(57)【要約】【課題】軸電圧による軸受の電食を低減し、軸受支持部材の耐摩耗性の向上を図ることができる電動機の支持装置を提供する。【解決手段】ロータ軸２０と共に回転する回転部材であるサンギヤ２２と、サンギヤ２２をスラスト方向に支持する支持壁３１ａとの間に介在させられた環状プレート（多層構造部材）８０は、異種金属からなる複数の金属層を積層した多層構造であって、それら異種金属の接触により発生する電圧がロータ軸２０と共に回転するサンギヤ２２に生じる軸電圧に対して逆電圧となるように構成されていて、第１スラストベアリング５４に加わる軸電圧の絶対値が低減され、その電食が低減される。また、環状プレート（多層構造部材）８０を構成する複数の金属層Ｌ１、Ｌ２〜Ｌｎ−１、Ｌｎは、それらの間に滑りが生じるように構成されていて、環状プレート８０内で回転を吸収でき、支持壁３１ａの耐摩耗性の向上を図ることができる。【選択図】図２
2020010565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機のロータが設けられたロータ軸または前記ロータ軸と共に回転する回転部材を、軸受を介して軸受支持部材により回転可能に支持する電動機の支持装置であって、
前記ロータ軸または前記回転部材と、前記軸受支持部材との間に、異種金属からなる複数の金属層を積層した多層構造の多層構造部材が介在させられ、
前記複数の金属層は、前記異種金属の接触により発生する電圧を前記回転軸に生じる軸電圧に対して逆電圧とし、且つ相互に滑りが生じるように構成されている
ことを特徴とする電動機の支持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の支持装置に関し、特に、電動機が高出力の時に上昇する軸電圧による軸受でのコモンモード電食の発生を抑制する電動機の支持装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動機のロータが設けられたロータ軸またはそのロータ軸とともに回転する回転部材を軸受を介し軸受支持部材により回転可能に支持する電動機の支持装置が知られている。たとえば、特許文献１の電動機の支持装置がそれである。特許文献１の電動機では、ロータが設けられたロータ軸の回転によって発生する軸電圧によってロータ軸を回転可能に支持する軸受に発生する電食を抑制するために、軸受を構成する内輪、外輪、およびそれら内輪と外輪との間に挟持された転動体のうちの少なくとも一対の部材を異種金属で構成し、その異種金属の接触による起電力が軸電圧に対して逆電圧となるようにすることで、軸受に加わる軸電圧の絶対値を低減し、軸受の電食を低減し、軸受自体の耐摩耗性を向上させるようにしている。
【０００３】
軸電圧とは、ステータコアの巻線に交流電流を流すことでステータコア内に回転磁界が発生させられ、その回転磁界に従ってロータが回転させられるとき、ステータコアとロータとに誘起される電圧が異なることに起因して、ロータが設けられたロータ軸とそのロータ軸を軸受を介して回転可能に支持する固定部材との間に発生する電位差である。また、電食とは、たとえば、軸受を構成する内輪および外輪とそれらの間の転動体との間が油膜によって絶縁状態となったり導通状態となったりするとき、絶縁状態から導通状態へ移行するときに、ロータに蓄積された電荷が一挙に電流として流れることに起因してアーク放電が発生し、転動体の転動面が損傷する現象である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１１７００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電動機のロータが設けられたロータ軸またはそのロータ軸とともに回転する回転部材を軸受を介して軸受支持部材により回転可能に支持する電動機の支持装置において、電食による転動体の転動面の損傷が進行すると、軸受の外輪の連れ周りによって外輪とその外輪を支持する軸受支持部材の摩耗が発生するという問題があった。
【０００６】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、軸電圧による軸受の電食を低減し、軸受支持部材の耐摩耗性の向上を図ることができる電動機の支持装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための第１発明の要旨とするところは、（ａ）電動機のロータが設けられたロータ軸または前記ロータ軸と共に回転する回転部材を、軸受を介して軸受支持部材により回転可能に支持する電動機の支持装置であって、（ｂ）前記ロータ軸または前記回転部材と、前記軸受支持部材との間に、異種金属からなる複数の金属層を積層した多層構造の多層構造部材が介在させられ、（ｃ）前記複数の金属層は、前記異種金属の接触により発生する電圧を前記回転軸に生じる軸電圧に対して逆電圧とし、且つ相互に滑りが生じるように構成されていることにある。
【発明の効果】
【０００８】
第１発明の電動機の支持装置によれば、前記ロータ軸または前記ロータ軸と共に回転する回転部材と、前記ロータ軸受または前記回転部材を支持する軸受支持部材との間に介在させられた多層構造部材は、異種金属からなる複数の金属層を積層した多層構造であって、前記異種金属の接触により発生する電圧が前記ロータ軸または前記回転部材に生じる軸電圧に対して逆電圧となるように構成されているので、軸受に加わる軸電圧の絶対値が低減され、軸受の電食が低減される。また、前記ロータ軸または前記回転部材と前記軸受支持部材との間に介在させられた多層構造部材の複数の金属層は、相互に滑りが生じるように構成されていて多層構造部材内で回転を吸収できるので、軸受支持部材の耐摩耗性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例の電動機の支持装置が適用されたハイブリッド車両用動力伝達機構の要部の断面図である。
【図２】図１の電動機の支持装置を詳細に説明するために、第１電動機のロータ軸の第１ボールベアリング側に連結されているサンギヤをスラスト方向に支持するスラストベアリングの周辺を拡大して示す断面図である。
【図３】図２の第１スラストベアリングとそれを支持する軸受支持部材との間に介在させられている多層構造部材を中心線方向から視た正面図である。
【図４】図３の多層構造部材の一部を切り欠いて示す側面図である。
【図５】図３の多層構造部材の積層構造を説明する断面図であって、Ｖ−Ｖ断面を示す図である。
【図６】本発明の他の実施例において、第１電動機のロータ軸の第１ボールベアリングを支持する第１ボールベアリングの周辺を拡大して示す断面図である。
【図７】図６の第１ボールベアリングとそれを支持する軸受支持部材との間に介在させられている多層構造部材を中心線方向から視た正面図である。
【図８】図７の多層構造部材の一部を切り欠いて示す側面図である。
【図９】図７の多層構造部材の積層構造を説明する断面図であって、ＩＸ−ＩＸ断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態において、前記多層構造部材を構成する異種金属からなる複数の金属層は、内周側に正電位、外周側に負電位を発生させるイオン化傾向を有するものである。このようにすれば、前記異種金属の接触により発生する電圧が前記ロータ軸または前記ロータ軸と共に回転する回転部材に生じる軸電圧に対して逆電圧となり、軸受に加わる軸電圧の絶対値が低減され、軸受の電食が低減される。
【００１１】
また、本発明の一実施形態において、前記多層構造部材を構成する異種金属からなる複数の金属層は、内周側にベリリウム銅から成る金属層と、外周側にステンレス鋼から成る層を有する。このようにすれば、前記異種金属の接触により発生する電圧が前記ロータ軸または前記ロータ軸と共に回転する回転部材に生じる軸電圧に対して逆電圧となり、軸受に加わる軸電圧の絶対値が低減され、軸受の電食が低減される。
【００１２】
以下、本発明の電動機の支持装置の一実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、電動機の支持装置１０を備えるハイブリッド車両（以下、車両という。）１２の要部を説明する断面図である。車両１２は、走行用の駆動力源であるエンジン、第１電動機ＭＧ１、および、図示しない第２電動機、それら駆動力源と左右一対の駆動輪との間の動力伝達経路に設けられた、遊星歯車装置１４、図示しないカウンタ軸、差動歯車装置、および左右一対の車軸などを備えている。
【００１４】
第１電動機ＭＧ１は、複数の永久磁石を有するロータ１６および回転磁界を発生するステータ１８を有する交流同期電動機であって、前記エンジンから入力される駆動力の反力をサンギヤ２２に発生させるジェネレータ（発電機）およびモータ（電動機）としての機能を有するモータジェネレータである。第２電動機も第１電動機ＭＧ１と同様に交流同期電動機であって、モータおよび発電機としての機能を備える。
【００１５】
遊星歯車装置１４は、第１電動機ＭＧ１のロータ軸２０に連結された回転要素であるサンギヤ２２、駆動輪に動力伝達可能に連結された回転要素であり、ピニオン２４を介してサンギヤ２２と噛み合うリングギヤ２６、およびピニオン２４を自転および公転可能に支持するキャリア２７を３つの回転要素として有するシングルピニオン型の遊星歯車装置であり、差動機構として機能する。キャリア２７は入力軸２８を介して前記エンジンに連結されている。リングギヤ２６は円筒状部材であって、ピニオン２４と噛合う内歯歯車を備えるとともに、その外周面には出力歯車２６ａが形成されている。すなわち、遊星歯車装置１４は、前記エンジンから出力される動力を第１電動機ＭＧ１および出力歯車２６ａへ分配する動力分配機構であって、電気的無段変速機として機能する。
【００１６】
また、車両１２は、第１電動機ＭＧ１、第２電動機、遊星歯車装置１４、カウンタ軸および差動歯車装置などを収容する非回転部材としてのトランスアクスルケース２９を備えている。トランスアクスルケース２９は、アルミニウム純度の低い鋳物用アルミニウム材料から形成された、たとえばアルミニウム合金製であり、高強度を有している。トランスアクスルケース２９は、オイルポンプ３６側から順番に配置されたリヤカバー３０、筒状の第１本体ケース３１、筒状の第２本体ケース３２および図示しないフロントカバーが、リヤカバー３０と第１本体ケース３１との合わせ面Ｐ１、第１本体ケース３１と第２本体ケース３２との合わせ面Ｐ２、第２本体ケース３２とフロントカバーとの合わせ面のそれぞれで連結されて構成されている。リヤカバー３０は、トランスアクスルケース２９の構成部材であり、第１本体ケース３１の第２本体ケース３２とは反対側の端部である開口を閉塞する。
【００１７】
また、車両１２は、ロータ軸２０と同心に、ロータ軸２０の内周側に貫通して配置されたオイルポンプ駆動軸３４と、そのオイルポンプ駆動軸３４と入力軸２８とを介して前記エンジンに連結され、前記エンジンにより回転駆動されるオイルポンプ３６と、オイルポンプ３６のポンプロータ３８を収容する凹部を有し、オイルポンプ駆動軸３４およびロータ軸２０を回転可能に支持するオイルポンプボデー４０と、を備えている。
【００１８】
オイルポンプボデー４０は、締結ボルト４２によりトランスアクスルケース２９の構成部材であるリヤカバー３０と締結させられている。車両１２には、ロータ軸２０の両端部が、第１ボールベアリング４４を介してトランスアクスルケース２９の構成部材の第１本体ケース３１の支持壁３１ａにて、第２ボールベアリング４６を介してトランスアクスルケース２９の構成部材のリヤカバー３０に締結されたオイルポンプボデー４０にて、それぞれ回転可能に支持されるとともに、ステータ１８が締結ボルト４７により第１本体ケース３１に固定された電動機の支持装置１０が備えられている。
【００１９】
ロータ軸２０の第１ボールベアリング４４側の端部は遊星歯車装置１４の回転要素であってロータ軸２０と共に回転する回転部材として機能するサンギヤ２２にスプライン嵌合により連結される。オイルポンプ駆動軸３４は、そのリヤカバー３０側の端部がオイルポンプ３６のポンプロータ３８に、そのリヤカバー３０とは反対側の端部が入力軸２８のオイルポンプ３６側の端部にそれぞれ連結されている。
【００２０】
また、オイルポンプ駆動軸３４のポンプロータ３８側の端部は第１ニードルベアリング４８を介してオイルポンプボデー４０により回転可能に支持され、入力軸２８のオイルポンプ駆動軸３４が嵌合された側の端部の外周面と、ロータ軸２０の第１ボールベアリング４４側の端部の内周面との間には第２ニードルベアリング５０が介在させられて、ロータ軸２０とオイルポンプ駆動軸３４とは相対回転可能に構成されている。
【００２１】
遊星歯車装置１４のサンギヤ２２は、円筒状部材であり、その円筒状外周面から外周側へ形成された鍔部５２と第１本体ケース３１との間に軸方向の荷重を受ける第１スラストベアリング５４が介在させられている。また、キャリア２７のピニオン２４を回転可能に支持するピニオンシャフトの両端を支持する円盤状の一対の支持壁のうちの一つに連結される、入力軸２８の外周面から外周側に延出して形成された壁部と、サンギヤ２２の第１電動機ＭＧ１とは反対側の環状端面との間には、第２スラストベアリング５６が介在させられている。
【００２２】
筒状の第１本体ケース３１には、第１ボールベアリング４４を介してロータ軸２０の一端部を回転中心線Ｏまわりに回転可能に支持し、且つ第１スラストベアリング５４を介してサンギヤ２２を回転可能にスラスト方向に支持する支持壁３１ａが形成されている。第１本体ケース３１の支持壁３１ａは、ロータ軸２０を第１ボールベアリング４４を介して回転可能に支持し且つサンギヤ２２を第１スラストベアリング５４を介して回転可能に支持する軸受支持部材として機能している。
【００２３】
ところで、第１電動機ＭＧ１の駆動時特に高出力駆動時においてロータ軸２０の軸電圧が上昇し高電圧となると、ロータ軸２０およびトランスアクスルケース２９を含む閉回路において上記軸電圧に起因する電流が流れ、その閉回路内に介在する、たとえば第１ボールベアリング４４、第１スラストベアリング５４などに電食が生じる可能性がある。本実施例は、電食の中でもコモンモード電食に着目してその電食の発生を抑制するものである。コモンモード電食とは、図１の中性点ＰＮに生じた交流電位に由来した軸電圧による電位差によりロータ１６からロータ軸２０の両端部へ向かって電流が流れることで生じる電食である。その電流は、図１において１点鎖線の矢印Ｅで示されている。
【００２４】
図２は、電動機の支持装置１０のうちのロータ軸２０の第１ボールベアリング４４を介して第１本体ケース３１の支持壁３１ａにより支持される端部周辺を拡大して示すロータ軸２０の軸心を通る断面図である。
【００２５】
ロータ軸２０の軸受として機能する第１ボールベアリング４４は、ロータ軸２０が嵌め入れられる貫通穴６４を有し、周状の転動溝６６を外周面に有する環状の内輪６８と、内輪６８の転動溝６６に径方向に対向する転動溝７０を内周面に有し、第１本体ケース３１の円柱状の穴に嵌め着けられる外輪７２と、内輪６８の転動溝６６と外輪７２の転動溝７０との間に設けられた複数の球状転動体７４と、複数の球状転動体７４を転動溝６６内および転動溝７０内に周方向に等間隔で保持する図示しない保持器と、を備えている。
【００２６】
また、第１スラストベアリング５４は、支持壁３１ａとサンギヤ２２の鍔部５２との間において、異種金属からなる複数の金属層を積層した多層構造の多層構造部材として機能する環状プレート８０と共に介在させられており、複数本の円柱状転動体７８と、複数の円柱状転動体７４を周方向に等間隔で保持する円板状の保持器７９と、を備えている。すなわち、ロータ軸２０と共に回転する回転部材であるサンギヤ２２の鍔部５２との間に、多層構造部材として機能する環状プレート８０が介在させられている。
【００２７】
図３、図４および図５は、多層構造部材として機能する環状プレート８０の正面図、一部を切り欠いた側面図、および図３のＶ−Ｖ視断面図である。環状プレート８０は、異種金属からなる複数の金属層Ｌ１、Ｌ２〜Ｌｎ−１、Ｌｎが積層された多層構造の積層体である。環状プレート８０を構成する複数の金属層Ｌ１、Ｌ２〜Ｌｎ−１、Ｌｎは、回転体側すなわちサンギヤ２２の鍔部５２側に正電位、支持壁（軸受支持部材）３１ａ側に負電位を発生させるイオン化傾向をそれぞれ有するものである。金属層Ｌ１、Ｌ２〜Ｌｎ−１、Ｌｎのうち、回転体側すなわちサンギヤ２２の鍔部５２側の金属層Ｌｎ−１、Ｌｎは、たとえばベリリウム銅から成るものであり、支持壁（軸受支持部材）３１ａ側の金属層Ｌ１、Ｌ２は、たとえばステンレス鋼から成るものである。これにより、環状プレート８０は、それを構成する異種金属から成る金属層Ｌ１、Ｌ２〜Ｌｎ−１、Ｌｎ間の接触により発生する電圧が、ロータ軸２０に生じる軸電圧に対して逆電圧となるように、構成されている。
【００２８】
また、環状プレート８０を構成する金属層Ｌ１、Ｌ２〜Ｌｎ−１、Ｌｎは、相互間に滑りが生じるように固体潤滑剤或いは潤滑液が介在させられた状態で摺動可能に相互に接触して積層されている。これにより、環状プレート８０内部の潤滑性が向上されている。
【００２９】
上述のように、本実施例の電動機の支持装置１０によれば、ロータ軸２０にスプライン嵌合されてそれと共に回転する回転部材であるサンギヤ２２と、サンギヤ２２をスラスト方向に支持する支持壁（軸受支持部材）３１ａとの間に介在させられた環状プレート（多層構造部材）８０は、異種金属からなる複数の金属層を積層した多層構造であって、それら異種金属の接触により発生する電圧がロータ軸２０と共に回転するサンギヤ２２に生じる軸電圧に対して逆電圧となるように構成されているので、第１スラストベアリング５４に加わる軸電圧の絶対値が低減され、第１スラストベアリング５４の電食が低減される。また、ロータ軸２０と共に回転するサンギヤ２２と、サンギヤ２２を支持する支持壁（軸受支持部材）３１ａとの間に介在させられた環状プレート（多層構造部材）８０は、は、それを構成する複数の金属層Ｌ１、Ｌ２〜Ｌｎ−１、Ｌｎ間に滑りが生じるように構成されていて、その環状プレート８０内で回転を吸収できるので、支持壁３１ａの耐摩耗性の向上を図ることができる。
【実施例２】
【００３０】
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実施例において、前記実施例と機能において実質的に共通する部分には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
【００３１】
図６は、図２と同様に、電動機の支持装置１０のうちのロータ軸２０の第１ボールベアリング４４を介して第１本体ケース３１の支持壁３１ａにより支持される端部周辺を拡大して示す図である。本実施例では、第１ボールベアリング４４の内輪６８とロータ軸２０との間に、ロータ１６側の端部にフランジ９０ａが形成された円筒状のスリーブ９０が介在させられている。
【００３２】
図７、図８および図９は、多層構造部材として機能するスリーブ９０の正面図、一部を切り欠いた側面図、および図７のＩＸ−ＩＸ視断面図である。スリーブ９０は、異種金属からなる複数の金属層Ｍ１、Ｍ２〜Ｍｎ−１、Ｍｎが積層された多層構造の積層体である。スリーブ９０を構成する複数の金属層Ｍ１、Ｍ２〜Ｍｎ−１、Ｍｎは、回転体側すなわちロータ軸２０側に正電位、支持壁（軸受支持部材）３１ａ側に負電位を発生させるイオン化傾向をそれぞれ有するものである。金属層Ｍ１、Ｍ２〜Ｍｎ−１、Ｍｎのうち、回転体側すなわちロータ軸２０側の金属層Ｍｎ−１、Ｍｎは、たとえばベリリウム銅から成るものであり、支持壁（軸受支持部材）３１ａ側の金属層Ｍ１、Ｍ２は、たとえばステンレス鋼から成るものである。これにより、スリーブ９０は、それを構成する異種金属から成る金属層Ｍ１、Ｍ２〜Ｍｎ−１、Ｍｎ間の接触により発生する電圧が、ロータ軸２０に生じる軸電圧に対して逆電圧となるように、構成されている。
【００３３】
また、スリーブ９０を構成する金属層Ｍ１、Ｍ２〜Ｍｎ−１、Ｍｎは、相互間に滑りが生じるように固体潤滑剤或いは潤滑液が介在させられた状態で摺動可能に相互に接触して積層されている。これにより、スリーブ９０内部の潤滑性が向上されている。
【００３４】
上述のように、本実施例の電動機の支持装置１０によれば、ロータ軸２０と支持壁（軸受支持部材）３１ａとの間に介在させられたスリーブ（多層構造部材）９０は、異種金属からなる複数の金属層を積層した多層構造であって、それら異種金属の接触により発生する電圧がロータ軸２０に生じる軸電圧に対して逆電圧となるように構成されているので、第１ボールベアリング４４に加わる軸電圧の絶対値が低減され、第１ボールベアリング４４の電食が低減される。また、ロータ軸２０とそれを支持する支持壁（軸受支持部材）３１ａとの間に介在させられたスリーブ（多層構造部材）９０は、それを構成する複数の金属層Ｍ１、Ｍ２〜Ｍｎ−１、Ｍｎ間に滑りが生じるように構成されていて、そのスリーブ９０内で回転を吸収できるので、支持壁３１ａの耐摩耗性の向上を図ることができる。
【００３５】
以上、本発明を表及び図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施でき、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。
【００３６】
たとえば、前述の実施例１の環状プレート８０と実施例２のスリーブ９０とを組み合わせることで実施されてもよい。
【００３７】
また、前述の実施例の環状プレート８０を構成する複数の金属層Ｌ１、Ｌ２〜Ｌｎ−１、Ｌｎおよびスリーブ９０を構成する複数の金属層Ｍ１、Ｍ２〜Ｍｎ−１、Ｍｎは、それぞれ２層から構成されていてもよい。
【００３８】
また、前述の実施例１では、環状プレート８０が第１スラストベアリング５４と支持壁３１ａとの間に介在させられていたが、第１スラストベアリング５４とサンギヤ２２との間に介在させられていてもよい。同様に、前述の実施例２では、スリーブ９０がロータ軸２０と第１ボールベアリング４４との間に介在させられていたが、第１ボールベアリング４４と支持壁３１ａとの間に介在させられていてもよい。
【００３９】
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、その他一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０：電動機の支持装置
１６：ロータ
２０：ロータ軸
２２：サンギヤ（回転部材）
３１ａ：支持壁（軸受支持部材）
４４：第１ボールベアリング（軸受）
５４：第１スラストベアリング（軸受）
８０：環状プレート（多層構造部材）
９０：スリーブ（多層構造部材）
ＭＧ１：第１電動機（電動機）
Ｌ１、Ｌ２〜Ｌｎ−１、Ｌｎ：金属層
Ｍ１、Ｍ２〜Ｍｎ−１、Ｍｎ：金属層
【図１】
2020010565.tif 000003
【図２】
2020010565.tif 000004
【図３】
2020010565.tif 000005
【図４】
2020010565.tif 000006
【図５】
2020010565.tif 000007
【図６】
2020010565.tif 000008
【図７】
2020010565.tif 000009
【図８】
2020010565.tif 000010
【図９】
2020010565.tif 000011