(57)【要約】【課題】冷却用液体の特性及び温度に依らずにスリップリングとブラシとの間の電気的導通の不良を抑制するスリップリング装置を提供する。【解決手段】スリップリング装置３０は、軸線周りに回転可能な導電性のスリップリング３１と、スリップリング３１に接触して設けられる導電性のブラシ３２と、スリップリング３１及びブラシ３２を収容する第一収容空間４を含み且つ第一収容空間４内に潤滑油５０を含むカバー２及び３と、潤滑油５０の温度を検出する温度センサ４０と、スリップリング３１の回転速度を検出する回転センサ４１と、ブラシ３２への通電を制御するＥＣＵ６１とを備える。ＥＣＵ６１は、潤滑油５０の温度が所定温度未満の場合、潤滑油５０の温度に対応するスリップリング３１の上限回転速度を設定し、上記上限回転速度に基づきスリップリング３１の回転を制御する。【選択図】図１
2016185038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線周りに回転可能な導電性のスリップリングと、
前記スリップリングに接触して設けられる導電性のブラシと、
前記スリップリング及び前記ブラシを収容する収容空間を含み且つ前記収容空間内に冷却用液体を含むケースと、
前記冷却用液体の温度を検出する温度検出部と、
前記スリップリングの回転速度を検出する回転速度検出部と、
前記ブラシへの通電を制御し且つ前記温度検出部及び前記回転速度検出部から検出情報を受け取るように構成された制御部と
を備えるスリップリング装置であって、
前記制御部は、前記冷却用液体の温度が所定温度未満の場合、前記冷却用液体の温度に対応する前記スリップリングの上限回転速度を設定し、前記上限回転速度に基づき前記スリップリングの回転を制御するスリップリング装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記冷却用液体の温度が前記所定温度未満の場合、前記冷却用液体の温度変化に追従するように前記上限回転速度を変化させ、変化させた前記上限回転速度に基づき前記スリップリングの回転を制御する請求項１に記載のスリップリング装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記冷却用液体の温度が前記所定温度よりも低い通電停止温度未満の場合、前記ブラシに通電しない請求項１または２に記載のスリップリング装置。
【請求項４】
前記冷却用液体を加熱する加熱装置を備える請求項１〜３のいずれか一項に記載のスリップリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スリップリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機が備えるスリップリング装置では、回転電機の回転シャフトと共に回転するスリップリングに、回転電機の外部のインバータ、バッテリ等の電気機器と電気的に接続されたブラシを接触させることによって、電気機器との間で電力の需給が行われる。ブラシは、電流が流れることによって発熱するほか、回転するスリップリングに対して押圧された状態で摺動するため、摩擦によっても発熱する。しかしながら、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急激に大きく低下し、ブラシの摩耗量が劇的に増加する。そのため、ブラシの耐久性が著しく低下する。
このため、ブラシを冷却するために、空気よりも優れた冷却性能を有する液体を用いた技術が提案されている。しかしながら、ブラシとスリップリングとの接触部に冷却用の液体が浸入して、接触部において液膜が形成されると、ブラシとスリップリングとの間の電気的導通が不良になる。そのため、この電気的導通の不良を抑える技術も提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１に記載される回転電機としての複合モータのスリップリング装置では、収容ケースの密閉された収容室内に、スリップリング及びブラシが配置されており、収容室内にはフッ素系液体が封入されている。フッ素系液体は、スリップリングと共に回転する回転軸がその中心軸位置まで浸かる程度の量で封入されている。フッ素系液体は、空気と比較して大きい熱伝導率、比熱及び密度を有し、優れた熱伝達性能を有するため、スリップリング及びブラシを効果的に冷却することができる。さらに、フッ素系液体は、鉱物油系オイルよりも劣る境界潤滑性を有するため、スリップリングとブラシとの接触部に入り込んでも接触部において液膜を形成せず、スリップリングとブラシとの間の電気的導通を維持する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
特許文献１のスリップリング装置では、スリップリングとブラシとの間の電気的導通の維持をフッ素系液体の特性に依存しているため、冷却用液体の代替が利かないという問題がある。そして、スリップリング装置の冷却用液体としてフッ素系液体の代わりに鉱物油系オイルを用いる場合が考えられる。鉱物油系オイルの粘度は、温度による変化が大きく、低温時に比較的高くなる。従って、特に鉱物油系オイルの粘度が高くなる低温時に、ブラシとスリップリングとの接触部に油膜が形成されやすいという問題もある。
【０００６】
本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、冷却用液体の特性及び温度に依らずにスリップリングとブラシとの間の電気的導通の不良を抑制するスリップリング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】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係るスリップリング装置は、軸線周りに回転可能な導電性のスリップリングと、スリップリングに接触して設けられる導電性のブラシと、スリップリング及びブラシを収容する収容空間を含み且つ収容空間内に冷却用液体を含むケースと、冷却用液体の温度を検出する温度検出部と、スリップリングの回転速度を検出する回転速度検出部と、ブラシへの通電を制御し且つ温度検出部及び回転速度検出部から検出情報を受け取るように構成された制御部とを備えるスリップリング装置であって、制御部は、冷却用液体の温度が所定温度未満の場合、冷却用液体の温度に対応するスリップリングの上限回転速度を設定し、上記上限回転速度に基づきスリップリングの回転を制御する。
【０００８】
制御部は、冷却用液体の温度が上記所定温度未満の場合、冷却用液体の温度変化に追従するように上記上限回転速度を変化させ、変化させた上限回転速度に基づきスリップリングの回転を制御してよい。
制御部は、冷却用液体の温度が上記所定温度よりも低い通電停止温度未満の場合、ブラシに通電しなくてよい。
上記スリップリング装置は、冷却用液体を加熱する加熱装置を備えてよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るスリップリング装置によれば、冷却用液体の特性及び温度に依らずにスリップリングとブラシとの間の電気的導通の不良を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係るスリップリング装置を備えた回転電機の断面側面図である。
【図２】図１のＥＣＵによる回転電機の制御に用いるスリップリングの回転数と潤滑油の温度との関係の一例を示す図である。
【図３】図１のＥＣＵによる回転電機の制御に用いるスリップリングの回転数と潤滑油の温度との関係の別の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本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。
まず、本発明の実施の形態に係るスリップリング装置３０及びその周辺の構成を説明する。
図１を参照すると、スリップリング装置３０を備えた回転電機１００の構成が示されている。なお、以下の実施の形態では、回転電機１００は、ディーゼルエンジン又はガソリンエンジンと回転電機１００とを動力源とするハイブリッド自動車に搭載されるものとして説明する。
回転電機１００は、その金属製の筐体として、モータケース１とモータカバー２とエンドカバー３とを備えている。モータカバー２は、略円筒状のモータケース１の開口端部１ａを塞ぐように配設されている。エンドカバー３は、一部が筒状であるモータカバー２の開口端部を塞ぐように配設されている。
【００１２】
モータカバー２は、モータケース１の開口端部１ａに固定される板状のフランジ部２ａと、フランジ部２ａの中央付近の開口部からモータケース１内に向かって延在する円筒状の筒部２ｂと、筒部２ｂと反対側でフランジ部２ａから突出する環状の突出縁部２ｃとを含む。突出縁部２ｃにエンドカバー３が取り付けられる。
【００１３】
エンドカバー３、筒部２ｂ及び突出縁部２ｃの内側には、スリップリング装置３０のスリップリング３１、ブラシ３２等を収容する第一収容空間４が形成される。モータケース１及びモータカバー２の内側且つ筒部２ｂの外側に、回転電機１００の内側ロータ２１、外側ロータ２２及びステータ２３を収容する第二収容空間５が形成される。ここで、エンドカバー３及びモータカバー２は、ケースを構成している。
なお、回転電機１００において、円筒状の外側ロータ２２は、円筒状の内側ロータ２１の外周を囲むように配設され、円筒状のステータ２３は、外側ロータ２２の外周を囲むように配設されている。さらに、内側ロータ２１及び外側ロータ２２は、同軸上で互いに相対的に回転できるように構成されている。ステータ２３は、モータケース１に固定されている。
【００１４】
第一収容空間４から第二収容空間５にわたって筒部２ｂの円筒軸方向に沿って延在する回転電機１００の回転シャフト６が、設けられている。
さらに、第二収容空間５内に延びる回転シャフト６の端部６ａには、内側ロータ２１の内側ロータ支持部材２１ｃが、回転シャフト６と一体に回転するように連結されている。内側ロータ支持部材２１ｃは、回転シャフト６と同軸上に配置されている。
【００１５】
内側ロータ支持部材２１ｃは、回転シャフト６の端部６ａから回転シャフト６と同軸に突出する円筒状の入力軸受入部２１ｃａと、筒部２ｂを外側から囲むように延在する円筒状の内側ロータ支持部２１ｃｃと、入力軸受入部２１ｃａの径方向に延在して入力軸受入部２１ｃａを内側ロータ支持部２１ｃｃに連結する連結部２１ｃｂとが一体成形された構成を有している。
入力軸２０が、入力軸受入部２１ｃａの内周面に、入力軸受入部２１ｃａと一体に回転し且つ互いに回転駆動力を伝達できるように嵌合されている。入力軸２０は、回転電機１００を搭載するハイブリッド自動車のエンジンに、互いに回転駆動力を伝達できるように機械的に接続されている。
内側ロータ支持部２１ｃｃは、その外周に設けられる内側ロータ２１の円筒状の内側ロータコア２１ｂを支持する。内側ロータ支持部２１ｃｃと内側ロータコア２１ｂとは、一体に回転する。内側ロータコア２１ｂは、周方向に沿って配置された三相巻線２１ａを含む。
【００１６】
また、内側ロータ支持部２１ｃｃの端部は、その外周側に設けられたベアリング２４を介してフランジ部２ａによって回転自在に支持されている。
そして、三相巻線２１ａ、内側ロータコア２１ｂ及び内側ロータ支持部材２１ｃは、内側ロータ２１を構成している。
【００１７】
また、第二収容空間５内において、内側ロータコア２１ｂの径方向外側の外周面を囲むようにして外側ロータ２２の円筒状の外側ロータコア２２ｂが設けられている。外側ロータコア２２ｂは、その内部に、周方向に沿って配置された永久磁石２２ａを有している。
【００１８】
外側ロータコア２２ｂは、その円筒軸方向の両側から外側ロータコア２２ｂを挟むように設けられた第一外側ロータ支持部材２２ｃ及び第二外側ロータ支持部材２２ｄによって支持されている。第二外側ロータ支持部材２２ｄは、外側ロータコア２２ｂに対してフランジ部２ａ側に位置し、円筒状の形状を有している。第一外側ロータ支持部材２２ｃは、外側ロータコア２２ｂに対して第二外側ロータ支持部材２２ｄと反対側に位置し、有底円筒状の形状を有している。
【００１９】
第一外側ロータ支持部材２２ｃは、入力軸受入部２１ｃａと同方向に且つ同軸上に延びる円筒状の出力軸部２２ｃａと、外側ロータコア２２ｂに一体に回転するように連結される円筒状の周壁部２２ｃｃと、出力軸部２２ｃａから周壁部２２ｃｃにまで回転シャフト６の径方向に延在する円環板状の底壁部２２ｃｂとを一体成形によって含んでいる。
出力軸部２２ｃａは、その内周側に設けられたベアリング２５を介して、入力軸受入部２１ｃａの外周面によって回転自在に支持されている。さらに、出力軸部２２ｃａ内を入力軸２０が通る。
【００２０】
第二外側ロータ支持部材２２ｄは、円筒軸方向の一方の端部において外側ロータコア２２ｂに一体に回転するように連結されている。第二外側ロータ支持部材２２ｄにおける他方の端部は、その外周側に設けられたベアリング２６を介してフランジ部２ａによって回転自在に支持されている。
【００２１】
よって、外側ロータコア２２ｂと第一外側ロータ支持部材２２ｃ及び第二外側ロータ支持部材２２ｄとは一体となって、入力軸受入部２１ｃａに対して、つまり、回転シャフト６及び内側ロータ２１に対して相対回転することができる。第一外側ロータ支持部材２２ｃの出力軸部２２ｃａは、回転電機１００を搭載するハイブリッド自動車を走行させるための駆動部に、互いに回転駆動力を伝達できるように機械的に接続されている。
そして、永久磁石２２ａ、外側ロータコア２２ｂ、第一外側ロータ支持部材２２ｃ及び第二外側ロータ支持部材２２ｄは、外側ロータ２２を構成している。
【００２２】
また、第二収容空間５内では、外側ロータコア２２ｂの外周を囲むようにして円筒状のステータ２３が設けられている。ステータ２３は、モータケース１に固定されている。さらに、ステータ２３は、その内部に、周方向に沿って配置された三相巻線２３ａを含んでいる。ステータ２３の三相巻線２３ａは、回転電機１００の外部に設けられたインバータ６２に電気的に接続されている。インバータ６２は、バッテリ６３に電気的に接続されている。インバータ６２は、バッテリ６３から供給された直流電力を交流電力に変換して三相巻線２３ａ等に供給すること、及び、三相巻線２３ａ等から供給された交流電力を直流電力に変換してバッテリ６３に供給することができる。インバータ６２の動作は、制御部であるＥＣＵ６１によって制御される。ＥＣＵ６１は、ハイブリッド自動車の図示しないエンジンの動作も制御する。
【００２３】
また、第一収容空間４内において、回転シャフト６の周囲は、樹脂等から形成され且つ電気的な絶縁性を有する絶縁部材３３によって覆われている。さらに、第一収容空間４内において、円筒状の絶縁部材３３の周りに、３つの輪状のスリップリング３１が埋め込まれている。３つのスリップリング３１は、同形状であり、回転シャフト６の軸方向に沿って互いに等間隔をあけて一列に並べて配置されている。各スリップリング３１は、回転シャフト６と同軸上に配置されている。さらに、各スリップリング３１は、導電性を有する材料から形成されている。また、各スリップリング３１は、その径方向外側の外周面を絶縁部材３３から露出させている。
【００２４】
また、絶縁部材３３の内部には、導電性を有する材料から形成された３つの内部バスバー３４が、回転シャフト６の軸方向に沿って延在するように埋め込まれている。３つの内部バスバー３４はそれぞれ、絶縁部材３３によって互いに電気的に絶縁されると共に、回転シャフト６から電気的に絶縁されている。３つの内部バスバー３４はそれぞれ、３つのスリップリング３１のうちの互いに異なる１つに電気的に接続されると共に、内側ロータ２１の三相巻線２１ａのうちの互いに異なる１つの相の巻線に電気的に接続されている。
そして、３つのスリップリング３１は、絶縁部材３３によって、互いに電気的に絶縁されている。また、３つのスリップリング３１は、絶縁部材３３によって、電気的に接続されていない内部バスバー３４から電気的に絶縁されると共に、回転シャフト６から電気的に絶縁されている。
【００２５】
第一収容空間４内において、３つのスリップリング３１の径方向外側の外周面にはそれぞれ、導電性を有する材料から形成された３つの柱状のブラシ３２が接触するようにして配設されている。３つのブラシ３２は、１つのスリップリング３１に対して周方向に沿って等間隔に、つまり、互いに１２０°の中心角を形成するように配置されている。各ブラシ３２は、図示しないバネ等の付勢部材によってスリップリング３１に押し付けられている。
【００２６】
第一収容空間４内において、スリップリング３１のそれぞれに対して、スリップリング３１の径方向に沿って延在する円板状のホルダプレート３５が配設されている。さらに、第一収容空間４内では、円筒状の保持部材３７が配設されている。保持部材３７は、エンドカバー３から回転シャフト６の軸方向に沿って回転シャフト６を囲むように延在している。３つのホルダプレート３５は、保持部材３７の内側で互いに間隔をあけて配置されている。
各スリップリング３１に接触する３つのブラシ３２はそれぞれ、ホルダプレート３５上に配設された３つの筒状のブラシホルダ３６によって、スリップリング３１に接近する方向及び離れる方向に摺動可能に保持されている。
【００２７】
各ホルダプレート３５は、導電性を有する材料から形成されている。各ホルダプレート３５には、外部バスバー３８が一体成形によって形成されている。各外部バスバー３８は、保持部材３７を貫通して保持部材３７の外側に延出している。３つの延出した外部バスバー３８は、インバータ６２に電気的に接続されている。また、各ホルダプレート３５は、保持している各ブラシ３２と電気的に接続されており、これにより、各ブラシ３２は、インバータ６２に電気的に接続される。
【００２８】
また、エンドカバー３を貫通する流入口３ａ及び流出口３ｂが形成されており、第一収容空間４に連通している。流入口３ａは、保持部材３７の径方向内側で開口している。流出口３ｂは、保持部材３７の径方向外側で開口している。これにより、第一収容空間４内では、流入口３ａを入口とし且つ流出口３ｂを出口とした保持部材３７の内外を通る往復流路が形成される。なお、回転電機１００は、図１に示すように、重力方向で流入口３ａが下方に位置し、流出口３ｂが上方に位置するように、設置される。
【００２９】
流入口３ａには、回転電機１００の外部に設けられた熱交換器５３の出口から延びる第一流路５１が連通している。流出口３ｂには、熱交換器５３の入口に延びる第二流路５２が連通している。第一流路５１及び第二流路５２は、熱交換器５３を介して互いに連通する。さらに、第二流路５２の途中には、ポンプ５４が設けられている。ポンプ５４は、第二流路５２から第一流路５１に向かう方向に液体を圧送する。ポンプ５４は、ＥＣＵ６１によって動作の制御を受ける。なお、熱交換器５３は、熱交換器５３内を第二流路５２から第一流路５１へと流れる液体を冷却するものである。熱交換器５３は、第二流路５２から第一流路５１へと流れる液体と外部の空気とを熱交換する空冷式の熱交換器であってもよく、第二流路５２から第一流路５１へと流れる液体と内部を流れる別の液体とを熱交換する液冷式の熱交換器であってもよい。
【００３０】
第一収容空間４の全体、並びに流路５１及び５２の全体は、冷却用液体である潤滑油５０で満たされている。潤滑油５０は、冷却用液体としてだけでなく、回転シャフト６の周囲等の摺動部分に対する潤滑作用も奏する。
【００３１】
また、抵抗発熱型のヒータコイル３９が、第一収容空間４内の潤滑油５０を加熱できるように、エンドカバー３上に配設されている。ヒータコイル３９は、第一収容空間４内における保持部材３７の内側の流入口３ａ近傍位置に配置されている。従って、ヒータコイル３９は、流入口３ａ近傍からブラシ３２に流れる前の状態の潤滑油５０を加熱する。ヒータコイル３９は、インバータ６２に電気的に接続されている。通電によるヒータコイル３９の加熱動作は、ＥＣＵ６１がインバータ６２を制御することによって行われる。インバータ６２は、ヒータコイル３９、ステータ２３の三相巻線２３ａ及びブラシ３２への通電を個別に制御できるように構成されている。ここで、ヒータコイル３９は加熱装置を構成している。
【００３２】
また、温度センサ４０が、保持部材３７に配設されている。温度センサ４０は、潤滑油５０の温度を検知し、その検知結果をＥＣＵ６１に送るように構成されている。以下の実施の形態では、温度センサ４０は、保持部材３７におけるエンドカバー３と反対側の端部付近に配置されている。これにより、温度センサ４０は、ヒータコイル３９から最も遠いホルダプレート３５上のブラシ３２の近傍の潤滑油５０の温度を検知する。ここで、温度センサ４０は温度検出部を構成している。
【００３３】
エンドカバー３には、回転センサ４１が埋め込まれている。回転センサ４１は、回転シャフト６の周囲を囲むように配置され、回転シャフト６の回転数を検知する。そして、回転センサ４１は、検知した回転数情報をＥＣＵ６１に送るように構成されている。ここで、回転センサ４１は回転速度検出部を構成している。
【００３４】
次に、本発明の実施の形態に係るスリップリング装置３０及びその周辺の動作を説明する。
図１を参照すると、回転電機１００において、内側ロータ２１の三相巻線２１ａに通電していない状態で、内側ロータ２１と外側ロータ２２との間に回転速度差が発生すると、相対的に回転する永久磁石２２ａが発生する磁界の作用によって、内側ロータ２１の三相巻線２１ａに三相交流電流である誘導電流が発生する。発生した誘導電流は、スリップリング装置３０の内部バスバー３４、スリップリング３１、ブラシ３２及び外部バスバー３８を介して、インバータ６２に送られる。ＥＣＵ６１は、インバータ６２を制御して、誘導電流を直流電流に変換し、バッテリ６３に蓄電する。一方、ＥＣＵ６１が、インバータ６２を制御して、バッテリ６３の直流電力を三相交流電力に変換して、スリップリング装置３０を介して内側ロータ２１の三相巻線２１ａに供給すると、三相巻線２１ａを流れる交流電流が発生する磁界が永久磁石２２ａに作用することによって、内側ロータ２１と外側ロータ２２との間に回転トルクが発生する。
【００３５】
また、ＥＣＵ６１が、インバータ６２を制御して、バッテリ６３の直流電力を三相交流電力に変換しステータ２３の三相巻線２３ａに供給すると、三相巻線２３ａを流れる交流電流が発生する磁界が永久磁石２２ａに作用することによって、外側ロータ２２に回転トルクが与えられる。一方、内側ロータ２１からの回転トルクを受けて外側ロータ２２が回転すると、相対的に回転する永久磁石２２ａが発生する磁界の作用によって、ステータ２３の三相巻線２３ａに誘導電流が発生し、インバータ６２に送られる。ＥＣＵ６１は、インバータ６２を制御して、誘導電流を直流電流に変換し、バッテリ６３に蓄電する。
【００３６】
回転電機１００を搭載するハイブリッド自動車は、回転電機１００による出力軸部２２ｃａへの回転駆動力つまりトルクによって走行する。
【００３７】
図１及び図２をあわせて参照すると、スリップリング装置３０のブラシ３２への通電を実施する場合、ＥＣＵ６１は、温度センサ４０から取得する潤滑油５０の温度情報と回転センサ４１から取得する回転シャフト６の回転数情報とに基づき、ヒータコイル３９及びポンプ５４の動作とブラシ３２への通電とを制御する。
【００３８】
ＥＣＵ６１は、図２に示される折れ線Ｌｐをマップとして記憶しており、このマップを用いて制御を実施する。図２では、横軸に潤滑油５０の温度をとり、縦軸にスリップリング３１の回転数をとっている。折れ線Ｌｐは、潤滑油５０の温度と、潤滑油５０の温度に対するスリップリング３１の上限回転数との関係を段階的に設定したものを示している。上限回転数Ｒｎは、潤滑油５０の温度が設定温度Ｔｎのときに、ブラシ３２とスリップリング３１との間に潤滑油５０が油膜を形成して電気的導通の不良を引き起こさないような上限回転数である。なお、潤滑油５０の温度が設定温度Ｔｎのときにスリップリング３１が上限回転数Ｒｎを超える回転数で回転すると、スリップリング３１とブラシ３２との間に侵入した潤滑油５０が、油膜を形成する。形成された油膜は、スリップリング３１とブラシ３２との間の電気的導通を遮断する。このため、ブラシ３２に通電している場合、ブラシ３２とスリップリング３１との間に通電不良が発生するほか、アーク放電が発生し、ブラシ３２の摩耗が促進する。
【００３９】
スリップリング３１と共に回転シャフト６が回転停止している状態で、ブラシ３２への通電の必要があるとき、ＥＣＵ６１は、温度センサ４０から取得する潤滑油５０の温度が予め設定した下限温度Ｔ１よりも低い場合、ブラシ３２への通電を直ぐに行わず、まずヒータコイル３９に通電する。このとき、ＥＣＵ６１は、ポンプ５４を停止している。
なお、潤滑油５０の温度が第一下限温度Ｔ１未満の低い温度にあるとき、潤滑油５０の粘度が非常に高い。このように粘度の高い潤滑油５０は、回転するスリップリング３１とブラシ３２との間に侵入すると、この間に油膜を形成し、ブラシ３２とスリップリング３１との間の通電不良を引き起こす可能性が非常に高い。
このため、本実施形態では、ＥＣＵ６１に対して、潤滑油５０の温度が第一下限温度Ｔ１未満の場合、どのような回転数であってもスリップリング３１が回転していれば、ブラシ３２に通電しないように設定している。ここで、第一下限温度Ｔ１は、通電停止温度を構成している。
【００４０】
通電されたヒータコイル３９の発熱により、ヒータコイル３９周辺の潤滑油５０は昇温する。これにより、第一収容空間４内では、流入口３ａ近傍の潤滑油５０と流出口３ｂ近傍の潤滑油５０との間で、温度差が発生する。さらに、昇温された潤滑油５０は、第一収容空間４内で重力方向の上方に向かって移動する。よって、第一収容空間４内では、保持部材３７の内側から外側に向かう潤滑油５０の自然対流、つまり、流入口３ａから流出口３ｂに向かう潤滑油５０の自然対流が生じる。これにより、各ブラシ３２の周囲の潤滑油５０の温度が上昇する。
【００４１】
さらに、ポンプ５４が停止されているため、第一流路５１及び第二流路５２では、潤滑油５０は滞留し、熱交換器５３で熱交換を行って冷却された潤滑油５０が第一収容空間４内に流入しない。よって、ヒータコイル３９による加熱の影響を受ける潤滑油５０は、実質的に第一収容空間４内の潤滑油５０に限られ、その熱容量を第一流路５１及び第二流路５２の容積分だけ低減するため、潤滑油５０は昇温しやすくなる。
【００４２】
温度センサ４０による潤滑油５０の温度が第一下限温度Ｔ１になると、ＥＣＵ６１は、ヒータコイル３９の通電を停止し、ブラシ３２への通電を実施する。このとき、ＥＣＵ６１は、回転シャフト６及びスリップリング３１の回転数に、第一上限回転数Ｒ１を設定する。そして、ＥＣＵ６１は、スリップリング３１の回転数が上限回転数Ｒ１以下となるように、ブラシ３２への供給電力を制御する。
なお、この第一上限回転数Ｒ１は、潤滑油５０が下限温度Ｔ１の状態でスリップリング３１を回転させたときに、ブラシ３２とスリップリング３１との間に通電不良及びアーク放電が発生しないようなスリップリング３１の回転数である。
【００４３】
そして、ＥＣＵ６１は、潤滑油５０の温度が第一下限温度Ｔ１以上第二下限温度Ｔ２未満のとき、スリップリング３１の回転数が第一上限回転数Ｒ１以下となるように制御する。
さらに、ＥＣＵ６１は、潤滑油５０の温度が第二下限温度Ｔ２以上第三下限温度Ｔ３未満のとき、潤滑油５０の粘度が低下するため、スリップリング３１の回転数が第一上限回転数Ｒ１よりも大きい第二上限回転数Ｒ２以下となるように制御する。なお、第二上限回転数Ｒ２は、潤滑油５０の温度が第二下限温度Ｔ２のとき、第二上限回転数Ｒ２以下で回転するスリップリング３１とブラシ３２との間に通電不良及びアーク放電が発生しないような回転数である。
【００４４】
同様に、ＥＣＵ６１は、潤滑油５０の温度が第三下限温度Ｔ３以上第四下限温度Ｔ４未満、第四下限温度Ｔ４以上第五下限温度Ｔ５未満、・・・・、第ｎ下限温度Ｔｎ以上第（ｎ＋１）下限温度Ｔｎ＋１未満、・・・・それぞれのとき、スリップリング３１の回転数が第三上限回転数Ｒ３以下、第四上限回転数Ｒ４以下、・・・・、第ｎ上限回転数Ｒｎ以下、・・・・となるように制御する。なお、Ｔ３＜Ｔ４＜Ｔ５・・・・＜Ｔｎ＜Ｔｎ＋１＜・・・・であり、Ｒ３＜Ｒ４＜・・・・＜Ｒｎ＜・・・・である。つまり、ＥＣＵ６１は、潤滑油５０の温度上昇に対応して段階的に上昇させるようにスリップリング３１の上限回転数を設定し、スリップリング３１及び回転シャフト６の回転を制御する。
【００４５】
さらに、潤滑油５０の温度が予め設定した通常運転下限温度ＴＡに達すると、ＥＣＵ６１は、スリップリング３１の上限回転数を撤廃し、回転電機１００に許容される回転数ＲＡ以下の任意の回転数でスリップリング３１及び回転シャフト６を回転させる。つまり、スリップリング装置３０及び回転電機１００は、通常運転が可能になる。一方、潤滑油５０の温度が通常運転下限温度ＴＡ未満では、スリップリング装置３０及び回転電機１００は、暖機運転状態にある。
【００４６】
また、潤滑油５０の温度が予め設定した冷却開始温度ＴＢ（なお、ＴＢ＞ＴＡ）に達すると、ＥＣＵ６１は、ポンプ５４を起動する。ポンプ５４によって、第二流路５２、熱交換器５３、第一流路５１、流入口３ａ、保持部材３７の内側、保持部材３７の外側及び流出口３ｂを順次通って循環する潤滑油５０の強制的な流れが、形成される。潤滑油５０は、上記のように強制的に流れる過程で、スリップリング３１、ブラシ３２、ブラシホルダ３６及びホルダプレート３５と接触しこれらを冷却する。さらに、第一収容空間４から第二流路５２に流出した潤滑油５０は、熱交換器５３で冷却された後、流入口３ａから第一収容空間４へ再び流入し、スリップリング３１、ブラシ３２、ブラシホルダ３６及びホルダプレート３５を冷却する。そして、潤滑油５０によって冷却される上記の要素は、上記の要素と熱交換を行った後の潤滑油５０と、第一収容空間４内で再び接触することがなく、流入口３ａから供給される冷却後の潤滑油５０と接触するため、効果的に冷却される。
【００４７】
上述のように、本発明の実施の形態に係るスリップリング装置３０は、軸線周りに回転可能な導電性のスリップリング３１と、スリップリング３１に接触して設けられる導電性のブラシ３２と、スリップリング３１及びブラシ３２を収容する第一収容空間４を含み且つ第一収容空間４内に冷却用液体としての潤滑油５０を含むモータカバー２及びエンドカバー３と、潤滑油５０の温度を検出する温度センサ４０と、スリップリング３１の回転速度を検出する回転センサ４１と、ブラシ３２への通電を制御し且つ温度センサ４０及び回転センサ４１から検出情報を受け取るように構成されたＥＣＵ６１とを備える。ＥＣＵ６１は、潤滑油５０の温度が所定温度未満の場合、潤滑油５０の温度に対応するスリップリング３１の上限回転速度を設定し、上記上限回転速度に基づきスリップリング３１の回転を制御する。
【００４８】
潤滑油５０は、低い温度状態にあるとき、その粘度が高くなるため、回転するスリップリング３１とブラシ３２との間に侵入すると油膜を形成しやすい。潤滑油５０の温度が所定温度未満の場合、スリップリング３１の回転速度に上限回転速度を設定して、スリップリング３１の回転速度を低く抑えることによって、回転するスリップリング３１とブラシ３２との間において、油膜の形成を抑えることができる。これにより、油膜に起因する電気的導通不良及びアーク放電の発生も抑制することができる。そして、潤滑油５０つまり冷却用液体の温度に対応したスリップリング３１の上限回転速度は、冷却用液体の特性に依らずに設定することができる。よって、スリップリング装置３０は、冷却用液体の特性及び温度に依らずにスリップリング３１とブラシ３２との間の電気的導通の不良を抑制することを可能にする。
【００４９】
また、スリップリング装置３０において、ＥＣＵ６１は、潤滑油５０の温度が所定温度未満の場合、潤滑油５０の温度変化に追従するようにスリップリング３１の上限回転速度を変化させ、変化させた上限回転速度に基づきスリップリング３１の回転を制御する。上記構成において、ＥＣＵ６１は、潤滑油５０の温度変化にあわせた上限回転速度に基づいてスリップリング装置３０及び回転電機１００を動作させるため、状況に合わせた細かい制御を可能にし、それにより、スリップリング装置３０及び回転電機１００を効率的に稼働させることができる。
【００５０】
また、スリップリング装置３０において、ＥＣＵ６１は、潤滑油５０の温度が通電停止温度である第一下限温度Ｔ１未満の場合、ブラシ３２に通電しない。このとき、潤滑油５０の温度が第一下限温度Ｔ１未満であれば、スリップリング３１の回転の有無に関わらず、ブラシ３２に通電されない。そして、第一下限温度Ｔ１未満という温度領域を、潤滑油５０の粘度が非常に高くなる温度領域に設定することによって、スリップリング３１とブラシ３２との間の電気的導通の不良が確実に抑えられることができる。
また、スリップリング装置３０は、潤滑油５０を加熱するヒータコイル３９を備える。ヒータコイル３９を用いて潤滑油５０を昇温することによって、早期にブラシ３２に通電できるようになる。
【００５１】
また、実施の形態に係るスリップリング装置３０では、ＥＣＵ６１は、潤滑油５０の温度と、潤滑油５０の温度に対応するスリップリング３１の上限回転数との関係を段階的に設定した図２に示すマップを用いて制御を行っていたが、これに限定されるものでない。
ＥＣＵ６１は、各潤滑油５０の温度と、各潤滑油５０の温度に対応するスリップリング３１の上限回転数との関係を連続的に示す図３の曲線Ｌｃをマップとして記憶し、このマップを用いて制御を実施してもよい。
曲線Ｌｃ上の各回転数Ｒｃは、潤滑油５０の温度が各温度Ｔｃのときに、ブラシ３２とスリップリング３１との間に潤滑油５０が油膜を形成して電気的導通の不良を引き起こさないような上限回転数である。さらに、図３のマップでは、スリップリング３１の回転の有無に関わらずブラシ３２に通電しない温度領域の上限である通電停止温度は、温度ＴＣ１である。そして、温度ＴＣ１は、図２のマップの第一下限温度Ｔ１よりも遙かに低い温度である。なお、温度ＴＣ１は、潤滑油５０の温度ＴＣ１未満である場合、スリップリング３１の回転停止状態でもブラシ３２に通電すると、スリップリング３１とブラシ３２との間の電気的導通の不良が生じる可能性があるような温度である。
【００５２】
これにより、スリップリング３１の上限回転数の制御を、潤滑油５０の温度変化に合わせてリニアに実施することが可能になる。さらに、スリップリング装置３０及び回転電機１００の稼働可能な温度領域が広くなる。
また、図２のマップ用いた制御では、例えば、潤滑油５０の温度が第ｎ下限温度Ｔｎ以上第（ｎ＋１）下限温度Ｔｎ＋１未満のとき、スリップリング３１の上限回転数をＲｎとして一律なものにしていた。しかしながら、図３のマップ用いた制御では、潤滑油５０の温度が第ｎ下限温度Ｔｎ以上第（ｎ＋１）下限温度Ｔｎ＋１未満のとき、スリップリング３１の上限回転数は、Ｒｎ以上Ｒｎ＋１未満の範囲で潤滑油５０の温度にあわせて変化する。よって、図３のマップ用いた制御は、図２のマップ用いた制御よりも、高い上限回転数でスリップリング３１を回転させることができるため、回転電機１００の能力を有効に使用することが可能になる。
【００５３】
また、実施の形態に係るスリップリング装置３０では、温度センサ４０は、第一収容空間４内、第一流路５１内及び第二流路５２内のうちのいかなる場所に設けられてよい。
また、実施の形態に係るスリップリング装置３０において、ＥＣＵ６１は、温度検出部としての温度センサ４０から潤滑油５０の温度情報を得ていたが、これに限定されない。ＥＣＵ６１は、温度検出部を兼ねてよく、他の取得可能な要素から潤滑油５０の温度を推定してもよい。例えば、ＥＣＵ６１は、スリップリング装置３０の周辺の外気温や第一収容空間４を囲む壁部の温度等を用いて、潤滑油５０の温度を推定してもよい。回転電機１００がオートマチックトランスミッションフルードや不凍液等の冷却流体により冷却される場合は、冷却流体の温度等を用いて、ＥＣＵ６１は、潤滑油５０の温度を推定してもよい。
【００５４】
また、実施の形態に係るスリップリング装置３０では、潤滑油５０の加熱装置としてヒータコイル３９を用いていたが、これに限定されるものでなく、セラミックヒータ、カーボンヒータ等であってもよい。セラミックヒータ及びカーボンヒータは、消費電力を低減することができる。
さらに、ヒータコイル３９による加熱装置は、第一収容空間４内のいかなる場所に設けられてもよく、或いは、潤滑油５０を直接的に加熱せずに第一収容空間４を囲む壁部を加熱するように設けられてもよい。
また、実施の形態に係るスリップリング装置３０では、スリップリング３１及び回転シャフト６の回転数を検知するために、エンドカバー３に回転センサ４１を配設していたが、これに限定されない。ＥＣＵ６１は、回転シャフト６の回転数を、入力軸２０の回転数、入力軸２０に接続されたハイブリッド自動車のエンジンの回転数等を用いて、検出してもよい。
【００５５】
また、実施の形態に係るスリップリング装置３０において、ヒータコイル３９を設けなくてもよい。回転電機１００では、ブラシ３２への通電が行われない状態でも、ステータ２３の三相巻線２３ａの通電による外側ロータ２２の回転、図示しないエンジンによる内側ロータ２１の回転等の動作が、行われる。上記動作を行うことによって、第二収容空間５、モータケース１及びモータカバー２の温度が上昇するため、第一収容空間４内の潤滑油５０も昇温させることができる。
或いは、回転電機１００では、回転シャフト６が、入力軸２０を介して、回転電機１００を搭載するハイブリッド自動車のエンジンに機械的に接続されている。エンジンと共に回転シャフト６を停止させた状態で、ブラシ３２への通電が行われてもよい。このとき、回転停止状態のスリップリング３１とブラシ３２との間で電気的導通が保持されるため、通電されたブラシ３２がジュール熱を発生して発熱し、それにより第一収容空間４内の潤滑油５０も昇温させることができる。
【００５６】
また、実施の形態に係るスリップリング装置３０では、潤滑油５０は、ポンプ５４によって、流入口３ａから第一収容空間４内に送られ、流出口３ｂから第一収容空間４外部の第二流路５２に流されていたが、これに限定されるものでない。ポンプ５４による潤滑油５０の流れ方向が実施の形態と反対となるようにポンプ５４を設置することによって、潤滑油５０が、流出口３ｂから第一収容空間４内に送られ、流入口３ａから第一収容空間４外部の第一流路５１に流されるようにしてもよい。
また、実施の形態に係るスリップリング装置３０では、流入口３ａは、エンドカバー３における保持部材３７の径方向内側で開口するように配置され、流出口３ｂは、エンドカバー３における保持部材３７の径方向外側で開口するように配置されていたが、これに限定されるものでない。流入口３ａ及び流出口３ｂは、モータカバー２、エンドカバー３のいかなる場所に配置されて開口してもよい。なお、流入口３ａ及び流出口３ｂは、流入口３ａ及び流出口３ｂそれぞれを通って流入又は流出する潤滑油５０が、第一収容空間４内でブラシ３２の周囲を通る流れを形成できるように、配置するのが好ましい。
【００５７】
また、実施の形態に係るスリップリング装置３０は、内側ロータ２１の回転シャフト６に設けられていたが、これに限定されるものでない。外側ロータ２２に三相巻線が設けられる場合、外側ロータ２２の回転軸にスリップリング装置を設けてもよい。
また、実施の形態に係るスリップリング装置３０を備える回転電機１００では、内側ロータ２１に入力軸２０が接続され、外側ロータ２２に出力軸部２２ｃａが接続されていたが、内側ロータ２１に出力軸部２２ｃａが接続され、外側ロータ２２に入力軸２０が接続されてもよい。
【００５８】
また、実施の形態に係るスリップリング装置３０では、冷却用液体として潤滑油を使用していたが、これに限定されるものでない。冷却用液体は、空気よりも優れた冷却性能を有するものであればよく、有機媒体、フッ素系液体、その他の油脂、水等であってもよい。回転電機１００が自動車に搭載される場合には、オートマチックトランスミッションフルードを冷却用液体として用いてもよい。冷却用液体として、導電性を有しない液体がより好ましい。
また、実施の形態に係るスリップリング装置３０では、第一収容空間４内の全体が冷却用液体としての潤滑油５０で満たされていたが、冷却用液体は、第一収容空間４内の一部を満たすような量で封入されていてもよい。第一収容空間４の上部から冷却用液体が噴射される構成であれば、第一収容空間４内に溜められる冷却用液体の量の下限に制限がない。第一収容空間４の上部から冷却用液体が噴射される構成でない場合、スリップリング３１等の回転する構成要素によって掻き上げられるような量で、冷却用液体が第一収容空間４内に溜められていればよい。
【００５９】
また、実施の形態に係るスリップリング装置３０では、３つのスリップリング３１が設けられていたが、これに限定されるものでなく、スリップリングは、２つ以下であっても、４つ以上であってもよい。さらに、各スリップリングに接触するブラシ３２も３つに限定されるものでなく、２つ以下であっても、４つ以上であってもよい。
また、実施の形態に係るスリップリング装置３０は、ダブルロータ型の回転電機１００に搭載されるものに限定されず、いかなる回転電機に設けられてもよく、回転体への電気的な接続を有するいかなる機械に設けられてもよい。
さらに、スリップリング装置３０が搭載される回転電機は、回転電機１００の構成に限定されるものでなく、回転電機１００に対してステータ２３を有さず、内側ロータ２１と外側ロータ２２とのみを回転子として有する構成を有していてもよい。このような回転電機においても、スリップリング装置は、２つのロータのうちの巻線を有するロータの回転軸に設けられる。
また、回転電機１００は、ダブルロータ型に限定されず、別個の２つの回転電機から構成されてもよい。
また、回転電機１００は、ハイブリッド自動車への搭載に限定されるものでなく、建設機械、ディーゼル機関車等のガソリンエンジン及びディーゼルエンジンなどの内燃機関と回転電機とを動力とする機械に搭載してもよい。
【符号の説明】
【００６０】
２  モータカバー（ケース）、３  エンドカバー（ケース）、４  第一収容空間、３０  スリップリング装置、３１  スリップリング、３２  ブラシ、３９  ヒータコイル（加熱装置）、４０  温度センサ（温度検出部）、４１  回転センサ（回転速度検出部）、５０  潤滑油（冷却用液体）、６１  ＥＣＵ（制御部）。
【図１】
2016185038.tif 000003
【図２】
2016185038.tif 000004
【図３】
2016185038.tif 000005