(57)【要約】【課題】アウターロータの回転トルクを向上させるとともに、アウターロータのトルクリップルを低下させることの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】Ｔ字形状のステータティース１０１Ｂにコイルを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置したステータコア構造を有するステータ１０１と、ステータの外側あるいは外側および内側に同軸に設けたアウターロータ１０３あるいはアウターロータおよびインナーロータ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、ステータティースの構成を、ステータとアウターロータとの間の磁束ベクトル成分のうち、回転トルクに寄与する方向の磁束ベクトルの周方向成分が多くなるよう構成する。【選択図】図４
2006014560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔ字形状のステータティースにコイルを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置したステータコア構造を有するステータと、ステータの外側あるいは外側および内側に同軸に設けたアウターロータあるいはアウターロータおよびインナーロータと、から構成される回転電機のステータコア構造において、ステータティースの構成を、ステータとアウターロータとの間の磁束ベクトル成分のうち、回転トルクに寄与する方向の磁束ベクトルの周方向成分が多くなるよう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。
【請求項２】
Ｔ字形状のステータティースのアウターロータに面する幅広の端部において、ステータティースの径方向の中心線に対して、回転方向に沿って前半部分と後半部分とを定義したとき、前半部分の長さが後半部分の長さよりも短くなるよう構成し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コア構造。
【請求項３】
Ｔ字形状の電磁鋼板を積層したステータティースの径方向の中心線に対して、回転方向に沿って前半部分と後半部分とを定義したとき、ステータティースを一体に固定するかしめの位置が前半部分となるよう構成し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コア構造。
【請求項４】
Ｔ字形状の電磁鋼板を積層したステータティースのアウターロータに面する幅広の端部において、ステータティースの径方向の中心線に対して、回転方向に沿って前半部分と後半部分とを定義したとき、前半部分をプレスして磁気特性を落とすよう構成したことを特徴とする請求項１に記載回転電機のステータコア構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｔ字形状のステータティースにコイルを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置したステータコア構造を有するステータと、ステータの外側あるいは外側および内側に同軸に設けたアウターロータあるいはアウターロータおよびインナーロータと、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。
【背景技術】
【０００２】
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、１個のステータと２個のロータとが３重構造をなしており、アウターロータとインナーロータとの中間に配置されたステータは、Ｔ字形状の電磁鋼板を積層して構成されるステータティースにコイルを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置したステータコア構造となっている。
【特許文献１】特開２００１−１０３７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した回転電機のステータコア構造では、Ｔ字形状のステータティースのアウターロータに面する幅広の端部において、ステータティースとアウターロータとの間の磁束の流れ方向は、磁束ベクトルのうち、回転トルクに寄与しない径方向成分が大部分であり、回転トルクに寄与する磁束ベクトルの周方向成分が十分得られない問題があった。また、磁束ベクトルの周方向成分の振れ幅が大きいため、アウターロータにトルクリップルが発生しやすい問題もあった。
【０００４】
本発明の目的は上述した問題点を解消して、アウターロータの回転トルクを向上させるとともに、アウターロータのトルクリップルを低下させることの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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の回転電機のステータコア構造は、Ｔ字形状のステータティースにコイルを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置したステータコア構造を有するステータと、ステータの外側あるいは外側および内側に同軸に設けたアウターロータあるいはアウターロータおよびインナーロータと、から構成される回転電機のステータコア構造において、ステータティースの構成を、磁束ベクトルの成分のうち、ステータとアウターロータとの間の磁束ベクトル成分のうち、回転トルクに寄与する方向の磁束ベクトルの周方向成分が多くなるよう構成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の回転電機のステータコア構造では、ステータティースの構成を、磁束ベクトルの成分のうち、ステータとアウターロータとの間の磁束ベクトル成分のうち、回転トルクに寄与する方向の磁束ベクトルの周方向成分が多くなるよう構成とすることで、ステータティースとアウターロータとの間の磁束の周方向成分を大きくすることができ、インナーロータの回転トルクを大きく低下させることなくアウターロータの回転トルクを向上させることができる。
【０００７】
なお、本発明の回転電機のステータコア構造の好適例においては、Ｔ字形状のステータティースのアウターロータに面する幅広の端部において、ステータティースの径方向の中心線に対して、回転方向に沿って前半部分と後半部分とを定義したとき、前半部分の長さが後半部分の長さよりも短くなるよう構成することができる。このように構成すれば、上述したアウターロータの回転トルク向上の効果に加えて、磁束ベクトルの周方向成分が一方向のみに出やすいためその振れ幅を少なくすることができ、アウターロータのトルクリップルを低下させることができる。
【０００８】
また、本発明の回転電機のステータコア構造の好適例においては、Ｔ字形状の電磁鋼板を積層したステータティースの径方向の中心線に対して、回転方向に沿って前半部分と後半部分とを定義したとき、ステータティースを一体に固定するかしめの位置が前半部分となるよう構成することができる。このように構成すれば、上述したアウターロータの回転トルク向上の効果に加えて、磁束ベクトルの周方向成分が一方向のみに出やすいためその振れ幅を少なくすることができ、アウターロータのトルクリップルを低下させることができる。
【０００９】
さらに、本発明の回転電機のステータコア構造の好適例においては、Ｔ字形状の電磁鋼板を積層したステータティースのアウターロータに面する幅広の端部において、ステータティースの径方向の中心線に対して、回転方向に沿って前半部分と後半部分とを定義したとき、前半部分をプレスして磁気特性を落とすよう構成することができる。このように構成すれば、上述したアウターロータの回転トルク向上の効果に加えて、磁束ベクトルの周方向成分が一方向のみに出やすいためその振れ幅を少なくすることができ、アウターロータのトルクリップルを低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。また、本発明は以下に説明する複軸多層モータの他、通常のステータとステータの外側に設けたアウターロータとからなる回転電機にも適用できることはいうまでもない。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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
本発明のステータ構造の特徴は、ステータティースの構成にある。この特徴については、後に詳細に説明する。
【００２１】
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。
【００２２】
次に、上述した構成の複軸多層モータにおいて、複数の積層コア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コア構造について説明する。なお、説明の都合上、図１および図２に示す部材と以下の説明で示す部材とは、同一の部材であっても異なる符号を付す場合がある。
【００２３】
図３は本発明の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では、図２に示す例における回転電機の横断面の一部を示している。図３に示す例において、ステータ１０１は、ステータコイル１０１Ａ、ステータティース１０１Ｂ、支持部材１０１Ｃから構成されている。インナーロータ１０２は、永久磁石１０２Ａ、電磁鋼板１０２Ｂ、シャフト１０２Ｃから構成されている。アウターロータ１０３は、永久磁石１０３Ａ、電磁鋼板１０３Ｂ、シェル１０３Ｃから構成されている。
【００２４】
図３に示す回転電機のステータコア構造において、本発明の特徴は、ステータティース１０１Ｂの構成を、磁束ベクトルの成分のうち、ステータ１０１とアウターロータ１０３との間の磁束ベクトル成分のうち、回転トルクに寄与する方向の磁束ベクトルの周方向成分が多くなるよう構成した点である。本発明では、磁束ベクトルの成分のうち、ステータ１０１とアウターロータ１０３との間の磁束ベクトル成分のうち、回転トルクに寄与する方向の磁束ベクトルの周方向成分が多くなるよう構成できれば、ステータティース１０１Ｂの構成はどのようなものでも良い。
【００２５】
以下、図４〜図６を用いて本発明の具体例について説明する。
図４は本発明の回転電機のステータコア構造の具体的な一例を説明するための図である。図４に示す例では、Ｔ字形状のステータティース１０１Ｂのアウターロータ１０３に面する幅広の端部２０１において、ステータティース１０１Ｂの径方向の中心線Ｃに対して、矢印で示す回転方向に沿って、前半部分２０１−１と後半部分２０１−２とを定義したとき、前半部分２０１−１の長さａが後半部分２０１−２の長さｂよりも短くなるよう、すなわち、ａ＜ｂの関係となるよう、ステータティース１０１Ｂを構成している。
【００２６】
本例では、前半部分２０１−１が後半部分２０１−２より短い分だけ、ステータティース１０１Ｂとアウターロータ１０３との間において、磁束ベクトルの周方向成分を増加させることができる。その結果、アウターロータ１０３の回転トルクを向上させることができる。また、本例では、磁束ベクトルの周方向成分が一方向のみに出やすいためその振れ幅を少なくすることができ、アウターロータ１０３のトルクリップルを低下させることができる。なお、図４の構造のステータティース１０１Ｂは、Ｔ字形状の電磁鋼板を積層して形成することも、あるいは、鉄粉を成型して形成することもできる。
【００２７】
図５は本発明の回転電機のステータコア構造の具体的な他の例を説明するための図である。図５に示す例では、Ｔ字形状の電磁鋼板を積層したステータティース１０１Ｂの径方向の中心線Ｃに対して、矢印で示す回転方向に沿って、前半部分２０２−１と後半部分２０２−２とを定義したとき、ステータティース１０１Ｂを一体に固定するかしめの位置２０３が前半部分２０２−１となるよう、ここでは、前半部分２０２−１において２箇所にかしめの位置２０３を設けるよう、ステータティース１０１Ｂを構成している。
【００２８】
本例では、かしめの位置２０３を前半部分２０２−１に位置させることで、前半部分２０２−１の磁気特性を後半部分２０２−２と比べて落とすことができ、ステータティース１０１Ｂとアウターロータ１０３との間において、磁束ベクトルの周方向成分を増加させることができる。その結果、上述した例と同様に、アウターロータ１０３の回転トルクを向上させることができる。また、本例でも、磁束ベクトルの周方向成分が一方向のみに出やすいためその振れ幅を少なくすることができ、アウターロータ１０３のトルクリップルを低下させることができる。
【００２９】
図６は本発明の回転電機のステータコア構造の具体的なさらに他の例を説明するためのえ図である。図６に示す例では、Ｔ字形状の電磁鋼板を積層したステータティース１０１Ｂのアウターロータ１０３に面する幅広の端部２０１において、ステータティース１０１Ｂの径方向の中心線Ｃに対して、矢印で示す回転方向に沿って前半部分２０１−１と後半部分２０１−２とを定義したとき、斜線を付した前半部分２０１−１をプレスして磁気特性を落とすよう、ステータティース１０１Ｂを構成している。
【００３０】
本例では、前半部分２０１−１をプレスして磁気特性を落とすことで、ステータティース１０１Ｂとアウターロータ１０３との間において、磁束ベクトルの周方向成分を増加させることができる。その結果、上述した例と同様に、アウターロータ１０３の回転トルクを向上させることができる。また、本例でも、磁束ベクトルの周方向成分が一方向のみに出やすいためその振れ幅を少なくすることができ、アウターロータ１０３のトルクリップルを低下させることができる。
【００３１】
以下、本発明の実際の効果について説明する。
図４に示すＴ字形状のステータティース１０１Ｂの前半部分２０１−１を後半部分２０１−２より短く構成したステータコア構造を有する本発明例の回転電機と、Ｔ字形状のステータティース１０１Ｂが中心線Ｃに対して左右対称なステータコア構造を有する従来例の回転電機とを準備し、実際に回転電機を駆動したときの、アウターロータ１０３の回転トルクおよびインナーロータ１０２の回転トルクと時間との関係を求めた。結果を図７に示す。図７の結果から、本発明例は従来例と比べて、インナーロータ１０２の回転トルクを大きく低下させることなく、アウターロータ１０２の回転トルクを向上させることがわわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の回転電機のステータコア構造は、Ｔ字形状のステータティースにコイルを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置したステータコア構造を有するステータと、ステータの外側あるいは外側および内側に同軸に設けたアウターロータあるいはアウターロータおよびインナーロータと、から構成される回転電機において、アウターロータの回転トルクを向上させたり、アウターロータのトルクリップルを低下させるために好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】本発明の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４】本発明の回転電機のステータコア構造の具体的な一例を説明するための図である。
【図５】本発明の回転電機のステータコア構造の具体的な他の例を説明するための図である。
【図６】本発明の回転電機のステータコア構造の具体的なさらに他の例を説明するための図である。
【図７】アウターロータおよびインナーロータにおけるトルクと時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１０１  ステータ
１０１Ａ  ステータコイル
１０１Ｂ  ステータティース
１０１Ｃ  支持部材
１０２  インナーロータ
１０２Ａ、１０３Ａ  永久磁石
１０２Ｂ、１０３Ｂ  電磁鋼板
１０２Ｃ  シャフト
１０３  アウターロータ
１０３Ｃ  シェル
２０１  端部
２０１−１、２０２−１  前半部分
２０１−２、２０２−２  後半部分
２０３  かしめの位置
【図１】
2006014560.tif 000003
【図２】
2006014560.tif 000004
【図３】
2006014560.tif 000005
【図４】
2006014560.tif 000006
【図５】
2006014560.tif 000007
【図６】
2006014560.tif 000008
【図７】
2006014560.tif 000009