JP4135647B2 - 複軸多層モータのステータ構造 - Google Patents

Description

本発明は複軸多層モータ、特に一つのステータで二つのロータを駆動する複軸多層モータのステータ構造に関するものである。

この種の複軸多層モータは、例えば特許文献１で開示されたものがあり、この複軸多層モータ３０１は、図７に中心軸線を含む面内での断面図で示すように、モータハウジング３４１内に、ステータ３２０と、このステータ３２０の内周側に配設されたインナーロータ３１０と、上記ステータの外周側に配設されたアウターロータ３３０とを具える。
ステータ３２０は、コアに、図示しないコイルを巻装してなるティースが周方向に所定の間隔で配置された分割コイル型ステータとなっている。

そして、そのステータ３２０の内部に冷媒を循環させるウォータージャケット３８０を、コアを固定するボルト３４３の外周に形成し、ステータ３２０のリア側に、冷媒をウォータージャケット３８０に流し込むための、流入口３８５および流出口３８６を設けて、かつ、各ウォータージャケット３８０のフロント側をＵターン流路３８４にて連通させている。これにより、ステータ３２０が発生する熱を冷媒により吸収して、ステータ１２０の冷却を行っている。

かかる複軸多層モータ３０１は、ステータ３２０のコイルを多相に接続して、そのコイルにインナーロータ３１０の回転制御用の電流と、アウターロータ３３０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３１０およびアウターロータ３３０の回転を独立して制御することができる。
特開２００１−１４０８６号公報

ところが、上述したような複軸多層モータ３０１では、隣接するコア間を貫通して、コアを固定するボルト３４３の周りにウォータジャケット３８０を設けるため、構造が複雑であり、かつ、隣り合うコアの隙間をモールドしないと冷媒流路としてのウォータジャケット３８０のシール性が保てないという問題点があった。また、ステータ３２０のコアのやや内周よりをボルト３４３の周りに設けたウォータジャケット３８０に冷媒を循環させてステータ３２０を冷却するため、銅損および鉄損等による熱が発生しやすい、コイルやその近傍のコアを直接冷却することはできず、それらの熱をコアを介して間接的に冷却する方式であるため、必ずしも冷却効率は良くなかった。

本発明は、上述したところの問題点を解決することを課題とするものであり、それの目的とするところは、冷媒流路を簡単な構造にて形成し、そのシール性をより簡単な構造にて確保し、ステータの冷却効率をさらに高めることができる複軸多層モータのステータ構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、コアにコイルを巻装したティースと非磁性体からなる内周側支柱および外周側支柱とを交互に液密に接合してなるステータ、ステータの内周側に配設されたインナーロータ、及びステータの外周側に配設されたアウターロータを具えてなる複軸多層モータのステータ構造において、前記内周側支柱と前記外周側支柱を連結し、隣接する前記ティースの間を区画してそれぞれ冷媒流路となる二つの空間を隣接配置する仕切り板と、前記仕切り板の両側に位置する隣接仕切り板に液密に接合されて前記仕切り板との間に流路空間を形成し、前記二つの冷媒流路を前記流路空間を介して連通するＵターン流路とするステータカバーとを有することを特徴とするものである。

請求項１に係る発明によれば、より簡単な構造により、ステータを冷却する冷媒流路を構成して、シール性も確保することができる。また、ティースの両側に、ティース、内周側支柱、外周側支柱および仕切り板により冷媒流路を画成することにより、銅損および鉄損により熱が発生しやすい部位である、コイルとその近傍のコアを直接冷却することが可能となり、かつ、ステータ全体としての冷媒への接触面積を大きくして、冷却効率を高めることができるとともに、内周側支柱、外周側支柱および仕切り板を隣接するティース間に介装することにより、ステータ全体の剛性を高めることができる。

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、ラビニョウ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Ｔ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コアを具える。個々のコアには、図２下側に示す如くコイル１１７を巻層してティースを形成し、これらのティースを同一円周方向等間隔に、つまり円環状に配列して、これ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両ロータ１０２、１０３を個別に回転駆動させることができる。

以下、本発明による複軸多層モータ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。
図３は、本発明の実施の形態を示す複軸多層モータのステータ構造を示す斜視図である。
この複軸多層モータのステータ２０１は、コア２０２にコイル２０３を巻装してなるティース２０４を周方向に所定の間隔で設け、ティース２０４の内周面の延長面上に隣接して位置して、隣り合うティース２０４の隙間を液密に閉塞する、内周側支柱２０５と、ティース２０４の外周面の延長面上に隣接して位置して、隣り合うティースの隙間を液密に閉塞する、外周側支柱２０６とを設けてなるものであって、
隣接するティース２０４間に、内周側支柱２０５と外周側支柱２０６を液密に連結する仕切り板２０７を設け、それぞれのティース２０４と、その両側に位置する内周側支柱２０５、外周側支柱２０６および仕切り板２０７により冷媒流路２０８を画成し、隣接する冷媒流路２０８の一方を、モータ周方向に交互に流入口２０８Ａおよび流出口２０８Ｂとして、流入口２０８Ａを有する冷媒流路２０８とそれに対応する流出口２０８Ｂを有する冷媒流路２０８を液密に連通する複数のＵターン流路２０９を有する、ステータカバー１０を設けてなる。（請求項１に相当）

ここでは、ステータカバー２１０は、円筒状の内周面板２１０ａ、同じく円筒状の外周面板２１０ｂ、円環状の背面板２１０ｃおよび仕切り板２０７の配設ピッチの１／２のピッチで設けたカバー仕切り板２１０ｄを各々接着剤等により接合して、または一体成形して、図示のごとく形成される。ステータカバー２１０の内周面板２１０ａはコア２０２の軸線方向両端の内周面側および内周側支柱２０５に図示しない樹脂層を介して液密に接合され、外周面板２１０ｂはコア２０２の軸線方向両端の外周面側および外周側支柱２０６に図示しない樹脂層を介して液密に接合され、さらに、背面板２１０ｃはステータ２０１の仕切り板２０７に一つおきに図示しない樹脂層を介して液密に接合される。これにより、冷媒流路２０８を液密に連通する複数のＵターン流路２０９を、構成することができる。

冷媒流路２０８は、図３では図示しない、モールド樹脂部に設けられた冷媒導入路、冷媒分配蓋部材（ギャラリプレートフロント）、冷媒分配板部材（セパレータ）、前記Ｕターン流路２０９を有するステータカバー等の部品との組合せに基づいて、冷却系を構成し、ティース２０４を冷却する。
なお、図の左側をリア側、右側をフロント側としてもよいし、左側をフロント側、右側をリア側としてもよい。

図４は、本発明の実施の形態を示す複軸多層モータのステータの中心軸線を含む面内での断面図である。
コア２０２はほぼＴ字形状の断面形状をなし、その側面には、図に示すように、階段状にコイル２０３が巻装されて、ティース２０４が形成される。ティース２０４は所定の間隔にて円環状に設けられ、その内外周面の延長面に隣接して、隣り合うティース２０４の隙間を液密に閉塞する、ほぼ台形状の断面形状をなす内周側支柱２０５および外周側支柱２０６が設けられ、それらの支柱を液密に連結する、仕切り板２０７が設けられる。これらのティース２０４、その両側に位置する内周側支柱２０５、外周側支柱２０６および仕切り板２０７により、冷媒流路２０８が形成される。

図５は、本発明の他の実施の形態を示す複軸多層モータのステータ構造を示す斜視図である。
図３に示すステータ構造に比して、図５に示すステータ構造は、前記仕切り板２０７のステータカバー側端部を、周方向に一つおきに、ティース２０４のコイル２０３よりもモータ中心軸線方向に突出させて、端部を突出させた長尺の仕切り板２０７ａのみを、図示に示すような硬質部材よりなるキャップ状のステータカバー２１１に、そのステータカバーに嵌合する形状の、同じくキャップ状の樹脂層２１２を介して、接合して、ステータカバー２１１に設けた外周側の締結部２１１ａおよび内周側の締結部２１１ｂのボルト穴２１１ｃに、図示しないボルトを挿通して、ステータ側に設けた図示ないボルト穴に螺合することにより、ステータカバー２１１をステータ２０１に液密に接合させてなることを特徴とする。（請求項２、請求項６に相当）

これによれば、図３に示すステータ構造に比して、より簡単な構造にて、隣接する冷媒流路を、突出させない短尺の仕切り板２０７ｂと、円環状のステータカバー２１１の背面２１１ｄおよび側面２１１ｅとの間に画成されるＵターン流路にて連通させることができる。また、樹脂層２１２を介してステータカバー２１１をステータ２０１に接合することを、ボルト締め等のより簡易な方法により行うことができる。

ここで、図６に示すように、仕切り板２０７、内周側支柱２０５および外周側支柱２０６を一体形成物とすれば、この一体形成物はいわゆるＩ型梁を形成し、その単位断面積あたりの断面二次モーメントを大きくできるため、その剛性の高さをもってステータの剛性を高めることができる。（請求項４に相当）
また、図６に示すように、キャップ状の樹脂層２１２に換えて、コア２０２、内周側支柱２０５、外周側支柱２０６および仕切り板２０７のステータカバー２１１と接合する面のみに、あらかじめ斜線で示す樹脂層２１３を貼着して、ステータカバー２１１をステータに接合することも出来る。これによれば、Ｕターン流路の液密性を確保しつつ、樹脂の使用量をなるべく小さなものとして、製造コストを削減することができる。

図７は、本発明のさらに他の実施形態を示す、複軸多層モータのステータ構造をモータ半径方向外側から見た模式展開図である。
なお、図７では、仕切り板２０７の端部を詳細に説明するため、ステータカバーおよび樹脂層は省略している。
図５に示す構造に加えて、図７に示すステータ構造では、仕切り板２０７、内周側支柱２０５および外周側支柱２０６を樹脂製の一体形成物とし、仕切り板２０７の内部に補強材としての芯金２１３を埋設するとともに（請求項５に相当）、仕切り板２０７の冷媒流路に面する側面に、図示のごとく凹凸２１４を設けた（請求項７に相当）ものである。

このように、仕切り板２０７を樹脂製とすることで、仕切り板２０７と前記ステータカバーとの間には樹脂層を介する必要がなくなり、図５に示すようなキャップ状の樹脂層を廃して樹脂の使用量を最低限なものとして、液密性を確保するとともに製造コストを低減することができる。ここで仕切り板２０７を樹脂製とすると、強度的には劣るため、仕切り板２０７の内部に補強材としての芯金２１３を埋設して、仕切り板２０７の剛性を確保している。
また、仕切り板２０７の冷媒流路に面する側面に、図示のごとく凹凸２１４を設けることにより、仕切り板２０７の冷媒との接触面積を拡大するとともに、冷媒の流れを乱流化して、冷却性能を更に高めることができる。ここでは、芯金２１３を設ける部分の仕切り板２０７の厚みを増す形態にて凹凸２１４の凸を設けたが、凹凸の形態はこれに限られるものではない。

図８は、図７に示すステータ構造の、ＡＡ断面およびＢＢ断面を示す模式断面図であり、仕切り板とステータカバーの接合態様を示すものである。
図８（ａ）に示すように、長尺の仕切り板２０７ａは、その端部、外周面および内周面を、樹脂層２１２を介してステータカバー２１１に接合される。
図８（ｂ）に示すように、短尺の仕切り板２０７ｂは、その端部と、外周面および外周面の端部側を除いて、ステータカバー２１１に接合され、仕切り板２０７ｂの端部とステータカバー２１１との間には隙間を設けて、この隙間が、隣接する冷媒流路２０８を連通する、Ｕターン流路２０９をなす。

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。

本発明のステータ構造は、特に一つのステータで二つのロータを駆動する複軸多層モータに適用して好適なものであり、特に冷却性能を高め、構造を簡略化するにあたり有利なものである。

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。 ラビニョウ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。 本発明の一実施形態を示す複軸多層モータのステータ構造を示す斜視図である。 図３に示すステータの半径方向断面図である。 本発明の他の実施形態を示す複軸多層モータのステータ構造を示す斜視図である。 本発明の複軸多層モータのステータ構造の内周側支柱、外周側支柱および仕切り板の構造を示す模式図である。 本発明のさらに他の実施形態を示す、複軸多層モータのステータ構造をモータ半径方向外側から見た模式展開図である。 図７のＡＡ断面およびＢＢ断面を示す模式断面図である。 従来の複軸多層モータの中心軸線を含む断面図である。

符号の説明

２０１ ステータ
２０２ コア
２０３ コイル
２０４ ティース
２０５ 内周側支柱
２０６ 外周側支柱
２０７ 仕切り板
２０８ 冷媒流路
２０９ Ｕターン流路
２１０ ステータカバー
２１１ ステータカバー（キャップ状）
２１２ 樹脂層（キャップ状）
２１３ 樹脂層
２１４ 凹凸

Claims (7)

1. コアにコイルを巻装したティースと非磁性体からなる内周側支柱および外周側支柱とを交互に液密に接合してなるステータ、ステータの内周側に配設されたインナーロータ、及びステータの外周側に配設されたアウターロータを具えてなる複軸多層モータのステータ構造において、
   前記内周側支柱と前記外周側支柱を連結し、隣接する前記ティースの間を区画してそれぞれ冷媒流路となる二つの空間を隣接配置する仕切り板と、
   前記仕切り板の両側に位置する隣接仕切り板に液密に接合されて前記仕切り板との間に流路空間を形成し、前記二つの冷媒流路を前記流路空間を介して連通するＵターン流路とするステータカバーと
   を有する複軸多層モータのステータ構造。
2. 前記ステータカバーは、
   前記隣接仕切り板に対向して突出し、前記隣接仕切り板との接合時、前記隣接仕切り板に液密に接合して前記流路空間を形成する、カバー仕切り板を有する請求項１に記載の複軸多層モータのステータ構造。
3. 前記隣接仕切り板は、
   前記仕切り板より前記ステータカバー側に延長して形成され、前記ステータカバーとの接合時、前記ステータカバーに液密に接合して前記流路空間を形成する請求項１に記載の複軸多層モータのステータ構造。
4. 前記内周側支柱、前記外周側支柱、前記仕切り板及び前記隣接仕切り板は、一体成形により前記仕切り板或いは前記隣接仕切り板の両端に前記内周側支柱と前記外周側支柱を位置させた縦断面Ｉ型梁形状に形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の複軸多層モータのステータ構造。
5. 前記内周側支柱、前記外周側支柱、前記仕切り板及び前記隣接仕切り板は、前記仕切り板及び前記隣接仕切り板の内部に補強材を配置した樹脂製の一体形成物として形成されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の複軸多層モータのステータ構造。
6. 前記ステータカバー、前記コア、前記内周側支柱、前記外周側支柱、前記仕切り板、及び前記隣接仕切り板は、樹脂層を介して液密に接合されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の複軸多層モータのステータ構造。
7. 前記仕切り板及び前記隣接仕切り板は、前記冷媒流路に臨む面に凹凸を設けた請求項１〜６のいずれか一項に記載の複軸多層モータのステータ構造。

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