JP2005124301A

JP2005124301A - 回転電機の回転子構造

Info

Publication number: JP2005124301A
Application number: JP2003356267A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kato; 崇加藤; Minoru Arimitsu; 稔有満; Hirofumi Shimizu; 宏文清水
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-10-16
Filing date: 2003-10-16
Publication date: 2005-05-12

Abstract

【課題】シェル状部材を構成する円筒状部材と円板状部材との間の磁気抵抗を大きくでき、両部材間で漏れ磁束の少ない回転電機の回転子構造を提供する。
【解決手段】ステータ１０１と、ステータの外側に設けられたアウターロータ１０３と、ステータの内側に設けられたインナーロータ１０２と、からなり、積層コア１２５の外側に、積層コアの保持およびコアに発生するトルクを動力軸に伝達するためのシェル状部材２０２を有するアウターロータ構造を有する回転電機において、シェル状部材を複数の部品（２０３、２０４、２０５）で構成し、複数の部品間の磁気抵抗を高めるよう構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ステータと、ステータの外側に設けられたアウターロータと、ステータの内側に設けられたインナーロータと、からなり、積層コアの外側に、積層コアの保持およびコアに発生するトルクを動力軸に伝達するためのシェル状部材を有するアウターロータ構造を有する回転電機の回転子構造に関するものである。

従来、ステータと、ステータの外側に設けられたアウターロータと、ステータの内側に設けられたインナーロータと、からなり、積層コアの外側に、積層コアの保持およびコアに発生するトルクを動力軸に伝達するためのシェル状部材を有するアウターロータ構造を有する回転電機が知られている。このような回転電機において、シェル状部材を構成するために、従来は、シェル状部材を一体で形成したり、複数の部品をボルト締結により結合して形成したりしていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１４０８６号公報

そのため、従来の回転電機の回転子構造におけるアウターロータ構造では、バックヨークとして必要な積層コアに近接する円筒状部材と、円筒状部材の両端に設けられ、トルク伝達を担う円盤状部材とが、一体に構成されてシェル状部材を構成するか、もしくは、円筒状部材と円盤状部材とをボルト締結により結合してシェル状部材を構成していた。そのため、円筒状部材と円盤状部材との間の磁気抵抗が小さく、バックヨーク以外への漏れ磁束が大きい構造となっていた。

本発明の目的は上述した課題を解消して、シェル状部材を構成する円筒状部材と円板状部材との間の磁気抵抗を大きくでき、両部材間で漏れ磁束の少ない回転電機の回転子構造を提供しようとするものである。

本発明の回転電機の回転子構造は、ステータと、ステータの外側に設けられたアウターロータと、ステータの内側に設けられたインナーロータと、からなり、積層コアの外側に、積層コアの保持およびコアに発生するトルクを動力軸に伝達するためのシェル状部材を有するアウターロータ構造を有する回転電機において、シェル状部材を複数の部品で構成し、複数の部品間の磁気抵抗を高めるよう構成したことを特徴とするものである。

本発明の回転電機の回転子構造にあっては、シェル状部材を複数の部品で構成し、複数の部品間の磁気抵抗を高めるよう構成することで、部品間の磁気抵抗が高くなり、積層コアに隣接する部品から他の部品への漏れ磁束の抑制、例えば、シェル状部材が、軸方向前後の円盤状部材と積層コアを保持する円盤状部材とから構成されている場合には、積層コアに隣接する円筒状部材に流れる磁力線が円盤状部材に漏洩するのを抑制でき、回転電機の効率の向上につながる。

また、本発明の回転電機の回転子構造の好適例では、シェル状部材を、軸方向前後の円盤状部材と、積層コアを保持する円盤状部材と、から構成し、円盤状部材と円筒状部材との接合を、それぞれの端部を互いに嵌り合う階段状の段付き部として結合することで、円盤状部材と円筒状部材との突き当て部の面積を、円筒状部材の断面積より小さくなるようにするとともに、この突き当て部を外周側から溶接することができる。このように構成することで、円盤状部材と円筒状部材が半径方向でインロウとなり同軸を保ちつつ、両部材の接合面積を小さくすることができるので、簡易な構造にて同軸を保ちながら部材間の磁気抵抗を高めることができる。

さらに、本発明の回転電機の回転子構造では、溶接による結合部を断続的に設けこともできる。このように構成することで、円筒状部材と円盤状部材間の接合部を断続的に設けることができ、両部材間の磁気抵抗を高めることができるとともに、アウターロータに対し内部と外部との流路を形成することとなり、回転電機の発熱に伴うロータ内気体の圧力上昇を抑制できる。さらにまた、ロータ内に潤滑油などの媒体が介在する場合の排出孔の形成にも利用可能である。

また、本発明の回転電機の回転子構造では、外径側において円盤状部材と円筒状部材とが突き立てられて結合し、内周側において円盤状部材と円筒状部材との対向部に空隙を設けることもできる。このように構成することで、円盤状部材と円筒状部材との軸方向相対位置を外周側の突き当て部によって規定し、積層コアに近い内周側において部材間に設けた空隙により漏れ磁束の低減効果を高めるとともに、両部材を接合する際の作業性が良好となる。さらに、相対的に剛性の高い円盤状部材が、円筒状部材の外周側に配置されるので、回転強度が向上する。

以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の回転子構造を好適に適用できる回転電機の一例として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。

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。

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。

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。

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１６，１６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１６，１６から図外の駆動輪へ伝達される。

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。
。

図２は、ラビニョオ型遊星歯車列と組み合わされて車両用ハイブリッド変速機を構成する、この発明の対象となる複軸多層モータの一例をより詳細に示す図である。この複軸多層モータに、この発明の積層コア構造を適用することができる。図２に示す構成の複軸多層モータは、一個の円環状のステータ１０１と、その半径方向内方および外方にそれぞれ互いに同軸の所定回転軸線Ｏ上にて回転自在に配置したインナーロータ１０２およびアウターロータ１０３とよりなる三重構造とし、これらをハウジング１０４内に収納して構成する。

ここにおけるインナーロータ１０２およびアウターロータ１０３はそれぞれ、電磁鋼板などをプレス成形して造った板材のロータ軸線方向への積層になる積層コア１２４，１２５を具え、これら積層コア１２４，１２５に、ロータ軸線方向に貫通する永久磁石を円周方向等間隔に配置して設けた構成となす。インナーロータ１０２とアウターロータ１０３とでは、配置する磁極数を変えることで、両者の極対数を異ならせている。一例を示すと、磁石の個数自体はインナーロータ１０２とアウターロータ１０３で同一であり、１２個ずつであるが、インナーロータ１０２は２個の磁石で１極を成しているため、極対数としては３極対となり、アウターロータ１０３は１個の磁石で１極を成しているため、極対数としては６極対となる。

そしてハウジング１０４内へのインナーロータ１０２およびアウターロータ１０３の収納に当たっては、アウターロータ１０３は、積層コア１２５の外周にトルク伝達シェル１０５を駆動結合して具え、該トルク伝達シェル１０５の両端をそれぞれベアリング１０７，１０８によりハウジング１０４に回転自在に支持し、トルク伝達シェル１０５をベアリング１０７の側でアウターロータシャフト１０９に結合する。

インナーロータ１０２は積層コア１２４の中心に、内部に上記アウターロータシャフト１０９を回転自在に貫通した中空のインナーロータシャフト１１０を貫通して具え、これらインナーロータ１０２の積層コア１２４およびインナーロータシャフト１１０間を駆動結合する。そしてインナーロータシャフト１１０の中間部をベアリング１１２により、固定のステータブラケット１１３内に回転自在に支持し、一端部（図１では左端部）をベアリング１１４によりトルク伝達シェル１０５の対応端壁に回転自在に支持する。

ステータ１０１は、電磁鋼板をプレス成形して造ったＴ字状のステータ鋼板をステータ軸線方向に積層してなる多数のステータピースを具える。個々のステータピースには、アウターロータ側ヨークおよびインナーロータ側ヨーク間におけるティースの箇所において図２に示す如く電磁コイル１１７を巻線し、これらコイル巻線済のステータピースを同一円周方向等間隔に、つまり円形に配列してステータコアとなし、このステータコアをステータ軸線方向両側のブラケット１１３，１１８間にボルト１１９で挟持すると共に全体的に樹脂１２０でモールドすることにより一体化してステータ１０１を構成する。なお、樹脂１２０内には隣り合うステータピース１１６間において冷却液通路１４１を軸線方向に形成し、上記したボルト１１９はその冷却液通路１４１の半径方向内方および外方にそれぞれ位置させる。ここで、各ボルト１１９はそれに螺合したナット１１９ａによって締め上げられる。このボルト・ナットによる締め上げ構造をリベットピンによる締め上げ構造としても良いことはいうまでもない。

なお、このモータの駆動に当たっては、インナーロータ用回転センサ１４８およびアウターロータ用回転センサ１４７が検出するインナーロータ１０２およびアウターロータ１０３の回転位置、つまりこれらに上記のごとく設けられる永久磁石の位置に応じた両ロータ１０２，１０３用の位相の異なる駆動電流を複合して得られる複合電流をステータ１０１の電磁コイル１１７に供給し、これにより両ロータ１０２，１０３用の回転磁界をステータに個別に発生させることで、回転磁界に同期してロータ１０２，１０３を個別に回転駆動させることができる。

本発明の回転電機の回転子構造では、上述したアウターロータ１０３の一部となるトルク伝達シェル１０５の構成が特徴となる。以下、本発明の回転電機の回転子構造を詳細に説明する。

図３は本発明の回転電機の回転子構造の一例を説明するための図である。図３に示す例において、図２に示す部材と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図３に示す例において、アウターロータ１０３は、内部に永久磁石２０１を有する積層コア１２５を、その外周部に設けられたシェル状部材２０２（図２におけるトルク伝達シェル１０５に対応する）と結合して構成されている。シェル状部材２０２は、軸方向の前後に設けられた円盤状部材２０３および２０４と、積層コア１２５を保持する円筒状部材２０５と、から構成されている。

また、図３に示す例において、円盤状部材２０３および２０４のそれぞれと円筒状部材２０５との接合は、それぞれの端部を互いに嵌り合う階段状の段付き部として結合することで、円盤状部材２０３および２０４と円筒状部材２０５との突き当て部２０６および２０７の面積を、円筒状部材の断面積より小さくするとともに、この突き当て部２０６および２０７を外周側から溶接することで行っている。なお、本例では、図４に図３における矢印Ａ方向から見た図を示すように、円盤状部材２０３と円筒状部材２０５との突き当て部２０６において、溶接あるいは他の方法による接合部２０８を断続的に設けて、円盤状部材２０３と円筒状部材２０５とを接合している。ここでは溶接等による接合部２０８を断続的に設けたが、全周にわたり溶接等による接合部２０３を設けても良い。

さらに、図３に示す例において、円盤状部材２０３および２０４と円筒状部材２０５との接合部（突き当て部２０６、２０７）以外で相対する部分２０９および２１０においては、空隙が設けられている。

上述した構成の本発明の回転子構造では、シェル状部材２０２を円盤状部材２０３、２０４と円筒状部材２０５との複数の部品で構成したため、部品間の磁気抵抗値を高くすることができる。

また、上述した構成の本発明の回転子構造では、円盤状部材２０３、２０４と円筒状部材２０５とが半径方向でインロウとなり、同軸を保ちつつ、両部材の接合面積を小さくすることができるので、簡易な構造にて同時を保ちながら部材間の磁気抵抗を高めることができる。さらに、円盤状部材２０３、２０４と円筒状部材２０５との軸方向相対位置を外周側の突き当て部２０６、２０７によって規定し、積層コア１２５に近い内周側において部材間に空隙を設けることになるので、漏れ磁束の低減効果を高めるとともに、両部材を接合する際の作業性が良好となる。さらにまた、相対的に剛性の高い円盤状部材２０３、２０４が、円筒状部材２０５の外周側に配置されるので、回転強度が向上する。

また、上述した構成の本発明の回転子構造では、円盤状部材２０３、２０４と円筒状部材２０５との接合を断続的に接合部２０８を設けた行うので、両部材間の磁気抵抗を高めるとともに、アウターロータの内部と外部の流路を形成することとなり、回転電機の発熱に伴うアウターロータ内気体の圧力上昇を抑制できる。さらに、アウターロータ内に潤滑油などの媒体が介在する場合の排出孔の形成にも利用可能である。

本発明の回転電機の回転子構造は、内外にロータを有し、ロータ間にステータを有する３層構造の回転電機において、アウターロータの磁気抵抗値を高くでき、漏れ磁束の低減を達成する必要のある用途に好適に使用することができる。

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。ラビニョオ型遊星歯車列と組み合わされて車両用ハイブリッド変速機を構成する、本発明の回転子構造の対象となる複軸多層モータを示す縦断側面図である。本発明の回転電機の回転子構造の一例を説明するための図である。図３において矢印Ａ方向から見た接合部の一例を示す図である。

符号の説明

１０１ステータ
１０２インナーロータ
１０３アウターロータ
１０５トルク伝達シェル
２０１永久磁石
２０２シェル状部材
２０３、２０４円盤状部材
２０５円筒状部材
２０６、２０７突き当て部
２０８接合部
２０９、２１０円盤状部材と円筒状部材とが相対する部分

Claims

ステータと、ステータの外側に設けられたアウターロータと、ステータの内側に設けられたインナーロータと、からなり、積層コアの外側に、積層コアの保持およびコアに発生するトルクを動力軸に伝達するためのシェル状部材を有するアウターロータ構造を有する回転電機において、シェル状部材を複数の部品で構成し、複数の部品間の磁気抵抗を高めるよう構成したことを特徴とする回転電機の回転子構造。
シェル状部材を、軸方向前後の円盤状部材と、積層コアを保持する円盤状部材と、から構成し、円盤状部材と円筒状部材との接合を、それぞれの端部を互いに嵌り合う階段状の段付き部として結合することで、円盤状部材と円筒状部材との突き当て部の面積を、円筒状部材の断面積より小さくなるようにするとともに、この突き当て部を外周側から溶接することで行う請求項１記載の回転電機の回転子構造。
溶接による結合部を断続的に設けた請求項２記載の回転電機の回転子構造。
外径側において円盤状部材と円筒状部材とが突き立てられて結合し、内周側において円盤状部材と円筒状部材との対向部に空隙を設けた請求項２または３記載の回転電機の回転子構造。