JP3716820B2 - 回転電機のステータ構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は回転電機、特に一つのステータで二つのロータを駆動する回転電機のステータ構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
この種の回転電機として、本出願人は、例えば特開2001−78408号公報において、図3に断面図で示すようなものを既に提案している。
【0003】
この回転電機101は、第1回転軸103に連結されたインナーロータ105と、インナーロータ105の外周側に配設されたステータ107と、第2回転軸109に連結されてステータ107の外周側に配設されたアウターロータ111とを有する三重構造を備えている。
【0004】
ステータ107は、そのリア側端部がステータ固定ボルト113によりリアケース115にネジ止めして固定され、フロント側端部は第2回転軸109に連結されたフロントカバー117にベアリング軸受119を介して支持されている。
【0005】
アウターロータ111は、ロータケース121に保護されるように取り付けられており、ロータケース121のリア側端部はベアリング軸受123を介してリアケース115に回転自在に支持され、フロント側端部はフロントカバー117にボルト125により固定されている。また、フロントカバー117は、ベアリング軸受127を介して第1回転軸103に回転自在に支持されていると共に、ベアリング軸受129を介してフロントケース131に回転自在に支持されている。
【0006】
ここで、ステータ107は、軸方向に延在するステータピース133を円周方向に等間隔に複数個独立して配置したステータコア135と、各ステータピース133に巻装したコイル137と、ステータコア135の両側に全てのステータピース133に跨るように配置したブラケット139,141とを有しており、ブラケット139,141の隣接するステータピース間に形成されたボルト穴を通して、ステータ固定ボルト113によりブラケット139側(リア側端部)においてリアケース115にネジ止めすることにより、ブラケット139,141間にステータコア135を挟持してリアケース115に固定されるようになっている。なお、各ステータピース133は、多数枚のステータ鋼板を軸方向に積層して形成されている。
【0007】
かかる回転電機101は、ステータ107のコイル137を多相に接続して、その多相コイルにインナーロータ105の回転制御用の電流と、アウターロータ111の回転制御用の電流とを複合した複合電流を供給して磁束を変化させることにより、インナーロータ105およびアウターロータ111の回転を独立して制御することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、本発明者らによる種々の実験検討によると、上述したような回転電機101には、以下に説明するような改良すべき点があることが判明した。すなわち、上述した回転電機101では、多相コイルに複合電流を流してインナーロータ105およびアウターロータ111の回転を独立して制御することから、各コイル137を電磁気的に独立させる必要があり、そのため図4に示すように、各コイル137を巻装するステータピース133を、他のコイル137を巻装するステータピース133から電磁気的に分離して独立させる必要がある。
【0009】
このため、各ステータピース133を個別に製作する必要があることから、ステータピース133間で積層鋼板の積厚、すなわち軸方向寸法にバラツキが生じ易くなる。その結果、上述した回転電機101の構造の場合には、ブラケット141を全てのステータピース133に跨る剛体とすると、図5にステータ107の部分展開模式図を示すように、各ステータピース133を一方のブラケット139に位置決めして、ステータピース133を一方のブラケット139と他方のブラケット141との間でステータ固定ボルト113により挟持する際に、ステータピース133の軸方向寸法のバラツキによりブラケット141側に隙間が生じて挟持できないステータピース133が存在することになり、このステータピース133では当該ステータピース133に巻装されたコイル137に生じるトルクを支えきれないことになる。
【0010】
このような問題を解決し、各コイル137に生じる複合電流によるトルクを支えるには、各ステータピース133の軸方向寸法のバラツキを設計値以内に抑えて、ブラケット139,141によりステータピース133を挟持する軸力によって、各ステータピース133に摩擦力を発生させるようにすれば良いが、そのためには各ステータピース133の軸方向寸法をシムにより調整したり、各ステータピース133を2次加工して軸方向寸法を調整したりする作業を要し、ステータ107の組み立て性が低下して、コストアップを招くことが懸念される。
【0011】
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、組み立て性を向上でき、コストダウンが図れる回転電機のステータ構造を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項1に係る発明は、第1回転軸に連結された第1ロータと、この第1ロータの外周側に配設されたステータと、第2回転軸に連結されて上記ステータの外周側に配設された第2ロータとを有し、
上記ステータは、軸方向に延在するステータピースを円周方向に複数個独立して配置したステータコアと、上記ステータピースに巻装したコイルと、上記ステータコアの両側に配置される第1ブラケットおよび第2ブラケットとを有し、これら第1ブラケットおよび第2ブラケットにそれぞれ形成された穴を通して、固定手段により上記第1ブラケットおよび第2ブラケット間に上記ステータコアを挟持する回転電機のステータ構造において、
上記第1ブラケットまたは第2ブラケットを、隣接する順次の2個のステータピースに跨り、それぞれ上記固定手段を通す穴を有する複数のブラケットピースに分割したことを特徴とする回転電機のステータ構造。
【0013】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の回転電機のステータ構造において、上記各ブラケットピースの両端部に、隣接するステータピース側に突出するリブを設けたことを特徴とするものである。
【0014】
請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載の回転電機のステータ構造において、上記複数のブラケットピースを、軸方向に変形可能で、各ブラケットピースの上記穴に対応する固定手段用の穴を有するプレートに連結したことを特徴とするものである。
【0015】
請求項4に係る発明は、請求項3に記載の回転電機のステータ構造において、上記各ブラケットピースを上記プレートに対して位置決めする位置決め手段を設けたことを特徴とするものである。
【0016】
請求項5に係る発明は、請求項3または4に記載の回転電機のステータ構造において、上記プレートを、絶縁表面処理された鋼板で形成したことを特徴とするものである。
【0017】
請求項6に係る発明は、請求項3,4または5に記載の回転電機のステータ構造において、上記プレートの上記固定手段の取り付け部に、絶縁表面処理された積層鋼板からなる絶縁座金を配置したことを特徴とするものである。
【0018】
【発明の効果】
請求項1に係る発明によれば、ステータコアを挟持する第1ブラケットまたは第2ブラケットが、隣接する順次の2個のステータピースに跨るように複数のブラケットピースに分割されているので、隣接するステータピース間で軸方向寸法に誤差がある場合には、これらステータピース間に跨るブラケットピースは傾いてステータピースに当接することになる。したがって、ステータピースの軸方向寸法誤差に影響されることなく、ステータコアを確実に挟持することができるので、ステータピースの寸法精度を緩くできると共に、その寸法誤差をシムにより調整したり、2次加工により調整したりする必要もなくなり、ステータの組み立て性を向上でき、コストダウンを図ることができる。
【0019】
請求項2に係る発明によれば、各ブラケットピースは、その両端部に隣接するステータピース側に突出するリブを有するので、隣接するステータピース間の軸方向寸法の誤差によりブラケットピースが傾いても、隣接するステータピースに対して常にほぼ同位置で軸力を伝えることができ、各ステータピースを安定した状態で確実に挟持することができる。
【0020】
請求項3に係る発明によれば、複数のブラケットピースがプレートに連結されているので、複数のブラケットピースからなる第1ブラケットまたは第2ブラケットを一つの部品として扱うことができ、組み立て性をより向上することができる。
【0021】
請求項4に係る発明によれば、プレートに対する各ブラケットピースの連結位置が位置決め手段により位置決めされるので、ステータピースに対するブラケットピースの配置位置の整合性を容易に保つことができ、組み立て性をより向上することができる。
【0022】
請求項5に係る発明によれば、プレートが絶縁表面処理された鋼板からなるので、各ステータピースの周りで第1,第2ブラケットおよび固定手段を通る閉ループの電流通路が遮断され、これにより各コイルに流れる電流の変化によって発生磁束が変化しても、その磁束の変化による誘導電流の発生が有効に抑制される。したがって、誘導電流による回転電機の発熱が抑制されるので、回転電機の性能および効率を向上することができる。
【0023】
請求項6に係る発明によれば、プレートの固定手段の取り付け部に、絶縁表面処理された積層鋼板からなる絶縁座金が配置されているので、仮に固定手段の座面の鋼板が絶縁破壊されたとしても、残りの鋼板で大きな絶縁抵抗を維持することができるので、誘導電流の発生を安定して抑制でき、回転電機の性能および効率を長期間に亘って安定して維持することができると共に、組み立て時のコスレ等による座面鋼板の絶縁膜の破壊を気にすることなく、簡単に組み立てることができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による回転電機のステータ構造の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【0025】
図1は、本発明の第1実施の形態を示す回転電機の要部の断面図である。この回転電機1は、図3に示した回転電機101と同様に、第1回転軸3に連結されたインナーロータ5と、インナーロータ5の外周側に配設されたステータ7と、第2回転軸9に連結されてステータ7の外周側に配設されたアウターロータ11とを有する三重構造を備えているが、本実施の形態では、第1回転軸3が第2回転軸9の外周側に配置されている。なお、本実施の形態では、説明の便宜上、図1において左側をリア側、右側をフロント側と称することにする。
【0026】
第1回転軸3は、そのリア側端部においてベアリング軸受13を介して内周側に配置された第2回転軸9に相対的に回転自在に支持され、フロント側端部においてベアリング軸受15を介して外周側に配置されたステータシャフト17に回転自在に支持されている。また、第2回転軸9は、リア側端部においてベアリング軸受19を介してモータリアケース21に回転自在に支持されている。
【0027】
ステータ7は、リア側端部においてステータリアディスク23およびベアリング軸受25を介して第2回転軸9に支持され、フロント側端部はステータシャフト17に固定されている。
【0028】
アウターロータ11は、ロータケース27に保護されるように取り付けられており、ロータケース27のリア側端部はロータリアディスク29を介して第2回転軸9に連結され、フロント側端部はロータフロントディスク31およびベアリング軸受33を介してステータシャフト17に回転自在に支持されている。
【0029】
ここで、ステータ7は、図2(a)に部分展開模式図を、図2(b)に図2(a)のA−A断面図をも示すように、軸方向に延在するステータピース41を円周方向に等間隔に複数個独立して配置したステータコア43と、各ステータピース41に巻装したコイル45と、ステータコア43の両側に配置した第1,第2ブラケット47,49とを有している。
【0030】
本実施の形態では、フロント側の第1ブラケット47を高強度、高剛性の金属でディスク状に形成してステータシャフト17に固定し、この第1ブラケット47とステータコア43のフロント側端面との間に、全てのステータピース41に跨って各コイル45を避けるように高強度、高剛性の絶縁材または金属(例えばステンレス鋼)からなる凹状のカラー部材51を配置する。
【0031】
また、リア側の第2ブラケット49は、隣接する順次の2個のステータピース41に跨るように複数のブラケットピース53に分割する。各ブラケットピース53は、少なくともその両端部を、コイル45を避けるように凹状に形成すると共に、該両端部の各先端近傍にはステータピース41側に突出するリブ55を形成する。これらブラケットピース53は、軸方向に変形可能な絶縁表面処理された鋼板からなるディスク状の共通のプレート57に、それぞれ位置決め手段を構成するピン59により位置決めして連結する。
【0032】
さらに、第1ブラケット47およびカラー部材51には、隣接する各ステータピース41間に、径方向に離間してそれぞれ2個のボルト穴を連通して形成する。同様に、第2ブラケット49を構成する各ブラケットピース53およびブラケットピース53を連結するプレート57にも、第1ブラケット47およびカラー部材51に形成したボルト穴と対応するボルト穴を連通して形成する。
【0033】
このようにして、各ボルト穴に第2ブラケット49側からそれぞれ固定手段を構成する固定ボルト61を通し、第1ブラケット47から突出する固定ボルト61の先端部にナット63を螺合して締め付けて、ステータコア43を第1,第2ブラケット47,49間に挟持する。なお、リア側において、固定ボルト61の頂部とプレート57との間には、絶縁表面処理された積層鋼板からなる絶縁座金65を介在させる。
【0034】
本実施の形態によれば、リア側の第2ブラケット49を、隣接する順次の2個のステータピース41に跨るように複数のブラケットピース53に分割したので、図2(a)に示すように隣接するステータピース41間で軸方向寸法に誤差がある場合には、これらステータピース41間に跨るブラケットピース53は傾いてステータピース41に当接することになる。しかも、各ブラケットピース53には、その両端部にステータピース41側に突出するリブ55を設けたので、隣接するステータピース41間の軸方向寸法誤差によりブラケットピース53が傾いても、隣接するステータピース41に対して常にほぼ同位置で軸力を伝えることができる。したがって、ステータピース41の軸方向寸法誤差に影響されることなく、ステータコア43を安定した状態で確実に挟持することができるので、ステータピース41の寸法精度を緩くできると共に、その寸法誤差をシムにより調整したり、2次加工により調整したりする必要もなくなり、ステータ7の組み立て性を向上でき、コストダウンを図ることができる。
【0035】
また、各ブラケットピース53を共通のプレート57にそれぞれピン59により位置決めして連結したので、ステータピース41に対するブラケットピース53の配置位置の整合性を容易に保つことができると共に、これらを一つの部品として扱うことができるので、組み立て性をより向上することができる。しかも、プレート57を絶縁表面処理された鋼板で形成すると共に、プレート57と固定ボルト61の頂部との間には、絶縁表面処理された積層鋼板からなる絶縁座金65を介在させたので、絶縁座金65のボルト座面の鋼板が絶縁破壊されたとしても、残りの鋼板で大きな絶縁抵抗を維持することができる。したがって、各ステータピース41の周りで、第1,第2ブラケット47,49および固定ボルト61を通る閉ロープの電流通路を確実に遮断することができるので、各コイル45に流れる複合電流の変化により対応するステータピース41を通る磁束が変化しても、それによる誘導電流の発生を安定して抑制でき、これにより回転電機1の発熱を有効に防止でき、その性能および効率を長期間に亘って安定して維持することができる。また、組み立て時に、絶縁座金65のボルト座面の絶縁膜がコスレ等により破壊されるのを気にする必要がなくなるので、組み立て作業が簡単になり、生産性を向上することができる。
【0036】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、ブラケットピース53のリブ55、プレート57、あるいは絶縁座金65は省略することもできる。また、固定ボルト61は、隣接する各ステータピース41間に一本とすることもできるし、その材質を絶縁性として誘導電流通路を遮断するよう構成することもできる。さらに、固定ボルト61に代えてリベットを用いてステータコア43を挟持するよう構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施の形態を示す回転電機の要部の断面図である。
【図2】 図1に示すステータの部分展開模式図および断面図である。
【図3】 本出願人が先に提案した回転電機の断面図である。
【図4】 図3に示すステータピースの配列を示す図である。
【図5】 図3に示すステータの部分展開模式図である。
【符号の説明】
1 回転電機
3 第1回転軸
5 インナーロータ
7 ステータ
9 第2回転軸
11 アウターロータ
13,15,19,25,33 ベアリング軸受
17 ステータシャフト
21 モータリアケース
23 ステータリアディスク
27 ロータケース
29 ロータリアディスク
31 ロータフロントディスク
41 ステータピース
43 ステータコア
45 コイル
47 第1ブラケット
49 第2ブラケット
51 カラー部材
53 ブラケットピース
55 リブ
57 プレート
59 ピン(位置決め手段)
61 固定ボルト(固定手段)
63 ナット
65 絶縁座金
Claims (6)
- 第1回転軸に連結された第1ロータと、この第1ロータの外周側に配設されたステータと、第2回転軸に連結されて上記ステータの外周側に配設された第2ロータとを有し、
上記ステータは、軸方向に延在するステータピースを円周方向に複数個独立して配置したステータコアと、上記ステータピースに巻装したコイルと、上記ステータコアの両側に配置される第1ブラケットおよび第2ブラケットとを有し、これら第1ブラケットおよび第2ブラケットにそれぞれ形成された穴を通して、固定手段により上記第1ブラケットおよび第2ブラケット間に上記ステータコアを挟持する回転電機のステータ構造において、
上記第1ブラケットまたは第2ブラケットを、隣接する順次の2個のステータピースに跨り、それぞれ上記固定手段を通す穴を有する複数のブラケットピースに分割したことを特徴とする回転電機のステータ構造。 - 上記各ブラケットピースの両端部に、隣接するステータピース側に突出するリブを設け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。
- 上記複数のブラケットピースを、軸方向に変形可能で、各ブラケットピースの上記穴に対応する固定手段用の穴を有するプレートに連結した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。
- 上記各ブラケットピースを上記プレートに対して位置決めする位置決め手段を設けた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。
- 上記プレートを、絶縁表面処理された鋼板で形成したことを特徴とする請求項3または4に記載の回転電機のステータ構造。
- 上記プレートの上記固定手段の取り付け部に、絶縁表面処理された積層鋼板からなる絶縁座金を配置したことを特徴とする請求項3,4または5に記載の回転電機のステータ構造。
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