(57)【要約】【課題】オイルシールにブラシの摩耗粉が付着することを抑制するとともに、オイルシールを効率よく冷却することができる回転電機を提供する。【解決手段】回転電機１００は、回転シャフト３と、インナーロータ１１と、導電性のスリップリング２１及び導電性のブラシ２２を有するスリップリング機構２と、筐体１と回転シャフト３との間に設けられるオイルシール６とを備え、筐体１は、スリップリング機構２の収容空間Ｓを区画する筒状壁２０ｂと、収容空間Ｓを第一領域Ｒ１と第二領域Ｒ２とに画定する環状隔壁２５とを備え、環状隔壁２５と回転シャフト３との間には、第一領域Ｒ１と第二領域Ｒ２とを連通する間隙２３を有し、環状隔壁２５は、冷却流体を第二領域Ｒ２から第一領域Ｒ１に排出する排出孔２５ａを間隙２３より径方向外側に有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体に回転可能に支持される回転シャフトと、
前記回転シャフトに取り付けられた回転子と、
前記回転子に電気的に接続されるとともに、前記回転シャフトに固定された導電性のスリップリング及び、前記スリップリングに押し付けられる導電性のブラシを有するスリップリング機構と、
前記筐体と前記回転シャフトとの間に設けられ、前記スリップリング機構の収容空間の内外を封止するシール部材と、
を備えた回転電機であって、
前記筐体は、
前記収容空間を区画する筒状壁と、
前記筒状壁の内周面から前記回転シャフトに向かって突出するとともに、前記収容空間を前記スリップリング機構が配置される第一領域と前記シール部材が配置される第二領域とに画定する環状隔壁と、を備え、
前記環状隔壁と前記回転シャフトとの間には、前記第一領域と前記第二領域とを連通し、前記スリップリング機構を冷却した冷却流体を前記シール部材に供給する間隙を有し、
前記環状隔壁は、前記第一領域と前記第二領域とを連通するとともに、前記シール部材に供給された冷却流体を前記第二領域から前記第一領域に排出する排出孔を前記間隙より径方向外側に有する回転電機。
【請求項２】
前記排出孔は、前記回転シャフトの軸方向において、前記シール部材に対向する位置に設けられる請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記環状隔壁の内径は、前記シール部材と前記回転シャフトとの摺動径より小さいことを特徴とする請求項１又は２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】
例えば、特許文献１の回転電機は、回転シャフトに支持されて回転可能に設けられる回転子を有し、この回転シャフトには、回転子に電気的に接続されるスリップリングが取り付けられる。また、スリップリングには、蓄電池等の外部電源と電気的に接続されるブラシが接触している。すなわち、回転電機の回転子は、スリップリング及びブラシを介して、外部電源と電気のやり取りを行う。
【０００３】
ここで、回転電機の筐体に位置を固定されたブラシに対してスリップリングは回転しつつ接触するので、ブラシがスリップリングと接触している箇所には摩擦による発熱が生じる。また、ブラシは、内部を流れる電流によっても発熱する。ブラシの温度が所定の温度以上に上昇すると、ブラシの耐摩耗性が低下して、ブラシの摩耗量が増加するため、その耐久性が著しく低下する。
従って、回転電機の駆動中にブラシが高温にならないように冷却する必要がある。
特許文献１では、内部に冷却風を流通させる送風用羽根を有する。送風用羽根によって送られた風によって、回転電機の内部に設けられたブラシは冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２０５８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ブラシは、回転するスリップリングに接触しているため、冷却されていたとしても、次第に摩耗する。ブラシの摩耗粉は、特許文献１の場合、オイルシール等のシール部材に付着するおそれがある。一方で、シール部材もブラシと同様に回転軸との摺動発熱により温度が上昇しやすく、効率よく冷却することが求められている。
【０００６】
この発明は、このような問題を解決するためになされ、回転電機内に設けられるシール部材にブラシの摩耗粉が付着することを抑制するとともに、シール部材を効率よく冷却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】
【０００７】
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、筐体に回転可能に支持される回転シャフトと、回転シャフトに取り付けられた回転子と、回転子に電気的に接続されるとともに、回転シャフトに固定された導電性のスリップリング及び、スリップリングに押し付けられる導電性のブラシを有するスリップリング機構と、筐体と回転シャフトとの間に設けられて、スリップリング機構の収容空間の内外を封止するシール部材とを備え、筐体は、収容空間を区画する筒状壁と、筒状壁の内周面から回転シャフトに向かって突出するとともに、収容空間をスリップリング機構が配置される第一領域とシール部材が配置される第二領域とに画定する環状隔壁とを備え、環状隔壁と回転シャフトとの間には、第一領域と第二領域とを連通し、スリップリング機構を冷却した冷却流体をシール部材に供給する間隙を有し、環状隔壁は、第一領域と第二領域とを連通するとともに、シール部材に供給された冷却流体を第二領域から第一領域に排出する排出孔を間隙より径方向外側に有する。
【０００８】
また、この発明に係る回転電機の環状隔壁の排出孔は、回転シャフトの軸方向において、オイルシールに対向する位置に設けられてもよい。
また、環状隔壁の内径は、シール部材と回転シャフトとの摺動径より小さくてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る回転電機によれば、環状隔壁が障害となってブラシの摩耗粉がシール部材に向かって移動することが妨げられる。また、ブラシの冷却流体は、ブラシを冷却した後、環状隔壁と回転シャフトとの間の間隙を介して、環状隔壁を迂回して第一領域から第二領域に流通し、環状隔壁に設けられる排出孔を介して第二領域から第一領域に流通する。よって、筐体と回転シャフトとの間に設けられるシール部材にブラシの摩耗粉が付着することを防止するとともに、シール部材を効率よく冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転電機の構成を模式的に示す断面側面図である。
【図２】図１に示す回転電機のエンドカバー及び送風装置の斜視図である。
【図３】図１に示す回転電機のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図であり、環状隔壁の形状を模式的に示す図である。
【図４】図４（ｉ）及び（ｉｉ）は、別の実施の形態に係る回転電機の環状隔壁の形状を模式的に示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。なお、この実施の形態における回転電機１００は、ハイブリッド車両に搭載されるダブルロータ型の回転電機であるものとする。
図１を参照すると、回転電機１００は、略円筒形状のモータハウジング１０と、モータハウジング１０の開口端部１０ａに取り付けられる筒状のモータカバー２０とを有している。モータカバー２０は、モータハウジング１０の開口端部１０ａに固定される円環形状部２０ａと、円環形状部２０ａの中央に形成される開口部２０ｃからモータハウジング１０の内部に向かって延長する略円筒形状の筒状壁２０ｂとを有する。また、モータカバー２０には、中央の開口部２０ｃを被覆するように略円環形状のエンドカバー３０が取り付けられている。
ここで、モータハウジング１０，モータカバー２０及びエンドカバー３０は筐体１を構成する。また、モータハウジング１０，モータカバー２０及びエンドカバー３０によって囲まれるとともに、筒状壁２０ｂによって区画される空間は、収容空間Ｓを構成する。
【００１２】
エンドカバー３０には、回転シャフト３が回転可能に支持される。回転シャフト３は、モータカバー２０の筒状壁２０ｂの径方向内側及びモータハウジング１０の径方向内側を、モータカバー２０の筒状壁２０ｂが延長する方向と平行に延長するように設けられている。また、回転シャフト３にはインナーロータ１１が一体回転可能に取り付けられる。インナーロータ１１は、モータカバー２０の筒状壁２０ｂの径方向外側に配置される。さらに、インナーロータ１１は、回転シャフト３に対して固定される第一コア１１ａと、第一コア１１ａの周方向に沿って設けられるとともに、第一コア１１ａに巻回される第一コイル１１ｂとを有する。また、インナーロータ１１の径方向外側にはアウターロータ１２が、インナーロータ１１に対して相対回転可能に設けられている。なお、アウターロータ１２は、図示しない車両の車軸に機械的に連結されている。また、アウターロータ１２の径方向外側には、ステータ１３がモータハウジング１０の径方向内側に固定されて取り付けられている。
ここで、インナーロータ１１は、回転子を構成する。
【００１３】
また、エンドカバー３０には、回転シャフト３の径方向外側において第一円弧状溝３４が形成され、さらに第一円弧状溝３４の径方向外側に隣接して、第二円弧状溝３５が形成される。第一円弧状溝３４及び第二円弧状溝３５は、それぞれ、冷却流体としての空気が流通する第一流路３８及び第二流路３９を構成する。さらに、図２に示すように、エンドカバー３０には、筐体１の外部に設けられる送風装置４０が接続される。送風装置４０は、エンドカバー３０の第一流路３８に連通している。
【００１４】
また、図１に示すように、エンドカバー３０の第一円弧状溝３４と第二円弧状溝３５との間には、モータカバー２０の筒状壁２０ｂの径方向内側の空間を回転シャフト３の軸方向に延長する略円筒形状のブラシ支持部材３２が設けられている。そして、ブラシ支持部材３２の径方向内側には、３枚の略円盤形状のベースプレート２４が、回転シャフト３の軸方向に並列して設けられる。各々のベースプレート２４には、導電性のブラシ２２が取り付けられている。ブラシ２２は、外部の図示しない蓄電池に電気的に接続される。ブラシ支持部材３２は、固定部材２６によってモータカバー２０に取り付けられている。詳細には、ブラシ支持部材３２は、固定部材２６によって後述する環状隔壁２５に取り付けられている。固定部材２６は、３枚のベースプレート２４を固定したブラシ支持部材３２を貫通して、回転シャフト３の軸方向に延びている。すなわち、ブラシ２２は、ベースプレート２４及びブラシ支持部材３２を介してモータカバー２０に固定されている。
なお、ブラシ支持部材３２の内周面と回転シャフト３との間の空間は、内側空間部Ａ１を構成する。また、ブラシ支持部材３２の外周面とモータカバー２０の筒状壁２０ｂの内周面との間の空間は、外側空間部Ａ２を構成する。
【００１５】
また、回転シャフト３の外周面には、絶縁体３ｄが設けられる。そして、回転シャフト３の絶縁体３ｄには、３枚のベースプレート２４に固定されたブラシ２２に各々対応する位置に３個の導電性のスリップリング２１が設けられる。ブラシ２２の各々はスリップリング２１の各々に接触している。詳細には、ベースプレート２４に設けられたばね部材等によりブラシ２２はスリップリング２１に対して押し付けられている。また、スリップリング２１の各々には、絶縁体３ｄの内部を回転シャフト３の軸方向に延びるバスバー２８が電気的に接続されている。そして、バスバー２８はインナーロータ１１の第一コイル１１ｂに電気的に接続される。すなわち、スリップリング２１は、バスバー２８を介して、回転子としてのインナーロータ１１に電気的に接続される。
なお、スリップリング２１及びブラシ２２は、スリップリング機構２を構成する。スリップリング機構２は、収容空間Ｓに収容されている。
【００１６】
外周面に絶縁体３ｄが設けられた回転シャフト３は、スリップリング２１が取り付けられる小径部３ａと、小径部３ａよりも径が大きく、インナーロータ１１が取り付けられる大径部３ｂとを有する。小径部３ａと大径部３ｂとの間には傾斜面３ｃが形成される。また、回転シャフト３の大径部３ｂとモータカバー２０の筒状壁２０ｂの内周面との間には、略円環形状のオイルシール６が取り付けられている。すなわち、オイルシール６は、スリップリング機構２を収容する収容空間Ｓの内外を封止している。ここで、収容空間Ｓの内側は、モータカバー２０の筒状壁２０ｂの内側に形成される空間である。また、収容空間Ｓの外側は、筐体１の内部かつモータカバー２０の筒状壁２０ｂの外側に形成される空間である。オイルシール６は、シリコーンゴムによって形成される。なお、オイルシール６の材料は、シリコーンゴムに限定されず、アクリルゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム等でも良い。
また、オイルシール６は、シール部材を構成する。さらに、オイルシール６と回転シャフト３の大径部３ｂとの接触部分の径の大きさを摺動径Ｄ１とする。
【００１７】
モータカバー２０の筒状壁２０ｂの内周面には、スリップリング機構２とオイルシール６との間に設けられる環状隔壁２５が、回転シャフト３に向かって突出して形成される。環状隔壁２５と回転シャフト３の大径部３ｂとの間には間隙２３が存在する。さらに、環状隔壁２５の内径Ｄ２は、オイルシール６と回転シャフト３の大径部３ｂとの摺動径Ｄ１よりも小さい。また、図３に示すように、環状隔壁２５には互いに等間隔に離間する３個の略真円形状の排出孔２５ａが貫通して形成されている。また、互いに隣り合う各々の排出孔２５ａ同士の間には、固定部材２６が貫通する固定孔２５ｂが設けられている。そして、図１及び３に示すように、環状隔壁２５の排出孔２５ａは、回転シャフト３の軸方向においてオイルシール６と対向する位置に形成される。また、排出孔２５ａは、間隙２３よりも径方向外側に位置している。
なお、間隙２３は、ブラシ２２の冷却風が環状隔壁２５を迂回して流通するための通風流路を構成する。
【００１８】
また、図１に示すように、収容空間Ｓには、環状隔壁２５に対してスリップリング機構２側に画定される領域、すなわち内側空間部Ａ１及び外側空間部Ａ２が、第一領域Ｒ１として構成される。すなわち、第一領域Ｒ１にはスリップリング機構２が配置されている。またさらに、筐体１の内部空間Ｓには、環状隔壁２５に対してオイルシール６側に画定される第二領域Ｒ２が構成される。ここで、第二領域Ｒ２は、環状隔壁２５と回転シャフト３の傾斜面３ｃ及びオイルシール６との間の空間である。すなわち、第二領域Ｒ２には、オイルシール３０が配置される。従って、環状隔壁２５は、第一領域Ｒ１と第二領域Ｒ２とを画定している。また、第一領域Ｒ１と第二領域Ｒ２とは、間隙２３及び排出孔２５ａを介して連通している。
【００１９】
次に、図１を参照して、回転電機１００の動作について説明する。なお、回転電機１００が発電を行わずに車輪を駆動している状態の時の車両の走行をＥＶモード走行という。また、回転電機が発電を行うと同時に車輪を駆動している状態の時の車両の走行をＲＥ（ｒａｎｇｅ  ｅｘｔｅｎｄ）モード走行という。
まず、車両がＥＶモード走行を行う時は、図示しない蓄電池からステータ１３に三相交流電流が流れる。これによって、ステータ１３とアウターロータ１２との間に回転磁界が発生する。そして、この回転磁界により、アウターロータ１２は回転運動を開始し、車両の車軸を駆動する。なお、この時、インナーロータ１１の第一コイル１１ｂにも、スリップリング２１及びブラシ２２を介して三相交流電流を流し、インナーロータ１１とアウターロータ１２との間に回転磁界を発生させてもよい。
また、車両がＲＥモード走行を行う時は、蓄電池からステータ１３に三相交流電流が供給されるとともに、アウターロータ１２と対向して回転するインナーロータ１１の第一コイル１１ｂには誘導電流が発生する。そして、第一コイル１１ｂに発生した電力は、スリップリング２１及びブラシ２２を介して蓄電池に蓄えられる。
【００２０】
次に、図１を参照して、筐体１の内部の空間における冷却風、すなわちブラシ２２の冷却流体の流通経路について説明する。なお、この実施の形態において、ブラシ２２の冷却流体は空気である。
送風装置４０から送風された冷却風は、矢印Ｗ１に示すように、エンドカバー３０に形成された第一流路３８に流入し、内側空間部Ａ１を流通する。内側空間部Ａ１において、冷却風は、ベースプレート２４と回転シャフト３の小径部３ａとの間の隙間２４ａを通過するとともに、スリップリング２１及びブラシ２２を冷却する（矢印Ｗ２）。そして次に、冷却風は、間隙２３を通過することによって環状隔壁２５を迂回して第二領域Ｒ２に流入し（矢印Ｗ３）、オイルシール６に供給され、オイルシール６を冷却する。さらに、冷却風はオイルシール６を冷却した後、排出孔２５ａを通過して、第一領域Ｒ１の外側空間部Ａ２に流入する（矢印Ｗ４）。すなわち、排出孔２５ａは、第二領域Ｒ２を流通する冷却風の流通経路の一部を構成しており、冷却風は排出孔２５ａを介して第一領域Ｒ１から第二領域Ｒ２に排出される。そして、冷却風は外側空間部Ａ２から、エンドカバー３０の第二流路３９を介して回転電機１００の外部へと流出する（矢印Ｗ５）。
【００２１】
以上より、この実施の形態に係る回転電機１００では、スリップリング機構２とオイルシール６との間に環状隔壁２５が設けられていることにより、ブラシ２２の摩耗粉がオイルシール６に直接吹き付けられて付着する事態が抑制される。すなわち、ブラシ２２の摩耗粉は冷却風によって吹き飛ばされた場合も、重力の作用によって落下するように移動する。ここで、環状隔壁２５は下方に落下する摩耗粉の移動経路をオイルシール６に対して遮断している。また、これに加え、環状隔壁２５に排出孔２５ａが形成されることにより、第二領域Ｒ２では、間隙２３と排出孔２５ａとの間に空気の流れが出来やすくなる。従って、第一領域Ｒ１を流通する冷却風は、間隙２３を介し環状隔壁２５を迂回して第二領域Ｒ２に流入した後、排出孔２５ａを介して再び第一領域Ｒ１に流出していく。そのため、オイルシール６の近傍には冷却風が流れやすくなり、オイルシール６を効率よく冷却することができる。このように、温度が上昇しやすい環境に設けられているオイルシール６を冷却することにより、オイルシール６の耐久性を向上させ、寿命を長くすることができる。
【００２２】
また、排出孔２５ａは、回転シャフト３の軸方向において、オイルシール６に対向する位置に設けられているため、排出孔２５ａを介して第二領域Ｒ２から第一領域Ｒ１に流出していく冷却風が、よりオイルシール６に当たりやすくなり、オイルシール６の冷却効率がより向上する。
また、回転電機１００の製造過程で、オイルシール６を回転電機１００に組み付ける際、第一領域Ｒ１側から排出孔２５ａを通して作業者がオイルシール６を視認することができ、組み付け作業の効率を向上させることもできる。
さらに、排出孔２５ａは、回転シャフト３の軸方向においてオイルシール６に対向するとともに、径方向においては同じ位置に設けられている。そのため、経年劣化のためにオイルシール６からオイルが漏出するようになった場合、図１の一点鎖線の矢印Ｆに示すように、オイルシール６から漏出したオイルは、回転シャフト３の下方に位置する排出孔２５ａを通って第一領域Ｒ１側に流出しやすい。そして、第一領域Ｒ１側に流出したオイルはモータカバー２０の筒状壁２０ｂの内周面を伝わって、重力に従い流れ落ち、スリップリング２１及びブラシ２２には付着せずに回転電機１００の外部へと排出される。
【００２３】
さらにまた、環状隔壁２５の内径Ｄ２が、オイルシール６と回転シャフト３の摺動径Ｄ１よりも小さいことにより、環状隔壁２５がブラシ２２の摩耗粉の移動経路の障害となり、ブラシ２２の摩耗粉のオイルシール６への付着がより効果的に抑制される。
【００２４】
また、オイルシール６は回転シャフト３の大径部３ｂの径方向外側に取り付けられており、スリップリング２１は回転シャフト３の小径部３ａに設けられる。従って、オイルシール６の径方向位置は、スリップリング２１の径方向位置よりも外側となる。よって、スリップリング２１とオイルシール６との間に段差が存在することにより、オイルシール６から排出孔２５ａを通って第一領域Ｒ１側に流出したオイルがスリップリング２１に付着することをより確実に防止する。
【００２５】
なお、排出孔の形状は、この実施の形態の排出孔２５ａのような真円形状の開口に限定されず、図４（ｉ）に示すように、環状隔壁２５と同様の形状の環状隔壁１２５に細長形状の開口である排出孔１２５ａが形成されていてもよい。具体的には、排出孔１２５ａは、径方向外側の縁部１２５ｂと径方向内側の縁部１２５ｃとを有し、縁部１２５ｂ，１２５ｃは、互いに回転シャフト３の回転中心を中心とする同心円の一部をなす。従って、径方向外側の縁部１２５ｂと径方向内側の縁部１２５ｃとに挟まれる部分は、オイルシール６の形状に沿って延びる円弧状の帯状部１２５ｄを形成している。そして、帯状部１２５ｄの両端に半円形状部分１２５ｅが付加されることにより、排出孔１２５ａが形成される。このように、環状隔壁１２５に幅の広い細長形状の排出孔１２５ａを形成することにより、第二領域Ｒ２を流通する冷却風の流量を増やすことができ、より効率よくオイルシール６を冷却することができる。
【００２６】
また、図４（ｉｉ）に示すように、環状隔壁２５と同様の形状の環状隔壁２２５において、３個の固定孔２５ｂ同士の間に各々３個ずつの排出孔２２５ａが、合計９個形成されてもよい。また、排出孔２２５ａの径は固定孔２５ｂの径よりも小さく形成されているが、９個の排出孔２２５ａの合計面積は、３個の排出孔２５ａの合計面積よりも大きい。従って、このように排出孔の数を増やすことによっても、第二領域Ｒ２を流通する冷却風の流量をより増やすことができ、オイルシール６の冷却効率を向上させることができる。なお、環状隔壁に形成される排出孔の数は、３個又は９個に限定されず、何個でもよい。
また、シール部材は、オイルシール６に限定されず、メカニカルシール、リップシール等でもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１  筐体、２  スリップリング機構、３  回転シャフト、６  オイルシール（シール部材）、１０  モータハウジング（筐体）、１１  インナーロータ（回転子）、２０  モータカバー（筐体）、２０ｂ  筒状壁、２１  スリップリング、２２  ブラシ、２３  間隙、２５  環状隔壁、２５ａ  排出孔、３０  エンドカバー（筐体）、１００  回転電機、Ｄ１  摺動径、Ｄ２  環状隔壁の内径、Ｒ１  第一領域、Ｒ２  第二領域、Ｓ  収容空間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2016100959.tif 000005
【図４】
2016100959.tif 000006