JP2005168205A

JP2005168205A - 回転電機のステータコア構造

Info

Publication number: JP2005168205A
Application number: JP2003404567A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Nakayama; 裕介中山; Kan Akatsu; 観赤津
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-12-03
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】部品点数の大幅な増加や質量の増加を最小限に抑制しつつ、ステータのねじり剛性を向上させることができ、さらに磁気効率を良好にできる回転電機のステータコア構造を提供する。
【解決手段】コイル２０４を巻回するためのステータティース２０１を放射状に複数個配置してなるステータコア２０３を備えるステータ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１０２と、から構成される回転電機のステータコア構造において、隣り合うステータティースを、外径側と内径側とで交互に接続することで一体化して、ステータコアを構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、コイルを巻回するためのステータティースを放射状に複数個配置してなるステータコアを備えるステータと、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コア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

上述した従来の複軸多層構造を有する回転電機では、複数の分割コアをほぼ等間隔で円筒状に配置し、分割コアの両端部と両端部のそれぞれに設けた軸方向締結部材との間の摩擦力により分割コアを仮固定し、両端の軸方向締結部材をボルトとナットにより固定してステータを構成していたため、部品点数が多くなり、また、ステータの剛性の向上も難しいという問題があった。また、ステータティースの構成が電磁鋼板を軸方向に積層して構成されているため、磁束の方向と電磁鋼板の積層面の方向とが一致せず、磁気効率が悪くなる問題もあった。

本発明の目的は上述した問題点を解消して、部品点数の大幅な増加や質量の増加を最小限に抑制しつつ、ステータのねじり剛性を向上させることができ、さらに磁気効率を良好にできる回転電機のステータコア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コア構造の第１発明は、コイルを巻回するためのステータティースを放射状に複数個配置してなるステータコアを備えるステータと、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コア構造において、隣り合うステータティースを、外径側と内径側とで交互に接続することで一体化して、ステータコアを構成したことを特徴とするものである。

また、本発明の回転電機のステータコア構造の第２発明は、コイルを巻回するためのステータティースを放射状に複数個配置してなるステータコアを備えるステータと、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コア構造において、電磁鋼板を軸方向に並べて軸と直交する方向に積層することでステータティースを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コア構造の第１発明においては、隣り合うステータティースを、外径側と内径側とで交互に接続することで一体化して、ステータコアを構成しているため、部品点数の大幅な増加や質量の増加を最小限に抑制しつつ、ステータのねじり剛性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コア構造の第１発明の好適例においては、インナーロータの極数に対してアウターロータの極数が２倍であって、ステータティースのコイルに３相交流からなる複合電流を流すにあたり、アウター側のステータティースには３相交流の各相を各別に順に供給するとともに、インナー側のステータティースには隣り合う２つずつのステータティースを組みにして各組に３相交流の各相を各別に順に供給するよう構成することができる。このように構成することで、アウター２相に対してインナー１相でステータティースを構成することができ、アウターの磁気抵抗を削減することができる。

また、本発明の回転電機のステータコア構造の第１発明の好適例においては、電磁鋼板を軸方向に並べて軸と直交する方向に積層することでステータティースを構成することができる。このように構成することで、ステータティースの積層方向に沿って磁束が流れることとなり、磁気の流れを効率良くすることができる。

本発明の回転電機のステータコア構造の第２発明においては、コイルを巻回するためのステータティースを放射状に複数個配置してなるステータコアを備えるステータと、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コア構造において、電磁鋼板を軸方向に並べて軸と直交する方向に積層することでステータティースを構成しているため、ステータティースの積層方向に沿って磁束が流れることとなり、磁気の流れを効率良くすることができる。

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コア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。
本発明のステータコア構造の特徴は、ここでいうステータコアをブラケット１１３、１１８間に構成する手段にある。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、複数のステータティースからなるステータコアを備えるステータ１０１として利用できる本発明のステータコア構造について説明する。

図３は本発明の第１発明に係る回転電機のステータコア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、内側にインナーロータ１０２、外側にアウターロータ１０３が同軸に配置され、それらの間に円筒状のステータ１０１が配置されている。そして、ステータ１０１は、複数のステータティース２０１のうち隣り合うステータティース２０１を、外径側を外径側接続部２０２−１で接続するとともに、内径側を内径側接続部２０２−２で接続することで交互に一体化し、断面がジグザグ形状のステータコア２０３を構成している。なお、２０４は各ステータティース２０１に巻回したコイルであり、このコイル２０４にアウターロータ用及びインナーロータ用の電流を複合化した複合電流を流すことで、１つのステータ１０１でインナーロータ１０２とアウターロータ１０３とを各別に駆動できるよう構成している。

本例では、従来は各別に独立して放射状に設けられていたステータティース２０１を、外径側接続部２０２−１及び内径側接続部２０２−２で接続することで、複数のステータティース２０１を一体化してステータコア２０３を構成できるため、ステータコア２０３のねじり剛性を向上させることができ、また、複数のステータティース２０１を一体化させるためのボルト、ナットや両端の複雑構造のカラー等の部品を使用する必要がなくなり、部品点数の大幅な増加や質量の増加を最小限に抑制することができる。

図４は本発明の第１発明に係る回転電機のステータコア構造の一好適例を説明するための図である。図４に示す好適例では、インナーロータ１０２の極数に対してアウターロータ１０３の極数が２倍、例えば、インナーロータ１０２の極数が３でアウターロータ１０３の極数が６の場合を想定している。そして、ステータティース２０１のコイル２０４に３相交流からなる複合電流を流すにあたり、アウター側のステータティース２０１−１には３相交流のＷ相、Ｖ相、Ｕ相を各別に順に供給する。すなわち、図４に示すように、１つ１つのステータティース２０１−１にＷ相、Ｖ相、Ｕ相、Ｗ相、Ｖ相、Ｕ相‥‥の順に供給する。また、インナー側のステータティース２０１−２には隣り合う２つずつのステータティース２０１を組みにして各組に３相交流のＷ相、Ｖ相、Ｕ相を各別に順に供給する。すなわち、図４に示すように、１つ１つのステータティース２０１−２にＷ’相（Ｗ相と同じで、インナーとアウターを区別するためにダッシュを付している）、Ｗ’相、Ｖ’相、Ｖ’相、Ｕ’相、Ｕ’相‥‥の順に供給する。

この好適例においては、上述した効果に加えて、インナー側に供給する電流が６相電流である場合の従来例と比べて、以下のような効果を得ることができる。まず、インナー側に流す電流が６相電流のときはステータティースの個数が本発明で構成されるステータティース２０１の個数に対して多くなり、剛性が低く、また、ボルト、ナット等の部品の使用数が多くなるといった問題を解消することができる。さらに、ステータティースの分割数が本発明で構成させるステータティース２０１の分割数に対して多くなり、インナー側のティース幅が狭く、アウターの磁気抵抗が発生する部分が多くなるという問題を解消することができる。

図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の第１発明に係る回転電機のステータコア構造の他の好適例を説明するための図である。この好適例では、図５（ｂ）に示すように、１つ１つが断面コの字形状の電磁鋼板２０５を軸方向に並べて、軸と直交する方向に積層して、図５（ａ）に示すように、一体のステータティース２０１からなるステータコア２０３を構成している。なお、図５ではステータコア２０３の一部しか示していないが、全てのステータコア２０３の部分が上述した構成をとっていることは言うまでもない。

この好適例においては、電磁鋼板２０５を軸方向に並べて軸と直交する方向に積層して、一体のステータティース２０１からなるステータコア２０３を構成しているため、ステータティース２０１における電磁鋼板２０５の積層方向すなわち軸方向に沿って磁気が流れることとなり、磁気の流れの効率を向上することができる。

図６は本発明の第２発明に係る回転電機のステータコア構造の一例を説明するための図である。図６に示す例において、内側にインナーロータ１０２、外側にアウターロータ１０３が同軸に配置され、それらの間に円筒状のステータ１０１が配置されている。そして、ステータ１０１は、複数のステータティース２０１を放射状に配置してステータコア２０３を構成している。本例では、１つ１つが断面コの字形状の電磁鋼板２０５を軸方向に並べて、軸と直交する方向に積層して、図５（ａ）に示すように、一体のステータティース２０１からなるステータコア２０３を構成している。

本例においても、電磁鋼板２０５を軸方向に並べて軸と直交する方向に積層して、一体のステータティース２０１からなるステータコア２０３を構成しているため、ステータティース２０１における電磁鋼板２０５の積層方向すなわち軸方向に沿って磁気が流れることとなり、磁気の流れの効率を向上することができる。

本発明の回転電機のステータコア構造は、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、部品点数の大幅な増加や質量の増加を最小限に抑制しつつ、ステータのねじり剛性を向上させ、さらに、磁気効率を良好にでき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、本発明のステータコア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。本発明の第１発明に係る回転電機のステータコア構造の一例を説明するための図である。本発明の第１発明に係る回転電機のステータコア構造の一好適例を説明するための図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の第１発明に係る回転電機のステータコア構造の他の好適例を説明するための図である。本発明の第２発明に係る回転電機のステータコア構造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ステータティース
２０１−１外側のステータティース
２０１−２内側のステータティース
２０２−１外径側接続部
２０２−２内径側接続部
２０３ステータコア
２０４コイル
２０５電磁鋼板

Claims

コイルを巻回するためのステータティースを放射状に複数個配置してなるステータコアを備えるステータと、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コア構造において、隣り合うステータティースを、外径側と内径側とで交互に接続することで一体化して、ステータコアを構成したことを特徴とする回転電機のステータコア構造。
インナーロータの極数に対してアウターロータの極数が２倍であって、ステータティースのコイルに３相交流からなる複合電流を流すにあたり、アウター側のステータティースには３相交流の各相を各別に順に供給するとともに、インナー側のステータティースには隣り合う２つずつのステータティースを組みにして各組に３相交流の各相を各別に順に供給するよう構成したことを特徴とする請求項１記載の回転電機のステータ構造。
電磁鋼板を軸方向に並べて軸と直交する方向に積層してステータティースを構成したことを特徴とする請求項１または２記載の回転電機のステータ構造。
コイルを巻回するためのステータティースを放射状に複数個配置してなるステータコアを備えるステータと、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コア構造において、電磁鋼板を軸方向に並べて軸と直交する方向に積層することでステータティースを構成したことを特徴とする回転電機のステータ構造。