JP2004072949A - 複軸多層モータのメカニカルシール構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】平易な構造により、シールリングとメインティングリングとの軸方向寸法を適切に保つことで高いシール性能を確保することができると共に、組み付け時に周方向位相を合わせなくても常にメイティングリングとアウターロータの軸方向寸法を保持しつつ空気路を構成することができる複軸多層モータのメカニカルシール構造を提供すること。
【解決手段】複軸多層モータＭのインナーロータとアウターロータとの間に用いるメカニカルシール構造であって、静止側密封要素として用いていたシールリング１０２，１０３，１０４がインナーロータと共に回転し、且つ、メイティングリング１０５がアウターロータと共に回転する構成において、カラー１０１、中間ベアリング８４、シム１１１、背面側連結ケース６４およびスリーブ１０９によって第２モータ軸９及び第１モータ中空軸８の軸方向位置決めをすることができる。
【選択図】 図７
【解決手段】複軸多層モータＭのインナーロータとアウターロータとの間に用いるメカニカルシール構造であって、静止側密封要素として用いていたシールリング１０２，１０３，１０４がインナーロータと共に回転し、且つ、メイティングリング１０５がアウターロータと共に回転する構成において、カラー１０１、中間ベアリング８４、シム１１１、背面側連結ケース６４およびスリーブ１０９によって第２モータ軸９及び第１モータ中空軸８の軸方向位置決めをすることができる。
【選択図】 図７
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド駆動ユニット等に適用される複軸多層モータのメカニカルシール構造の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、メカニカルシール構造としては、例えば、特開２００２−１５６０４６号公報に記載のものが知られている。
【０００３】
この従来公報には、回転側密封用要素であるメインティングリングと、静止側密封要素であるシールリングの密封状態を保持するために、各リング間にスリーブを配置し、前記各リングの軸方向位置を規定するものが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のメカニカルシール構造を、複軸多層モータに適用した場合、静止側密封要素であるシールリングがインナーロータと共に回転するので、相互に回転するシールリングとメインティングリングとの軸方向位置を規定する構造が必要である。
【０００５】
１個の円環状のステータと、その内外周にそれぞれ同軸に配置したインナーロータ及びアウターロータよりなる三層の複軸多層モータにおいて、ロータ内圧力の昇圧や減圧を避けるために、内部の空気をモータ外部に開放するのに空気路を設ける必要があった。
【０００６】
また、その空気路は、アウターロータ回転軸とインナーロータ回転軸との間に存在する油領域と、アウターロータとケースの間に存在する油領域とを避けつつ構成する必要があるため、メイティングリングとアウターロータの軸方向位置決めをするスリーブの部分においても空気路を形成する必要があった。
【０００７】
本発明は、上記要求に着目してなされたもので、平易な構造により、シールリングとメインティングリングとの軸方向寸法を適切に保つことで高いシール性能を確保することができると共に、組み付け時に周方向位相を合わせなくても常にメイティングリングとアウターロータの軸方向寸法を保持しつつ空気路を構成することができる複軸多層モータのメカニカルシール構造を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、複軸多層モータのインナーロータとアウターロータとの間に用いるメカニカルシール構造であって、静止側密封要素として用いていたシールリングがインナーロータと共に回転し、且つ、メイティングリングがアウターロータと共に回転する構成において、カラー、ベアリング、シム、アウターロータケース部材およびスリーブによってアウターロータ回転軸及びインナーロータ回転軸の位置決めをすることができ、加えて、アウターロータおよびインナーロータのそれぞれの周方向位相によらず、常にモータ内の空気室が大気に開放される空気路が形成され、また、空気路を構成するスリーブは、組み付け時の周方向位相を合わせなくても空気路を構成することができる手段とした。
【０００９】
【発明の効果】
よって、本発明のメカニカルシール構造にあっては、平易な構造により、シールリングとメインティングリングとの軸方向寸法を適切に保つことで高いシール性能を確保することができると共に、組み付け時に周方向位相を合わせなくても常にメイティングリングとアウターロータの軸方向寸法を保持しつつ空気路を構成することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複軸多層モータのメカニカルシール構造を実現する実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
（第１実施例）
まず、構成を説明する。
【００１２】
［ハイブリッド駆動ユニットの全体構成］
図１は第１実施例の複軸多層モータが適用されたハイブリッド駆動ユニットの全体図であり、図１において、Ｅはエンジン、Ｍは複軸多層モータ、Ｇはラビニョウ型複合遊星歯車列、Ｄは駆動出力機構、１はモータカバー、２はモータケース、３はギヤハウジング、４はフロントカバーである。
【００１３】
前記エンジンＥは、ハイブリッド駆動ユニットの主動力源であり、エンジン出力軸５とラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第２リングギヤＲ２とは、回転変動吸収ダンパー６及び多板クラッチ７を介して連結されている。
【００１４】
前記複軸多層モータＭは、外観的には１つのモータであるが２つのモータジェネレータ機能を有する副動力源である。この複軸多層モータＭは、前記モータケース２に固定され、コイルを巻いた固定電機子としてのステータＳと、前記ステータＳの内側に配置し、永久磁石を埋設したインナーロータＩＲと、前記ステータＳの外側に配置し、永久磁石を埋設したアウターロータＯＲと、を同軸上に三層配置することで構成されている。前記インナーロータＩＲに固定の第１モータ中空軸８は、ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第１サンギヤＳ１に連結され、前記アウターロータＯＲに固定の第２モータ軸９は、ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第２サンギヤＳ２に連結されている。
【００１５】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇは、二つのモータ回転数を制御することにより無段階に変速比を変える無段変速機能を有する遊星歯車機構である。このラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇは、互いに噛み合う第１ピニオンＰ１と第２ピニオンＰ２を支持する共通キャリヤＣと、第１ピニオンＰ１に噛み合う第１サンギヤＳ１と、第２ピニオンＰ２に噛み合う第２サンギヤＳ２と、第１ピニオンＰ１に噛み合う第１リングギヤＲ１と、第２ピニオンＰ２に噛み合う第２リングギヤＲ２との５つの回転要素を有して構成されている。前記第１リングギヤＲ１とギヤハウジング３との間には多板ブレーキ１０が介装されている。前記共通キャリヤＣには、出力ギヤ１１が連結されている。
【００１６】
前記駆動出力機構Ｄは、出力ギヤ１１と、第１カウンターギヤ１２と、第２カウンターギヤ１３と、ドライブギヤ１４と、ディファレンシャル１５と、ドライブシャフト１６Ｌ，１６Ｒにより構成されている。そして、出力ギヤ１１からの出力回転及び出力トルクは、第１カウンターギヤ１２→第２カウンターギヤ１３→ドライブギヤ１４→ディファレンシャル１５を経過し、ドライブシャフト１６Ｌ，１６Ｒから図外の駆動輪へ伝達される。
【００１７】
すなわち、ハイブリッド駆動ユニットは、前記第２リングギヤＲ２とエンジン出力軸５を連結し、前記第１サンギヤＳ１と第１モータ中空軸８とを連結し、前記第２サンギヤＳ２と第２モータ軸９とを連結し、前記共通キャリヤＣに出力ギヤ１１を連結することにより構成されている。
【００１８】
［複軸多層モータの構成］
図２は第１実施例のメカニカルシール構造が適用された複軸多層モータＭを示す縦断側面図、図３は第１実施例のメカニカルシール構造が適用された複軸多層モータＭを示す一部縦断正面図、図４は第１実施例のステータを背面側から視た図である。
【００１９】
図２において、１はモータカバー、２はモータケースであり、これらに囲まれたモータ室１７内にインナーロータＩＲとステータＳとアウターロータＯＲとにより構成された複軸多層モータＭが配置されている。
【００２０】
前記インナーロータＩＲは、その内筒面が第１モータ中空軸８の段差軸端部に対して圧入（或いは、焼きばめ）により固定されている。このインナーロータＩＲには、図３に示すように、ロータベース２０に対し磁束形成を考慮した配置によるインナーロータマグネット２１（永久磁石）が軸方向に１２本埋設されている。但し、２本が対をなしてＶ字配置されて同じ極性を示し、３極対としてある。
【００２１】
前記ステータＳは、ステータピース４０を積層したステータピース積層体４１とコイル４２とステータ冷却用水路４３とインナー側ボルト・ナット４４とアウター側ボルト・ナット４５と非磁性体樹脂層４６とを有して構成されている。そして、ステータＳの正面側端部が、正面側エンドプレート４７とステータ固定ケース４８とを介してモータケース２に固定されている。
【００２２】
前記コイル４２は、コイル数が１８で、図４に示すように、６相コイルを３回繰り返しながら円周上に配置される。
【００２３】
そして、前記６相コイルに対しては、図外のインバータから給電接続端子５０とバスバー径方向積層体５１と給電コネクタ５２とバスバー軸方向積層体５３を介して複合電流が印加される（図９参照）。この複合電流は、アウターロータＯＲを駆動させるための３相交流と、インナーロータＩＲを駆動させるための６相交流を複合させたものである。
【００２４】
前記アウターロータＯＲは、その外筒面がアウターロータケース６２に対してロー付け、或いは、接着により固定されている。そして、アウターロータケース６２の正面側には正面側連結ケース６３が固定され、背面側には背面側連結ケース６４が固定されている。そして、この背面側連結ケース６４に第２モータ軸９がスプライン結合されている。このアウターロータＯＲには、図３に示すように、ロータベース６０に対し磁束形成を考慮した配置によるアウターロータマグネット６１（永久磁石）が、両端位置に空間を介して軸方向に１２本埋設されている。このアウターロータマグネット６１は、インナーロータマグネット２１と異なり、１本ずつ極性が違い、６極対をなしている。
【００２５】
図２において、８０，８１はアウターロータ６をモータケース２及びモータカバー１に支持する一対のアウターロータベアリングである。８２はインナーロータＩＲをモータケース２に支持するインナーロータベアリング、８３はアウターロータＯＲに対しステータＳを支持するステータベアリング、８４は第１モータ中空軸８と第２モータ軸９との間に介装される中間ベアリングである。
【００２６】
また、図２において、８５はインナーロータＩＲの回転位置を検出するインナーロータレゾルバ、８６はアウターロータＯＲの回転位置を検出するアウターロータレゾルバである。
【００２７】
［遊星歯車機構の構成］
図５はハイブリッド駆動ユニットのラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇを示す縦断面図である。図５において、２はモータケース、３はギヤハウジング、４はフロントカバーであり、これらに囲まれたギヤ室３０内にラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇ及び駆動出力機構Ｄが配置されている。
【００２８】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第２リングギヤＲ２には、回転変動吸収フライホイールダンパー６と変速機入力軸３１とクラッチドラム３２とを介し、多板クラッチ７の締結時にエンジンＥからの回転駆動トルクが入力される。
【００２９】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第１サンギヤＳ１には、第１モータ中空軸８がスプライン結合され、決められたモータ動作点にしたがって、複軸多層モータＭのインナーロータＩＲから第１トルクと第１回転数が入力される。
【００３０】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第２サンギヤＳ２には、第２モータ軸９がスプライン結合され、決められたモータ動作点にしたがって、複軸多層モータＭのアウターロータＯＲから第２トルクと第２回転数が入力される。
【００３１】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第１リングギヤＲ１と、ギヤハウジング３との間には多板ブレーキ１０が設けられ、発進時等において多板ブレーキ１０が締結された時には、第１リングギヤＲ１が停止する。
【００３２】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの共通キャリヤＣには、ステータ固定ケース４８に対しベアリングを介して回転可能に支持された出力ギヤ１１がスプライン結合されている。
【００３３】
前記駆動出力機構Ｄは、前記出力ギヤ１１と噛み合う第１カウンターギヤ１２と、この第１カウンターギヤ１２のシャフト部に設けられた第２カウンターギヤ１３と、第２カウンターギヤ１３と噛み合うドライブギヤ１４とを有する。そして、第２カウンターギヤ１３とドライブギヤ１４の歯数比により、終減速比が決められる。
【００３４】
前記多板クラッチ７のクラッチピストン３３には、フロントカバー４に形成されたクラッチ圧油路３４により締結圧が供給される。また、前記多板ブレーキ１０のブレーキピストン３５には、フロントカバー４に形成されたブレーキ圧油路３６により締結圧が供給される。前記クラッチピストン３３と前記ブレーキピストン３５は、フロントカバー４の内側で、内周位置にクラッチピストン３３が配置され、その外周位置にブレーキピストン３５が配置される。
【００３５】
また、前記変速機入力軸３１には、軸心油路３７が形成されていて、この軸心油路３７には、フロントカバー４に形成された潤滑油路３８を介して潤滑油が供給される。
【００３６】
［モータ冷却構造］
図６は第１実施例のモータ冷却構造を有する複軸多層モータを示す拡大縦断面図である。
【００３７】
複軸多層モータＭは、コイル４２を巻いた固定電機子としてのステータＳと、ステータＳの内側に配置し、インナーロータマグネット２１を埋設したインナーロータＩＲと、ステータＳの外側に配置し、アウターロータマグネット６１を埋設したアウターロータＯＲとを、モータカバー１およびモータケース２（以下、モータケース部材１，２という。）により画成されるモータ室１７の内部に備えている。
【００３８】
そして、前記アウターロータＯＲの外周とモータケース部材１，２の内周で囲まれる空間を第１油冷室９１に設定し、前記インナーロータＩＲの内周の空間を第２油冷室９２に設定し、前記ステータＳに対するアウターロータＯＲとインナーロータＩＲのエアギャップ９３，９４を含むステータ外周空間を空気室９５に設定している。
【００３９】
前記インナーロータＩＲに第１モータ中空軸８を連結し、前記アウターロータＯＲに第２モータ軸９を連結し、前記モータケース部材１，２の内側位置に、隙間を介してアウターロータＯＲを固定するアウターロータケース部材６２，６３，６４を配置している。
【００４０】
そして、前記第１油冷室９１を、モータケース部材１，２の内面とアウターロータケース部材６２，６３，６４の外面により形成される室としている。
【００４１】
前記第２油冷室９２を、第１モータ中空軸８のインナーロータ支持部８ａの内周面と第２モータ軸９の外周面により形成される室としている。
【００４２】
前記空気室９５を、アウターロータケース部材６２，６３，６４の正面側連結ケース６３の内面により形成される室と、背面側連結ケース６４の内面により形成される室と、両室を連通するエアギャップ９３，９４と、による室としている。
【００４３】
前記第２モータ軸９の軸心部に、モータ正面側軸端からモータ背面側に向けて軸心油路９６を形成すると共に、前記第１油冷室９１と前記第２油冷室９２とに潤滑油を導く第１径方向分岐油路９６ａと第２径方向分岐油路９６ｂを形成している。
【００４４】
前記第２モータ軸９の軸心部に、モータ背面側軸端からモータ正面側に向けて軸心空気路９７を形成すると共に、前記空気室９５に空気を導く径方向空気路９７ａを形成している。ここで、前記第１径方向分岐油路９６ａと前記径方向空気路９７ａとは、軸方向にオーバラップさせて配置している。なお、９８はスポンジ等によるエアフィルタ、９９は排出油路、１１０は貫通穴、Ａはメカニカルシール構造である。
【００４５】
［メカニカルシール構造］
図７は第１実施例のメカニカルシール構造Ａを示す拡大断面図、図８はスリーブを示す図である。
【００４６】
前記複軸多層モータＭは、ステータＳを挟んで同心円状にインナーロータＩＲとアウターロータＯＲとを配置し、前記インナーロータＩＲを支持する第１モータ中空軸８と、前記アウターロータＯＲを支持するアウターロータケース部材６２，６３，６４及び第２モータ軸９を設け、前記第１モータ中空軸８の内周空間を第２油冷室９２（油室）に設定し、前記アウターロータケース部材６２，６３，６４により画成されるステータＳの外周空間を空気室９５に設定し、前記第１モータ中空軸８と第２モータ軸９との間に、第２油冷室９２と空気室９５を仕切るメカニカルシール１００を備え、第１モータ中空軸８と背面側連結ケース６４との間に、インナーロータＩＲとアウターロータＯＲを相対回転可能に支持する中間ベアリング８４（ベアリング）を備えている。
【００４７】
前記メカニカルシール１００は、インナーロータＩＲに連結される第１モータ中空軸８のインナーロータ支持部８ａの内周位置に嵌合されるシールリング１０２，１０３，１０４と、アウターロータＯＲに連結される第２モータ軸９の外周位置に嵌合されるメイティングリング１０５と、を有する。
【００４８】
前記シールリングは、カラー１０１に接すると共にインナーロータ支持部８ａの内面に対しシール性を保ちながら軸方向移動可能に嵌合された予圧部材１０２と、該予圧部材１０２に対しシール性を保ちながら軸方向移動可能に嵌合されたシール部材１０３と、該シール部材１０３と前記予圧部材１０２との間に介装された内蔵スプリング１０４により構成される。
【００４９】
前記メイティングリング１０５は、前記第２モータ軸９の段差部９ａに対しシール性を保ちながら嵌合されると共に前記シール部材１０３のシール面１０３ａが圧接するシール面１０５ａを有する。
【００５０】
前記インナーロータ支持部８ａと前記予圧部材１０２とのシール性は、インナーロータ支持部８ａの溝に装着されたＯ−リング１０６により達成され、前記予圧部材１０２と前記シール部材１０３とのシール性は、両部材１０２，１０３間に介装されたＯ−リング１０７により達成され、前記第２モータ軸９とメイティングリング１０５とのシール性は、メイティングリング１０５の溝に装着されたＯ−リング１０８により達成される。
【００５１】
前記中間ベアリング８４は、周方向に２箇所の切り欠き６４ａを設けた背面側連結ケース６４（アウターロータケース部材）に対し内輪８４ａを嵌合し、第１モータ中空軸８のインナーロータ支持部８ａの内面に対し外輪８４ｂを嵌合することで設けられる。
【００５２】
前記中間ベアリング８４の内輪８４ａの端面と背面側連結ケース６４との間には、軸方向の間隔を保つシム１１１を設けている。
【００５３】
前記中間ベアリング８４の外輪８４ｂの端面と予圧部材１０２との間のインナーロータ支持部８ａの段差部８ｂには、外輪８４ｂと予圧部材１０２とに接して軸方向の間隔を保つカラー１０１を設けている。
【００５４】
前記第２モータ軸９の外周位置には、背面側連結ケース６４とメイティングリング１０５とに接して軸方向の間隔を保つスリーブ１０９を設けている。
【００５５】
前記スリーブ１０９は、図８に示すように、背面側連結ケース６４との接触部において第２モータ軸９の外径よりも大きな径の中ぐり部１０９ａと、該中ぐり部１０９ａとスリーブ外周部とを貫通する切り欠き１０９ｂと、を有する。
【００５６】
前記空気室９５は、ステータＳに設けられた貫通穴１１０と、背面側連結ケース６４の中間ベアリング８４の内輪位置に設けられた切り欠き６４ａと、カラー１０１に設けられた切り欠き１０１ａと、スリーブ１０９に設けられた中ぐり部１０９ａおよび切り欠き１０９ｂと、第２モータ軸９に設けられた軸心空気路９７の径方向空気路９７ａ（貫通穴）と、により構成された空気路によって大気開放とされている。
【００５７】
ここで、前記背面側連結ケース６４の切り欠き６４ａが設けられる部分の外径は、前記スリーブ１０９の切り欠き１０９ｂが設けられる部分の外径より大きな径に設定されている。
【００５８】
そして、メカニカルシール構造Ａは、
▲１▼第２モータ軸９にメインティングリング１０５を嵌合させ、第２モータ軸９を第１モータ中空軸８内に挿入する。
▲２▼第１モータ中空軸８の内周面にシールリング１０２，１０３，１０４、カラー１０１、中間ベアリング８４を順に嵌合させる。
▲３▼第２モータ軸９の外周にスリーブ１０９を嵌合させる。
▲４▼第２モータ軸９の径方向空気路９７ａの位置より中間ベアリング８４側にＯ−リング１１２を取り付ける。
▲５▼シム１１１を嵌合させた背面側連結ケース６４を、第２モータ軸９に対しスプライン結合する。
の組み付け順により組み付けられている。
【００５９】
次に、作用を説明する。
【００６０】
［複軸多層モータの基本機能］
２ロータ・１ステータで、アウターロータ磁力線とインナーロータ磁力線との２つの磁力線が作られる複軸多層モータＭを採用したことで、コイル４２及び図外のコイルインバータを２つのインナーロータＩＲとアウターロータＯＲに対し共用できる。そして、インナーロータＩＲに対する電流とアウターロータＯＲに対する電流を重ね合わせた複合電流を１つのコイル４２に印加することにより、２つのロータＩＲ，ＯＲをそれぞれ独立に制御することができる。つまり、外観的には、１つの複軸多層モータＭであるが、モータ機能とジェネレータ機能の異種または同種の機能を組み合わせものとして使える。
【００６１】
よって、例えば、ロータとステータを持つモータと、ロータとステータを持つジェネレータの２つのものを設ける場合に比べて大幅にコンパクトになり、スペース・コスト・重量の面で有利であると共に、コイル共用化により電流による損失（銅損，スイッチングロス）を防止することができる。
【００６２】
また、複合電流制御のみで（モータ＋ジェネレータ）の使い方に限らず、（モータ＋モータ）や（ジェネレータ＋ジェネレータ）の使い方も可能であるというように、高い選択自由度を持ち、例えば、第１実施例のように、ハイブリッド車の駆動源に採用した場合、これら多数の選択肢の中から車両状態に応じて最も効果的或いは効率的な組み合わせを選択することができる。
【００６３】
［ロータ冷却作用］
前記複軸多層モータＭは、上記のように主動力源をエンジンＥとするハイブリッド駆動ユニットの副動力源として適用されたものであり、図外のオイルクーラにより冷却された潤滑油は、フロントカバー４に形成された潤滑油路３８を介して、ハイブリッド駆動ユニットのギヤ室３０内に配置されたギヤ機構に供給されると共に、変速機入力軸３１に形成された軸心油路３７から第２モータ軸９の軸心部に形成された軸心油路９６に供給される。
【００６４】
そして、軸心油路９６からの潤滑油は、第２径方向分岐油路９６ｂを経過して第２油冷室９２へ供給され、移動する潤滑油により第１モータ中空軸８に固定されたインナーロータＩＲから熱を奪う。そして、第２油冷室９２の潤滑油は、第１モータ中空軸８と第２モータ軸９との間の環状隙間を経過してギヤ室３０へ導かれる。
【００６５】
同時に、軸心油路９６からの潤滑油は、第１径方向分岐油路９６ａを経過して第１油冷室９１へ供給され、移動する潤滑油によりアウターロータケース部材６２，６３，６４に固定されたアウターロータＯＲから熱を奪う。そして、第１油冷室９１の潤滑油は、排出油路９９を経過して図外のオイルポンプのリザーブタンクへ導かれる。
【００６６】
よって、アウターロータＯＲの外周空間を第１油冷室９１に設定し、インナーロータＩＲの内周空間を第２油冷室９２に設定したため、インナーロータＩＲとアウターロータＯＲに埋設されたインナーロータマグネット２１とアウターロータマグネット６１の温度上昇が抑えられる。
【００６７】
［ステータ冷却作用］
複軸多層モータＭのステータＳにはコイル４２が巻かれ、このコイル４２には大電流が流されることで、高温になろうとするが、外部から冷却水が冷却水路４を経過して循環供給されることで、移動する冷却水により、ステータＳの内側と両側面から熱を奪い、ステータＳが冷却される。
【００６８】
［エアギャップ確保作用］
空気室９５が大気圧より低いときには、エアフィルタ９８により粒子等を除去された空気は、モータ背面側軸端からモータ正面側に向けて形成された軸心空気路９７から径方向空気路９７ａを経過し、空気室９５に清浄な空気を導く。
【００６９】
空気室９５が大気圧より高いときには、空気室９５からステータＳに設けられた貫通穴１１０と、背面側連結ケース６４の中間ベアリング８４の内輪位置に設けられた切り欠き６４ａと、カラー１０１に設けられた切り欠き１０１ａと、スリーブ１０９に設けられた中ぐり部１０９ａおよび切り欠き１０９ｂと、第２モータ軸９に設けられた径方向空気路９７ａを経過し、軸心空気路９７から大気に抜かれる。
【００７０】
すなわち、空気室９５は、室圧の昇圧や減圧にかかわらず、空気路によって大気開放とされ、大気圧が保たれる。
【００７１】
この空気室９５は、アウターロータケース部材６２，６３，６４の正面側連結ケース６３と背面側連結ケース６４との内面により形成される室であり、両側に形成される空気室９５，９５は、エアギャップ９３，９４により連通しているため、油の流入を許さない空気層としてのエアギャップ９３，９４が確保されることになり、エアギャップ９３，９４に油が流入した場合のように、ロータ回転による攪拌抵抗により温度上昇を招いたり、ロータ回転の抵抗となってモータ性能の低下を招くことが防止される。
【００７２】
［メカニカルシールでの位置決め作用］
従来は静止側密封要素として用いられるシールリング１０２，１０３，１０４がインナーロータＩＲと共に回転するので、相互に回転するシールリング１０２，１０３，１０４とメインティングリング１０５との軸方向位置を規定する構造が必要である。
【００７３】
これに対し、第１実施例のメカニカルシール構造では、複軸多層モータＭのインナーロータＩＲとアウターロータＯＲとの間に用いる構造であって、静止側密封要素として用いていたシールリング１０２，１０３，１０４がインナーロータＩＲと共に回転し、且つ、メイティングリング１０５がアウターロータＯＲと共に回転する構成において、カラー１０１、中間ベアリング８４、シム１１１、背面側連結ケース６４およびスリーブ１０９によってアウターロータ回転軸である第２モータ軸９及びインナーロータ回転軸である第１モータ中空軸８の軸方向位置決めをすることができる。このために、シールリング１０２，１０３，１０４とメインティングリング１０５との軸方向寸法を適切に保ち、両リング１０２，１０３，１０４，１０５間の密接状態を良好に保持することができる。
【００７４】
［メカニカルシールでの空気路形成作用］
一方、１個の円環状のステータＳと、その内外周にそれぞれ同軸に配置したインナーロータＩＲ及びアウターロータＯＲよりなる三層の複軸多層モータＭにおいて、ロータ内圧力の昇圧や減圧を避けるために、内部の空気をモータ外部に開放するのに空気路を設ける必要があった。
【００７５】
また、その空気路は、第１モータ中空軸８と第２モータ軸９との間に存在する第２油冷室９２と、アウターロータケース部材６２，６３，６４とモータケース部材１，２の間に存在する第１油冷室９１とを避けつつ構成する必要があるため、メイティングリング１０５とアウターロータＯＲの軸方向位置決めをするスリーブ１０９の部分においても空気路を形成する必要があった。
【００７６】
これに対し、第１実施例のメカニカルシール構造では、空気室９５を、ステータＳに設けられた貫通穴１１０と、背面側連結ケース６４の中間ベアリング８４の内輪位置に設けられた切り欠き６４ａと、カラー１０１に設けられた切り欠き１０１ａと、スリーブ１０９に設けられた中ぐり部１０９ａおよび切り欠き１０９ｂと、第２モータ軸９に設けられた軸心空気路９７の径方向空気路９７ａと、により構成された空気路によって大気開放としたため、アウターロータＯＲおよびインナーロータＩＲのそれぞれの周方向位相によらず、常にモータ内の空気室９５が大気に開放される空気路を形成することができる。
【００７７】
また、空気路を構成するスリーブ１０９は、全周にわたる中ぐり部１０９ａを有するため、組み付け時の周方向位相を合わせなくても、常にメインティングリング１０５とアウターロータＯＲとの軸方向寸法を保持しつつ、空気路を構成することができる。
【００７８】
次に、効果を説明する。
第１実施例の複軸多層モータのメカニカルシール構造にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００７９】
（１） 複軸多層モータＭのインナーロータＩＲとアウターロータＯＲとの間に用いるメカニカルシール構造であって、静止側密封要素として用いていたシールリング１０２，１０３，１０４がインナーロータＩＲと共に回転し、且つ、メイティングリング１０５がアウターロータＯＲと共に回転する構成において、カラー１０１、中間ベアリング８４、シム１１１、背面側連結ケース６４およびスリーブ１０９によってアウターロータ回転軸である第２モータ軸９及びインナーロータ回転軸である第１モータ中空軸８の軸方向位置決めをすることができ、加えて、アウターロータＯＲおよびインナーロータＩＲのそれぞれの周方向位相によらず、常にモータ内の空気室９５が大気に開放される空気路が形成され、また、空気路を構成するスリーブ１０９は、組み付け時の周方向位相を合わせなくても空気路を構成できるようにしたため、平易な構造により、シールリング１０２，１０３，１０４とメインティングリング１０５との軸方向寸法を適切に保つことで高いシール性能を確保することができると共に、組み付け時に周方向位相を合わせなくても常にメイティングリング１０５とアウターロータＯＲの軸方向寸法を保持しつつ空気路を構成することができる。
【００８０】
（２） 背面側連結ケース６４の切り欠き６４ａが設けられる部分の外径は、スリーブ１０９の切り欠き１０９ｂが設けられる部分の外径より大きな径に設定したため、背面側連結ケース６４の切り欠き６４ａ（２箇所）とスリーブ１０９の切り欠き１０９ｂ（４箇所）が一致していなくても確実に空気路を構成することができる。
【００８１】
（３） メカニカルシール構造Ａは、
▲１▼第２モータ軸９にメインティングリング１０５を嵌合させ、第２モータ軸９を第１モータ中空軸８内に挿入する。
▲２▼第１モータ中空軸８の内周面にシールリング１０２，１０３，１０４、カラー１０１、中間ベアリング８４を順に嵌合させる。
▲３▼第２モータ軸９の外周にスリーブ１０９を嵌合させる。
▲４▼第２モータ軸９の径方向空気路９７ａの位置より中間ベアリング８４側にＯ−リング１１２を取り付ける。
▲５▼シム１１１を嵌合させた背面側連結ケース６４を、第２モータ軸９に対しスプライン結合する。
の組み付け順により組み付けるようにしたため、第１油冷室９１と空気室９５とを仕切るＯ−リング１１２を傷つけることなく取り付けることができる。
【００８２】
すなわち、スリーブ１０９は、背面側連結ケース６４と共にメインティングリング１０５の軸方向位置を規制している。このことについては、スリーブを背面側連結ケースと一体のものとしても同じである。しかし、スリーブを一体に有する背面側連結ケース（スリーブ付きケース）では、Ｏ−リング１１２を取り付けた後、このスリーブ付きケースを軸方向に差し込みながら嵌合させるため、Ｏ−リング１１２を傷つけてしまうおそれがある。
【００８３】
以上、本発明の複軸多層モータのメカニカルシール構造を第１実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この第１実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００８４】
例えば、第１実施例では、ハイブリッド駆動ユニットに適用される複軸多層モータの例を示したが、単独で設置される複軸多層モータや他のシステムに適用される複軸多層モータに対しても本発明のメカニカルシール構造を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のメカニカルシール構造を有する複軸多層モータが適用されたハイブリッド駆動ユニットを示す概略全体図である。
【図２】第１実施例のメカニカルシール構造が適用された複軸多層モータＭを示す縦断側面図である。
【図３】第１実施例のメカニカルシール構造が適用された複軸多層モータＭを示す一部縦断正面図である。
【図４】第１実施例のメカニカルシール構造が適用された複軸多層モータＭをステータの背面側から視た図である。
【図５】第１実施例のメカニカルシール構造を有する複軸多層モータが適用されたハイブリッド駆動ユニットのラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇおよび駆動出力機構Ｄを示す縦断側面図である。
【図６】第１実施例のメカニカルシール構造が適用された複軸多層モータＭの拡大縦断側面図である。
【図７】第１実施例のメカニカルシール構造を示す拡大断面図である。
【図８】第１実施例のメカニカルシール構造で用いられたスリーブを示す図である。
【図９】複軸多層モータのステータコイルに印加する複合電流の一例を示す図である。
【符号の説明】
Ｍ 複軸多層モータ
Ｓ ステータ
ＩＲ インナーロータ
ＯＲ アウターロータ
８ 第１モータ中空軸
８ａ インナーロータ支持部
９ 第２モータ軸
６２，６３，６４ アウターロータケース部材
６４ 背面側連結ケース（アウターロータケース部材）
６４ａ 切り欠き
８４ 中間ベアリング（ベアリング）
８４ａ 内輪
８４ｂ 外輪
９１ 第１油冷室
９２ 第２油冷室（油室）
９５ 空気室
９７ 軸心空気路
９７ａ 径方向空気路（貫通穴）
１００ メカニカルシール
１０１ カラー
１０１ａ 切り欠き
１０２，１０３，１０４ シールリング
１０５ メイティングリング
１０９ スリーブ
１０９ａ 中ぐり部
１０９ｂ 切り欠き
１１０ 貫通穴
１１２ Ｏ−リング
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド駆動ユニット等に適用される複軸多層モータのメカニカルシール構造の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、メカニカルシール構造としては、例えば、特開２００２−１５６０４６号公報に記載のものが知られている。
【０００３】
この従来公報には、回転側密封用要素であるメインティングリングと、静止側密封要素であるシールリングの密封状態を保持するために、各リング間にスリーブを配置し、前記各リングの軸方向位置を規定するものが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のメカニカルシール構造を、複軸多層モータに適用した場合、静止側密封要素であるシールリングがインナーロータと共に回転するので、相互に回転するシールリングとメインティングリングとの軸方向位置を規定する構造が必要である。
【０００５】
１個の円環状のステータと、その内外周にそれぞれ同軸に配置したインナーロータ及びアウターロータよりなる三層の複軸多層モータにおいて、ロータ内圧力の昇圧や減圧を避けるために、内部の空気をモータ外部に開放するのに空気路を設ける必要があった。
【０００６】
また、その空気路は、アウターロータ回転軸とインナーロータ回転軸との間に存在する油領域と、アウターロータとケースの間に存在する油領域とを避けつつ構成する必要があるため、メイティングリングとアウターロータの軸方向位置決めをするスリーブの部分においても空気路を形成する必要があった。
【０００７】
本発明は、上記要求に着目してなされたもので、平易な構造により、シールリングとメインティングリングとの軸方向寸法を適切に保つことで高いシール性能を確保することができると共に、組み付け時に周方向位相を合わせなくても常にメイティングリングとアウターロータの軸方向寸法を保持しつつ空気路を構成することができる複軸多層モータのメカニカルシール構造を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、複軸多層モータのインナーロータとアウターロータとの間に用いるメカニカルシール構造であって、静止側密封要素として用いていたシールリングがインナーロータと共に回転し、且つ、メイティングリングがアウターロータと共に回転する構成において、カラー、ベアリング、シム、アウターロータケース部材およびスリーブによってアウターロータ回転軸及びインナーロータ回転軸の位置決めをすることができ、加えて、アウターロータおよびインナーロータのそれぞれの周方向位相によらず、常にモータ内の空気室が大気に開放される空気路が形成され、また、空気路を構成するスリーブは、組み付け時の周方向位相を合わせなくても空気路を構成することができる手段とした。
【０００９】
【発明の効果】
よって、本発明のメカニカルシール構造にあっては、平易な構造により、シールリングとメインティングリングとの軸方向寸法を適切に保つことで高いシール性能を確保することができると共に、組み付け時に周方向位相を合わせなくても常にメイティングリングとアウターロータの軸方向寸法を保持しつつ空気路を構成することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複軸多層モータのメカニカルシール構造を実現する実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
（第１実施例）
まず、構成を説明する。
【００１２】
［ハイブリッド駆動ユニットの全体構成］
図１は第１実施例の複軸多層モータが適用されたハイブリッド駆動ユニットの全体図であり、図１において、Ｅはエンジン、Ｍは複軸多層モータ、Ｇはラビニョウ型複合遊星歯車列、Ｄは駆動出力機構、１はモータカバー、２はモータケース、３はギヤハウジング、４はフロントカバーである。
【００１３】
前記エンジンＥは、ハイブリッド駆動ユニットの主動力源であり、エンジン出力軸５とラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第２リングギヤＲ２とは、回転変動吸収ダンパー６及び多板クラッチ７を介して連結されている。
【００１４】
前記複軸多層モータＭは、外観的には１つのモータであるが２つのモータジェネレータ機能を有する副動力源である。この複軸多層モータＭは、前記モータケース２に固定され、コイルを巻いた固定電機子としてのステータＳと、前記ステータＳの内側に配置し、永久磁石を埋設したインナーロータＩＲと、前記ステータＳの外側に配置し、永久磁石を埋設したアウターロータＯＲと、を同軸上に三層配置することで構成されている。前記インナーロータＩＲに固定の第１モータ中空軸８は、ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第１サンギヤＳ１に連結され、前記アウターロータＯＲに固定の第２モータ軸９は、ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第２サンギヤＳ２に連結されている。
【００１５】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇは、二つのモータ回転数を制御することにより無段階に変速比を変える無段変速機能を有する遊星歯車機構である。このラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇは、互いに噛み合う第１ピニオンＰ１と第２ピニオンＰ２を支持する共通キャリヤＣと、第１ピニオンＰ１に噛み合う第１サンギヤＳ１と、第２ピニオンＰ２に噛み合う第２サンギヤＳ２と、第１ピニオンＰ１に噛み合う第１リングギヤＲ１と、第２ピニオンＰ２に噛み合う第２リングギヤＲ２との５つの回転要素を有して構成されている。前記第１リングギヤＲ１とギヤハウジング３との間には多板ブレーキ１０が介装されている。前記共通キャリヤＣには、出力ギヤ１１が連結されている。
【００１６】
前記駆動出力機構Ｄは、出力ギヤ１１と、第１カウンターギヤ１２と、第２カウンターギヤ１３と、ドライブギヤ１４と、ディファレンシャル１５と、ドライブシャフト１６Ｌ，１６Ｒにより構成されている。そして、出力ギヤ１１からの出力回転及び出力トルクは、第１カウンターギヤ１２→第２カウンターギヤ１３→ドライブギヤ１４→ディファレンシャル１５を経過し、ドライブシャフト１６Ｌ，１６Ｒから図外の駆動輪へ伝達される。
【００１７】
すなわち、ハイブリッド駆動ユニットは、前記第２リングギヤＲ２とエンジン出力軸５を連結し、前記第１サンギヤＳ１と第１モータ中空軸８とを連結し、前記第２サンギヤＳ２と第２モータ軸９とを連結し、前記共通キャリヤＣに出力ギヤ１１を連結することにより構成されている。
【００１８】
［複軸多層モータの構成］
図２は第１実施例のメカニカルシール構造が適用された複軸多層モータＭを示す縦断側面図、図３は第１実施例のメカニカルシール構造が適用された複軸多層モータＭを示す一部縦断正面図、図４は第１実施例のステータを背面側から視た図である。
【００１９】
図２において、１はモータカバー、２はモータケースであり、これらに囲まれたモータ室１７内にインナーロータＩＲとステータＳとアウターロータＯＲとにより構成された複軸多層モータＭが配置されている。
【００２０】
前記インナーロータＩＲは、その内筒面が第１モータ中空軸８の段差軸端部に対して圧入（或いは、焼きばめ）により固定されている。このインナーロータＩＲには、図３に示すように、ロータベース２０に対し磁束形成を考慮した配置によるインナーロータマグネット２１（永久磁石）が軸方向に１２本埋設されている。但し、２本が対をなしてＶ字配置されて同じ極性を示し、３極対としてある。
【００２１】
前記ステータＳは、ステータピース４０を積層したステータピース積層体４１とコイル４２とステータ冷却用水路４３とインナー側ボルト・ナット４４とアウター側ボルト・ナット４５と非磁性体樹脂層４６とを有して構成されている。そして、ステータＳの正面側端部が、正面側エンドプレート４７とステータ固定ケース４８とを介してモータケース２に固定されている。
【００２２】
前記コイル４２は、コイル数が１８で、図４に示すように、６相コイルを３回繰り返しながら円周上に配置される。
【００２３】
そして、前記６相コイルに対しては、図外のインバータから給電接続端子５０とバスバー径方向積層体５１と給電コネクタ５２とバスバー軸方向積層体５３を介して複合電流が印加される（図９参照）。この複合電流は、アウターロータＯＲを駆動させるための３相交流と、インナーロータＩＲを駆動させるための６相交流を複合させたものである。
【００２４】
前記アウターロータＯＲは、その外筒面がアウターロータケース６２に対してロー付け、或いは、接着により固定されている。そして、アウターロータケース６２の正面側には正面側連結ケース６３が固定され、背面側には背面側連結ケース６４が固定されている。そして、この背面側連結ケース６４に第２モータ軸９がスプライン結合されている。このアウターロータＯＲには、図３に示すように、ロータベース６０に対し磁束形成を考慮した配置によるアウターロータマグネット６１（永久磁石）が、両端位置に空間を介して軸方向に１２本埋設されている。このアウターロータマグネット６１は、インナーロータマグネット２１と異なり、１本ずつ極性が違い、６極対をなしている。
【００２５】
図２において、８０，８１はアウターロータ６をモータケース２及びモータカバー１に支持する一対のアウターロータベアリングである。８２はインナーロータＩＲをモータケース２に支持するインナーロータベアリング、８３はアウターロータＯＲに対しステータＳを支持するステータベアリング、８４は第１モータ中空軸８と第２モータ軸９との間に介装される中間ベアリングである。
【００２６】
また、図２において、８５はインナーロータＩＲの回転位置を検出するインナーロータレゾルバ、８６はアウターロータＯＲの回転位置を検出するアウターロータレゾルバである。
【００２７】
［遊星歯車機構の構成］
図５はハイブリッド駆動ユニットのラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇを示す縦断面図である。図５において、２はモータケース、３はギヤハウジング、４はフロントカバーであり、これらに囲まれたギヤ室３０内にラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇ及び駆動出力機構Ｄが配置されている。
【００２８】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第２リングギヤＲ２には、回転変動吸収フライホイールダンパー６と変速機入力軸３１とクラッチドラム３２とを介し、多板クラッチ７の締結時にエンジンＥからの回転駆動トルクが入力される。
【００２９】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第１サンギヤＳ１には、第１モータ中空軸８がスプライン結合され、決められたモータ動作点にしたがって、複軸多層モータＭのインナーロータＩＲから第１トルクと第１回転数が入力される。
【００３０】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第２サンギヤＳ２には、第２モータ軸９がスプライン結合され、決められたモータ動作点にしたがって、複軸多層モータＭのアウターロータＯＲから第２トルクと第２回転数が入力される。
【００３１】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第１リングギヤＲ１と、ギヤハウジング３との間には多板ブレーキ１０が設けられ、発進時等において多板ブレーキ１０が締結された時には、第１リングギヤＲ１が停止する。
【００３２】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの共通キャリヤＣには、ステータ固定ケース４８に対しベアリングを介して回転可能に支持された出力ギヤ１１がスプライン結合されている。
【００３３】
前記駆動出力機構Ｄは、前記出力ギヤ１１と噛み合う第１カウンターギヤ１２と、この第１カウンターギヤ１２のシャフト部に設けられた第２カウンターギヤ１３と、第２カウンターギヤ１３と噛み合うドライブギヤ１４とを有する。そして、第２カウンターギヤ１３とドライブギヤ１４の歯数比により、終減速比が決められる。
【００３４】
前記多板クラッチ７のクラッチピストン３３には、フロントカバー４に形成されたクラッチ圧油路３４により締結圧が供給される。また、前記多板ブレーキ１０のブレーキピストン３５には、フロントカバー４に形成されたブレーキ圧油路３６により締結圧が供給される。前記クラッチピストン３３と前記ブレーキピストン３５は、フロントカバー４の内側で、内周位置にクラッチピストン３３が配置され、その外周位置にブレーキピストン３５が配置される。
【００３５】
また、前記変速機入力軸３１には、軸心油路３７が形成されていて、この軸心油路３７には、フロントカバー４に形成された潤滑油路３８を介して潤滑油が供給される。
【００３６】
［モータ冷却構造］
図６は第１実施例のモータ冷却構造を有する複軸多層モータを示す拡大縦断面図である。
【００３７】
複軸多層モータＭは、コイル４２を巻いた固定電機子としてのステータＳと、ステータＳの内側に配置し、インナーロータマグネット２１を埋設したインナーロータＩＲと、ステータＳの外側に配置し、アウターロータマグネット６１を埋設したアウターロータＯＲとを、モータカバー１およびモータケース２（以下、モータケース部材１，２という。）により画成されるモータ室１７の内部に備えている。
【００３８】
そして、前記アウターロータＯＲの外周とモータケース部材１，２の内周で囲まれる空間を第１油冷室９１に設定し、前記インナーロータＩＲの内周の空間を第２油冷室９２に設定し、前記ステータＳに対するアウターロータＯＲとインナーロータＩＲのエアギャップ９３，９４を含むステータ外周空間を空気室９５に設定している。
【００３９】
前記インナーロータＩＲに第１モータ中空軸８を連結し、前記アウターロータＯＲに第２モータ軸９を連結し、前記モータケース部材１，２の内側位置に、隙間を介してアウターロータＯＲを固定するアウターロータケース部材６２，６３，６４を配置している。
【００４０】
そして、前記第１油冷室９１を、モータケース部材１，２の内面とアウターロータケース部材６２，６３，６４の外面により形成される室としている。
【００４１】
前記第２油冷室９２を、第１モータ中空軸８のインナーロータ支持部８ａの内周面と第２モータ軸９の外周面により形成される室としている。
【００４２】
前記空気室９５を、アウターロータケース部材６２，６３，６４の正面側連結ケース６３の内面により形成される室と、背面側連結ケース６４の内面により形成される室と、両室を連通するエアギャップ９３，９４と、による室としている。
【００４３】
前記第２モータ軸９の軸心部に、モータ正面側軸端からモータ背面側に向けて軸心油路９６を形成すると共に、前記第１油冷室９１と前記第２油冷室９２とに潤滑油を導く第１径方向分岐油路９６ａと第２径方向分岐油路９６ｂを形成している。
【００４４】
前記第２モータ軸９の軸心部に、モータ背面側軸端からモータ正面側に向けて軸心空気路９７を形成すると共に、前記空気室９５に空気を導く径方向空気路９７ａを形成している。ここで、前記第１径方向分岐油路９６ａと前記径方向空気路９７ａとは、軸方向にオーバラップさせて配置している。なお、９８はスポンジ等によるエアフィルタ、９９は排出油路、１１０は貫通穴、Ａはメカニカルシール構造である。
【００４５】
［メカニカルシール構造］
図７は第１実施例のメカニカルシール構造Ａを示す拡大断面図、図８はスリーブを示す図である。
【００４６】
前記複軸多層モータＭは、ステータＳを挟んで同心円状にインナーロータＩＲとアウターロータＯＲとを配置し、前記インナーロータＩＲを支持する第１モータ中空軸８と、前記アウターロータＯＲを支持するアウターロータケース部材６２，６３，６４及び第２モータ軸９を設け、前記第１モータ中空軸８の内周空間を第２油冷室９２（油室）に設定し、前記アウターロータケース部材６２，６３，６４により画成されるステータＳの外周空間を空気室９５に設定し、前記第１モータ中空軸８と第２モータ軸９との間に、第２油冷室９２と空気室９５を仕切るメカニカルシール１００を備え、第１モータ中空軸８と背面側連結ケース６４との間に、インナーロータＩＲとアウターロータＯＲを相対回転可能に支持する中間ベアリング８４（ベアリング）を備えている。
【００４７】
前記メカニカルシール１００は、インナーロータＩＲに連結される第１モータ中空軸８のインナーロータ支持部８ａの内周位置に嵌合されるシールリング１０２，１０３，１０４と、アウターロータＯＲに連結される第２モータ軸９の外周位置に嵌合されるメイティングリング１０５と、を有する。
【００４８】
前記シールリングは、カラー１０１に接すると共にインナーロータ支持部８ａの内面に対しシール性を保ちながら軸方向移動可能に嵌合された予圧部材１０２と、該予圧部材１０２に対しシール性を保ちながら軸方向移動可能に嵌合されたシール部材１０３と、該シール部材１０３と前記予圧部材１０２との間に介装された内蔵スプリング１０４により構成される。
【００４９】
前記メイティングリング１０５は、前記第２モータ軸９の段差部９ａに対しシール性を保ちながら嵌合されると共に前記シール部材１０３のシール面１０３ａが圧接するシール面１０５ａを有する。
【００５０】
前記インナーロータ支持部８ａと前記予圧部材１０２とのシール性は、インナーロータ支持部８ａの溝に装着されたＯ−リング１０６により達成され、前記予圧部材１０２と前記シール部材１０３とのシール性は、両部材１０２，１０３間に介装されたＯ−リング１０７により達成され、前記第２モータ軸９とメイティングリング１０５とのシール性は、メイティングリング１０５の溝に装着されたＯ−リング１０８により達成される。
【００５１】
前記中間ベアリング８４は、周方向に２箇所の切り欠き６４ａを設けた背面側連結ケース６４（アウターロータケース部材）に対し内輪８４ａを嵌合し、第１モータ中空軸８のインナーロータ支持部８ａの内面に対し外輪８４ｂを嵌合することで設けられる。
【００５２】
前記中間ベアリング８４の内輪８４ａの端面と背面側連結ケース６４との間には、軸方向の間隔を保つシム１１１を設けている。
【００５３】
前記中間ベアリング８４の外輪８４ｂの端面と予圧部材１０２との間のインナーロータ支持部８ａの段差部８ｂには、外輪８４ｂと予圧部材１０２とに接して軸方向の間隔を保つカラー１０１を設けている。
【００５４】
前記第２モータ軸９の外周位置には、背面側連結ケース６４とメイティングリング１０５とに接して軸方向の間隔を保つスリーブ１０９を設けている。
【００５５】
前記スリーブ１０９は、図８に示すように、背面側連結ケース６４との接触部において第２モータ軸９の外径よりも大きな径の中ぐり部１０９ａと、該中ぐり部１０９ａとスリーブ外周部とを貫通する切り欠き１０９ｂと、を有する。
【００５６】
前記空気室９５は、ステータＳに設けられた貫通穴１１０と、背面側連結ケース６４の中間ベアリング８４の内輪位置に設けられた切り欠き６４ａと、カラー１０１に設けられた切り欠き１０１ａと、スリーブ１０９に設けられた中ぐり部１０９ａおよび切り欠き１０９ｂと、第２モータ軸９に設けられた軸心空気路９７の径方向空気路９７ａ（貫通穴）と、により構成された空気路によって大気開放とされている。
【００５７】
ここで、前記背面側連結ケース６４の切り欠き６４ａが設けられる部分の外径は、前記スリーブ１０９の切り欠き１０９ｂが設けられる部分の外径より大きな径に設定されている。
【００５８】
そして、メカニカルシール構造Ａは、
▲１▼第２モータ軸９にメインティングリング１０５を嵌合させ、第２モータ軸９を第１モータ中空軸８内に挿入する。
▲２▼第１モータ中空軸８の内周面にシールリング１０２，１０３，１０４、カラー１０１、中間ベアリング８４を順に嵌合させる。
▲３▼第２モータ軸９の外周にスリーブ１０９を嵌合させる。
▲４▼第２モータ軸９の径方向空気路９７ａの位置より中間ベアリング８４側にＯ−リング１１２を取り付ける。
▲５▼シム１１１を嵌合させた背面側連結ケース６４を、第２モータ軸９に対しスプライン結合する。
の組み付け順により組み付けられている。
【００５９】
次に、作用を説明する。
【００６０】
［複軸多層モータの基本機能］
２ロータ・１ステータで、アウターロータ磁力線とインナーロータ磁力線との２つの磁力線が作られる複軸多層モータＭを採用したことで、コイル４２及び図外のコイルインバータを２つのインナーロータＩＲとアウターロータＯＲに対し共用できる。そして、インナーロータＩＲに対する電流とアウターロータＯＲに対する電流を重ね合わせた複合電流を１つのコイル４２に印加することにより、２つのロータＩＲ，ＯＲをそれぞれ独立に制御することができる。つまり、外観的には、１つの複軸多層モータＭであるが、モータ機能とジェネレータ機能の異種または同種の機能を組み合わせものとして使える。
【００６１】
よって、例えば、ロータとステータを持つモータと、ロータとステータを持つジェネレータの２つのものを設ける場合に比べて大幅にコンパクトになり、スペース・コスト・重量の面で有利であると共に、コイル共用化により電流による損失（銅損，スイッチングロス）を防止することができる。
【００６２】
また、複合電流制御のみで（モータ＋ジェネレータ）の使い方に限らず、（モータ＋モータ）や（ジェネレータ＋ジェネレータ）の使い方も可能であるというように、高い選択自由度を持ち、例えば、第１実施例のように、ハイブリッド車の駆動源に採用した場合、これら多数の選択肢の中から車両状態に応じて最も効果的或いは効率的な組み合わせを選択することができる。
【００６３】
［ロータ冷却作用］
前記複軸多層モータＭは、上記のように主動力源をエンジンＥとするハイブリッド駆動ユニットの副動力源として適用されたものであり、図外のオイルクーラにより冷却された潤滑油は、フロントカバー４に形成された潤滑油路３８を介して、ハイブリッド駆動ユニットのギヤ室３０内に配置されたギヤ機構に供給されると共に、変速機入力軸３１に形成された軸心油路３７から第２モータ軸９の軸心部に形成された軸心油路９６に供給される。
【００６４】
そして、軸心油路９６からの潤滑油は、第２径方向分岐油路９６ｂを経過して第２油冷室９２へ供給され、移動する潤滑油により第１モータ中空軸８に固定されたインナーロータＩＲから熱を奪う。そして、第２油冷室９２の潤滑油は、第１モータ中空軸８と第２モータ軸９との間の環状隙間を経過してギヤ室３０へ導かれる。
【００６５】
同時に、軸心油路９６からの潤滑油は、第１径方向分岐油路９６ａを経過して第１油冷室９１へ供給され、移動する潤滑油によりアウターロータケース部材６２，６３，６４に固定されたアウターロータＯＲから熱を奪う。そして、第１油冷室９１の潤滑油は、排出油路９９を経過して図外のオイルポンプのリザーブタンクへ導かれる。
【００６６】
よって、アウターロータＯＲの外周空間を第１油冷室９１に設定し、インナーロータＩＲの内周空間を第２油冷室９２に設定したため、インナーロータＩＲとアウターロータＯＲに埋設されたインナーロータマグネット２１とアウターロータマグネット６１の温度上昇が抑えられる。
【００６７】
［ステータ冷却作用］
複軸多層モータＭのステータＳにはコイル４２が巻かれ、このコイル４２には大電流が流されることで、高温になろうとするが、外部から冷却水が冷却水路４を経過して循環供給されることで、移動する冷却水により、ステータＳの内側と両側面から熱を奪い、ステータＳが冷却される。
【００６８】
［エアギャップ確保作用］
空気室９５が大気圧より低いときには、エアフィルタ９８により粒子等を除去された空気は、モータ背面側軸端からモータ正面側に向けて形成された軸心空気路９７から径方向空気路９７ａを経過し、空気室９５に清浄な空気を導く。
【００６９】
空気室９５が大気圧より高いときには、空気室９５からステータＳに設けられた貫通穴１１０と、背面側連結ケース６４の中間ベアリング８４の内輪位置に設けられた切り欠き６４ａと、カラー１０１に設けられた切り欠き１０１ａと、スリーブ１０９に設けられた中ぐり部１０９ａおよび切り欠き１０９ｂと、第２モータ軸９に設けられた径方向空気路９７ａを経過し、軸心空気路９７から大気に抜かれる。
【００７０】
すなわち、空気室９５は、室圧の昇圧や減圧にかかわらず、空気路によって大気開放とされ、大気圧が保たれる。
【００７１】
この空気室９５は、アウターロータケース部材６２，６３，６４の正面側連結ケース６３と背面側連結ケース６４との内面により形成される室であり、両側に形成される空気室９５，９５は、エアギャップ９３，９４により連通しているため、油の流入を許さない空気層としてのエアギャップ９３，９４が確保されることになり、エアギャップ９３，９４に油が流入した場合のように、ロータ回転による攪拌抵抗により温度上昇を招いたり、ロータ回転の抵抗となってモータ性能の低下を招くことが防止される。
【００７２】
［メカニカルシールでの位置決め作用］
従来は静止側密封要素として用いられるシールリング１０２，１０３，１０４がインナーロータＩＲと共に回転するので、相互に回転するシールリング１０２，１０３，１０４とメインティングリング１０５との軸方向位置を規定する構造が必要である。
【００７３】
これに対し、第１実施例のメカニカルシール構造では、複軸多層モータＭのインナーロータＩＲとアウターロータＯＲとの間に用いる構造であって、静止側密封要素として用いていたシールリング１０２，１０３，１０４がインナーロータＩＲと共に回転し、且つ、メイティングリング１０５がアウターロータＯＲと共に回転する構成において、カラー１０１、中間ベアリング８４、シム１１１、背面側連結ケース６４およびスリーブ１０９によってアウターロータ回転軸である第２モータ軸９及びインナーロータ回転軸である第１モータ中空軸８の軸方向位置決めをすることができる。このために、シールリング１０２，１０３，１０４とメインティングリング１０５との軸方向寸法を適切に保ち、両リング１０２，１０３，１０４，１０５間の密接状態を良好に保持することができる。
【００７４】
［メカニカルシールでの空気路形成作用］
一方、１個の円環状のステータＳと、その内外周にそれぞれ同軸に配置したインナーロータＩＲ及びアウターロータＯＲよりなる三層の複軸多層モータＭにおいて、ロータ内圧力の昇圧や減圧を避けるために、内部の空気をモータ外部に開放するのに空気路を設ける必要があった。
【００７５】
また、その空気路は、第１モータ中空軸８と第２モータ軸９との間に存在する第２油冷室９２と、アウターロータケース部材６２，６３，６４とモータケース部材１，２の間に存在する第１油冷室９１とを避けつつ構成する必要があるため、メイティングリング１０５とアウターロータＯＲの軸方向位置決めをするスリーブ１０９の部分においても空気路を形成する必要があった。
【００７６】
これに対し、第１実施例のメカニカルシール構造では、空気室９５を、ステータＳに設けられた貫通穴１１０と、背面側連結ケース６４の中間ベアリング８４の内輪位置に設けられた切り欠き６４ａと、カラー１０１に設けられた切り欠き１０１ａと、スリーブ１０９に設けられた中ぐり部１０９ａおよび切り欠き１０９ｂと、第２モータ軸９に設けられた軸心空気路９７の径方向空気路９７ａと、により構成された空気路によって大気開放としたため、アウターロータＯＲおよびインナーロータＩＲのそれぞれの周方向位相によらず、常にモータ内の空気室９５が大気に開放される空気路を形成することができる。
【００７７】
また、空気路を構成するスリーブ１０９は、全周にわたる中ぐり部１０９ａを有するため、組み付け時の周方向位相を合わせなくても、常にメインティングリング１０５とアウターロータＯＲとの軸方向寸法を保持しつつ、空気路を構成することができる。
【００７８】
次に、効果を説明する。
第１実施例の複軸多層モータのメカニカルシール構造にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００７９】
（１） 複軸多層モータＭのインナーロータＩＲとアウターロータＯＲとの間に用いるメカニカルシール構造であって、静止側密封要素として用いていたシールリング１０２，１０３，１０４がインナーロータＩＲと共に回転し、且つ、メイティングリング１０５がアウターロータＯＲと共に回転する構成において、カラー１０１、中間ベアリング８４、シム１１１、背面側連結ケース６４およびスリーブ１０９によってアウターロータ回転軸である第２モータ軸９及びインナーロータ回転軸である第１モータ中空軸８の軸方向位置決めをすることができ、加えて、アウターロータＯＲおよびインナーロータＩＲのそれぞれの周方向位相によらず、常にモータ内の空気室９５が大気に開放される空気路が形成され、また、空気路を構成するスリーブ１０９は、組み付け時の周方向位相を合わせなくても空気路を構成できるようにしたため、平易な構造により、シールリング１０２，１０３，１０４とメインティングリング１０５との軸方向寸法を適切に保つことで高いシール性能を確保することができると共に、組み付け時に周方向位相を合わせなくても常にメイティングリング１０５とアウターロータＯＲの軸方向寸法を保持しつつ空気路を構成することができる。
【００８０】
（２） 背面側連結ケース６４の切り欠き６４ａが設けられる部分の外径は、スリーブ１０９の切り欠き１０９ｂが設けられる部分の外径より大きな径に設定したため、背面側連結ケース６４の切り欠き６４ａ（２箇所）とスリーブ１０９の切り欠き１０９ｂ（４箇所）が一致していなくても確実に空気路を構成することができる。
【００８１】
（３） メカニカルシール構造Ａは、
▲１▼第２モータ軸９にメインティングリング１０５を嵌合させ、第２モータ軸９を第１モータ中空軸８内に挿入する。
▲２▼第１モータ中空軸８の内周面にシールリング１０２，１０３，１０４、カラー１０１、中間ベアリング８４を順に嵌合させる。
▲３▼第２モータ軸９の外周にスリーブ１０９を嵌合させる。
▲４▼第２モータ軸９の径方向空気路９７ａの位置より中間ベアリング８４側にＯ−リング１１２を取り付ける。
▲５▼シム１１１を嵌合させた背面側連結ケース６４を、第２モータ軸９に対しスプライン結合する。
の組み付け順により組み付けるようにしたため、第１油冷室９１と空気室９５とを仕切るＯ−リング１１２を傷つけることなく取り付けることができる。
【００８２】
すなわち、スリーブ１０９は、背面側連結ケース６４と共にメインティングリング１０５の軸方向位置を規制している。このことについては、スリーブを背面側連結ケースと一体のものとしても同じである。しかし、スリーブを一体に有する背面側連結ケース（スリーブ付きケース）では、Ｏ−リング１１２を取り付けた後、このスリーブ付きケースを軸方向に差し込みながら嵌合させるため、Ｏ−リング１１２を傷つけてしまうおそれがある。
【００８３】
以上、本発明の複軸多層モータのメカニカルシール構造を第１実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この第１実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００８４】
例えば、第１実施例では、ハイブリッド駆動ユニットに適用される複軸多層モータの例を示したが、単独で設置される複軸多層モータや他のシステムに適用される複軸多層モータに対しても本発明のメカニカルシール構造を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のメカニカルシール構造を有する複軸多層モータが適用されたハイブリッド駆動ユニットを示す概略全体図である。
【図２】第１実施例のメカニカルシール構造が適用された複軸多層モータＭを示す縦断側面図である。
【図３】第１実施例のメカニカルシール構造が適用された複軸多層モータＭを示す一部縦断正面図である。
【図４】第１実施例のメカニカルシール構造が適用された複軸多層モータＭをステータの背面側から視た図である。
【図５】第１実施例のメカニカルシール構造を有する複軸多層モータが適用されたハイブリッド駆動ユニットのラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇおよび駆動出力機構Ｄを示す縦断側面図である。
【図６】第１実施例のメカニカルシール構造が適用された複軸多層モータＭの拡大縦断側面図である。
【図７】第１実施例のメカニカルシール構造を示す拡大断面図である。
【図８】第１実施例のメカニカルシール構造で用いられたスリーブを示す図である。
【図９】複軸多層モータのステータコイルに印加する複合電流の一例を示す図である。
【符号の説明】
Ｍ 複軸多層モータ
Ｓ ステータ
ＩＲ インナーロータ
ＯＲ アウターロータ
８ 第１モータ中空軸
８ａ インナーロータ支持部
９ 第２モータ軸
６２，６３，６４ アウターロータケース部材
６４ 背面側連結ケース（アウターロータケース部材）
６４ａ 切り欠き
８４ 中間ベアリング（ベアリング）
８４ａ 内輪
８４ｂ 外輪
９１ 第１油冷室
９２ 第２油冷室（油室）
９５ 空気室
９７ 軸心空気路
９７ａ 径方向空気路（貫通穴）
１００ メカニカルシール
１０１ カラー
１０１ａ 切り欠き
１０２，１０３，１０４ シールリング
１０５ メイティングリング
１０９ スリーブ
１０９ａ 中ぐり部
１０９ｂ 切り欠き
１１０ 貫通穴
１１２ Ｏ−リング
Claims (3)
- ステータを挟んで同心円状にインナーロータとアウターロータとを配置し、
前記インナーロータの内周空間を油室に設定し、
前記ステータの外周空間を空気室に設定し、
前記インナーロータとアウターロータとの間に、両ロータを相対回転可能に支持するベアリングと、前記油室と空気室を仕切るメカニカルシールと、を備えた複軸多層モータにおいて、
前記メカニカルシールは、インナーロータに連結される第１モータ中空軸の内周位置に嵌合されるシールリングと、アウターロータに連結される第２モータ軸の外周位置に嵌合されるメイティングリングと、を有し、
前記アウターロータケース部材に対し内輪を嵌合し、第１モータ中空軸の内面に対し外輪を嵌合することでベアリングを設け、
前記ベアリングの内輪端面とアウターロータケース部材との間に軸方向の間隔を保つシムを設け、
前記ベアリングの外輪端面とシールリングとに接して軸方向の間隔を保つカラーを設け、
前記第２モータ軸の外周位置に、アウターロータケース部材とメイティングリングとに接して軸方向の間隔を保つスリーブを設け、
前記スリーブには、アウターロータケース部材との接触部において第２モータ軸の外径よりも大きな径の中ぐり部と、該中ぐり部とスリーブ外周部とを貫通する切り欠きと、を有し、
前記空気室は、アウターロータケース部材のベアリングの内輪位置に設けられた切り欠きと、カラーに設けられた切り欠きと、スリーブに設けられた切り欠きと、第２モータ軸に設けられた貫通穴と、により構成された空気路によって大気開放としたことを特徴とする複軸多層モータのメカニカルシール構造。 - 請求項１に記載された複軸多層モータのメカニカルシール構造において、
前記アウターロータケース部材の切り欠きが設けられる部分の外径を、前記スリーブの切り欠きが設けられる部分の外径より大きな径に設定したことを特徴とする複軸多層モータのメカニカルシール構造。 - 請求項１または２の何れか１項に記載された複軸多層モータのメカニカルシール構造において、
▲１▼第２モータ軸にメインティングリングを嵌合させ、第２モータ軸を第１モータ中空軸内に挿入する。
▲２▼第１モータ中空軸の内周面にシールリング、カラー、ベアリングを順に嵌合させる。
▲３▼第２モータ軸の外周にスリーブを嵌合させる。
▲４▼第２モータ軸の貫通穴の位置よりベアリング側にＯ−リングを取り付ける。
▲５▼シムを嵌合させたアウターロータケース部材を、第２モータ軸に対しスプライン結合する。
の組み付け順により組み付けたことを特徴とする複軸多層モータのメカニカルシール構造。
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