(57)【要約】【課題】導電リングと導電ブラシの摺動部への冷却液の付着を避けつつ、摺動部の液冷が可能な、スリップリングの冷却装置を提供する。【解決手段】導電リング３６Ａ〜３６Ｃは、回転電機の回転シャフト３０に嵌挿される。回転シャフト３０には、その内部に軸方向に延設する第１冷却液流路５０が形成されるともに、第１冷却液流路５０から外周面まで連通する分岐路５２が形成される。導電リング３６Ａ〜３６Ｃの内部には、第２冷却液流路５６が形成される。さらに、冷却装置１０は、分岐路５２と第２冷却液流路５６を繋ぐ接続管５４を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機用スリップリングの冷却装置であって、
導電リングは、回転電機の回転シャフトに嵌挿され、
前記回転シャフトには、その内部に軸方向に延設する第１の冷却液流路が形成されるともに、前記第１の冷却液流路から外周面まで連通する分岐路が形成され、
前記導電リングの内部には、第２の冷却液流路が形成され、
前記分岐路と前記第２の冷却液流路を繋ぐ接続管を備えることを特徴とする、回転電機用スリップリングの冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の、回転電機用スリップリングの冷却装置であって、
前記接続管は、前記導電リングから回転電機子に向かって延設され両者を電気的に接続させるバスバーと一体に設けられていることを特徴とする、回転電機用スリップリングの冷却装置。
【請求項３】
請求項２に記載の、回転電機用スリップリングの冷却装置であって、
前記接続管は、前記バスバーの材料よりも高剛性の材料から形成されていることを特徴とする、回転電機用スリップリングの冷却装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の、回転電機用スリップリングの冷却装置であって、
前記第２の冷却液流路は、当該流路内の冷却液流れが屈曲するように形成されていることを特徴とする、回転電機用スリップリングの冷却装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の、回転電機用スリップリングの冷却装置であって、
前記第２の冷却液流路は、複数流路に分岐されていることを特徴とする、回転電機用スリップリングの冷却装置。
【請求項６】
請求項２から５のいずれかに記載の、回転電機用スリップリングの冷却装置であって、
前記回転電機子は、複数相の巻線が設けられ、
前記導電リングは、前記回転電機子の相数個設けられ、
複数の前記導電リングは、それぞれ離間されるとともに絶縁部材を介して前記回転シャフトに嵌挿され、
前記接続管は、前記バスバーから前記分岐路に延設するとともに絶縁材料からなる延設部を備えることを特徴とする、回転電機用スリップリングの冷却装置。
【請求項７】
請求項２から６のいずれかに記載の、回転電機用スリップリングの冷却装置であって、
前記導電リングは、前記回転シャフトの軸方向に沿って離間するように複数設けられ、
複数の前記導電リングのうち、相対的に前記回転電機子に近い導電リングには、相対的に前記回転電機子に遠い導電リングからの前記バスバーを通過させるための開口が形成されていることを特徴とする、回転電機用スリップリングの冷却装置。
【請求項８】
請求項７に記載の、回転電機用スリップリングの冷却装置であって、
前記開口と当該開口を通過するバスバーとの間には、絶縁部材が設けられていることを特徴とする、回転電機用スリップリングの冷却装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の、回転電機用スリップリングの冷却装置であって、
前記導電リングは、軸方向に２分割された分割体を接合することで形成され、
前記分割体の一方の径は、他方の径よりも大径となるように形成され、前記一方の分割体が前記他方の分割体を覆うようにして両者が接合されることを特徴とする、回転電機用スリップリングの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機において静止側と回転電機子との電力授受を行うスリップリングを冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、静止側に導電ブラシを設けるとともに、回転電機子側に導電リングを設け、両者を摺動させることで静止側と回転電機子との電力授受を行う、スリップリングが知られている。
【０００３】
回転電機子が三相等複数相の場合には、導電リングは相数分設けられる。相間導通を避けるため、各導電リングは互いに離間絶縁された状態で、回転電機子側、例えば回転電機のシャフトに配置される。
【０００４】
導電リングと導電ブラシとの摺動に伴い、その摺動部から磨耗粉が生じる。磨耗粉が導電リング周辺に堆積すると、隣り合う導電リングが導通するおそれがある。ここで、磨耗粉は、摺動部の温度が高温であるほど、発生量が多くなることが経験的に知られている。磨耗粉の発生量を抑えるために、従来から、摺動部を冷却させる冷却装置が用いられている。
【０００５】
摺動部への冷却手段として、冷却気体を摺動部に吹き掛ける空冷式と、冷却液を摺動部に供給する液冷式が挙げられる。両者のうち、磨耗粉の飛散を防止する観点から、後者による冷却手段を用いることが好適である。例えば特許文献１では、導電リングと導電ブラシをケース内に収容するとともに、ケース内に冷却液を送り込んで導電リングと導電ブラシをこの冷却液に浸すことで、摺動部を冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１８３５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、導電リングと導電ブラシの摺動部に冷却液体が付着すると、接触抵抗が変動して、静止側と回転電機子との電力授受が不安定になるおそれがある。そこで、本発明は、摺動部への冷却液の付着を避けつつ、摺動部の液冷が可能な、スリップリングの冷却装置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】
本発明は、静止側に導電ブラシを設けるともに、回転電機子側に導電リングを設け、両者を摺動させることで、静止側と回転電機子との電力授受を行う、回転電機用スリップリングの冷却装置に関するものである。前記導電リングは、回転電機の回転シャフトに嵌挿され、前記回転シャフトには、その内部に軸方向に延設する第１の冷却液流路が形成されるともに、前記第１の冷却液流路から外周面まで連通する分岐路が形成され、前記導電リングの内部には、第２の冷却液流路が形成されている。さらに、前記冷却装置は、前記分岐路と前記第２の冷却液流路を繋ぐ接続管を備える。
【０００９】
また、上記発明において、前記接続管は、前記導電リングから前記回転電機子に向かって延設され両者を電気的に接続させるバスバーと一体に設けられていることが好適である。
【００１０】
また、上記発明において、前記接続管は、前記バスバーの材料よりも高剛性の材料から形成されていることが好適である。
【００１１】
また、上記発明において、前記第２の冷却液流路は、当該流路内の冷却液流れが屈曲するように形成されていることが好適である。
【００１２】
また、上記発明において、前記第２の冷却液流路は、複数流路に分岐されていることが好適である。
【００１３】
また、上記発明において、前記回転電機子は、複数相の巻線が設けられ、前記導電リングは、前記回転電機子の相数個設けられ、複数の前記導電リングは、それぞれ離間されるとともに絶縁部材を介して前記回転シャフトに嵌挿され、前記接続管は、前記バスバーから前記分岐路に延設するとともに絶縁材料からなる延設部を備えることが好適である。
【００１４】
また、上記発明において、前記導電リングは、前記回転シャフトの軸方向に沿って離間するように複数設けられ、複数の前記導電リングのうち、相対的に前記回転電機子に近い導電リングには、相対的に前記回転電機子に遠い導電リングからの前記バスバーを通過させるための開口が形成されていることが好適である。
【００１５】
また、上記発明において、前記開口と当該開口を通過するバスバーとの間には、絶縁部材が設けられていることが好適である。
【００１６】
また、上記発明において、前記導電リングは、軸方向に２分割された分割体を接合することで形成され、前記分割体の一方の径は、他方の径よりも大径となるように形成され、前記一方の分割体が前記他方の分割体を覆うようにして両者が接合されることが好適である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、導電リングと導電ブラシとの摺動部への冷却液の付着を避けつつ、摺動部の液冷が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る冷却装置を含む駆動機構を例示する側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面斜視図であって、回転シャフト周辺の拡大斜視図である。
【図３】導電リングの配列を説明する図である。
【図４】第２冷却液流路の流路パターンを説明する図である。
【図５】第２冷却液流路の流路パターンを説明する図である。
【図６】第２冷却液流路の流路パターンを説明する図である。
【図７】導電リングの組み立てについて説明する図である。
【図８】導電リングの組み立てについて説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１には、本実施形態に係る冷却装置１０を含む駆動機構１２が例示されている。駆動機構１２は、例えばハイブリッド車両の駆動源として用いられる。駆動機構１２は、例えば、内燃機関（図１にてＥ／Ｇと記載）と変速機（図１にてＴ／Ｍと記載）との間に設けられ、内燃機関からの駆動力を変速機に伝達する。また、駆動機構１２は、内燃機関と協働して、または独立して、変速機を駆動させる。この変速機を介して、図示しない車輪に駆動力が伝達される。
【００２０】
駆動機構１２は、回転電機１４、固定電機子側インバータ１６、回転電機子側インバータ１８、蓄電装置２０、スリップリング２２、及び冷却装置１０を備える。
【００２１】
回転電機１４は、回転電機子２４、回転界磁子２６、及び固定電機子２８を備える。回転電機子２４は、内燃機関から駆動力が伝達される回転シャフト３０に嵌挿固定され、回転シャフト３０と共回りする。回転電機子２４には、複数相（例えば三相）の巻線が巻き回されている。
【００２２】
回転界磁子２６は、回転電機子２４の外周側に、当該電機子２４とは離間して配置される、略円筒形状の界磁子である。回転界磁子２６には永久磁石３２が設けられており、これにより回転界磁子２６は、回転電機子２４及び固定電機子２８と電磁気的に結合される。回転界磁子２６は、クラッチ３４を介して、変速機に駆動力を伝達する。クラッチ３４の開放時には、回転界磁子２６は、回転電機子２４とは相対回転可能となる。また、クラッチ３４の結合時には、回転界磁子２６は、回転電機子２４と同期回転する。
【００２３】
固定電機子２８は、回転界磁子２６の外周側に、当該界磁子２６とは離間して配置された、略円筒形状の電機子である。固定電機子２８には、回転電機子２４と同様に、複数相（例えば三相）の巻線が巻き回されている。
【００２４】
回転電機子側インバータ１８は、蓄電装置２０と回転電機子２４の間に設けられた直交変換器である。また、固定電機子側インバータ１６は、蓄電装置２０と固定電機子２８の間に設けられた直交変換器である。蓄電装置２０は、例えばバッテリー等の充放電可能な二次電池から構成される。
【００２５】
内燃機関（Ｅ／Ｇ）からの駆動力は、回転シャフト３０を介して回転電機子２４に伝達される。この駆動力は、回転電機子２４の巻線と回転界磁子２６の永久磁石３２との電磁気結合によって、回転界磁子２６に伝達される。これにより、内燃機関の駆動力を変速機（Ｔ／Ｍ）及びその先の車輪に伝達することができる。
【００２６】
また、スリップリング２２及び回転電機子側インバータ１８を介して、蓄電装置２０と回転電機子２４の巻線との間で電力の授受が可能になる。このことから、回転電機子側インバータ１８により、回転電機子２４の巻線の電力を制御することで、変速機に出力する駆動力や回転速度を制御することができる。
【００２７】
例えば、回転電機子２４の回転速度が回転界磁子２６の回転速度よりも高いときは、回転電機子２４の巻線の発電電力が回転電機子側インバータ１８を介して蓄電装置２０側へ供給される。また、回転電機子２４の回転速度が回転界磁子２６の回転速度よりも低いときは、蓄電装置２０の電力が回転電機子側インバータ１８を介して回転電機子２４の巻線に供給される。
【００２８】
また、固定電機子２８の巻線と回転界磁子２６の永久磁石３２とが電磁気的に結合される。このことから、固定電機子側インバータ１６を介して蓄電装置２０側から固定電機子２８の巻線に電力を供給することで、回転界磁子２６に駆動力を発生させることができる。つまり、固定電機子側インバータ１６により、固定電機子２８の巻線への電力供給を制御することで、変速機に伝達されるトルクを制御することができる。
【００２９】
スリップリング２２は、静止側と回転電機子２４との電力授受を行う。スリップリング２２は、導電リング３６及び導電ブラシ３８を備える。導電ブラシ３８は静止側に設けられる。静止側とは回転電機子２４の回転に対して静止する側を指しており、例えば固定電機子２８とともに駆動機構１２の図示しないフレーム等に固定される側を指している。導電ブラシ３８は例えばカーボン等の導電性材料から構成される。
【００３０】
導電リング３６は、回転電機子２４側に設けられる、略円環状の部材である。導電リング３６は、図２に示すように、回転シャフト３０に嵌挿固定される。導電リング３６と導電ブラシ３８が摺動することで、静止側と回転電機子２４との電力授受が可能となる。導電リング３６は、例えば銅などの導電性部材から構成される。
【００３１】
導電リング３６は、回転電機子２４の相数個設けられ、例えば図２に示すように、３個設けられる。これら複数の導電リング３６Ａ〜３６Ｃを回転シャフト３０に嵌挿する際に、互いの導通を避けるために、各導電リング３６Ａ〜３６Ｃは離間絶縁された状態で、回転シャフト３０に嵌挿される。例えば、複数の導電リング３６Ａ〜３６Ｃのそれぞれを、回転シャフト３０の軸方向に沿って離間させるとともに、絶縁材料からなる円筒部材であるカラー４０を介して回転シャフト３０に嵌挿させる。
【００３２】
また、それぞれの導電リング３６Ａ〜３６Ｃは、回転電機子２４の各相の巻線に接続される。例えば、各導電リング３６Ａ〜３６Ｃには、バスバー４２Ａ〜４２Ｃがそれぞれ設けられている。バスバー４２Ａ〜４２Ｃは、導電リング３６Ａ〜３６Ｃから回転電機子２４に向かって延設して両者を電気的に接続させる、棒状の導電性部材である。
【００３３】
バスバー４２Ａ〜４２Ｃは、例えば、回転シャフト３０の軸方向に沿って延設される。バスバー４２Ａ〜４２Ｃは、互いに干渉しないように配置される。例えば導電リング３６Ａ〜３６Ｃの周回りに間隔を空けて各バスバー４２Ａ〜４２Ｃが配置される。例えば導電リング３６Ａ〜３６Ｃの周回りに１２０°間隔で、各バスバー４２Ａ〜４２Ｃが配置される。
【００３４】
図３には、図２から導電リング３６Ａ〜３６Ｃ及びバスバー４２Ａ〜４２Ｃを抜き出した図が例示されている。相対的に回転電機１４から遠い導電リングのバスバーが、その延設された中途で、相対的に回転電機１４に近い導電リングに接触することを避けるために、導電リング３６Ａ，３６Ｂには、バスバー４２Ｂ，４２Ｃを通過させる開口４４が形成されていることが好適である。開口４４は、例えば、導電リング３６Ａ，３６Ｂの内周に形成された切欠きであってよい。開口４４は、バスバー４２よりも大きくなるように形成されていればよい。また、バスバー４２と導電リング３６との電気的接触を避けるために、開口４４と当該開口４４を通過するバスバー４２の間に、絶縁部材を挟ませてもよい。
【００３５】
バスバー４２Ａ〜４２Ｃの回転電機子２４側の末端は、回転電機子２４と接していなくてもよい。例えば、バスバー４２Ａ〜４２Ｃの回転電機子２４側の末端部を図示しないクランプで挟むとともに、クランプから延設されたケーブルを、回転電機子２４の各相巻線に接続させてもよい。
【００３６】
図２に戻り、冷却装置１０は、スリップリング２２を冷却する。冷却装置１０は、冷却液タンク４６、送液ポンプ４８、第１冷却液流路５０、分岐路５２、接続管５４、及び第２冷却液流路５６（図４参照）を備える。
【００３７】
冷却液タンク４６は、例えば駆動機構１２の外部に設けられ、冷却液を貯留する。冷却液は、例えばオートマチックトランスミッションフルード（ＡＴＦ）であってよい。冷却液タンク４６にて貯留された冷却液は、送液ポンプ４８によって第１冷却液流路５０に送られる。
【００３８】
第１冷却液流路５０は、回転シャフト３０の内部に、軸方向に沿って延設される。例えば、回転シャフト３０として中空円筒部材を用いるとともに、この中空部を第１冷却流路５０として使用する。第１冷却液流路５０は、回転シャフト３０の軸方向端面まで貫通していてよく、この場合、回転シャフト３０の軸方向端部開口を介して、送液ポンプ４８から第１冷却液流路５０に、冷却液が供給される。
【００３９】
回転シャフト３０には、第１冷却液流路５０に加えて、当該流路５０からシャフト外周面まで連通する分岐路５２も形成されている。分岐路５２は、後述する延設部６４と同数設けられてよい。例えば、各導電リング３６Ａ〜３６Ｃの冷却液の供給ラインに応じて、分岐路５２は３個設けられてよい。また、分岐路５２は、回転シャフト３０の軸方向端部に設けられていてもよいし、図２に示すように軸方向中間部に設けられていてもよい。
【００４０】
第２冷却液流路５６は、導電リング３６Ａ〜３６Ｃの内部に設けられる。図４には、導電リング３６Ａの平面断面図が例示されている。第２冷却液流路５６は、導電リング３６Ａ〜３６Ｃの外部まで延設された流入口５８から流出口６０まで、導電リング３６Ａ〜３６Ｃの周方向に沿って延設されている。
【００４１】
第２冷却液流路５６は、当該流路内の冷却液流れが屈曲するようにして形成されていることが好適である。このようにすることで、熱交換面積の増加や、乱流を生じさせることが可能となり、冷却効率の向上を図ることができる。例えば図４に示すように、導電リング３６Ａ〜３６Ｃの周方向に沿って蛇行するように、第２冷却液流路５６を形成してもよい。さらに、図５に示すように、第２冷却液流路５６内に突起を設けるようにしてもよい。
【００４２】
さらに、図６に示すように、第２冷却液流路５６は、複数流路に分岐されていてもよい。このようにすることで、熱交換面積が増加され、冷却効率の向上を図ることができる。
【００４３】
なお、導電リング３６Ａ〜３６Ｃ内部に第２冷却液流路５６を形成するために、導電リング３６Ａ〜３６Ｃを複数のパーツからなる分割体から構成してもよい。例えば図７に示すように、軸方向に分割された２つのパーツを重ね合わせることで導電リング３６Ａ〜３６Ｃを構成してもよい。分割体の対向面には第２冷却液流路５６が形成され、分割体を重ね合わせることで、第２冷却液流路５６が導電リング３６Ａ〜３６Ｃ内に収容される。
【００４４】
なお、２つの分割体を同径となるように形成すると、分割体を重ね合わせた際に、導電リング３６Ａ〜３６Ｃの側面に接合によるスリット６２が形成される。スリット６２が形成されることで、導電リング３６Ａ〜３６Ｃの側面に摺接する導電ブラシ３８との間で異常磨耗が生じるおそれがある。
【００４５】
そこで、図８に示すように、導電リング３６Ａ〜３６Ｃの各分割体の一方を、他方よりも大径として、一方が他方を覆う（一方を他方に被せる）ようにして両者を接合させてもよい。このようにすることで、導電リング３６Ａ〜３６Ｃの側面にスリットが形成されることを防止できる。
【００４６】
図２に戻り、接続管５４は、回転シャフト３０の分岐路５２と第２冷却液流路５６を繋ぐ。接続管５４は、例えば、第２冷却液流路５６の流入口５８及び流出口６０にそれぞれ接続されるように、導電リング３６Ａ〜３６Ｃごとに２個（一対）設けられている。
【００４７】
接続管５４は、回転シャフト３０の軸方向に沿って延設される。図３に示すように、接続管５４は、同じく回転シャフト３０の軸方向に沿って延設される、バスバー４２と一体に設けられていてよい。例えば、接続管５４をバスバー４２Ａ〜４２Ｃに埋設させる。このようにすることで、導電リング３６Ａ〜３６Ｃ周辺の構造を簡素化することができる。また、バスバー４２Ａ〜４２Ｃとは別の開口４４を導電リング３６Ａ〜３６Ｃに設ける手間を省くことができる。
【００４８】
また、上述したように、バスバー４２Ａ〜４２Ｃは、その末端部においてクランプに挟まれる。この挟み込みによって接続管５４がつぶれることを防ぐために、接続管５４は、バスバーの材料よりも高剛性の材料から形成されていることが好適である。例えば、バスバー４２Ａ〜４２Ｃの構成材料からなる管材と同径の管材を形成したときに、つぶれ剛性が相対的に高い材料を、接続管５４に用いることが好適である。また、電力供給路であるバスバー４２Ａ〜４２Ｃの導電性の低下を抑えるために、接続管５４は導電材料から構成されていることが好適である。例えば、接続管５４はつぶれ剛性が高い導電材料である鋼管材から構成される。
【００４９】
図２に戻り、上述したように、接続管５４は第２冷却液流路５６と回転シャフト３０の分岐路５２とを繋ぐ。これに当たり、回転シャフト３０を介した、各導電リング３６Ａ〜３６Ｃの相間導通を防ぐために、接続管５４の少なくとも一部を絶縁材料から構成することが好適である。例えば、バスバー４２から分岐路５２に延設される延設部６４を、樹脂材料などの、絶縁材料から構成するようにしてもよい。
【００５０】
本実施形態に係る冷却装置１０における冷却液の経路は、以下のようになる。送液ポンプ４８から送り出された冷却液は、第１冷却液流路５０に流入する。その後、冷却液は分岐路５２に流れ込み、延設部６４及び接続管５４を経由して第２冷却液流路５６に至る。これにより導電リング３６が冷却される。導電リング３６を流通した冷却液は、第２冷却液流路５６の流出口６０（図４参照）から接続管５４（分岐路５２とは接続されていない方の接続管）に流れ込み、最終的に回転シャフト３０の径方向外側に排出される。
【符号の説明】
【００５１】
１０  冷却装置、１２  駆動機構、１４  回転電機、２２  スリップリング、２４  回転電機子、３０  回転シャフト、３６Ａ-３６Ｃ  導電リング、３８  導電ブラシ、４２Ａ-４２Ｃ  バスバー、４４  開口、５０  第１冷却液流路、５２  分岐路、５４  接続管、５６  第２冷却液流路、６４  延設部。
【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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