特許 7614002 回転電機冷却構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-06

(45)【発行日】2025-01-15

(54)【発明の名称】回転電機冷却構造

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/19 20060101AFI20250107BHJP

   H02K 11/215 20160101ALI20250107BHJP

【ＦＩ】

H02K9/19 B

H02K11/215

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2021074280

(22)【出願日】2021-04-26

(65)【公開番号】P2022168660

(43)【公開日】2022-11-08

【審査請求日】2023-12-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000231350

【氏名又は名称】ジヤトコ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】前田 篤志

(72)【発明者】

【氏名】森下 真臣

(72)【発明者】

【氏名】溝上 良一

(72)【発明者】

【氏名】光山 明宏

【審査官】津久井 道夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０８５８７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ９／１９

Ｈ０２Ｋ １１／２１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータコアの側面に設けられたエンドプレートにロータの径方向における内側から外側に向けて冷却油を供給して前記ロータを冷却する回転電機冷却構造であって、
前記エンドプレートは、前記径方向における外側の位置に、前記エンドプレートを屈曲させて形成され、前記冷却油が前記ロータの外周側に配置されたステータと前記ロータとの間のエアギャップに流入することを抑制する遮蔽壁を有し、
前記遮蔽壁の内周に、前記ロータの回転を検知する回転センサの被検知部が設けられ、
前記回転センサは、前記遮蔽壁に外周側が囲まれる空間に、前記被検知部と前記径方向に対向して配置される、
回転電機冷却構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機冷却構造に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ロータコアの側面に設けられたエンドプレートに、ロータの径方向における内側から外側に向けて冷却油が供給されるモータ冷却構造が開示されている。

【0003】

エンドプレートに供給された冷却油は、さらに、ロータコアの外周側に設けられたステータに供給される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００３－９４６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

モータ（回転電機）のステータとロータコアとの間にはエアギャップが設けられるところ、上記のモータ冷却構造では、エンドプレートからステータに冷却油が流れる際に、冷却油がエアギャップに流入しやすい。

【0006】

ここで、エアギャップは狭く設定されることから、冷却油がエアギャップに流入すると、冷却油のせん断抵抗によりモータ（回転電機）の作動効率が低下するおそれがある。

【0007】

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、冷却油がエアギャップに流入することを抑制可能な回転電機冷却構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のある態様によれば、ロータコアの側面に設けられたエンドプレートにロータの径方向における内側から外側に向けて冷却油を供給して前記ロータを冷却する回転電機冷却構造であって、前記エンドプレートは、前記径方向における外側の位置に、前記エンドプレートを屈曲させて形成され、前記冷却油が前記ロータの外周側に配置されたステータと前記ロータとの間のエアギャップに流入することを抑制する遮蔽壁を有し、前記遮蔽壁の内周に、前記ロータの回転を検知する回転センサの被検知部が設けられ、前記回転センサは、前記遮蔽壁に外周側が囲まれる空間に、前記被検知部と前記径方向に対向して配置される、回転電機冷却構造が提供される。

【発明の効果】

【0009】

これによれば、エンドプレートに到達した冷却油は、遮蔽壁によって、エアギャップから離れた位置で遮蔽壁の内側から外側に排出される。よって、冷却油がエアギャップに流入することを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る回転電機冷却構造が適用された回転電機を備えるハイブリッド車両の概略構成図である。

【図2】中間カバー、パイプ、及びチェーンを回転電機側から見た図である。

【図3】ハウジングを中間カバー側から見た斜視図である。

【図4】ハウジング及び回転センサをハウジングの内側から見た図である。

【図5】回転電機の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る回転電機冷却構造が適用された回転電機４０を備えるハイブリッド車両（以下、単に「車両」という。）１００について説明する。

【0012】

図１は、車両１００の概略構成図である。図１に示すように、車両１００は、エンジン１と、エンジン１と駆動輪５とを結ぶ動力伝達経路に設けられた動力伝達装置１０と、を備える。

【0013】

本実施形態では、動力伝達装置１０は変速機であって、バリエータ２０と、前後進切換え機構３０と、回転電機４０と、を備える。

【0014】

回転電機４０は、動力伝達経路におけるバリエータ２０とエンジン１との間に設けられる。

【0015】

回転電機４０は、ハウジング４１と、ハウジング４１のエンジン１側の開口部に設けられたカバー４２と、ハウジング４１の内周に設けられたステータ４３と、回転軸４４と、回転軸４４の外周に設けられたロータ８０と、ロータ８０と入力軸１１とを断接するクラッチ４８と、を備える。ロータ８０は、ロータフレーム８１と、ロータフレーム８１の外周に設けられたロータコア８２と、を備える。

【0016】

ハウジング４１の内部には、ロータ８０の回転状態を検知する回転センサ４７が設けられる。具体的には、回転センサ４７は、ロータ８０の回転速度及び角度（位相）の少なくとも一方を検知する。

【0017】

回転電機４０は、カバー４２を動力伝達装置１０のケース１２にボルト（図示せず）で締結して動力伝達装置１０に固定される。

【0018】

入力軸１１は、ベアリング５０を介してカバー４２に回転自在に支持されており、エンジン１の出力回転が入力される。回転軸４４は、ベアリング５１を介してハウジング４１に回転自在に支持される。

【0019】

クラッチ４８は、ノーマルオープンの油圧式クラッチである。クラッチ４８は、動力伝達装置１０の下部に設けられた油圧コントロールバルブユニット７０によって調圧された油圧により、締結・解放が制御される。本実施形態では、クラッチ４８は湿式多板式クラッチであるが、他のクラッチを用いてもよい。

【0020】

クラッチ４８が締結されると、入力軸１１とロータ８０とが直結する。すなわち、入力軸１１と回転軸４４とが直結して同速回転する。

【0021】

ロータコア８２は、ハウジング４１側の側面に設けられたエンドプレート８３と、カバー４２側の側面に設けられたエンドプレート８４と、を有する。エンドプレート８３は、径方向において外側の位置に筒状の遮蔽壁８３ａを有する。遮蔽壁８３ａの内周に、回転センサ４７の被検知部５２が設けられる。遮蔽壁８３ａについては後で詳しく説明する。

【0022】

回転センサ４７は、例えば、ホールセンサとすることができる。回転センサ４７をホールセンサとした場合の被検知部５２はマグネットであり、具体的には、永久磁石、電磁石等である。マグネットは、カシメや圧入等により遮蔽壁８３ａに取り付けられる。マグネットとして電磁石を用いる場合は、スリップリング等を用いて電磁石に電流を供給すればよい。

【0023】

また、回転センサ４７は、例えば、近接センサとすることができる。回転センサ４７を近接センサとした場合の被検知部５２は凹凸形状部である。凹凸形状部は、遮蔽壁８３ａと一体に成形することで構成してもよいし、別体の部品を遮蔽壁８３ａに取り付けて構成してもよい。また、回転センサ４７は、回転速度を検知する他のセンサや角度を検知する他のセンサを用いてもよい。

【0024】

回転電機４０は、バッテリ（図示せず）からの電力の供給を受けて回転駆動する電動機として動作することができる。また、回転電機４０は、ロータ８０が駆動輪５から回転エネルギを受ける場合には発電機として機能し、バッテリを充電することができる。回転電機４０の構成については後で詳しく説明する。

【0025】

バリエータ２０は、Ｖ溝が整列するよう配設されたプライマリプーリ２及びセカンダリプーリ３と、プーリ２、３のＶ溝に掛け渡されたベルト４と、を有する。

【0026】

プライマリプーリ２と同軸にエンジン１が配置され、エンジン１とプライマリプーリ２との間に、エンジン１の側から順に、回転電機４０、前後進切換え機構３０が設けられている。

【0027】

前後進切換え機構３０は、ダブルピニオン遊星歯車組３０ａを主たる構成要素とし、そのサンギヤは回転電機４０の回転軸４４に結合され、キャリアはバリエータ２０のプライマリプーリ２に結合される。前後進切換え機構３０は、さらに、ダブルピニオン遊星歯車組３０ａのサンギヤ及びキャリア間を直結する前進クラッチ３０ｂ、及びリングギヤを固定する後進ブレーキ３０ｃを備える。そして、前進クラッチ３０ｂの締結時には、回転軸４４からの入力回転がそのままの回転方向でプライマリプーリ２に伝達され、後進ブレーキ３０ｃの締結時には、回転軸４４からの入力回転が逆転されてプライマリプーリ２へと伝達される。

【0028】

前進クラッチ３０ｂは、車両１００の走行モードとして前進走行モードが選択された場合に油圧コントロールバルブユニット７０からクラッチ圧が供給されることで締結される。後進ブレーキ３０ｃは、車両１００の走行モードとして後進走行モードが選択された場合に油圧コントロールバルブユニット７０からブレーキ圧が供給されることで締結される。

【0029】

プライマリプーリ２の回転は、ベルト４を介してセカンダリプーリ３に伝達され、セカンダリプーリ３の回転は、出力軸８、歯車組９及びディファレンシャルギヤ装置１５を経て駆動輪５へと伝達される。

【0030】

上記の動力伝達中にプライマリプーリ２及びセカンダリプーリ３間の変速比を変更可能にするために、プライマリプーリ２及びセカンダリプーリ３のＶ溝を形成する円錐板のうち一方を固定円錐板２ａ、３ａとし、他方を軸線方向へ変位可能な可動円錐板２ｂ、３ｂとしている。

【0031】

これら可動円錐板２ｂ、３ｂは、油圧コントロールバルブユニット７０からプライマリプーリ圧及びセカンダリプーリ圧を供給することにより固定円錐板２ａ、３ａに向けて付勢され、これによりベルト４を円錐板に摩擦係合させてプライマリプーリ２及びセカンダリプーリ３間での動力伝達を行う。

【0032】

変速に際しては、目標変速比に対応させて発生させたプライマリプーリ圧及びセカンダリプーリ圧間の差圧により両プーリ２、３のＶ溝の幅を変化させ、プーリ２、３に対するベルト４の巻き掛け円弧径を連続的に変化させることで目標変速比を実現する。

【0033】

回転電機４０と前後進切換え機構３０との間には、弧状のパイプ５３と、前後進切換え機構３０の回転電機４０側を覆い、パイプ５３を介して回転電機４０と軸方向に対向する中間カバー３１と、が設けられる。

【0034】

中間カバー３１には、ブッシュ５４を介してスプロケット５５が回転自在に支持されている。スプロケット５５は、接続部材５６を介して回転電機４０の回転軸４４と接続されており、スプロケット５５はさらに、オイルポンプ６の入力軸６ａに設けられたスプロケット６ｂとチェーン５７で連結されている。これにより、回転電機４０が回転すると、オイルポンプ６が駆動されて油圧コントロールバルブユニット７０にオイルが供給される。油圧コントロールバルブユニット７０は、動力伝達装置１０の各部位にオイルを供給する。

【0035】

図２は、中間カバー３１、パイプ５３、及びチェーン５７を回転電機４０側から見た図である。図３は、ハウジング４１を中間カバー３１側から見た斜視図である。図４は、ハウジング４１及び回転センサ４７をハウジング４１の内側から見た図である。なお、図２～図４の実線の矢印Ｇは、重力の方向を示している。

【0036】

図２、図３に示すように、パイプ５３は、上方に凸となる曲線状に回転電機４０の周方向に沿って延伸し、下方に切欠き部５３ｂを有する。図２に示すように、パイプ５３の回転電機４０側の側面には、複数の孔５３ａが設けられる。なお、パイプ５３の形状は、上方に凸となる曲線状であればよく、例えば、円弧状、楕円弧状等とすることができる。

【0037】

パイプ５３には複数のクランプ３４が取り付けられている。パイプ５３は、これら複数のクランプ３４を中間カバー３１と共締めしてケース１２に固定される。

【0038】

パイプ５３は、中間カバー３１の内部に設けられた油路と中間部材３２を介して接続されており、中間カバー３１から供給されたオイルを複数の孔５３ａから回転電機４０に向けて噴出させるようになっている。なお、図３では、中間部材３２については記載を省略している。

【0039】

ハウジング４１における中間カバー３１と対向する面には、図３に示すように、周方向に沿って複数の孔４１ｃが形成されており、パイプ５３の複数の孔５３ａから噴出したオイルが、複数の孔４１ｃを通ってステータ４３のコイルに直接吹き付けられる。これにより、回転電機４０に上方からオイルを供給でき、回転電機４０を効率よく冷却することができる。なお、孔４１ｃの形状及び数は適宜変更可能である。

【0040】

本実施形態では、ブッシュ５４、スプロケット５５、及びチェーン５７は、図１に示すように、径方向においてパイプ５３とオーバーラップする位置に設けられ、チェーン５７は、図２に示すように、弧状のパイプ５３の内周側からパイプ５３の切欠き部５３ｂを通ってパイプ５３の外周側へ延びるように配置される。「径方向にオーバーラップする」とは、径方向から見たときに少なくとも一部が重なるように配置されることを意味する。

【0041】

中間カバー３１は、図２に示すように、パイプ５３に沿って設けられる弧状のリブ３１ａを有し、ハウジング４１は、図３に示すように、パイプ５３に沿って設けられる弧状のリブ４１ｄを有する。

【0042】

中間カバー３１のリブ３１ａとハウジング４１のリブ４１ｄとは、回転電機４０をケース１２に組み付けた状態において、リブ４１ｄの内側にリブ３１ａが嵌合するようになっている。これにより、リブ３１ａ及びリブ４１ｄは、チェーン５７を囲うようにしてパイプ５３とチェーン５７との間を隔てる隔壁部を構成する。これによれば、パイプ５３やハウジング４１から流れ落ちるオイルがチェーン５７に付着することを防止できる。

【0043】

図３、図４に示すように、回転センサ４７は、ハウジング４１の内部に格納されており、ハウジング４１にボルトで固定されている。

【0044】

より詳しく説明すると、回転センサ４７は、円弧状であって、ハウジング４１に形成された連通孔４１ｅを、周方向に跨ぐようにハウジング４１に固定されている。つまり、回転センサ４７は、連通孔４１ｅの一部を覆うように配置されている。連通孔４１ｅは、回転電機４０を冷却するオイルをハウジング４１の内部から外部に排出する排出孔である。

【0045】

回転センサ４７の検知信号は、配線４７ａを介して回転電機コントローラ（図示せず）に伝達される。図３に示すように、配線４７ａは、回転センサ４７における連通孔４１ｅ内に露出する部位において回転センサ４７と接続される。

【0046】

車両１００は以上のように構成され、運転モードとして、バッテリから供給される電力によって回転電機４０を駆動して回転電機４０のみの駆動力によって走行するＥＶモードと、エンジン１のみの駆動力によって走行するエンジン走行モードと、エンジン１の駆動力と回転電機４０の駆動力とによって走行するＨＥＶモードと、を有する。

【0047】

ＥＶモードでは、車両１００は、クラッチ４８を解放し、前進クラッチ３０ｂ及び後進ブレーキ３０ｃのいずれか一方を締結した状態で、バッテリからの電力によって回転電機４０のみを駆動して走行する。

【0048】

エンジン走行モードでは、車両１００は、クラッチ４８と、前進クラッチ３０ｂ及び後進ブレーキ３０ｃのいずれか一方と、を締結した状態で、エンジン１のみを駆動して走行する。

【0049】

ＨＥＶモードでは、車両１００は、クラッチ４８と、前進クラッチ３０ｂ及び後進ブレーキ３０ｃのいずれか一方と、を締結した状態で、エンジン１と回転電機４０とを駆動して走行する。

【0050】

続いて、図５を参照しながら、回転電機４０の構成について詳しく説明する。図５は、回転電機４０の断面図である。なお、図５の実線の矢印Ｇは、重力の方向を示している。

【0051】

ハウジング４１は、外周側に設けられた筒状部４１ａと、内周側に設けられてハウジング４１の内側に向かって延びる筒状部４１ｂと、複数の孔４１ｃ（図３参照）と、リブ４１ｄ（図３参照）と、連通孔４１ｅと、を有する。

【0052】

筒状部４１ａの内周には、ステータ４３が固定される。筒状部４１ｂは、ベアリング５１を介して回転軸４４を回転自在に支持する。

【0053】

カバー４２は、外周側が動力伝達装置１０のケース１２に固定される。また、カバー４２は、内周側に設けられてハウジング４１側に向かって延びる筒状部４２ａを有する。筒状部４２ａは、ベアリング５０を介して入力軸１１を回転自在に支持する。

【0054】

筒状部４２ａと入力軸１１との間には、外部へのオイルの漏出を防止するためのシール部材５９が設けられる。

【0055】

回転軸４４はエンジン１側で入力軸１１に挿入される。入力軸１１と回転軸４４との間には、軸方向の荷重を受けるニードルベアリング６０と径方向の荷重を受けるニードルベアリング６１と、が設けられる。

【0056】

回転軸４４の内側には、ハウジング４１の内部にオイル（冷却油）を供給する油路４４ａが形成される。図５の白抜き矢印は、油路４４ａから供給されたオイルの主な流れを示している。油路４４ａから供給されたオイルは、各部を潤滑するとともに、回転電機４０を冷却する。

【0057】

入力軸１１における前後進切換え機構３０側の端部には、クラッチハブ６２が溶接で固定される。クラッチハブ６２は、外周側に設けられてエンジン１側に向かって延びる筒状部６２ａを有する。筒状部６２ａの外周には、スプライン結合によって軸方向に摺動自在にクラッチ４８の複数のドライブプレート４８ａが取り付けられる。

【0058】

回転軸４４の外周には、ロータフレーム８１が溶接で固定される。ロータフレーム８１は、外周側に設けられた筒状部８１ａを有する。筒状部８１ａの外周には、ロータコア８２が固定される。

【0059】

筒状部８１ａの内周には、スプライン結合によって軸方向に摺動自在にクラッチ４８の複数のドリブンプレート４８ｂが取り付けられる。リテーナプレート６３は、ピストンアーム６４とは反対側の端部に配置されたドリブンプレート４８ｂと、筒状部８１ａの内周の溝に固定されたリング６５との間に介装される。リテーナプレート６３は、軸方向の厚みがドリブンプレート４８ｂより厚く、ドライブプレート４８ａ及びドリブンプレート４８ｂの倒れを防止する。

【0060】

油圧コントロールバルブユニット７０からピストン油室６６に締結圧が供給されると、ピストン６７がリターンスプリング６８を圧縮しながらエンジン１側に向けて移動する。クラッチ４８は、ニードルベアリング６９及びピストンアーム６４を介してピストン６７から伝達される押圧力によって締結状態となる。ニードルベアリング６９は、ピストン６７がピストンアーム６４の回転に伴って連れ回ることを抑制している。

【0061】

ロータコア８２は、ハウジング４１側の側面に設けられたエンドプレート８３と、カバー４２側の側面に設けられたエンドプレート８４と、を有する。エンドプレート８３は、径方向において外側の位置に筒状の遮蔽壁８３ａを有する。遮蔽壁８３ａは、エンドプレート８３をハウジング４１側に向けて屈曲させて形成され、ステータ４３とロータ８０との間のエアギャップＡから離れる方向に向かって延伸している。

【0062】

油路４４ａから回転電機４０に供給されるオイルは、白抜き矢印で示すように、エンドプレート８３に供給される。これにより、ロータコア８２の熱がエンドプレート８３からオイルに伝達される。つまり、油路４４ａから回転電機４０に供給されるオイルは、主にロータ８０を冷却する。

【0063】

エンドプレート８３に到達したオイルは、遮蔽壁８３ａの開放端の位置、すなわち、エアギャップＡから離れた位置で、遮蔽壁８３ａの内側から外側に排出される。これにより、オイルがエアギャップＡに流入することが抑制される。

【0064】

つまり、遮蔽壁８３ａは、重力によりロータ８０の下端側に流れてきたオイルや、ロータ８０が回転することで作用する遠心力によりロータ８０の外周側に流れてきたオイルが、ステータ４３とロータ８０との間のエアギャップＡに流入することを妨げる。

【0065】

エアギャップＡは狭く設定されることから、オイルがエアギャップＡに流入すると、オイルのせん断抵抗により回転電機４０の作動効率が低下するおそれがある。これに対して、本実施形態では、エンドプレート８３が遮蔽壁８３ａを有することで、オイルがエアギャップＡに流入することを抑制できる。よって、回転電機４０の作動効率が低下することを抑制できる。

【0066】

遮蔽壁８３ａの内周には、回転センサ４７の被検知部５２が設けられる。

【0067】

回転センサ４７は、遮蔽壁８３ａに外周側が囲まれる空間において、被検知部５２と径方向に対向して配置される。

【0068】

このように、遮蔽壁８３ａの内側の空間を利用してロータ８０の回転を検知する回転センサ４７を配置することで、回転電機４０のサイズを抑制できる。

【0069】

以下、本発明の実施形態に係る回転電機４０の冷却構造の主な作用効果についてまとめて説明する。

【0070】

（１）ロータコア８２の側面に設けられたエンドプレート８３にロータ８０の径方向における内側から外側に向けてオイルを供給してロータ８０を冷却する回転電機４０の冷却構造において、エンドプレート８３は、径方向における外側の位置に、エンドプレート８３を屈曲させて形成され、オイルがロータ８０の外周側に配置されたステータ４３とロータ８０との間のエアギャップＡに流入することを抑制する遮蔽壁８３ａを有する。

【0071】

これによれば、エンドプレート８３に到達したオイルは、遮蔽壁８３ａによって、エアギャップＡから離れた位置で遮蔽壁８３ａの内側から外側に排出される。よって、オイルがエアギャップＡに流入することを抑制できる。

【0072】

（２）遮蔽壁８３ａの内周に、ロータ８０の回転を検知する回転センサ４７の被検知部５２が設けられ、回転センサ４７は、遮蔽壁８３ａに外周側が囲まれる空間に、被検知部５２と径方向に対向して配置される。

【0073】

これによれば、遮蔽壁８３ａの内側の空間を利用してロータ８０の回転を検知する回転センサ４７を配置するので、回転電機４０のサイズを抑制できる。

【0074】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【0075】

例えば、上記実施形態では、回転電機４０は、電動機としての機能と、発電機としての機能と、を有する。しかしながら、本発明は、回転電機が電動機と発電機とのいずれか一方の機能のみを有する場合でも適用できる。

【0076】

また、上記実施形態では、回転センサ４７の形状が円弧状の場合について説明した。しかしながら、回転センサ４７の形状としては、他の様々な形状を採用することができる。例えば、回転センサ４７は、回転軸４４と同軸に配置される環状のセンサであってもよい。

【符号の説明】

【0077】

４０ 回転電機
４３ ステータ
４７ 回転センサ
５２ 被検知部
８０ ロータ
８２ ロータコア
８３ エンドプレート
８３ａ 遮蔽壁
Ａ エアギャップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】