(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一のステータと一つ以上のロータを有し、ロータを支持しているベアリングの内側に冷却用流路出入口、及び電気端子を有し、モータを構成するステータとこれを取り付けるトランスミッションケースを直接面接触するようにモータをケースに固定する回転電機において、
固定ボルト装着穴を設けた接合面と、
当該接合面に装着することによりステータとトランスミッションケースとを固定する固定ボルトと、を設け、
該面内に冷却用流路出入口、及び電気端子を混在して設置しないで、前記接合面で電機端子に冷却液の進入を防ぐことを特徴とする回転電機の冷却構造。
【請求項２】
混在しないで各別に集合して設置された冷却用流路出入口、及び電気端子を、それぞれ単一のＯリングで囲むようにＯリングを設置する請求項１記載の回転電機の冷却構造。
【請求項３】
混在しないで各別に集合して設置された冷却用流路出入口、及び電気端子のうち、冷却用流路出入口のみをＯリングで囲むようにＯリングを設置する請求項１記載の回転電機の冷却構造。
【請求項４】
ステータ支持面から導入された冷却水の流路を、ティース間の冷却用パイプで構成し、回転電機の支持部と反対側の空間で冷却用パイプの隣り合う二組が各別に連結されている構造とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。
【請求項５】
回転電機が樹脂により一体化されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。
【請求項６】
センサと外部装置との電気的或いは光学的な導通をとるための信号線端子を、冷却用流路出入口とは混在して設置しない請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単一のステータと一つ以上のロータを有し、ロータを支持しているベアリングの内側に冷却用流路出入口、及び電気端子を有し、モータを構成するステータとこれを取り付けるトランスミッションケースを直接面接触するようにモータをケースに固定する回転電機の冷却構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、単一のステータと一つ以上のロータを有し、ロータを支持しているベアリングの内側に冷却用流路出入口、及び電気端子を有し、モータを構成するステータとこれを取り付けるトランスミッションケースを直接面接触するようにモータをケースに固定する回転電機は、例えば特開２０００−１４１０３号公報にて開示されている。
【０００３】
この従来の回転電機では、接続固定すべき他の部材、例えば、トランスミッションケースにステータを固定ボルトで接続固定して、ステータを支持している。また、この従来の回転電機では、ステータに冷却液を導くための流路を冷却用流路出入口を介して外部と連通して設けるとともに、ステータ、インナーロータ及びアウターロータへ駆動用の電力を導く電気端子を設け、さらに、必要に応じて、回転角度センサ等（他に、温度、電圧、磁気等の電気的或いは光学的なセンサ）からの信号線を外部に取り出す信号線端子を設けた構成をとっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したステータの取付部、冷却用流路出入口、電気端子及び信号線端子は、ステータの端部においてベアリングの内側の回転しない部分に設ける必要がある。しかし、上述した従来の構造の回転電機では、ステータの端部において、固定ボルト、電気端子と接続する給電線、冷却用流路出入口と連通する冷却液流路、信号線が重なり合って配置されているため、冷却液の流路がトランスミッションケースの結合部で複雑で冷却液が漏れやすい構造となっており、冷却液の漏れによるショートを引き起こす問題があった。
【０００５】
また、モータのステータ取付部のあるＰＲ側、及びＰＲ側とは反対のＦＲ側を、それぞれ冷却液が循環するギャラリー構成とする為に、直接樹脂面に冷却液が接し、絶縁が保たれなくなるという問題もあった。さらに、回転電機の組立時に、給電線や信号線が固定ボルトやハウジングに擦れて絶縁能力を保つことができず、断線やショートを引き起こす問題もあった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記課題を有利に解決した回転電機の冷却構造を提供することを目的とするものであり、この発明の回転電機の冷却構造は、単一のステータと一つ以上のロータを有し、ロータを支持しているベアリングの内側に冷却用流路出入口、及び電気端子を有し、モータを構成するステータとこれを取り付けるトランスミッションケースを直接面接触するようにモータをケースに固定する回転電機において、固定ボルト装着穴を設けた接合面と、当該接合面に装着することによりステータとトランスミッションケースとを固定する固定ボルトと、を設け、該面内に冷却用流路出入口、及び電気端子を混在して設置しないで、前記接合面で電機端子に冷却液の進入を防ぐことを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の効果】
この発明の回転電機の冷却構造にあっては、ステータとトランスミッションケースとの接合面内において、冷却用流路出入口、及び電気端子を混在して設置していないため、電気端子への冷却液の進入を防ぐ事が可能であり、これにより絶縁性能が向上する。
【０００８】
なお、この発明の回転電機の冷却構造においては、混在しないで各別に集合して設置された冷却用流路出入口、及び電気端子を、それぞれ単一のＯリングで囲むようにＯリングを設置してもよい。このように構成すれば、一つ一つの端子にＯリングを設置する場合に比較して、部品点数を軽減することができる。同時に、それぞれＯリングで囲まれているために、冷却液から電気端子まで２重のシール構造となり、より絶縁に対する信頼性を向上することができる。
【０００９】
また、この発明の回転電機の冷却構造においては、混在しないで各別に集合して設置された冷却用流路出入口、及び電気端子のうち、冷却用流路出入口のみをＯリングで囲むようにＯリングを設置してもよい。このように構成すれば、一つのＯリングで事足りるため、部品点数を大幅に削減することができる。
【００１０】
また、この発明の回転電機の冷却構造においては、ステータ支持面から導入された冷却水の流路を、ティース間の冷却用パイプで構成し、回転電機の支持部と反対側の空間で冷却用パイプの隣り合う二組が各別に連結されている構造としてもよい。このように構成すれば、ギャラリー構成を取った場合に比較し、少なくともＲＲ部は冷却用パイプで構成できるため、シール性を向上することができる。また、以下の樹脂による成形を前提にすれば冷却液と樹脂との接触面積が小さくなるので、シール性が向上すると同時に部品点数を低減でき、コスト低減を行うことができる。
【００１１】
また、この発明の回転電機の冷却構造においては、回転電機が樹脂により一体化されていてもよい。このように構成すれば、巻き線などのピンホールなどの欠陥を補うことができるため、信頼性を向上させることができる。
【００１２】
また、この発明の回転電機の冷却構造においては、センサと外部装置との電気的或いは光学的な導通をとるための信号線端子を、冷却用流路出入口とは混在して設置しない構造をとってもよい。このように構成すれば、信号線への冷却液の進入も防止でき、絶縁性能をさらに向上することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１は、ラビニョオ型遊星歯車列と組み合わされて車両用ハイブリッド変速機を構成する、この発明の同軸回転電機の一実施形態としての複合電流多層モータを示し、このモータには、この発明の回転電機のコイル用コネクタ装着構造の一実施形態を設けてある。この多層モータは、一個の円環状のステータ１と、その半径方向内方および外方にそれぞれ互いに同軸の所定回転軸線Ｃ上にて回転自在に配置したインナーロータ２およびアウターロータ３とよりなる三重構造とし、これらをハウジング４内に収納して構成する。
【００１４】
ここにおけるインナーロータ２およびアウターロータ３はそれぞれ、電磁鋼板などをプレス成形して造った板材のロータ軸線方向への積層になる積層コア２４、２５を具え、これら積層コア２４、２５に、ロータ軸線方向に貫通する永久磁石を円周方向等間隔に配置して設けた構成となす。
【００１５】
そしてハウジング４内へのインナーロータ２およびアウターロータ３の収納に当たっては、アウターロータ３は、積層コア２５の外周にトルク伝達シェル５を駆動結合して具え、該トルク伝達シェル５の両端をそれぞれベアリング７、８によりハウジング４に回転自在に支持し、トルク伝達シェル５をベアリング７の側でアウターロータシャフト９に結合する。
【００１６】
インナーロータ２は積層コア２４の中心に、内部に上記アウターロータシャフト９を回転自在に貫通した中空のインナーロータシャフト１０を貫通して具え、これらインナーロータ２の積層コア２４およびインナーロータシャフト１０間を駆動結合する。そしてインナーロータシャフト１０の中間部をベアリング１２により、固定のステータブラケット１３内に回転自在に支持し、一端部（図１では左端部）をベアリング１４によりトルク伝達シェル５の対応端壁に回転自在に支持する。
【００１７】
ステータ１は、電磁鋼板をプレス成形して造ったＩ字状のステータ鋼板をステータ軸線方向に積層してなる多数のステータピースを具える。個々のステータピースには、アウターロータ側ヨークおよびインナーロータ側ヨーク間におけるティースの箇所において図１に示す如く電磁コイル１７を巻線し、これらコイル巻線済のステータピースを同一円周方向等間隔に、つまり円形に配列してステータコアとなし、このステータコアをステータ軸線方向両側のブラケット１３、１８間にボルト１９で挟持すると共に全体的に樹脂２０でモールドすることにより一体化してステータ１を構成する。なお、樹脂２０内には隣り合うステータピース１６間において冷却液通路４１を軸線方向に形成し、上記したボルト１９はその冷却液通路４１の半径方向内方および外方にそれぞれ位置させる。ここで、各ボルト１９はそれに螺合したナット１９ａによって締め上げられる。このボルト・ナットによる締め上げ構造をリベットピンによる締め上げ構造としても良いことはいうまでもない。
【００１８】
かかるステータ１は、アウターロータシャフト９と結合したトルク伝達シェル５の端部が存在する端部側をハウジング４に直接支持することができないため、以下の構造によりトルク方向は片持ち型式に支持する。つまりこの実施形態では図１に明示するように、ステータ１と一体的に結合したブラケット１３の、ステータ１から遠い側に雄ねじ部材としての中心中空軸部２１を突設し、この中心中空軸部２１をハウジング４の対応端壁（図１では右端壁）のステータ支持穴４ａに貫通してリング状の雌ねじ部材としてのナット２２で、二個のベアリング４５とその間のシムリング４６とを介して締め上げることにより、ステータ１を軸線方向に位置決めしてハウジング４にトルク方向の支持を片持ち型式とする。この時、ブラケット１３とハウジング４との間における円周方向相対位置は、ステータ支持穴４ａの内周面に形成したスプラインと中心中空軸部２１の外周面に形成したスプラインとの嵌合（スプライン結合）により決定する。又、ラジアル方向はベアリング７ａ→ベアリング７→アウターロータ３と間接的に両持ち構造とする。
【００１９】
ブラケット１３の中心中空軸部２１の内部にはアウターロータシャフト９とインナーロータシャフト１０とを同軸に貫通する。そして、中心中空軸部２１の先端から突出したインナーロータシャフト１０の先端部とそこからさらに突出したアウターロータシャフト９の先端部とに上記ラビニョオ型遊星歯車列の二つのサンギヤＳ１、Ｓ２をそれぞれスプライン結合するとともに、そのアウターロータシャフト９の先端部を、当該変速機の図示しないエンジン側入力軸の中心孔で回転自在に支持する。さらに、上記ラビニョオ型遊星歯車列の図示しないキャリヤに駆動結合するとともにアイドルギヤＡＧと噛合したドライブギヤＤＧを、何れもテーパーローラーベアリングであって互いに逆向きとされた上記二個のベアリング４４、４５で回転自在に支持し、それら二個のベアリング４５には、シムリング４６の厚さの選択とナット２２での締め上げにより適度のプリロードを付与する。
【００２０】
これによりこのハイブリッド変速機は、図示しないエンジンとこのモータとから入力される駆動回転をラビニョオ型遊星歯車列で適宜組み合わせて変速し、ドライブギヤＤＧおよびアイドルギヤＡＧと図示しないデファレンシャルギヤとを介して車両の駆動輪に出力することができる。
【００２１】
なお、このモータの駆動に当たっては、回転センサ４８および回転センサ４７が検出するインナーロータ２およびアウターロータ３の回転位置、つまりこれらに上記のごとく設けられる永久磁石の位置に応じた両ロータ２、３用の駆動電流を複合して得られる複合電流をステータ１の電磁コイル１７に供給し、これにより両ロータ２、３用の回転磁界をステータに個別に発生させることで、回転磁界に同期してロータ２、３を個別に回転駆動させることができる。
【００２２】
この実施形態の多層モータにあっては、ハウジング４へのステータ１の固定をボルト１９で行わず、ハウジング４がアウターロータ３とインナーロータ２とを互いに同軸の所定回転軸線Ｃ上に回転自在に支持するとともに、その回転軸線Ｃと同軸に、ステータ１と一体的に結合するとともにハウジング４のステータ支持穴４ａを貫通する中心中空軸部２１と、その中心中空軸部２１に締着されてその中心中空軸部２１をハウジング４に固定するナット２２とが設けられている。
【００２３】
このことから上記中心中空軸部２１ひいてはステータ１はリング状のナット２２によってハウジング４に強固に固定され、ハウジング４はステータ支持穴４ａの周囲の比較的狭い範囲でステータ１への大きなトルク反力を支持することができるので、ハウジング４に設けられてアウターロータ３の一端部を回転自在に支持するベアリング８とその内側のステータ支持穴４ａとの間のハウジング４の部分の多くが空きスペースとなり、その広い空きスペースに、コイル１７への通電のための上記実施形態のコネクタ装着構造と、ステータ１内のステータピース間の樹脂２０に形成した冷却液ジャケット４１に冷却液を通すと共にそこから冷却液を戻す図示しない通路とが設けられている。なお、図中符号４０ａは、ブラケット１３に設けられて電極４０をボルト止めされ、その電極４０とコイル１７とを電気的に接続する内部電極、１３ａは、ブラケット１３に設けられて通路４ｃと冷却液ジャケット４１とを連通させる接続通路、４９は、ハウジング４へのブラケット１３の固定をより強固にする固定ボルトを示す。又、ナット２２による締め付けをせず、固定ボルト４９だけで締め付けを行っても、トルクの小さいモータでは可能である。
【００２４】
図２は、図１に示す回転電機において、上半分の固定ボルト４９を示す部分の代わりに冷却液の流路を示した図である。図２に示す例において、図１に示す例と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図２に示す例では、ステータ１を冷却するために、ステータ１の冷却液ジャケット４１に冷却液を導くための外部と連通する流路６１をハウジング４に設けている。この流路６１を、ステータ１のブランケット１３のカバー部材６２で区画された空間６３に望ませている。空間６３内は、円筒状の隔壁６４で空間６３ａと空間６３ｂとに区画されている。そして、流路６１のうち、図示した冷却液導入流路６１ａから冷却液は空間６３ａ、冷却液ジャケット４１を介してステータ１の先端まで達し、ブランケット１８で区画された空間６５で隣接する冷却液ジャケット４１を介して空間６３ｂに戻り、図示しない冷却液排出流路６１ｂ（後述する）を介して外部へ排出される構造となっている。
【００２５】
図３は上述した本発明の回転電機の冷却構造の特徴部分を示す正面図である。本発明の回転電機の冷却構造の特徴は、図３に示すように、モータを構成するステータ１とこれを取り付けるトランスミッションケース（図示せず）とを直接面接触させて固定する接合面６６内において、ステータ１に冷却液を導くための外部と連通する流路６１（冷却液導入流路６１ａと冷却液排出流路６１ｂ）の出口６１−１及び入口６１−２と、ステータ１、インナーロータ２及びアウターロータ３へ駆動用の電力を導く電気端子５１ａ（ここでは６相交流を供給するために６箇所設けられている）と、さらに本例では好適例として、ハウジング４内のセンサと外部装置との電気的な導通をとるための信号線を挿通するための信号線端子６７とを、混在して設置しない点である。
【００２６】
すなわち、図３に示す例において、冷却液の出口６１−１及び入口６１−２を１箇所にまとめ、電気端子５１ａを３個ずつ２箇所にまとめ、好適例として、信号線端子６７を電気端子５１ａと同じ２箇所に１個ずつまとめている点である。なお、接合は接合面６６の３箇所に固定ボルト装着穴４９ａを設け、固定ボルト４９をその内部に設置し、固定ボルト４９を利用してステータ１とトランスミッションケースを固定することにより行っている。
【００２７】
このように構成することで、ステータ１とトランスミッションケースとの接合面６６内において、冷却用流路出入口６１−１、６１−２、及び電気端子５１ａ、さらには好適例として信号線端子６７を混在して設置していないため、電気端子５１ａまたは信号線端子６７への冷却液の進入を防ぐ事が可能であり、これにより絶縁性能が向上する。
【００２８】
以下、上述した本発明の回転電機の冷却構造における冷却液循環構造について、さらに詳細に説明する。
【００２９】
図４〜図７は、それぞれ上記実施形態における冷却液の循環経路を説明するための図である。図４〜図７に従って本発明における冷却液の循環経路を冷却液供給側から順に説明する。まず、図４に示すように、冷却液導入流路６１ａから導入される水、油等の冷却液を、隔壁６４で区画された外周側の空間６３ａに供給する。一方、ステータ１内を循環した冷却液を、隔壁６４で区画された内周側の空間６３ｂに集め、冷却液排出流路６３ｂを介して外部に排出する。空間６３ａ及び空間６３ｂのそれぞれの底部には、ステータ１の冷却液ジャケット４１の位置に合わせて交互に通路７１を設ける。冷却液供給側の通路を通路７１ａとし、冷却液排出側の通路を通路７１ｂとする。空間６３ａに供給された冷却液は通路７１ａを通って冷却液ジャケット４１に供給され、循環して戻ってきた冷却液は通路７１ｂを通って空間６３ｂに集められる構造となっている。
【００３０】
次に、図５に示す例では、リング部材７２により冷却液ジャケット４１毎に空間７３を形成し、形成した空間７３を介して冷却液を流通する。ここでは、空間７３は、冷却液供給側の空間７３ａと冷却液排出側の空間７３ｂとを交互に配置して構成されている。そのため、通路７１ａを通って供給される冷却液は空間７３ａに供給され、冷却液ジャケット４１を介して戻ってきた冷却液は空間７３ｂに集められる。次に、図６に示す例では、ステータ１内の冷却液ジャケット４１内を、交互に、供給側の冷却液と排出側の冷却液とが通過している。すなわち、供給側の冷却液が冷却液ジャケット４１ａを通過し、排出用の冷却液が冷却液ジャケット４１ｂを通過する。次に、図７に示す例では、ブランケット１８に隣接する２つの冷却液ジャケット４１毎に空間７４を構成し、この空間７４で冷却液の流れを供給側から排出側へと変えている。ここでは、一対の冷却液ジャケット４１ａと４１ｂとを個々の空間７４に望ませ、冷却液ジャケット４１ａから供給される冷却液が空間７４を介して冷却液ジャケット４１ｂに供給できるよう構成されている。以上の構成で、ステータ１内に冷却液を循環させている。
【００３１】
図８は本発明の回転電機の冷却構造の他の例の構成を示す正面図である。図８に示す例において、図３に示す例と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図８に示す例において、図３に示す例と異なる点は、冷却液の流路６１の出口６１−１及び入口６１−２と、２組の電気端子５１ａと信号線端子６７とを、それぞれ単一のＯリング８１、８２、８３でシールするよう構成した点である。これにより、冷却液の流路６１の出口６１−１及び入口６１−２と、電気端子５１ａ及び信号線端子６７とは、２重のシールが実現され、絶縁に対する信頼性を向上することができる。
【００３２】
図９は本発明の回転電機の冷却構造のさらに他の例の構成を示す正面図である。図９に示す例においても、図３に示す例と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図８に示す例において、図３に示す例と異なる点は、冷却液の流路６１の出口６１−１及び入口６１−２のみを単一のＯリング８１でシールするよう構成した点である。接合面の面圧はステータ１を支持する為に高く、従って、冷却液の流路６１の出口６１−１及び入口６１−２のみをシールすることで、冷却液の漏れを十分に防ぐことができ、絶縁に対する十分な信頼性を得ることができる。図９に示す構成では、電気端子５１ａ及び信号線端子６７の周囲もＯリング８２、８３でシールした図８に示す構成と比較して、Ｏリング８２、８３を必要としない分だけ部品点数の削減を図ることができる。
【００３３】
図１０（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明における冷却ジャケットの位置と冷却ジャケットを構成するパイプの一例を示す図である。図１０（ａ）、（ｂ）に示す例では、上述したステータ１内の冷却ジャケット４１を構成する、冷却液供給側の冷却液ジャケット４１ａと冷却液排出側の冷却液ジャケット４１ｂとを、図１０（ｂ）に示す構成の一本のＵ字パイプ９１で構成している。本例では、冷却液の供給側及び排出側の冷却液ジャケット４１ａ、４１ｂを一本のＵ字パイプ９１で構成しているため、コイルエンドを効率よく冷却できるのと同時に、冷却液供給側と排出側の流路を端部で変更するための片側のキャラリープレートが不溶となり、部品点数（コスト）を削減できるとともに、シール性を確保することができる。
【００３４】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、例えば、電気端子や信号線端子の数は上記実施形態に限定されるものではない。そしてこの発明の冷却構造は、同軸回転電機以外の回転電機に適用してもよい。又、上記実施形態では電気的なセンサを例示したが、光ファイバのような光学的なセンサにも本発明を適用することができる。更に、上記実施形態では回転センサを例示したが、他のセンサ例えば温度、電圧、磁気等を検出するセンサにも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ラビニョオ型遊星歯車列と組み合わされて車両用ハイブリッド変速機を構成する、この発明の同軸回転電機の一実施形態としての複合電流多層モータを示す縦断側面図である。
【図２】  図１に示す複合電流多層モータの他の断面を示す縦断面図である。
【図３】  本発明の回転電機の冷却構造の特徴部分を示す正面図である。
【図４】  上記実施形態における冷却液の循環流路を説明するためステータの一部分を正面から見た図である。
【図５】  上記実施形態における冷却液の循環流路を説明するためステータの他の部分を正面から見た図である。
【図６】  上記実施形態における冷却液の循環流路を説明するためステータのさらに他の部分を正面から見た図である。
【図７】  上記実施形態における冷却液の循環流路を説明するためステータのさらに他の部分を正面から見た図である。
【図８】  本発明の回転電機の冷却構造の他の例の構成を示す正面図である。
【図９】  本発明の回転電機の冷却構造のさらに他の例の構成を示す正面図である。
【図１０】  （ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明における冷却ジャケットの位置と冷却ジャケットを構成するパイプの一例を示す図である。
【符号の説明】
１  ステータ
２  インナーロータ
３  アウターロータ
４  ハウジング
4a  ステータ支持穴
4b  穴
4c  隔壁
５  トルク伝達シェル
７  ベアリング
８  ベアリング
９  アウターロータシャフト
10  インナーロータシャフト
41、41a、41b  冷却液ジャケット
49  固定ボルト
49a 固定ボルト装着穴
51a 電気端子
61  流路
61a 冷却液導入流路
61b 冷却液排出流路
61-1  出口
61-2  入口
62  カバー部材
63、63a、63b、65、73、73a、73b、74  空間
66  接合面
67  信号線挿通穴
71、71a、71b  通路
72  リング部材
81、82、83  Ｏリング
91  Ｕ字パイプ
Ｃ  回転軸線
AG  アイドルギヤ
DG  ドライブギヤ
S1  サンギヤ
S2  サンギヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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