(57)【要約】【課題】効率よくコギングトルクを低減でき、良好な回転を維持することのできる回転電機の磁石配置構造を提供する。【解決手段】ステータ２２１と、ステータの外側に設けられた、永久磁石２１２を有するアウターロータ２１１と、ステータの内側に設けられた、永久磁石２０２を有するインナーロータ２０１と、から構成される回転電機の磁石配置において、アウターロータまたはインナーロータの何れか一方の永久磁石を、縦軸方向にＮ分割し、お互いに角度（θ）を持たせて配置する。【選択図】図３
2005124356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、ステータの外側に設けられた、永久磁石を有するアウターロータと、ステータの内側に設けられた、永久磁石を有するインナーロータと、から構成される回転電機の磁石配置において、アウターロータまたはインナーロータの何れか一方のみの永久磁石を、縦軸方向にＮ分割し、お互いに角度を持たせて配置することを特徴とする回転電機の磁石配置構造。
【請求項２】
アウターロータおよびインナーロータの二つのロータのうち、極対数の少ない方のロータに設置された永久磁石のみを、縦軸方向にＮ分割し、お互いに角度を持たせて配置する請求項１に記載の回転電機の磁石配置構造。
【請求項３】
インナーロータの極対数が３、アウターロータの極対数が６、ステータのスロット数が１８の回転電機の場合、インナーロータに埋め込まれた永久磁石を縦軸方向に２分割し、互いの永久磁石を１０度以下の角度だけ回転方向または半回転方向にずらして配置する請求項１または２に記載の回転電機の磁石配置構造。
【請求項４】
永久磁石の回転角度が７．５度である請求項３に記載の回転電機の磁石配置構造。
【請求項５】
永久磁石の回転角度が１０度である請求項３に記載の回転電機の磁石配置構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータと、ステータの外側に設けられた、永久磁石を有するアウターロータと、ステータの内側に設けられた、永久磁石を有するインナーロータと、から構成される回転電機の磁石配置構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ステータと、ステータの外側に設けられた、永久磁石を有するアウターロータと、ステータの内側に設けられた、永久磁石を有するインナーロータと、から構成される複軸多層構造の回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような複軸多層構造の回転電機では、アウターロータとインナーロータとをそれぞれ独立して回転させることができるが、アウターロータとステータとの間、および、インナーロータとステータとの間のそれぞれの箇所で、通常のロータとステータとから構成される回転電機で発生するのと同様のコギングトルクが発生し、回転に悪影響を与えていた。しかし、複軸多層構造の回転電機において、これらのコギングトルクを低減しようとする試みは、今まで全くなされていなかった。
【０００３】
一方、複軸多層構造の回転電機ではないが、ロータとステータとから構成される回転電機において、図５にその一例を示すように、磁性体からなる板を積層してなる積層コア５１（図では、便宜上、積層された磁性体からなる板の部分を透明とする）の積層方向に複数の磁石５２を貫通して設けた構造であって、積層コア５１の中央部で磁石５２の軸方向の位置を角度θのスキュー角度でスキューさせた構造のロータを使用して、コギングトルクを低減した回転電機が知られている。
【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】
【０００４】
本発明の目的は上述した問題点を解消して、ステータと、ステータの外側に設けられた、永久磁石を有するアウターロータと、ステータの内側に設けられた、永久磁石を有するインナーロータと、から構成される複軸多層構造の回転電機において、効率よくコギングトルクを低減でき、良好な回転を維持することのできる回転電機の磁石配置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磁石配置構造は、ステータと、ステータの外側に設けられた、永久磁石を有するアウターロータと、ステータの内側に設けられた、永久磁石を有するインナーロータと、から構成される回転電機の磁石配置において、アウターロータまたはインナーロータの何れか一方のみの永久磁石を、縦軸方向にＮ分割し、お互いに角度を持たせて配置する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磁石配置構造にあっては、アウターロータまたはインナーロータの何れか一方の永久磁石を、縦軸方向にＮ分割し、お互いに角度を持たせて配置することで、アウターロータおよびインナーロータの二つのロータに対し同時にスキューを設けることなく、どちらかコギングトルクの大きい方のロータをスキューさせることで、コギングトルクの大きい方ばかりか、反対側のロータ回転に伴うコギングトルクも軽減することができる。
【０００７】
また、本発明の回転電機の磁石配置構造の好適例では、アウターロータおよびインナーロータの二つのロータのうち、極対数の少ない方のロータに設置された永久磁石を、縦軸方向にＮ分割し、お互いに角度を持たせて配置することができる。このように構成することで、極対数が異なる場合コギングトルクの大きい極対数の少ない方のロータに組み込まれた永久磁石を分割してスキューさせるために、二つのロータにおいてコギングトルク発生の低減を好適に行うことができる。
【０００８】
さらに、本発明の回転電機の磁石配置構造の好適例では、インナーロータの極対数が３、アウターロータの極対数が６、ステータのスロット数が１８の回転電機の場合、インナーロータに埋め込まれた永久磁石を縦軸方向に２分割し、互いの永久磁石を１０度以下の角度だけ回転方向または半回転方向にずらして配置するよう構成することができる。このように構成することで、所定の極対数などの条件を満たす回転電機において、コギングトルク軽減を目的とする最適の磁石配置構造をとることができ、二つのロータにおいてコギングトルク発生の低減をさらに好適に行うことができる。
【０００９】
さらにまた、本発明の回転電機の磁石配置構造の好適例では、インナーロータの極対数が３、アウターロータの極対数が６、ステータのスロット数が１８の回転電機の場合、永久磁石の回転角度を７．５度または１０度とすることができる。このように構成することで、極対数などがこの条件の回転電機では、インナーロータのコギングトルク周波数が電機角の６倍であるために、７．５度スキューさせることにより、内側は２２．５度となり外側で４５度となり、双方のコギングトルク低減が可能となる。また、極対数などがこの条件の回転電機では、アウターロータは６局で元来コギングトルクが小さいために、１０度スキューでインナーロータのコギングトルクを極めて小さくすることが出来る。
【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は本発明の磁石配置構造を好適に適用でき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り、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ピースを具える。個々のステータピースには、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ピ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間にボルト１１９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、樹脂１２０内には隣り合うステータピース１１６間において冷却液通路１４１を軸線方向に形成し、上記したボルト１１９はその冷却液通路１４１の半径方向内方および外方にそれぞれ位置させる。ここで、各ボルト１１９はそれに螺合したナット１１９ａによって締め上げられる。このボルト・ナットによる締め上げ構造をリベットピンによる締め上げ構造としても良いことはいうまでもない。
【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】
本発明の回転電機の磁石配置構造の特徴は、上述したような複軸多層構造の回転電機において、アウターロータ１０３またはインナーロータ１０２の何れか一方の永久磁石を、縦軸方向にＮ分割し、お互いに角度を持たせて配置する（スキューさせる）点にある。これにより、アウターロータ１０３およびインナーロータ１０２の両者におけるコギングトルクの発生を低減させることができる。以下、本発明の磁石配置構造についてさらに詳細に説明する。
【００２３】
図３は本発明の磁石配置構造を適用した回転電機の一例を説明するための図である。図３に示す例には、インナーロータ２０１、アウターロータ２１１、ステータ２２１からなる回転電機を示している。インナーロータ２０１は、インナー永久磁石２０２、インナー電磁鋼板２０３及びシャフト２０４から構成されている。また、図中の２０５は、インナーロータ２０１とステータ２２１との間のステータエアーギャップを示している。アウターロータ２１１は、アウター永久磁石２１２、アウター電磁鋼板２１３及びアウターシェル２１４から構成されている。また、図中２１５は、アウターロータ２１１とステータ２２１との間のステータエアーギャップを示している。ステータ２２１は、ティース２２２、ステータを支えるための部材２２３及びステータティース２２２に巻回された電機子コイル２２４から構成されている。
【００２４】
本例において、本発明の磁石配置構造を適用する回転電機の特徴は、図３に示すように、アウターロータ２１１を構成するアウター永久磁石の極対数が６で、インナーロータ２０１を構成するインナー永久磁石２０２の極対数が３で、ステータ２２１のスロット数（ステータティース２２２の数に対応する）が１８の条件のもと、極対数の少ないインナー永久磁石２０２を有するインナーロータ２０１を縦軸方向に２分割し、お互いに所定のスキュー角度θにてスキューさせて配置した点である。ここで、スキュー角度θは１０度以下であることが好ましく、７．５度または１０度であることがさらに好ましい。なお、図３では、一方のインナー永久磁石２０２を実線で記載し、他方のインナー永久磁石２０２を破線で記載することで、２分割したインナーロータ２０１におけるインナー永久磁石２０２のスキューの状態がわかるようにした。
【００２５】
実際に、図３に示すように、アウターロータ２１１を構成するアウター永久磁石の極対数が６で、インナーロータ２０１を構成するインナー永久磁石２０２の極対数が３で、ステータ２２１のスロット数が１８の条件のもと、インナーロータ２０１のみを中央部で２分割し、お互いにスキュー角度θを７．５度とした回転電機に対し、アウターロータ２１１のコギングトルクとインナーロータ２０１のコギングトルクを測定した。
【００２６】
図４は、インナーロータ２０１に対しスキュー角度θが７．５度で２分割スキュー時のアウターロータ２１１におけるコギングトルクをスキュー無しの従来例のコギングトルクとともに示すグラフである。また、図５は、インナーロータ２０１に対しスキュー角度θが７．５度で２分割スキュー時のインナーロータ２０１におけるコギングトルクをスキュー無しの従来例のコギングトルクとともに示すグラフである。図４および図５とも、各ロータが電気角１周期または半周記回転した状態を、スキュー無しのアウターロータ２１１におけるコギングトルクのピーク値を１００％とするか（図４）、あるいは、スキュー無しのインナーロータ２０１におけるコギングトルクのピーク値を１００％として（図５）、表示した。図４および図５の結果から、インナーロータ２０１のみ中央部で２分割して７．５度スキューさせた本発明例は、スキュー無しの従来例と比べて、アウターロータ２１１およびインナーロータ２０１ともコギングトルクを小さくできることがわかる。
【００２７】
また、図３に示すように、アウターロータ２１１を構成するアウター永久磁石２１２の極対数が６で、インナーロータ２０１を構成するインナー永久磁石２０２の極対数が３で、ステータ２２１のスロット数が１８の条件のもと、インナーロータ２０１のみを中央部で２分割し、お互いにスキュー角度θを１０度とした回転電機に対し、インナーロータ２０１のコギングトルクを実際に測定した。なお、スキュー角度１０度の場合は、アウターロータ２１１のアウター永久磁石が６極で元来コギングトルクが小さいため、ここではアウターロータ２１１におけるコギングトルクを問題としなかった。
【００２８】
図６は、インナーロータ２０１に対しスキュー角度θが１０度で２分割スキュー時のインナーロータ２０１におけるコギングトルクをスキュー無しの従来例のコギングトルクとともに示すグラフである。なお、図６において、スキュー無しのインナーロータ２０１におけるコギングトルクのピーク値を１００％とした。図６の結果から、インナーロータ２０１のみ中央部で２分割し１０度スキューさせた本発明例は、スキュー無しの従来例と比べて、インナーロータ２０１においてコギングトルクを極めて小さくできることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の回転電機の磁石配置構造は、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、内外ロータに個々に発生するコギングトルクを、簡単な構成でともに低減する必要のある用途に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【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、本発明の磁石配置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】本発明の磁石配置構造を適用した回転電機の一例を説明するための図である。
【図４】インナーロータに対しスキュー角度θが７．５度で２分割スキュー時のアウターロータにおけるコギングトルクを従来例とともに示すグラフである。
【図５】インナーロータに対しスキュー角度θが７．５度で２分割スキュー時のインナーロータにおけるコギングトルクを従来例とともに示すグラフである。
【図６】インナーロータに対しスキュー角度θが１０度で２分割スキュー時のインナーロータにおけるコギングトルクを従来例ともに示すグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１０１  ステータ
１０２  インナーロータ
１０３  アウターロータ
２０１  インナーロータ
２０２  インナー永久磁石
２０３  インナー電磁鋼板
２０４  シャフト
２０５  エアギャップ
２１１  アウターロータ
２１２  アウター永久磁石
２１３  アウター電磁鋼板
２１４  アウターシェル
２１５  エアギャップ
２２１  ステータ
２２２  ステータティース
２２３  ステータを支える部材
２２４  電機子コイル
【図１】
2005124356.tif 000003
【図２】
2005124356.tif 000004
【図３】
2005124356.tif 000005
【図４】
2005124356.tif 000006
【図５】
2005124356.tif 000007
【図６】
2005124356.tif 000008