JP4876568B2 - ハイブリッド車用モータジェネレータの冷却構造 - Google Patents
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Description
問題点1
製造上、ケース中空部分の鋳込み中子の最小Rが、R6(半径6mm)以上ないと成形できないため、中空部の厚さ(径方向)が必要以上に厚くなり、ケース外径が大きくなる。
問題点2
強度上、中空部のケース肉厚がある程度必要であるため、ケース外径が大きくなる。
問題点3
製造上、ウォータジャケットの接触面積を大きく取れないため(中子の構造・大きさに制約あり)、冷却効率を確保するためにある程度の水流量が必要となる。
問題点4
ケースの中空部分を中子や入れ子を使用した鋳込み鋳造で成形しているため、生産性・歩留まりが悪い。
前記変速機ケースの内面を円筒形状とし、
前記モータジェネレータに、前記変速機ケースとは別に、前記変速機ケースの内径より僅かに小さな外径を持つ外面が円筒形状のモータジェネレータケースを追加し、
前記冷却媒体路は、前記変速機ケースの内面と前記モータジェネレータケースの外面のうち、少なくとも一方の面に環状の冷却溝を形成し、前記変速機ケースと前記モータジェネレータケースを二重円筒状に嵌合させ、かつ、前記冷却溝を挟んだ両端部を第1環状シールと第2環状シールにより密封することで設定し、
前記冷却媒体路に、前記モータジェネレータのステータの全外周位置のうち一ヶ所に仕切り板を設け、該仕切り板を挟んで第1端部に冷却媒体入口ポートを、第2端部に冷却媒体出口ポートを設け、
前記仕切り板は、前記変速機ケースに対する前記モータジェネレータケースの嵌合状態で、前記モータジェネレータケースを回り止めする回り止めキーとしたことを特徴とする。
すなわち、冷却媒体路を設定するにあたって、ケースの型に中子や入れ子を必要とせず、ケースの生産性や歩留まり性が向上する。冷却媒体路を設定するにあたって、中子を使用した鋳込み成形のように径方向厚みを必要以上に厚くする必要が無く、変速機ケースの外径を従来に比べて小さくできることで、レイアウト自由度が向上する。また、変速機ケースの外径を従来と同じ径に設定した場合、冷却媒体路を設定したケース厚を薄くできるので、その分、モータジェネレータサイズを上げることが可能である。さらに、冷却媒体路をモータジェネレータの全外周に配置することが可能であるし、かつ、冷却溝を介した径方向のケース厚を、中子を使用した鋳込み成形の場合に比べて薄くすることが可能であるため、広い接触面積による冷却媒体がモータジェネレータから効果的に抜熱し、モータジェネレータを高効率により冷却することができる。
この結果、ケースの生産性・歩留まり性を向上できると共に、レイアウト自由度の向上やモータジェネレータサイズのアップを可能としながら、モータジェネレータを高効率により冷却することができる。
[ハイブリッド車両の駆動系及び制御系の構成]
図1は実施例1のモータジェネレータの冷却構造及び組み付け方法が適用された後輪駆動によるハイブリッド車両を示す全体システム図である。
実施例1におけるハイブリッド車両の駆動系は、図1に示すように、エンジンEと、フライホイールFWと、第1クラッチCL1と、モータジェネレータMGと、第2クラッチCL2と、自動変速機AT(変速機)と、プロペラシャフトPSと、ディファレンシャルDFと、左ドライブシャフトDSLと、右ドライブシャフトDSRと、左後輪RL(駆動輪)と、右後輪RR(駆動輪)と、を有する。なお、FLは左前輪、FRは右前輪である。
実施例1におけるハイブリッド車両の制御系は、図1に示すように、エンジンコントローラ1と、モータコントローラ2と、インバータ3と、バッテリ4と、第1クラッチコントローラ5と、第1クラッチ油圧ユニット6と、ATコントローラ7と、第2クラッチ油圧ユニット8と、ブレーキコントローラ9と、統合コントローラ10と、を有して構成されている。なお、エンジンコントローラ1と、モータコントローラ2と、第1クラッチコントローラ5と、ATコントローラ7と、ブレーキコントローラ9と、統合コントローラ10とは、互いに情報交換が可能なCAN通信線11を介して接続されている。
そして、統合コントローラ10は、前記エンジンコントローラ1への制御指令によるエンジンEの動作制御と、前記モータコントローラ2への制御指令によるモータジェネレータMGの動作制御と、前記第1クラッチコントローラ5への制御指令による第1クラッチCL1の締結・開放制御と、前記ATコントローラ7への制御指令による第2クラッチCL2の締結・開放制御と、を行う。
図2は実施例1のハイブリッド車用モータジェネレータの冷却構造を示す縦断側面図、図3は実施例1のハイブリッド車用モータジェネレータの冷却構造を示す縦断正面図である。以下、実施例1におけるモータジェネレータMGの冷却構造について説明する。
なお、モータジェネレータMGを内蔵した変速機ケース34は、変速機パワートレーンを内蔵したケース本体部の変速機入力軸側の端部からモータジェネレータMGに向かって軸方向に一体に延長形成した部分である。
なお、前記変速機ケース34の内面34aの自動変速機AT側には、前記内面34aの内径より小さい径の円筒面と交差する段差面34b(モータジェネレータケース36の被固定面)が形成されている。また、前記変速機ケース34の内面34aのエンジンE側には、前記内面34aの内径より大きい径の大径円筒内面34c(組み付け開口部)が形成されている(図4参照)。
なお、前記モータジェネレータMGの外面36aの自動変速機AT側には、前記段差面34bと形状適合する固定面36bが形成されている。また、前記モータジェネレータMGの外面36aのエンジンE側には、前記円筒面34cに対応する大径円筒外面36cが形成されている(図4参照)。
すなわち、実施例1の冷却媒体路35は、図3(b)の概略斜視図に示すように、冷却媒体入口ポート40から冷却媒体(例えば、水)を供給し、前記モータジェネレータケース36をほぼ一周して冷却媒体が流れ、冷却媒体出口ポート41から冷却媒体を排出する経路であり、回り止めキー39の部分を除くほぼ全周にわたって形成される。
なお、前記回り止めキー39は、前記変速機ケース34に対する前記モータジェネレータケース36の嵌合状態で、前記モータジェネレータケース36を回り止めさせるためのキーである。
前記第1モータシャフト30は、第2モータシャフト46と組み付け時にスプライン嵌合し、ダンパー33を介して変速機入力軸47に連結される。前記変速機入力軸47には、オイルポンプ48が設けられている。
前記モータジェネレータケース36は、ケース固定ボルト49により変速機ケース34に対し固定される。
前記第1モータシャフト30と第2モータシャフト46とは、第1クラッチCL1のドリブンプレートブラケット50を共締めしつつ、シャフト一体ボルト51により互いに固定される。
また、図3において、54,55,56は、インバータ3とステータ32のコイル32bとを接続するU相,V相,W相の各パワーケーブルである。
図4は実施例1のモータジェネレータMGの組み付け方法を示す分解断面図である。以下、実施例1のモータジェネレータMGの組み付け方法について説明する。
なお、このサブアッセンブリ工程では、前記ステータ32の構成要素である薄い鋼鈑を軸方向に積層した積層鋼鈑32aがモータジェネレータケース36に焼き嵌め固定される。また、このサブアッセンブリ工程では、上記したように、レゾルバ42のセンサロータ42aとステータティース42bとの径方向微小間隔が、全周において適正な間隔となるように調整されている。
このサブアッセンブリ工程では、図4に示すように、前記レゾルバケース43及びピストンケース44を、モータジェネレータケース36に対しケース一体ボルト45により固定することで、レゾルバ42と共に第1モータシャフト30とロータ31とステータ32とが組み付けられる。
実施例1では、この組み付け工程において、図4に示すように、前記変速機ケース34に対し、前記モータジェネレータMGの単体を構成する部材がサブアッセンブリされたモータジェネレータケース36が二重円筒状に嵌合される。
そして、第1モータシャフト30と第2モータシャフト46とが、第1クラッチCL1と共に、シャフト一体ボルト51により互いに固定される。
[モータジェネレータMGの冷却構造における作用]
トランスミッション内にモータを組み込んだハイブリッド車用モータジェネレータの冷却構造は、例えば、図5に示すように、トランスミッションケースの一部を中空構造とし、そこに水を通す水冷式となっている。したがって、下記に列挙する問題点がある。
・製造上、ケース中空部分の鋳込み中子の最小Rが、R6(半径6mm)以上ないと成形できないため、中空部の厚さ(径方向)が必要以上に厚くなり、ケース外径が大きくなる。
・強度上、中空部のケース肉厚がある程度必要であるため、ケース外径が大きくなる。
・製造上、ウォータジャケットの接触面積を大きく取れないため(中子の構造・大きさに制約あり)、冷却効率を確保するためにある程度の水流量が必要となる。
・ケースの中空部分を中子や入れ子を使用した鋳込み鋳造で成形しているため、生産性・歩留まりが悪い。
このため、冷却媒体路35を設定するにあたって、例えば、モータジェネレータケース36の型成形時、同時成形にて冷却溝36aを形成するだけで、ケースの型に中子や入れ子を必要とせず、ケースの生産性や歩留まり性が向上する。
また、冷却媒体路35を設定するにあたって、中子を使用した鋳込み成形のように径方向厚みを必要以上に厚くする必要が無く、変速機ケース34の外径を従来に比べて小さくできることで、レイアウト自由度が向上する。
また、変速機ケースの外径を従来と同じ径に設定した場合、実施例1の場合、冷却媒体路35を設定したケース厚を薄くできるので、その分、モータジェネレータサイズを上げることが可能である。
さらに、冷却媒体路35をモータジェネレータMGの全外周に配置することが可能であるし、かつ、冷却溝36aを介した径方向のケース厚を、中子を使用した鋳込み成形の場合に比べて薄くすることが可能であるため、広い接触面積による冷却媒体がモータジェネレータMGから効果的に抜熱し、モータジェネレータMGを高効率により冷却することができる。
例えば、変速機ケースとモータジェネレータケースとの間で冷却媒体路を構成する際、変速機ケース側に冷却溝を設けようとすると、型では抜けなくなってしまい、後加工を必要とする。
これに対し、モータジェネレータケース36の外面36aのみに環状の冷却溝36aを形成することで、モータジェネレータケース型で冷却溝部分まで抜ける形状となり、後加工が必要なくなり、製造コストが抑えられる。
したがって、一ヶ所の仕切り板により冷却媒体路35を分断することで、冷却媒体の流れに方向性を持たせ、かつ、冷却媒体入口ポート40と冷却媒体出口ポート41とをまとめて配置することができ、レイアウトの自由度が向上する。
したがって、冷却媒体路35の仕切り板として、新たに部品追加を要することなく、回り止めキー39を有効利用することで、モータジェネレータケース36を回り止め機能と仕切り機能を併せて達成することができる。
例えば、トランスミッションケースの内側にモータジェネレータのステータを固定する場合、モータジェネレータ単体としてのサブアッセンブリ化ができず、生産性(組み立て)が悪いし、安定したモーター性能を保証できない。さらに、モータジェネレータに必須のレゾルバの調整も組み付け後の調整となり、組み付け作業性に劣る。
これに対し、実施例1では、モータジェネレータケース36に、第1モータシャフト30とロータ31とステータ32とレゾルバ42を予め組み付けるモータジェネレータMGの単体化(=サブアッセンブリ化)を採用したため、生産性が向上し、安定したモーター性能を保証できるし、加えて、レゾルバ42の調整を組み付け前に行うことができ、組み付け作業性も向上する。
実施例1のモータジェネレータMGの組み付け方法において、前記変速機ケース34の円筒状内面34aと前記モータジェネレータケース36の円筒状外面36aのうち、少なくとも一方の面に環状の冷却溝36dを形成する冷却溝形成工程と、前記円筒状内面34aと円筒状外面36aを嵌合面とし、前記変速機ケース34に対し前記モータジェネレータケース36を二重円筒状に嵌合し、かつ、嵌合と同時に冷却溝36dを挟んだ両端部を第1環状シール37と第2環状シール38により密封することで冷却媒体路35を設定する組み付け工程と、を有する。
また、中子や入れ子を用いて形成されるウォータジャケットは、鋳込み成形による制限により、モータジェネレータの外周上に部分的に配置される。また、ウォータジャケットとモータジェネレータとの径方向のケース厚も、鋳込み成形による制限により、ある程度の厚みを確保する必要がある。したがって、冷却媒体の接触面積が狭くなるし、モータジェネレータからの抜熱距離も長くなるため、モータジェネレータMGを高効率にて冷却することができない。また、冷却性を確保するには、冷却媒体の流量を、大流量にする必要があった。
さらに、冷却溝形成工程と組み付け工程により設定された冷却媒体路35は、モータジェネレータMGの全外周に配置することが可能であるし、かつ、冷却溝36aを介した径方向のケース厚を、中子を使用した鋳込み成形の場合に比べて薄くすることが可能であるため、広い接触面積による冷却媒体がモータジェネレータMGから効果的に抜熱し、モータジェネレータMGを高効率により冷却することができる。
例えば、変速機ケースとモータジェネレータケースとの間で冷却媒体路を構成する際、変速機ケース側に冷却溝を設けようとすると、型では抜けなくなってしまい、後加工を必要とする。
これに対し、冷却溝形成工程では、モータジェネレータケース36の外面36aのみに環状の冷却溝36aを形成することで、モータジェネレータケース型で冷却溝部分まで抜ける形状となり、後加工が必要なくなり、製造コストが抑えられる。
例えば、トランスミッションケースの内側にモータジェネレータのステータを固定する場合、モータジェネレータ単体としてのサブアッセンブリ化ができず、生産性(組み立て)が悪いし、安定したモーター性能を保証できない。さらに、モータジェネレータに必須のレゾルバの調整も組み付け後の調整となり、組み付け作業性に劣る。
これに対し、実施例1では、モータジェネレータケース36に、第1モータシャフト30とロータ31とステータ32とレゾルバ42を予め組み付けるサブアッセンブリ工程を追加したため、生産性が向上し、安定したモーター性能を保証できるし、加えて、レゾルバ42の調整をサブアッセンブリ工程にて行うことができ、組み付け作業性も向上する。
特に、サブアッセンブリ工程にてレゾルバ調整を行うようにした場合、自動変速機ATの組み立てのメイン工程でレゾルバ調整が不要となるので、メイン工程をスムーズに進めることができる。
例えば、モータジェネレータを水冷する際、冷却効果を上げるには、モータジェネレータ(ステータの積層鋼鈑)とケースとが密着していなければならず、ステータの積層鋼鈑をケースに焼き嵌めする必要がある。従来、トランスミッションケースの内側にステータの積層鋼鈑を直接焼き嵌め固定していたため、寸法精度が要求される部位の加工を焼き嵌め後に行う必要があり(熱歪みが発生するため)、生産性が悪くなる。
これに対し、実施例1では、サブアッセンブリ工程において、ステータ32の積層鋼鈑32aをモータジェネレータケース36に焼き嵌め固定するようにしたことで、寸法精度が要求される部位の加工までサブアッセンブリ工程にて済ませておくことで、変速機ケース34にモータジェネレータケース36を組み付けた後の焼き嵌め後加工を最小限に抑えることができ、生産性が大幅に向上する。
実施例1のハイブリッド車用モータジェネレータの冷却構造にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
図6は実施例2のハイブリッド車用モータジェネレータの冷却構造(冷却媒体路の部分)を示す拡大断面図である。
実施例2の冷却媒体路35は、第1環状シール37と第2環状シール38とを、それぞれ3重構成による第1O−リング37a,37b,37cと第2O−リング38a,38b,38cとしている。
実施例2のハイブリッド車用モータジェネレータの冷却構造において、前記冷却媒体路35は、第1環状シール37と第2環状シール38とを、それぞれ3重構成による第1O−リング37a,37b,37cと第2O−リング38a,38b,38cとした。
したがって、単一のO−リングのみを環状シールとする場合より高いシール性が得られ、冷却媒体路35からの冷却媒体もれや、オイル室やピストン油路からのオイル混入を確実に防止することができる。
したがって、隣接するO−リングの一方から冷却媒体(例えば、水)やオイルがリークしても、一旦、第1溝37d,37eや第2溝38d,38eに流れ込むことで、直ちにオイル室や冷却媒体路35に混入することを防止することができる。
したがって、第1溝37d,37eや第2溝38d,38eに冷却媒体やオイルが溜まっても変速機ケース34の外部にドレーンされるため、オイル室に冷却媒体が混入したり、冷却媒体路35にオイルが混入することを確実に防止することができる。
なお、他の作用については、実施例1と同様であるので、説明を省略する。
実施例2のハイブリッド車用モータジェネレータの冷却構造にあっては、実施例1の(1)〜(5)の効果に加え、下記に列挙する効果を得ることができる。
FW フライホイール
CL1 第1クラッチ
MG モータジェネレータ
CL2 第2クラッチ
AT 自動変速機(変速機)
PS プロペラシャフト
DF ディファレンシャル
DSL 左ドライブシャフト
DSR 右ドライブシャフト
RL 左後輪
RR 右後輪
FL 左前輪
FR 右前輪
1 エンジンコントローラ
2 モータコントローラ
3 インバータ
4 バッテリ
5 第1クラッチコントローラ
6 第1クラッチ油圧ユニット
7 ATコントローラ
8 第2クラッチ油圧ユニット
9 ブレーキコントローラ
10 統合コントローラ
30 第1モータシャフト(モータシャフト)
31 ロータ
32 ステータ
32a 積層鋼鈑
33 ダンパー
34 変速機ケース
34a 内面
35 冷却媒体路
36 モータジェネレータケース
36a 外面
36d 冷却溝
37 第1環状シール
38 第2環状シール
39 回り止めキー(仕切り板)
40 冷却媒体入口ポート
41 冷却媒体出口ポート
42 レゾルバ
Claims (6)
- エンジンとモータジェネレータと変速機とを直列に連結してハイブリッド駆動系を構成し、前記変速機の変速機ケースに前記モータジェネレータを内蔵し、前記モータジェネレータの外周位置に冷却媒体路を設定したハイブリッド車用モータジェネレータの冷却構造において、
前記変速機ケースの内面を円筒形状とし、
前記モータジェネレータに、前記変速機ケースとは別に、前記変速機ケースの内径より僅かに小さな外径を持つ外面が円筒形状のモータジェネレータケースを追加し、
前記冷却媒体路は、前記変速機ケースの内面と前記モータジェネレータケースの外面のうち、少なくとも一方の面に環状の冷却溝を形成し、前記変速機ケースと前記モータジェネレータケースを二重円筒状に嵌合させ、かつ、前記冷却溝を挟んだ両端部を第1環状シールと第2環状シールにより密封することで設定し、
前記冷却媒体路に、前記モータジェネレータのステータの全外周位置のうち一ヶ所に仕切り板を設け、該仕切り板を挟んで第1端部に冷却媒体入口ポートを、第2端部に冷却媒体出口ポートを設け、
前記仕切り板は、前記変速機ケースに対する前記モータジェネレータケースの嵌合状態で、前記モータジェネレータケースを回り止めする回り止めキーとしたことを特徴とするハイブリッド車用モータジェネレータの冷却構造。 - 請求項1に記載されたハイブリッド車用モータジェネレータの冷却構造において、
前記冷却媒体路は、前記モータジェネレータケースの外面のみに環状の冷却溝を形成することで設定したことを特徴とするハイブリッド車用モータジェネレータの冷却構造。 - 請求項1または2に記載されたハイブリッド車用モータジェネレータの冷却構造において、
前記冷却媒体路は、前記変速機ケースの内面に対し前記モータジェネレータケースを二重円筒状に嵌合するに際し、前記モータジェネレータケースには、モータジェネレータ単体を構成するモータシャフトとロータとステータとレゾルバを予め組み付けたことを特徴とするハイブリッド車用モータジェネレータの冷却構造。 - 請求項1乃至3の何れか1項に記載されたハイブリッド車用モータジェネレータの冷却構造において、
前記冷却媒体路は、第1環状シールと第2環状シールとを、それぞれ2重以上の多重構成によるO−リングとしたことを特徴とするハイブリッド車用モータジェネレータの冷却構造。 - 請求項4に記載されたハイブリッド車用モータジェネレータの冷却構造において、
前記多重構成によるO−リングは、前記モータジェネレータケース側に設定され、隣接するO−リングとの間のモータジェネレータケースに溝を形成したことを特徴とするハイブリッド車用モータジェネレータの冷却構造。 - 請求項5に記載されたハイブリッド車用モータジェネレータの冷却構造において、
前記モータジェネレータケースに形成した溝と、外気とを連通するドレーン穴を、前記変速機ケースに形成したことを特徴とするハイブリッド車用モータジェネレータの冷却構造。
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JP2007174783A (ja) | 2007-07-05 |
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