JP4016931B2 - 複軸多層モータ - Google Patents

Description

本発明は、円筒状のステータを挟み、内外周にアウタロータ及びインナロータが配置された複軸多層モータに関する。

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として、複合電流によって駆動され、アウターロータと、インナーロータと、アウターロータとインナーロータとの間に挟まれた一つのステータと、からなる複軸多層モータが知られている。この複軸多層モータのステータ支持構造は、一つのステータが２つのロータにより挟まれる構造であるため、ステータの両端部のうち、片方の端部側にはアウターロータと軸とを連結する部材が配置され、ステータはモータケースに対して片持ち支持となる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３４１５３号公報。

しかしながら、従来の複軸多層モータにあっては、アウターロータとインナーロータとに挟まれたステータが片持ち支持構造となっていたため、両端支持構造と比較すると、捩り入力に対する捩り強度および捩り剛性の向上が難しいという問題がある。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、アウターロータ固定部材とアウタロータ回転軸との連結を確保しながら、片持ちによるステータ支持構造に比べ、捩り入力に対し捩り強度および捩り剛性を大幅に向上することができる複軸多層モータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の複軸多層モータでは、

円筒状のステータを挟み、内外周にアウタロータ及びインナロータが配置された複軸多層モータにおいて、

前記ステータは、軸方向一端部をモータケース部材へ固定し、軸方向他端部をモータサイドカバー部材に固定された軸部材に対し支持し、

前記アウタロータを固定するアウターロータ固定部材と、モータ軸心位置に配置されたアウタロータ回転軸とを、前記ステータの軸方向他端部と前記モータサイドカバー部材とで囲まれる空間位置に配置したギヤ機構を介して連結した手段とした。

ここで、「ギヤ機構」とは、例えば、遊星ギヤ機構や、２組の傘歯車を有する回転方向変換ギヤ機構や、２組のウォーム&ウォームホイールを有する回転方向変換ギヤ機構等をいう。

よって、本発明の複軸多層モータにあっては、ギヤ機構によりアウターロータ固定部材とアウタロータ回転軸との連結を確保しながら、ステータを両端支持構造としたことで、片持ちによるステータ支持構造に比べ、捩り入力に対し捩り強度および捩り剛性を大幅に向上することができる。

以下、本発明の複軸多層モータを実現する最良の形態を、図面に示す実施例１〜実施例７に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。

［ハイブリッド駆動ユニットの全体構成］

図１は実施例１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、ハイブリッド駆動ユニットは、図１に示すように、エンジンＥ、複軸多層モータＭ、ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇ、駆動出力機構Ｄ、モータカバー１、モータケース２、ギヤハウジング３、フロントカバー４を備えている。

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及びエンジンクラッチ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差動歯車機構である。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、締結により低速側ギヤ比に固定するローブレーキ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。

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。

［複軸多層モータの構成］

図２は実施例１の複軸多層モータＭの遊星ギヤ機構位置で切断した縦断側面図、図３は実施例１の複軸多層モータＭのピニオン軸が存在しない位置で切断した一部縦断側面図、図４は実施例１の複軸多層モータＭの1/3モデルを示す縦断正面図、図５は実施例１の複軸多層モータＭ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。

複軸多層モータＭは、図２に示すように、モーターサイドカバー１（モーターサイドカバー部材）とモータケース２（モータケース部材）とで囲まれたモータ室内に、インナーロータIRとステータＳとアウターロータORを配置することにより構成されている。

複軸多層モータＭのインナーロータ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４に示すように、積層された電磁鋼鈑による積層コア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が軸方向に１２本埋設されている。また、インナーロータIRは、コギングトルク低減対策として、軸方向で２分割し、インナーロータマグネット２１の配置を周方向にずらし、例えば、10度のスキュー角度を設定している。ここで、「コギングトルク」とは、ステータＳとインナーロータIRとの間に発生する軸吸引力に基づくトルクの回転角に対する変化、いわゆる、トルクムラのことをいう。但し、Ｗ字配置による４本のインナーロータマグネット２１が１極対を構成し、全周で３極対としてある。

複軸多層モータＭのステータＳは、モーターサイドカバー１とモータケース２に両端支持構造にて固定された静止部材で、図４に示すように、電磁鋼鈑を積層してなる複数の積層コア４０と、各積層コア４０に巻き付けたコイル４１と、１８個のコイル付き積層コア４０を環状に配列して骨格体を形成するインナー側ボルト・ナット４３及びアウター側ボルトナット４４と、骨格体を円筒状の枠に入れて樹脂モールドにより一体化する樹脂モールド層４５と、該樹脂モールド層４５に形成されたステータ冷却用水路４６と、を有して構成されている。前記１８個のコイル付き積層コア４０は、６相コイルを３回繰り返しながら円周上に配置され、該６相コイルに対しては、図外のインバータからバスバー軸方向積層体を介して複合電流が印加される（図５参照）。この複合電流は、インナーロータIRを駆動させるための３相交流と、アウターロータORを駆動させるための６相交流とを複合させたものである。

複軸多層モータＭのアウターロータ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が固定されている。アウターロータケース６２の背面側と第２モータ軸９とは、遊星ギヤ機構７０を介して連結されている。このアウターロータORには、図４に示すように、積層された電磁鋼鈑による積層コア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、２本のアウターロータマグネット６１が１極対を構成し、全周で６極対としてある。

［ステータ構造］

実施例１のステータＳは、図２に示すように、軸方向一端部（正面側）をモータケース２に対し図外のボルトにより固定し、軸方向他端部（背面側）をモータサイドカバー１に固定されたピニオン軸７１（軸部材）に対し支持し、前記アウタロータORを固定するアウターロータケース６２（アウターロータ固定部材）と、モータ軸心位置に配置された第２モータ軸９（アウタロータ回転軸）とを、前記ステータＳの軸方向他端部（背面側）と前記モータサイドカバー１とで囲まれる空間位置に配置した遊星ギヤ機構７０（ギヤ機構）を介して連結している。

前記ステータＳの正面側支持は、ステータＳの正面側にインナー側ボルト・ナット４３及びアウター側ボルトナット４４によりステータシャフト７２が固定され、このステータシャフト７２をモータケース２に対し図外のボルトで固定することで支持されている。

前記ステータＳの背面側支持は、モータサイドカバー１に固定された前記ピニオン軸７１により軸支持されている。このピニオン軸７１は、一端がモータサイドカバー１に固定され、他端がステータＳに固定されたリヤギャラリー７３に形成された軸嵌合穴７３ａに対し嵌合固定されている。そして、リヤギャラリー７３は、図３に示すように、ピニオン軸７１が存在しない位置において、インナー側ボルト・ナット４３及びアウター側ボルトナット４４からネジ部４３ａ，４４ａが突出しており、該ネジ部４３ａ，４４ａにリヤギャラリー７３をボルト穴を挿入し、ナット４３ｂ，４４ｂにて締め付けることで固定されている。

前記遊星ギヤ機構７０は、アウタロータケース６２に設けられたリングギヤ７０ａと、第２モータ軸９に設けられたサンギヤ７０ｂと、を前記ピニオン軸７１に設けられたピニオンギヤ７０ｃに噛み合わせて構成されている。この遊星ギヤ機構７０は、前記第２モータ軸９の回転数に対してアウタロータケース６２の回転数が低くなるように、そのギヤ比（Zs／Zr）が下記の式、

Zs／Zr＝Ｉ／Ｐ

Ｉ<Ｐ

但し、Ｉ：自然数、Ｐ：ロータ磁石の極対数、Zr：リングギヤ７０ａの歯数、 Zs：サンギヤ７０ｂの歯数
が成立するように、例えば、ギヤ比Zs／Zr＝１／３にて設定している。

さらに、第３図に示すように、前記第２モータ軸９に嵌合されるサンギヤ７０ｂの外径は、前記ステータＳの背面側を覆うリヤギャラリー７３（ギャラリープレート）の内径よりも小さな径に設定されている。

なお、図２及び図３において、７４はインナーロータIRの回転数及び位相を検出するために第１モータ中空軸８とステータシャフト７２とに間に介装配置されたインナーロータレゾルバ、７５はアウターロータORの回転数及び位相を検出するために第２モータ軸９とモータサイドカバー１とに間に介装配置されたアウターロータレゾルバである。

次に、作用を説明する。

［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４１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４１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。

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。

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、実施例１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。

［ステータ支持作用］

複合電流によって駆動され、アウターロータと、インナーロータと、アウターロータとインナーロータとの間に挟まれた一つのステータと、からなる複軸多層モータのステータ支持構造は、一つのステータが２つのロータにより挟まれる構造であるため、例えば、図６に示すように、ステータの両端部のうち、片方の端部側にはアウターロータとアウターロータ回転軸とを連結する背面側連結ケースが配置される。このため、ステータは、モータケースに対し、正面側はボルトにより固定されるが、背面側は、アウターロータと共に回転する背面側連結ケースに対しリヤギャラリーが第１ベアリングにて支持されるだけで、実質的には、正面側だけでステータを支持する片持ち支持となる。このため、両端支持構造と比較すると、捩り入力に対する捩り強度および捩り剛性の向上が難しいという問題がある。

これに対し、実施例１のステータＳは、正面側をモータケース２に対し図外のボルトにより固定し、背面側をモータサイドカバー１に固定されたピニオン軸７１に対し支持するという両端支持構造となるため、例えば、図６に示すような複軸多層モータのステータ支持構造に比べ、大幅に捩り強度及び捩り剛性を向上させることが可能となる。

ここで、ステータＳを両端支持構造にしたことに伴い、図６に示す背面側連結ケースに代えて、アウタロータケース６２とアウターロータ回転軸である第２モータ軸９との間で回転及びトルクを伝達するように両者を駆動連結させる必要がある。

この連結機構として、実施例１では遊星ギヤ機構７０を採用しているため、この遊星ギヤ機構７０では、アウターロータORにて発生した回転は、アウターロータケース６２に固定されたリングギヤ７０ａの歯数Zrと、第２モータ軸９にスプライン嵌合されたサンギヤ７０ｂの歯数Zsとによるギヤ比Zs／Zrの分が増速されて第２モータ軸９に伝達されることになる。

さらに、遊星ギヤ機構７０のギヤ比（Zs／Zr）は、下記の式、

Zs／Zr＝Ｉ／Ｐ

Ｉ<Ｐ
が成立するように設定されているため、第２モータ軸９の回転数及び位相と、アウターロータORの回転数及び位相と、を演算処理により換算できる。この結果、小径である第２モータ軸９に、アウターロータレゾルバ７５を設置することができる。

［組み立て作用］

例えば、図６に示す複軸多層モータ構造では、ステータにインナロータを嵌合し、リヤギャラリーを嵌合して、その後、アウタロータ回転軸及び背面側連結ケースを嵌合するが、その際、第１ベアリング及び第２ベアリングを同時に嵌合する必要があり、且つ、このベアリング部を目視確認できないため、組立ての難易度が高かった。

これに対し、実施例１では、第２モータ軸９に嵌合されるサンギヤ７０ｂの外径を、ステータＳの背面側を覆うリヤギャラリー７３の内径よりも小さな径に設定したため、インナロータIRとアウタロータOR及びサンギヤ７０ｂを予め嵌合した上で、このユニット部品をステータＳ内に嵌合可能である。このため、図６に示す複軸多層モータ構造に比べて組み立て性を向上させることができる。

次に、効果を説明する。
実施例１の複軸多層モータＭにあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 円筒状のステータＳを挟み、内外周にアウタロータOR及びインナロータIRが配置された複軸多層モータＭにおいて、前記ステータＳは、軸方向一端部をモータケース２へ固定し、軸方向他端部をモータサイドカバー１に固定された軸部材に対し支持し、前記アウタロータORを固定するアウターロータケース６２と、モータ軸心位置に配置された第２モータ軸９とを、前記ステータＳの軸方向他端部と前記モータサイドカバー１とで囲まれる空間位置に配置したギヤ機構を介して連結したため、アウターロータケース６２と第２モータ軸９との連結を確保しながら、片持ちによるステータ支持構造に比べ、捩り入力に対し捩り強度および捩り剛性を大幅に向上することができる。

(2) 前記軸部材は、ピニオンギヤ７０ｃを支持するピニオン軸７１であり、前記ギヤ機構は、アウタロータケース６２に設けられたリングギヤ７０ａと、第２モータ軸９に設けられたサンギヤ７０ｂと、を前記ピニオン軸７１に設けられたピニオンギヤ７０ｃに噛み合わせた遊星ギヤ機構７０であるため、遊星ギヤ機構７０の構成要素であるピニオン軸７１が、ステータＳを支持する軸部材としての機能を併せ持ち、部品点数の少ない簡潔な構成にてステータＳの支持と、アウターロータORの回転伝達を達成することができる。

(3) 前記遊星ギヤ機構７０は、前記第２モータ軸９の回転数に対してアウタロータケース６２の回転数が低くなるようにギヤ比（Zs／Zr）を設定したため、アウターロータORが回転強度上有利になると共に、アウターロータとアウターロータ回転軸との回転数関係が１：１である背面側連結ケースにて連結する場合に比べ、出力軸である第２モータ軸９の回転数を高めに設定することができる。

(4) 前記遊星ギヤ機構７０は、自然数をＩ、ロータ磁石の極対数をＰとしたとき、リングギヤの歯数Zrと、サンギヤの歯数Zsの比が、

Zs／Zr＝Ｉ／Ｐ

Ｉ<Ｐ
の式が成立するように設定したため、第２モータ軸９上に配置したアウターロータレゾルバ７５によってアウターロータマグネット６１の位相を検出することが可能となり、増速前、つまり大径のアウターロータORにレゾルバを配置する必要がなくなるので、アウターロータレゾルバ７５を小型化することができる。
なお、上記式が成立しないギヤ比に設定した場合には、図７に示すように、アウターロータレゾルバ７５’を、正面側連結ケース６３とモータケース２との間に配置することも可能である。

(5) 前記第２モータ軸９に嵌合されるサンギヤ７０ｂの外径を、前記ステータＳの軸方向他端部を覆うリヤギャラリー７３の内径よりも小さな径に設定したため、インナロータIRとアウタロータOR及びサンギヤ７０ｂを予め嵌合した上で、ステータＳ内に嵌合可能となるので、背面側連結ケースにて連結する複軸多層モータ構造に比べて組み立て性を向上させることができる。

実施例２は、ステータＳの軸方向一端部に冷却水路系の出口及び入口を設定し、ステータＳの軸方向他端部に強電経路を設定した例である。

すなわち、図８に示すように、冷却水路４６’をＵ字形に形成したステータフレーム４７と、該ステータフレーム４７の一端部に固定した水路形成プレート４８と、の組み合わせにより冷却水路系を構成する。

一方で、冷却水路４６’を内部に有したステータフレーム４７の他端部には、バスバー５０をその内部に有したバスバーケース５１が固定される。また、バスバーケース５１には、実施例１のピニオン軸７１に相当し、その内部に強電端子５２を有するピニオン中空軸７６（軸部材）が固定される。このピニオン中空軸７６は、モータサイドカバー１に固定されている。

つまり、ステータＳを冷却する出口及び入口を含めた冷却水路系は、ステータＳの軸方向一端部に配置し、ステータＳのコイル４１に複合電流を印加する強電経路は、ステータＳの軸方向他端部に配置するというように、冷却水路系と強電経路とを分離した構成としている。なお、他の構成は、実施例１と同様であるので説明を省略し、また、作用についても実施例１と同様であるので説明を省略する。

次に、効果を説明する。
実施例２の複軸多層モータＭにあっては、実施例１の(1)〜(5)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(6) 前記ステータＳの軸方向一端部に冷却水路系の出口及び入口を設定し、ステータＳの軸方向他端部に強電経路を設定したため、冷却水路系と強電経路のそれぞれの設置スペースを大きく確保でき、かつ、冷却水路系と強電経路の分離により絶縁性能を向上させることができる。

実施例３は、ギヤ機構として、実施例１，２の遊星ギヤ機構に代え、回転方向変換ギヤ機構を適用した例である。

まず、構成を説明する。
図９は実施例３の複軸多層モータＭの図１０Ａ−Ａ線断面図、図１０は実施例３の複軸多層モータＭの回転方向変換ギヤ機構を示す図である。

実施例３のステータＳは、図９に示すように、軸方向一端部（正面側）をモータケース２に対し図外のボルトにより固定し、軸方向他端部（背面側）をモータサイドカバー１に固定された締結軸８１（軸部材）に対し支持し、前記アウタロータORを固定するアウターロータケース６２と、モータ軸心位置に配置された第２モータ軸９とを、前記ステータＳの軸方向他端部（背面側）と前記モータサイドカバー１とで囲まれる空間位置に配置した回転方向変換ギヤ機構８０（ギヤ機構）を介して連結している。

前記ステータＳの正面側支持は、ステータＳの正面側にインナー側ボルト・ナット４３及びアウター側ボルトナット４４によりステータシャフト７２が固定され、このステータシャフト７２をモータケース２に対し図外のボルトで固定することで支持されている。

前記ステータＳの背面側支持は、モータサイドカバー１に固定された前記締結軸８１により軸支持されている。この締結軸８１は、一端がモータサイドカバー１に固定され、他端がステータＳに固定されたリヤギャラリー７３に形成された軸嵌合穴７３ａに対し嵌合固定されている。この締結軸８１は、図１０に示すように、１８個あるコイル４１付き積層コア４０のそれぞれについて径方向に２本づつ、つまり、計３６本配置される。

前記回転方向変換ギヤ機構８０は、アウタロータケース６２にボルト固定された円環状の第１ギヤ８０ａと、第２モータ軸９にスプライン嵌合により設けられた円環状の第２ギヤ８０ｂと、両ギヤ８０ａ，８０ｂにそれぞれ噛み合って回転方向を９０度変換する２つの第１噛み合いギヤ８０ｃおよび第２噛み合いギヤ８０ｄが両側位置に設けられた径方向配置の中間軸８０ｅと、該中間軸８０ｅを両端位置で支持するベアリング８０ｆ，８０ｇと、有して構成されている。

前記回転方向変換ギヤ機構８０は、前記第２モータ軸９の回転数に対してアウタロータケース６２の回転数が低くなるようにギヤ比（Zs／Zr）として、下記の式、

Zs／Zr＝Ｉ／Ｐ

Ｉ<Ｐ
但し、Ｉ：自然数、Ｐ：ロータ磁石の極対数、

Zr：アウターロータケース６２に設けられた第１ギヤ８０ａの歯数

Zs：第２モータ軸９に設けられた第２ギヤ８０ｂの歯数
が成立するように設定されている。

前記回転方向変換ギヤ機構８０は、中間軸８０ｅの軸数を、隙間レイアウトを考慮して、ステータ個数を整数分の一とした数である３本（＝１８／６）に設定している。また、アウターロータORから発生する円周方向のトルク配分バランスを考慮して、自然数をＩ、ロータ磁石の極対数をＰ（３または６）としたとき、中間軸の軸数ｎを、

ｎ＝２Ｐ／Ｉ

ｎ<２Ｐ
の式が成立するように３本に設定し、これを円周方向に対し等間隔に配置している。

また、前記第２モータ軸９に設けられた第２ギヤ８０ｂの外径と、中間軸８０ｅの端部に設けられた第２噛み合いギヤ８０ｄの外径とを、前記ステータＳの軸方向他端部を覆うリヤギャラリー７３の内径よりも小さな径に設定している。そして、前記第２ギヤ８０ｂは、静止部材であるリヤギャラリー７３に対し、ベアリング８２を介して回転可能に支持されている。

なお、他の構成は実施例１と同様であるので説明を省略する。また、作用についても、実施例１と同様であるので説明を省略する。

次に、効果を説明する。
実施例３の複軸多層モータＭにあっては、実施例１の(1)の効果に加え、下記に列挙する効果を得ることができる。

(7) 前記軸部材は、ギヤ機構の存在しない位置に配置された締結軸８１であり、前記ギヤ機構は、アウタロータケース６２に設けられた円環状の第１ギヤ８０ａと、第２モータ軸９に設けられた円環状の第２ギヤ８０ｂと、両ギヤ８０ａ，８０ｂにそれぞれ噛み合って回転方向を９０度変換する２つの第１噛み合いギヤ８０ｃおよび第２噛み合いギヤ８０ｄが両側位置に設けられた径方向配置の中間軸８０ｅと、を有する回転方向変換ギヤ機構８０であるため、中間軸８０ｅのみが径方向に配置されることで、締結軸８１を設ける十分なスペースを確保しながら、アウターロータORの回転伝達を達成することができる。

(8) 前記回転方向変換ギヤ機構８０は、前記第２モータ軸９の回転数に対してアウタロータケース６２の回転数が低くなるようにギヤ比（Zs／Zr）を設定したため、アウターロータORが回転強度上有利になると共に、アウターロータとアウターロータ回転軸との回転数関係が１：１である背面側連結ケースにて連結する場合に比べ、出力軸である第２モータ軸９の回転数を高めに設定することができる。

(9) 前記回転方向変換ギヤ機構８０は、自然数をＩ、ロータ磁石の極対数をＰとしたとき、アウターロータケース６２に設けられた第１ギヤ８０ａの歯数Zrと、第２モータ軸９に設けられた第２ギヤ８０ｂの歯数Zsの比が、

Zs／Zr＝Ｉ／Ｐ

Ｉ<Ｐ
の式が成立するように設定したため、第２モータ軸９上に配置したアウターロータレゾルバ７５によってアウターロータマグネット６１の位相を検出することが可能となり、増速前、つまり大径のアウターロータORにレゾルバを配置する必要がなくなるので、アウターロータレゾルバ７５を小型化することができる。

(10) 前記回転方向変換ギヤ機構８０は、中間軸８０ｅの軸数を、ステータ個数を整数分の一とした数に設定したため、ケース側支持構造部材を各スロットに対応させても、中間軸８０ｅは前記ケース側支持構造部材の隙間にレイアウトできるので、各スロットを一つずつ強固に保持することが可能である。

(11) 前記回転方向変換ギヤ機構８０は、自然数をＩ、ロータ磁石の極対数をＰとしたとき、中間軸の軸数ｎを、

ｎ＝２Ｐ／Ｉ

ｎ<２Ｐ
の式が成立するように設定したため、アウターロータから発生する円周方向トルク成分により、第２モータ軸９やアウターロータORが偏心して回転するのを防止し、騒音や振動の発生を防止することができる。

(12) 前記回転方向変換ギヤ機構８０は、前記中間軸８０ｅを円周方向に対し等間隔に配置したため、アウターロータから発生する円周方向トルク成分により、第２モータ軸９やアウターロータORが偏心して回転するのを防止し、騒音や振動の発生を防止することができる。

(13) 前記第２モータ軸９に設けられた第２ギヤ８０ｂの外径と、中間軸８０ｅの端部に設けられた第２噛み合いギヤ８０ｄの外径とを、前記ステータＳの軸方向他端部を覆うリヤギャラリー７３の内径よりも小さな径に設定したため、インナロータIRとアウタロータOR及びサンギヤ７０ｂを予め嵌合した上で、ステータＳ内に嵌合可能となるので、背面側連結ケースにて連結する複軸多層モータ構造に比べて組み立て性を向上させることができる。

実施例４は、実施例３の複軸多層モータをベースとし、中間軸８０ｅが存在する側に外部への強電経路を設定した例である。

すなわち、図１１に示すように、前記中間軸８０ｅが存在する背面側のリヤギャラリー７３の締結軸支持部とモータサイドカバー１の締結軸支持部（ステータ支持部材）を一部切り欠き、強電系バスバー取り出し口８３及び端子台８４を有する外部への強電経路を設定した。なお、他の構成は実施例３と同様であるので図示並びに説明を省略する。また、作用についても実施例３と同様であるので説明を省略する。

次に、効果を説明する。
実施例４の複軸多層モータＭにあっては、実施例３の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(14) 前記中間軸８０ｅが存在する背面側のリヤギャラリー７３の締結軸支持部とモータサイドカバー１の締結軸支持部を一部切り欠き、強電系バスバー取り出し口８３及び端子台８４を有する外部への強電経路を設定したため、ステータＳの軸方向一端部に冷却水路系が設定され、ステータＳの軸方向他端部に強電経路が設定されるというように、冷却水路系と強電経路の分離構造となり、冷却水路系と強電経路のそれぞれの設置スペースを大きく確保することができると共に、絶縁性能を向上させることができる。

実施例５は、実施例３の複軸多層モータをベースとし、中間軸８０ｅが存在する側にモータ冷却水路系の出口及び入口を設定した例である。

すなわち、図１２に示すように、前記中間軸８０ｅが存在する背面側のリヤギャラリー７３の締結軸支持部とモータサイドカバー１の締結軸支持部（ステータ支持部材）を一部切り欠き、モータ冷却水路系の出口管８５及び入口管８６を設定した。なお、他の構成は実施例３と同様であるので図示並びに説明を省略する。また、作用についても実施例３と同様であるので説明を省略する。

次に、効果を説明する。
実施例５の複軸多層モータＭにあっては、実施例３の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(15) 前記中間軸８０ｅが存在する背面側のリヤギャラリー７３の締結軸支持部とモータサイドカバー１の締結軸支持部を一部切り欠き、モータ冷却水路系の出口管８５及び入口管８６を設定したため、ステータＳの軸方向一端部に強電経路が設定され、ステータＳの軸方向他端部に冷却水路系が設定されるというように、冷却水路系と強電経路の分離構造となり、冷却水路系と強電経路のそれぞれの設置スペースを大きく確保することができると共に、絶縁性能を向上させることができる。

以上、本発明の複軸多層モータを実施例１〜実施例５に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの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。

実施例１，２ではギヤ機構として遊星ギヤ機構７０を適用した例を示し、また、実施例３，４，５ではギヤ機構として２組の傘歯車を有する回転方向変換ギヤ機構８０を適用した例を示したが、２組のウォーム&ウォームホイールを有する回転方向変換ギヤ機構等、離れた２部材間を駆動連結するギヤ機構であれば他のギヤ機構を適用しても良い。

実施例３，４，５では、中間軸８０ｅを周方向に１２０°の等間隔で３本配置した例を示したが、例えば、図１３に示すように、中間軸８０ｅを周方向に６０°の等間隔で６本配置するようにしても良い。

実施例３，４，５では、ステータＳ側の支持構造部材であるリヤギャラリー７３として全周一体型のものを示したが、例えば、図１４に示すように、中間軸８０ｅを周方向に１２０°の等間隔で３本配置する場合、周方向に隣接する中間軸８０ｅ，８０ｅとの間を約１２０°づつ一体化した分離型のリヤギャラリー７３’としても良い。このとき、締結軸８１は、図１４に示すように、３個のリヤギャラリーのそれぞれについて２本としても良いし、また、実施例３，４，５と同様に、ステータの個数分の締結軸８１としても良い。

実施例４では中間軸８０ｅが存在する背面側に強電経路を設定し、また、実施例５では中間軸８０ｅが存在する背面側に冷却水路系を設定する例を示したが、中間軸８０ｅが存在する背面側に強電経路と冷却水路系とを設置できるのは言うまでもない。なお、この場合、例えば、図１１において、右上位置に強電経路を設定したものに対し、左上位置に冷却水路系を設定する。

実施例１〜実施例５では、複軸多層モータとして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、本発明の複軸多層モータは、複合電流によって駆動され、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を備えた複軸多層モータであれば、他の用途に使用される複軸多層モータにも適用できる。

実施例１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を示す概略全体図である。 実施例１の複軸多層モータＭの遊星ギヤ機構位置で切断した縦断側面図である。 実施例１の複軸多層モータＭのピニオン軸が存在しない位置で切断した一部縦断側面図である。 実施例１の複軸多層モータＭの1/3モデルを示す縦断正面図である。 実施例１の複軸多層モータＭ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。 複軸多層モータの従来例を示す縦断面図である。 複軸多層モータのアウターロータの回転及び位相を直接検出するレゾルバの取り付け位置を示す一部断面図である。 実施例２の複軸多層モータＭを示す縦断側面図である。 実施例３の複軸多層モータＭを示す図１０のＡ−Ａ線断面図である。 実施例３の複軸多層モータＭの傘歯車による回転方向変換ギヤ機構部を示す図である。 実施例４の複軸多層モータＭの傘歯車による回転方向変換ギヤ機構部を示す図である。 実施例５の複軸多層モータＭの傘歯車による回転方向変換ギヤ機構部を示す図である。 実施例３，４，５以外の複軸多層モータＭの傘歯車による回転方向変換ギヤ機構例を示す図である。 実施例３，４，５以外の複軸多層モータＭの傘歯車による回転方向変換ギヤ機構例を示す図である。

符号の説明

Ｍ 複軸多層モータ（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
１ モータサイドカバー（モータサイドカバー部材）
２ モータケース（モータケース部材）
９ 第２モータ軸（アウタロータ回転軸）
４３ インナー側ボルト・ナット
４４ アウター側ボルトナット
４６ 冷却水路
４６’ Ｕ字形の冷却水路
４７ ステータフレーム
４８ 水路形成プレート
５０ バスバー
５１ バスバーケース
５２ 強電端子
６２ アウターロータケース（アウターロータ固定部材）
７０ 遊星ギヤ機構（ギヤ機構）
７０ａ リングギヤ
７０ｂ サンギヤ
７０ｃ ピニオンギヤ
７１ ピニオン軸（軸部材）
７２ ステータシャフト
７３ リヤギャラリー（ギャラリープレート）
７３ａ 軸嵌合穴
７４ インナーロータレゾルバ
７５ アウターロータレゾルバ
７６ ピニオン中空軸（軸部材）
８０ 回転方向変換ギヤ機構（ギヤ機構）
８０ａ 第１ギヤ
８０ｂ 第２ギヤ
８０ｃ 第１噛み合いギヤ
８０ｄ 第２噛み合いギヤ
８０ｅ 中間軸
８０ｆ，８０ｇ ベアリング
８１ 締結軸（軸部材）
８２ ベアリング
８３ 強電系バスバー取り出し口
８４ 端子台
８５ 出口管
８６ 入口管

Claims (15)

1. 円筒状のステータを挟み、内外周にアウタロータ及びインナロータが配置された複軸多層モータにおいて、
   前記ステータは、軸方向一端部をモータケース部材へ固定し、軸方向他端部をモータサイドカバー部材に固定された軸部材に対し支持し、
   前記アウタロータを固定するアウターロータ固定部材と、モータ軸心位置に配置されたアウタロータ回転軸とを、前記ステータの軸方向他端部と前記モータサイドカバー部材とで囲まれる空間位置に配置したギヤ機構を介して連結したことを特徴とする複軸多層モータ。
2. 請求項１に記載された複軸多層モータにおいて、
   前記軸部材は、ピニオンギヤを支持するピニオン軸であり、
   前記ギヤ機構は、アウタロータ固定部材に設けられたリングギヤと、アウタロータ回転軸に設けられたサンギヤと、を前記ピニオン軸に設けられたピニオンギヤに噛み合わせた遊星ギヤ機構であることを特徴とする複軸多層モータ。
3. 請求項２に記載された複軸多層モータにおいて、
   前記遊星ギヤ機構は、前記アウタロータ回転軸の回転数に対してアウタロータ固定部材の回転数が低くなるようにギヤ比を設定したことを特徴とする複軸多層モータ構造。
4. 請求項２に記載された複軸多層モータにおいて、
   前記遊星ギヤ機構は、自然数をＩ、ロータ磁石の極対数をＰとしたとき、リングギヤの歯数Zrと、サンギヤの歯数Zsの比が、
   Zs／Zr＝Ｉ／Ｐ
   Ｉ<Ｐ
   の式が成立するように設定したことを特徴とする複軸多層モータ。
5. 請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載された複軸多層モータにおいて、
   前記アウタロータ回転軸に嵌合されるサンギヤの外径を、前記ステータの軸方向他端部を覆うギャラリープレートの内径よりも小さな径に設定したことを特徴とする複軸多層モータ。
6. 請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載された複軸多層モータにおいて、
   前記ステータの軸方向一端部に冷却水路系の出口及び入口を設定し、ステータの軸方向他端部に強電経路を設定したことを特徴とする複軸多層モータ。
7. 請求項１に記載された複軸多層モータにおいて、
   前記軸部材は、ギヤ機構の存在しない位置に配置された締結軸であり、
   前記ギヤ機構は、アウタロータ固定部材に設けられた円環状の第１ギヤと、アウタロータ回転軸に設けられた円環状の第２ギヤと、両ギヤにそれぞれ噛み合って回転方向を９０度変換する２つの第１噛み合いギヤおよび第２噛み合いギヤが両側位置に設けられた径方向配置の中間軸と、を有する回転方向変換ギヤ機構であることを特徴とする複軸多層モータ。
8. 請求項７に記載された複軸多層モータにおいて、
   前記回転方向変換ギヤ機構は、前記アウタロータ回転軸の回転数に対してアウタロータ固定部材の回転数が低くなるようにギヤ比を設定したことを特徴とする複軸多層モータ構造。
9. 請求項７または請求項８に記載された複軸多層モータにおいて、
   前記回転方向変換ギヤ機構は、自然数をＩ、ロータ磁石の極対数をＰとしたとき、アウターロータ固定部材に設けられた第１ギヤ歯数Zrと、アウターロータ回転軸に設けられた第２ギヤ歯数Zsの比が、
   Zs／Zr＝Ｉ／Ｐ
   Ｉ<Ｐ
   の式が成立するように設定したことを特徴とする複軸多層モータ。
10. 請求項７ないし請求項９の何れか１項に記載された複軸多層モータにおいて、
    前記回転方向変換ギヤ機構は、中間軸の軸数を、ステータ個数を整数分の一とした数に設定したことを特徴とする複軸多層モータ。
11. 請求項７ないし請求項９の何れか１項に記載された複軸多層モータにおいて、
    前記回転方向変換ギヤ機構は、自然数をＩ、ロータ磁石の極対数をＰとしたとき、中間軸の軸数ｎを、
    ｎ＝２Ｐ／Ｉ
    ｎ<２Ｐ
    の式が成立するように設定したことを特徴とする複軸多層モータ。
12. 請求項７ないし請求項１１の何れか１項に記載された複軸多層モータにおいて、
    前記回転方向変換ギヤ機構は、前記中間軸をモータ軸中心に対して点対称に配置し、もしくは、円周方向に対し等間隔に配置したことを特徴とする複軸多層モータ。
13. 請求項７ないし請求項１２の何れか１項に記載された複軸多層モータにおいて、
    前記アウタロータ回転軸に設けられた第２ギヤの外径と、中間軸の端部に設けられた第２噛み合いギヤの外径とを、前記ステータの軸方向他端部を覆うギャラリープレートの内径よりも小さな径に設定したことを特徴とする複軸多層モータ。
14. 請求項７ないし請求項１３の何れか１項に記載された複軸多層モータにおいて、
    前記中間軸が存在する側のステータ支持部材を一部切り欠き、外部への強電経路を設定したことを特徴とする複軸多層モータ。
15. 請求項７ないし請求項１３の何れか１項に記載された複軸多層モータにおいて、
    前記中間軸が存在する側のステータ支持部材を一部切り欠き、モータ冷却水路系の出口及び入口を設定したことを特徴とする複軸多層モータ。

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