JP4344681B2 - インナーロータ型回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、ケーシングに固定したステータの内部に配置したロータを、少なくとも一つのベアリングを介してケーシングに回転自在に支持したインナーロータ型回転電機に関する。

かかる回転電機は、例えば下記特許文献１により公知である。この回転電機は、ステータを有するケーシングの内部に、ロータを有するロータシャフトを一対のボールベアリングを介して回転自在に支持したもので、一対のボールベアリングのうちの一方がロータの径方向内側に入り込むように配置されている。この構成により、一対のボールベアリングの両方をロータの軸方向端部よりも外側に配置する場合に比べて、回転電機の軸方向寸法を小型化することができる。
特開２００１−７８３９３号公報

ところで、上記従来のものは、中空のロータシャフトが比較的に小径で肉厚になっているが、ロータシャフトの剛性を確保しながら軽量化を図るために直径を拡大して肉厚を減少させようとすると、そのロータシャフトの外周面を支持するボールベアが大径になってしまう問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、回転電機の軸方向寸法を小型化し、かつロータシャフトを大径薄肉化しながら、それを支持するベアリングの直径増加を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ケーシングに固定したステータの内部に配置したロータを中空のロータシャフトの外周面に固定すると共に、そのロータシャフトを一対のベアリングを介してケーシングに回転自在に支持したインナーロータ型回転電機であって、前記ケーシングが、有底円筒状の本体ケースと、この本体ケースの開口端に結合されるフロントカバーとで構成されると共に、前記ロータシャフトが、大径部と、その大径部のフロントカバー側の一端に連なる小径部とを備えており、前記本体ケースの底壁から中空のロータシャフトの内部に支持部が内向きに突設され、第１の前記ベアリングのインナーレースが前記支持部の外周面に支持されるとともにアウターレースが前記大径部の内周面に支持され、前記小径部の外周が第２の前記ベアリングを介して前記フロントカバーに支持されるものにおいて、中空に形成した前記支持部が、前記第１のベアリングを貫通してその内方側に延出しており、その延出部の外周面に固定した固定子と、前記第１，第２のベアリングの相互間で前記大径部の内周面に固定した回転子とにより、前記ロータの回転を検出する回転センサが構成され、その回転センサの前記固定子に連なる配線が前記支持部の中空部を通して外部に引き出されることを特徴とするインナーロータ型回転電機が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の発明の構成に加えて、前記ロータシャフトの内部から、前記第１のベアリングのインナーレースおよびアウターレース間の間隙に潤滑油を供給することを特徴とするインナーロータ型回転電機が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記ロータシャフトの、前記大径部及び前記小径部の境目となる段差部が前記第２のベアリングにシャフト軸線方向で対向しており、前記段差部には、前記第２のベアリングを指向する油孔が形成されることを特徴とするインナーロータ型回転電機が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜３の何れかの発明の構成に加えて、金属板材をプレス成形して前記本体ケースを構成したことを特徴とするインナーロータ型回転電機が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項４の発明の構成に加えて、前記本体ケースのプレス成形時に前記支持部を一体にプレス成形したことを特徴とするインナーロータ型回転電機が提案される。

尚、実施例のモータケース７３は本発明のケーシングに対応し、また実施例のボールベアリング７９は本発明の第１のベアリングに、ボールベアリング８０は本発明の第２のベアリングにそれぞれ対応する。

請求項１の構成によれば、インナーロータ型回転電機のケーシングが、有底円筒状の本体ケースと、この本体ケースの開口端に結合されるフロントカバーとで構成されると共に、中空のロータシャフトが、大径部と、その大径部のフロントカバー側の一端に連なる小径部とを備えており、本体ケースの底壁からロータシャフトの内部に支持部が内向きに突設され、第１のベアリングのインナーレースが前記支持部の外周面に支持されるとともにアウターレースが前記大径部の内周面に支持され、前記小径部の外周が第２のベアリングを介してフロントカバーに支持されるものにおいて、前記支持部が、第１のベアリングを貫通してその内方側に延出しており、その延出部の外周面に固定した固定子と、第１，第２のベアリングの相互間で前記大径部の内周面に固定した回転子とにより、ロータの回転を検出する回転センサが構成されるので、ロータの軸線方向の端面よりも内側に第１のベアリングを配置して回転電機の軸線方向の寸法を小型化することができ、またロータシャフトを薄肉軽量化するために大径にしても、ベアリングの直径が無闇に大きくなるのを防止することができる。また特に中空のロータシャフトの内部（特に両ベアリング間で大径部の内周面）に固定した回転子と、支持部の外周面に固定した固定子とでロータの回転を検出する回転センサを構成したことで、ロータシャフトの内部空間を有効に利用して回転センサを配置でき、回転電機の一層の小型化を図ることができる。

請求項２の構成によれば、中空のロータシャフトの内部から第１のベアリングのインナーレースおよびアウターレース間の間隙に潤滑油を供給することで、ロータシャフトに潤滑油を通す油孔を形成することなく第１のベアリングを潤滑することができ、しかもベアリングのインナーレースおよびアウターレース間の間隙を介して潤滑油をケーシングの内部に排出することができる。

請求項４の構成によれば、金属板材をプレス成形して本体ケースを構成したので、軽量なケーシングを安価に製造することができる。

請求項５の構成によれば、本体ケースをプレス成形する際に支持部を一体にプレス成形するので、支持部を本体ケースと別部材で構成する場合に比べて部品点数、加工工数、組付工数およびコストを削減することができる。

以下、本発明の実施形態を、添付図面に示した参考例及び本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図３は参考例を示すもので、図１はハイブリッド車両用のマニュアルトランスミッションの縦断面図、図２は図１の２部拡大図、図３はマニュアルトランスミッションのスケルトン図である。

図１および図３に示すように、ハイブリッド車両用のマニュアルトランスミッションＴは、右側の第１ケーシング１１および左側の第２ケーシング１２を車体前後方向に延びる割り面で結合したミッションケース１３を備えており、第１ケーシング１１の右側面にエンジンＥが配置される。第１、第２ケーシング１１，１２には、ボールベアリング１４，１５を介してメインシャフトＭＳが支持されるとともに、ローラベアリング１６およびボールベアリング１７を介してカウンタシャフトＣＳが支持され、更にメインシャフトＭＳおよびカウンタシャフトＣＳよりも短いリバースカウンタシャフトＲＣＳが支持される。メインシャフトＭＳの右端はクラッチＣを介してエンジンＥのクランクシャフト１８に接続される。

第２ケーシング１２に取り付けられたモータＭに連なるモータ出力軸ＭＯＳは第１、第２ケーシング１１，１２にボールベアリング２０，２１を介して支持されており、そのモータ出力軸ＭＯＳに直結されたロータシャフト２２の外周面に固定されたロータ２３が、モータケース１９の内周面に固定されたステータ２４に対向する。

メインシャフトＭＳには、メイン１速ギヤ２５、メイン２速ギヤ２６およびメインリバースギヤ２７が固設され、メイン３速ギヤ２８、メイン４速ギヤ２９、メイン５速ギヤ３０およびメイン６速ギヤ３１がそれぞれニードルベアリングを介して相対回転自在に支持される。またカウンタシャフトＣＳには、カウンタ１速ギヤ３６およびカウンタ２速ギヤ３７がそれぞれニードルベアリングを介して相対回転自在に支持され、カウンタ３速ギヤ４０、カウンタ４速ギヤ４１、カウンタ５速ギヤ４２、カウンタ６速ギヤ４３およびファイナルドライブギヤ４４が固設される。

メイン１速ギヤ２５、メイン２速ギヤ２６、メイン３速ギヤ２８、メイン４速ギヤ２９、メイン５速ギヤ３０およびメイン６速ギヤ３１は、それぞれカウンタ１速ギヤ３６、カウンタ２速ギヤ３７、カウンタ３速ギヤ４０、カウンタ４速ギヤ４１、カウンタ５速ギヤ４２およびカウンタ６速ギヤ４３に噛合する。カウンタ１速ギヤ３６およびカウンタ２速ギヤ３７は第１シンクロメッシュ機構４６を介してカウンタシャフトＣＳに選択的に結合可能であり、メイン３速ギヤ２８およびメイン４速ギヤ２９は第２シンクロメッシュ機構４７を介してメインシャフトＭＳに選択的に結合可能であり、メイン５速ギヤ３０およびメイン６速ギヤ３１は第３シンクロメッシュ機構４８を介してメインシャフトＭＳに選択的に結合可能である。

第１シンクロメッシュ機構４６のハブにカウンタリバースギヤ４５が摺動自在に支持され、かつリバースカウンタシャフトＲＣＳにはリバースアイドルギヤ４９が摺動自在に支持される。カウンタリバースギヤ４５が中立位置にあるときにリバースアイドルギヤ４９が右位置に摺動すると、リバースアイドルギヤ４９がメインリバースギヤ２７およびカウンタリバースギヤ４５に噛合する。

モータ出力軸ＭＯＳにニードルベアリングを介して回転自在に支持された第１減速ギヤ５１は、第４シンクロメッシュ機構５２を介してモータ出力軸ＭＯＳに結合可能である。第１ケーシング１１および第２ケーシング１２にそれぞれボールベアリング５３，５４を介して支持した中間減速軸５５に第２減速ギヤ５６、第３減速ギヤ５７およびパーキングギヤ５８が固設されており、第１減速ギヤ５１に第２減速ギヤ５６が噛合する。

尚、本参考例のマニュアルトランスミッションＴはオートマチック作動するものであり、クラッチＣおよび第１〜第４シンクロメッシュ機構４６，４７，４８，５２は、ドライバーによるマニュアル操作ではなくアクチュエータによるオートマチック操作で作動するようになっている。

ディファレンシャルギヤＤのディファレンシャルケース５９が第１ケーシング１１および第２ケーシング１２にボールベアリング６０，６１を介して支持されており、ディファレンシャルケース５９に設けたファイナルドリブンギヤ６２がカウンタシャフトＣＳのファイナルドライブギヤ４４および中間減速軸５５の第３減速ギヤ５７に噛合する。ディファレンシャルケース５９に設けたピニオンシャフト６３に２個のディファレンシャルピニオン６４，６４が回転自在に支持されており、これらのディファレンシャルピニオン６４，６４に２個のディファレンシャルサイドギヤ６５，６５が噛合する。各々のディファレンシャルサイドギヤ６５，６５に結合されてディファレンシャルケース５９に相対回転自在に支持された左右の車軸６６，６６が、左右の駆動輪にそれぞれ接続される。

次に、図２に基づいてモータＭの構造を説明する。

モータＭは、鉄板をカップ状にプレス加工した本体ケース７１と、この本体ケース７１の開口端に形成したフランジ７１ａにボルト７４…で結合されるフロントカバー７２とで構成されたモータケース７３を備えており、フロントカバー７２は第２ケーシング１２の開口１２ａに図示せぬボルトで結合される。

ステータ２４は積層鋼板よりなるステータコア７５と、その外周に巻回されたコイル７６…とで構成されており、ステータコア７５の外周面がケース本体７１の内周面に固定される。中空のロータシャフト２２と、その外周面に支持された積層鋼板よりなるロータコア７７と、ロータコア７７の外周面に支持されてステータ２４の内周面に対向する永久磁石７８…とを備える。ロータシャフト２２はロータコア７７を支持する大径部２２ａと、その右端に連なる小径部２２ｂとを備えており、大径部２２ａの左端内周がケース本体７１の底壁の中心を内向きに突出させた支持部７１ｂにボールベアリング７９を介して支持されるとともに、小径部２２ｂの右端外周がフロントカバー７２にボールベアリング８０を介して支持される。

このように、モータケース７３の本体ケース７１を鉄板のプレス製品で構成したので軽量で安価であるだけでなく、その底壁に支持部７１ｂを一体にプレス成形することで、支持部７１ｂを別部材で構成する場合に比べて部品点数、組付工数、製造コストを削減することができる。

ボールベアリング７９のインナーレース７９ａは、ケース本体７１の支持部７１ｂの外周面に支持される。またボールベアリング７９のアウターレース７９ｂは、ロータシャフト２２の内周面の段部２２ｃに係合した状態でクリップ８１により抜け止めされる。ロータシャフト２２の、大径部２２ａおよび小径部２２ｂの境目となる段差部がボールベアリング８０にシャフト軸線方向で対向しており、前記段差部には、ボールベアリング８０を指向する油孔２２ｄ…が形成される。そしてフロントカバー７２を貫通するロータシャフト２２の先端とフロントカバー７２との間に、ロータシャフト２２の回転位置を検出するレゾルバよりなる回転センサ８２が設けられる。

次に、上記構成を備えた参考例の作用を説明する。

エンジンＥによる前進走行を行うとき、第４シンクロメッシュ機構５２により第１減速ギヤ５１をモータ出力軸ＭＯＳから切り離して駆動力がモータＭに逆伝達されないようにするとともに、リバースカウンタシャフトＲＣＳ上のリバースアイドルギヤ４９を左位置に移動させてメインリバースギヤ２７およびカウンタリバースギヤ４５から切り離しておく。

第１シンクロメッシュ機構４６でカウンタ１速ギヤ３６をカウンタシャフトＣＳに結合すると１速変速段が確立し、エンジンＥにクラッチＣを介して接続されたメインシャフトＭＳの回転は、メイン１速ギヤ２５、カウンタ１速ギヤ３６、カウンタシャフトＣＳ、ファイナルドライブギヤ４４、ファイナルドリブンギヤ６２、ディファレンシャルギヤＤおよび車軸６６，６６を介して駆動輪に伝達される。第１シンクロメッシュ機構４６でカウンタ２速ギヤ３７をカウンタシャフトＣＳに結合すると２速変速段が確立し、メインシャフトＭＳの回転は、メイン２速ギヤ２６およびカウンタ２速ギヤ３７を介してカウンタシャフトＣＳに伝達されて駆動輪が駆動される。

第２シンクロメッシュ機構４７でメイン３速ギヤ２８をメインシャフトＭＳに結合すると３速変速段が確立し、メインシャフトＭＳの回転は、メイン３速ギヤ２８およびカウンタ３速ギヤ４０を介してカウンタシャフトＣＳに伝達されて駆動輪が駆動される。第２シンクロメッシュ機構４７でメイン４速ギヤ２９をメインシャフトＭＳに結合すると４速変速段が確立し、メインシャフトＭＳの回転は、メイン４速ギヤ２９およびカウンタ４速ギヤ４１を介してカウンタシャフトＣＳに伝達されて駆動輪が駆動される。第３シンクロメッシュ機構４８でメイン５速ギヤ３０をメインシャフトＭＳに結合すると５速変速段が確立し、メインシャフトＭＳの回転は、メイン５速ギヤ３０およびカウンタ５速ギヤ４２を介してカウンタシャフトＣＳに伝達されて駆動輪が駆動される。第３シンクロメッシュ機構４８でメイン６速ギヤ３１をメインシャフトＭＳに結合すると６速変速段が確立し、メインシャフトＭＳの回転は、メイン６速ギヤ３１およびカウンタ６速ギヤ４３を介してカウンタシャフトＣＳに伝達されて駆動輪が駆動される。

エンジンＥによる後進走行を行うとき、リバースアイドルギヤ４９を右位置に移動させてメインリバースギヤ２７およびカウンタリバースギヤ４５に噛合させ、後進変速段を確立する。その結果、エンジンＥにクラッチＣを介して接続されたメインシャフトＭＳの回転は、メインリバースギヤ２７、リバースアイドルギヤ４９、カウンタリバースギヤ４５、カウンタシャフトＣＳ、ファイナルドライブギヤ４４、ファイナルドリブンギヤ６２、ディファレンシャルギヤＤおよび車軸６６，６６を介して駆動輪に伝達される。

上述したエンジンＥによる前進走行中あるいは後進走行中に、第４シンクロメッシュ機構５２で第１減速ギヤ５１をモータ出力軸ＭＯＳに結合した状態でモータＭを駆動すると、モータＭの駆動力が第１減速ギヤ５１、第２減速ギヤ５６、中間減速軸５５および第３減速ギヤ５７、ファイナルドリブンギヤ６２、ディファレンシャルギヤＤおよび車軸６６，６６を介して駆動輪に伝達されることで、エンジンＥの駆動力をモータＭの駆動力でアシストすることができる。但し、前進走行中であるか後進走行中であるかに応じてモータＭの駆動方向は逆になる。

エンジンＥの駆動力を使用せずにモータＭの駆動力だけで車両を前進走行あるいは後進走行させる場合には、第４シンクロメッシュ機構５２で第１減速ギヤ５１をモータ出力軸ＭＯＳに結合した状態でモータＭを正転あるいは逆転駆動する。これにより、モータＭの駆動力が第１減速ギヤ５１、第２減速ギヤ５６、中間減速軸５５および第３減速ギヤ５７、ファイナルドリブンギヤ６２、ディファレンシャルギヤＤおよび車軸６６，６６を介して駆動輪に伝達される。

図示せぬオイルポンプから供給された潤滑油はモータ出力軸ＭＯＳの右端に流入し、そこからモータ出力軸ＭＯＳの内部を左方に流れて中空のロータシャフト２２の内部に流入する。ロータシャフト２２の内部に流入した潤滑油の一部は油孔２２ｄ…から流出してベアリング８０を潤滑する。また前記潤滑油の残部はボールベアリング７９のインナーレース７９ａおよびアウターレース７９ｂの間を通過して該ボールベアリング７９を潤滑した後、モータケース７３の内部に排出される。このように、ボールベアリング７９を通してモータケース７３の内部に潤滑油を排出するので、ロータシャフト２２の大径部２２ａに油孔を形成する必要がなくなり、ロータシャフト２２の加工コストを低減することができる。

しかして、ロータシャフト２２の左端を本体ケース７１に支持するボールベアリング７９のインナーレース７９ａを支持部７１ｂの外周面に支持し、アウターレース７９ｂをロータシャフト２２の内周面に支持したので、ロータ２３の軸線方向の端面よりも内側にボールベアリング７９を配置してモータＭの軸線方向の寸法を小型化することができる。

ところで、中空のロータシャフト２２の肉厚を薄くして軽量化を図りながら、その捩じり剛性や曲げ剛性を高めるには、ロータシャフト２２の直径を拡大することが必要である。この場合、仮にロータシャフト２２の外周面にボールベアリング７９のインナーレース７９ａを支持すると、そのボールベアリング７９の直径が極端に大きくなってしまい、重量の増加やコストアップの要因となる問題がある。

しかしながら本参考例によれば、ロータシャフト２２の内周面にボールベアリング７９のアウターレース７９ｂを支持するので、ロータシャフト２２の直径を拡大しても小直径のボールベアリング７９を使用することができ、重量の増加やコストアップを回避することができる。

次に、図４に基づいて本発明の一実施例を説明する。

前記参考例ではロータ２３の回転センサ８２がモータケース７３の外部に配置されているが、本実施例では回転センサ８３がモータケース７３の内部に配置される。即ち、回転センサ８３の回転子８３ａがロータシャフト２２の内周面に固定され、この回転子８３ａに対向して相対回転する固定子８３ｂが本体ケース７１の支持部７１ｂの先端部外周面に固定される。

特に本実施例では、図４に示すように、中空に形成した前記支持部７１ｂがボールベアリング７９を貫通してその内方側に延出しており、その延出部の外周面に回転センサ８３の固定子８３ｂが固定される。しかもその固定子８３ｂに連なる配線が前記支持部７１ｂの中空部を通して外部に引き出される。

この実施例によれば、ロータシャフト２２の内部空間を有効に利用して回転センサ８３を配置することで、モータＭの一層の小型化を図ることができる。

以上、参考例及び本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例ではモータＭを例示したが、本発明はジェネレータを含む回転電機に対して適用することができる。

また実施例では支持部７１ｂを本体ケース７１と一体に形成しているが、支持部７１ｂを別部材で構成して本体ケース７１の内面に固定しても良い。

参考例に係るハイブリッド車両用のマニュアルトランスミッションの縦断面図 図１の２部拡大図 マニュアルトランスミッションのスケルトン図 本発明の実施例に係る、前記図２に対応する図

符号の説明

２２ ロータシャフト
２２ａ 大径部
２２ｂ 小径部
２２ｄ 油孔
２３ ロータ
２４ ステータ
７１ 本体ケース
７１ｂ 支持部
７２ フロントカバー
７３ モータケース（ケーシング）
７９ ボールベアリング（第１のベアリング）
７９ａ インナーレース
７９ｂ アウターレース
８０ ボールベアリング（第２のベアリング）
８３ 回転センサ
８３ａ 回転子
８３ｂ 固定子

Claims (5)

1. ケーシング（７３）に固定したステータ（２４）の内部に配置したロータ（２３）を中空のロータシャフト（２２）の外周面に固定すると共に、そのロータシャフト（２２）を一対のベアリング（７９，８０）を介してケーシング（７３）に回転自在に支持したインナーロータ型回転電機であって、
   前記ケーシング（７３）が、有底円筒状の本体ケース（７１）と、この本体ケース（７１）の開口端に結合されるフロントカバー（７２）とで構成されると共に、前記ロータシャフト（２２）が、大径部（２２ａ）と、その大径部（２２ａ）のフロントカバー（７２）側の一端に連なる小径部（２２ｂ）とを備えており、前記本体ケース（７１）の底壁から中空のロータシャフト（２２）の内部に支持部（７１ｂ）が内向きに突設され、第１の前記ベアリング（７９）のインナーレース（７９ａ）が前記支持部（７１ｂ）の外周面に支持されるとともにアウターレース（７９ｂ）が前記大径部（２２ａ）の内周面に支持され、前記小径部（２２ｂ）の外周が第２の前記ベアリング（８０）を介して前記フロントカバー（７２）に支持されるものにおいて、
   中空に形成した前記支持部（７１ｂ）が、前記第１のベアリング（７９）を貫通してその内方側に延出しており、その延出部の外周面に固定した固定子（８３ｂ）と、前記第１，第２のベアリング（７９，８０）の相互間で前記大径部（２２ａ）の内周面に固定した回転子（８３ａ）とにより、前記ロータ（２３）の回転を検出する回転センサ（８３）が構成され、その回転センサ（８３）の前記固定子（８３ｂ）に連なる配線が前記支持部（７１ｂ）の中空部を通して外部に引き出されることを特徴とするインナーロータ型回転電機。
2. 前記ロータシャフト（２２）の内部から、前記第１のベアリング（７９）のインナーレース（７９ａ）およびアウターレース（７９ｂ）間の間隙に潤滑油を供給することを特徴とする、請求項１に記載のインナーロータ型回転電機。
3. 前記ロータシャフト（２２）の、前記大径部（２２ａ）及び前記小径部（２２ｂ）の境目となる段差部が前記第２のベアリング（８０）にシャフト軸線方向で対向しており、前記段差部には、前記第２のベアリング（８０）を指向する油孔（２２ｄ）が形成されることを特徴とする、請求項２に記載のインナーロータ型回転電機。
4. 金属板材をプレス成形して前記本体ケース（７１）を構成したことを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載のインナーロータ型回転電機。
5. 前記本体ケース（７１）のプレス成形時に前記支持部（７１ｂ）を一体にプレス成形したことを特徴とする、請求項４に記載のインナーロータ型回転電機。

Images