JP2010154653A - 電動機のロータシャフト支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機のロータシャフト支持構造に関し、変速機入力軸の外側に中空のロータシャフトを配置しながら、ロータシャフトを軸方向への移動が生じないように確実に支持することができるようにする。
【解決手段】ケーシング１０に軸支された変速機４の入力軸３２の外周に、入力軸３２と同心状に配置される中空のロータシャフト２３と、ロータシャフト２３をケーシング１０に軸支する軸受７４，７５と、ロータシャフト２３の軸方向への移動を規制する規制部材８０と、を備えるように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハイブリッド電気自動車の電動機に用いて好適の、電動機のロータシャフト支持構造に関する。

近年、内燃機関（以下、エンジンという）と電動機（以下、モータという）とを駆動力源とする自動車、いわゆる、パラレル式のハイブリッド車両が開発されているが、このようなパラレル式ハイブリッド車両では、エンジンからの駆動力とモータからの駆動力とを選択して又は合わせて変速機に導入し変速機を介して変速して駆動輪へと供給する。
このように、２系統の駆動力源を変速機等の動力伝達系に導入する場合、例えば図２に示すように、エンジン１の出力軸１ａから駆動力を受ける変速機４の入力軸３２に、モータ２の回転軸、つまり、モータ２のロータ２１が固設されるロータシャフトを一体に構成することが考えられる。換言すれば、変速機４の入力軸３２がモータ２のロータシャフトを兼ねるように構成することが考えられる。

なお、エンジン１の出力軸１ａと変速機４の入力軸３２との間にはクラッチユニット３が介装されている。また、変速機４の入力軸３２はケーシング１０に、軸受７１，７２を介して回転自在に支持されている。また、この例では、変速機４の入力軸３２と平行に変速機４のカウンタシャフト３３が軸受７３を介して回転自在に支持されている。そして、モータ２のロータ２１の外周には、ケーシング１０に固定されたステータ２２が対向して配設されている。

ただし、一般的には、変速機４の入力軸３２とロータシャフトとを一体に構成すると軸受７２を設置することが困難となるため、モータ２のロータシャフトを変速機４の入力軸３２とは別体に構成することが必要になり、例えば図３に示すように、ロータシャフト２３を中空軸に構成して、変速機４の入力軸３２の外周に同心状に配置することが考えられる。なお、図３において図２と同符号は同様のものを示す。

このように、ロータシャフト２３を中空にした場合、中空軸であるロータシャフト２３を如何に支持するかが課題となる。図３に示す例では、中空のロータシャフト２３の一端（図中、左端）は、その外周をケーシングに支持されたベアリング軸受７４で、他端（図中、右端）は、その内周を変速機入力軸３２との間に介装されたすべり軸受（ブッシュ）７５で支持している。

また、図３に示す例では、ロータシャフト２３とその内側の変速機入力軸３２との間は、スプライン部７６においてスプライン係合している。
なお、このほかの中空のモータ回転軸の支持構造としては、特許文献１に、中空のロータシャフトの両端外周をケーシングに支持された軸受によってそれぞれ支持する構成が記載されている。
特開２００７−３２０３８２号公報

ところで、ロータシャフト２３は、ロータ２１を適切な軸方向位置に保持することが必要である。ロータ２１が軸方向に移動すると、ロータ２１とロータ２１の外周に設けられるステータ２２との軸方向の位置関係が変化して、モータ２の出力低下や出力変動や振動や騒音を招くことになり好ましくない。
特に、図３に示すような変速機入力軸３２は、その変速機側（図３中、右側）にミッション側ギヤ８１ａを備え、このミッション側ギヤ８１ａが隣接するカウンタ軸３３のギヤ８１ｂと噛合した構成をとる場合があり、この場合のギヤ８１ａ，８１ｂには、はす歯ギヤ機構が用いられている場合がある。このような場合、変速機入力軸３２には、回転に伴ってはす歯ギヤ機構を通じて軸方向の動きが生じることになる。

この場合、ロータシャフト２３の軸受７４には、ある程度のガタがあるため、変速機入力軸３２の軸方向の動きは、ロータシャフト２３に伝達され、ロータシャフト２３にも軸方向の動きが生じることになる。ロータシャフト２３が軸方向に動くと、ロータ２１とステータ２２との軸方向の位置関係が変化して、上述のごとくモータ２の出力低下や出力変動や振動や騒音を招いてしまう。

本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、変速機入力軸の外側に中空のモータのロータシャフトを配置しながら、ロータシャフトを軸方向への移動が生じないように確実に支持することができるようにした、電動機のロータシャフト支持構造を提供することを目的とする。

上記目標を達成するため、本発明の電動機のロータシャフト支持構造（請求項１）は、ケーシングに軸支された変速機の入力軸の外周に、該入力軸と同心状に配置される中空のロータシャフトと、上記ロータシャフトを上記ケーシングに軸支する軸受と、上記ロータシャフトの軸方向への移動を規制する規制部材と、を備えていることを特徴としている。
上記軸受は、上記ロータシャフトの両端部にそれぞれ設けられていることが好ましい（請求項２）。

上記規制部材は、上記両端部の軸受の一方に付設され、上記ロータシャフトを軸方向へ押圧するウェーブワッシャであることが好ましい（請求項３）。

本発明の電動機のロータシャフト支持構造（請求項１）によれば、規制部材によって、ロータシャフトの軸方向への移動が規制されるので、電動機においてロータがステータに対して軸方向にずれてしまうことが防止され、これによって生じるモータの出力低下や出力変動や振動や騒音を抑制することができる。
また、この軸受がロータシャフトの両端部にそれぞれ設けられ、ケーシングに軸支されていれば、ロータシャフトの位置精度が向上し、特に、ロータとステータとの間のギャップも小さく設定することが可能になり、モータの出力向上にも寄与する（請求項２）。

また、規制部材に、軸受の一方に付設され、ロータシャフトの軸方向へ押圧するウェーブワッシャを用いれば、ロータがステータに対して軸方向にずれてしまうことを簡素な構成で防止することができる（請求項３）。

以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る電動機のロータシャフト支持構造を示す模式的な縦断面図である。
本実施形態に係る電動機（以下、モータという）は、パラレル式ハイブリッド電気自動車に搭載されたもので、このハイブリッド電気自動車の駆動系は、内燃機関（以下、エンジンという）及びモータの２系統の駆動力源を変速機等の動力伝達系に導入するようになっている。

つまり、図１に示すように、モータ２の回転軸、つまり、モータ２のロータ２１が固設されるロータシャフト２３が、中空軸として形成されて、エンジン１の出力軸１ａから駆動力を受ける変速機４の入力軸３２の外周に装備されている。
また、変速機４の入力軸３２はケーシング１０に、軸受７１，７２を介して回転自在に支持されている。また、この例では、変速機４の入力軸３２と平行に変速機４のカウンタシャフト３３が軸受７３を介して回転自在に支持されている。そして、モータ２のロータ２１の外周には、ケーシング１０に固定されたステータ２２が対向して配設されている。

さらに、ロータシャフト２３と入力軸３２とは、スプライン部７６によっ一体に回転するように結合されている。
また、エンジン１の出力軸１ａと変速機４の入力軸３２との間にはクラッチユニット（クラッチ装置）３の湿式クラッチ（油圧多板クラッチ、以下、単に「クラッチ」ともいう）３０が介装されている。これにより、クラッチ３０により、エンジン１と変速機４との動力伝達経路が断接され、クラッチ３０により、エンジン１及びモータ２と変速機４との動力伝達経路が断接されるようになっている。

中空のロータシャフト２３は、その両端の外周をケーシング１０に支持された深溝玉軸受７４，７５によって支持されている。そして、深溝玉軸受７４，７５のうちの一方（ここでは、図１中右側の深溝玉軸受７５）には、ロータシャフト２３の軸方向への移動を規制する規制部材としてウェーブワッシャ８０が備えられている。
つまり、ロータシャフト２３に何らかの軸方向の力が加わってロータシャフト２３が軸方向に変位すると、ロータ２１とロータ２１の外周のステータ２２との軸方向の位置関係が変化して、モータ２の出力低下や出力変動や振動や騒音を招くことになる。そこで、ウェーブワッシャ８０を一方の深溝玉軸受７５とケーシング１０との間に介装して、ウェーブワッシャ８０の弾性力によって深溝玉軸受７５に付勢力を加えることにより、ロータシャフト２３の軸方向への変位を防止している。
なお、ウェーブワッシャ８０は、深溝玉軸受７４側に設けてもよい。

（作用、効果）
本発明の一実施形態にかかる電動機のロータシャフト支持構造は、上述のように構成されているので、規制部材としてのウェーブワッシャ８０によって、ロータシャフト２３の軸方向への移動が規制され、モータ２において、ロータ２１がステータ２２に対して軸方向にずれてしまうことが防止され、これによって生じるモータ２の出力低下や出力変動や振動や騒音を抑制することができる。

つまり、ロータシャフト２３は、変速機４の入力軸３１にスプライン結合され構成されているが、変速機４の入力軸３２には、変速機４の各機器に連結されているので、入力軸３２には軸方向の力が加わることがある。入力軸３２に軸方向の力が加われば、スプライン結合であってもロータシャフト２３にこの軸方向の力の影響が生じる。
これに対して、ロータシャフト２３を支持する深溝玉軸受７５とケーシング１０との間にウェーブワッシャ８０が介装されており、ウェーブワッシャ８０の弾性力によって深溝玉軸受７５に付勢力が加えられているので、ロータシャフト２３の軸方向への変位はこのウェーブワッシャ８０の軸方向への付勢力によって確実に防止される。

ロータシャフト２３が軸方向に変位すると、ロータ２１とロータ２１の外周のステータ２２との軸方向の位置関係が変化して、モータ２の出力低下や出力変動や振動や騒音を招くことになるが、本支持構造によれば、このような事態を確実に防止することができ、モータの出力性能や効率を良好なものに保ち、振動や騒音の発生を抑えることができるのでハイブリッド自動車の各種性能の向上に寄与しうる。

また、本実施形態では、ウェーブワッシャ８０というシンプルな部材を深溝玉軸受７５とケーシング１０との間に介装するだけで、ロータシャフト２３の軸方向への移動を規制するので、組み付けも容易でありコスト増も僅かなものに抑えることができる。
しかも、ウェーブワッシャ８０の場合、バネ特性のあったものを選定して装着すれば、与圧管理を要することもなく、特別な管理なしに、所要の付勢力をロータシャフト２３に加えることができる。

なお、図３に例示しているが、図１にも２点鎖線で示すように、変速機４の入力軸３２の変速機側（図１中、右側）にミッション側ギヤ８１ａを備え、このミッション側ギヤ８１ａが隣接するカウンタ軸３３のギヤ８１ｂと噛合した構成をとる場合があり、この場合のギヤ８１ａ，８１ｂには、はす歯ギヤ機構が用いられる場合がある。このような場合には、入力軸３２には、回転に伴ってはす歯ギヤ機構を通じて軸方向の動きが入力軸３２に生じることになる。

このような場合、ロータシャフト２３は軸方向へ移動しやすくなるが、ウェーブワッシャ８０がロータシャフト２３の軸方向への移動を規制するので、ロータシャフト２３の軸方向変位は確実に防止され、モータ２の出力低下や出力変動や振動や騒音の発生を防止または抑制することができる。
また、ロータシャフト２３は、その両端部で、深溝玉軸受７４，７５によりそれぞれ回転自在に支持されているので、ロータシャフト２３の位置精度を向上させることができ、ロータ２１の回転精度が向上し、ロータ２１とステータ２２との間のギャップも小さく設定することが可能になり、モータ２の出力向上にも寄与する。

（その他）
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形させて実施することができる。
例えば、本実施形態では、ロータシャフトの軸方向への移動を規制する規制部材として、ロータシャフトの軸方向へ押圧するウェーブワッシャを用いたが、軸受とケーシングとの軸方向間に単なるスペーサを規制部材として介装したり、軸受とケーシングとの軸方向間にその他の弾性部材を規制部材として介装したり、或いは、ロータシャフトに軸方向へ摺接しながら押圧する他の押圧部材を規制部材として介装したりしてもよい。ただし、ロータシャフトの移動を弾性力によって規制することが、耐久性上や振動，騒音の抑制上好ましい。

また、本実施形態では、ロータシャフトの軸方向両端をそれぞれ深溝玉軸受で支持しているが、軸受にはテーパ軸受など他の軸受を用いてもよい。
また、ロータシャフトの軸方向一端だけを軸受で支持したり、一端を深溝玉軸受で支持し他端をすべり軸受で支持したりすることもできるが、ロータシャフトの位置精度向上の上では不利となる。

また、本実施形態では、電動機がハイブリッド電気自動車に適用された例を説明したが、変速機に隣接するものであれば、電動機の適用対象はこれに限るものではない。

本発明の一実施形態にかかる電動機のロータシャフト支持構造を示す模式的な縦断面図である。 従来技術にかかる電動機のロータシャフト支持構造を示す模式的な縦断面図である。 他の従来技術にかかる電動機のロータシャフト支持構造を示す模式的な縦断面図である。

符号の説明

１ 走行用エンジン（内燃機関）
１ａ エンジン１の出力軸
２ 走行用ハイブリッドモータ（電動機）
３ クラッチ装置（クラッチユニット）
４ 機械式自動変速機
５ 出力軸
６ デファレンシャル
１０ ミッションケース
２１ 電動機２のロータ
２２ 電動機２のステータ
３０ クラッチ（湿式多板クラッチ，油圧クラッチ）
３２ 入力軸
３３ カウンタ軸
２３ ロータシャフト
７１〜７５ 軸受
７６ スプライン部
８０ 規制部材としてのウェーブワッシャ
８１ａ，８１ｂ ギヤ

Claims (3)

1. ケーシングに軸支された変速機の入力軸の外周に、該入力軸と同心状に配置される中空のロータシャフトと、
   上記ロータシャフトを上記ケーシングに軸支する軸受と、
   上記ロータシャフトの軸方向への移動を規制する規制部材と、を備えている
   ことを特徴とする、電動機のロータシャフト支持構造。
2. 上記軸受は、上記ロータシャフトの両端部にそれぞれ設けられている
   ことを特徴とする、請求項１記載の電動機のロータシャフト支持構造。
3. 上記規制部材は、上記両端部の軸受の一方に付設され、上記ロータシャフトを軸方向へ押圧するウェーブワッシャである
   ことを特徴とする、請求項２記載の電動機のロータシャフト支持構造。

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