(57)【要約】【課題】車両に適した小型のダブルロータモータを提供する。【解決手段】ダブルロータモータ１０００は、内側モータ１３００と外側モータ１２００とが同軸に配置され、内側モータ１３００は内側ロータ３０２と内側ステータ３０４とを、外側モータ１２００は外側ロータ２０２と外側ステータ２０４とを有する。ダブルロータモータ１０００は、その端部に設けられた内側モータ１３００の回転数を検知する内側モータ回転計１３５０と、外側モータ１２００の回転数を検知する外側モータ回転計１２５０と、反対側の端部に設けられた内側モータ１３００および外側モータ１２００に接続される遊星歯車機構１４００とを含む。内側ステータ３０４のスラストセンタと外側ステータ２０４のスラストセンタとは、軸方向にずれて配置される。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側の第１の回転電機と外側の第２の回転電機とを同軸に配置した多層同軸回転電機であって、前記第１の回転電機および前記第２の回転電機はそれぞれ一対のロータとステータとを有し、前記多層同軸回転電機は、
前記回転電機の軸方向の端部に設けられた、前記回転電機の回転数を検知するための検知手段と、
前記端部の反対側の端部に設けられた、前記第１の回転電機および前記第２の回転電機に接続される遊星ギヤ機構とを含み、
前記第１の回転電機のステータのスラストセンタと前記第２の回転電機のステータのスラストセンタとは、軸方向にずれるように配置される、多層同軸回転電機。
【請求項２】
前記遊星ギヤ機構の外径は、前記第２の回転電機のステータ内径よりも小さく、前記遊星ギヤ機構の少なくととも一部と前記第２の回転電機とが、軸方向に重なりを有する、請求項１に記載の多層同軸回転電機。
【請求項３】
前記遊星ギヤ機構の外径は、前記第２の回転電機のステータ内径よりも小さく、前記第２の回転電機の径方向内側に前記遊星ギヤ機構の少なくとも一部が配置されている、請求項１に記載の多層同軸回転電機。
【請求項４】
前記第２の回転電機のロータの支持軸は、前記遊星ギヤ機構側の端部で回転直径が小さくなるように、軸に垂直な方向の支持部材を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の多層同軸回転電機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の多層同軸回転電機と、内燃機関とを含む、ハイブリッド駆動システム。
【請求項６】
前記第１の回転電機のロータは、前記遊星ギヤ機構のサンギヤに接続され、前記第２の回転電機のロータは、前記遊星ギヤ機構のリングギヤに接続され、前記内燃機関の回転軸は、前記遊星ギヤ機構のプラネットキャリアに接続された、請求項５に記載のハイブリッド駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載される多層同軸回転電機に関し、特に、エンジンおよびモータなどの二種類以上の動力源を搭載したハイブリッドシステムに用いられる多層同軸回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン（例えば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの公知の機関を用いることが考えられる。）と電気モータとを組合せたハイブリッドシステムと呼ばれるパワートレインを搭載した車両が開発され、実用化されている。このような車両においては、運転者のアクセル操作量に関係なく、エンジンによる運転と電気モータとによる運転とが自動的に切換えられて、最も効率が良くなるように制御される。
【０００３】
このようなハイブリッドシステムにおいて、エンジン動力を遊星歯車（プラネタリーギヤ）を用いた動力分割機構により、駆動輪へ伝達される駆動力と、発電機に伝達される駆動力とに分割するシステムがある。発電機により発電された電力は、モータ駆動に直接使用されたり、インバータで直流に変換されて高電圧バッテリーに蓄えられたりする。発電機の回転数を制御することにより、動力分割機構は無段変速機としても機能する。エンジン回転力はプラネタリーキャリアに入力され、入力された回転力はサンギヤにより発電機に、リングギヤによってモータおよび出力軸に伝達される。したがって、このようなハイブリッドシステムにおいては、モータ、発電機、遊星歯車機構等から構成される動力分割機構が必要になる。
【０００４】
特開２００１−１９０００６公報（特許公報１）は、このようなハイブリッド車両を開示する。特許文献１に記載されたハイブリッド車両は、エンジンと、第１モータと、第２モータと、少なくとも第１〜第３の回転要素からなり、第１の回転要素にエンジンの回転が入力され、第２の回転要素に第１モータの回転が入力され、第３の回転要素および第２モータの回転が出力軸に出力されるギヤユニットと、第１モータを制御することによりエンジンを最適効率で運転させるコントローラとを含む。
【０００５】
このハイブリッド車両によると、プラネタリーギヤユニットとしての第１の回転要素であるサンギヤにエンジンおよび第２モータの回転が、第２の回転要素であるリングギヤに第１モータの回転が、第３の回転要素であるプラネットキャリヤの回転が出力軸に出力される。第１モータおよび第２モータは、発電機としても機能する。このハイブリッド車両は、停止状態、低速走行状態、高速走行状態および後退状態にいずれの状態においても、最大効率でエンジンを運転させることができる、すなわち、停止状態においてはプラネットキャリアを固定してエンジンを最大効率で回転させて、その回転を第１モータおよび第２モータに伝達して両方のモータにより発電する。低速走行状態においては、エンジンを最大効率で回転させてその回転と第２モータの回転とをサンギヤに伝達して、第１モータの回転をリングギヤに伝達することにより、プラネットキャリアに、エンジン回転数と第１モータ回転数とにより定められる回転数で、回転が伝達される。高速走行状態においては、エンジンを最大効率で回転させた状態で、さらに第２モータ回転数が上昇した状態で、車両が運転される。後退状態においては、エンジンを最大効率で回転させた状態で、第１モータが逆方向に回転させられた状態で、車両が運転される。このようにして、車両の様々な運転状態において、エンジンを最大効率で回転させることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１９０００６公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載されたハイブリッド車両における、第１モータおよび第２モータは、軸方向に並列に並べた構造をとるので、軸方向に非常に長い構造になる。車両においては、エンジンおよび動力分割機構を搭載するスペースに制限があり、このような軸方向に長い構造物を搭載するのは容易ではない。さらに、軸方向の長さを短くするために第１モータと第２モータとを二重構造にした、いわゆるダブルロータ構造にすることも考えられる。しかしながら、従来のダブルロータ構造のモータは、小型低速回転機に限定されるものであって、高回転高出力を必要とする車両に適用できるものではない。さらに、たとえ、このようなダブルロータ構造にしてモータのみを軸方向に短くする構造にしたところで、遊星歯車機構などの他の動力分割機構を含めたパワートレーンを小型化することができない。
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、車両に適した小型の多層同軸回転電機およびそれを用いたハイブリッド駆動システムを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る多層同軸回転電機は、内側の第１の回転電機と外側の第２の回転電機とを同軸に配置した。第１の回転電機および第２の回転電機はそれぞれ一対のロータとステータとを有する。多層同軸回転電機は、回転電機の軸方向の端部に設けられた、回転電機の回転数を検知するための検知手段と、その端部の反対側の端部に設けられた、第１の回転電機および第２の回転電機に接続される遊星ギヤ機構とを含む。第１の回転電機のステータのスラストセンタと第２の回転電機のステータのスラストセンタとは、軸方向にずれるように配置される。
【００１０】
第１の発明によると、検知手段は、この多層同軸回転電機が搭載される車両を制御するための、第１の回転電機の回転数と第２の回転電機の回転数とを検知する。この検知手段が設けられた端部とは反対側の端部には、遊星ギヤ機構が設けられる。第１の回転電機と第２の回転電機とは、それぞれのステータのスラストセンタが互いに軸方向にずれるように配置される。これにより、第１の回転電機と第２の回転電機とをスラスト方向にずらしたことにより発生する空間に、遊星ギヤ機構と検知手段とを組込むことができる。そのため、２台の回転電機、それら回転電機の回転数の検知手段およびそれら回転電機の出力が伝達される遊星歯車機構から構成される動力分割機構を小型化できる。このとき、第１の回転電機と第２の回転電機ともに、それぞれのステータもロータも短くする必要がないので、高出力高回転を実現できる。その結果、車両に適した小型の多層同軸回転電機を提供することができる。
【００１１】
第２の発明に係る多層同軸回転電機は、第１の発明の構成に加えて、遊星ギヤ機構の外径は、第２の回転電機のステータ内径よりも小さく、遊星ギヤ機構の少なくととも一部と第２の回転電機とが、軸方向に重なりを有するものである。
【００１２】
第２の発明によると、第１の回転電機と第２の回転電機とが互いに同じ程度の軸方向の長さである場合、内側の第１の回転電機と外側の第２の回転電機とをスラスト方向にずらしたことにより、軸方向の一方の端部には、内側に空間が発生する。この空間に、遊星ギヤ機構を重ねて配置することができるので、２台の回転電機とそれら回転電機の出力が伝達される遊星歯車機構とを組合せて小型化できる。
【００１３】
第３の発明に係る多層同軸回転電機は、第１の発明の構成に加えて、遊星ギヤ機構の外径は、第２の回転電機のステータ内径よりも小さく、第２の回転電機の径方向内側に遊星ギヤ機構の少なくととも一部が配置されているものである。
【００１４】
第３の発明によると、第１の回転電機と第２の回転電機とが互いに同じ程度の軸方向の長さである場合、内側の第１の回転電機と外側の第２の回転電機とをスラスト方向にずらしたことにより、軸方向の一方の端部には、径方向の内側に空間が発生する。この空間に、遊星ギヤ機構の少なくとも一部を配置することができるので、２台の回転電機とそれら回転電機の出力が伝達される遊星歯車機構とを組合せて小型化できる。
【００１５】
第４の発明に係る多層同軸回転電機は、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、第２の回転電機のロータの支持軸は、遊星ギヤ機構側の端部で回転直径が小さくなるように、軸に垂直な方向の支持部材を含む。
【００１６】
第４の発明によると、支持部材は、第２の回転電機の回転部であるロータの支持軸を、遊星ギヤ機構側の端部で回転直径が小さくする。外側の第２の回転電機のロータの回転支持径を小さくすることにより、支持部における周速を抑えることができる。これにより、第２の回転電機の回転数を上昇させることができる。高回転高出力化を実現できると、さらにステータもロータも軸方向に短くできる。その結果、さらに多層同軸回転電機を小型化できる。
【００１７】
第５の発明に係るハイブリッド駆動システムは、第１〜４のいずれかの発明の構成の多層同軸回転電機と、内燃機関とを含むものである。
【００１８】
第５の発明によると、多層同軸回転電機における、内側の第１の回転電機と外側の第２の回転電機とをスラスト方向にずらしたことにより、軸方向の一方の端部には、内側に空間が発生する。この空間に、遊星ギヤ機構を重ねて配置することができる。このようにして、２台の回転電機とそれらの回転電機の出力が伝達される遊星歯車機構とを組合せて小型化した多層同軸回転電機と、エンジンなどの内燃機関とから構成されるハイブリッド駆動システムを実現できる。
【００１９】
第６の発明に係るハイブリッド駆動システムは、第５の発明の構成に加えて、第１の回転電機のロータは、遊星ギヤ機構のサンギヤに接続され、第２の回転電機のロータは、遊星ギヤ機構のリングギヤに接続され、内燃機関の回転軸は、遊星ギヤ機構のプラネットキャリアに接続されたものである。
【００２０】
第６の発明によると、第１の回転電機のロータを、遊星ギヤ機構のサンギヤに、第２の回転電機のロータを、遊星ギヤ機構のリングギヤに、内燃機関の回転軸を、遊星ギヤ機構のプラネットキャリアに、それぞれ接続する。このように構成されたハイブリッド駆動システムは、スムーズな発進および加速という優れたドライバビリティを確保するとともに、燃費が最高になるように内燃機関の回転力と、回転電機の回転力との配分をコントロールすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２２】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態に係るダブルロータモータについて説明する。図１に示すように、本実施例に係るダブルロータモータ１００は、外側モータ２００と内側モータ３００とを回転中心が同軸になるように構成されたものである。外側モータ２００のスラスト中心軸２５０と内側モータ３００のスラスト中心軸３５０とは、スラスト方向にずれている。これらの外側モータ２００と内側モータ３００とは、ケーシング１１０内に収められている。
【００２３】
外側モータ２００は、外側ロータ２０２と、外側ロータ２０２に対向するように設けられた外側ステータ２０４と、外側ロータ２０２の回転軸２１０を支持するベアリング２２０、２２２を含む。外側ロータ２０２と外側ステータ２０４とはそれぞれ軸方向の長さが同じ程度である。また、外側ロータ２０２のスラスト方向中心軸と外側ステータ２０４のスラスト方向中心軸とは一致している。外側ロータ２０２の回転軸２１０は、ケーシング１１０のベアリング支持部１１２により支持されたベアリング２２０と、ケーシング１１０のベアリング支持部１１４にて支持されたベアリング２２２とによる両持ち構造で支持される。この外側ロータ２０２の回転軸２１０は、後述する遊星歯車機構のリングギヤに接続される。
【００２４】
内側モータ３００は、内側ロータ３０２と、内側ロータ３０２に対向するように設けられた内側ステータ３０４と、内側ロータ３０２の回転軸３１０を支持するベアリング３２０、３２２を含む。内側ロータ３０２の軸方向長さと、内側ステータ３０４の軸方向長さとはほぼ同じ長さである。また内側ロータ３０２のスラスト方向中心軸と内側ステータ３０４のスラスト方向中心軸とは一致している。内側ロータ３０２の回転軸３１０は、ベアリング３２０と、ケーシング１１０のベアリング支持部１１６に支持された３２２とによる両持ち構造で支持される。
【００２５】
このようにして、外側モータ２００のスラスト方向軸中心と内側モータ３００のスラスト方向軸中心とをずらすようにして構成したため、外側ロータ２０２の内側に空間が生じる。この空間に遊星歯車機構を設けることができる。また内側モータ３００の外側であってケーシング１１０内に空間が設けられる。この空間に外側ロータ２０２の回転数を検知する外側モータ回転計を設置することができる。
【００２６】
以上のようにして、本実施の形態に係るダブルロータモータによると、回転軸中心を一致させて、外側モータと内側モータとを、それぞれのスラスト方向軸中心をずらして配置した。そのため、外側モータの内側に空間が、内側モータの外側に空間がそれぞれ発生する。それぞれの空間に、遊星歯車機構や、回転数計を設置することにより、２台のモータ、それぞれのモータの回転数計およびそれぞれのモータが接続される遊星歯車機構から構成される動力分割機構を小型化することができる。この小型化において、それぞれのモータのロータの軸方向長さおよびステータの軸方向長さは短縮されていないため、従来のダブルロータモータに比較して高回転高出力型のモータを実現することができる。
【００２７】
＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態に係るダブルロータモータについて説明する。本実施の形態に係るダブルロータモータは、前述の第１の実施の形態に係るダブルロータモータの外側ロータの回転軸の構造が異なる。
【００２８】
図２を参照して、本実施の形態に係るダブルロータモータ１０００の構造について説明する。ダブルロータモータ１０００は、外側モータ１２００と、内側モータ１３００とを含む。ダブルロータモータ１０００は、前述の第１の実施の形態に係るダブルロータモータ１００と同様に、外側モータ１２００のスラスト方向中心軸２５０と、内側モータ１３００のスラスト方向中心軸３５０とがずれている。これらの外側モータ１２００と内側モータ１３００とは、ケーシング１１１０内に収められている。
【００２９】
外側モータ１２００は、外側ロータ２０２と外側ステータ２０４とを含む。外側ロータ２０２は回転軸１２１４により支持される。回転軸１２１４は、遊星歯車機構側で、その径方向を短縮するような支持部材１２１２を有する。回転軸１２１４は、その支持部材１２１２よりもさらに遊星歯車機構側に、回転軸１２１０が接続される。回転軸１２１０は、ケーシング１１１０のベアリング支持部１１１５により支持されるベアリング１２２０およびベアリング１２２２により支持される。すなわち、本実施の形態に係るダブルロータモータ１０００の外側モータ１２００のロータ２００の回転軸は、片持ち構造で支持される。
【００３０】
内側モータ１３００は、内側ロータ３０２と内側ステータ３０４とを含む。内側ロータ３０２の回転軸３１０は、ベアリング支持部材１１１４に支持されたベアリング３２０と、ケーシング１１１０のベアリング支持部１１１６に支持されたベアリング３２２とにより支持される。すなわち、内側モータ１３００のロータ３０２は、ベアリング３２０およびベアリング３２２による両持ち構造により支持される。
【００３１】
＜第３の実施の形態＞
以下、本発明の第３の実施の形態に係るダブルロータモータについて説明する。
【００３２】
図３に示すように、本実施の形態に係るダブルロータモータ１０００は、前述の図１で説明した構造に加えて、外側モータ１２００をずらした方向に設置される遊星歯車機構１４００と、その反対側に設けられる外側モータ回転計１２５０および内側モータ回転計１３５０をさらに含む。
【００３３】
図３に示すように、遊星歯車機構１４００の一部は、外側モータ１２００の一部に、軸方向に重なるように配置される。すなわち、遊星歯車機構１４００の外径寸法は、外側モータ１２００の外側ステータ２０４の外径よりも大きい。外側ステータ２０４は概略中空の円筒形状を有しているため、その中空部分に遊星歯車機構１４００を組込んで配置させることができる。これにより、外側モータ１２００のロータ２０２およびステータ２０４の軸方向長さを短くすることなく、外側モータ１２００と遊星歯車機構１４００とを組合せて、軸方向の長さを短くすることができる。
【００３４】
また、遊星歯車機構１４００の反対側の端部に設けられた外側モータ回転計１２５０は、内側モータ１３００の内側ステータ３０４のさらに外側に設けられる。この外側モータ回転計１２５０が設けられる空間は、外側モータ１２００のスラスト方向軸中心と、内側モータ１３００のスラスト方向軸中心とをずらすことにより発生する、遊星歯車機構１４００が設けられる側とは反対側の空間である。この空間に外側モータ回転計１２５０を設けた。これにより、このようなダブルロータモータ１０００が搭載される車両の制御において必要不可欠な外側モータ１２００の回転数と、内側モータ１３００の回転数とを計測する回転計を含めてダブルロータモータの全長を短くすることができる。
【００３５】
以上のようにして、本実施の形態に係るダブルロータモータは、外側モータのスラスト方向軸中心と、内側モータのスラスト方向軸中心とをずらして配置した。スラスト方向の軸中心をずらして配置させて発生した空間に遊星歯車機構を設置するとともに、回転計を設置した。これにより、２台のモータ、それらモータの回転数を検知する回転計および２台のモータの出力が伝達される遊星歯車機構から構成される動力分割機構を全体として小型化できる。
【００３６】
なお、本実施の形態に係るダブルロータモータ１０００の遊星歯車機構１４００にエンジン出力軸を接続して、ハイブリッド駆動システムを実現するようにしてもよい。このときエンジンの回転軸は、遊星歯車機構１４００のプラネットキャリアに接続される。内側モータの回転軸は遊星歯車機構１４００のサンギヤに接続される。外側モータの回転軸は遊星歯車機構１４００のリングギヤに接続される。
【００３７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るダブルロータモータの構造を模式的に表わした図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るダブルロータモータの構造を模式的に表わした図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係るダブルロータモータの構造を表わした断面図である。
【符号の説明】
１００、１０００　ダブルロータモータ、１１０、１１１０　ケーシング、１１２、１１４、１１６、１１１２、１１１４、１１１６　ベアリング支持部、２００、１２００　外側モータ、２０２　外側ロータ、２０４、２０５　外側ステータ、２１０、１２１０　外側モータ回転軸、２２０、２２２、１２２０、１２２２　外側ロータベアリング、３００、１３００　内側モータ、３０２　内側ロータ、３０４、３０５　内側ステータ、３１０　内側モータ回転軸、３２０、３２２　内側ロータベアリング、１２５０　外側モータ回転計、１３５０　内側モータ回転計、１４００　遊星歯車機構。
【図１】
2004147410.tif 000003
【図２】
2004147410.tif 000004
【図３】
2004147410.tif 000005