JP7094332B2 - エンジンとモータのアセンブリ - Google Patents

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Description

本発明は、動力アセンブリに関し、具体的には、車両を駆動するか又は電気を発生させるために使用されるエンジンとモータのアセンブリに関する。
ハイブリッド自動車は、省エネ、排出ガス削減、長航続距離という利点を有し、持続可能な開発に適した電気自動車である。現在、ハイブリッド自動車のエンジンとモータのアセンブリは、ほとんどがエンジンとモータの単純な機械的統合であり、エンジンの後端にフライホイールが接続されており、モータの入力軸がねじり振動ダンパーを介してフライホイールに接続されており、統合度が低い、構成部品が多い、質量が大きい、体積が大きい、信頼性が低い、コストが高い等の欠点が存在する。また、技術進歩及び量産化の要求に応えることができず、動力アセンブリの小型化及び軽量化の目標を実現することも困難である。
先行技術には、より高度に統合されたレンジエクステンダーが開示されており、具体的には、図１、図２に示すようなエンジンとモータのアセンブリであり、エンジン８とモータ９とを含み、エンジン８が燃料モードであり、モータ９として、発電機又はＩＳＧモータを用いてもよく、電動機を用いてもよい。エンジン８には、クランクシャフト７が設けられ、クランクシャフト７には、エンジン８の外部に延びた延伸部７－３が設けられており、延伸部７－３がモータ９の回転軸６を構成し、モータ９のロータ３が延伸部７－３に取り付けられている。
モータ９のロータ３と回転軸６とが例えばスプラインやフラットキーなどのキーを介して接続固定されるか、又は、締り嵌めによって接続固定される。図２に示すように、クランクシャフト７には、延伸部７－３にキー溝が設けられている。スプライン接続を用いる場合、延伸部７－３に雄スプラインが、モータ９のロータ３に雌スプラインが設けられてもよい。
当該レンジエクステンダーは、エンジン８とモータ９とを統合して設置した構造を採用しており、エンジンとモータのアセンブリの統合度が向上し、エンジンとモータのアセンブリの重量及び体積が効果的に削減されるが、伝動接続構造にはまだ改善の余地がある。
従来技術における上記問題に鑑みて、本発明は、モータのロータとエンジンのクランクシャフトとを、キー接続構造の代わりにフランジによって接続することで、ロータとクランクシャフトとの接続強度を向上させ、ロータとクランクシャフトとのモーメント伝達構造を最適化することができるエンジンとモータのアセンブリを提供する。
上記目的を達成するために、本発明の技術案は、以下のように実現される。
本発明は、エンジンとモータとを含み、前記エンジンには、クランクシャフトが設けられており、前記クランクシャフトが、本体と、前記エンジンの外部に延びた延伸部とを含み、前記延伸部が前記モータの回転軸を構成し、前記モータのロータが前記延伸部に取り付けられ、前記クランクシャフトの本体と前記延伸部との間に移行部が設けられており、前記モータのロータがフランジ構造を介して前記移行部に接続固定されている、エンジンとモータのアセンブリを提供している。
また、前記移行部には、前記モータのロータに向く端面が設けられており、前記モータのロータがフランジ構造を介して前記移行部の端面に接続固定されていてもよい。
また、前記モータのロータが鉄心ブラケットを含み、前記鉄心ブラケットの中間部にいくつかの主接続穴が設けられ、前記移行部の端面にいくつかの副接続穴が対応して設けられており、前記主接続穴と前記副接続穴とが位置合わせされた状態で、ボルトを挿入して接続固定されてもよい。
また、前記鉄心ブラケットの中間部には、前記移行部に向く突出部が設けられ、前記主接続穴が前記突出部に設けられていてもよい。
また、前記鉄心ブラケットの中間部にスリーブが設けられており、前記モータのロータが前記延伸部に取り付けられた状態で、前記スリーブは、前記延伸部と締り嵌めして、前記回転軸と同心になることが保証されるようにしてもよい。
また、前記スリーブにレゾルバロータが取付固定されているか、又は、前記延伸部にレゾルバロータが取付固定されていてもよい。
また、前記延伸部には、前記移行部との接続位置から末端に向かって、徐々に縮径するいくつかの段差部が順次に設けられており、前記スリーブが最初の段差部と締り嵌めし、中間のいずれかの段差部に、前記回転軸を支持する補助軸受が取付固定されていてもよい。
また、前記主接続穴がねじ山のない穴で、前記副接続穴がネジ穴であり、前記主接続穴と副接続穴の数が６～１２個であってもよい。
また、前記鉄心ブラケットの中間部にスリーブが設けられており、前記モータのロータが前記延伸部に取り付けられた状態で、前記スリーブと前記延伸部とが中間嵌め又は隙間嵌めとされてもよい。
また、前記移行部が本体とフランジとを含み、前記フランジが前記モータのロータに向いて設けられ、前記本体とフランジとの間に接続ネック部が設けられており、前記接続ネック部の直径が前記本体及びフランジの直径よりも小さくなるようにしてもよい。
上記構造を有して構成されたエンジンとモータのアセンブリは、以下の利点を有する。
本発明は、フランジ構造を介してモータのロータとエンジンのクランクシャフトとを接続しているため、ロータとクランクシャフトとの接続強度を向上させ、ロータとクランクシャフトとのモーメント伝達構造を最適化し、キーの損傷による接続不良を防ぎ、アセンブリの動作寿命を向上させた。
本発明は、モータの回転軸を冷却液ポンプに接続し、冷却液ポンプがオイルポンプであってもウォーターポンプであってもよく、回転軸が回転しながら冷却液ポンプを駆動して作動させ、モータに冷却液を供給可能にすることで、動力アセンブリのエネルギー使用率を向上させた。
冷却液ポンプは、駆動用の動力源を別途に設ける必要がないため、車両のエネルギー消費を節約し、ポンプを高度に統合するとともに、製造コストも削減した。
先行技術におけるエンジンとモータとの接続構造の模式図である。 先行技術におけるクランクシャフトの構造模式図である。 本発明の実施例１におけるエンジンとモータとの接続構造の模式図である。 本発明の実施例１におけるクランクシャフトの構造模式図である。 本発明の実施例２におけるエンジンとモータとの接続構造の模式図である。 本発明の実施例２におけるクランクシャフトの構造模式図である。
以下、図面を参照して本発明の例示的な実施例をさらに詳しく説明する。本発明の例示的な実施例が図面に示されているが、本発明は、様々な形態で実現されてもよく、ここに記載の実施例によって限定されないことを理解すべきである。むしろ、これらの実施例は、本発明がよりよく理解され、本発明の範囲が当業者に完全に伝えられるために提供されている。
［実施例１］
図３、図４に示すように、本発明の実施例１におけるエンジンとモータのアセンブリは、エンジン８とモータ９とを含み、エンジン８が燃料モードであり、モータ９として、発電機又はＩＳＧモータを用いてもよく、電動機を用いてもよい。
エンジン８には、クランクシャフト７が設けられ、クランクシャフト７には、エンジン８の外部に延びた延伸部７－３が設けられており、延伸部７－３がモータ９の回転軸６を構成し、モータ９のロータ３が延伸部７－３に取り付けられている。
回転軸６の末端に冷却液ポンプが接続され、冷却液ポンプのロータが回転軸６に取付固定されており、回転軸６が回転しながら冷却液ポンプを駆動して作動させ、モータ９に冷却液を供給する。
冷却液がオイルまたは水であり、冷却液ポンプがサイクロイドロータポンプを用いてもよい。図３、図４に示すように、冷却液ポンプロータ１３が回転軸６の第四段差部６－４に取付固定され、冷却液ポンプステータ１４がハウジング２に取付固定されている。クランクシャフト７が回転すると、冷却液ポンプが駆動されて作動し、冷却液がモータ９の外殻の中に入り、モータ９を降温する。
クランクシャフト７の本体７－１と延伸部７－３との間に移行部７－２が設けられており、モータ９のロータ３がフランジ構造を介して移行部７－２の端面に接続固定されている。移行部７－２の端面が面一であるので、モータ９のロータ３を取り付けた後、ロータ３が傾かないことを保証することができる。
移行部７－２は、もともとシーリング構造のために設けられたものであり、ダブルオイルシール１２が移行部７－２とシリンダブロック１のシーリング溝との間の隙間をシーリングすることにより、エンジン８とモータ９とを双方向でシーリングしている。移行部７－２を、フランジを介して接続することにより、クランクシャフト７とモータ９のロータ３との間の接続強度を向上させることができる。
具体的には、モータ９のロータ３が鉄心ブラケット１７を含み、鉄心ブラケット１７の円周に巻線又は磁性鋼が設けられ、鉄心ブラケット１７の中間部にいくつかの主接続穴が設けられ、移行部７－２の端面にいくつかの副接続穴が対応して設けられており、主接続穴と副接続穴とが位置合わせされた状態で、ボルトを挿入して接続固定される。主接続穴がねじ山のない穴で、副接続穴がネジ穴であり、主接続穴と副接続穴の数は、６～１２個になるように選択してもよい。
図３に示すように、移行部７－２に近接して接続を容易にするために、鉄心ブラケット１７の中間部には、移行部７－２に向く突出部が設けられ、主接続穴が突出部に設けられている。このように、ロータの巻線部分及びステータを左寄りに設ける必要がないので、モータ９内の他の部品を避けて、他の部品を取り付ける余地を残すことができる。
鉄心ブラケット１７の中間部にスリーブ１７－１が設けられており、好ましくは、モータ９のロータ３が延伸部７－３に取り付けられた状態で、スリーブ１７－１は、延伸部７－３と締り嵌めして、回転軸６と同心になることが保証される。
組み立てを容易にするために、モータ９のロータ３が延伸部７－３に取り付けられる前に、スリーブ１７－１の内径が延伸部７－３の外径よりも大きくなるようにスリーブ１７－１を加熱してもよく、組み立てて冷却された後、スリーブ１７－１と延伸部７－３との間に締り嵌めが形成される。
モータ９のロータ３の回転角度を検出するために、スリーブ１７－１にレゾルバロータ１５が取付固定されている。レゾルバステータ１６は、ハウジング２によって取付及び固定される必要がある。レゾルバロータ１５を延伸部７－３に取付固定してもよく、そうすると、スリーブ１７－１の長さを適宜短くすることが可能である。
図４に示すように、延伸部７－３には、移行部７－２との接続位置から末端に向かって、徐々に縮径する第一段差部６－１、第二段差部６－２、第三段差部６－３及び第四段差部６－４が順次に設けられており、スリーブ１７－１が第一段差部６－１と締り嵌めし、第三段差部６－３に、回転軸６を支持する補助軸受５が取付固定されており、冷却液ポンプのロータが第四段差部６－４に取付固定されている。また、レゾルバロータ１５が第二段差部６－２に取付固定されてもよく、また、もし、第四段差部６－４が冷却液ポンプから伸び出すことができれば、第四段差部６－４の尾端にレゾルバロータ１５を取付固定してもよい。
具体的には、冷却液ポンプロータ１３と第四段差部６－４とが、フラットキー又はスプラインを介して接続固定されるか、又は、締り嵌めによって接続固定される。
また、スリーブ１７－１と延伸部７－３とは、より容易に組み立てられるように、中間嵌め又は隙間嵌めを用いてもよい。上記と同様に、組み立てを容易にするために、モータ９のロータ３が延伸部７－３に取り付けられる前に、スリーブ１７－１の内径が延伸部７－３の外径よりも大きくなるようにスリーブ１７－１を加熱してもよく、組み立てて冷却された後、スリーブ１７－１と延伸部７－３との間に中間嵌め又は隙間嵌めが形成される。
本実施例において、エンジン８とモータ９とが一体的に統合されており、従来のモータとエンジンとを接続するフライホイール及びねじり振動ダンパー等の構造がなく、構成部品が少なく、体積が小さくて、軽量であり、構造がコンパクトである。
構成部品及び重量をさらに減らすために、本実施例において、エンジン８がモータ９に隣接して設けられ、ハウジング２の左端がエンジン８のシリンダブロック１に直接に取り付けられており、具体的には、シリンダブロック１の前フランジ面に取り付けられており、固定面及びシーリング面を形成する。
モータ９には、右端カバー１０がさらに設けられており、モータ９のハウジング２が右端カバー１０と一体に形成され、このように設計すると、モータ９のハウジング構造を簡素化し、統合度をさらに向上させることができる。
モータ９では、左端カバーが設けられておらず、これにより、エンジンとモータのアセンブリの軸方向の長さを短縮することもできる。
図３に示すように、モータ９のハウジング２は、エンジン８のシリンダブロック１と接続される端にフランジが設けられており、ボルトによってエンジン８のシリンダブロック１と接続され、エンジン８のシリンダブロック１にネジ穴を設ける必要がある。接続部には、モータ９のハウジングの内部をシーリングするためのシーリング構造、例えばシーリングリングが設けられている。
エンジン８とモータ９とが隣接する位置には、エンジン８とモータ９を双方向でシーリングするダブルオイルシール１２という構造が設けられている。ダブルオイルシール１２という構造がエンジン８のシリンダブロック１に設けてもよく、それに応じて、エンジン８のシリンダブロック１に、シーリング部品を取り付けるためのシーリング溝を設ける必要がある。
図４に示すように、ダブルオイルシール１２が移行部７－２とシリンダブロック１のシーリング溝との間の隙間をシーリングすることにより、エンジン８とモータ９を双方向でシーリングしている。
図３に示すように、モータ９の右端カバー１０には、モータ９の回転軸６を支持する補助軸受５を取り付けるための軸受座が設けられている。ロータ３の半径方向の振れを低減し、モータのエアギャップが大きく変化しないことを保証するために、補助軸受５と回転軸６とが中間嵌め又は締り嵌めを用いる。
エンジン８とモータ９とが隣接する位置において、クランクシャフト７には、すべり軸受１１が設けられており、このすべり軸受１１は、クランクシャフト７と回転軸６とが共有する軸受とみなすことができる。
本実施例において、モータ９は、永久磁石モータ、誘導モータ、ハイブリッド励磁モータ又はスイッチドリラクタンスモータのいずれであってもよく、モータ９のステータ４が分布巻又は集中巻のいずれを用いてもよい。
モータ９のハウジング２内に油路又は水路が設けられており、冷却モードが油冷の場合は油路を、冷却モードが水冷の場合は水路を、設ける必要がある。
また、放熱効果を向上させるように、モータ９のハウジング２の外側に放熱リブを設けてもよい。
本実施例は、フランジ構造を介してモータ９のロータ３とエンジン８のクランクシャフト７とを接続しているため、ロータ３とクランクシャフト７との接続強度を向上させ、ロータ３とクランクシャフト７とのモーメント伝達構造を最適化した。
本実施例は、モータ９の回転軸６を冷却液ポンプに接続し、冷却液ポンプがオイルポンプであってもウォーターポンプであってもよく、回転軸が回転しながら冷却液ポンプを駆動して作動させ、モータ９に冷却液を供給可能にすることで、動力アセンブリのエネルギー使用率を向上させた。
冷却液ポンプは、駆動用の動力源を別途に設ける必要がないため、車両のエネルギー消費を節約し、ポンプを高度に統合するとともに、製造コストも削減した。
［実施例２］
図５、図６には、本発明の実施例２が示されており、本実施例において、移行部７－２が本体とフランジとを含み、フランジがモータ９のロータ３に向いて設けられ、本体とフランジとの間に接続ネック部が設けられており、接続ネック部の直径が、本体及びフランジの直径よりも小さい。
図６に示すように、副接続穴が、フランジの鉄心ブラケット１７に向く端面に設けられており、鉄心ブラケット１７がボルトによってフランジに接続固定されている。
本実施例における移行部７－２の長さは、実施例１における移行部７－２よりも長いため、鉄心ブラケット１７に突出部を設ける必要がない。
構造上の強度を満たすことを前提に、接続ネック部は、移行部７－２の重量を減らすことが可能である。
本発明の実施例２におけるエンジンとモータのアセンブリは、他の構造が実施例１と同じであり、ここで繰り返して説明しない。
上記は、あくまでも本発明の具体的な実施形態であり、本発明の上記開示の下で、当業者は、上記実施例に基づいて他の改良又は変形を行うことができる。当業者であれば、上記の具体的な記載は、本発明の目的をより良く解釈するためのものであり、本発明の保護範囲が特許請求の範囲の保護範囲に基づくものであることが理解されるべきである。
１…シリンダブロック、２…ハウジング、３…ロータ、４…ステータ、５…補助軸受、６…回転軸、６－１…第一段差部、６－２…第二段差部、６－３…第三段差部、６－４…第四段差部、７…クランクシャフト、７－１…本体、７－２…移行部、７－３…延伸部、８…エンジン、９…モータ、１０…右端カバー、１１…すべり軸受、１２…ダブルオイルシール、１３…冷却液ポンプロータ、１４…冷却液ポンプステータ、１５…レゾルバロータ、１６…レゾルバステータ、１７…鉄心ブラケット、１７－１…スリーブ。

Claims (8)

  1. エンジンとモータとを含み、前記エンジンには、クランクシャフトが設けられており、前記クランクシャフトが、本体と、前記エンジンの外部に延びた延伸部とを含み、該延伸部が前記モータの回転軸を構成し、該モータのロータが前記延伸部に取り付けられ、前記クランクシャフトの本体と前記延伸部との間に移行部が設けられているエンジンとモータのアセンブリであって、
    前記モータのロータがフランジ構造を介して前記移行部に接続固定されており、
    前記移行部には、前記モータのロータに向く端面が設けられ、前記モータのロータがフランジ構造を介して前記移行部の端面に接続固定されており、
    前記移行部が前記本体と前記フランジとを含み、該フランジが前記モータのロータに向いて設けられ、前記本体と前記フランジとの間に接続ネック部が設けられており、該接続ネック部の直径が前記本体及び前記フランジの直径よりも小さい、
    ことを特徴とするエンジンとモータのアセンブリ。
  2. 前記モータのロータが鉄心ブラケットを含み、該鉄心ブラケットの中間部にいくつかの主接続穴が設けられ、前記移行部の端面にいくつかの副接続穴が対応して設けられており、前記主接続穴と前記副接続穴とが位置合わせされた状態で、ボルトを挿入して接続固定される、
    ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンとモータのアセンブリ。
  3. 前記鉄心ブラケットの中間部には、前記移行部に向く突出部が設けられ、前記主接続穴が前記突出部に設けられている、
    ことを特徴とする請求項２に記載のエンジンとモータのアセンブリ。
  4. 前記鉄心ブラケットの中間部にスリーブが設けられており、前記モータのロータが前記延伸部に取り付けられた状態で、前記スリーブは、前記延伸部と締り嵌めして、前記回転軸と同心になることが保証される、
    ことを特徴とする請求項２に記載のエンジンとモータのアセンブリ。
  5. 前記スリーブにレゾルバロータが取付固定されているか、又は、前記延伸部にレゾルバロータが取付固定されている、
    ことを特徴とする請求項４に記載のエンジンとモータのアセンブリ。
  6. 前記延伸部には、前記移行部との接続位置から末端に向かって、徐々に縮径するいくつかの段差部が順次に設けられており、前記スリーブが最初の段差部と締り嵌めし、中間のいずれかの段差部に、前記回転軸を支持する補助軸受が取付固定されている、
    ことを特徴とする請求項４に記載のエンジンとモータのアセンブリ。
  7. 前記主接続穴がねじ山のない穴で、前記副接続穴がネジ穴であり、前記主接続穴と副接続穴の数が６～１２個である、
    ことを特徴とする請求項２に記載のエンジンとモータのアセンブリ。
  8. 前記鉄心ブラケットの中間部にスリーブが設けられており、前記モータのロータが前記延伸部に取り付けられた状態で、前記スリーブと前記延伸部とが中間嵌め又は隙間嵌めとされる、
    ことを特徴とする請求項２に記載のエンジンとモータのアセンブリ。
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