト53の径方向内側に折り曲げられており、内縁部21eが設けられている。内縁部21eは、ボルト52およびプレスナット23によって、フランジ部53aに固定されている。
ボスカップ21のシリンダー部21cは、ロータ5が回転する遠心力によって、外に広がろうとする。シリンダー部21cは、軸方向において、クランクシャフト50側およびメインシャフト53側の両方で接続されている。そのため、シリンダー部21cは、シリンダー部21cの径方向外側に広がることが抑制される。
実施の形態5のアシストモータ104では、ボスカップ21は、クランクシャフト50と、メインシャフト53とに接続されている。これにより、シリンダー部21cは、シリンダー部21cの径方向外側に広がることが抑制される。
1 ステータ、5 ロータ、6 ロータコア、10 ボス内周リング(ロータコア保持部)、11 回転センサ用ロータ、21 ボスカップ(トルク伝達部)、21b プレート部、21c シリンダー部、21p 第1の結合面(第1の面)、21q 第2の結合面(第2の面)、50 クランクシャフト(第1のトルク入出力軸)、53 メインシャフト(第2のトルク入出力軸)、100,101,102,103,104 アシストモータ(回転電機)。

Claims (9)

  1. 車載用エンジンの回転軸である第1のトルク入出力軸および変速機の回転軸である第2のトルク入出力軸の少なくとも一方に接続され、ステータおよびロータを有する回転電機であって、
    前記ロータは、
    ロータコアと、
    前記第1のトルク入出力軸および第2のトルク入出力軸に接続され、板状部材からなるトルク伝達部と、
    前記トルク伝達部に保持され、前記ロータコアを保持し、板状部材からなるロータコア保持部と、
    を備え、前記トルク伝達部は、前記第1のトルク入出力軸および前記第2のトルク入出力軸によって、挟み込まれて、結合され
    前記トルク伝達部は、円盤形状のプレート部、および、前記プレート部に固定される円筒形状のシリンダー部を有し、
    前記プレート部は、前記第1のトルク入出力軸に接続され、
    前記シリンダー部は、前記ロータコア保持部を保持する、
    回転電機。
  2. 車載用エンジンの回転軸である第1のトルク入出力軸および変速機の回転軸である第2のトルク入出力軸の少なくとも一方に接続され、ステータおよびロータを有する回転電機であって、
    前記ロータは、
    ロータコアと、
    前記第1のトルク入出力軸および第2のトルク入出力軸に接続され、板状部材からなるトルク伝達部と、
    前記トルク伝達部に保持され、前記ロータコアを保持し、板状部材からなるロータコア保持部と、
    を備え、前記トルク伝達部は、前記第1のトルク入出力軸および前記第2のトルク入出力軸によって、挟み込まれて、結合され
    前記ロータコア保持部は、前記トルク伝達部が前記第1のトルク入出力軸に接続される部位より、前記第1のトルク入出力軸側に突出する、
    回転電機。
  3. 前記ロータコア保持部は、溶接によって、前記トルク伝達部に保持される、
    請求項1または2に記載の回転電機。
  4. 前記ロータコア保持部の材質は、前記ロータコアの材質と同じである、
    請求項1から3のいずれか1項に記載の回転電機。
  5. 前記ロータに、回転角を計測する回転センサ用ロータが取り付けられる、
    請求項1から4のいずれか1項に記載の回転電機。
  6. 車載用エンジンの回転軸である第1のトルク入出力軸および変速機の回転軸である第2のトルク入出力軸の少なくとも一方に接続され、ステータおよびロータを有する回転電機であって、
    前記ロータは、
    ロータコアと、
    前記第1のトルク入出力軸および第2のトルク入出力軸に接続され、板状部材からなるトルク伝達部と、
    前記トルク伝達部に保持され、前記ロータコアを保持し、板状部材からなるロータコア保持部と、
    を備え、前記トルク伝達部は、前記第1のトルク入出力軸および前記第2のトルク入出力軸によって、挟み込まれて、結合され
    前記トルク伝達部は、第1の面および第2の面を有し、
    前記第1の面において、前記トルク伝達部は、前記第1のトルク入出力軸と結合され、
    前記第2の面において、前記トルク伝達部は、前記第2のトルク入出力軸と結合され、
    前記第1の面は、前記第2の面と平行である、
    回転電機。
  7. 前記ロータコア保持部は、円筒形状の前記板状部材からなる円筒部を有している、
    請求項に記載の回転電機。
  8. 前記ロータコア保持部の前記円筒部は、前記トルク伝達部の前記シリンダー部の内面側から設けられた溶接部によって前記シリンダー部に保持される、
    請求項に記載の回転電機。
  9. 前記トルク伝達部の前記シリンダー部の内面側からの嵌め合いによって前記シリンダー部に保持されるボス内周リングをさらに有する
    請求項に記載の回転電機。
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