JP3627559B2

JP3627559B2 - Multilayer motor

Info

Publication number: JP3627559B2
Application number: JP02269299A
Authority: JP
Inventors: 久行古瀬; 弘之平野; 正樹中野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2019-01-29
Also published as: JP2000224836A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車や電気自動車等の駆動源に適用される三層構造（２ロータ＋１ステータ）の多層モータの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、多層モータとしては、例えば、特開平９−２７５６７３号公報に記載のものが知られている。
【０００３】
この公報には、中間層に共通磁極構造（ロータに相当）を配置し、その内外に内層アーマチュア（ステータに相当）と外層アーマチュア（ステータに相当）を配置することで三層構造（１ロータ＋２ステータ）とした多層モータが示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の多層モータにあっては、１ロータ＋２ステータによる三層構造であるが、コイルが形成されたステータの数を減らすことを意図し、ロータとステータを置き換え、中間層にステータを配置し、その内外にロータを配置することで三層構造（２ロータ＋１ステータ）とする多層モータが考えられる。しかし、この場合、ステータを中間層に配置するとステータを片持ちにより支持しなければならなくなる。
【０００５】
そこで、１つのステータを内層或は外層に配置することでステータの支持性を向上させることができる。
【０００６】
しかし、１つのステータを内層或は外層に配置すれば、２つのロータが径方向に隣接する積層状態で配置されることになるため、下記に述べる問題が発生することになる。
（１）ロータには、周方向に等間隔配置で軸方向に沿って複数のマグネットが埋設されるが、周方向に隣接するマグネットとマグネットの間で磁力線の回り込みによる磁界が生じる。よって、ステータからの磁束がステータ側のロータからもう一方のロータに到達しようとしても周方向のマグネット間磁界により磁力線衝突が起こり、ステータから遠い方のロータまで磁束が到達しにくい。
（２）径方向に隣接する２つのロータは、互いの相対回転により、径方向に向かい合うマグネットの磁極が同極になり、互いに反発し合う状況が繰り返されると、同磁極の衝突によりマグネットの磁力が低減する減磁作用が発生する。
【０００７】
本発明は、２つのロータが径方向に積層配置される場合の上記（１），（２）の弊害に着目してなされたもので、その目的とするところは、２つのロータが径方向に積層配置された三層構造の多層モータにおいて、ステータから近い方のロータを経過して遠い方のロータへ磁束を到達させる磁束通過性の確保と同極反発による減磁作用の低減とをうまく両立させることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、周方向に等間隔配置で軸方向に沿って埋設された複数のマグネットを有する２つのロータと、コイルが形成された１つのステータを三層構造かつ同一軸上に構成した多層モータにおいて、
前記２つのロータを内周側、或は、外周側に積層して配置し、前記１つのステータを最内周位置或は最外周位置に配置した三層構造とし、
前記２つのロータには、周方向に隣接するマグネット間に、周方向の磁力線を断ち切りながら内外の磁極が反発する状態では磁力線を形成して反発を抑える第１空隙と第２空隙をそれぞれ軸方向に形成し、
前記ステータに近い第１ロータの第１空隙を、周方向に隣接するマグネット間に開穴されるボルト穴から第２ロータに向かって径方向に途中位置まで延びる溝による空隙とし、
前記ステータから遠い第２ロータの第２空隙を、マグネットを設定するマグネット溝の両端部から第１ロータに向かって斜め方向に途中位置まで延びる溝による空隙としたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の多層モータにおいて、
前記第１ロータを２つの第１ベアリングにより両端支持とし、
前記第２ロータを２つの第２ベアリングにより両端支持としたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の多層モータにおいて、
前記ステータを、最外周位置に配置し、前記第１ロータ及び第２ロータを、ステータの内周側に積層して配置することで三層構造としたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の多層モータにおいて、
前記第１ロータ及び第２ロータを、両端支持部を介して一体に構成したことを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の多層モータにおいて、
前記第１ロータ及び第２ロータの軸方向幅を、ステータの軸方向幅より広くすると共に、内外に配置される２つのロータのうち内側配置のロータ軸方向幅を外側配置のロータ軸方向幅より広くしたことを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載の多層モータにおいて、
モータ機能とジェネレータ機能を発揮するハイブリッド車用モータとして適用したことを特徴とする。
【００１５】
【発明の作用および効果】
請求項１記載の発明にあっては、ステータから積層された２つのロータへの磁束は、２つのロータの周方向に隣接するマグネット間に周方向の磁力線を断ち切る第１空隙と第２空隙が形成されていることで、マグネット間磁界による磁力線衝突が抑えられ、ステータから遠い方のロータまで磁束が到達する。また、２つのロータの相対回転によって同極同士が径方向に向かって反発する状態では、異極間での磁力線形成を確保する第１空隙と第２空隙の設定により、磁力反発が抑えられる。
よって、２つのロータが径方向に積層配置された三層構造の多層モータでありながら、ステータから近い方のロータを経過して遠い方のロータへ磁束を到達させる磁束通過性の確保と同極反発による減磁作用の低減とをうまく両立させることができる。加えて、ステータとロータとのクリアランスが一面のみであることで、中間層にステータを配置しステータとロータとのクリアランスが二面となる多層モータに比べ、クリアランス管理が容易であると共に、組み付け性が良い。
そして、それぞれボルト穴とマグネット溝を利用した簡単な構成により、周方向の磁力線を断ち切りながら内外の磁極が反発する状態では磁力線を形成して反発を抑える第１空隙と第２空隙を両ロータに形成することができる。加えて、第２空隙を斜めにしたことでマグネットの位置決めを容易にすることができるし、また、外側に向けたことで磁力線を確実に遮断することができる。
【００１７】
請求項２記載の発明にあっては、第１ロータと第２ロータが支持性の高い両端支持とされることで、振れのない安定したロータ回転が確保される。
【００１８】
請求項３記載の発明にあっては、ステータが最外周位置に配置されることで、広い放熱面積により高い冷却性を得ることができるし、また、同じモータサイズの場合にはコイル巻き数を多くすることができるし、一方、同じコイル巻き数の場合にはサイズ的にコンパクトなモータとすることができる。
【００１９】
請求項４記載の発明にあっては、第１ロータ及び第２ロータが両端支持部を介して一体に構成されていることで、第１ロータと第２ロータとのクリアランスをサブアッシーによりきわめて小さく設定することができるし、組み付け性も向上する。
【００２０】
請求項５記載の発明にあっては、例えば、ステータが外周側に固定の場合、ケースに支持される外ロータのガタ等による軸方向移動幅より、外ロータを介してケースに支持される内ロータの軸方向移動幅が広くなる。この軸方向移動幅を考慮したロータの軸方向長設定により、各ロータに軸方向ずれが発生してもコイルの設計値を保証することができる。
【００２１】
請求項６記載の発明にあっては、ステータコイルへの制御電流によりロータ自体が回転することでモータとして作用し、各ロータを外部から回転させることで発電機として作用する。
よって、外観上は単一のモータでありながらモータ機能とジェネレータ機能が共に発揮されることになり、走行状況によってエンジン駆動モードとモータ駆動モードを使い分け、また、エンジンや駆動輪からの回転により発電する発電モードを持つハイブリッド車用モータとしてきわめて有用である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）実施の形態１は請求項１〜６に記載の発明に対応する多層モータである。
【００２３】
まず、実施の形態１の多層モータが適用された車両のハイブリッド駆動装置について説明する。
【００２４】
図４に示すように、車両のハイブリッド駆動装置は、多重ロータ構造の多層モータ１、エンジン（図示せず）、プラネタリギヤ機構３、リダクションギヤ機構４、ディファレンシャルギヤ機構５等から構成される。
【００２５】
多層モータ１、エンジン、プラネタリギヤ機構３はそれぞれ第一の軸線Ｏ_１上に設けられ、軸線Ｏ_１と平行な軸線Ｏ_２上にリダクションギヤ機構４が設けられ、同じく軸線Ｏ_１と平行な軸線Ｏ_３上にディファレンシャルギヤ機構５が設けられている。
【００２６】
エンジンまたは多層モータ１により発生する出力トルクは、出力ギヤ３５、リダクションギヤ機構４を介して反転しかつ減速してファイナルギヤ１８に伝達され、回転を差動させて左右の駆動輪に伝達される。
【００２７】
リダクションギヤ機構４のアイドラ軸３６には、出力ギヤ３５に噛合う一次減速ギヤ１６と、ディファレンシャルギヤ機構５のファイナルギヤ１８に噛合う二次減速ギヤ１７と、駐車時に固縛されるパーキングギヤ１９とがそれぞれ結合されている。
【００２８】
多層モータ１は、ステータ１０と外ロータ２０と内ロータ３０がそれぞれ所定のギャップを持って同心円上に配置する三層の多重ロータ構造をしている。ステータ１０はモータハウジング９に固定され、外ロータ２０はプラネタリギヤ機構３のリングギヤ３３にスプライン結合され、内ロータ３０はプラネタリギヤ機構３のサンギヤ３１が設けられたロータ軸１１に固定されている。
【００２９】
プラネタリギヤ機構３は、３つの歯車要素として、サンギヤ３１と、サンギヤ３１に噛み合う複数のピニオン３２と、各ピニオン３２を支持するキャリア３４と、各ピニオン３２に噛合うリングギヤ３３とを備えている。
【００３０】
プラネタリギヤ機構３において、サンギヤ３１は内ロータ３０に連結され、キャリア３４はエンジン出力軸２４及びフライホイールダンパ２６を介してエンジンのクランクシャフト５０に連結され、リングギヤ３３は外ロータ２０に連結されるとともに出力ギヤ３５に連結される。尚、ドライブプレート４９はクランクシャフト５０の後端にボルト２９を介して締結される。
【００３１】
外ロータ２０はリングギヤ３３を介して出力ギヤ３５と連結されることにより、車両の発進時等に外ロータ２０から出力ギヤ軸４０に大きいトルクを直接付与できる。また、車両の減速時に出力ギヤ３５から外ロータ２０にトルクを直接付与して回生発電が有効に行われる。
【００３２】
電磁クラッチ６の非締結時には、エンジンの発生トルクが、クランクシャフトからドライブプレート４９とフライホイールダンパ２６及びエンジン出力軸２４を介してキャリア３４に伝達され、各ピニオン３２を介してサンギヤ３１とリングギヤ３３に分配される。このとき、内ロータ３０と外ロータ２０を電動機または発電機として作動させて出力ギヤ３５の回転速度とトルクが調節される。また、内ロータ３０を電動機として作動させてクランクシャフト５０を回転駆動することにより、エンジンの始動が行われる。
【００３３】
電磁クラッチ６の締結時には、エンジンの発生トルクが、クランクシャフト５０からドライブプレート４９、ドライブメンバ６２、ドリブンメンバ６１およびクラッチ出力軸６０を介して出力ギヤ３５に伝達されるため、車両の高速走行時に、エンジンの発生トルクを直接に出力ギヤ３５に伝達する。これら電磁クラッチ６、ドライブプレート４９、フライホイールダンパ２６およびドライブプレート４９は、フライホイールのマスの役割をする。
【００３４】
ハイブリッド駆動装置は、多層モータ１をモータハウジング９に収装してユニット化されたサブアッセンブリと、プラネタリギヤ機構３とリダクションギヤ機構４およびディファレンシャルギヤ機構５等をギヤハウジング５６とクラッチハウジング５７に収装してユニット化されたサブアッセンブリに分離できる構造とする。
【００３５】
次に、実施の形態１の多層モータの構成を図１〜図３により説明する。
【００３６】
多層モータ１は、１つのステータ１０を最外周位置に配置し、２つのロータ２０，３０を内周側に積層して配置した三層構造かつ同一軸上に構成している。
【００３７】
前記ステータ１０は、軸方向に積層される複数のコア鋼板２１と、積層されたコア鋼板２１に巻かれる複数のコイル１５（２４個）によって構成され、モータハウジング９の内面に圧入や焼きばめ等により固定される。尚、焼きばめによりステータ１０を固定した場合には、焼きばめ温度以下であればモータハウジング９との密着状態が保たれ、発熱の大きいステータ１０を効率良く冷却することができる。
ステータ１０のコイル１５は、外ロータ２０と内ロータ３０の間で共通化され、各コイル１５に外ロータ２０と内ロータ３０に対する回転磁場が発生するように複合電流を流すことにより、外ロータ２０と内ロータ３０を電動機（モータ）または発電機（ジェネレータ）として作動させる。これにより、多層モータ１の小型化が図られるとともに、電流による損失が小さく抑えられる。この多層モータ１の基本構造については、本出願人により特願平１０−７７４４９号として、既に提案されている。
前記モータハウジング９には、ステータ１０を冷却する冷却水が通る冷却水路９ａが軸方向に貫通して形成されている。そして、モータハウジング９にボルト２にて一体に固定されるギヤハウジング５６には入口水路９ｂと出口水路９ｃとバイパス水路９ｄが形成され、エンドプレート５８にはバイパス水路９ｅが形成され、これらの水路９ａ〜９ｅにより冷却水を循環させるようにしている。
【００３８】
前記外ロータ２０は、軸方向に積層される複数の磁性板２０ａと、積層された磁性板２０ａを貫通して周方向に等間隔配置で軸方向に沿って８個形成されたマグネット溝２０ｂと、各マグネット溝２０ｂに埋設された８個のマグネット２２と、周方向に隣接するマグネット２２，２２間に軸方向に形成された第１空隙２３と、積層された磁性板２０ａの両端部にボルト２５により固定された支持プレート２７，２８を有する構成である。この外ロータ２０は、２つの第１ベアリング４７，４８により両端がモータハウジング９とギヤハウジング５６に支持されている。
【００３９】
前記内ロータ３０は、軸方向に積層される複数の磁性板３０ａと、積層された磁性板３０ａを貫通して周方向に等間隔配置で軸方向に沿って４個形成されたマグネット溝３０ｂと、各マグネット溝３０ｂに埋設された４個のマグネット３７と、マグネット３７の両端部に軸方向に形成された第２空隙３８を有する構成である。この内ロータ３０は、ロータ軸１１に対し圧入等により固定されていて、ロータ軸１１は２つの第２ベアリング４１，４２により両端が支持プレート２７，２８に対し支持されている。
【００４０】
前記第１空隙２３と第２空隙３８は、周方向の磁力線を断ち切りながら内外の磁極が反発する状態では磁力線を形成して反発を抑える空隙である。一方のステータ１０に近い外ロータの第１空隙２３は、図３に示すように、周方向に隣接するマグネット２２，２２間に開穴されるボルト穴から内ロータ３０に向かって径方向に途中位置まで延びる溝による空隙とされる。他方のステータ１０から遠い内ロータ３０の第２空隙３８は、マグネット３７を設定するマグネット溝３０ｂの両端部から外ロータ２０に向かって斜め方向に途中位置まで延びる溝による空隙とされている。
【００４１】
前記外ロータ２０，内ロータ３０及びロータ軸１１は、内ロータ３０の両端を支持する第２ベアリング４１，４２を介して一体に構成されている。
【００４２】
また、外ロータ２０及び内ロータ３０の軸方向幅は、ステータ１０の軸方向幅より広くすると共に、内ロータ３０のロータ軸方向幅を外ロータ２０のロータ軸方向幅より広く設定されている。
【００４３】
さらに、ロータ軸１１の端部には、内ロータ３０の回転数を計測する内ロータ回転センサ４５が設けられ、支持プレート２７の端部には、外ロータ２０の回転数を計測する外ロータ回転センサ４６が設けられている。
【００４４】
次に、空隙による作用について説明する。
【００４５】
ステータ１０から積層された２つのロータ２０，３０への磁束は、図５に示すように、外ロータ２０の周方向に隣接するマグネット２２，２２間に周方向の磁力線を断ち切る第１空隙２３が形成され、内ロータ３０のマグネット３７の両端部からの磁力線回り込みを断ち切る第２空隙３８が形成されていることで、マグネット間磁界による磁力線衝突が抑えられ、ステータ１０から遠い方の内ロータ３０まで磁束が到達する。
【００４６】
また、図６に示すように、２つのロータ２０，３０の相対回転によって同極同士が径方向に向かって反発する状態では、異極間での磁力線形成を確保する第１空隙２３と第２空隙３８の設定により、外ロータ２０の周方向に隣接するマグネット２２，２２間では、磁力線許容通路（ｘ部分）を介して異極間での周方向の磁力線形成が確保され、向かい合うマグネット２２，３７間では、２つの空隙２３，３８に挟まれる磁力線許容領域を介して異極間での径方向の磁力線形成が確保され、磁力反発が抑えられる。尚、図６のｘの値は、減磁作用の低減を考慮した計算により算出している。
【００４７】
次に、効果について説明する。
（１）２つのロータ２０，３０を内周側に積層して配置し、１つのステータ１０を最外周位置に配置した三層構造とし、２つのロータ２０，３０には、周方向に隣接するマグネット２２，２２とマグネット３７，３７間に、周方向の磁力線を断ち切りながら内外の磁極が反発する状態では磁力線を形成して反発を抑える第１空隙２３と第２空隙３８をそれぞれ軸方向に形成したため、２つのロータ２０，３０が径方向に積層配置された三層構造の多層モータ１でありながら、ステータ１０から近い方の外ロータ２０を経過して遠い方の内ロータ３０へ磁束を到達させる磁束通過性の確保と同極反発による減磁作用の低減とをうまく両立させることができる。
加えて、ステータ１０と外ロータ２０とのクリアランスが一面のみであることで、中間層にステータを配置しステータとロータとのクリアランスが二面となる多層モータに比べ、クリアランス管理が容易であると共に、組み付け性が良い。
（２）ステータ１０に近い外ロータ２０の第１空隙２３を、周方向に隣接するマグネット２２，２２間に開穴されるボルト穴から内ロータ３０に向かって径方向に途中位置まで延びる溝による空隙とし、ステータ１０から遠い内ロータ３０の第２空隙３８を、マグネット３７を設定するマグネット溝３０ｂの両端部から外ロータ２０に向かって斜め方向に途中位置まで延びる溝による空隙としたため、それぞれボルト穴とマグネット溝３０ｂを利用した簡単な構成により、第１空隙２３と第２空隙３８を両ロータ２０，３０に形成することができる。加えて、第２空隙３８を斜めにしたことでマグネット３７の位置決めを容易にすることができるし、また、外側に向けたことで磁力線を確実に遮断することができる。
（３）外ロータ２０を２つの第１ベアリング４７，４８により両端支持とし、内ロータ３０を２つの第２ベアリング４１，４２により両端支持としたため、両ロータ２０，３０が共に高い支持性が得られ、振れのない安定したロータ回転が確保される。
（４）ステータ１０を、最外周位置に配置し、外ロータ２０及び内ロータ３０を、ステータ１０の内周側に積層配置する三層構造としたため、ステータを中間層や最内層に配置する場合に比べ、ステータ１０の放熱面積を広く確保でき、これにより高い冷却性を得ることができる。また、同じモータサイズの場合には、ステータを中間層や最内層に配置する場合に比べ、コイル巻き数を多くすることができるし、一方、同じコイル巻き数の場合には、ステータを中間層や最内層に配置する場合に比べ、サイズ的にコンパクトなモータとすることができる。
（５）外ロータ２０及びロータ軸１１を含む内ロータ３０を、両端支持部の第２ベアリング４１，４２を介して一体に構成したため、外ロータ２０と内ロータ３０とのクリアランスをサブアッシーによりきわめて小さく設定することができるし、部品のユニット化により組み付け性も向上する。
（６）モータ作動時、固定されたステータ１０に対し第１ベアリング４７，４８を介して支持される外ロータ２０のガタや組み付け誤差等による軸方向移動幅より、外ロータ２０を介してモータハウジング９に支持される内ロータ３０の軸方向移動幅が広くなる。これに対し、外ロータ２０及び内ロータ３０の軸方向幅を、ステータ１０の軸方向幅より広くすると共に、内ロータ３０のロータ軸方向幅を外ロータ２０のロータ軸方向幅より広くした、つまり、この軸方向移動幅を考慮したロータの軸方向長設定としたことにより、各ロータ２０，３０に軸方向ずれが発生してもコイル１５の設計値を保証することができる。
（７）コイル１５への制御電流によりロータ自体が回転することでモータとして作用し、各ロータ２０，３０を外部から回転させることで発電機として作用する。よって、外観上は単一のモータでありながらモータ機能とジェネレータ機能が共に発揮されることになり、走行状況によってエンジン駆動モードとモータ駆動モードを使い分け、また、エンジンや駆動輪からの回転により発電する発電モードを持つハイブリッド車用モータとしてきわめて有用である。
（その他の実施の形態）
実施の形態１では、最外周位置にステータを配置する例を示したが、最内周位置にステータを配置する例としても良い。
【００４８】
実施の形態１では、多層モータをハイブリッド車用モータとして適用する例を示したが、モータとジェネレータがそれぞれ設けられるような用途やジェネレータ機能が加わればより好適となるような用途等、他の用途へ適用しても良い。
【００４９】
実施の形態１では、第１空隙と第２空隙としてボルト穴やマグネット溝を利用する例を示したが、空隙の具体的形状は実施の形態１に限られることはないし、加えて、空隙に磁力線遮断効果をより高める物質を充填する例としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の多層モータを示す断面図である。
【図２】実施の形態１の多層モータを示す図１Ａ−Ａ線断面図である。
【図３】実施の形態１の多層モータの外ロータ及び内ロータを示す拡大断面図である。
【図４】実施の形態１の多層モータが適用された車両のハイブリッド駆動装置を示す断面図である。
【図５】実施の形態１の多層モータでの第１空隙及び第２空隙による磁束通過作用を示す作用説明図である。
【図６】実施の形態２の多層モータでの第１空隙及び第２空隙による減磁低減作用を示す作用説明図である。
【符号の説明】
１多層モータ
１０ステータ
１１ロータ軸
１５コイル
２０外ロータ
３０内ロータ
２２マグネット
２３第１空隙
３７マグネット
３８第２空隙
４１，４２第２ベアリング
４７，４８第１ベアリング[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention belongs to the technical field of a multilayer motor having a three-layer structure (2 rotor + 1 stator) applied to a drive source such as a hybrid vehicle or an electric vehicle.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a multilayer motor, for example, the one described in JP-A-9-275673 is known.
[0003]
In this publication, a common magnetic pole structure (corresponding to a rotor) is arranged in an intermediate layer, and an inner layer armature (corresponding to a stator) and an outer layer armature (corresponding to a stator) are arranged inside and outside thereof, thereby forming a three-layer structure (one rotor + 2 A multi-layer motor as a stator is shown.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional multi-layer motor has a three-layer structure with one rotor and two stators. However, in order to reduce the number of stators on which coils are formed, the rotor and the stator are replaced, and the stator is used as an intermediate layer. A multilayer motor having a three-layer structure (2 rotors + 1 stator) can be considered by arranging the rotors inside and outside thereof. However, in this case, if the stator is disposed in the intermediate layer, the stator must be supported by cantilever.
[0005]
Thus, the supportability of the stator can be improved by arranging one stator in the inner layer or the outer layer.
[0006]
However, if one stator is arranged in the inner layer or the outer layer, the two rotors are arranged in a stacked state adjacent to each other in the radial direction, which causes the following problems.
(1) In the rotor, a plurality of magnets are embedded along the axial direction at equal intervals in the circumferential direction, but a magnetic field is generated between the magnets adjacent to each other in the circumferential direction due to the wraparound of the magnetic lines of force. Therefore, even if the magnetic flux from the stator tries to reach the other rotor from the rotor on the stator side, the magnetic field collision occurs due to the magnetic field between the magnets in the circumferential direction, and the magnetic flux hardly reaches the rotor far from the stator.
(2) When two rotors adjacent to each other in the radial direction have the same magnetic poles facing each other in the radial direction due to relative rotation with each other, and the situation in which they repel each other is repeated, the magnetic force of the magnets due to the collision of the same magnetic poles. Demagnetizing action occurs.
[0007]
The present invention has been made by paying attention to the adverse effects of the above (1) and (2) when two rotors are stacked in the radial direction. The purpose of the present invention is to provide two rotors in the radial direction. In a multi-layered motor with a three-layer structure, the magnetic flux passing property that allows the magnetic flux to reach the far rotor after passing through the rotor closer to the stator is well balanced with the reduction of the demagnetization effect due to repulsion with the same polarity. There is to make it.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, two rotors having a plurality of magnets embedded in the axial direction at equal intervals in the circumferential direction, and one stator having coils formed thereon have a three-layer structure on the same axis. In the constructed multilayer motor,
The two rotors are arranged on the inner circumference side or the outer circumference side, and the three stators are arranged at the innermost circumference position or the outermost circumference position.
In the two rotors, a first gap and a second gap are formed between the magnets adjacent to each other in the circumferential direction so as to form a line of magnetic force and suppress the repulsion when the inner and outer magnetic poles are repelled while cutting off the circumferential magnetic lines. formed in,
The first gap of the first rotor close to the stator is a gap formed by a groove extending from a bolt hole opened between magnets adjacent in the circumferential direction to a midway position in the radial direction toward the second rotor,
The second gap of the second rotor far from the stator is a gap formed by a groove extending from the both ends of the magnet groove for setting the magnet to the middle position in an oblique direction toward the first rotor .
[0010]
The invention according to claim 2 is the multilayer motor according to claim 1 ,
The first rotor is supported at both ends by two first bearings,
The second rotor is supported at both ends by two second bearings.
[0011]
The invention according to claim 3 is the multilayer motor according to claim 1 or 2 ,
The stator is arranged at the outermost peripheral position, and the first rotor and the second rotor are laminated on the inner peripheral side of the stator to form a three-layer structure.
[0012]
The invention according to claim 4 is the multilayer motor according to any one of claims 1 to 3 ,
The first rotor and the second rotor are formed integrally with both end support portions.
[0013]
The invention according to claim 5 is the multilayer motor according to any one of claims 1 to 4 ,
The axial width of the first rotor and the second rotor is wider than the axial width of the stator, and the inner axial width of the two rotors arranged inside and outside is larger than the outer axial width of the rotor. Characterized by widening.
[0014]
The invention according to claim 6 is the multilayer motor according to any one of claims 1 to 5 ,
It is characterized by being applied as a hybrid vehicle motor that exhibits a motor function and a generator function.
[0015]
Operation and effect of the invention
In the first aspect of the present invention, the magnetic flux from the stator to the two laminated rotors includes the first gap and the second gap that cut off the circumferential magnetic field lines between the magnets adjacent in the circumferential direction of the two rotors. By being formed, the magnetic force line collision caused by the magnetic field between the magnets is suppressed, and the magnetic flux reaches the rotor farther from the stator. Further, in the state where the same poles repel in the radial direction due to the relative rotation of the two rotors, the magnetic repulsion can be suppressed by setting the first gap and the second gap to ensure the formation of the magnetic lines of force between the different poles.
Therefore, it is the same polarity as ensuring the magnetic flux passage property that allows the magnetic flux to reach the far rotor after passing through the rotor closer to the stator, even though it is a three-layered multilayer motor in which two rotors are laminated in the radial direction. It is possible to achieve a good balance between reducing the demagnetization effect due to repulsion. In addition, since the clearance between the stator and the rotor is only one side, the clearance is easier to manage and easier to assemble than a multi-layer motor in which the stator is arranged in the middle layer and the clearance between the stator and the rotor is two sides. Is good.
Then, with a simple configuration using bolt holes and magnet grooves, the first and second air gaps are formed in both rotors to suppress the repulsion by forming the magnetic force lines in the state where the inner and outer magnetic poles are repelled while cutting off the magnetic lines of force in the circumferential direction. Can be formed. In addition, it is possible to facilitate positioning of the magnet by making the second gap slanted, and it is possible to reliably block the magnetic lines of force by facing the outside.
[0017]
In the second aspect of the invention, the first rotor and the second rotor are supported at both ends with high supportability, so that stable rotor rotation without vibration is ensured.
[0018]
In the invention according to claim 3 , by arranging the stator at the outermost peripheral position, it is possible to obtain a high cooling performance with a wide heat radiation area, and in the case of the same motor size, the number of coil turns can be reduced. On the other hand, if the number of coil turns is the same, the motor can be made compact in size.
[0019]
In the invention according to claim 4 , the first rotor and the second rotor are integrally configured via both end support portions, so that the clearance between the first rotor and the second rotor is made extremely small by the sub-assembly. It can be set and the assembly is improved.
[0020]
In the fifth aspect of the present invention, for example, when the stator is fixed to the outer peripheral side, the inner movement supported by the case via the outer rotor is larger than the axial movement width due to the play of the outer rotor supported by the case. The axial movement width of the rotor is widened. By setting the axial length of the rotor in consideration of this axial movement width, the design value of the coil can be guaranteed even if axial deviation occurs in each rotor.
[0021]
In the sixth aspect of the invention, the rotor itself is rotated by the control current to the stator coil to act as a motor, and each rotor is rotated from the outside to act as a generator.
Therefore, both the motor function and the generator function are exhibited despite the appearance of a single motor, and the engine drive mode and the motor drive mode are properly used depending on the driving situation, and power is generated by the rotation from the engine and drive wheels. It is extremely useful as a hybrid vehicle motor having a power generation mode.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1) Embodiment 1 is a multilayer motor corresponding to the invention described in claims 1-6 .
[0023]
First, a hybrid drive device for a vehicle to which the multilayer motor of the first embodiment is applied will be described.
[0024]
As shown in FIG. 4, the vehicle hybrid drive device includes a multi-rotor multilayer motor 1, an engine (not shown), a planetary gear mechanism 3, a reduction gear mechanism 4, a differential gear mechanism 5, and the like.
[0025]
Multilayer motor 1, an engine, a planetary gear mechanism 3 are provided on the first shaft line O _1, the reduction gear mechanism 4 is provided on the axis O ₁ and parallel to the axis O _2, also the axis O ₁ and parallel to the axis O ₃ is provided with a differential gear mechanism 5.
[0026]
The output torque generated by the engine or the multi-layer motor 1 is reversed and decelerated via the output gear 35 and the reduction gear mechanism 4 and transmitted to the final gear 18, and is transmitted to the left and right drive wheels with differential rotation. .
[0027]
The idler shaft 36 of the reduction gear mechanism 4 has a primary reduction gear 16 that meshes with the output gear 35, a secondary reduction gear 17 that meshes with the final gear 18 of the differential gear mechanism 5, and a parking gear 19 that is secured during parking. And are combined.
[0028]
The multilayer motor 1 has a three-layer multi-rotor structure in which the stator 10, the outer rotor 20, and the inner rotor 30 are arranged concentrically with predetermined gaps. The stator 10 is fixed to the motor housing 9, the outer rotor 20 is splined to the ring gear 33 of the planetary gear mechanism 3, and the inner rotor 30 is fixed to the rotor shaft 11 provided with the sun gear 31 of the planetary gear mechanism 3.
[0029]
The planetary gear mechanism 3 includes, as three gear elements, a sun gear 31, a plurality of pinions 32 that mesh with the sun gear 31, a carrier 34 that supports each pinion 32, and a ring gear 33 that meshes with each pinion 32.
[0030]
In the planetary gear mechanism 3, the sun gear 31 is connected to the inner rotor 30, the carrier 34 is connected to the engine crankshaft 50 via the engine output shaft 24 and the flywheel damper 26, and the ring gear 33 is connected to the outer rotor 20. Connected to the output gear 35. The drive plate 49 is fastened to the rear end of the crankshaft 50 via a bolt 29.
[0031]
The outer rotor 20 is connected to the output gear 35 via the ring gear 33, so that a large torque can be directly applied from the outer rotor 20 to the output gear shaft 40 when the vehicle starts. Further, regenerative power generation is effectively performed by directly applying torque from the output gear 35 to the outer rotor 20 during deceleration of the vehicle.
[0032]
When the electromagnetic clutch 6 is not engaged, the generated torque of the engine is transmitted from the crankshaft to the carrier 34 via the drive plate 49, the flywheel damper 26, and the engine output shaft 24, and the sun gear 31 and the ring gear 33 via each pinion 32. Distributed to. At this time, the rotational speed and torque of the output gear 35 are adjusted by operating the inner rotor 30 and the outer rotor 20 as an electric motor or a generator. The engine is started by operating the inner rotor 30 as an electric motor to rotationally drive the crankshaft 50.
[0033]
When the electromagnetic clutch 6 is engaged, the torque generated by the engine is transmitted from the crankshaft 50 to the output gear 35 via the drive plate 49, the drive member 62, the driven member 61, and the clutch output shaft 60. The generated torque of the engine is directly transmitted to the output gear 35. The electromagnetic clutch 6, the drive plate 49, the flywheel damper 26, and the drive plate 49 serve as a flywheel mass.
[0034]
The hybrid drive unit includes a sub-assembly unitized by housing the multilayer motor 1 in a motor housing 9, a planetary gear mechanism 3, a reduction gear mechanism 4, a differential gear mechanism 5, and the like in a gear housing 56 and a clutch housing 57. Thus, the structure can be separated into unitized subassemblies.
[0035]
Next, the configuration of the multilayer motor according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
[0036]
The multilayer motor 1 has a three-layer structure in which one stator 10 is disposed at the outermost peripheral position and two rotors 20 and 30 are stacked on the inner peripheral side and are configured on the same axis.
[0037]
The stator 10 includes a plurality of core steel plates 21 laminated in the axial direction and a plurality of coils 15 (24 pieces) wound around the laminated core steel plates 21, and is press-fitted or shrink-fitted into the inner surface of the motor housing 9. It is fixed by etc. When the stator 10 is fixed by shrink fitting, if the temperature is equal to or less than the shrink fitting temperature, the stator 10 is kept in close contact with the motor housing 9, and the stator 10 generating a large amount of heat can be efficiently cooled.
The coil 15 of the stator 10 is shared between the outer rotor 20 and the inner rotor 30, and a composite current is supplied to each coil 15 so as to generate a rotating magnetic field for the outer rotor 20 and the inner rotor 30. The inner rotor 30 is operated as an electric motor (motor) or a generator (generator). As a result, the multilayer motor 1 can be miniaturized and the loss due to current can be kept small. The basic structure of the multilayer motor 1 has already been proposed by the present applicant as Japanese Patent Application No. 10-77449.
A cooling water passage 9 a through which cooling water for cooling the stator 10 passes is formed in the motor housing 9 so as to penetrate in the axial direction. An inlet water passage 9b, an outlet water passage 9c, and a bypass water passage 9d are formed in the gear housing 56 that is integrally fixed to the motor housing 9 with the bolt 2. A bypass water passage 9e is formed in the end plate 58, and these water passages are formed. The cooling water is circulated by 9a to 9e.
[0038]
The outer rotor 20 includes a plurality of magnetic plates 20a that are laminated in the axial direction, and eight magnet grooves 20b that are formed along the axial direction at equal intervals in the circumferential direction through the laminated magnetic plates 20a. The eight magnets 22 embedded in each magnet groove 20b, the first gap 23 formed in the axial direction between the magnets 22 adjacent to each other in the circumferential direction, and bolts at both ends of the laminated magnetic plates 20a In this configuration, support plates 27 and 28 fixed by 25 are provided. Both ends of the outer rotor 20 are supported by the motor housing 9 and the gear housing 56 by two first bearings 47 and 48.
[0039]
The inner rotor 30 includes a plurality of magnetic plates 30a that are stacked in the axial direction, and four magnet grooves 30b that pass through the stacked magnetic plates 30a and are arranged at equal intervals in the circumferential direction along the axial direction. The four magnets 37 are embedded in each magnet groove 30b, and the second gap 38 is formed in the axial direction at both ends of the magnet 37. The inner rotor 30 is fixed to the rotor shaft 11 by press-fitting or the like. The rotor shaft 11 is supported by the two second bearings 41 and 42 at both ends with respect to the support plates 27 and 28.
[0040]
The first gap 23 and the second gap 38 are gaps that suppress the repulsion by forming the lines of magnetic force in the state where the inner and outer magnetic poles are repelled while cutting off the lines of magnetic force in the circumferential direction. As shown in FIG. 3, the first gap 23 of the outer rotor close to one stator 10 is in the radial direction from the bolt hole opened between the magnets 22 adjacent to each other in the circumferential direction toward the inner rotor 30. The gap is a groove extending to the position. The second gap 38 of the inner rotor 30 far from the other stator 10 is a gap formed by a groove extending from the both end portions of the magnet groove 30b for setting the magnet 37 toward the outer rotor 20 in an oblique direction to a middle position.
[0041]
The outer rotor 20, the inner rotor 30 and the rotor shaft 11 are integrally formed through second bearings 41 and 42 that support both ends of the inner rotor 30.
[0042]
The axial widths of the outer rotor 20 and the inner rotor 30 are set wider than the axial width of the stator 10, and the rotor axial width of the inner rotor 30 is set wider than the rotor axial width of the outer rotor 20.
[0043]
Furthermore, an inner rotor rotation sensor 45 that measures the rotation speed of the inner rotor 30 is provided at the end of the rotor shaft 11, and an outer rotor rotation that measures the rotation speed of the outer rotor 20 is provided at the end of the support plate 27. A sensor 46 is provided.
[0044]
Next, the effect | action by a space | gap is demonstrated.
[0045]
As shown in FIG. 5, the magnetic flux from the stator 10 to the two rotors 20, 30 stacked by the first gap 23 that cuts off the circumferential magnetic field lines between the magnets 22, 22 adjacent to the outer rotor 20 in the circumferential direction. By forming the second gap 38 that is formed and cuts off the magnetic field lines from both ends of the magnet 37 of the inner rotor 30, the collision of the magnetic field lines due to the magnetic field between the magnets is suppressed, and the inner rotor 30 far from the stator 10 can be suppressed. Magnetic flux arrives.
[0046]
Further, as shown in FIG. 6, in a state where the same poles repel each other in the radial direction due to the relative rotation of the two rotors 20, 30, the first gap 23 and the second gap that ensure the formation of the lines of magnetic force between the different poles. By setting the air gap 38, the formation of magnetic field lines in the circumferential direction between the different poles is ensured between the magnets 22 and 22 adjacent to each other in the circumferential direction of the outer rotor 20 through the magnetic field allowable passage (x portion). Between 37, the formation of magnetic lines of force in the radial direction between the different poles is ensured through the magnetic field line allowable region sandwiched between the two gaps 23 and 38, and magnetic repulsion is suppressed. Note that the value of x in FIG. 6 is calculated by calculation considering reduction of the demagnetization effect.
[0047]
Next, the effect will be described.
(1) The two rotors 20 and 30 are stacked on the inner peripheral side, and a three-layer structure in which one stator 10 is disposed at the outermost peripheral position is adjacent to the two rotors 20 and 30 in the circumferential direction. A first gap 23 and a second gap 38 are formed in the axial direction between the magnets 22 and 22 and the magnets 37 and 37, respectively, in the state where the magnetic field lines in the circumferential direction are cut off and the inner and outer magnetic poles are repelled to suppress the repulsion. Therefore, although the two rotors 20 and 30 are the multilayer motor 1 having a three-layer structure in which the radial arrangement is performed, the magnetic flux reaches the farther inner rotor 30 after passing through the outer rotor 20 closer to the stator 10. Thus, it is possible to achieve both the securing of the magnetic flux passing property and the reduction of the demagnetizing action due to the same-polarity repulsion.
In addition, since the clearance between the stator 10 and the outer rotor 20 is only on one side, the clearance management is easier compared to a multi-layer motor in which the stator is arranged on the intermediate layer and the clearance between the stator and the rotor is two sides. Good assembly.
(2) The first gap 23 of the outer rotor 20 close to the stator 10 is formed by a groove extending from the bolt hole opened between the magnets 22 adjacent to each other in the circumferential direction to a middle position in the radial direction toward the inner rotor 30. Since the second air gap 38 of the inner rotor 30 far from the stator 10 is an air gap formed by a groove extending from the both end portions of the magnet groove 30b for setting the magnet 37 toward the middle of the outer rotor 20 in an oblique direction, each bolt The first gap 23 and the second gap 38 can be formed in both the rotors 20 and 30 by a simple configuration using the hole and the magnet groove 30b. In addition, it is possible to facilitate positioning of the magnet 37 by making the second gap 38 slanted, and it is possible to reliably block the lines of magnetic force by facing the outside.
(3) Since the outer rotor 20 is supported at both ends by the two first bearings 47 and 48 and the inner rotor 30 is supported at both ends by the two second bearings 41 and 42, both the rotors 20 and 30 have high supportability. Therefore, stable rotor rotation without vibration is ensured.
(4) Since the stator 10 is arranged at the outermost peripheral position and the outer rotor 20 and the inner rotor 30 are arranged in three layers on the inner peripheral side of the stator 10, the stator is arranged in the intermediate layer or the innermost layer. As compared with the above, a wide heat radiation area of the stator 10 can be secured, and thereby high cooling performance can be obtained. Further, in the case of the same motor size, the number of coil turns can be increased as compared with the case where the stator is arranged in the intermediate layer or the innermost layer. Compared with the case where the motor is arranged in the innermost layer, the motor can be made compact in size.
(5) Since the inner rotor 30 including the outer rotor 20 and the rotor shaft 11 is integrally formed through the second bearings 41 and 42 at both ends, the clearance between the outer rotor 20 and the inner rotor 30 is extremely reduced by the sub-assembly. It can be set small, and the assembly is improved by unitizing parts.
(6) When the motor is operated, the motor housing via the outer rotor 20 is larger than the axial movement width due to backlash and assembly error of the outer rotor 20 supported by the fixed stator 10 via the first bearings 47 and 48. The axial movement width of the inner rotor 30 supported by 9 is widened. On the other hand, the axial widths of the outer rotor 20 and the inner rotor 30 are made wider than the axial width of the stator 10, and the rotor axial width of the inner rotor 30 is made wider than the rotor axial width of the outer rotor 20, that is, By setting the axial length of the rotor in consideration of this axial movement width, the design value of the coil 15 can be guaranteed even if axial deviation occurs in each of the rotors 20 and 30.
(7) The rotor itself is rotated by the control current to the coil 15 to act as a motor, and the rotors 20 and 30 are rotated from the outside to act as a generator. Therefore, both the motor function and the generator function are exhibited despite the appearance of a single motor, and the engine drive mode and the motor drive mode are properly used depending on the driving situation, and power is generated by the rotation from the engine and drive wheels. It is extremely useful as a hybrid vehicle motor having a power generation mode.
(Other embodiments)
In Embodiment 1, although the example which arrange | positions a stator in the outermost periphery position was shown, it is good also as an example which arrange | positions a stator in the innermost periphery position.
[0048]
In the first embodiment, the example in which the multi-layer motor is applied as a hybrid vehicle motor has been described. However, other applications such as an application in which a motor and a generator are provided and an application in which a generator function is added are preferable. You may apply to.
[0049]
In the first embodiment, an example in which a bolt hole or a magnet groove is used as the first gap and the second gap is shown. However , the specific shape of the gap is not limited to the first embodiment, and It is good also as an example filled with the substance which raises the magnetic field line interruption effect more.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a multilayer motor according to a first embodiment.
FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. 1 showing the multilayer motor according to the first embodiment.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing an outer rotor and an inner rotor of the multilayer motor according to the first embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a hybrid drive device for a vehicle to which the multilayer motor according to the first embodiment is applied.
FIG. 5 is an action explanatory view showing a magnetic flux passing action by the first gap and the second gap in the multilayer motor of the first embodiment.
6 is an operation explanatory view showing a demagnetization reducing effect by the first air gap and the second air gap in the multilayer motor of Embodiment 2. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multilayer motor 10 Stator 11 Rotor shaft 15 Coil 20 Outer rotor 30 Inner rotor 22 Magnet 23 1st space | gap 37 Magnet 38 2nd space | gap 41,42 2nd bearing 47,48 1st bearing

Claims

In a multi-layer motor in which two rotors having a plurality of magnets embedded along the axial direction at equal intervals in the circumferential direction and a single stator formed with coils are configured on the same axis with a three-layer structure,
The two rotors are arranged on the inner circumference side or the outer circumference side, and the three stators are arranged at the innermost circumference position or the outermost circumference position.
In the two rotors, a first gap and a second gap are formed between the magnets adjacent to each other in the circumferential direction so as to form a line of magnetic force and suppress the repulsion when the inner and outer magnetic poles are repelled while cutting off the circumferential magnetic lines. formed in,
The first gap of the first rotor close to the stator is a gap formed by a groove extending from a bolt hole opened between magnets adjacent in the circumferential direction to a midway position in the radial direction toward the second rotor,
The multilayer motor, wherein the second gap of the second rotor far from the stator is a gap formed by a groove extending from the both ends of the magnet groove for setting the magnet to the middle position in an oblique direction toward the first rotor .

The multilayer motor according to claim 1, wherein
The first rotor is supported at both ends by two first bearings,
A multilayer motor, wherein the second rotor is supported at both ends by two second bearings.

The multilayer motor according to claim 1 or 2,
A multilayer motor having a three-layer structure in which the stator is disposed at an outermost peripheral position, and the first rotor and the second rotor are stacked on the inner peripheral side of the stator.

The multilayer motor according to any one of claims 1 to 3,
A multi-layer motor, wherein the first rotor and the second rotor are integrally formed via both end support portions.

In the multilayer motor according to any one of claims 1 to 4,
The axial width of the first rotor and the second rotor is wider than the axial width of the stator, and the inner axial width of the two rotors arranged inside and outside is larger than the outer axial width of the rotor. Multi-layer motor characterized by widening.

The multilayer motor according to any one of claims 1 to 5,
A multi-layer motor characterized by being applied as a motor for a hybrid vehicle that exhibits a motor function and a generator function.