(57)【要約】【課題】回転電機１０１において、既に排出した余分なオイルが逆流してブラシ４等に付着することを防止するとともに、回転電機１０１の回転軸方向の寸法を短くすることができる。【解決手段】回転電機１０１は、入力軸４０と、入力軸４０に一体的に取り付けられる第一ロータ１０と、入力軸４０に一体的に取り付けられ、かつ第一ロータ１０に電気的に接続するスリップリング７０と、スリップリング７０と接触するブラシ４と、スリップリング７０とブラシ４とを収納するカバー体３と、カバー体３の底部に形成される給電側オイル溜まり１６を備え、カバー体３の内部には、給電側オイル溜まり１６と連結する経路Ａ及びＢが入力軸４０に対して垂直に形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転シャフトと、
前記回転シャフトに一体回転可能に取り付けられる回転子と、
前記回転シャフトに一体回転可能に取り付けられ、かつ前記回転子に電気的に接続するスリップリングと、
前記スリップリングと接触するブラシと、
前記スリップリングと前記ブラシとを収納するカバー体と、
前記カバー体の底部に形成されるオイル貯留部とを備える回転電機であって、
前記カバー体の内部には、前記オイル貯留部と連結するオイル浸入経路が前記回転シャフトに対して垂直に形成されることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記オイル貯留部には、オイル吸収材が収納される請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記回転子を収容する筐体が設けられ、
前記筐体には、前記オイル貯留部に溜まったオイルを前記筐体内部に排出するオイル排出路が設けられる請求項１又は２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記カバー体は仕切を有し、前記オイル貯留部は前記仕切によって画定される請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記カバー体の前記底部は、前記回転シャフトに対して傾斜する請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機において、回転シャフトに一体に回転するように設けられたスリップリング又は整流子を介して回転電機の外部との間で電力のやり取りが行われる。さらに、スリップリング又は整流子は、回転シャフトを介して、回転シャフトと共に回転する回転子に電力を供給する、又は電磁誘導によって回転子に発生した電流を受け取る。ここで、例えば、特許文献１には、ステータに対して相対的に回転するロータと、ロータと一体的に回転する回転シャフトを有するモータが記載されている。また、回転シャフトには整流子が一体となって回転するように固定されている。整流子はエンドプレートのモータ側に設けられたブラシに摺接されている。また、回転シャフトは軸受を介して、エンドプレートに対して回転可能に支持されている。ここで、プランジャの摺動部に供給される潤滑油としてのオイルが、回転シャフトと軸受との間のクリアランスからモータ内に浸入するおそれがある。ブラシに付着したオイルはブラシの摩耗を促進させる。また、ブラシと整流子との間に付着したオイルはモータへの給電の効率を低下させる。
【０００３】
このような問題に鑑みて、特許文献１のモータでは、エンドプレートにおいて、回転シャフトを囲むように環状溝と排出溝が形成されている。すなわち、回転シャフトとモータ内に浸入したオイルは環状溝内に流れ込み、さらに排出溝を通って、ブラシ及び整流子の下方に排出される。
【０００４】
また、特許文献２の電動機では、回転シャフトを支持する含油軸受から滲み出たオイルによって整流子が汚損するのを防ぐため、オイルが流れる経路の途中にオイル吸収パッキン又はオイル逃し孔が設けられている。よって、含油軸受から整流子側に浸入したオイルは整流子に付着することなく、オイル吸収パッキンに吸い取られ、又はオイル逃し孔から排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１２１８０４号公報
【特許文献２】特開平２−１０１９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、引用文献１の回転電機にはオイルをトラップする空間がない。そのため、ブラシ及び整流子の下方に排出されて溜まったオイルが、回転電機に加わる振動や傾き等が原因で逆流し、ブラシ等に付着する可能性がある。
【０００７】
一方、引用文献２の回転電機では、オイルは短筒状部材に導かれ、回転シャフトの軸方向、すなわち回転軸方向に流れてから、オイル吸収パッキンに吸収され又はオイル逃し孔に排出される。すなわち、含油軸受から整流子側にオイルが浸入する経路が回転軸方向に延びるように形成されており、その分、回転軸方向に沿って回転電機の長さ寸法を長くする必要があった。
【０００８】
この発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、既に排出した余分なオイルが逆流してブラシ等に付着することを防止するとともに、回転電機の回転軸方向の寸法を短くすることができる回転電機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】
【０００９】
上記の課題を解決するために、この発明に係る回転電機は、回転シャフトと、回転シャフトに一体回転可能に取り付けられる回転子と、回転シャフトに一体回転可能に取り付けられ、かつ回転子に電気的に接続するスリップリングと、スリップリングと接触するブラシと、スリップリングとブラシとを収納するカバー体と、カバー体の底部に形成されるオイル貯留部とを備え、カバー体の内部には、オイル貯留部と連結するオイル浸入経路が回転シャフトに対して垂直に形成される。
このオイル貯留部にオイルが貯留されることにより、ブラシやスリップリングに向かってオイルが逆流してブラシ等に付着することを防止することができる。
また、オイル浸入経路が回転シャフトに対して垂直に形成されることにより、回転電機の回転軸方向の寸法を短くすることができる。
【００１０】
オイル貯留部には、オイル吸収材が収納されてもよい。また、オイル貯留部には、オイルをカバー体外部に排出させるオイル排出路が接続されてもよい。さらに、カバーは仕切を有し、オイル溜まり空間は仕切によって画定されることもできる。またさらに、カバー体の底部は、カバー体の外側に向かって傾斜してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る回転電機によれば、既に排出した余分なオイルが逆流してブラシ等に付着することを防止するとともに、回転電機の回転軸方向の寸法を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態に係る回転電機の概略を模式的に示した図である。
【図２】図１の回転電機の構造を示す、より詳細な断面側面図である。
【図３】図２の回転電機の給電部を拡大した断面側面図である。
【図４】図３の給電部をＩ−Ｉに沿って切った断面の様子を模式的に示す図である。
【図５】この発明の別の実施の形態に係る回転電機における給電部を拡大した断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態に係る回転電機１０１を、エンジンを備えるハイブリッド自動車に搭載されるダブルロータ型の回転電機として説明する。
【００１４】
まず、図１を参照して回転電機１０１の構成の概略を説明する。
回転電機１０１は、第一ロータ１０、第二ロータ２０及びステータ３０を備える。第一ロータ１０、第二ロータ２０及びステータ３０は、それぞれ略円筒形状であり、同心円状に順次内側から外側に向かって配置されている。第一ロータ１０の中心には、入力軸４０が貫通して設けられている。入力軸４０は車両のエンジン（図示せず）と機械的に連結しており、入力軸４０及び第一ロータ１０にはエンジンからの動力が伝達される。
ここで、入力軸４０は回転シャフトを構成する。また、第一ロータ１０は回転子を構成する。
【００１５】
第一ロータ１０は、入力軸４０に一体回転可能に取り付けられている。第一ロータ１０は、入力軸４０に対して相対回転できないように固定されている第一コア１１と、第一コア１１の両端にその周方向に沿って配設された第一コイル１２とを有する。また、第一コイル１２に交流電流が流れることで、第一ロータ１０の周方向に回転する回転磁界が発生する。なお、第一コア１１は鉄等の磁性体から形成されている。
【００１６】
第一ロータ１０の外側には、第二ロータ２０が設けられる。第二ロータ２０は、第二コア２１と、第二コア２１にその周方向に沿って環状に埋め込まれる永久磁石２２，２３と、第二コア２１を両端部から挟み込み支持する略有底円筒状の第二ロータブラケット２４，２５を有している。第二ロータ２０は、第二ロータブラケット２４，２５を介して入力軸４０に相対的に回転可能に取り付けられる。第二ロータブラケット２４，２５は第二コア２１と共に内周部の空間に第一ロータ１０を収容するようにそれぞれ皿状に形成されている。よって、第二ロータ２０は第一ロータ１０に対しても相対的に回転可能となる。また、永久磁石２２は、第二コア２１の外周部にステータ３０と対向して配設され、永久磁石２３は、第二コア２１の内周部に第一ロータ１０と対向して配設される。永久磁石２２，２３は界磁束を発生させる。なお、第二コア２１は鉄等の磁性体から形成されている。
また、第二ロータブラケットには、入力軸４０の周囲を囲むようにして設けられた略円筒状の出力軸６０が接続されている。この出力軸６０には、ピニオンギヤ５が一体となって回転するように固定して接続される。すなわち、ピニオンギヤ５は出力軸６０とともに、入力軸４０に対して相対的に回転可能となっている。
なお、ピニオンギヤ５は、図示しないデファレンシャルギヤ等を介して自動車の車輪と機械的に連結されたドリブンギヤと、ギヤ係合している。これにより、第二ロータ２０の回転駆動力は、自動車の車輪に伝達しこれらを駆動する。
【００１７】
ステータ３０は、第二ロータ２０の外側に配置され、後述する筐体１の内側に回転不能に固定して取り付けられている。ステータコア３１と、ステータコア３１の両端にその周方向に沿って配設されたステータコイル３２とを有する。ステータコア３１は鉄等の磁性体から形成されている。また、ステータコイル３２は、図示しないインバータに電気的に接続されているため、ステータコイル３２には三相交流電流が流れる。ステータコイル３２に交流電流が流れることで、ステータ３０の周方向に回転する回転磁界が発生する。
【００１８】
入力軸４０には、第一ロータ１０とは間隔をおいてスリップリング７０が一体回転可能に取り付けられる。スリップリング７０は第一ロータ１０に電気的に接続する。また、スリップリング７０はブラシ４と接触している。ブラシ４は図示しないインバータに電気的に接続されているため、スリップリング７０には、ブラシ４を介して三相交流電流が流れる。
【００１９】
なお、回転電機１０１において、第一ロータ１０、第二ロータ２０、ステータ３０、出力軸６０及びピニオンギヤ５を含む部分をモータ部８とし、ブラシ４及びスリップリング７０を含む部分を給電部９とする。
【００２０】
ここで、図２を参照して、回転電機１０１の更に詳細な構成について説明する。特に、回転電機１０１内で使用される冷却用オイルに関連した構成を中心として、以下に説明する。
回転電機１０１において、モータ部８は筐体１の内部に収納されている。また、筐体１の底部には、第一ロータ１０等を冷却するためのオイルを貯留するモータ側オイル溜まり６が形成されている。さらに、筐体１の内部には、鉛直方向に延在する皿状のセンタハウジング２が筐体１に固定されて取り付けられている。
【００２１】
また、第一ロータ１０の中心を貫通する入力軸４０は、筐体１及びセンタハウジング２を貫通して両端部が外部に延びている。前述のように、入力軸４０の一端にはスリップリング７０が取り付けられ、他端はエンジン（図示せず）に連結されている。そして、入力軸４０は、筐体１の内部において、モータ側オイル溜まり６の上方に配置されている。なお、回転電機１０１は、オイルを貯留した底部、すなわちモータ側オイル溜まり６を下方に位置させて自動車に搭載される。
【００２２】
入力軸４０は、エンジン側に設けられたベアリング４２及びスリップリング７０側に設けられたベアリング４３を介して筐体１に回転自在に支持されている。また、入力軸４０は、ベアリング４４を介して、センタハウジング２に対しても回転自在に支持されている。さらに、入力軸４０には第二ロータ２０及び出力軸６０がベアリング２７，６２を介して回転自在に支持されている。また入力軸４０と筐体１との間は、ベアリング４２に対応する位置において環状のシーリング４５によって封止され、ベアリング４３に対応する位置において、環状のシーリング４６によって封止される。
【００２３】
入力軸４０は、その内部に、軸方向に延在するオイル供給路４１を有している。また、入力軸４０には、オイル供給路４１に連通する複数のオイル供給穴４１ａ及びオイル受入穴４１ｂが穿設されている。オイル供給穴４１ａは外側の開口が第一ロータ１０に面するように設けられている。また、オイル受入穴４１ｂはセンタハウジング２よりもエンジン側に設けられている。入力軸４０の外周面にはオイル受入穴４１ｂの開口部を覆うように連結装置５１が設けられている。また、連結装置５１は、入力軸４０が相対的に回転することができるように設けられる。連結装置５１には、オイル供給管５２の一端が接続されている。そして、オイル供給管５２の他端には、オイルポンプ５３が接続され、オイルポンプ５３は、モータ側オイル溜まり６に貯留されているオイルの中に配置されている。従って、モータ側オイル溜まり６のオイルはオイルポンプ５３によって、オイル供給管５２、連結装置５１及びオイル受入穴４１ｂを介して、オイル供給路４１内に圧送される。そして、オイル供給路４１内のオイルは、入力軸４０の回転に伴う遠心力によって、オイル供給穴４１ａから第一ロータ１０に供給され、第一コア１１等を冷却する。
【００２４】
また、入力軸４０の一端に筐体１から突出して取り付けられる給電部９のスリップリング７０は、導体棒９０及びコイル端子８０を介して、第一ロータ１０の第一コイル１２に電気的に接続している。ここで、筐体１にはカバー体３が固定して取り付けられており、カバー体３は給電部９を覆うように配置されている。すなわち、カバー体３はスリップリング７０とブラシ４とを収納する。
【００２５】
図３及び４を参照して、カバー体３内の詳細な構成について説明する。
カバー体３には、入力軸４０方向においてモータ部８側に向かって延びる、長さＬの板状の壁である仕切３ａが、一体に設けられている。ここで、仕切３ａとカバー体３の底部３ｂに囲まれて画定される空間を給電側オイル溜まり１６とする。底部３ｂとは、カバー体３においてスリップリング７０の下方に位置する部分をいい、具体的には仕切３ａよりも下の部分をいう。また、給電側オイル溜まり１６において、仕切３ａが被覆していない空間を部分Ｄとする。
なお、図４は、給電部９をＩ−Ｉに沿って切った断面の様子を模式的に示す図であるが、給電側オイル溜まり１６は三日月形の形状となっている。
ここで、給電側オイル溜まり１６はオイル貯留部を構成する。
また、以降の説明において、入力軸４０が延びる方向をＸ軸方向とし、給電部９からモータ部８に向かう方向をＸ軸正方向、モータ部８から給電部９に向かう方向をＸ軸負方向とする。
【００２６】
なおここで、筐体１の端部において、カバー体３の内部に面するとともに、入力軸４０に嵌合するシーリング４６に隣接するように環状に形成される壁面を壁１ａとする。壁１ａは部分Ｄの真上に存在する。よって、Ｘ軸方向における壁１ａの位置は、仕切３ａ上に重なり合わないものとする。すなわち、仕切３ａの長さＬは、Ｘ軸正方向において、壁１ａの位置に達しない程度の長さとなるように構成されているものとする。
【００２７】
また、給電側オイル溜まり１６には、オイル吸収材１７が収納される。オイル吸収材１７は柔軟性のある不織布で形成されており、給電側オイル溜まり１６に押し込まれると、カバー体３の仕切３ａ及び底部３ｂの形状に倣った形に変形し、収納される。また、給電側オイル溜まり１６内においてオイル吸収材１７は、仕切３ａが被覆する部分から突出して部分Ｄも覆うように配置される。
【００２８】
また、給電側オイル溜まり１６に面する筐体１には、オイルをカバー体３の外部に排出するためのオイル排出路１８が形成される。オイル排出路１８は、給電側オイル溜まり１６とモータ側オイル溜まり６とを連通させるように構成されている。また、オイルが重力によってモータ側オイル溜まり６に落下するように、オイル排出路１８は、給電側オイル溜まり１６からモータ側オイル溜まり６に向かって、下方向に傾斜する。
【００２９】
次に、モータ部８から給電部９側に浸入するオイルと給電側オイル溜まり１６との関係について、図３を参照して説明する。
前述のように、第一ロータ１０を冷却するために、モータ側オイル溜まり６のオイルは、オイル供給路４１を介して、第一ロータ１０に供給される。第一ロータ１０は高速で回転しているため、第一ロータ１０に供給されたオイルは、第一ロータ１０の表面から離れ、モータ部８内部に飛散する。その結果、オイルの一部は、入力軸４０においてモータ部８と給電部９との境界近傍に付着し、ベアリング４３及びシーリング４６と入力軸４０との間のクリアランスから滲み出して、カバー体３内に浸入する可能性がある。このようにモータ部８側から給電部９側に浸入したオイルの一部は、経路Ａのように壁１ａを伝った後、給電側オイル溜まり１６の部分Ｄに向かって真下に滴り落ち、給電側オイル溜まり１６に設けられたオイル吸収材１７の上に落下して吸収される。また、オイル吸収材１７が吸収しきれなかったオイルは、給電側オイル溜まり１６から溢れて、オイル排出路１８を介してモータ側オイル溜まり６へ流れ込む（経路Ｃ）。そして、モータ側オイル溜まり６に流れ込んだオイルは、前述のように、第一ロータ１０等を冷却するのに使用される。
一方、カバー体３内に浸入したオイルの残りの一部は、経路Ｂのように筐体１の壁を伝わって、給電側オイル溜まり１６の部分Ｄに流れ落ちる。流れ落ちたオイルは、そのままオイル排出路１８に流入し、重力に伴ってモータ側オイル溜まり６に流れ込む（経路Ｃ）か、又は、オイル吸収材１７に吸収されて給電側オイル溜まり１６に貯留される。
ここで、経路Ａ及びＢは、オイル浸入経路を構成する。オイル浸入経路である経路Ａ及びＢは、入力軸４０に対して垂直に形成される。また、経路Ａ及びＢは給電側オイル溜まり１６に連結している。
【００３０】
以上より、給電側オイル溜まり１６が形成されることにより、回転電機１０１に振動や傾きが生じた際に、カバー体３の底部３ｂに溜まったオイルが撥ねたり逆流したりすることでブラシ４やスリップリング７０にオイルが付着する事態を避けることができる。
【００３１】
また、経路Ａ及びＢが入力軸４０に対して垂直に形成されていることにより、方向Ｘに沿って回転電機１０１の寸法を短くすることができ、回転電機１０１の大きさをよりコンパクトにすることができる。
【００３２】
ここで、仕切３ａは給電側オイル溜まり１６を画定し、給電側オイル溜まり１６に貯留されたオイルが、ブラシ４やスリップリング７０のある空間へ流れ込まないようにしている。
また、給電側オイル溜まり１６に収納されるオイル吸収材１７は、給電側オイル溜まり１６に流入したオイルを吸収するので、より多くのオイルを給電側オイル溜まり１６に貯留させることができる。そのため、カバー体３内に浸入するオイルの量が多い場合であっても、給電側オイル溜まり１６からオイルが溢れてブラシ４等に付着する可能性が低くなる。
さらに、オイルをカバー体３の外部に排出するオイル排出路１８の存在により、万一、給電側オイル溜まり１６からオイルが溢れた場合であっても、オイルはオイル排出路１８に流入してモータ側オイル溜まり６に戻されるため、ブラシ４等への付着は防止される。
【００３３】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る回転電機１０２の給電部９’の構成を図５に示す。
実施の形態２に係る回転電機１０２は、実施の形態１に係る回転電機１０１のカバー体３の底部３ｂに、カバー体３’の外側に向かう傾斜を付けたものである。ここで、カバー体３’の外側とは、入力軸４０が延びる方向における場合のモータ部８の反対側、すなわちＸ軸負方向に向かう側をいう。よって、底部３ｂ’の傾斜は、給電側オイル溜まり１６’が、Ｘ軸正方向に行くほど狭くなり、反対にＸ軸負方向に行くほど広くなるように構成されている。ここで、給電側オイル溜まり１６’が最も広くなる部分を部分Ｅとする。なお、図１〜３の参照符号と同一の符号は同一の構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
【００３４】
この実施の形態２に係る回転電機１０２では、カバー体３’の底部３ｂ’が、カバー体３’の外側に向かって傾斜するため、オイルは部分Ｅに集中的に溜まりやすくなる。部分Ｅは、仕切３ａ’によって被覆されていない部分Ｄから離れた位置にあるため、部分Ｅに貯留したオイルが部分Ｄを通って逆流する可能性は極めて低い。また、回転電機１０１の搭載角度が変化し、Ｘ軸正方向に傾いた状態で車両に搭載された場合であっても、オイルが部分Ｄ近傍に集まって逆流することなく、給電側オイル溜まり１６に留まりやすくなる。従って、モータ部８から給電部９側に浸入したオイルがスリップリング７０やブラシ４に付着する可能性はより低くなる。
【００３５】
なお、実施の形態１及び２の回転電機１０１及び１０２は、モータとして使用されるものであるが、発電機として使用してもよい。
また、回転電機１０１及び１０２において、界磁として永久磁石２２，２３を使用していたが、これに限定されるものではなく、電磁石であってもよい。
さらにまた、回転電機１０１及び１０２は、ダブルロータ型の回転電機であったが、これに限定されるものではなく、少なくとも１つのロータがあればよい。
【符号の説明】
【００３６】
Ａ，Ｂ  経路（オイル浸入経路）、３，３’  カバー、３ａ，３ａ’  仕切、３ｂ，３ｂ’  底部、４  ブラシ、１０  第一ロータ（回転子）、１６，１６’  給電側オイル溜まり（オイル貯留部）、１７  オイル吸収材、１８  オイル排出路、４０  入力軸（回転シャフト）、７０  スリップリング、１０１，１０２  回転電機。
【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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