JP2005295740A - 回転電機のステータ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータとアウターロータまたはインナーロータとの間に発生するコギングトルクを低減できる回転電機のステータ構造を提供する。
【解決手段】電磁鋼板２０１を積層して構成されるステータティース１０１Ｂにコイル１０１Ａを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置してなるステータ１０１と、ステータの外側に設けたアウターロータ１０３と、ステータの内側に設けたインナーロータ１０１と、から構成される回転電機のステータ構造において、ステータティース１０１Ｂを積厚方向にｎ分割し、各分割されたステータティースの磁束の方向がそれぞれ異なる傾きを持つよう構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電磁鋼板を積層して構成されるステータティースにコイルを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置してなるステータと、ステータの外側に設けたアウターロータと、ステータの内側に設けたインナーロータと、から構成され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、１個のステータと２個のロータとが３重構造をなしており、アウターロータとインナーロータとの中間に配置されたステータ構造は、電磁鋼板を積層して構成されるステータティースにコイルを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置した構造となっている。
特開２００１−１１２２２１号公報

上述した従来の回転電機のステータ構造では、ステータティースを複数の電磁鋼板を堰そうして構成するにあたり、電磁鋼板の磁化の方向については何も考慮されていなかった。そのため、従来の複軸多層構造の回転電機では、ステータとアウターロータとの間、および、ステータとインナーロータとの間、に発生する磁気吸引力により、トルクの発生にムラが生じるいわゆるコギングトルクが発生し易い問題があった。

本発明の目的は上述した問題点を解消して、ステータとアウターロータまたはインナーロータとの間に発生するコギングトルクを低減できる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、電磁鋼板を積層して構成されるステータティースにコイルを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置してなるステータと、ステータの外側に設けたアウターロータと、ステータの内側に設けたインナーロータと、から構成される回転電機のステータ構造において、ステータティースを積厚方向にｎ分割し、各分割されたステータティースの磁束の方向がそれぞれ異なる傾きを持つ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ステータ構造では、ｎ分割されたステータティースは、各々規制された方向に対する磁束の流れが良いことから、それらを組み合わせることによって内外ロータに対して磁束の指向性を大きくすることができる。その結果、コギングトルクを低減することができる。

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、ステータティースを積厚方向に２分割し、分割されたステータティースの磁束方向角度を、それぞれ絶対値は同じで符号が異なる角度とすることができる。このように構成すれば、従来と全く同じ構造で内外のロータの回転に伴うコギングトルクを低減できる磁気回路を形成することができる。

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、電磁鋼板として方向性電磁鋼板を適用することができる。このように構成すれば、上述した効果に加えて、無方向性鋼板よりも厚さが薄いことにより渦電流損失を低減することができる。また、電磁鋼板の打ち抜き角度さえ変えればよいので、組み付けは従来と同じ方法でよい。

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、積層した電磁鋼板のうち磁束の流れに影響しない部位をかしめてステータティースを一体化することができる。このように構成すれば、磁束の流れを妨げることなく電磁鋼板を積厚方向に固定することができる。

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。

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、ステータティースの構成にある。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。なお、説明の都合上、図１および図２に示す部材と以下の説明で示す部材とは、同一の部材であっても異なる符号を付す場合がある。

図３は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。図３では、図２に示す例における回転電機の横断面の一部を示している。図３に示す例において、ステータ１０１は、ステータコイル１０１Ａ、ステータティース１０１Ｂ、支持部材１０１Ｃから構成されている。インナーロータ１０２は、永久磁石１０２Ａ、電磁鋼板１０２Ｂ、シャフト１０２Ｃから構成されている。アウターロータ１０３は、永久磁石１０３Ａ、電磁鋼板１０３Ｂ、シェル１０３Ｃから構成されている。このうち、本発明の対象となるのは、ステータティース１０１Ｂの構造である。

図４〜図６はそれぞれステータティース１０１Ｂの一例を説明するための図である。図４および図５はそれぞれステータティース１０１Ｂを構成する一枚の電磁鋼板の一例を示しており、図６は図４および図５に示す電磁鋼板からなるステータティース１０１Ｂの一例を示す。図４および図５に示す例において、電磁鋼板２０１は方向性電磁鋼板から構成されており、磁化の容易方向２０２はステータティース１０１Ｂの中心軸Ｃに対してそれぞれ角度θ、−θだけ傾いている。そのため、図４に示す例では、ステータティース１０１Ｂを通過する磁束２０４はステータティース１０１Ｂの中心軸Ｃに対して角度θだけ傾くこととなる。。これに対し、電磁鋼板２０１の磁化の容易方向２０２が図４に示す例と左右対称となるように異なる図５に示す例では、ステータティース１０１Ｂを通過する磁束２０５はステータティース１０１Ｂの中心軸Ｃに対して角度−θだけ傾くこととなる。

そして、図６に示すように、ステータティース１０１Ｂを積厚方向に２分割して上ティース部分１０１Ｂ−１と下ティース部分１０１Ｂ−２とを構成し、例えば、上ティース部分１０１Ｂ−１は図４に示す電磁鋼板２０１を積層することで構成し、下ティース部分１０１Ｂ−２は図５に示す電磁鋼板２０１を積層することで構成する。これにより本発明の回転電機のステータ構造で使用するステータティース１０１Ｂを得ることができる。本例では、インナーロータ１０２およびアウターロータ１０３を通る磁束は２θの角度を持つことになり、両ロータの回転に伴うコギングトルクを低減できる磁気回路を形成することができる。すなわち、積厚方向に分割された積層鋼板を通る磁束が１方向でないため、磁石が誘引される際の誘引力を分配させることができ、コギングトルクを低減させることができる。

本発明の回転電機のステータ構造では、好適例として、電磁鋼板２０１をステータティース１０１Ｂに積層一体化するため、図４および図５に示す例では、所定のかしめ位置２０６でかしめて固定している。電磁鋼板２０１はそれぞれ磁化の容易方向２０２が傾きθを持っていることから、かしめ位置２０６の磁気抵抗が高くなると考えられ、磁気の通過を妨げることなくステータティース１０１Ｂをかしめて一体化することができる。

なお、図６に示す例では、ステータティース１０１Ｂを積厚方向に２分割し、互いに逆方向にθだけ磁束の方向が異なる例を示したが、本発明はこの例に限定されるものではない。例えば、ステータティース１０１Ｂの積厚方向に２分割以上のｎ分割し、各分割されたステータティース１０１Ｂの部分の磁束の方向をそれぞれ異なる傾きを持たせさえすれば、コギングトルクを低減させることができる。

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層構造の回転電機において、コギングトルクを低減させ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、本発明のステータ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ステータ構造の一例を説明するための図である。 ステータティース１０１Ｂの一例を説明するための図である。 ステータティース１０１Ｂの他の例を説明するための図である。 ステータティース１０１Ｂのさらに他の例を説明するための図である。

符号の説明

１０１ ステータ
１０１Ａ ステータコイル
１０１Ｂ ステータティース
１０１Ｂ−１ 上ティース部分
１０１Ｂ−２ 下ティース部分
１０１Ｃ 支持部材
１０２ インナーロータ
１０２Ａ、１０３Ａ 永久磁石
１０２Ｂ、１０３Ｂ 電磁鋼板
１０２Ｃ シャフト
１０３ アウターロータ
１０３Ｃ シェル
２０１ 電磁鋼板
２０２ 磁化の容易方向
２０４、２０５ 磁束
２０６ かしめ位置

Claims (4)

1. 電磁鋼板を積層して構成されるステータティースにコイルを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置してなるステータと、ステータの外側に設けたアウターロータと、ステータの内側に設けたインナーロータと、から構成される回転電機のステータ構造において、ステータティースを積厚方向にｎ分割し、各分割されたステータティースの磁束の方向がそれぞれ異なる傾きを持つよう構成したことを特徴とする回転電機のステータ構造。
2. ステータティースを積厚方向に２分割し、分割されたステータティースの磁束方向角度を、それぞれ絶対値は同じで符号が異なる角度と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。
3. 電磁鋼板として方向性電磁鋼板を適用する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。
4. 積層した電磁鋼板のうち磁束の流れに影響しない部位をかしめてステータティースを一体化することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機のステータ構造。
   
   
   

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