(57)【要約】【課題】  周方向のトルクに対して支持剛性が高く、かつ、部品点数も少なくコスト削減に貢献することができる回転電機のステータ構造を提供すること。【解決手段】  複合電流によって駆動され、複数のロータと一つのステータからなり、前記ステータは、電磁鋼板を積層してなる複数の積層コア４０と、各積層コア４０に巻き付けられたコイル４１と、該複数のコイル４１付き積層コア４０を環状に配列して支持するステータ支持部材と、を有する回転電機において、前記ステータ支持部材は、回転電機ケースに固定され、コイル４１付き積層コア４０を配列する胴部分が櫛歯状の柱部４２ｂで軸方向に延び、片方のみが円環状に繋がる一体型金属部品４２と、前記一体型金属部品４２の円環状に繋がっていない側にボルト締結され、複数の金属部材４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆが積層された円環状部品４３と、からなる構成とした。【選択図】        図２
2005124311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合電流によって駆動され、複数のロータと一つのステータからなり、
前記ステータは、電磁鋼板を積層してなる複数の積層コアと、各積層コアに巻き付けられたコイルと、該複数のコイル付き積層コアを環状に配列して支持するステータ支持部材と、を有する回転電機において、
前記ステータ支持部材は、
回転電機ケースに固定され、コイル付き積層コアを配列する胴部分が櫛歯状の柱部で軸方向に延び、片方のみが円環状に繋がる一体型金属部品と、
前記一体型金属部品の円環状に繋がっていない側にボルト締結され、複数の金属部材が積層された円環状部品と、
からなることを特徴とする回転電機のステータ構造。
【請求項２】
請求項１に記載された回転電機のステータ構造において、
前記円環状部品は、複数の金属部材が絶縁されつつ積層された構造であり、金属部材の一枚あたりの締結個所は、該締結部で囲まれた平面を通る磁束密度の積分値が常にゼロになる個所に設けられ、該金属部材と同様の複数の金属部材が周方向に位相違いに配置されており、前記一体型金属部品の櫛歯状の柱部の全てに締結されていることを特徴とする回転電機のステータ構造。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された回転電機のステータ構造において、
前記円環状部品を構成する金属部材の一枚あたりの締結個所は、ロータ極対数のうち小さい方の数をＮとしたとき、
Ｐ＝Ｎ／ｋ（Ｐは締結個所数、ｋは最大値１〜Ｎの自然数）
の式で示され、かつ締結個所は軸に対して等間隔で設けられていることを特徴とする回転電機のステータ構造。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載された回転電機のステータ構造において、
前記一体型金属部品は、櫛歯状の柱部の内部に循環水路が形成され、円環状に繋がった側から一括で給排水できる水路構造を有することを特徴とする回転電機のステータ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車等に適用される回転電機のステータ構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド駆動ユニットに適用される回転電機として、複合電流によって駆動され、アウターロータと、インナーロータと、アウターロータとインナーロータとの間に挟まれた一つのステータと、からなる回転電機が知られている。この回転電機のステータ支持構造は、一つのステータが２つのロータにより挟まれる構造であるため、ステータの両端部のうち、片方の端部側にはアウターロータと軸とを連結する部材が配置され、ステータはモータケースに対して片持ち支持となる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３４１５３号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の回転電機のステータ構造にあっては、片持ち支持されるモータケースとは反対側のステータ支持部材が、複数のコイル付き積層コアと同じ数に分割された構造であるため、周方向のトルクに対して支持剛性が低く、かつ、部品点数も多いという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、周方向のトルクに対して支持剛性が高く、かつ、部品点数も少なくコスト削減に貢献することができる回転電機のステータ構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の回転電機のステータ構造では、
【０００６】
複合電流によって駆動され、複数のロータと一つのステータからなり、
【０００７】
前記ステータは、複数のコイル付き積層コアを環状に配列して支持するステータ支持部材を有する回転電機において、
【０００８】
前記ステータ支持部材は、
【０００９】
回転電機ケースに固定され、コイル付き積層コアを配列する胴部分が櫛歯状部で軸方向に延び、片方のみが円環状に繋がる一体型金属部品と、
【００１０】
前記一体型金属部品の円環状に繋がっていない側にボルト締結され、複数の金属部材が積層された円環状部品と、
【００１１】
からなる手段とした。
【発明の効果】
【００１２】
よって、本発明の回転電機のステータ構造にあっては、ステータ支持部材が、一体型金属部品と円環状部品とをボルト締結することで構成されるため、周方向のトルクに対して支持剛性が高く、かつ、部品点数も少なくコスト削減に貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の回転電機のステータ構造を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１４】
まず、構成を説明する。
【００１５】
［ハイブリッド駆動ユニットの全体構成］
【００１６】
図１は実施例１の回転電機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、ハイブリッド駆動ユニットは、図１に示すように、エンジンＥ、複軸多層モータＭ（回転電機）、ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇ、駆動出力機構Ｄ、モータカバー１、モータケース２、ギヤハウジング３、フロントカバー４を備えている。
【００１７】
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及びエンジンクラッチ７を介して連結されている。
【００１８】
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。
【００１９】
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差動歯車機構である。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、締結により低速側ギヤ比に固定するローブレーキ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。
【００２０】
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１６Ｌ，１６Ｒ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１６Ｌ，１６Ｒから図外の駆動輪へ伝達される。
【００２１】
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。
【００２２】
［複軸多層モータの構成］
図２は実施例１の複軸多層モータＭを示す縦断側面図、図３は実施例１の複軸多層モータＭの1/3モデルを示す縦断正面図、図４は実施例１の複軸多層モータＭのステータコイルに印加する複合電流の一例を示す図である。
【００２３】
複軸多層モータＭのインナーロータIRは、その内筒面が第１モータ中空軸８の段差軸端部に対して圧入（或いは、焼きばめ）により固定されている。このインナーロータIRには、図３に示すように、積層された電磁鋼鈑による積層コア２０に対し磁束形成を考慮した配置によるインナーロータマグネット２１が軸方向に１２本埋設されている。また、インナーロータIRは、コギングトルク低減対策として、軸方向で２分割し、インナーロータマグネット２１の配置を周方向にずらし、例えば、10度のスキュー角度を設定している。ここで、「コギングトルク」とは、ステータＳとインナーロータIRとの間に発生する軸吸引力に基づくトルクの回転角に対する変化、いわゆる、トルクムラのことをいう。但し、Ｗ字配置による４本のインナーロータマグネット２１が１極対を構成し、全周で３極対としてある。
【００２４】
複軸多層モータＭのステータＳは、モータケース２に固定された静止部材で、電磁鋼鈑を積層してなる複数の積層コア４０と、各積層コア４０に巻き付けたコイル４１と、１８個のコイル付き積層コア４０を環状に配列して支持するステータ支持部材と、を有して構成されている。ここで、ステータ支持部材は、アルミ系金属を素材とする一体型金属部品４２と、鉄系金属を素材とする円環状部品４３と、両部品４２，４３を締結固定するボルト４４と、により構成されている。前記１８個のコイル付き積層コア４０は、６相コイルを３回繰り返しながら円周上に配置され、該６相コイルに対しては、図外のインバータからバスバー軸方向積層体７３を介して複合電流が印加される（図４参照）。この複合電流は、インナーロータIRを駆動させるための３相交流と、アウターロータORを駆動させるための６相交流とを複合させたものである。
【００２５】
複軸多層モータＭのアウターロータORは、その外筒面がアウターロータケース６２に対してロー付け、或いは、接着により固定されている。そして、アウターロータケース６２の正面側には正面側連結ケース６３が固定され、背面側には背面側連結ケース６４が固定されている。そして、この背面側連結ケース６４に第２モータ軸９がスプライン結合されている。このアウターロータORには、図３に示すように、積層された電磁鋼鈑による積層コア６０に対し磁束形成を考慮した配置によるアウターロータマグネット６１が、両端位置に空間を介して軸方向に１２本埋設されている。このアウターロータマグネット６１は、インナーロータマグネット２１と異なり、２本のアウターロータマグネット６１が１極対を構成し、全周で６極対としてある。
【００２６】
［ステータ構造］
【００２７】
図５は実施例１の複軸多層モータＭのステータ構造を示す斜視図、図６は実施例１の複軸多層モータＭのステータ構造を示す一部側面図である。
【００２８】
前記ステータ支持部材は、図２に示すように、第１モータ中空軸８が貫通する正面側のステータシャフト４５に対しボルト４６により締結固定され、コイル付き積層コア４０を環状に配列する胴部分が櫛歯状の柱部４２ｂが軸方向に延び、片方のみが円環基部４２ｃにより繋がる一体型金属部品４２と、該一体型金属部品４２の円環状に繋がっていない側にボルト４４により締結され、６枚の金属部材４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆが積層された円環状部品４３と、により構成されている。なお、前記ステータ固定ケース４５は、モータケース２に対し図外のボルトにより締結固定される。
【００２９】
前記一体型金属部品４２は、図２に示すように、銅パイプの鋳込み等による循環水路４２ａを内包する柱部４２ｂが、円環状基部４２ｃから櫛歯状に形成される。前記円環状基部４２ｃには、前記循環水路４２ａの全てを並列接続とするような連通水路４２ｄと、コイル４１に接続されるバスバー軸方向積層体７３を設置できるバスバースペース４２ｅが、鋳物一体で形成されている。
【００３０】
前記ステータシャフト４５は、図２に示すように、前記一体型金属部品４２の円環状基部４２ｃとボルト４６により締結することで、前記連通水路４２ｄおよびバスバースペース４２ｅを水密に構成でき、且つ、モータケース２との取り付け面４５ａ、図外のインロウおよび取り付けボルト用タップ、給排水口４５ｂ、バスバー取り出し口４５ｃを有する。
【００３１】
前記円環状部材４３は、図２に示すように、６枚の金属部材４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆを互いに絶縁を保ちながらモールド処理により一体化した部材である。前記金属部材の一枚あたりの締結個所は、該締結部で囲まれた平面を通る磁束密度の積分値が常にゼロになる個所に設けられ、該金属部材と同様の６枚の金属部材４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆが周方向に位相違いに配置されており、前記一体型金属部品４２の櫛歯状の柱部４２ｂの全てに締結されている。
【００３２】
前記円環状部品４３を構成する金属部材４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆの一枚あたりの締結個所は、ロータ極対数のうち小さい方の数をＮとしたとき、
Ｐ＝Ｎ／ｋ（Ｐは締結個所数、ｋは最大値１〜Ｎの自然数）…(1)
の式で示され、かつ締結個所は軸に対して等間隔で設けられている。
【００３３】
すなわち、実施例１の場合、インナーロータIRが３極対、アウターロータORが６極対である。このとき極対数の大きなアウターロータORは、インナーロータIRの極対数に対して、６＝３×２の関係を持っている。よって、上記(1)式でｋ＝１となり、インナーロータIRと共に３箇所の締結部が許容できる。また、３箇所は120度で等間隔に設けることで、締結部によって囲まれる面積を通ずる磁束は常にゼロとなり、誘導電流を発生させない。これによりジュール損失を低く抑えることが可能である。
【００３４】
また、一体型金属部品４２の櫛歯状の柱部４２ｂが全部で１８本であるため、一枚あたり３箇所締結を６枚とすることで、全ての櫛歯状の柱部４２ｂを締結する。６枚の金属部材４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆは、図５に示すように、締結部に張り出しを持ち、その内周側の薄板部が円環状に繋がり、該薄板部は軸方向位置を変えることで、図６に示すように、同一締結面にて６枚が重ね合わせられる。さらに、それぞれ金属部材４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆの間には、絶縁処理が施されつつ、一体に固定されるモールド等の処理により周方向および軸方向が固定されている。
【００３５】
次に、作用を説明する。
【００３６】
［複軸多層モータの基本機能］
【００３７】
２ロータ・１ステータで、アウターロータ磁力線とインナーロータ磁力線との２つの磁力線が作られる複軸多層モータＭを採用したことで、コイル４２及び図外のコイルインバータを２つのインナーロータIRとアウターロータORに対し共用できる。そして、インナーロータIRに対する電流とアウターロータORに対する電流を重ね合わせた複合電流を１つのコイル４２に印加することにより、２つのロータIR，ORをそれぞれ独立に制御することができる。つまり、外観的には、１つの複軸多層モータＭであるが、モータ機能とジェネレータ機能の異種または同種の機能を組み合わせものとして使える。
【００３８】
よって、例えば、ロータとステータを持つモータと、ロータとステータを持つジェネレータの２つのものを設ける場合に比べて大幅にコンパクトになり、スペース・コスト・重量の面で有利であると共に、コイル共用化により電流による損失（銅損，スイッチングロス）を防止することができる。
【００３９】
また、複合電流制御のみで（モータ＋ジェネレータ）の使い方に限らず、（モータ＋モータ）や（ジェネレータ＋ジェネレータ）の使い方も可能であるというように、高い選択自由度を持ち、例えば、実施例１のように、ハイブリッド車の駆動源に採用した場合、これら多数の選択肢の中から車両状態に応じて最も効果的或いは効率的な組み合わせを選択することができる。
【００４０】
［ステータ支持作用］
【００４１】
従来のステータ構造では、軸方向の片側の積層コア支持部材が積層コアと同じ数に分割されているため、周方向のトルクに対して支持剛性が低く、部品点数も多いという問題があった。
【００４２】
これに対し、実施例１のステータ構造では、軸方向の片側の鉄心と同じ数に分割された鉄心支持部材に代え、６枚の金属部材４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆを積層して一体化した円環状部品４３を用いているため、周方向のトルクに対して高い支持剛性が確保される。
【００４３】
加えて、ステータ支持部材が、一体型金属部品４２と円環状部品４３とからなり、ステータ支持構造の大部分が一体化されているため、部品点数が削減でき、且つ組立て工程を簡略化することが可能なので、コスト削減に貢献できる。
【００４４】
［モータ効率向上作用］
【００４５】
積層コア支持部材を円環状部品に置き換えると、ステータ支持構造体にて磁束と交番する、導通経路に囲まれた面が出現するため、効率の低下を招く。
すなわち、回転電機の固定子や回転子は、磁束が通ずる磁路の渦電流損失を低減するために複数の積層された電磁鋼板によって構成されているが、円環状部品が導通経路の一部となって形成される閉回路の面を磁束が交番すると、これによる誘導電流が流れ、ジュール損が発生することになり、モータ効率を上げることができない。
【００４６】
これに対し、実施例１では、金属部材の一枚あたりの締結個所は、該締結部で囲まれた平面を通る磁束密度の積分値が常にゼロになる３個所に等間隔に設けられ、該金属部材と同様の６枚の金属部材４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆが周方向に位相違いに配置されているため、締結部によって囲まれる面積を通ずる磁束は常にゼロとなり、上記誘導電流を発生させない。この結果、ジュール損を小さく抑えることが可能で、高いモータ効率を実現することができる。
【００４７】
次に、効果を説明する。
実施例１の複軸多層モータＭにあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００４８】
(1) 複合電流によって駆動され、複数のロータと一つのステータからなり、前記ステータは、電磁鋼板を積層してなる複数の積層コア４０と、各積層コア４０に巻き付けられたコイル４１と、該複数のコイル４１付き積層コア４０を環状に配列して支持するステータ支持部材と、を有する回転電機において、前記ステータ支持部材は、回転電機ケースに固定され、コイル４１付き積層コア４０を配列する胴部分が櫛歯状の柱部４２ｂで軸方向に延び、片方のみが円環状に繋がる一体型金属部品４２と、前記一体型金属部品４２の円環状に繋がっていない側にボルト締結され、複数の金属部材４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆが積層された円環状部品４３と、からなるため、周方向のトルクに対して支持剛性が高く、かつ、部品点数も少なくコスト削減に貢献することができる。
【００４９】
(2) 前記円環状部品４３は、複数の金属部材４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆが絶縁されつつ積層された構造であり、金属部材の一枚あたりの締結個所は、該締結部で囲まれた平面を通る磁束密度の積分値が常にゼロになる個所に設けられ、該金属部材と同様の複数の金属部材４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆが周方向に位相違いに配置されており、前記一体型金属部品４２の櫛歯状の柱部４２ｂの全てに締結されているため、櫛歯状の一体型金属部品４２と円環状部品４３の締結部により出現する導通経路で囲まれる面が磁束を横切らないので、磁束交番による誘導電圧・誘導電流が発生を回避でき、モータ高効率を実現できる。
【００５０】
(3) 前記円環状部品４３を構成する金属部材の一枚あたりの締結個所は、ロータ極対数のうち小さい方の数をＮとしたとき、
Ｐ＝Ｎ／ｋ（Ｐは締結個所数、ｋは最大値１〜Ｎの自然数）
の式で示され、かつ締結個所は軸に対して等間隔で設けられているため、ステータで発生する電流による磁束と他のロータによる磁束の総和はゼロとなり、磁束交番による誘起電圧・誘導電流が発生せず、モータ高効率を実現することができ、且つ、剛性よくステータ支持構造を構成することができる。
【００５１】
(4) 前記一体型金属部品４２は、櫛歯状の柱部４２ｂの内部に循環水路４２ａが形成され、円環状に繋がった側から一括で給排水できる水路構造を有するため、少ない部品点数にて回転電機の冷却構造が構成され、組立て工数およびコストを削減できる。
【００５２】
以上、本発明の回転電機のステータ構造を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
実施例１では、回転電機としてハイブリッド駆動ユニットに適用される複軸多層モータの例を示したが、本発明の回転電機のステータ構造は、複合電流によって駆動され、複数のロータと一つのステータからなる回転電機であれば、他の用途に使用される回転電機にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施例１の複軸多層モータ（回転電機）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】実施例１の複軸多層モータＭを示す縦断側面図である。
【図３】実施例１の複軸多層モータＭの1/3モデルを示す縦断正面図である。
【図４】実施例１の複軸多層モータＭのステータコイルに印加する複合電流の一例を示す図である。
【図５】実施例１の図５は実施例１の複軸多層モータＭのステータ構造を示す斜視図である。
【図６】実施例１の複軸多層モータＭのステータ構造を示す一部側面図である。
【符号の説明】
【００５５】
Ｍ  複軸多層モータ（回転電機）
Ｓ  ステータ
IR  インナーロータ
OR  アウターロータ
８  第１モータ中空軸
９  第２モータ軸
２０  積層コア
２１  インナーロータマグネット
４０  積層コア
４１  コイル
４２  一体型金属部品
４２ａ  循環水路
４２ｂ  柱部
４２ｃ  円環状基部
４３  円環状金属部品
４３ａ  金属部材
４３ｂ  金属部材
４３ｃ  金属部材
４３ｄ  金属部材
４３ｅ  金属部材
４３ｆ  金属部材
４４  ボルト
４５  ステータシャフト
６０  積層コア
６１  アウターロータマグネット
【図１】
2005124311.tif 000003
【図２】
2005124311.tif 000004
【図３】
2005124311.tif 000005
【図４】
2005124311.tif 000006
【図５】
2005124311.tif 000007
【図６】
2005124311.tif 000008