JP2005278246A - 回転電機のステータ構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】ステータの強度を少ない部品点数で維持できるとともに、導体ループ遮断や渦電流の抑制が可能な回転電機のステータ構造を提供する。
【解決手段】複数のコア201を放射状に配置し、放射状に配置した複数のコアをモールド樹脂202によって保持するステータ構造において、相対的に剛性の低いモールド樹脂に202よって構成される部位211に、モールド樹脂よりも剛性の高い芯材209−1、209−2を少なくとも1箇所に配置する。
【選択図】図4
【解決手段】複数のコア201を放射状に配置し、放射状に配置した複数のコアをモールド樹脂202によって保持するステータ構造において、相対的に剛性の低いモールド樹脂に202よって構成される部位211に、モールド樹脂よりも剛性の高い芯材209−1、209−2を少なくとも1箇所に配置する。
【選択図】図4
Description
本発明は、複数のコアを放射状に配置し、放射状に配置した複数のコアをモールド樹脂によって保持する回転電機のステータ構造に関するものである。
従来、円筒状のステータを挟み、内外周にアウターロータ及びインナーロータが配置され、ステータに巻回された多相コイルに複合電流を流すことで、アウターロータとインナーロータを独立して回転制御可能な複軸多層構造を有する回転電機が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この回転電機では、コイルを巻回した複数のコアを放射状に配置し、放射状に配置した複数のコアをモールド樹脂によって保持することで、ステータを構成している。そして、モールド樹脂により複数のコアを保持するにあたり、放射状に配置した複数のコアの両端を金属製カラーで挟み、両端の金属製カラーをボルトとナットで固定していた。
特開2003−153495号公報
上述した従来の回転電機のステータ構造では、コアを金属製カラーで挟み、ボルト軸力により締結し、樹脂モールドしてステータを構成していたため、部品点数が多くなる問題、また、導体ループが形成されやすくなったり、渦電流が発生しやすくなる問題があった。
本発明の目的は上述した問題点を解消して、ステータの強度を少ない部品点数で維持できるとともに、導体ループ遮断や渦電流の抑制が可能な回転電機のステータ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ステータ構造は、複数のコアを放射状に配置し、放射状に配置した複数のコアをモールド樹脂によって保持するステータ構造において、相対的に剛性の低いモールド樹脂によって構成される部位に、モールド樹脂よりも剛性の高い芯材を少なくとも1箇所に配置したことを特徴とするものである。
本発明の回転電機のステータ構造では、相対的に剛性の低いモールド樹脂によって構成される部位に、モールド樹脂よりも剛性の高い芯材を配置することで、樹脂モールドステータの強度的に弱い部分にのみ補強材を配置することになるので、ボルト及びナットを使用することなく、コスト及び重量の上昇を最小限に止めつつ、捩り強度を向上させることができる。
なお、本発明の回転電機のステータ構造の好適例においては、芯材とコアとの間にモールド樹脂を充填し、芯材とコアとが接触しないように芯材を配置するよう構成することができる。このように構成すれば、芯材とコアとが接触せず、コア〜芯材〜コアの電流ループを形成しないので、ループ電流発生による効率の低下を抑制することができる。
また、本発明の回転電機のステータ構造の好適例においては、芯材をコアの軸方向両端にそれぞれ配置し、且つ、芯材の軸方向長さをコアの軸方向長さよりも短くするとともに、両端の芯材同士をモールド樹脂によって隔てて配置するよう構成することができる。このように構成すれば、芯材の軸方向長さがコアの軸方向長さよりも短いので、芯材に発生する渦電流損失を最小限に止めることができる。
さらに、本発明の回転電機のステータ構造の好適例においては、コアの軸方向両端に設けられたステータの固定用軸部材と芯材とを一体に構成することができる。このように構成すれば、強度を高めて且つ部品点数の増加をさらに抑制し、軸方向寸法の短縮が可能となる。
さらにまた、本発明の回転電機のステータ構造の好適例においては、コアの軸方向両端にそれぞれ配置した芯材のうち、一方の芯材を他方の芯材よりも軸方向に長く構成し、且つ、この一方の芯材を良好な熱伝導体から構成することができる。このように構成すれば、他方の短い芯材に対して冷却性能を向上させることができる。
また、本発明の回転電機のステータ構造の好適例においては、コアの軸方向に垂直な断面形状を、コアに半径方向力が作用した場合に半径方向力が芯材にも作用する形状となるよう構成することができる。このように構成すれば、周方向の強度の向上に加えて、半径方向の強度も同時に高めることができる。
さらに、本発明の回転電機のステータ構造の好適例においては、軸方向に垂直な断面において、コアの最外周部分と芯材とが半径方向にオーバーラップするように、コアと芯材とを配置するよう構成することができる。このように構成すれば、より簡単な構成で、周方向の強度の向上に加えて、半径方向の強度も同時に高めることができる。
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は本発明のステータ構造を備え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る。なお、以下に説明する複軸多層モータはその基本的な構成を説明するためのものであり、本発明の特徴部分については、後に詳細に説明する。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。
図1は本発明のステータ構造を備え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る。なお、以下に説明する複軸多層モータはその基本的な構成を説明するためのものであり、本発明の特徴部分については、後に詳細に説明する。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、この発明のステータ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I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ティースを具える。個々のステータティースには、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ティ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間に何らかの手段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。
本発明のステータ構造の特徴は、ステータティースからなる積層コアを固定する手段にある。この特徴については、後に詳細に説明する。
本発明のステータ構造の特徴は、ステータティースからなる積層コアを固定する手段にある。この特徴については、後に詳細に説明する。
なお、このモータの駆動に当たっては、回転センサ148および回転センサ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。
次に、上述した構成の複軸多層モータにおいて、複数の積層コアから構成されるステータ101として利用できる本発明のステータ構造について説明する。
図3〜図5はそれぞれ本発明の回転電機のステータ構造の一例を説明するための図である。ここで、図3はステータ101の斜視図を示し、図4は図3におけるステータ101の軸方向の沿った断面を示し、図5は図3におけるステータ101の軸方向に直角な断面を示している。なお、図3の側面は実際にはすべてモールド樹脂202から形成されているが、ここではコア201の位置がわかるように一部のモールド樹脂202の部分を除いて作図している。
図3〜図5に示す例において、ステータ101は、放射状に配置した複数のコア201をモールド樹脂202によってモールドして保持する樹脂モールドステータとして構成されている。コア201は、電磁鋼板を積層して形成することもでき、電磁材料の圧粉によって形成することもできる。ステータ101の固定軸203とフロントプレート204とは一体部材として構成されている。コア201には、その両端に設けられたインシュレータ205−1、205−2を介してコイル206が巻き付けられ、コイル巻きコア207を形成している。コイル巻きコア207は、モールド樹脂202を介して、フロントプレート204及びリアプレート208に固定されている。なお、本例では、複数のコア201の固定のためにボルトとナットは使用していない。
本発明の特徴は、放射状に配置された複数のコア201の間のモールド樹脂202の部位に、モールド樹脂202よりも剛性の高い芯材を配置した点である。すなわち、図3〜図5に示す例では、コア201と隣り合うコア201との間のモールド樹脂202の部位の全てに、フロントプレート204と一体に芯材としての補強リブ209−1を設けるとともに、リアプレート208と一体に芯材としての補強リブ209−2を設けている。本例では、補強リブ209−1、209−2はそれぞれ軸方向でコイル巻きコア208にラップするように配置され、コイル巻きコア207に対して十分に短く、且つ、モールド樹脂2により補強リブ209−1、209−2との間は絶縁されている。なお、本例では、コア201と隣り合うコア201との間のモールド樹脂202の部位の全てに補強リブ209−1または209−2を配置したが、全ての位置に補強リブ209−1または209−2を設けなくても、程度の差はあるが本発明を達成できる。
図3〜図5に示す例では、樹脂モールドステータの強度的に弱い部分のみに補強リブ209−1、209−2を配置することになるので、コスト及び重量の上昇を最小限に止めつつ、捩り強度を向上させることができる。また、補強リブ209−1、209−2とコア201とが接触しない構造となるので、コア201〜補強リブ209−1、209−2〜コア201の電流ループを形成しないので、ループ電流発生による効率の低下を抑制すれことができる。さらに、補強リブ209−1、209−2の軸方向長さがコア201の軸方向長さよりも十分短いので、補強リブ209−1、209−2に発生する渦電流損失を最小限に止めることができる。さらにまた、フロントリブ204と補強リブ209−1とが、また、リアリブ208と補強リブ209−2とが、それぞれ一体に形成されているため、強度を高めて且つ部品点数の増加を抑制し、軸方向寸法の短縮が可能となる。
また、本例では、図5に拡大して示すように、軸方向に垂直な断面において、コア201の最外周部分と補強リブ209−1とが半径方向のA部においてオーバーラップするように、コア201と補強リブ209−1とを配置している。そのため、コア201に半径方向力が作用した場合、その半径方向力が補強リブ209−1にも作用し、周方向の強度の向上に加えて、半径方向の強度も同時に高めることができる。
図6(a)、(b)はそれぞれ比較例及び本発明例の効果を対比して説明するための図である。図6(a)、(b)では、説明を分かりやすくする都合上、円周に沿った側面を平面として表示している。図6(a)に示す比較例のように、従来ボルトとナットとで固定していたフロントプレート204とリアプレート208との間をボルトとナットを使用せずにモールド樹脂202のみで保持した場合は、インナーロータ102及びアウターロータ103の回転により加わる加重によって、強度的に一番弱いフロントプレート204またはリアプレート208の近傍であってコア201とコア201との間の部分210が強度に耐えられず捩れてしまい、コア201が斜めに傾いてしまう場合がある。これに対し、図6(b)に示す本発明例のように、強度的に一番弱い部分210に補強リブ209−1及び209−2をフロントプレート204及びリアプレート208にそれぞれ一体に配置した場合は、インナーロータ102及びアウターロータ103の回転によって加わる荷重によっても、補強リブ209−1、209−2により強度的に一番弱い部分210が捩れることなく、コア201の位置は変化しない。
図7は本発明の回転電機のステータ構造の他の例を説明するための図である。図7では、説明を分かりやすくする都合上、円周に沿った側面を部分的に平面として表示している。図7に示す例において、図3〜図5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7に示す例では、コア201の軸方向両端にそれぞれ配置した補強リブ209−1、209−2のうち、一方の補強リブ209−1を他方の補強リブ209−2よりも軸方向に長く構成し、且つ、一方の補強ぶり209−1を良好な熱伝導体から構成している。そして、冷却水系211をフロントプレート4の外側に設けている。
図7に示す例では、フロントプレート204に一体に設けられた補強リブ209−1が軸方向に長く配置され且つ良好な熱伝導体により構成されるので、短い補強リブ209−2に対して冷却性能が向上する。また、この場合、ステータ101と冷却水系211とは金属体であるフロントプレート204によって分離されるため、水漏れ信頼性も向上する。
本発明の回転電機のステータ構造は、内外にロータを有し、ロータ間にステータを有する3層構造の回転電機だけでなく、ステータを必要とする全ての回転電機において、樹脂により構成されたステータの大幅な強度向上目的の用途に好適に使用することができる。
101 ステータ
102 インナーロータ
103 アウターロータ
201 コア
202 モールド樹脂
203 固定軸
204 フロントプレート
205−1、205−2 インシュレータ
206 コイル
207 コア
208 リアプレート
209−1、209−2 補強リブ
210 部分
211 冷却水系
102 インナーロータ
103 アウターロータ
201 コア
202 モールド樹脂
203 固定軸
204 フロントプレート
205−1、205−2 インシュレータ
206 コイル
207 コア
208 リアプレート
209−1、209−2 補強リブ
210 部分
211 冷却水系
Claims (7)
- 複数のコアを放射状に配置し、放射状に配置した複数のコアをモールド樹脂によって保持するステータ構造において、相対的に剛性の低いモールド樹脂によって構成される部位に、モールド樹脂よりも剛性の高い芯材を少なくとも1箇所に配置したことを特徴とする回転電機のステータ構造。
- 芯材とコアとの間にモールド樹脂を充填し、芯材とコアとが接触しないように芯材を配置したことを特徴とする請求項1に記載の回転電機のステータ構造。
- 芯材をコアの軸方向両端にそれぞれ配置し、且つ、芯材の軸方向長さをコアの軸方向長さよりも短くするとともに、両端の芯材同士をモールド樹脂によって隔てて配置したことを特徴とする請求項1または2に記載の回転電機のステータ構造。
- コアの軸方向両端に設けられたステータの固定用軸部材と芯材とを一体に構成したことを特徴とする請求項3に記載の回転電機のステータ構造。
- コアの軸方向両端にそれぞれ配置した芯材のうち、一方の芯材を他方の芯材よりも軸方向に長く構成し、且つ、この一方の芯材を良好な熱伝導体から構成したことを特徴とする請求項3または4に記載の回転電機のステータ構造。
- コアの軸方向に垂直な断面形状を、コアに半径方向力が作用した場合に半径方向力が芯材にも作用する形状としたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の回転電機のステータ構造。
- 軸方向に垂直な断面において、コアの最外周部分と芯材とが半径方向にオーバーラップするように、コアと芯材とを配置したことを特徴とする請求項6に記載の回転電機のステータ構造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004084708A JP2005278246A (ja) | 2004-03-23 | 2004-03-23 | 回転電機のステータ構造 |
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