(57)【要約】【課題】回転電機に関し、回転軸の芯ズレを抑制する。【解決手段】回転軸３に設けられた回転子２とハウジング５に設けられた固定子４とを具備する回転電機１において、第一軸受６，第二軸受７，第三軸受８を設ける。第一軸受６は、回転軸３の両端部のうち、回転動力が入力または出力される一端側をハウジング５に対して支承し、オイルで潤滑される軸受である。第二軸受７は、回転子２よりも回転軸３の他端側をハウジング５に対して支承し、オイルで潤滑される軸受である。第三軸受８は、第二軸受７よりもハウジング５の外側方向で第二軸受７に隣接して配置され、オイルで潤滑されずに回転軸３をハウジング５に対して支承する軸受である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子が設けられた回転軸と固定子が設けられたハウジングとを具備し、前記ハウジングの内部に供給されるオイルで冷却される油冷式の回転電機において、
回転動力が入力または出力される前記回転軸の一端側を前記ハウジングに対して支承し、前記オイルで潤滑される第一軸受と、
前記回転子よりも前記回転軸の他端側を前記ハウジングに対して支承し、前記オイルで潤滑される第二軸受と、
前記第二軸受よりも前記ハウジングの外側方向で前記第二軸受に隣接して配置され、前記オイルで潤滑されずに前記回転軸を前記ハウジングに対して支承する第三軸受と
を備えたことを特徴とする、回転電機。
【請求項２】
前記回転軸のうち、前記第二軸受よりも前記ハウジングの外側方向に配置されたレゾルバを備え、
前記第二軸受及び前記第三軸受が、前記回転子と前記レゾルバとの間に配置される
ことを特徴とする、請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
前記回転軸の芯ズレ量を検出する変位センサーと、
前記変位センサーで検出された前記芯ズレ量を乗員に報知する報知装置と
を備えたことを特徴とする、請求項１または２記載の回転電機。
【請求項４】
前記第一軸受，前記第二軸受及び前記第三軸受が球状または円筒状の転動体を有する転がり軸受であり、前記第三軸受がグリース封入型の転がり軸受である
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記第三軸受が、少なくとも前記第一軸受よりも小径の転動体を有する
ことを特徴とする、請求項４記載の回転電機。
【請求項６】
前記第三軸受が、前記第一軸受及び前記第二軸受よりも大きいラジアル隙間を有する
ことを特徴とする、請求項４または５記載の回転電機。
【請求項７】
前記第一軸受及び前記第二軸受が球状または円筒状の転動体を有する転がり軸受であり、前記第三軸受が、無給油型の滑り軸受である
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子が設けられた回転軸と固定子が設けられたハウジングとを具備する回転電機（電動機，発電機，電動発電機）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される回転電機において、ハウジング内に供給される潤滑用のオイルを利用して回転電機全体を冷却する技術が存在する。例えば、ハウジング内の底部に貯留されたオイルをギヤやチェーンで掻き上げ、各所に飛散させることによって回転子や固定子を冷却するものが知られている。このような工夫により、ハウジング内の回転子や固定子の潤滑性を確保しつつ冷却性能を高めることができる（特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2012-005158号公報
【特許文献２】特開2014-030297号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
外気温の低下やオイル劣化の進行によりオイルの粘度が低下すると、オイル供給や飛散が不十分になることがある。また、オイル循環系の故障や詰まりによって、オイルが十分に供給されなくなることもある。ハウジング内におけるオイル供給の不足は、回転軸を支持するベアリングの摩耗や破損を発生させる原因となる。ベアリングの動作不良は、回転軸の芯ズレやレゾルバの破損を誘発することから、回転電機を作動不能にさせうる。これらを踏まえると、ハウジング内へのオイル供給が一時的に滞ったような場合であっても、少なくとも車両を販売店や整備工場まで移送できる程度に回転電機を作動可能とするようなしくみを考慮しておくことが望ましい。
【０００５】
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、回転軸の芯ズレを抑制できるようにした回転電機を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）開示の回転電機は、回転子が設けられた回転軸と固定子が設けられたハウジングとを具備し、前記ハウジングの内部に供給されるオイルで冷却される油冷式の回転電機である。この回転電機は、回転動力が入力または出力される前記回転軸の一端側を前記ハウジングに対して支承し、前記オイルで潤滑される第一軸受を備える。また、前記回転子よりも前記回転軸の他端側を前記ハウジングに対して支承し、前記オイルで潤滑される第二軸受を備える。さらに、前記第二軸受よりも前記ハウジングの外側方向で前記第二軸受に隣接して配置され、前記オイルで潤滑されずに前記回転軸を前記ハウジングに対して支承する第三軸受を備える。
【０００７】
（２）前記回転軸のうち、前記第二軸受よりも前記ハウジングの外側方向に配置されたレゾルバを備え、前記第二軸受及び前記第三軸受が、前記回転子と前記レゾルバとの間に配置されることが好ましい。
（３）前記回転軸の芯ズレ量を検出する変位センサーと、前記変位センサーで検出された前記芯ズレ量を乗員に報知する報知装置とを備えることが好ましい。
【０００８】
（４）前記第一軸受，前記第二軸受及び前記第三軸受が球状または円筒状の転動体（ころ）を有する転がり軸受であり、前記第三軸受がグリース封入型の転がり軸受であることが好ましい。
（５）前記第三軸受が、少なくとも前記第一軸受よりも小径の転動体（ころ）を有することが好ましい。
【０００９】
（６）前記第三軸受が、前記第一軸受及び前記第二軸受よりも大きいラジアル隙間を有することが好ましい。
（７）前記第一軸受及び前記第二軸受が球状または円筒状の転動体（ころ）を有する転がり軸受であり、前記第三軸受が、無給油型の滑り軸受であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
オイルで潤滑される二つの軸受を回転子の一側と他側とに配置し、第二軸受よりも外側にオイル潤滑が不要な第三軸受を配置することで、潤滑不足による芯ズレを第三軸受で抑制することができる。これにより、第一軸受，第二軸受の破損や回転電機の破損を防止することができる。また、ハウジング内へのオイル供給が一時的に滞ったような場合であっても、回転電機を作動させて、車両を販売店や整備工場まで移送することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】回転電機を搭載した車両の模式図である。
【図２】回転電機の断面図である。
【図３】回転電機の要部を拡大して示す断面図である。
【図４】回転電機の要部を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して実施形態としての回転電機について説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
【００１３】
［１．車両］
本実施形態の回転電機１は、図１に示す車両３０に搭載される。この車両３０は、エンジン３１と走行用の回転電機１（モーター）と発電用の回転電機３２（ジェネレーター）とを搭載したハイブリッド車両である。走行用の回転電機１はおもに電動機（モーター）として使用されるモータージェネレーターであり、発電用の回転電機３２はおもに発電機（ジェネレーター）として使用されるモータージェネレーターである。エンジン３１はガソリンエンジン，ディーゼルエンジンなどの内燃機関である。これらの回転電機１，エンジン３１，回転電機３２は、トランスアクスル１６を介して駆動輪３５に接続される。
【００１４】
回転電機１は、所定の減速比で駆動輪３５に対して接続される。回転電機１と駆動輪３５との間を接続する動力伝達経路には、クラッチ３４が介装された分岐経路が接続され、その先にエンジン３１が接続される。回転電機３２は、エンジン３１に対して所定の減速比で連結される。二つの回転電機１，３２には、バッテリー３３が接続される。回転電機３２で発電された電力はバッテリー３３に充電され、回転電機１はバッテリー３３に蓄えられた電力で作動する。
【００１５】
回転電機１，エンジン３１，回転電機３２のそれぞれの作動状態は、電子制御装置１４が制御する。電子制御装置１４は、内部バスを介して互いに接続されたプロセッサ，メモリ，インタフェイス装置を内蔵する電子デバイス（ECU，Electronic Control Unit）であり、車両３０の車載ネットワーク網に接続される。プロセッサは、例えば制御ユニット（制御回路）や演算ユニット（演算回路），キャッシュメモリ（レジスタ）などを内蔵する処理装置（プロセッサ）である。また、メモリは、プログラムや作業中のデータが格納されるメモリ装置であり、ROM（Read Only Memory），RAM（Random Access Memory），不揮発メモリなどを含む。電子制御装置１４で実施される制御の内容は、ファームウェアやアプリケーションプログラムとしてメモリに記録，保存されており、プログラムの実行時にはプログラムの内容がメモリ空間内に展開されるとともに、プロセッサによって実行される。
【００１６】
本実施形態の電子制御装置１４は、回転電機１のベアリング故障が発生した場合に、その故障を乗員に報知する機能を搭載する。電子制御装置１４には、変位センサー１３と報知装置１５とが接続される。変位センサー１３は、回転電機１の芯ズレ量を検出するセンサーである。変位センサー１３の具体例としては、渦電流式変位センサーやレーザー式変位センサーなどが挙げられる。報知装置１５は、その芯ズレ量を乗員に報知する際に使用される装置である。報知装置１５の具体例としては、ディスプレイ，スピーカーなどが挙げられる。なお、車両３０にカーナビゲーションシステム，カーオーディオシステム，マルチメディアシステムなどが搭載されている場合には、報知装置１５に代えて、あるいは加えて、これらのシステムに含まれる汎用の映像表示装置，音声出力装置を利用してもよい。
【００１７】
［２．回転電機］
回転電機１の内部構造を図２に示す。回転電機１は、回転子２と固定子４とを具備した永久磁石同期型のブラシレスモーターである。回転子２は、絶縁鋼板を積層してなる積層鉄心１７に永久磁石１８を内挿した構造を持ち、回転軸３に固定される。永久磁石１８の延在方向は回転軸３の中心Ｃと平行とされ、磁界の方向は中心Ｃに対して垂直な方向とされる。また、積層鉄心１７の積層面（絶縁面）は、中心Ｃに対して垂直に配置される。
【００１８】
固定子４は、絶縁鋼板を積層してなる積層鉄心１９に複数のコイル２０を巻き付けた構造を持ち、ハウジング５に固定される。コイル２０の巻回軸（すなわち、コイル２０で生成される磁界の方向）は、中心Ｃに対して垂直に配置される。また、積層鉄心１９の積層面（絶縁面）は、中心Ｃに対して垂直に配置される。
ハウジング５の内部には、図示しないオイル配管を介して潤滑・冷却用のオイルが供給される。オイルを利用した冷却構造については、公知の冷却構造を採用することができる（例えば、特開2012-005158号，特開2014-030297号公報参照）。
【００１９】
図２に示す回転軸３のうち、回転子２よりも左側の部分を一端側と呼び、回転子２よりも右側の部分を他端側と呼ぶ。ここでいう一端側は、ハウジング５の内部における回転軸３の両端部のうち、回転動力が入力または出力される部位である。また他端側は、回転子２を挟んで一端側とは逆側の部位である。回転軸３の一端側は、トランスアクスル１６に接続され、回転電機１で生成された回転動力や惰性走行時の回転動力が入出力される。
【００２０】
回転軸３の他端側には、回転軸３の回転角や回転速度を検出するためのレゾルバ１０が設けられる。レゾルバ１０のステーター１１はハウジング５に固定され、ローター１２は回転軸３に固定される。本実施形態のレゾルバ１０は、回転軸３の他端側における端部近傍に固定される。この端部は、ハウジング５に対して着脱可能なカバー９で覆われる。カバー９を取り外すことで、回転電機１の外部からレゾルバ１０にアクセスしてレゾルバ１０の修理や交換ができるようになっている。
【００２１】
回転軸３は、ハウジング５に対して第一軸受６，第二軸受７，第三軸受８の三つで支承される。これらの軸受６〜８の外輪はハウジング５に対して固定され、内輪は回転軸３に対して固定される。具体的な固定手法には、公知の手法（例えば、止め輪やスペーサーリングによる固定）が採用される。
第一軸受６は、回転軸３の一端側を支承する軸受である。第一軸受６は、球状または円筒状の転動体（ころ）を有する転がり軸受であり、ハウジング５の内部に供給されるオイルで潤滑される。
【００２２】
第二軸受７，第三軸受８は、ともに回転軸３の他端側を支承する軸受であり、球状または円筒状の転動体（ころ）を有する転がり軸受である。これらの第二軸受７，第三軸受８は、回転子２とレゾルバ１０との間に配置される。第二軸受７は、第一軸受６と同様に、ハウジング５の内部に供給されるオイルで潤滑される。一方、第三軸受８は、オイルで潤滑されずに回転軸３をハウジング５に対して支承する軸受である。第三軸受８は、第二軸受７よりもハウジング５の外側方向において、第二軸受７に隣接して配置される。第三軸受８の具体例としては、グリース封入型の転がり軸受と無給油型の滑り軸受とが考えられる。
【００２３】
図３は、前者の構造を模式的に示す図である。この第三軸受８は、内輪と外輪との隙間がシールド部材で封止されたグリース封入型の転がり軸受である。シールド部材は、第三軸受８の転動体を左右から挟むように一対設けられる。第三軸受８の転動体は、あらかじめ封入されたグリースによって潤滑される。第三軸受８のシールド部材は、ハウジング５の内部に供給されるオイルが第三軸受８の内部に侵入することを阻止するとともに、レゾルバ１０側へのオイルの流出も阻止するように機能する。
【００２４】
第一軸受６，第二軸受７は、通常の回転電機１の使用状態で回転軸３を支承する役割を担う。これに対し、第三軸受８は、例えば第一軸受６，第二軸受７が故障した非常時であっても回転軸３を支承して、回転電機１を使用可能とする役割を担う。このような観点から、第三軸受８は、少なくとも第一軸受６よりも小径の転動体を有するものとする。これにより、第三軸受８が負担する支持力が減少し、通常の回転電機１の使用状態における第三軸受８の負担が軽減される。
【００２５】
ただし、回転軸３の一端側では他端側よりも軸受に作用する荷重が変動しやすいことから、好ましくは、第一軸受６の転動体を第二軸受７よりも大径（すなわち、第二軸受７の転動体を第一軸受６よりも小径）とする。これにより、回転軸３の支承状態が安定する。また、第二軸受７の転動体を、第三軸受８の転動体と同径にすれば、回転軸３の他端側で軸受に作用する荷重がほぼ均等に、第二軸受７と第三軸受８とに分配される。したがって、回転軸３の支承状態がさらに安定する。また、第二軸受７，第三軸受８のサイズを第一軸受６のサイズよりも小さくすることで、第一軸受６と同程度のスペースに二つの軸受７，８を配置することができ、既存の回転電機１のレイアウトへの適用が容易となる。
【００２６】
図３中に示す隙間A1，A2，A3は、第一軸受６，第二軸受７，第三軸受８のラジアル隙間である。ラジアル隙間とは、転動体の遊び量（転動体と内輪または外輪との隙間）のうち、内輪及び外輪の径方向の遊び量である。これらの隙間A1，A2，A3の大小関係は、少なくとも隙間A3を隙間A1，A2よりも大きく設定することが好ましい。これにより、通常の回転電機１の使用状態における第三軸受８の負担がさらに軽減される。また、隙間A2は隙間A1と同一か、隙間A1よりも小さく設定することが好ましい。不等式で表現すれば「A1≦A2＜A3」であることが好ましい。
【００２７】
図４は、後者の構造を模式的に示す図である。この第三軸受８は、内輪と外輪とが面接触した状態で回転する無給油型の滑り軸受である。内輪と外輪との接触面には、例えば固体潤滑剤が焼結され、または潤滑剤を含有する皮膜や表面処理層が形成される。あるいは、内輪及び外輪が、エンジニアリングプラスチックで製造される。内輪と外輪との接触面は、ハウジング５の内部に供給されるオイルが第三軸受８の内部に侵入することを阻止するとともに、レゾルバ１０側へのオイルの流出も阻止するように機能する。
【００２８】
［３．作用，効果］
（１）上記の回転電機１では、第二軸受７に隣接してその外側に第三軸受８が配置される。第三軸受８は、図３，図４に示すように、オイルで潤滑されることなく回転軸３を支承する軸受である。このように、オイルで潤滑される二つの軸受６，７を回転子２の一側と他側とに配置し、第二軸受７よりも外側にオイル潤滑が不要な第三軸受８を配置することで、潤滑不足による回転軸３の芯ズレを第三軸受８で抑制することができ、第一軸受６，第二軸受７の破損や回転電機１の破損を防止することができる。例えば、ハウジング５の内部へのオイル供給が一時的に滞ったような場合であっても、少なくとも車両３０を販売店や整備工場まで移送できる程度に回転電機１を作動させることができる。
【００２９】
（２）上記の回転電機１は、図２に示すように、第二軸受７，第三軸受８よりもハウジング５の外側にレゾルバ１０を備える。このように、回転動力の入出力側とは反対側に配置されたレゾルバ１０と回転子２との間に第二軸受７，第三軸受８を配置することで、ハウジング５内のオイルをレゾルバ１０側へ漏出させることなく、潤滑不足による芯ズレを抑制することができる。また、ハウジング５の内部へのオイル供給が一時的に滞ったような場合であっても、回転軸３が第三軸受８によって適切に支承されるため、レゾルバ１０のステーター１１とローター１２とが接触を回避することができ、レゾルバ１０の破損を防止することができる。
【００３０】
（３）上記の回転電機１には、変位センサー１３と報知装置１５とが併設される。潤滑不足による回転軸３の芯ズレを乗員に報知することで、速やかな点検整備を促すことができる。また、回転軸３が第三軸受８に支承された状態であること（第一軸受６，第二軸受７が破損している可能性があること）を知らしめることで、点検整備の必要性を乗員に訴えることができ、整備性・利便性・安全性を向上させることができる。
【００３１】
（４）図３に示すように、第三軸受８をグリース封入型の転がり軸受とすれば、ハウジング５の内部へのオイル供給が一時的に滞ったような場合であっても、第三軸受８を使用し続けることができ、回転電機１を作動させることができる。
（５）あるいは、図４に示すように、第三軸受８を無給油型の滑り軸受とすれば、ハウジング５の内部におけるオイルの有無に関わらず、第三軸受８を使用し続けることができ、回転電機１を作動させることができる。
【００３２】
（６）第三軸受８の転動体を第一軸受６よりも小径とすることで、第三軸受８のサイズを小さくすることができる。これにより、既存の回転電機１（例えば、第一軸受６と第二軸受７とが設けられ第三軸受８がないモーター）に対する適合性を高めることができる。また、第三軸受８と回転軸３との接触によって生じる回転負荷を軽減することができる。
【００３３】
（７）図３に示すように、第三軸受８のラジアル隙間A3を第一軸受６，第二軸受７のラジアル隙間A1，A2よりも大きくすることで、第三軸受８のラジアル方向の遊びが大きくなる。これにより、通常時には、第三軸受８と回転軸３との接触によって生じる回転負荷を軽減することができる。一方、潤滑不足による芯ズレの発生時（例えば、ラジアル隙間A3を超える芯ズレが生じた場合）には、第三軸受８に回転軸３をしっかりと支承させて、芯ズレの進行を抑えることができる。
【００３４】
［４．変形例］
上述の実施形態では、車両３０に搭載された走行用の回転電機１を例示したが、発電用の回転電機３２に上記の構造を適用してもよい。また、上記の構造の適用対象は、車両３０に搭載される回転電機１，３２に限定されない。少なくとも回転軸に設けられた回転子とハウジングに設けられた固定子とを具備する回転電機であれば、あらゆる電動機，発電機，電動発電機に上記の構造を適用することができ、上述の実施形態と同様の効果を奏するものとなる。
【符号の説明】
【００３５】
１  回転電機
２  回転子
３  回転軸
４  固定子
５  ハウジング
６  第一軸受
７  第二軸受
８  第三軸受
９  カバー
１０  レゾルバ
１１  ステーター
１２  ローター
１３  変位センサー
１４  電子制御装置
１５  報知装置
１６  トランスアクスル
１７  積層鉄心
１８  永久磁石
１９  積層鉄心
２０  コイル
３０  車両
３１  エンジン
３２  回転電機
３３  バッテリー
３４  クラッチ
３５  駆動輪
Ｃ  中心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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