JP2007126065A - Bearing device for motor rotary shaft in hybrid prime mover - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジン(内燃機関)と変速機との間にモータ(電動機)を配置した構造のハイブリッド原動機におけるモータの軸受け構造に関する。 The present invention relates to a motor bearing structure in a hybrid prime mover having a structure in which a motor (electric motor) is disposed between an engine (internal combustion engine) and a transmission.
特許文献1には、エンジンと変速機との間にモータを配置した構造のハイブリッド原動機が示されている。
この種のハイブリッド原動機において、モータ回転軸の軸受け構造は、モータのロータ本体からエンジン側と変速機側とに突出する回転軸を、モータハウジングに設けられた一対の専用のベアリングで軸受けする構造となっている。
Patent Document 1 discloses a hybrid prime mover having a structure in which a motor is disposed between an engine and a transmission.
In this type of hybrid prime mover, the bearing structure of the motor rotating shaft is such that the rotating shaft protruding from the rotor body of the motor to the engine side and the transmission side is supported by a pair of dedicated bearings provided in the motor housing. It has become.
一方、エンジン側には、モータ回転軸をフライホイールに軸芯を合わせるためのパイロットベアリング、変速機側には、変速機のメインドライブシャフトを軸受けするベアリングが別個に設けられている。
現行の小型車では、エンジンと駆動輪の配置を示す型式として、前置エンジンによって前輪を駆動する方式が多数である。これをハイブリッド化するに際し、通常トルクコンバータまたはクラッチが格納されているスペースにモータを格納する必要が生じるが、必要な動力を満たすモータを取り付けようとすると、原動機の全長が大きくなってしまい、小型車の狭いエンジンルームに搭載することが難しいというレイアウトの制約が大きな課題となっている。 In current small cars, there are many methods for driving the front wheels by the front engine as a model indicating the arrangement of the engine and the drive wheels. When this is hybridized, it is usually necessary to store the motor in the space where the torque converter or clutch is stored. However, if a motor that satisfies the required power is installed, the total length of the prime mover increases, and the small vehicle Layout constraints that make it difficult to install in a narrow engine room are a major issue.
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、モータ回転軸の軸受構造を改善することにより、必要な動力のモータを取り付けつつ、原動機全長の増大を抑制することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such a conventional problem, and aims to suppress an increase in the total length of the prime mover while attaching a motor having a necessary power by improving the bearing structure of the motor rotation shaft. And
このため、本発明は、
エンジンとモータと変速機とを主たる原動機要素とし、エンジンと変速機との間にモータを配置した構造のハイブリッド原動機において、
モータ回転軸のエンジン側端部を、該エンジン側の回転部材に設けられたベアリングにより軸受けすると共に、モータ回転軸の変速機側端部を、変速機側の回転軸用のベアリングに該変速機側回転軸と兼用して軸受けする構造とした。
For this reason, the present invention
In a hybrid prime mover having a structure in which an engine, a motor, and a transmission are main prime mover elements, and a motor is disposed between the engine and the transmission,
The engine-side end of the motor rotation shaft is supported by a bearing provided on the rotation member on the engine side, and the transmission-side end of the motor rotation shaft is used as a bearing for the rotation shaft on the transmission side. The bearing is also used as a side rotation shaft.
このようにすれば、エンジン側の回転部材に設けられたベアリングと、変速機側に設けられたベアリングにより、モータの回転軸が軸受けされるので、モータ専用のベアリングを省略できる分、原動機軸方向の長さを短縮できるので、必要な動力のモータを取り付けつつ、原動機全長の増大を回避することができる。
なお、後述するように、ベアリングの機能を兼用してもモータの軸受け強度を十分確保できることが確認され、かつ、ベアリング数を必要最小限に減らすことにより、単純にコストを低減できるのみならず、外乱等により原動機の強度的に弱い部分に加わる荷重を、ベアリングによる拘束を減らせることにより、軽減できることで、原動機の耐久性も向上できる。
In this way, since the rotation shaft of the motor is supported by the bearing provided on the rotating member on the engine side and the bearing provided on the transmission side, the motor dedicated bearing can be omitted, so that the motor shaft direction can be omitted. Therefore, it is possible to avoid an increase in the total length of the prime mover while attaching a motor having a necessary power.
As will be described later, it is confirmed that the bearing strength of the motor can be sufficiently secured even if the function of the bearing is also used, and not only can the cost be simply reduced by reducing the number of bearings to the minimum necessary, The load applied to the weakly strong part of the prime mover due to a disturbance or the like can be reduced by reducing the restraint by the bearing, thereby improving the durability of the prime mover.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、実施形態の全体概要構成を示す。
走行用の原動機として、エンジン1と、モータ2と、変速機3と、を主たる原動機要素とし、エンジン1と変速機3との間に、モータ2を配置したハイブリッド原動機としている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an overall schematic configuration of the embodiment.
The engine 1, the motor 2, and the transmission 3 are the main prime mover elements as a prime mover for traveling, and a hybrid prime mover in which the motor 2 is disposed between the engine 1 and the transmission 3 is used.
エンジン1は、出力軸(クランクシャフト)端部にフライホイール11が連結され、該フライホイール11とモータ2との間に電磁クラッチ25を備え、該電磁クラッチ25のON、OFFによって、エンジン1の駆動力のモータ2への伝達/遮断を切り換えられるようになっている。変速機3の出力は、車軸4を介して車輪5に伝達される。
かかる基本的なシステム構成において、モータ2の回転軸を、モータ2単体では軸受けせず、回転軸の両端部をフライホイール11に設けたパイロットベアリング26と、変速機3のメインドライブシャフトまたはこれに類する回転軸の軸受け用のメインベアリング42とで軸受けする構成とする。
The engine 1 is connected to a flywheel 11 at an output shaft (crankshaft) end portion, and includes an electromagnetic clutch 25 between the flywheel 11 and the motor 2. Transmission / cutoff of the driving force to the motor 2 can be switched. The output of the transmission 3 is transmitted to the wheel 5 via the axle 4.
In such a basic system configuration, the rotating shaft of the motor 2 is not supported by the motor 2 alone, and both ends of the rotating shaft are provided on the flywheel 11 and the main drive shaft of the transmission 3 or on this. The bearing is configured to be supported by a main bearing 42 for bearings of similar rotating shafts.
図2は、要部詳細を示す。
モータ2は、ステータ22の外周を覆うモータハウジング21内に収納支持される。ステータ22内側に設けられるロータ23のエンジン側に突出する回転軸24Aには、電磁クラッチ25が貫通して取り付けられ、回転軸24Aの先端部は、フライホイール11に設けられたパイロットベアリング26に軸受けされている。
FIG. 2 shows the details of the main part.
The motor 2 is housed and supported in a motor housing 21 that covers the outer periphery of the stator 22. An electromagnetic clutch 25 penetrates and is attached to a rotating shaft 24A that protrudes toward the engine side of the rotor 23 provided inside the stator 22, and a tip portion of the rotating shaft 24A is supported by a pilot bearing 26 provided on the flywheel 11. Has been.
前記電磁クラッチ25は、ロータ23側から順にコイル収納ケース25A、回転ピース25B、浮動ピース25Cを備えて構成され、コイル収納ケース25Aは、下端部に連結された回り止め部材28を介してモータハウジング21底壁に回り止め支持されている。
前記回転ピース25Bは、モータ2の回転軸24Aにキー結合されて一体に回転する。一方、前記浮動ピース25Cは、フライホイール11に対して、一体に回転するが軸方向には所定量移動可能に取り付けられる。
The electromagnetic clutch 25 includes a coil storage case 25A, a rotating piece 25B, and a floating piece 25C in this order from the rotor 23 side. The coil storage case 25A is connected to a motor housing via a rotation preventing member 28 connected to the lower end. 21 is supported on the bottom wall.
The rotating piece 25B is key-coupled to the rotating shaft 24A of the motor 2 and rotates integrally. On the other hand, the floating piece 25 </ b> C is attached to the flywheel 11 so as to be integrally movable but movable in the axial direction by a predetermined amount.
そして、前記コイル収納ケース25A内のコイルを通電すると、回転ピース25Bが磁化され、磁力によって浮動ピース25Cを吸着し、これにより、エンジン1のトルクがフライホイール11から浮動ピース25C、回転ピース25Bを介してモータ2の回転軸24Aに伝達される。一方、前記コイルの非通電時は、回転ピース25Bと浮動ピース25Cとが離れて、エンジントルクのモータ2への伝達は遮断される。 When the coil in the coil storage case 25A is energized, the rotating piece 25B is magnetized, and the floating piece 25C is attracted by the magnetic force, so that the torque of the engine 1 causes the flywheel 11 to move the floating piece 25C and the rotating piece 25B. Via the rotary shaft 24A of the motor 2. On the other hand, when the coil is not energized, the rotating piece 25B and the floating piece 25C are separated from each other, and transmission of engine torque to the motor 2 is interrupted.
なお、前記回転軸24Aは、コイル収納ケース25A内でベアリング27によって軸受けされているが、コイル収納ケース25Aが前記回り止め部材28のみで柔構造で支持されるので、前記ベアリング27は、電磁クラッチ25をモータ2の回転軸24Aに対して芯ずれなく、かつ、回転軸24を円滑に回転させるように取り付けるためのもので、モータ2の回転軸24を拘束して支持するものではない。 The rotary shaft 24A is supported by the bearing 27 in the coil storage case 25A. However, since the coil storage case 25A is supported by the non-rotating member 28 in a flexible structure, the bearing 27 is an electromagnetic clutch. 25 is not attached to the rotating shaft 24A of the motor 2 and is attached so as to rotate the rotating shaft 24 smoothly. The rotating shaft 24 of the motor 2 is not restricted and supported.
一方、ロータ23の変速機3側に突出する回転軸24Bは、前記モータハウジング21の変速機側端面に締結された変速機のフロントギアハウジング41中心部のハブに取付けられたメインドライブシャフト(またはこれに類する回転軸)用のメインベアリング42に軸受けされる。
回転軸24Bには、ロータ本体中心部に形成される油冷却室29と連通して軸方向に貫通する孔30が形成される。該孔30は、ロータ本体側に小径部、変速機側に大径部が段付形成され、小径部内周面には、スプライン31が形成されている。
On the other hand, the rotating shaft 24B protruding to the transmission 3 side of the rotor 23 is connected to a main drive shaft (or attached to a hub at the center of the front gear housing 41 of the transmission fastened to the transmission side end surface of the motor housing 21). It is supported by a main bearing 42 for a similar rotating shaft.
The rotation shaft 24B is formed with a hole 30 that communicates with an oil cooling chamber 29 formed in the center of the rotor body and penetrates in the axial direction. The hole 30 has a small-diameter portion on the rotor body side and a large-diameter portion on the transmission side, and a spline 31 is formed on the inner peripheral surface of the small-diameter portion.
一方、変速機3のメインドライブシャフト43は、先端部が小径に段付形成され、その小径部外周面にスプライン44が形成されている。
そして、前記ハブにフランジを締結して取り付けた円筒状シュラウド部材45の軸孔46に前記メインドライブシャフト43の端部を挿入し、シュラウド部材45より突出する先端部外周のスプライン44を、回転軸24Bのスプライン31と嵌合させる。これにより、ロータ22とメインドライブシャフト43が一体に回転する。
On the other hand, the main drive shaft 43 of the transmission 3 has a stepped end portion with a small diameter, and a spline 44 formed on the outer peripheral surface of the small diameter portion.
Then, the end portion of the main drive shaft 43 is inserted into the shaft hole 46 of the cylindrical shroud member 45 attached with the flange fastened to the hub, and the spline 44 on the outer periphery of the tip portion protruding from the shroud member 45 is connected to the rotating shaft. It is made to mate with the spline 31 of 24B. Thereby, the rotor 22 and the main drive shaft 43 rotate integrally.
また、孔30の大径部内周面とシュラウド部材45の外周面との間には、環状の隙間47を有し、回転軸24Bのスプライン31形成部の外周側部分には、ロータ本体の油冷却室29と前記環状の隙間47とを連通するように、複数の油孔48が貫通して形成されている。同様に、シュラウド部材45のフランジにも、前記環状の隙間47とフロントギアハウジング41より変速機側の内部空間とを連通するように、複数の油孔49が貫通して形成されている。 An annular gap 47 is provided between the inner peripheral surface of the large-diameter portion of the hole 30 and the outer peripheral surface of the shroud member 45, and the outer peripheral portion of the spline 31 forming portion of the rotating shaft 24 </ b> B has oil in the rotor body. A plurality of oil holes 48 are formed so as to communicate with the cooling chamber 29 and the annular gap 47. Similarly, a plurality of oil holes 49 are formed through the flange of the shroud member 45 so as to communicate the annular gap 47 and the internal space on the transmission side with respect to the front gear housing 41.
一方、メインドライブシャフト43の中心軸に沿って、油通路50が形成され、前記変速機側内部空間で該油通路49から径方向に分岐する油孔(図示せず)が形成されている。
さらに、フロントギアハウジング41内の前記シュラウド部材45と近接する位置に、メインドライブシャフト43に係合して回転駆動されるオイルポンプ(図示せず)を設け、該オイルポンプから吐出されたオイルが、前記油孔49、環状の隙間47、油孔48を通ってロータ本体の油冷却室29に供給され、ロータ本体を冷却した後、メインドライブシャフト43の油通路50を介して、変速機の被潤滑部に供給され、潤滑を行う。なお、油孔49を通ったオイルの一部は、回転軸24B端面とシュラウド部材44のフランジ裏面との隙間を通ってメインベアリング42にも供給されて、該メインベアリング42を潤滑する。
On the other hand, an oil passage 50 is formed along the central axis of the main drive shaft 43, and an oil hole (not shown) branched in a radial direction from the oil passage 49 is formed in the transmission-side internal space.
Further, an oil pump (not shown) that engages with the main drive shaft 43 and is driven to rotate is provided at a position close to the shroud member 45 in the front gear housing 41 so that the oil discharged from the oil pump is discharged. The oil hole 49, the annular gap 47, and the oil hole 48 are supplied to the oil cooling chamber 29 of the rotor body, and after cooling the rotor body, the transmission of the transmission is made via the oil passage 50 of the main drive shaft 43. It is supplied to the part to be lubricated and lubricated. Part of the oil that has passed through the oil hole 49 is also supplied to the main bearing 42 through the gap between the end surface of the rotating shaft 24 </ b> B and the flange back surface of the shroud member 44 to lubricate the main bearing 42.
以上示したように、本発明では、モータ2(ロータ23)の回転軸24A,24Bは、モータ単体では軸受けされず、実質的に、エンジン1側の回転部材であるフライホイール11にパイロットベアリング26を介して軸受けされると共に、変速機3側のメインベアリング42を介してメインドライブシャフト43と兼用で軸受けされる。なお、これらパイロットベアリング26及びメインベアリング42は、従来モータ専用のベアリングを設けた場合のパイロットベアリング及びメインベアリングに対して強化は必要であるが、後述するように回転軸の拘束が少なくなる分、負荷が軽減されることなどにより、モータ軸受けに必要な強度を確保できることが確認された。 As described above, in the present invention, the rotating shafts 24A and 24B of the motor 2 (rotor 23) are not supported by the motor alone, but are substantially attached to the flywheel 11 which is a rotating member on the engine 1 side. And is also used as a main drive shaft 43 via a main bearing 42 on the transmission 3 side. The pilot bearing 26 and the main bearing 42 need to be strengthened with respect to the pilot bearing and the main bearing in the case where the conventional motor dedicated bearing is provided. However, as described later, the rotation shaft is less restricted. It was confirmed that the strength required for motor bearings could be secured by reducing the load.
これを、モータ単体でロータ回転軸を2つの専用の軸受(フロント及びリアベアリング)で支持する従来の軸受構造と比較する。
従来構造でも、上記パイロットベアリングは、フライホイールの回転中心軸とロータ回転軸との芯ずれを防止するため必要であり、変速機側のメインベアリングは、メインドライブシャフト等を軸受けするため当然に必要である。このように、従来構造では、エンジン、モータ、変速機にそれぞれベアリングを設け、ベアリング数に応じてベアリング取り付け用のスペースを確保する必要があるため、モータ乃至ハイブリッド原動機の軸長が大きくなっていた。
This is compared with a conventional bearing structure in which the rotor rotating shaft is supported by two dedicated bearings (front and rear bearings) with a single motor.
Even in the conventional structure, the pilot bearing is necessary to prevent misalignment between the rotation center axis of the flywheel and the rotor rotation axis, and the main bearing on the transmission side is naturally necessary for bearing the main drive shaft and the like. It is. As described above, in the conventional structure, it is necessary to provide bearings for the engine, the motor, and the transmission, and to secure a space for mounting the bearings according to the number of bearings. Therefore, the shaft length of the motor or the hybrid prime mover has been increased. .
また、従来構造では、ベアリングの芯直度確保のために、高い精度を必要とする。
すなわち、パイロットベアリング、フロント及びリアベアリング、オイルポンプ、モータ及び変速機の回転軸が、高い芯直度を必要とする。特に、静止・常温状態では製作時の芯直度が維持できるが、走行時に路面から水しぶきを浴び熱歪を生じたとき、衝撃を受けた時などは、かなりたわむ。
In addition, the conventional structure requires high accuracy in order to secure the straightness of the bearing.
That is, the pilot bearings, the front and rear bearings, the oil pump, the motor, and the rotation shafts of the transmission need high straightness. In particular, the straightness at the time of production can be maintained in a stationary / normal temperature state, but when the vehicle is splashed from the road surface during running, thermal distortion occurs, or when it receives an impact, it bends considerably.
このとき、パイロットベアリングなどへのストレスを考慮してモータ内部のフロント及びリアベアリングを、大きな荷重に耐えられるものを用いると、モータは変速機などが変形している状態では、これらのモータ専用のベアリングによって芯ずれを生じないように動きを拘束されるために、エンジン側のパイロットベアリングや変速機側のメインベアリングに、大きなストレスをもたらし、これらベアリングの破損につながる。 At this time, if the front and rear bearings in the motor that can withstand a large load are used in consideration of the stress on the pilot bearings, etc., the motor is dedicated to these motors when the transmission is deformed. Since the movement is restrained so as not to cause misalignment by the bearing, a great stress is applied to the pilot bearing on the engine side and the main bearing on the transmission side, and the bearings are damaged.
結果として、モータ自体の運転によって発生する振動や回転力に起因するストレスは小さいにも関わらず、原動機の熱変形などによって発生する派生的なストレスの方が大きくなってしまい、破損に至る。これは、モータをエンジンと変速機との間に挟んで構成する型式のハイブリッド原動機特有の問題である。
また、ロータ前後の構造が複雑化するという問題もある。
As a result, although the stress due to the vibration and rotational force generated by the operation of the motor itself is small, the derivative stress generated due to the thermal deformation of the prime mover becomes larger, resulting in damage. This is a problem peculiar to the type of hybrid prime mover in which the motor is sandwiched between the engine and the transmission.
There is also a problem that the structure before and after the rotor is complicated.
ベアリングを支えるためには、ある程度の強度をもった構造物を必要とし、これら形状はかなり複雑かつ、スペースを必要とする。とりわけ、フロントエンジンによって前輪を駆動するFF型車に用いるモータを設定する場合は、モータ軸の極端な切り詰めが必要になる。上記のように、ベアリングを多く備えた従来構造では、ロータ幅の短縮が必要になり、それは、モータの出力を低下させる結果となる。 In order to support the bearing, a structure having a certain degree of strength is required, and these shapes are considerably complicated and require a space. In particular, when setting a motor to be used for an FF type vehicle that drives front wheels by a front engine, the motor shaft must be extremely cut off. As described above, in the conventional structure having many bearings, it is necessary to shorten the rotor width, which results in lowering the output of the motor.
この他、構造の複雑化に伴いハウジング形状が複雑となるため、ハウジング形成用の鋳物の価格も高価になり、加工経費もかかるという問題もある。
これに対し、上記実施形態で示したハイブリッド原動機は、従来モータ単体に設けられていた専用のベアリングを、省略できることにより、従来の軸受け構造に比較して、以下の改善効果が得られる。
In addition, since the shape of the housing becomes complicated as the structure becomes complicated, there is a problem that the price of the casting for forming the housing becomes high and the processing cost is high.
On the other hand, the hybrid prime mover shown in the above embodiment can omit the dedicated bearings provided in the conventional motor alone, so that the following improvement effect can be obtained compared to the conventional bearing structure.
既述のように、路面から受ける熱的な影響や衝撃によって全長の長くなった原動機ではひずみを受け、従来のベアリング取り付け数が多く拘束の多い構造では、この拘束が災いして弱点を持つ部分の破損を招いてしまうのに対し、本発明に係る軸受け構造では、ベアリング取り付け数を減らせることにより、原動機のひずみをベアリング部分で柔軟に吸収し、軸受の破損を防止できる。 As described above, the prime mover that has a long overall length due to the thermal influence and impact from the road surface is distorted. In the conventional structure with many bearings and many restraints, this restraint suffers and has weak points. However, in the bearing structure according to the present invention, by reducing the number of bearings attached, the distortion of the prime mover can be absorbed flexibly at the bearing portion, and the bearing can be prevented from being damaged.
また、モータ専用のベアリングを持たないため、その分スペースが空き、動力発生に必要なロータ及びステータの幅を拡張でき、強力なモータの必須条件を満たすことができる。
モータ専用のベアリングおよびその支持用ハウジングを省略できるため、複雑な形状の鋳物が必要なくなり、これに伴って、加工工数の大幅低減が可能となり、製造コストを大きく引き下げることができる。
Further, since there is no bearing dedicated to the motor, the corresponding space is vacant, the width of the rotor and the stator necessary for generating power can be expanded, and the essential condition of a powerful motor can be satisfied.
Since a motor-dedicated bearing and its supporting housing can be omitted, a casting having a complicated shape is not necessary. Accordingly, the number of processing steps can be greatly reduced, and the manufacturing cost can be greatly reduced.
モータ2のフロントベアリングを兼用するパイロットベアリング26は、使用時間のほとんどをエンジン1とモータ2が共に運転されるので、相対運動を生じる時間が少なく、比較的負荷は小さい。これに対し、モータ2のリアベアリングを兼ねるメインベアリング42は、アウターレースは静止したハウジングに固定されているので、常時相対運動を伴い、負荷が大きい。 The pilot bearing 26 that also serves as the front bearing of the motor 2 is operated with both the engine 1 and the motor 2 for most of the usage time. On the other hand, since the outer race is fixed to the stationary housing, the main bearing 42 that also serves as the rear bearing of the motor 2 is always accompanied by relative motion and has a large load.
このメインベアリング42に対しては、既述のように変速機内部のオイルによって湿式潤滑を実施できるので、耐久性の確保を実現できる。 As described above, since wet lubrication can be performed on the main bearing 42 with the oil in the transmission, it is possible to ensure durability.
1 エンジン
2 モータ
3 変速機
21 モータハウジング
22 ステータ
23 ロータ
24A ロータの回転軸(エンジン側)
24B ロータの回転軸(変速機側)
25 電磁クラッチ
26 パイロットベアリング
30 孔
31 回転軸のスプライン
41 フロントギアハウジング
42 メインベアリング
43 メインドライブシャフト
44 メインドライブシャフトのスプライン
47 環状の隙間
48 油孔
49 油孔
50 油通路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Motor 3 Transmission 21 Motor housing 22 Stator 23 Rotor 24A Rotor rotating shaft (engine side)
24B Rotor rotation shaft (transmission side)
25 Electromagnetic clutch 26 Pilot bearing 30 hole 31 Rotating shaft spline 41 Front gear housing 42 Main bearing 43 Main drive shaft 44 Main drive shaft spline 47 Annular gap 48 Oil hole 49 Oil hole 50 Oil passage
Claims (6)
モータ回転軸のエンジン側端部を、該エンジン側の回転部材に設けられたベアリングにより軸受けすると共に、モータ回転軸の変速機側端部を、変速機側の回転軸用のベアリングに該変速機側回転軸と兼用して軸受けする構造としたことを特徴とするハイブリッド原動機におけるモータ回転軸の軸受け装置。 In a hybrid prime mover having a structure in which an engine, a motor, and a transmission are main prime mover elements, and a motor is disposed between the engine and the transmission,
The engine-side end of the motor rotation shaft is supported by a bearing provided on the rotation member on the engine side, and the transmission-side end of the motor rotation shaft is used as a bearing for the rotation shaft on the transmission side. A bearing device for a motor rotating shaft in a hybrid prime mover, wherein the bearing is used also as a side rotating shaft.
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