JP6061815B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、モータ、湿式ブレーキおよび湿式クラッチに関する。

モータおよび減速機を互いに連通する空間内に密封し、この空間内で潤滑油を循環させる構造の油浴式モータが知られている。例えば、特許文献１には、モータの回転軸を中空にし、外部の冷却流体供給部から回転軸の穴を通してハウジング内のロータ収容空間にオイル含有冷媒を吹き出すように構成された回転電機が開示されている。

特開平１１−４１８６１号公報

軸方向のコンパクト化のために、ケーシングとロータの端面との間の隙間が小さくなると、冷却液が封入されたモータの場合、ロータ回転時にこの隙間での粘性抵抗が大きくなり、モータ効率が低下してしまうという問題がある。この問題は、湿式ブレーキや湿式クラッチにおいても同様である。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却液が封入されたモータ、湿式ブレーキまたは湿式クラッチにおいて、粘性抵抗を低減する技術を提供することにある。

本発明のある態様は、ケーシングと、ケーシングと相対回転するロータ軸と、を備え、ケーシング内に冷却液が封入されたモータであって、ケーシングのロータと対向する対向面に凹部が設けられている。

この態様によると、ケーシングの対向面とロータの端面との間の隙間の距離が凹部のある箇所で増加するので、ロータ回転時の粘性抵抗を小さくすることができる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、冷却液が封入されたモータ、湿式ブレーキまたは湿式クラッチにおいて、粘性抵抗を低減することができる。

本発明の一実施形態に係るモータの一部を、中心軸を含む鉛直面で切断したときの断面図である。 後部ケーシングの概略斜視図である。 図２中のＢ−Ｂ線に沿った、一つの凹部の長手方向断面図である。 図１中のＡ部の拡大図である。 湿式ブレーキの概略部分拡大図である。

図１は、本発明の一実施形態に係るモータ１０の一部を、中心軸を含む鉛直面で切断したときの断面図である。

モータ１０は、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータ１２、湿式多板ブレーキ機構１４およびパーキングブレーキ装置２０が一体化された装置である。

ＩＰＭモータ１２は、共に積層鋼板で構成されたステータ６４およびロータ６６を備える。ロータ６６の積層鋼板には軸方向に延びる空隙６６Ａが複数形成されており、この空隙内に永久磁石７６Ａ、７６Ｂが埋め込まれている。永久磁石がロータ内に埋め込まれているＩＰＭモータは、永久磁石がロータの表面に貼り付けられているＳＰＭモータに比べて効率が高い。ロータ６６を構成している積層鋼板は、図示しないボルトによって一体化され、キー９２によってロータ軸７０と一体化されている。なお、ボルトではなく、カシメや接着により一体化されてもよい。ロータ軸７０の後部側（図１の左側）は、軸受８２を介して、後部ケーシング６０から内側に延出する延出部６０Ａに回転自在に支持されている。

ロータ軸７０の先端側（図１の右側）は、任意の構成の減速機の入力軸と連結されるか、または車輪などの負荷に直接連結される。

ステータ６４は、前部ケーシング５９に固定されている。ステータ６４の複数のスロットにはそれぞれ絶縁紙が挿入され、また、磁場を形成するためのコイルがスロットを跨いで所定回数巻回されている。コイルの巻回のための折り返しの部分が、コイルエンド６８Ａ、６８Ｂとして、ステータ６４の両端から軸方向に突出している。

図示していないが、ロータ６６と対面するステータ６４の内周面には、電圧波形の改善やコギングトルクの低減を目的とした、スロットの開口部からなるスキューが形成されている。なお、ステータ６４ではなく、ステータ６４と対面するロータ６６の外周面にスキューが形成されていてもよいし、ステータ６４の内周面とロータ６６の外周面の両方にスキューが形成されていてもよい。後者の場合、ステータとロータのスキューの捻り方向は同一である。

ロータ６６の軸方向両端面には、ロータ内に埋め込まれた永久磁石７６Ａ、７６Ｂが回転中に飛びなさないようにするための端板７２、７４がそれぞれ取り付けられている。端板は例えばステンレスまたはアルミ製である。なお、端板はアルミに限らず非磁性体であればよく、例えば樹脂製でもよい。

ロータ軸７０の内部には、軸方向に延びる中空部９０が形成されている。中空部９０の反負荷側（左側）端部は、開口部９６でケーシング５９、６０内の空間８０Ｌと連通しており、中空部９０の負荷側（右側）端部には、例えば図示しない減速機の入力軸が挿入される。

図示しないが、ロータ軸７０の内周面には、ステータ内周面またはロータ外周面のスキューの捻り方向とは逆向きの螺旋溝が形成されている。詳細は後述するが、この螺旋溝は開口部９６を通って中空部９０内に侵入した冷却液を反負荷側の空間８０Ｌから負荷側の空間８０Ｒに誘導する手段として機能する。ロータ軸７０の内周面に螺旋溝を形成せずに平滑面としてもよい。

ブレーキ機構１４は、ＩＰＭモータ１２のロータ軸７０の回転を制動する。ブレーキ機構１４は、ステータ６４に巻回されているコイルのコイルエンド６８Ａの半径方向内側に収められており、複数の摩擦板を有する多板式制動部７８を備える。多板式制動部７８の摩擦板は、複数（図示の例では５枚）の固定摩擦板７８Ａと、複数（図示の例では４枚）の回転摩擦板７８Ｂとで構成されている。

固定摩擦板７８Ａは、ＩＰＭモータ１２の後部ケーシング６０の後端を塞ぐように配置されたブレーキピストン８４と、後部ケーシング６０の延出部６０Ａとの間で、図示しない貫通ピンによって円周方向に固定されるとともに、貫通ピンに沿って軸方向に移動可能とされている。

一方、回転摩擦板７８Ｂは、ロータ６６と一体的に回転するロータ軸７０側に組み込まれ、ロータ軸７０と一体的に回転可能である。ロータ軸７０の外周には、軸方向に沿ってスプライン７０Ｂが形成されており、回転摩擦板７８Ｂの内周端がスプライン７０Ｂと係合している。これにより、回転摩擦板７８Ｂは、ロータ軸７０とスプライン７０Ｂを介して円周方向に一体化されると共に、ロータ軸７０の軸方向に沿って移動可能となっている。回転摩擦板７８Ｂの表面には、摩擦シートが接着されている。

第１ブレーキピストン４０は、後部ケーシング６０の後端に取り付けられるシリンダブロック５８内に形成されたシリンダ４８内を摺動するように配置されている。シリンダ４８は、油路８６を介して油圧機構と連通しており、制動操作に応じて油圧機構から油路を介してシリンダ４８内に圧油が供給されるようになっている。第１ブレーキピストン４０とシリンダ４８の間は、三つのシール４２、４４、４６によって、モータ内部の空間８０Ｌおよびパーキングブレーキ装置２０側に対して封止されている。

第２ブレーキピストン８４は、第１ブレーキピストン４０の移動時に第１ブレーキピストンの右端面と当接して連動して移動するように、シリンダブロック５８の右端面５８Ａと多板式制動部７８との間に配置される。第２ブレーキピストン８４の右端には、制動操作に応じて最左端に位置する固定摩擦板７８Ａと当接する当接面８４Ａが形成されている。

第２ブレーキピストン８４と、後部ケーシング６０の内周に形成される肩部との間には、第２ブレーキピストン８４を左方に向けて付勢する戻しばね８５が介装されている。

ＩＰＭモータ１２およびブレーキ機構１４は、共に湿式で構成される。ＩＰＭモータ１２およびブレーキ機構１４の内部空間は密閉された一続きの空間となっており、この空間内に冷却液が封入され、冷却液が空間内を流通可能となっている。この冷却液は、ＩＰＭモータのロータ６６およびステータ６４の冷却のみならず、モータ内の軸受および摺動部の潤滑油の役割も同時に果たしている。なお、冷却液は潤滑油に限定されず、純粋に冷却目的のものであってもよい。本実施形態では、中心軸が水平になった状態で、ＩＰＭモータ１２の軸受８２の一部が浸かる程度の量の冷却液がケーシング５９、６０内に封入されている。

続いて、ブレーキ機構１４による制動作用を説明する。

所定の制動制御に基づいて、油圧機構から油路８６を介してシリンダ４８内に圧油が供給され、第１ブレーキピストン４０がシリンダ４８内を負荷側（図中の右方向）に移動する。これに応じて第２ブレーキピストン８４も右方向に移動し、当接面８４Ａが最左端に位置する固定摩擦板７８Ａを軸方向に押圧する。この結果、複数の固定摩擦板７８Ａと回転摩擦板７８Ｂが次々に強い力で接触する。上述したように、固定摩擦板７８Ａは貫通ピンを介して円周方向に固定されており、回転摩擦板７８Ｂは、ロータ軸７０に組み込まれているスプライン７０Ｂを介してロータ軸７０と円周方向に一体化されている。そのため、固定摩擦板７８Ａと回転摩擦板７８Ｂが、回転摩擦板７８Ｂに接着された摩擦シートを介して強く接触することによって、ロータ軸７０の制動作用が発生する。

制動制御が終了すると、シリンダ４８内の圧油の供給が停止されるため、第２ブレーキピストン５０と後部ケーシング６０の肩部との間に介装された戻しばね８５の復元力により、第２ブレーキピストン８４および第１ブレーキピストン４０が反負荷側（図中の左方向）に戻り、各固定摩擦板７８Ａが元の軸方向位置に復帰する。これに伴って回転摩擦板７８Ｂも元の軸方向位置に復帰し、固定摩擦板７８Ａと回転摩擦板７８Ｂの接触が解かれて制動作用が消滅する。

シリンダブロック５８の後端には、パーキングブレーキ装置２０が組み付けられている。パーキングブレーキ装置２０は、ブレーキ機構１４の多板式制動部７８を利用して、車両の駐車時に制動力を発揮するように構成される。パーキングブレーキ装置２０の構成についての詳細な説明は省略する。

本実施形態では、モータ１０の軸方向のコンパクト化のために、従来のモータ構造よりもケーシングとロータの端面との間の隙間を小さくしている。すなわち、後部ケーシング６０の延出部６０Ａのロータと対向する対向面６０Ｂと、ロータ６６の端面すなわち端板７４の表面との間の隙間Ｇ１が、従来のモータ構造よりもかなり小さくなっている。

ステータとロータ間の電磁気的作用によってロータ６６が回転すると、ケーシング５９、６０内に封入されている冷却液はその粘性のためにロータ表面に引きずられ、ロータの回転方向と同じ方向に流れ出す。一般に、相対運動する物体間に存在する流体の粘性抵抗は、物体の表面間の距離が小さくなるほど増加する。隙間Ｇ１が非常に小さいと、ケーシング５９とロータ６６は相対回転するため、この箇所での冷却液の粘性抵抗が大きくなり、モータ効率が低下してしまう。

そこで、本実施形態では、後部ケーシング６０の対向面６０Ｂに凹部６２が設けられている。この凹部６２によって、後部ケーシングの対向面６０Ｂとロータの端面との間の距離が、凹部６２のある箇所では増加するので、ロータ回転時の粘性抵抗を凹部が無い場合よりも小さくすることができる。

なお、ケーシングの対向面とロータ端面との間の隙間Ｇ１が５ｍｍ以下であるとき、凹部６２を設けることによる粘性抵抗の低減効果が大きくなり、隙間Ｇ１が３ｍｍ以下になると、凹部６２は特に有効に作用する。

図２は、後部ケーシング６０の概略斜視図である。凹部６２は対向面６０Ｂ上に一つだけ設けられてもよいし、複数の凹部６２が設けられてもよい。凹部６２同士の間隔は、一定であっても不規則であってもよい。複数の凹部６２は、全てが同一の形状であってもよいし、異なる形状であってもよいが、一つの凹部６２の周方向長さＬｐは、径方向長さＬｒよりも大きいことが好ましい。これにより、ロータ端面との間の距離が長くなる箇所の面積を広くとることができる。

凹部６２が形成されている後部ケーシング６０の延出部６０Ａは、その径方向内側に、ロータ軸７０を支持する軸受８２（図１参照）が配置される部分でもある。換言すれば、凹部６２と軸受８２は径方向から見て重なっている。粘性抵抗を小さくするには、後部ケーシング６０の対向面６０Ｂ上で凹部６２が占める面積を大きくすることが好ましいが、同時に、延出部６０Ａが軸受を支持するための剛性を確保する必要がある。そこで、図２に示すように、対向面６０Ｂの周方向に、複数の凹部６２を間欠的に設けるようにすると、凹部６２の占有面積の増大と延出部６０Ａの剛性確保とを両立することができる。なお、延出部６０Ａの剛性が確保できれば、対向面６０Ｂ上に複数の凹部を間欠的に設ける代わりに、一続きの環状の凹部を設けてもよい。

図３は、図２中のＢ−Ｂ線に沿った、一つの凹部６２の長手方向断面図である。図示するように、凹部６２の周方向端面６２ａは、モータ軸の軸方向に対して傾斜していることが好ましい。ロータの回転時は、後部ケーシング６０の対向面６０Ｂの近傍で周方向に沿った流れが生じるので、周方向端面６２ａを傾斜させることで、凹部６２内に進入した冷却液が凹部６２から外に出やすくなる。よって、粘性抵抗をさらに低減する効果が生じる。

図４は、図１中のＡ部の拡大図である。図示するように、本実施形態では、ロータ軸７０を支持する軸受８２の外輪８２ａとロータ端面との間の軸方向の隙間Ｇ２が、ケーシング６０の対向面６０Ｂとロータ端面との間の軸方向の隙間Ｇ１よりも、小さくされている。一般に、粘性抵抗は流速に比例して大きくなるので、ロータの内周側である隙間Ｇ２では外周側の隙間Ｇ１よりもロータ回転時に発生する粘性抵抗が小さく、凹部を設けなくてもモータ効率に与える影響はほとんど無いと考えられる。

上記では、後部ケーシング６０の対向面６０Ｂ、すなわち反負荷側の対向面とロータ端面との間の隙間が小さいため、この対向面に凹部６２を設けることを述べた。しかしながら、モータの構造によっては、ケーシングの負荷側の対向面とロータ端面の間の隙間の方が、反負荷側の対向面とロータ端面の間の隙間よりも小さい場合も起こり得る。このような場合は、ロータ端面との間の隙間が小さい側の対向面に凹部を設けるようにすると、粘性抵抗の低減効果がより大きくなる。また、負荷側、反負荷側両方の対向面に凹部を設けてもよい。

上記では、モータにおいて、ロータ軸を回転支持するケーシングのロータ対向面に凹部を設けることを述べた。しかしながら、本発明は、回転軸を制動するように構成される湿式ブレーキにも適用することができる。

図５は、湿式ブレーキ１００の概略部分拡大図である。湿式ブレーキ１００は、回転軸１７０の回転を制動するように構成される。回転軸１７０はケーシング１６０に回転自在に支持されている。ケーシング１６０内には冷却液が封入されている。

湿式ブレーキ１００は、複数の摩擦板からなる多板式制動部１７８を備える。多板式制動部１７８の摩擦板は、複数（図示の例では３枚）の固定摩擦板１７８Ａと、複数（図示の例では４枚）の回転摩擦板１７８Ｂとで構成されている。

固定摩擦板１７８Ａは、ブレーキピストン１８４と、ケーシング１６０の延出部１６０Ａの端面１６０Ｂとの間で、図示しない貫通ピンによって円周方向に固定されるとともに、貫通ピンに沿って軸方向に移動可能とされている。固定摩擦板１７８Ａの表面には、摩擦シート１７８Ｃが接着されている。

一方、回転摩擦板１７８Ｂは、回転軸１７０側に組み込まれ、回転軸１７０と一体的に回転可能である。回転軸１７０の外周には、軸方向に沿ってスプライン（図示せず）が形成されており、回転摩擦板１７８Ｂの内周端がスプラインと係合している。これにより、回転摩擦板１７８Ｂは、回転軸１７０とスプラインを介して円周方向に一体化されると共に、回転軸１７０の軸方向に沿って移動可能となっている。

所定の制動制御に基づいて、図示しない油圧機構から油路を介してシリンダ１４８内に圧油が供給されると、ブレーキピストン１８４が図５の左方向に移動し、その当接面１８４Ａが最右端に位置する固定摩擦板１７８Ａを軸方向に押圧する。この結果、複数の固定摩擦板１７８Ａと回転摩擦板１７８Ｂが次々に強い力で接触して、回転軸１７０の制動作用が発生する。制動制御が終了すると、シリンダ１４８内の圧油の供給が停止されるため、戻しばね１８５の復元力により、ブレーキピストン１８４が図５中の右方向に戻り、各固定摩擦板１７８Ａが元の軸方向位置に復帰する。これに伴って回転摩擦板１７８Ｂも元の軸方向位置に復帰し、固定摩擦板１７８Ａと回転摩擦板１７８Ｂの接触が解かれて制動作用が消滅する。

上記の湿式ブレーキ１００において、非制動時に回転軸１７０が回転すると、ケーシング１６０内に封入されている冷却液は、その粘性のために、回転軸１７０とともに回転する回転摩擦板１７８Ｂの表面に引きずられ、回転摩擦板の回転方向と同じ方向に流れ出す。このとき、ケーシング１６０の回転摩擦板に対向する対向面１６０Ｂと、最左端に位置する回転摩擦板１７８Ｂの表面との間の隙間Ｇ３が小さいと、（対向面１６０Ｂと回転摩擦板１７８Ｂは相対回転するため）この箇所での冷却液の粘性抵抗が大きくなり、非制動時の回転効率が低下してしまう。

そこで、図１で示した実施形態と同様に、ケーシング１６０の延出部１６０Ａの対向面１６０Ｂに凹部１６２が設けられている。この凹部１６２によって、ケーシングの対向面１６０Ｂと最左端の回転摩擦板１７８Ｂとの間の隙間の距離が、凹部１６２のある箇所では増加するので、回転軸の回転時の粘性抵抗を凹部が無い場合よりも小さくすることができる。上記の実施形態と同様に、凹部の数および形状は、様々に選択することができる。

また、本発明は、入力軸と出力軸のそれぞれに接続された摩擦板同士を接触させることで動力の伝達を行うように構成された湿式クラッチにも適用することができる。図５を参照して説明した湿式ブレーキと、湿式クラッチとは、摩擦板の接触で軸を制動するか、軸同士を連結するかという機能的な違いはあるものの、多板摩擦板の構成自体は同様なので、詳細な説明は省略する。

以上、本発明の実施の形態について説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態では、ＩＰＭモータの反負荷側にブレーキ機構が配置された構成を例に説明したが、ＩＰＭモータの負荷側にブレーキ機構が配置されている構成であっても本発明を適用することができる。

図１に示した実施の形態では、ＩＰＭモータおよびブレーキ機構の内部空間が一続きの空間となっておりこの空間に冷却液が封入されていることを述べた。しかしながら、モータの内部空間のみに冷却液が封入されている構成に対しても、本発明を適用することができる。また、モータの形式もＩＰＭモータに限定されず、ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）モータや誘導電動機であっても本発明を適用することができる。

１０ モータ、 ６０ 後部ケーシング、 ６０Ｂ 対向面、 ６２ 凹部、 ６２ａ 周方向端面、 ６６ ロータ、 ７０ ロータ軸、 ８２ 軸受、 １００ 湿式ブレーキ、 １６０ ケーシング、 １６０Ｂ 対向面、 １６２ 凹部、 １７０ 回転軸、 １７８Ｂ 回転摩擦板。

Claims (9)

1. ケーシングと、ケーシングと相対回転するロータ軸と、前記ロータ軸と一体化されたロータと、を備え、前記ケーシング内の前記ロータが収容される空間に冷却液が封入されたモータであって、
   前記ケーシングの前記ロータと対向する対向面に凹部が設けられ、
   前記ロータ軸を水平にした状態において、前記凹部が前記冷却液に浸かることを特徴とするモータ。
2. 前記対向面の周方向に、複数の凹部が間欠的に設けられることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記凹部は、径方向長さよりも周方向長さの方が大きいことを特徴とする請求項２に記載のモータ。
4. 前記凹部の周方向端面は軸方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項２または３に記載のモータ。
5. 前記凹部の径方向内側にロータ軸を支持する軸受が配置され、前記凹部と前記軸受とは径方向から見て重なることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載のモータ。
6. 前記ケーシングの反負荷側の対向面および負荷側の対向面うち、ロータとの距離が小さい側の面に前記凹部が設けられることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のモータ。
7. ケーシングと、ケーシングと相対回転するロータ軸と、を備え、前記ケーシング内に冷却液が封入されたモータであって、
   前記ケーシングのロータと対向する対向面に凹部が設けられ、
   前記ロータ軸を支持する軸受外輪とロータとの間の隙間が、前記ケーシングとロータとの間の隙間よりも小さいことを特徴とするモータ。
8. 前記凹部の径方向内側に前記ロータ軸を支持する軸受が配置され、
   前記ロータ軸を水平にした状態において、前記軸受の一部が前記冷却液に浸かることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
9. 前記ケーシングの対向面と前記ロータの端面との間の隙間が５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のモータ。

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