JP4111124B2 - 回転電機のステータ構造 - Google Patents

Description

本発明は、円筒状のステータを挟み、内外周にアウターロータ及びインナーロータが配置される複軸多層構造を有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）。この種の回転電機におけるステータ構造として、円板状の固定部材間に、ステータを構成する分割コアであってステータティースにコイルを巻回して構成される分割コアを、円周方向に複数個配置し、両端の固定部材をボルトとナットにより固定した構造がとられていた。
特開２００１−７８４０８号公報

ここで、分割コアを構成するステータティースは電磁鋼板を積層して構成されるが、このように電磁鋼板を積層して構成されるステータティースでは、電磁鋼板の積層寸法、すなわち、ステータティースの軸方向の長さにバラツキが生じ易くなる。そのため、両端の固定部材をボルトとナットで締結して固定するだけでは、全ての分割コアを均一に固定することができない問題があった。

また、この分割コアの積層寸法のバラツキを吸収するために、分割コアの一方を固定する固定部材を分割して、隣接する分割コア同士を分割した固定部材で固定し、分割した固定部材の全てを円板状のプレート覆ってボルトとナットで締結することも考えられる。しかしながら、この場合は、部品点数が多く、また、ステータ構造の組み立てに時間がかかる問題があった。

本発明の目的は上述した問題点を解消して、分割コアの積層寸法のバラツキをなくすことができ、組み立て性の向上及びコストダウンを達成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、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る複軸多層構造を有する回転電機のステータ構造であって、ステータの両端に設けた固定部材間に、ステータを構成する分割コアを円周方向に複数個配置してなるステータ構造において、各分割コア毎に、分割コアと一方の固定部材との間にくさび状部材を配置し、くさび状部材を外周から内周に向かって押圧することで各分割コアに対し軸方向に押圧力を与えて、各分割コアを固定部材間に固定する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においては、円周方向に複数個配置される分割コア毎にくさび状部材を配置し、くさび状部材を外周から内周に向かって押圧することで発生する軸方向の押圧力により各分割コアを軸方向に個々に固定するので、軸方向寸法のバラツキが比較的大きい分割コアを軸方向に固定することが可能となる。また、部品点数も少なくできるため、組み立て性の向上及びコストダウンを達成することができる。

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、円周方向に配置される各分割コアの軸方向両端部において、分割コアの半径方向位置を規制するガイドを内周側に設け、くさび状部材を外周から内周に向かって押圧すると同時に、分割コアの半径方向位置を規制してもよい。このように構成すれば、外周から内周に向かってくさび状部材を押圧することで分割コアを軸方向に締結する際に、分割コアの半径方向位置が規定され、真円度を高めることが可能となる。

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、円周方向に複数配置されるくさび状部材を、ワイヤ状の締結部材で、全てのくさび状部材を一度に縛るか、あるいは、複数のくさび状部材の組み毎に縛ることで、くさび状部材を外周側から内周側に向かって同時に押圧し、各分割コアを同時に固定してもよい。このように構成すれば、円周方向に複数配置されるくさび状部材を外周から内周に向かってワイヤ状締結部材で縛ることにより締結できるので、組み立て時に各分割コア毎にくさび状部材を押圧する必要がなく、全数あるいは複数の分割コアを同時に押圧することが可能となる。

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、くさび状部材の外周部にくぼみ部を設け、くぼみ部にワイヤ状の締結部材を配置してもよい。このように構成すれば、ワイヤ状の締結部材をより好ましい状態でくさび状部材に接触させることができる。

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、ここでいうステータコアをブラケット１１３、１１８間に挟持する手段にある。この特徴については、以下に詳細に説明する。

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、複数のステータティース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に示す例において、円周方向に複数配置される、電磁鋼板を積層して構成された分割コア２０１は、コイル巻回用の台座２０２を介してコイル２０３が巻回されて構成されている。この分割コア２０１は、一方の端部で、コイル２０３を保護する保護部材２０５を介して、固定部材としてのカラー２０４により支持されている。また、この分割コア２０１は、他方の端部で、コイル２０３を保護する保護部材２０６及びくさび状部材２０７を介して、固定部材としてのカラー２０８により支持されている。

上述した構成において、本発明の回転電機のステータ構造の特徴は、分割コア２０１をくさび状部材２０７を利用して固定した点である。すなわち、外周側から内周側に向かって厚みを徐々に薄くしたくさび形状を有するくさび状部材２０７を、このくさび状部材２０７の形状に合わせて片側をくさび形状とした保護部材２０６の片側面２０６ａとカラー２０８の内面２０８ａとの間に配置し、このくさび状部材２０７を外周側から内周側に向かって（図３中矢印Ａ方向）押圧することで、分割コア２０１に対し軸方向に押圧力を与えて、カラー２０４とカラー２０８との間に締結して固定している。

本例では、各分割コア２０１毎に軸方向に押圧可能なくさび状部材２０７を配置しているため、くさび状部材２０７を外周側から内周側へ押圧することにより発生するくさび力により、各分割コア２０１を軸方向に個々に固定できる。そのため、分割コア２０１同士の軸方向寸法のバラツキが大きい場合でも、全ての分割コア２０１を軸方向に簡単に固定することができる。

図３に示す例では、くさび状部材２０７を外周側から内周側に向かって押圧することで、分割コア２０１も外周側から内周側に移動する。この分割コア２０１の移動を、カラー２０４に設けた段差からなるガイド２０９とカラー２０８に設けた段差からなるガイド２１０とにより、分割コア２０１の内周側の両端部を（一端ではくさび状部材２０７とともに）受けることで、停止させている。これにより、くさび状部材２０７を外周側から内周側に向かって押圧すると同時に、分割コア２０１の半径方向位置を所定の位置に規制することができる。

本例では、ガイド２０９及びガイド２１０を利用して分割コア２０１の軸方向両端部で半径方向位置を規制しているため、外周側から内周側にくさび状部材２０７を押圧することで、分割コア２０１を軸方向に締結する際、分割コア２０１の半径方向位置が規制され、真円度を高めることが可能となる。

また、くさび状部材２０７を外周側から内周側に向かって押圧する方法としては、くさび状部材２０７を所定方向に押圧できさえすれば、個々のくさび状部材２０７毎に押圧する等、どのような方法でも良いが、以下に説明する方法をとることが好ましい。すなわち、図４に示すように、各くさび状部材２０６の外周部にくぼみ部２１１を設け、くぼみ部２１１に締結部材としてのワイヤ２１２を配置して、全てのくさび状部材２０７を一度に縛ることで、くさび状部材２０７を半径方向に加圧し、結果的に、分割コア２０１の軸方向バラツキを吸収しつつ、同分割コア２０１を軸方向に固定することができる。なお、本例では、全てのくさび状部材２０７をワイヤ２１２により一度に縛ったが、複数のくさび状部材２０７の組み毎に縛ることもできる。この様子は図３にも示す。

本例では、円周方向に複数配置されるくさび状部材２０７を外周側から内周側に向かってワイヤ２１２で縛ることにより締結しているため、各分割コア２０１毎にボルト等の締結部材を配置する必要がなく、また、組立時にも各分割コア２０１毎にくさび状部材２０７を押圧する必要がなく、全数あるいは複数の分割コア２０１を同時に締結することが可能となる。

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、分割コアの積層寸法のバラツキをなくすことができ、組み立て性の向上及びコストダウン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。 本発明の回転電機のステータ構造においてくさび状部材の固定方法の一例を説明するための図である。

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
２０１ 分割コア
２０２ 台座
２０３ コイル
２０４、２０８ カラー
２０５、２０６ 保護部材
２０６ａ 片側面
２０７ くさび状部材
２０８ａ 内面
２０９、２１０ ガイド
２１１ くぼみ部材
２１２ ワイヤ

Claims (4)

1. 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る複軸多層構造を有する回転電機のステータ構造であって、ステータの両端に設けた固定部材間に、ステータを構成する分割コアを円周方向に複数個配置してなるステータ構造において、各分割コア毎に、分割コアと一方の固定部材との間にくさび状部材を配置し、くさび状部材を外周から内周に向かって押圧することで各分割コアに対し軸方向に押圧力を与えて、各分割コアを固定部材間に固定することを特徴とする回転電機のステータ構造。
2. 円周方向に配置される各分割コアの軸方向両端部において、分割コアの半径方向位置を規制するガイドを内周側に設け、くさび状部材を外周から内周に向かって押圧すると同時に、分割コアの半径方向位置を規制する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. 円周方向に複数配置されるくさび状部材を、ワイヤ状の締結部材で、全てのくさび状部材を一度に縛るか、あるいは、複数のくさび状部材の組み毎に縛ることで、くさび状部材を外周側から内周側に向かって同時に押圧し、各分割コアを同時に固定する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。
4. くさび状部材の外周部にくぼみ部を設け、くぼみ部にワイヤ状の締結部材を配置する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。

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