JP4114621B2 - 回転電機の構造 - Google Patents

Description

本発明は、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、からなり、インナーロータとアウターロータとを複数のベアリングを介して、ステータおよびケースに支持する構成の回転電機の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）。この回転電機では、インナーロータとアウターロータとを複数のベアリングを介してステータおよびケースに支持する必要があった。
特開２０００−１４１０３号公報

通常、図５（ａ）にその一例を示すように、部材３０１と部材３０１とを回転自在に支持するベアリング３０２は、ボール３０３とレース３０４との間には基本的にガタのある構造となっている。しかし、ベアリング３０２が高速回転する部材３０１を支持しようとするときガタがあると振動等の問題を生ずる。そのため、図５（ｂ）に示すように、ガタをつめるように対向するレース３０４、３０４に互いに反対方向の力がかかるように、例えばばね３０５等の予圧要素によるばね力（予圧力）がかかるように構成して、図５（ｃ）に示すようにガタをつめる必要があった。その際、複数のベアリングの各々に予圧要素が必要となるが、全てのベアリングに予圧要素を配置すると、予圧配分が難しくなる問題があった。特にこの問題は、上述した複軸多層構造を有する回転電機において顕著であった。

本発明の目的は上述した問題点を解消して、全てのベアリングに均等に予圧を与えることができるよう構成することで、振動等の問題をなくすことのできる回転電機の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構造は、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、からなり、インナーロータとアウターロータとを複数のベアリングを介して、ステータおよびケースに支持する構成の回転電機において、前記インナーロータとアウターロータとを複数のベアリングを介して、ステータおよびケースに支持する構成が、回転軸の出力軸が存在する一方をフロント側とし他方をリア側としたとき、フロント側においてアウターロータとケースとの間に設けられた第１のベアリングと、リア側においてアウターロータとステータとの間に設けられた第２のベアリングと、リア側においてアウターロータとケースとの間に設けられた第３のベアリングと、リア側においてアウターロータとインナーロータとの間に設けられた第４のベアリングと、フロント側においてインナーロータとステータとの間に設けられた第５のベアリングと、からなり、予圧要素を、（１）第２のベアリングとステータとの間および第３のベアリングとケースとの間の２箇所に設け、（２）第２のベアリングとステータとの間および第４のベアリングとアウターロータとの間の２箇所に設け、（３）第１のベアリングとアウターロータとの間および第３のベアリングとケースとの間の２箇所に設け、それぞれのベアリングにかかる予圧が均等になるよう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構造では、それぞれのベアリングにかかる予圧が均等になるように予圧要素を設けたことで、全てのベアリングに均等に予圧を与えることができ、ベアリングの振動等の問題を防止することができる。

なお、本発明の回転電機の構造の好適例においては、前記インナーロータとアウターロータとを複数のベアリングを介して、ステータおよびケースに支持する構成が、回転軸の出力軸が存在する一方をフロント側とし他方をリア側としたとき、フロント側においてアウターロータとケースとの間に設けられた第１のベアリングと、リア側においてアウターロータとステータとの間に設けられた第２のベアリングと、リア側においてアウターロータとケースとの間に設けられた第３のベアリングと、リア側においてアウターロータとインナーロータとの間に設けられた第４のベアリングと、フロント側においてインナーロータとステータとの間に設けられた第５のベアリングと、からなるよう構成することができる。このように構成の回転電機に対して本発明を適用することで、少ない予圧要素で全てのベアリングに均等な予圧を与えることができる。

また、本発明の回転電機の構造の好適例においては、前記予圧要素を、第２のベアリングとステータとの間および第３のベアリングとケースとの間の２箇所に設けるよう構成することができる。このように構成すれば、２つの予圧要素を用いて全てのベアリングに均等に予圧を与えることが可能で、且つ、予圧要素に遠心力が作用しないため、ロータ回転数によらず一定の予圧を与えることができる。

さらに、本発明の回転電機の構造の好適例においては、前記予圧要素を、第２のベアリングとステータとの間および第４のベアリングとアウターロータとの間の２箇所に設けるよう構成することができる。このように構成すれば、上述した効果に加えて、予圧要素が全てモータＡＳＳＹ内に配置されるので、モータの脱着時に予圧要素を脱着する必要が無く、作業性が向上する。

さらにまた、本発明の回転電機の構造の好適例においては、前記予圧要素を、第１のベアリングとアウターロータとの間および第３のベアリングとケースとの間の２箇所に設けるよう構成することができる。このように構成すれば、上述した効果に加えて、モータＡＳＳＹ後、モータをユニットに搭載する最後の工程にてシム調整と併せて予圧要素を設定できるので、予圧力を調整し易く、精度良い調整が可能となる。

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、この発明の回転電機の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。

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、上述した構成の回転電機において、インナーロータとアウターロータとをステータおよびケースに支持するために利用するベアリングの構成に関する本発明の回転電機の構造について説明する。

図３は図２に示した複軸多層構造の回転電機と同様の構成の回転電機においてベアリングの構成を説明するための図である。なお、ベアリングの構成についての説明を簡単にするため、同じ部材であっても図２に示した符号とは異なる符号を付している。図３に示す例において、アウターロータ２０７は、ベアリング２０１、２０２、２０３、２０４にて支持されており、インナーロータ２０９は、ベアリング２０４、２０５にて支持されている。各ベアリング２０１〜２０５は、それぞれ、ボール２０１ｂ〜２０５ｂをアウターレース２０１ｏ〜２０５ｏとインナーレース２０１ｉ〜２０５ｉとの間に設けて構成されている。

図３に示す例において、回転軸の出力軸が存在する一方をフロント側とし他方をリア側としたとき、フロント側においてアウターロータ２０７とケース２１１との間に設けられた第１のベアリング２０１と、リア側においてアウターロータ２０７とステータ２１０との間に設けられた第２のベアリング２０２と、リア側においてアウターロータ７とケース２１１との間に設けられた第３のベアリング２０３と、リア側においてアウターロータ２０７とインナーロータ２０９との間に設けられた第４のベアリング２０４と、フロント側においてインナーロータ２０９とステータ２１２との間に設けられた第５のベアリング２０５とから、ベアリングを構成している。

上述した構成の回転電機において、ウェーブナット等の予圧要素２１３は、第３のベアリング２０３のインナーレース２０３ｉとケース２１１との間の箇所（Ａ）、第２のベアリング２０２のアウターレース２０２ｏとステータ２１０との間の箇所（Ｂ）、第１のベアリング２０１のアウターレース２０１ｏとアウターロータ２０７との間の箇所（Ｃ）、第４のベアリング２０４のインナーレース２０４ｉとアウターロータ２０７との間の箇所（Ｄ）、第５のベアリング２０５のアウターレース２０５ｏとステータ２１２との間の箇所（Ｅ）、のいずれかに設けることができる。この予圧要素の設ける位置に本発明の回転電機の構造の特徴がある。以下、その特徴について説明する。

図４は図３に示すベアリングの構造を説明のために簡単に記載した図である。ここで、図４の例において、箇所（Ａ）〜（Ｅ）のそれぞれの位置に１つだけ予圧要素を設けた場合、各ベアリング２０１〜２０５に作用する予圧を求めると、以下の表１のようになる。なお、表１において、ベアリング２０１〜２０５の欄の数字１、１／２は、箇所（Ａ）〜（Ｅ）の１箇所に予圧要素から予圧力１の予圧を加えた場合に各ベアリング２０１〜２０５に作用する予圧の大きさを示している。

表１の結果から、予圧要素２１３を、箇所（Ｂ）と箇所（Ｅ）に設けた場合、箇所（Ｂ）と箇所（Ｄ）に設けた場合、箇所（Ａ）と箇所（Ｃ）に設けた場合、以下に説明するように、全てのベアリング２０１〜２０５の予圧力が１となり、均等な予圧が得られことがわかる。

（１）箇所（Ｂ）と箇所（Ｅ）に予圧要素２１３を設けた場合
この場合、表１において、箇所（Ｂ）と箇所（Ｅ）について、
ベアリング２０１の予圧の和＝（１／２＋１／２）＝１
ベアリング２０２の予圧の和＝（１＋０）＝１
ベアリング２０３の予圧の和＝（１／２＋１／２）＝１
ベアリング２０４の予圧の和＝（０＋１）＝１
ベアリング２０５の予圧の和＝（０＋１）＝１
となり、５つ全てのベアリングに均等な予圧力を、予圧要素２１３を２箇所に設けることで、与えることができることがわかる。また、この場合は、予圧要素２１３に遠心力が作用しないため、ロータ回転数によらず一定の予圧を与えることができる。

（２）箇所（Ｂ）と箇所（Ｄ）に予圧要素２１３を設けた場合
この場合、表１において、箇所（Ｂ）と箇所（Ｄ）について、
ベアリング２０１の予圧の和＝（１／２＋１／２）＝１
ベアリング２０２の予圧の和＝（１＋０）＝１
ベアリング２０３の予圧の和＝（１／２＋１／２）＝１
ベアリング２０４の予圧の和＝（０＋１）＝１
ベアリング２０４の予圧の和＝（０＋１）＝１
となり、５つ全てのベアリングに均等な予圧力を、予圧要素２１３を２箇所に設けることで、与えることができることがわかる。また、この場合は、上述した効果に加えて、予圧要素が全てモータＡＳＳＹ内に配置されるので、モータの脱着時に予圧要素２１３を脱着する必要が無く、作業性が向上する。

（３）箇所（Ａ）と箇所（Ｃ）に予圧要素２１３を設けた場合
この場合、表１において、箇所（Ａ）と箇所（Ｃ）について、
ベアリング２０１の予圧の和＝（０＋１）＝１
ベアリング２０２の予圧の和＝（１／２＋１／２）＝１
ベアリング２０３の予圧の和＝（１＋０）＝１
ベアリング２０４の予圧の和＝（１／２＋１／２）＝１
ベアリング２０５の予圧の和＝（１／２＋１／２）＝１
となり、５つ全てのベアリングに均等な予圧力を、予圧要素２１３を２箇所に設けることで、与えることができることがわかる。また、この場合は、上述した効果に加えて、モータＡＳＳＹ後、モータをユニットに搭載する最後の工程にてシム調整と併せて予圧要素２１３を設定できるので、予圧力を調整し易く、精度良い調整が可能となる。

以上のことから、ステータの内外に配置されたアウターロータおよびインナーロータを回転支持する５つのベアリングに対し、２つの予圧要素を用いて全てのベアリングに均等な予圧を与えることができることがわかる。

本発明の回転電機の構造は、特に、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、全てのベアリングに均等な予圧を与え、ベアリングの振動等の問題を防止す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、本発明の対象となる複軸多層モータを示す縦断側面図である。 図２に示した複軸多層構造の回転電機と同様の構成の回転電機においてベアリングの構成を説明するための図である。 図３に示すベアリングの構造を説明のために簡単に記載した図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ回転電機においてベアリングに予圧を与える必要性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 第１のベアリング
２０２ 第２のベアリング
２０３ 第３のベアリング
２０４ 第４のベアリング
２０５ 第５のベアリング
２０７ アウターロータ
２０９ インナーロータ
２１０、２１２ ステータ
２１１ ケース
２１３ 予圧要素

Claims (3)

1. 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、からなり、インナーロータとアウターロータとを複数のベアリングを介して、ステータおよびケースに支持する構成の回転電機において、前記インナーロータとアウターロータとを複数のベアリングを介して、ステータおよびケースに支持する構成が、回転軸の出力軸が存在する一方をフロント側とし他方をリア側としたとき、フロント側においてアウターロータとケースとの間に設けられた第１のベアリングと、リア側においてアウターロータとステータとの間に設けられた第２のベアリングと、リア側においてアウターロータとケースとの間に設けられた第３のベアリングと、リア側においてアウターロータとインナーロータとの間に設けられた第４のベアリングと、フロント側においてインナーロータとステータとの間に設けられた第５のベアリングと、からなり、予圧要素を、第２のベアリングとステータとの間および第３のベアリングとケースとの間の２箇所に設け、それぞれのベアリングにかかる予圧が均等になるよう構成したことを特徴とする回転電機の構造。
2. 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、からなり、インナーロータとアウターロータとを複数のベアリングを介して、ステータおよびケースに支持する構成の回転電機において、前記インナーロータとアウターロータとを複数のベアリングを介して、ステータおよびケースに支持する構成が、回転軸の出力軸が存在する一方をフロント側とし他方をリア側としたとき、フロント側においてアウターロータとケースとの間に設けられた第１のベアリングと、リア側においてアウターロータとステータとの間に設けられた第２のベアリングと、リア側においてアウターロータとケースとの間に設けられた第３のベアリングと、リア側においてアウターロータとインナーロータとの間に設けられた第４のベアリングと、フロント側においてインナーロータとステータとの間に設けられた第５のベアリングと、からなり、予圧要素を、第２のベアリングとステータとの間および第４のベアリングとアウターロータとの間の２箇所に設け、それぞれのベアリングにかかる予圧が均等になるよう構成したことを特徴とする回転電機の構造。
3. 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、からなり、インナーロータとアウターロータとを複数のベアリングを介して、ステータおよびケースに支持する構成の回転電機において、前記インナーロータとアウターロータとを複数のベアリングを介して、ステータおよびケースに支持する構成が、回転軸の出力軸が存在する一方をフロント側とし他方をリア側としたとき、フロント側においてアウターロータとケースとの間に設けられた第１のベアリングと、リア側においてアウターロータとステータとの間に設けられた第２のベアリングと、リア側においてアウターロータとケースとの間に設けられた第３のベアリングと、リア側においてアウターロータとインナーロータとの間に設けられた第４のベアリングと、フロント側においてインナーロータとステータとの間に設けられた第５のベアリングと、からなり、予圧要素を、第１のベアリングとアウターロータとの間および第３のベアリングとケースとの間の２箇所に設け、それぞれのベアリングにかかる予圧が均等になるよう構成したことを特徴とする回転電機の構造。

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