(57)【要約】【課題】軸方向に大型化させることなく、簡単な構成で自由度の高いトルク性能を得ることができるモータを提供する。【解決手段】環状のステータ５と、ステータ５の軸方向の一側に対向して配置された第１のロータ６と、ステータ５の他側の対向して配置された第２のロータ７と、第１のロータ６と第２のロータ７とを所定の変速比にて動力伝達可能に連結する出力合成機構８とを備え、第１，第２のロータ６，７の出力を出力合成機構８によって合成して出力軸に伝達する。この場合において、第１，第２のロータ６，７がステータ５の軸Ｏ方向に対向するアキシャルギャップ式を採用し、出力合成機構８をステータ５の内周に配設する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のステータと、
前記ステータの軸方向の一側に対向して配置された第１のロータと、
前記ステータの軸方向の他側に対向して配置された第２のロータと、
前記ステータの内周に配設されて前記第１のロータと前記第２のロータとを所定の変速比にて動力伝達可能に連結する出力合成機構と、を備えたことを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記出力合成機構は、サンギヤと、前記サンギヤに噛合するプラネタリギヤと、前記プラネタリギヤに噛合するリングギヤと、を備えた遊星歯車式の変速機構を有し、
前記変速機構は、前記サンギヤ或いは、前記プラネタリギヤを軸支するプラネタリ軸の何れかが、前記第１のロータ或いは、前記第２のロータの何れかにそれぞれ結合されていることを特徴とする請求項１記載のモータ。
【請求項３】
前記出力合成機構は、前記第１のロータ或いは前記第２のロータの何れか一方と前記変速機構との間に介装されたワンウェイクラッチと、
前記第１のロータと前記第２のロータとを直結するクラッチと、を有することを特徴とする請求項２記載のモータ。
【請求項４】
前記クラッチは、遠心クラッチであることを特徴とする請求項３記載のモータ。
【請求項５】
前記クラッチは、電磁クラッチであることを特徴とする請求項３記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つのステータに対して２つのロータを対向配置した２ロータ式のモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータにおいては、出力トルクの拡大や高効率化等のように、自由度の高いトルク特性を得ることを目的として、１つのステータに対して２つのロータを対向配置した２ロータ式のモータが提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、１個の円環状のステータと、その半径方向内方及び外方にそれぞれ互いに同軸の所定回転軸線上にて回転自在に配置したインナロータおよびアウタロータとよりなる三重構造をなし、アウタロータに連結されたアウタロータシャフト（出力軸）とインナロータに連結された中空のインナロータシャフト（出力軸）とを内外同軸に配置したモータが開示されている。さらに、特許文献１の技術では、中空のインナロータシャフトとアウタロータシャフトをそれぞれラビニョオ型遊星歯車列のサンギヤとリングギヤに接続することで、モータの両出力軸からの出力トルクを合成する出力合成機が開示されている。
【０００４】
ところで、この種のモータは、例えば、ハイブリッド車や電気自動車等の普及に伴い、各車輪のホイール内に配置されるインホイールモータとして適用することが期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１９４３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、２ロータ式のモータは、上述の特許文献１に開示されているように、２つのロータからの出力を合成するための出力合成機構を出力軸上に必要とするため、全体として外形が軸方向に大型化してしまう傾向にある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、軸方向に大型化させることなく、簡単な構成で自由度の高いトルク性能を得ることができるモータ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】
【０００８】
本発明の一態様によるモータは、環状のステータと、前記ステータの軸方向の一側に対向して配置された第１のロータと、前記ステータの軸方向の他側に対向して配置された第２のロータと、前記ステータの内周に配設されて前記第１のロータと前記第２のロータとを所定の変速比にて動力伝達可能に連結する出力合成機構と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のモータによれば、軸方向に大型化させることなく、簡単な構成で自由度の高いトルク性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】モータの要部断面図
【図２】モータの要部を示す分解斜視図
【図３】遠心クラッチ機構を示す斜視図
【図４】第１のロータと第２のロータの各出力トルクの特性図
【図５】は第１のロータと第２のロータとの合成トルクの特性図
【図６】モータの変形例を示す要部断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図１はモータの要部断面図、図２はモータの要部を示す分解斜視図、図３は遠心クラッチ機構を示す斜視図、図４は第１のロータと第２のロータの各出力トルクの特性図、図５は第１のロータと第２のロータとの合成トルクの特性図、図６はモータの変形例を示す要部断面図である。なお、説明を簡略化するため、図２においては、各部材間を連結するボルト等や、各部材間に介装されるベアリング等が適宜省略されている。
【００１２】
図１，２に示すモータ１は、例えば、自動車等の車両のインホイールモータ等に好適な三相交流モータである。このモータ１は、環状のステータ５と、ステータ５の中心軸Ｏ方向の一側に対向して配置された第１のロータ６と、ステータ５の中心軸Ｏ方向の他側に対向して配置された第２のロータ７と、ステータ５の内周に配設されて第１のロータ６と第２のロータ７とを所定の変速比にて動力伝達可能に連結する出力合成機構８と、を備えて構成されている。すなわち、本実施形態において、モータ１は、１つのステータ５に対して２つのロータ６，７が同軸上に対向配置された２ロータ式のモータであり、より具体的には、ステータ５に対して各ロータ６，７が中心軸Ｏ方向に対向配置された２ロータ式のアキシャルギャップモータである。
【００１３】
ステータ５は略円環状をなし、このステータ５上には、複数のステータ磁石１０が、軸Ｏを中心とする等ピッチ毎の環状に配置されている。すなわち、ステータ５上には、軸Ｏ方向に貫通する複数の磁石保持孔５ａが穿設され、これら各磁石保持孔５ａ内には、略円柱形状の永久磁石からなるステータ磁石１０がそれぞれ嵌合保持されている。
【００１４】
ステータ５の一側には、第１のハウジング１５がボルト締結等によって固設され、これら第１のハウジング１５とステータ５との間に形成された第１のロータ室１６内には、ステータ５と同軸上に対向配設された第１のロータ６が収容されている。
【００１５】
第１のロータ６は略円板状をなし、この第１のロータ６上には、ステータ磁石１０に対向する複数の第１のロータコイル２０が、ステータ５の軸Ｏを中心とする等ピッチ毎の環状に配設されている。
【００１６】
また、第１のロータ６の一側には、ステータ５の中心軸Ｏと同軸の略円筒状をなす段部２１が突設され、この段部２１の外周面には、第１のロータコイル２０と電気的に接続する三相のスリップリング２２が配設されている。これら各スリップリング２２には、第１のハウジング１５に配設された各相の電源端子２３がそれぞれ摺接され、これにより、図示しない三相交流電源から第１のロータコイル２０への電力供給が可能となっている。
【００１７】
さらに、段部２１の突端部からは、ステータ５の中心軸Ｏと同軸の略円柱状をなす第１のロータ軸２４が突設されている。この第１のロータ軸２４の基部にはラジアルベアリング２５の内周が嵌合され、このラジアルベアリング２５の外周が第１のハウジング１５に嵌合保持されることにより、第１のロータ６はステータ５に対して回動自在に軸支されている。ここで、第１のロータ軸２４はモータ出力軸として機能するものであり、この第１のロータ軸２４の先端部は、第１のハウジング１５に開口する軸孔１５ａを貫通して外部に露出されている。
【００１８】
一方、ステータ５の他側には、第２のハウジング３０がボルト締結等によって固設され、これら第２のハウジング３０とステータ５との間に形成された第２のロータ室３１内には、ステータ５と同軸上に対向配設された第２のロータ７が収容されている。
【００１９】
第２のロータ７は略円板状をなし、この第２のロータ７上には、ステータ磁石１０に対向する複数の第２のロータコイル３５が、ステータ５の軸Ｏを中心とする等ピッチ毎の環状に配設されている。
【００２０】
また、第２のロータ７の両側には、軸Ｏと同軸の略円柱状をなす第２のロータ軸３６が突設されている。この第２のロータ軸３６の一側の先端部は、第１のロータ軸２４の基部に形成された軸受穴２４ａ内に遊嵌されている。一方、第２のロータ軸３６の他側の基部外周面には、第２のロータコイル３５と電気的に接続する三相のスリップリング３７が配設されている。これら各スリップリング３７には、第２のハウジング３０に配設された各相の電源接触子３８がそれぞれ摺接され、これにより、図示しない三相交流電源から第２のロータコイル３５への電力供給が可能となっている。また、第２のロータ軸３６の他側の先端部にはラジアルベアリング３９の内周が嵌合され、このラジアルベアリング３９の外周が第２のハウジング３０に嵌合保持されることにより、第２のロータ７はステータ５に対して回動自在に軸支されている。
【００２１】
ここで、第１，第２のロータ６，７によって囲まれたステータ５の内周領域は機構収容室４０として設定され、この機構収容室４０内には、出力合成機構８が収容されている。
【００２２】
本実施形態において、出力合成機構８は、例えば、第２のロータ７の出力を所定の変速比（例えば、変速比「１／２」）で変速して第１のロータ６に伝達する遊星歯車式の変速機構４１と、第１のロータ６と第２のロータ７とを接離自在に締結可能な（すなわち、変速比「１」で連結可能な）クラッチ機構４２と、クラッチ機構４２による締結時に変速機構４１による動力伝達経路を解放可能なワンウェイクラッチ４３と、を有して構成されている。
【００２３】
変速機構４１は、サンギヤ４５と、サンギヤ４５に噛合する複数のプラネタリギヤ４６と、プラネタリギヤ４６に噛合するリングギヤ４７と、を有して構成されている。
【００２４】
この変速機構４１を構成する各部材のうち、サンギヤ４５は、ステータ５の内周において、第２のロータ軸３６の一側に遊嵌されている。さらに、サンギヤ４５は、その先端部が、ラジアルベアリング４８を介して、第１のロータ６に形成された段部２１の内周に回動自在に軸支されるとともに、その基端部が、スラストベアリング４９を介して、第２のロータ７に回動自在に軸支されている。
【００２５】
また、プラネタリギヤ４６は、第１のロータ６の他側からステータ５の内周に突設されたプラネタリ軸４６ａに回動自在に軸支されている。
【００２６】
また、リングギヤ４７は、ステータ５の一側に凹設された環状の凹部５ｂ内に収容され、ボルト締結等によって固設されている。
【００２７】
クラッチ機構４２は、例えば、遠心式のクラッチ機構（遠心クラッチ）であり、略円環状をなすクラッチ本体５０と、このクラッチ本体５０上に揺動自在に軸支された複数のクラッチシュー５１と、クラッチシュー５１をクラッチ本体５０上の基準位置に付勢するリターンスプリング５２と、を有して構成されている。
【００２８】
クラッチ本体５０は、プラネタリ軸４６ａを介して第１のロータ６に固設されている。一方、第２のロータ７からは環状のクラッチドラム５３が突設されており、このクラッチドラム５３の内周には、クラッチ本体５０に軸支された各クラッチシュー５１が接離可能に臨まされている。ここで、各リターンスプリング５２による付勢力は予め実験等に基づいてチューニングされており、第１のロータ６（すなわち、クラッチ本体５０）の回転数が所定回転数Ｎ０に達したとき、クラッチシュー５１は、その遠心力によってリターンスプリング５２の付勢力に抗して所定角度まで拡開される（図３中の２点鎖線参照）。これにより、クラッチシュー５１の外周面がクラッチドラム５３の内周面に当接され（すなわち、クラッチ機構４２が締結され）、第１のロータ６と第２のロータ７とが直結される。
【００２９】
ワンウェイクラッチ４３は、第２のロータ７とサンギヤ４５との間に介装されている。具体的に説明すると、第２のロータ７の一側には、第２のロータ軸３６と同心の円環状をなす凹部７ａが形成されており、この凹部７ａの内周面には、サンギヤ４５に外嵌するワンウェイクラッチ４３の外周面が嵌合されている。そして、クラッチ機構４２が解放状態にあるとき、ワンウェイクラッチ４３は、第２のロータ７の出力をサンギヤ４５へと伝達する。一方、クラッチ機構４２が締結状態となると、ワンウェイクラッチ４３は、サンギヤ４５に対して第２のロータ７を空転させる。
【００３０】
ここで、例えば、第１，第２のロータ６，７に実装される第１，第２のロータコイル２０，３５の仕様等が同等である場合において、クラッチ機構４２が全回転量域において締結されないと仮定すると、第１，第２のロータコイル２０，３５に個別に電流を流したとき出力軸（第１のロータ軸２４）に伝達される回転数及びトルクは、図４に示す特性となる。すなわち、図４中に実線で示すように、第２のロータ７の出力回転数は変速機構４１によって１／２に減速されるため、第２のロータ７から出力軸に伝達されるトルクは、第１のロータ６から出力軸に伝達されるトルク（図４中の破線参照）の２倍となる。
【００３１】
従って、図４に示した第１，第２のロータ６，７の出力特性を合成すると、例えば、図５中に１点鎖線で示す特性を得ることができる。但し、本実施形態においては、出力合成機構８にクラッチ機構４２を備えることにより、第１のロータ６の回転数がＮ０に達した以降は、クラッチ機構４２の締結によって第１，第２のロータ６，７が直結され、出力軸に伝達されるトルクは第１のロータ６単体によるトルクの略２倍となる。なお、リターンスプリング５２等のチューニングによりクラッチ機構４２の締結タイミング（回転数Ｎ０）を変更することにより、各ロータ６，７の出力限界の範囲内において、トルク偏重の特性或いは回転数偏重の特性を適宜設定することが可能である。
【００３２】
このような実施形態によれば、環状のステータ５と、ステータ５の軸方向の一側に対向して配置された第１のロータ６と、ステータ５の他側の対向して配置された第２のロータ７と、第１のロータ６と第２のロータ７とを所定の変速比にて動力伝達可能に連結する出力合成機構８とを備え、第１，第２のロータ６，７の出力を出力合成機構８によって合成して出力軸に伝達することにより、簡単な構成で自由度の高いトルク特性を得ることができる。この場合において、第１，第２のロータ６，７がステータ５の軸Ｏ方向に対向するアキシャルギャップ式を採用し、出力合成機構８をステータ５の内周に配設することにより、出力合成機構８を効率よく配置することができ、モータ１の軸方向への大型化を的確に防止することができる。
【００３３】
また、出力合成機構８を構成する変速機構４１に遊星歯車式の変速機構を採用することにより、コンパクトな構成で第１，第２のロータ６，７間の出力伝達経路を構成することができる。
【００３４】
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲内である。例えば、図６に示すように、遠心式のクラッチ機構４２（遠心クラッチ）に代えて、第１のロータ６と第２のロータ７との間に電磁クラッチ６０を介装することも可能である。このように構成すれば、第１，第２のロータコイル２０，３５にそれぞれ付与する電流のみならず、第１，第２のロータ６，７を直結するタイミングも任意に制御することができ、より自由度の高いトルク性能を得ることができる。
【００３５】
また、変速機構４１を構成するサンギヤ４５、プラネタリギヤ４６のプラネタリ軸４６ａ、及び、リングギヤ４７と、ステータ５、第１のロータ６、及び、第２のロータ７との結合関係は、上述のものに限定されるものでなく適宜変更が可能である。例えば、図示しないが、出力軸は第２のロータ軸とし、第１のロータ軸２４を貫通するようにすると共に、サンギヤ４５を第１のロータ６に結合し、プラネタリ軸４６ａを第２のロータ７に結合し、リングギヤ４７をステータ５に結合することも可能である。また、変速機構４１による変速比については、上述のものに限定されないことは勿論である。
【００３６】
さらに、第１，第２のロータ６，７による合成トルクの特性を出力回転数に応じて切り替える必要がない場合等には、出力合成機構８のクラッチ機構４２及びワンウェイクラッチ４３等を適宜省略して、サンギヤ４５を第２のロータ７等に直結することも可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１  …  モータ
５  …  ステータ
５ａ  …  磁石保持孔
５ｂ  …  凹部
６  …  第１のロータ
７  …  第２のロータ
７ａ  …  凹部
８  …  出力合成機構
１０  …  ステータ磁石
１５  …  第１のハウジング
１５ａ  …  軸孔
１６  …  第１のロータ室
２０  …  第１のロータコイル
２１  …  段部
２２  …  スリップリング
２３  …  電源端子
２４  …  第１のロータ軸（出力軸）
２４ａ  …  軸受穴
２５  …  ラジアルベアリング
３０  …  第２のハウジング
３１  …  第２のロータ室
３５  …  第２のロータコイル
３６  …  第２のロータ軸
３７  …  スリップリング
３８  …  電源接触子
３９  …  ラジアルベアリング
４０  …  機構収容室
４１  …  変速機構
４２  …  クラッチ機構
４３  …  ワンウェイクラッチ
４５  …  サンギヤ
４６  …  プラネタリギヤ
４６ａ  …  プラネタリ軸
４７  …  リングギヤ
４８  …  ラジアルベアリング
４９  …  スラストベアリング
５０  …  クラッチ本体
５１  …  クラッチシュー
５２  …  リターンスプリング
５３  …  クラッチドラム
６０  …  電磁クラッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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