(57)【要約】【課題】シール部材を対向する円周面に当接させて作動流体をシールすることで第１、第２の回転子の間の位相を変更する電動機において作動流体のシール性を一層向上させるようにした電動機を提供する。【解決手段】着磁される外周側と内周側の回転子４２ａ，４２ｂの一方に固定されて径方向に突出する複数個の仕切壁５４ａと、他方に固定されて同様に径方向に突出するベーン５２ａとで画成されると共に、仕切壁５４ａとベーン５２ａの先端に配置されたシール部材５４ｅ，５２ｂを対向する外周面５２ｃと内壁面５４ｂに当接させてシールされる進角側作動室５４ｃと遅角側作動室５４ｄに作動油を給排して第１、第２の回転子を相対回転させて両者の相対回転角を示す位相を変更する電動機１０において、シール部材５４ｅ、５２ｂを径方向の外方に向けて付勢する付勢手段（スプリング５４ｆ，５２ｅ）を備える。【選択図】図６
2009261054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ着磁されると共に、同一の軸線を中心に回転する第１、第２の回転子と、前記第１、第２の回転子の一方に固定されて径方向に突出する複数個の仕切壁と、前記第１、第２の回転子の他方に固定されつつ前記複数個の内の隣接する２個の仕切壁の間で前記径方向に突出するベーンとで画成されると共に、前記仕切壁とベーンの先端に配置されたシール部材を対向する円周面に当接させてシールされる第１、第２の作動室と、前記第１、第２の作動室に作動流体を給排して前記第１、第２の回転子を前記軸線を中心として相対回転させて両者の相対回転角を示す位相を変更する位相変更機構とを備えた電動機において、前記シール部材を前記径方向の外方に向けて付勢する付勢手段を備えたことを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記仕切壁とベーンの少なくともいずれかの幅が前記先端に向けて拡径されることを特徴とする請求項１記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電動機に関し、より具体的には作動流体を給排して着磁された２個の回転子を相対回転させて位相を変更する電動機において、作動流体のシール性を向上させた電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
着磁された第１、第２の回転子の一方に固定されて径方向に突出する複数個の仕切壁と、他方に固定されて同様に径方向に突出するベーンとで画成されると共に、仕切壁とベーンの先端に取着されたシール部材を対向する円周面に当接させてシールされる第１、第２の作動室に作動流体を給排して第１、第２の回転子を軸線を中心として相対回転させて位相を変更する位相変更機構を備えた電動機の例としては、下記の特許文献１記載の技術を挙げることができる。
【特許文献１】特開２００７−２４４０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１記載の技術にあってはシール部材を対向する円周面に当接させて作動流体をシールすることで第１、第２の回転子の間の位相を変更しているが、作動流体のシールは十分であればあるほど望ましい。
【０００４】
従って、この発明の目的は上記した課題を解消することにあり、シール部材を対向する円周面に当接させて作動流体をシールすることで第１、第２の回転子の間の位相を変更する電動機において作動流体のシール性を一層向上させるようにした電動機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、請求項１にあっては、それぞれ着磁されると共に、同一の軸線を中心に回転する第１、第２の回転子と、前記第１、第２の回転子の一方に固定されて径方向に突出する複数個の仕切壁と、前記第１、第２の回転子の他方に固定されつつ前記複数個の内の隣接する２個の仕切壁の間で前記径方向に突出するベーンとで画成されると共に、前記仕切壁とベーンの先端に配置されたシール部材を対向する円周面に当接させてシールされる第１、第２の作動室と、前記第１、第２の作動室に作動流体を給排して前記第１、第２の回転子を前記軸線を中心として相対回転させて両者の相対回転角を示す位相を変更する位相変更機構とを備えた電動機において、前記シール部材を前記径方向の外方に向けて付勢する付勢手段を備える如く構成した。
【０００６】
請求項２に係る電動機にあっては、前記仕切壁とベーンの少なくともいずれかの幅が前記先端に向けて拡径される如く構成した。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１にあっては、着磁される第１、第２の回転子の一方に固定されて径方向に突出する複数個の仕切壁と、他方に固定されて２個の仕切壁の間で同様に径方向に突出するベーンとで画成されると共に、仕切壁とベーンの先端に配置されたシール部材を対向する円周面に当接させてシールされる第１、第２の作動室に作動流体を給排して第１、第２の回転子を相対回転させて両者の相対回転角を示す位相を変更する電動機において、シール部材を径方向の外方に向けて付勢する付勢手段を備える如く構成したので、作動流体のシール性を一層向上させることができる。
【０００８】
即ち、回転子には回転によって径方向に遠心力が生じ、その遠心力がシール部材と円周面との間を離間させるように作用するが、径方向の外方に向け、換言すれば遠心力の作用する方向に付勢させることで、遠心力の影響を低下させることができ、シール性を一層向上させることができる。また、径方向の外方に付勢することで、経年劣化によるシール性の低下も抑制することができる。
【０００９】
請求項２に係る電動機にあっては、仕切壁とベーンの少なくともいずれかの幅が先端に向けて拡径される如く構成したので、上記した効果に加え、対向する円周面に当接する仕切壁あるいはベーンの先端の底面積を増加させて円周面との当接面積を増加させることができ、シール性を一層向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付図面に即してこの発明に係る電動機を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例】
【００１１】
図１はこの発明の実施例に係る電動機をハイブリッド車両に組み込んだときの構成を全体的に示す概略図である。
【００１２】
図１において符号１０は電動機（モータ）を示す。電動機１０は具体的にはブラシレスあるいは交流同期電動機からなり、内燃機関（以下「エンジン」という）１２に駆動軸１４を介して連結される。エンジン１２はガソリン噴射式火花点火式で４気筒を備える。電動機１０とエンジン１２の出力は変速機１６に入力される。変速機１６はそれらの出力を変速し、車輪（駆動輪）２０に伝達する。このように、電動機１０はハイブリッド車両（以下「車両」という）に搭載される。
【００１３】
電動機１０はエンジン１２が回転するとき常に回転し、始動時には通電されてエンジン１２をクランキングして始動させると共に、加速時などにも通電されてエンジン１２の回転をアシスト（増速）する。電動機１０は、通電されないときはエンジン１２の回転に伴って空転すると共に、エンジン１２への燃料供給が停止される減速時には駆動軸１４の回転によって生じた運動エネルギを電気エネルギに変換して出力する回生機能を有する発電機（ジェネレータ）として機能する。
【００１４】
電動機１０は、パワードライブユニット（ＰＤＵ）２２を介してバッテリ２４に接続される。ＰＤＵ２２はインバータを備え、バッテリ２４から供給（放電）される直流（電力）を交流に変換して電動機１０に供給すると共に、電動機１０の回生動作によって発電された交流を直流に変換してバッテリ２４に供給する。このように、ＰＤＵ２２を介して電動機１０の駆動・回生が制御される。
【００１５】
さらに、エンジン１２の動作を制御するエンジン制御ユニット（ＥＮＧＥＣＵ）２６、電動機１０の動作を制御するモータ制御ユニット（ＭＯＴＥＣＵ）３０、およびバッテリ２４の充電状態ＳＯＣ（State Of Charge）を算出して充放電の管理などを行うバッテリ制御ユニット（ＢＡＴＥＣＵ）３２、ならびに変速機１６の動作を制御する変速制御ユニット（Ｔ／ＭＥＣＵ）３４が設けられる。上記したＥＮＧＥＣＵ２６などのＥＣＵ（電子制御ユニット）は全てマイクロコンピュータからなり、通信バス３６を介して相互に通信自在に接続される。
【００１６】
次いで、電動機１０について詳細に説明する。
【００１７】
図２は図１に示す電動機１０の要部断面図、図３は図２に示す電動機の位相変更機構を示す分解斜視図、図４は図２に示す回転子の磁石片の磁極の向きを示す模式図、図５は図２に示す電動機１０の回転子の側面図である。
【００１８】
図示の如く、電動機１０は、円環状の固定子（ステータ）４０と、その内側に収容される、同様に円環状の回転子４２と、回転軸（回転軸線）４４を備える。固定子４０は鉄系材料から製作される薄板が積層（あるいは鉄系材料を鋳造）されてなると共に、３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の固定子巻線４０ａが配置されてなる。
【００１９】
回転子４２は、外周側（第１）の回転子４２ａと、回転軸（回転軸線）４４を中心として相対回転あるいは相対変位自在な内周側（第２）の回転子４２ｂからなる。回転子４２ａ，４２ｂは例えば焼結金属から製作される鉄心からなると共に、円周側にはそれぞれ複数組、より正確には１６組の磁石片（永久磁石）４６が相互に僅かな間隔をおいて配置される。
【００２０】
図２と図３に示す如く、回転子４２には位相変更機構５０が設けられる。位相変更機構５０は、回転軸４４にスプライン（図示せず）を介して固定されるベーンロータ５２と、内周側の回転子４２ｂの内周面に嵌合されて固定される環状ハウジング５４と、ベーンロータ５２を外周側の回転子４２ａにピン５６ａで固定する、一対のドライブプレート５６と、それらに油圧を供給する油圧機構（図示せず）からなる。
【００２１】
ベーンロータ５２には中央のボス部から径方向に等間隔をおいて突出する複数個（６個）のベーン５２ａが形成されると共に、環状ハウジング５４の内部には中心側に等間隔をおいて同様に径方向に突出する複数個（６個）の仕切壁５４ａが形成される。
【００２２】
ベーン５２ａの先端にはシール部材５２ｂが配置され、対向する環状ハウジング５４の内壁面（円周面）５４ｂに当接して液密にシールすると共に、仕切壁５４ａの先端の対向するベーンロータ５２のボス部の外周面（円周面）５２ｃにも後述するようにシール部材が配置される。
【００２３】
環状ハウジング５４は、図２に示す如く、軸方向長さ（幅）が内周側の回転子４２ｂよりも大きく形成され、２枚のドライブプレート５６に穿設された環状の溝５６ｂ（図３で図示省略）に移動自在に収容され、よって環状ハウジング５４と内周側の回転子４２ｂは、外周側の回転子４２ａと回転軸４４に回転自在に支持される。電動機１０が回転軸４４を中心として回転するとき、遠心力がベーン５２ａなどが突出する径方向に作用する。
【００２４】
２枚のドライブプレート５６は環状ハウジング５４の両側面に摺動自在に密接させられ、環状ハウジング５４の仕切壁５４ａとベーンロータ５２のボス部の外周面との間に密閉空間を複数個（６個）形成する。この密閉空間は環状ハウジング５４の仕切壁５４ａによって二分され、進角側作動室（第１の作動室）５４ｃと遅角側作動室（第２の作動室）５４ｄを形成する。ここで、「進角」（ＡＤＶ）とは内周側の回転子４２ｂを外周側の回転子４２ａに対して矢印ＡＤＶ（図５）で示す電動機１０の回転方向と同一の方向に、「遅角」（ＲＴＤ）とはその逆方向に相対回転させることを意味する。
【００２５】
進角側作動室５４ｃ、遅角側作動室５４ｄには流体の圧力、具体的には非圧縮性の流体、より具体的には変速機１６のＡＴＦ（あるいはエンジン１２の潤滑油）などの作動油の圧力、即ち、油圧が供給される。作動油は回転軸４４からベーンロータ５２に形成される２本の油路６２，６４を介して進角側作動室５４ｃ、遅角側作動室５４ｄに供給される。
【００２６】
即ち、前記した油圧機構において、図示は省略するが、作動油はリザーバから電動モータで駆動されるポンプで汲み上げられ、電磁ソレノイド弁を介挿された油圧回路（図示せず）を通って回転軸４４に圧送される。図２に示す如く、回転軸４４に圧送された後、回転軸４４からベーンロータ５２に形成される２本の油路６２，６４を介して進角側作動室５４ｃと遅角側作動室５４ｄに供給される。
【００２７】
油路６２，６４はほぼ平行しており、図２と図５に示す如く、回転軸４４の軸方向に穿設された油路６２ａ，６４ａと、それに連続して回転軸４４の外周面に穿設された油路６２ｂ，６４ｂと、それに連続してベーンロータ５２のボス部に放射状に穿設された油路６２ｃ，６４ｃからなる。油路６２は進角側作動室５４ｃに、油路６４は遅角側作動室５４ｄに接続される。
【００２８】
進角側作動室５４ｃと遅角側作動室５４ｄは油路６２，６４から油圧が給排されて伸縮し、よって外周側の回転子４２ａに固定されたベーン５２ａに対して仕切壁５４ａと一体にされた内周側の回転子４２ｂが回転軸（回転軸線）４４を中心として相対回転させられることで、外周側の回転子４２ａと内周側の回転子４２ｂの間の相対回転角あるいは変位角を示す位相が０度から１８０度の間で変更され、それに応じて電動機１０の誘起電圧が変更される。
【００２９】
図５に最進角位置にあるときの進角側作動室５４ｃと遅角側作動室５４ｄを示す。この実施例に係る電動機１０にあっては、内周側の回転子４２ｂが外周側の回転子４２ａに対して最遅角位置（位相０度）にあるとき、図４（ａ）に示すように、それらの磁石片４６は同極同士が対向して強め界磁（界磁が増加）となる。他方、内周側の回転子４２ｂが外周側の回転子４２ａに対して最進角位置（位相１８０度）にあるとき、図４（ｂ）に示すように、それらの磁石片４６は対極同士が対向して弱め界磁（界磁が減少）となる。
【００３０】
それにより電動機１０の誘起電圧定数Ｋｅが変更され、電動機１０の特性が変更される。即ち、強め界磁によって誘起電圧定数Ｋｅが増加すると、電動機１０の運転可能な許容回転速度は低下するものの、出力可能な最大トルクは増大し、逆に弱め界磁によって誘起電圧定数Ｋｅが減少すると、出力可能な最大トルクは減少し、許容回転速度は上昇する。
【００３１】
尚、この実施例に係る電動機１０は、内周側の回転子４２ｂが外周側の回転子４２ａに対して最遅角位置（位相０度）にあるとき、安定する。即ち、油圧が供給されないとき、回転子４２は最遅角位置に向けて相対変位し、その位置で停止する。
【００３２】
図６は図５の部分拡大図である。
【００３３】
ここで、図６を参照してこの実施例に係る電動機１０の特徴を説明すると、電動機１０は、仕切壁５４ａの先端には配置されるシール部材とベーン５２ａの先端に配置されるシール部材５２ｂをそれぞれ径方向の外方に向けて付勢する付勢手段を備える如く構成した。
【００３４】
先ずベーン５２ａについて説明すると、ベーン５２ａの先端に配置されたシール部材５２ｂは、図示の如く、断面視Ｔ字状を呈し、ベーン５２ａの先端の矩形面と同形の矩形状部５２ｂ１と、それに連続して一体的に形成された基体部５２ｂ２とからなる。シール部材５２ｂはゴムなどの弾性材からなると共に、ベーン５２ａの先端と内壁面５４ｂとの間に介挿される。
【００３５】
シール部材５２ｂの基体部５２ｂ２はベーン５２ａの内方、即ち、径方向の内方に穿設された凹部５２ｄに収容される。凹部５２ｄの内径は基体部５２ｂ２の外形とほぼ同一の寸法で、基体部５２ｂ２との間に間隙がないように形成される。
【００３６】
凹部５２ｄの底部にはスプリング（リーフスプリング。付勢手段）５２ｅが弾装され、基体部５２ｂ２を径方向の外方に付勢する。これにより、シール部材５２ｂも径方向の外方、換言すれば遠心力の作用する方向に付勢され、隣接する進角側作動室５４ｃと遅角側作動室５４ｄの間を作動油が漏れないように液密にシールする。
【００３７】
次いで仕切壁５４ａについて説明すると、仕切壁５４ａの先端に対向するベーンロータ５２のボス部の外周面５２ｃには凹部５２ｆが穿設され、そこにシール部材５４ｅが収容（配置）される。
【００３８】
シール部材５４ｅも、図示の如く、断面視Ｔ字状を呈し、外周面５２ｃとほぼ同形の矩形状部５４ｅ１と、それに連続して一体的に形成された基体部５４ｅ２とからなる。凹部５２ｅの内径も基体部５４ｅ２の外形とほぼ同一の寸法で、基体部５４ｅ２との間に間隙がないように形成される。シール部材５４ｅも、ゴムなどの弾性材からなると共に、仕切壁５４ａの先端と外周面５２ｃとの間に介挿される。
【００３９】
凹部５２ｆの底部にはスプリング（リーフスプリング。付勢手段）５４ｆが弾装され、基体部５４ｅ２を径方向の外方に付勢する。仕切壁５４ａは外周面５２ｃの全域にわたって移動（摺動）させられることから、矩形状部５４ｅ１は外周面５２ｃと同程度の大きさにされ、仕切壁５４ａの先端が図で左に移動しても、仕切壁５４ａの先端と外周面５２ｃとの間に常に矩形状部５４ｅ１が存在するように構成される。
【００４０】
これにより、シール部材５４ｅも矩形状部５４ｅ１を介して径方向の外方、換言すれば遠心力の作用する方向に付勢され、隣接する進角側作動室５４ｃと遅角側作動室５４ｄの間を作動油が漏れないように液密にシールする。
【００４１】
図７はこの実施例に係る電動機１０の変形例を示す、図６と同様の図５の部分拡大図である。図６に示す構成では仕切壁５４ａの幅は先端に向け、即ち、回転軸４４に向けて縮径される形状としたが、図７に示す構成においては仕切壁５４ａの幅は先端に向けて拡径される形状とした。同様に、ベーン５２ａも幅が先端に向けて拡径される形状とされる。
【００４２】
これにより、付勢手段による効果に加え、仕切壁５４ａあるいはベーン５２ａの先端側の底面積を増加させて対向する外周面５２ｃあるいは内壁面５４ｂとの接触面積を増加させることができ、よってシール性を一層向上させることができる。尚、仕切壁５４ａとベーン５２ａの幅を共に先端に向けて拡径したが、いずれか一方の幅を拡径しても良い。
【００４３】
図８もこの実施例に係る電動機１０の変形例を示す、図７と同様の部分拡大図である。図６に示す構成ではシール部材５２ｂ，５４ｅの矩形状部５２ｂ１，５４ｅ１は平坦な厚みを備えるようにしたが、図示のように、コルゲート状としても良い。これにより、ベーン５２ａあるいは仕切壁５４ａが滑り難くなり、よって位相の急変を抑制することができ、出力トルクの急変を防止することができる。
【００４４】
この実施例は上記の如く、それぞれ着磁されると共に、同一の軸線（回転軸線）４４を中心に回転する第１、第２の回転子（外周側の回転子４２ａ、内周側の回転子４２ｂ）と、前記第１、第２の回転子の一方、より具体的には第２の回転子（内周側の回転子４２ｂ）に固定されて径方向に突出する複数個の仕切壁５４ａと、前記第１、第２の回転子の他方に固定されつつ前記複数個の内の隣接する２個の仕切壁５４ａの間で前記径方向に突出するベーン５２ａとで画成されると共に、前記仕切壁５４ａとベーン５２ａの先端に配置されたシール部材５４ｅ，５２ｂを対向する円周面（外周面５２ｃ、内壁面５４ｂ）に当接させてシールされる第１、第２の作動室（進角側作動室５４ｃ、遅角側作動室５４ｄ）と、前記第１、第２の作動室に作動流体（作動油）を給排して前記第１、第２の回転子を前記軸線を中心として相対回転させて両者の相対回転角を示す位相を変更する位相変更機構５０とを備えた電動機１０において、前記シール部材５４ｅ，５２ｂを前記径方向の外方に向けて付勢する付勢手段（スプリング５４ｆ，５２ｅ）を備える如く構成したので、作動油のシール性を一層向上させることができる。
【００４５】
即ち、外周側の回転子４２ａと内周側の回転子４２ｂには回転によって径方向に遠心力が生じ、その遠心力がシール部材５４ｅ，５２ｂと円周面（外周面５２ｃ、内壁面５４ｂ）との間を離間させるように作用するが、径方向の外方に向け、換言すれば遠心力の作用する方向に付勢させることで、遠心力の影響を低下させることができ、シール性を向上させることができる。
【００４６】
従って、図１で説明したようにハイブリッド車両に搭載される場合、発進時などに大きな負荷を受けるが、そのときも十分なシール性を与えることができる。また、径方向の外方に付勢することで、経年劣化によるシール性の低下も抑制することができる。
【００４７】
さらに、前記仕切壁５４ａとベーン５２ａの少なくともいずれか、より具体的には双方の幅が前記先端に向けて拡径される如く構成したので、上記した効果に加え、対向する円周面（外周面５２ｃ、内壁面５４ｂ）に当接する仕切壁５４ａあるいはベーン５２ａの先端の底面積を増加させて円周面との当接面積を増加させることができ、シール性を一層向上させることができる。
【００４８】
尚、上記において電動機１０がハイブリッド車に搭載された場合を例にとって説明したが、この発明はハイブリッド車に搭載された電動機に限られるものではなく、どのような電動機にも妥当する。また、この発明は、ハイブリッド車以外にも内燃機関を備えない電気自動車に搭載された電動機にも妥当する。
【００４９】
また、第１、第２の回転子の少なくともいずれか、より具体的には第２の回転子４２ｂを回転軸線（回転軸４４）を中心として相対回転させて両者の相対回転角あるいは変位角を示す位相θを変更するように構成したが、第１、第２の回転子の双方を相対回転させて位相を変更するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明の実施例に係る電動機をハイブリッド車両に組み込んだときの構成を全体的に示す概略図である。
【図２】図１に示す電動機の要部断面図である。
【図３】図２に示す電動機の位相変更機構を示す分解斜視図である。
【図４】図２に示す回転子の磁石片の磁極の向きを示す模式図である。
【図５】図２に示す回転子の側面図である。
【図６】図５の部分拡大図である。
【図７】この実施例に係る電動機の変形例を示す、図６と同様の図５の部分拡大図である。
【図８】同様に、この実施例に係る電動機の変形例を示す、図７と同様の部分拡大図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  車両（ハイブリッド車両）、１０  電動機（モータ）、１２  エンジン（内燃機関）、１４  駆動軸、１６  変速機、２０  車輪、３０  モータ制御ユニット（ＭＯＴＥＣＵ）、４０  固定子、４２  回転子、４２ａ  外周側（第１）の回転子、４２ｂ  内周側（第２）の回転子、４４  回転軸（回転軸線）、４６  磁石片、５０  位相変更機構、５２  ベーンロータ、５２ａ  ベーン、５２ｂ  シール部材、５２ｃ  外周面（円周面）、５２ｄ  凹部、５２ｅ  スプリング（付勢手段）、５２ｆ  凹部、５４  環状ハウジング、５４ａ  仕切壁、５４ｂ  内壁面（円周面）、５４ｃ  進角側（第１の）作動室、５４ｄ  遅角側（第２の）作動室、５４ｅ  シール部材、５４ｆ  スプリング（付勢手段）、６２，６４  油路
【図１】
2009261054.tif 000003
【図２】
2009261054.tif 000004
【図３】
2009261054.tif 000005
【図４】
2009261054.tif 000006
【図５】
2009261054.tif 000007
【図６】
2009261054.tif 000008
【図７】
2009261054.tif 000009
【図８】
2009261054.tif 000010