JP3705269B2 - Rotor seal structure of multi-axis multi-layer motor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド駆動ユニット等に適用される複軸多層モータのロータシール構造の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
ステータとインナーロータとアウターロータとを同軸上に三層配置した複軸多層モータにおいて、2つのロータ間に潤滑油を流す場合には、外部への潤滑油漏れを防ぐために密封する必要がある。このとき、潤滑油をシールする場所が、互いに相対回転するインナーロータ側部材とアウターロータ側部材との間の位置となるため、遠心力の影響を受けないメカニカルシールが用いられる(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−156046号公報。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複軸多層モータのロータシール構造としてメカニカルシールを適用した場合、メカニカルシールを設置する場所が、互いに相対回転するインナーロータ側部材とアウターロータ側部材との間の位置となるため、両者の回転差が大きくなった場合でも密封性を確保するためには、特殊な材料によるメカニカルシールとする必要がある。また、メカニカルシールは、組み付けるための工程が多く、多大な組み付け工数を要するし、また、部品コストも高価であるという問題があった。
【0005】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、遠心力によるシール部分の密封力変化が無く、かつ、シール部分の回転数差が過大とならないことで、特殊な材料によるメカニカルシールに代えて安価なオイルシールを用いながらも、インナーロータ油室とステータ空気室との連通遮断を確保することが出来る複軸多層モータのロータシール構造を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、
ステータとインナーロータとアウターロータとを同軸上に三層配置し、
前記アウターロータを冷却するアウターロータ油室と、前記インナーロータを冷却するインナーロータ油室と、ロータ内圧を大気圧に保つステータ空気室と、を設定し、
前記インナーロータ油室とステータ空気室との連通遮断をシールにより確保する複軸多層モータのロータシール構造において、
前記ステータに組み付けられるステータ組み付け部品に、インナーロータ側部材とアウターロータ側部材との相対回転位置まで延長した延長部を形成し、
前記ステータ組み付け部品の延長部の内周面とアウターロータ側部材との間に第1オイルシールを設置すると共に、前記ステータ組み付け部品の延長部の外周面とインナーロータ側部材との間に第2オイルシールを設置した。
【0007】
ここで、「ステータ組み付け部品の延長部」は、アウターロータ軸部材の位置まで延長しても良い。
【0008】
また、「ステータ組み付け部品」とは、例えば、ステータを軸方向に貫通するステータ冷却水路の端部位置に設置される水路蓋部品をいう。
【0009】
また、「ステータ組み付け部品」を、静止しているステータに対し回転止めするようにしても良い。
【0010】
また、「ステータ組み付け部品」に、インナーロータ支持軸受とアウターロータ支持軸受を設定しても良く、この場合、インナーロータ支持軸受を、インナーロータ冷却油室内に設定しても良い。
【0011】
【発明の効果】
よって、本発明のロータシール構造にあっては、モータケース部材に固定されるステータのステータ組み付け部品に、第1オイルシールと第2オイルシールとが設置されるため、遠心力によるシール部分の密封力変化が無く、かつ、シール部分の回転数差が過大とならないことで、特殊な材料によるメカニカルシールに代えて安価なオイルシールを用いながらも、インナーロータ油室とステータ空気室との連通遮断を確保することが出来る。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複軸多層モータのロータシール構造を実現する実施の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。
【0013】
(第1実施例)
まず、構成を説明する。
【0014】
[ハイブリッド駆動ユニットの全体構成]
図1は第1実施例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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
[複軸多層モータの構成]
図2は第1実施例のロータシール構造が適用された複軸多層モータMを示す縦断側面図、図3は第1実施例のロータシール構造が適用された複軸多層モータMを示す一部縦断正面図、図4は第1実施例のステータを背面側から視た図である。
【0021】
図2において、1はモータカバー、2はモータケースであり、これらに囲まれたモータ室17内にインナーロータIRとステータSとアウターロータORとにより構成された複軸多層モータMが配置されている。
【0022】
前記インナーロータIRは、その内筒面が第1モータ中空軸8の段差軸端部8a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、ロータベース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(永久磁石)が軸方向に12本埋設されている。但し、2本が対をなしてV字配置されて同じ極性を示し、3極対としてある。
【0023】
前記ステータSは、ステータピース40を積層したステータピース積層体41とコイル42とステータ冷却水路43とインナー側ボルト・ナット44とアウター側ボルト・ナット45と非磁性体樹脂層46とを有して構成されている。そして、ステータSの正面側端部が、正面側エンドプレート47とステータ固定ケース48とを介してモータケース2に固定されている。
【0024】
前記コイル42は、コイル数が18で、図4に示すように、6相コイルを3回繰り返しながら円周上に配置される。
【0025】
そして、前記6相コイルに対しては、図外のインバータから給電接続端子50とバスバー径方向積層体51と給電コネクタ52とバスバー軸方向積層体53を介して複合電流が印加される(図8参照)。
【0026】
前記アウターロータ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、ロータベース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(永久磁石)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、1本ずつ極性が違い、6極対をなしている。
【0027】
図2において、80,81はモータケース2及びモータカバー1にアウターロータ6を支持する一対のアウターロータ支持軸受である。82はモータケース2にインナーロータIRを支持するインナーロータ支持軸受、83はステータSに対しアウターロータORを支持するアウターロータ支持軸受、84は第1モータ中空軸8と第2モータ軸9との間に介装される相対回転部軸受である。
【0028】
また、図2において、85はインナーロータIRの回転位置を検出するインナーロータレゾルバ、86はアウターロータORの回転位置を検出するアウターロータレゾルバである。
【0029】
[遊星歯車機構の構成]
図5はハイブリッド駆動ユニットのラビニョウ型複合遊星歯車列Gを示す縦断面図である。図5において、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り、これらに囲まれたギヤ室30内にラビニョウ型複合遊星歯車列G及び駆動出力機構Dが配置されている。
【0030】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Gの第2リングギヤR2には、回転変動吸収フライホイールダンパー6と変速機入力軸31とクラッチドラム32とを介し、多板クラッチ7の締結時にエンジンEからの回転駆動トルクが入力される。
【0031】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Gの第1サンギヤS1には、第1モータ中空軸8がスプライン結合され、決められたモータ動作点にしたがって、複軸多層モータMのインナーロータIRから第1トルクと第1回転数が入力される。
【0032】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Gの第2サンギヤS2には、第2モータ軸9がスプライン結合され、決められたモータ動作点にしたがって、複軸多層モータMのアウターロータORから第2トルクと第2回転数が入力される。
【0033】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Gの第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が設けられ、発進時等において多板ブレーキ10が締結された時には、第1リングギヤR1が停止する。
【0034】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Gの共通キャリヤCには、ステータ固定ケース48に対しベアリングを介して回転可能に支持された出力ギヤ11がスプライン結合されている。
【0035】
前記駆動出力機構Dは、前記出力ギヤ11と噛み合う第1カウンターギヤ12と、この第1カウンターギヤ12のシャフト部に設けられた第2カウンターギヤ13と、第2カウンターギヤ13と噛み合うドライブギヤ14とを有する。そして、第2カウンターギヤ13とドライブギヤ14の歯数比により、終減速比が決められる。
【0036】
前記多板クラッチ7のクラッチピストン33には、フロントカバー4に形成されたクラッチ圧油路34により締結圧が供給される。また、前記多板ブレーキ10のブレーキピストン35には、フロントカバー4に形成されたブレーキ圧油路36により締結圧が供給される。前記クラッチピストン33と前記ブレーキピストン35は、フロントカバー4の内側で、内周位置にクラッチピストン33が配置され、その外周位置にブレーキピストン35が配置される。
【0037】
また、前記変速機入力軸31には、軸心油路37が形成されていて、この軸心油路37には、フロントカバー4に形成された潤滑油路38を介して潤滑油が供給される。
【0038】
[モータ冷却構造]
図6は第1実施例のモータ冷却構造を有する複軸多層モータを示す拡大縦断面図である。
【0039】
複軸多層モータMは、コイル42を巻いた固定電機子としてのステータSと、ステータSの内側に配置し、インナーロータマグネット21を埋設したインナーロータIRと、ステータSの外側に配置し、アウターロータマグネット61を埋設したアウターロータORとを、モータカバー1およびモータケース2(以下、モータケース部材1,2という。)により画成されるモータ室17の内部に備えている。
【0040】
そして、前記モータケース部材1,2の内周面と、前記アウターロータORを支持するアウターロータケース部材62,63,64の外周面とで囲まれる空間を、アウターロータORを冷却する第1油冷室91(アウターロータ油室)に設定している。
【0041】
また、前記インナーロータIRを支持する段差軸端部8a(インナーロータ支持部材)の内周面と、前記アウターロータORにアウターロータケース部材62,63,64を介して連結された第2モータ軸9(アウターロータ軸部材)の外周面との間に囲まれる空間を、インナーロータIRを冷却する第2油冷室92(インナーロータ油室)に設定している。
【0042】
さらに、前記アウターロータケース部材62,63,64の内周面と、前記ステータSの両端面とで囲まれる空間を、ロータ内圧を大気圧に保つステータ空気室95に設定している。なお、このステータ空気室95は、アウターロータORとインナーロータIRのエアギャップ93,94を含む。
【0043】
前記第2モータ軸9の軸心部に、モータ正面側軸端からモータ背面側に向けて軸心油路96を形成すると共に、前記第1油冷室91と前記第2油冷室92とに潤滑油を導く第1径方向分岐油路96aと第2径方向分岐油路96bを形成している。
【0044】
前記第2モータ軸9の軸心部に、モータ背面側軸端からモータ正面側に向けて軸心空気路97を形成すると共に、前記空気室95に空気を導く径方向空気路97aを形成している。ここで、前記第1径方向分岐油路96aと前記径方向空気路97aとは、軸方向にオーバラップさせて配置している。なお、98はスポンジ等によるエアフィルタ、99は潤滑油供給路、A1は第1実施例のロータシール構造である。
【0045】
[ロータシール構造]
図7は第1実施例のロータシール構造A1を示す拡大断面図である。
【0046】
前記複軸多層モータMのロータシール構造A1は、前記第2油冷室92とステータ空気室95との連通遮断をシールにより確保するもので、前記ステータSに組み付けられる水路蓋部品100(ステータ組み付け部品)に、インナーロータ側部材とアウターロータ側部材との相対回転位置まで延長した延長部100aを形成し、前記水路蓋部品100の延長部100aの内周面100bとアウターロータ側部材との間に第1オイルシール101を設置すると共に、前記水路蓋部品100の延長部100aの外周面100cとインナーロータ側部材との間に第2オイルシール102を設置している。
【0047】
前記水路蓋部品100の延長部100aを、段差軸端部8a(インナーロータ支持部材)の内周面8bと、第2モータ軸9(アウターロータ軸部材)の外周面9aとの間に形成される空間位置まで延長している。この延長部100aは、第2モータ軸9とは同軸の円筒形状である。
【0048】
前記ステータ組み付け部品である水路蓋部品100は、ステータSを軸方向に貫通するステータ冷却水路43の端部位置に設置される部品で、アウターロータORを支持するアウターロータ支持軸受83のホルダを兼ねている。
【0049】
前記ステータ組み付け部品である水路蓋部品100を、図6に示すように、静止しているステータSに対し回転止めピン103(回転止め)により回転方向に固定している。
【0050】
なお、水路蓋部品100には、ステータ空気室95を確保するために、空気連通孔100d,100eが開孔されている。
【0051】
次に、作用を説明する。
【0052】
[複軸多層モータの基本機能]
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に対し共用出来る。そして、図8に示すように、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出来る。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。
【0053】
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)を防止することが出来る。
【0054】
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、第1実施例のように、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出来る。
【0055】
[ロータ及びステータの冷却作用]
前記複軸多層モータMは、上記のように主動力源をエンジンEとするハイブリッド駆動ユニットの副動力源として適用されたものであり、図外のオイルクーラにより冷却された潤滑油は、フロントカバー4に形成された潤滑油路38を介して、ハイブリッド駆動ユニットのギヤ室30内に配置されたギヤ機構に供給されると共に、変速機入力軸31に形成された軸心油路37から第2モータ軸9の軸心部に形成された軸心油路96に供給される。
【0056】
そして、軸心油路96からの潤滑油は、第2径方向分岐油路96bを経過して第2油冷室92へ供給され、移動する潤滑油により第1モータ中空軸8に固定されたインナーロータIRから熱を奪う。そして、第2油冷室92の潤滑油は、第1モータ中空軸8と第2モータ軸9との間の環状隙間を経過してギヤ室30へ導かれる。
【0057】
同時に、軸心油路96からの潤滑油は、第1径方向分岐油路96aを経過して第1油冷室91へ供給される。同時に潤滑油供給油路99からも潤滑油が第1油冷室91へ供給され、アウターロータケース部材62,63,64に固定されたアウターロータORから熱を奪う。
【0058】
よって、アウターロータORの外周空間を第1油冷室91に設定し、インナーロータIRの内周空間を第2油冷室92に設定したため、インナーロータIRとアウターロータORに埋設されたインナーロータマグネット21とアウターロータマグネット61の温度上昇が抑えられる。
【0059】
複軸多層モータMのステータSにはコイル42が巻かれ、このコイル42には大電流が流されることで、高温になろうとするが、外部から冷却水がステータ冷却水路43を経過して循環供給されることで、移動する冷却水により、ステータSの内側と両側面から熱を奪い、ステータSが冷却される。
【0060】
[エアギャップ確保作用]
ステータ空気室95が大気圧より低いときには、エアフィルタ98により粒子等を除去された空気は、モータ背面側軸端からモータ正面側に向けて形成された軸心空気路97から径方向空気路97aを経過し、ステータ空気室95に清浄な空気を導く。ステータ空気室95が大気圧より高いときには、ステータ空気室95から第2モータ軸9に設けられた径方向空気路97aを経過し、軸心空気路97から大気に抜かれる。すなわち、空気室95は、室圧の昇圧や減圧にかかわらず大気開放とされ、大気圧が保たれる。
【0061】
このステータ空気室95は、アウターロータケース部材62,63,64の正面側連結ケース63の内面と背面側連結ケース64の内面により形成される室であり、両側に形成される空気室95,95は、エアギャップ93,94により連通しているため、油の流入を許さない空気層としてのエアギャップ93,94が確保されることになり、エアギャップ93,94に油が流入した場合のように、ロータ回転による攪拌抵抗により温度上昇を招いたり、ロータ回転の抵抗となってモータ性能の低下を招くことが防止される。
【0062】
[オイルシールでのシール作用]
ステータSとインナーロータIRとアウターロータORとを同軸上に三層配置した複軸多層モータMにおいて、2つのロータIR,OR間に潤滑油を流す場合には、外部への潤滑油漏れを防ぐために密封する必要がある。このとき、潤滑油をシールする場所が、互いに相対回転するインナーロータ側部材とアウターロータ側部材との間の位置となるため、一般的に、遠心力の影響を受けないメカニカルシールが用いられることになる。
【0063】
しかし、メカニカルシールを適用した場合、メカニカルシールを設置する場所が、互いに相対回転するインナーロータ側部材とアウターロータ側部材との間の位置となるため、両者の回転差が大きくなった場合でも密封性を確保するためには、特殊な材料によるメカニカルシールとする必要がある。また、メカニカルシールは、組み付けるための工程が多く、多大な組み付け工数を要するし、また、部品コストも高価である。
【0064】
これに対し、第1実施例のロータシール構造A1では、図7に示すように、ステータSに組み付けられる水路蓋部品100に、インナーロータ側部材とアウターロータ側部材との相対回転位置まで延長した延長部100aを形成し、この延長部100aの内周面100bと外周面100cとに第1オイルシール101と第2オイルシール102とを設置したため、固定部である延長部100aに取り付けられる2つのオイルシール101,102の許容回転数は、各ロータIR,ORの最大回転数となる。
【0065】
よって、相対回転位置に取り付けられるメカニカルシールのように、遠心力によるシール部分の密封力変化が無く、かつ、シール部分の回転数差が過大とならないことで、特殊な材料によるメカニカルシールに代えて安価なオイルシール101,102を用いながらも、第1油冷室92とステータ空気室95との連通を遮断する高いシール性能を確保することが出来る。
【0066】
次に、効果を説明する。
第1実施例の複軸多層モータのロータシール構造にあっては、下記に列挙する効果を得ることが出来る。
【0067】
(1) 第2油冷室92とステータ空気室95との連通遮断をシールにより確保する複軸多層モータMのロータシール構造A1において、ステータSに組み付けられる水路蓋部品100に、インナーロータ側部材とアウターロータ側部材との相対回転位置まで延長した延長部100aを形成し、前記水路蓋部品100の延長部100aの内周面100bとアウターロータ側部材との間に第1オイルシール101を設置すると共に、前記水路蓋部品100の延長部100aの外周面100cとインナーロータ側部材との間に第2オイルシール102を設置したため、遠心力によるシール部分の密封力変化が無く、かつ、シール部分の回転数差が過大とならないことで、特殊な材料によるメカニカルシールに代えて安価なオイルシール101,102を用いながらも、第2油冷室92とステータ空気室95との連通遮断を確保することが出来る。
【0068】
(2) 前記水路蓋部品100の延長部100aを、段差軸端部8aの内周面8bと、第2モータ軸9の外周面9aとの間に形成される空間位置まで延長したため、第2モータ軸9に近い位置に両オイルシール101,102が設けられることでシール部となる外周面9aと内周面8bのシール半径が小さくなり、シール部周速度を小さくすることが出来る。この結果、高摩耗性材料等のように特殊な材料のオイルシールを用いなくても高いシール性を確保することが出来る。
【0069】
(3) ステータ組み付け部品を、ステータSを軸方向に貫通するステータ冷却水路43の端部位置に設置される水路蓋部品100としたため、部品点数を増大させることなく、ステータ冷却水路43の水路蓋機能と両オイルシール101,102の取付部材機能を兼ねて用いることが出来る。
【0070】
(4) ステータ組み付け部品である水路蓋部品100を、静止しているステータSに対し回転止めピン103により回転方向に固定しているため、両ロータIR,ORの回転に伴って両オイルシール101,102のシール部に生じる摩擦力による水路蓋部品100の連れ周りを無くし、水路蓋部品100をケース固定部品とすることが出来る。
【0071】
(第2実施例)
この第2実施例は、第1実施例の相対回転部軸受84に代えてインナーロータ支持軸受87を適用した例である。
【0072】
すなわち、第2実施例の複軸多層モータのロータシール構造A2は、図9に示すように、ステータ組み付け部品である水路蓋部品100に、インナーロータ支持軸受87とアウターロータ支持軸受83とを設定している。このインナーロータ支持軸受87は、水路蓋部品100の延長部100aに第2オイルシール102と並列配置で設けられ、第2オイルシール102を第2油冷室92側に配置し、インナーロータ支持軸受87をステータ空気室95側に配置している。なお、他の構成は第1実施例と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【0073】
作用については、ステータSに取り付けられる水路蓋部品100の延長部100aにインナーロータIRを支持するインナーロータ支持軸受87を設置することで、インナーロータ支持軸受87が相対回転しなくなり、最高回転数を低く抑えることが出来る。
【0074】
次に、効果を説明する。
第2実施例の複軸多層モータのロータシール構造A2にあっては、第1実施例の効果に加え、下記の効果を得ることが出来る。
【0075】
(5) ステータ組み付け部品である水路蓋部品100に、インナーロータ支持軸受87とアウターロータ支持軸受83とを設定したため、両軸受87,83の最大回転数を下げることが出来る。
【0076】
(第3実施例)
この第3実施例は、基本的構造は第2実施例と同様であるが、インナーロータ支持軸受87と第2オイルシール102との軸方向位置関係を第2実施例とは逆にした例である。
【0077】
すなわち、第3実施例の複軸多層モータのロータシール構造A3は、図10に示すように、ステータ組み付け部品である水路蓋部品100に、インナーロータ支持軸受87とアウターロータ支持軸受83とを設定している。このインナーロータ支持軸受87は、水路蓋部品100の延長部100aに第2オイルシール102と並列配置で設けられ、インナーロータ支持軸受87を第2油冷室92側に配置し、第2オイルシール102をステータ空気室95側に配置している。なお、他の構成は第1実施例と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【0078】
作用については、ステータSに取り付けられる水路蓋部品100の延長部100aにインナーロータIRを支持するインナーロータ支持軸受87を設置すると共に、潤滑オイルのある第2油冷室92側にインナーロータ支持軸受87を配置することで、インナーロータ支持軸受87が相対回転しなくなり、最高回転数を低く抑えることが出来ると共に、インナーロータ支持軸受87を潤滑することが出来る。
【0079】
次に、効果を説明する。
第3実施例の複軸多層モータのロータシール構造A3にあっては、第1実施例及び第2実施例の効果に加え、下記の効果を得ることが出来る。
【0080】
(6) インナーロータ支持軸受87を、第2油冷室92内に設定したため、インナーロータ支持軸受87をオイル潤滑することが出来る。
【0081】
以上、本発明の複軸多層モータのロータシール構造を第1実施例ないし第3実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例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。
【0082】
例えば、第1実施例ないし第3実施例では、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、単独で設置される複軸多層モータや他のシステムに適用される複軸多層モータに対しても本発明のロータシール構造を採用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例のロータシール構造を有する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】第1実施例のロータシール構造が適用された複軸多層モータMを示す縦断側面図である。
【図3】第1実施例のロータシール構造が適用された複軸多層モータMを示す一部縦断正面図である。
【図4】第1実施例のロータシール構造が適用された複軸多層モータMをステータの背面側から視た図である。
【図5】第1実施例のロータシール構造を有する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ラビニョウ型複合遊星歯車列Gおよび駆動出力機構Dを示す縦断側面図である。
【図6】第1実施例のロータシール構造が適用された複軸多層モータMの拡大縦断側面図である。
【図7】第1実施例のロータシール構造を示す拡大断面図である。
【図8】複軸多層モータ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9】第2実施例のロータシール構造を示す拡大断面図である。
【図10】第3実施例のロータシール構造を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
M 複軸多層モータ
S ステータ
IR インナーロータ
OR アウターロータ
1,2 モータケース部材
8 第1モータ中空軸
8a 段差軸端部(インナーロータ支持部材)
8b 内周面
9 第2モータ軸(アウターロータ軸部材)
9a 外周面
43 ステータ冷却水路
62,63,64 アウターロータケース部材
83 アウターロータ支持軸受
84 相対回転部軸受
87 インナーロータ支持軸受
91 第1油冷室(アウターロータ油室)
92 第2油冷室(インナーロータ油室)
95 ステータ空気室
100 水路蓋部品(ステータ組み付け部品)
100a 延長部
100b 内周面
100c 外周面
101 第1オイルシール
102 第2オイルシール
103 回転止めピン(回転止め)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention belongs to the technical field of a rotor seal structure of a multi-axis multilayer motor applied to a hybrid drive unit or the like.
[0002]
[Prior art]
In a multi-axis multi-layer motor in which a stator, an inner rotor, and an outer rotor are coaxially arranged in three layers, when lubricating oil is allowed to flow between the two rotors, it is necessary to seal in order to prevent leakage of the lubricating oil to the outside. At this time, since the place for sealing the lubricating oil is a position between the inner rotor side member and the outer rotor side member that rotate relative to each other, a mechanical seal that is not affected by centrifugal force is used (for example, Patent Documents). 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2002-156046 A.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a mechanical seal is applied as the rotor seal structure of a multi-axis multilayer motor, the place where the mechanical seal is installed is a position between the inner rotor side member and the outer rotor side member that rotate relative to each other. In order to ensure the sealing performance even when the rotation difference becomes large, it is necessary to use a mechanical seal made of a special material. Further, the mechanical seal has many steps for assembling, requiring a great number of assembling steps, and has a problem that the cost of parts is also expensive.
[0005]
The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problem, and there is no change in the sealing force of the seal part due to centrifugal force, and the rotational speed difference of the seal part does not become excessive, so that it is replaced with a mechanical seal made of a special material. It is an object of the present invention to provide a rotor seal structure for a multi-shaft multilayer motor that can ensure communication between the inner rotor oil chamber and the stator air chamber while using an inexpensive oil seal.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention,
Three layers of the stator, inner rotor and outer rotor are coaxially arranged,
An outer rotor oil chamber that cools the outer rotor, an inner rotor oil chamber that cools the inner rotor, and a stator air chamber that maintains the rotor internal pressure at atmospheric pressure,
In the rotor seal structure of the multi-axis multilayer motor that secures the communication interruption between the inner rotor oil chamber and the stator air chamber by a seal,
In the stator assembly part to be assembled to the stator, an extension portion extending to the relative rotation position of the inner rotor side member and the outer rotor side member is formed,
A first oil seal is installed between the inner peripheral surface of the extension part of the stator assembly part and the outer rotor side member, and a second oil seal is provided between the outer peripheral surface of the extension part of the stator assembly part and the inner rotor side member. An oil seal was installed.
[0007]
Here, the “extension portion of the stator assembly component” may be extended to the position of the outer rotor shaft member.
[0008]
The “stator assembly component” refers to, for example, a water channel lid component installed at the end position of the stator cooling water channel that penetrates the stator in the axial direction.
[0009]
Further, the “stator assembly part” may be prevented from rotating with respect to the stationary stator.
[0010]
Further, an inner rotor support bearing and an outer rotor support bearing may be set in the “stator assembly part”. In this case, the inner rotor support bearing may be set in the inner rotor cooling oil chamber.
[0011]
【The invention's effect】
Therefore, in the rotor seal structure of the present invention, since the first oil seal and the second oil seal are installed on the stator assembly part of the stator fixed to the motor case member, the sealing portion is sealed by centrifugal force. Since there is no force change and the difference in rotation speed of the seal part does not become excessive, the communication between the inner rotor oil chamber and the stator air chamber is cut off while using an inexpensive oil seal instead of a mechanical seal made of a special material. Can be secured.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment for realizing a rotor seal structure of a multi-axis multilayer motor according to the present invention will be described based on examples shown in the drawings.
[0013]
(First embodiment)
First, the configuration will be described.
[0014]
[Overall configuration of hybrid drive unit]
FIG. 1 is an overall view of a hybrid drive unit to which the multi-shaft multilayer motor of the first embodiment is applied. In FIG. 1, E is an engine, M is a multi-shaft multi-layer motor, G is a Ravigneaux type planetary gear train, D Is a drive output mechanism, 1 is a motor cover, 2 is a motor case, 3 is a gear housing, and 4 is a front cover.
[0015]
The engine E is a main power source of the hybrid drive unit, and the engine output shaft 5 and the second ring gear R2 of the Ravigneaux type planetary gear train G are connected through a rotation
[0016]
The multi-axis multilayer motor M is a sub-power source having two motor generator functions although it is one motor in appearance. The multi-axis multilayer motor M is fixed to the
[0017]
The Ravigneaux-type compound planetary gear train G is a planetary gear mechanism having a continuously variable transmission function that changes the gear ratio steplessly by controlling two motor rotation speeds. The Ravigneaux type planetary gear train G includes a common carrier C that supports a first pinion P1 and a second pinion P2 that mesh with each other, a first sun gear S1 that meshes with the first pinion P1, and a second sun gear that meshes with the second pinion P2. It has five rotating elements, S2, a first ring gear R1 that meshes with the first pinion P1, and a second ring gear R2 that meshes with the second pinion P2. A
[0018]
The drive output mechanism D includes an
[0019]
That is, the hybrid drive unit connects the second ring gear R2 and the engine output shaft 5, connects the first sun gear S1 and the first motor
[0020]
[Configuration of multi-axis multilayer motor]
2 is a longitudinal side view showing a multi-shaft multilayer motor M to which the rotor seal structure of the first embodiment is applied, and FIG. 3 is a partial view showing the multi-shaft multilayer motor M to which the rotor seal structure of the first embodiment is applied. FIG. 4 is a front view of the stator according to the first embodiment viewed from the back side.
[0021]
In FIG. 2,
[0022]
The inner rotor surface of the inner rotor IR is fixed to the stepped
[0023]
The stator S includes a stator piece laminated
[0024]
The
[0025]
Then, a composite current is applied to the six-phase coil from an inverter (not shown) through the power
[0026]
The outer rotor OR has an outer cylindrical surface fixed to the
[0027]
In FIG. 2,
[0028]
In FIG. 2, 85 is an inner rotor resolver that detects the rotational position of the inner rotor IR, and 86 is an outer rotor resolver that detects the rotational position of the outer rotor OR.
[0029]
[Configuration of planetary gear mechanism]
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a Ravigneaux type compound planetary gear train G of the hybrid drive unit. In FIG. 5, 2 is a motor case, 3 is a gear housing, and 4 is a front cover. A Ravigneaux type planetary gear train G and a drive output mechanism D are arranged in a
[0030]
The second ring gear R2 of the Ravigneaux type planetary gear train G is driven to rotate from the engine E when the
[0031]
A first motor
[0032]
A
[0033]
A
[0034]
An
[0035]
The drive output mechanism D includes a
[0036]
A fastening pressure is supplied to the clutch piston 33 of the
[0037]
A shaft
[0038]
[Motor cooling structure]
FIG. 6 is an enlarged longitudinal sectional view showing a multi-axis multilayer motor having the motor cooling structure of the first embodiment.
[0039]
The multi-axis multilayer motor M includes a stator S as a fixed armature wound with a
[0040]
A first oil that cools the outer rotor OR in a space surrounded by the inner peripheral surfaces of the
[0041]
The second motor shaft is connected to the inner peripheral surface of the step
[0042]
Further, a space surrounded by the inner peripheral surfaces of the outer
[0043]
A shaft
[0044]
An
[0045]
[Rotor seal structure]
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing the rotor seal structure A1 of the first embodiment.
[0046]
The rotor seal structure A1 of the multi-shaft multi-layer motor M secures the communication interruption between the second
[0047]
The
[0048]
The water
[0049]
As shown in FIG. 6, the water
[0050]
The water
[0051]
Next, the operation will be described.
[0052]
[Basic functions of multi-axis multilayer motor]
By adopting a double-shaft multilayer motor M that uses two rotors and one stator, and two magnetic lines of force, ie, an outer rotor magnetic field line and an inner rotor magnetic field line, the
[0053]
Therefore, for example, compared to the case where a motor having a rotor and a stator and a generator having a rotor and a stator are provided, the size is greatly reduced, which is advantageous in terms of space, cost, and weight, and can be used as a common coil. Therefore, loss due to current (copper loss, switching loss) can be prevented.
[0054]
Moreover, it has a high degree of freedom in selection, such as using not only (motor + generator) but also (motor + motor) or (generator + generator) only by composite current control. When employed as a drive source of a hybrid vehicle as in the embodiment, the most effective or efficient combination can be selected from these many options according to the vehicle state.
[0055]
[Cooling action of rotor and stator]
The multi-shaft multilayer motor M is applied as a sub power source of a hybrid drive unit having the main power source as the engine E as described above, and the lubricating oil cooled by an oil cooler (not shown) 4 is supplied to a gear mechanism disposed in the
[0056]
Then, the lubricating oil from the
[0057]
At the same time, the lubricating oil from the shaft
[0058]
Therefore, since the outer circumferential space of the outer rotor OR is set in the first
[0059]
A
[0060]
[Air gap securing]
When the
[0061]
The
[0062]
[Sealing with oil seal]
In the multi-axis multilayer motor M in which the stator S, the inner rotor IR and the outer rotor OR are arranged in three layers on the same axis, when lubricating oil flows between the two rotors IR and OR, the leakage of lubricating oil to the outside is prevented. It is necessary to seal it. At this time, since the place where the lubricating oil is sealed is a position between the inner rotor side member and the outer rotor side member that rotate relative to each other, a mechanical seal that is not affected by centrifugal force is generally used. become.
[0063]
However, when a mechanical seal is applied, the mechanical seal is installed at a position between the inner rotor side member and the outer rotor side member that rotate relative to each other. In order to ensure the property, it is necessary to use a mechanical seal made of a special material. In addition, the mechanical seal has many steps for assembling, requires a great number of assembling steps, and has a high part cost.
[0064]
On the other hand, in the rotor seal structure A1 of the first embodiment, as shown in FIG. 7, the water
[0065]
Therefore, unlike mechanical seals installed at relative rotational positions, there is no change in the sealing force due to centrifugal force, and the rotational speed difference of the seal portion does not become excessive. While using inexpensive oil seals 101 and 102, it is possible to ensure high sealing performance that blocks communication between the first
[0066]
Next, the effect will be described.
In the rotor seal structure of the multi-axis multilayer motor of the first embodiment, the effects listed below can be obtained.
[0067]
(1) In the rotor seal structure A1 of the multi-shaft multilayer motor M that secures communication between the second
[0068]
(2) Since the
[0069]
(3) Since the stator assembly component is the water
[0070]
(4) Since the water
[0071]
(Second embodiment)
The second embodiment is an example in which an inner rotor support bearing 87 is applied instead of the relative rotation portion bearing 84 of the first embodiment.
[0072]
That is, in the rotor seal structure A2 of the multi-shaft multilayer motor of the second embodiment, as shown in FIG. 9, the inner rotor support bearing 87 and the outer rotor support bearing 83 are set in the water
[0073]
Regarding the operation, by installing the inner rotor support bearing 87 for supporting the inner rotor IR in the
[0074]
Next, the effect will be described.
In addition to the effects of the first embodiment, the following effects can be obtained in the rotor seal structure A2 of the multi-axis multilayer motor of the second embodiment.
[0075]
(5) Since the inner rotor support bearing 87 and the outer rotor support bearing 83 are set in the water
[0076]
(Third embodiment)
The third embodiment is the same as the second embodiment in the basic structure, but is an example in which the axial positional relationship between the inner rotor support bearing 87 and the
[0077]
That is, in the rotor seal structure A3 of the multi-axis multilayer motor of the third embodiment, as shown in FIG. 10, the inner rotor support bearing 87 and the outer rotor support bearing 83 are set in the water
[0078]
As for the operation, an inner rotor support bearing 87 for supporting the inner rotor IR is installed on the
[0079]
Next, the effect will be described.
In the rotor seal structure A3 of the multi-axis multilayer motor of the third embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects of the first and second embodiments.
[0080]
(6) Since the inner rotor support bearing 87 is set in the second
[0081]
As described above, the rotor seal structure of the multi-shaft multilayer motor of the present invention has been described based on the first to third embodiments. However, the specific configuration is not limited to these embodiments, and claims Modifications and additions of the design are permitted without departing from the spirit of the invention according to each claim in the scope of the above.
[0082]
For example, in the first to third embodiments, an example of a multi-axis multi-layer motor applied to a hybrid drive unit has been described. However, a multi-axis multi-layer motor installed independently or a multi-axis applied to another system The rotor seal structure of the present invention can also be adopted for a multilayer motor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic overall view showing a hybrid drive unit to which a multi-axis multilayer motor having a rotor seal structure of a first embodiment is applied.
FIG. 2 is a longitudinal side view showing a multi-axis multilayer motor M to which the rotor seal structure of the first embodiment is applied.
FIG. 3 is a partially longitudinal front view showing a multi-axis multilayer motor M to which the rotor seal structure of the first embodiment is applied.
FIG. 4 is a view of a multi-axis multilayer motor M to which the rotor seal structure of the first embodiment is applied as viewed from the back side of the stator.
FIG. 5 is a longitudinal side view showing a Ravigneaux type compound planetary gear train G and a drive output mechanism D of a hybrid drive unit to which a multi-axis multilayer motor having a rotor seal structure of a first embodiment is applied.
FIG. 6 is an enlarged vertical side view of a multi-axis multilayer motor M to which the rotor seal structure of the first embodiment is applied.
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing the rotor seal structure of the first embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a composite current applied to a stator coil of a multi-axis multilayer motor.
FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view showing a rotor seal structure of a second embodiment.
FIG. 10 is an enlarged sectional view showing a rotor seal structure according to a third embodiment.
[Explanation of symbols]
M Double-axis multilayer motor
S stator
IR inner rotor
OR outer rotor
1, 2 Motor case member
8 1st motor hollow shaft
8a Step shaft end (inner rotor support member)
8b Inner peripheral surface
9 Second motor shaft (outer rotor shaft member)
9a Outer peripheral surface
43 Stator cooling water channel
62, 63, 64 Outer rotor case member
83 Outer rotor support bearing
84 Relative rotating part bearing
87 Inner rotor support bearing
91 1st oil cooling chamber (outer rotor oil chamber)
92 Second oil cooling chamber (inner rotor oil chamber)
95 Stator air chamber
100 Canal cover parts (stator assembly parts)
100a extension
100b Inner peripheral surface
100c outer peripheral surface
101 1st oil seal
102 Second oil seal
103 Anti-rotation pin (anti-rotation)
Claims (6)
前記モータケース部材の内周面と、前記アウターロータを支持するアウターロータケース部材の外周面との間に囲まれる空間を、アウターロータを冷却するアウターロータ油室に設定し、
前記インナーロータを支持するインナーロータ支持部材の内周面と、前記アウターロータにアウターロータケース部材を介して連結されたアウターロータ軸部材の外周面との間に囲まれる空間を、インナーロータを冷却するインナーロータ油室に設定し、
前記アウターロータケース部材の内周面と、前記ステータの両端面との間に囲まれる空間を、ロータ内圧を大気圧に保つステータ空気室に設定し、
前記インナーロータ油室とステータ空気室との連通遮断をシールにより確保する複軸多層モータのロータシール構造において、
前記ステータに組み付けられるステータ組み付け部品に、インナーロータ側部材とアウターロータ側部材との相対回転位置まで延長した延長部を形成し、
前記ステータ組み付け部品の延長部の内周面とアウターロータ側部材との間に第1オイルシールを設置すると共に、前記ステータ組み付け部品の延長部の外周面とインナーロータ側部材との間に第2オイルシールを設置したことを特徴とする複軸多層モータのロータシール構造。A stator with a coil fixed to a motor case member, an inner rotor with a permanent magnet arranged inside the stator, and an outer rotor with a permanent magnet arranged outside the stator are arranged in three layers on the same axis. ,
A space surrounded between the inner peripheral surface of the motor case member and the outer peripheral surface of the outer rotor case member that supports the outer rotor is set as an outer rotor oil chamber that cools the outer rotor,
The inner rotor is cooled in a space surrounded by the inner peripheral surface of the inner rotor support member that supports the inner rotor and the outer peripheral surface of the outer rotor shaft member that is connected to the outer rotor via an outer rotor case member. Set to the inner rotor oil chamber
A space surrounded between the inner peripheral surface of the outer rotor case member and both end surfaces of the stator is set as a stator air chamber that maintains the rotor internal pressure at atmospheric pressure,
In the rotor seal structure of the multi-axis multilayer motor that secures the communication interruption between the inner rotor oil chamber and the stator air chamber by a seal,
In the stator assembly part to be assembled to the stator, an extension portion extending to the relative rotation position of the inner rotor side member and the outer rotor side member is formed,
A first oil seal is installed between the inner peripheral surface of the extension part of the stator assembly part and the outer rotor side member, and a second oil seal is provided between the outer peripheral surface of the extension part of the stator assembly part and the inner rotor side member. A rotor seal structure for a multi-axis multi-layer motor, wherein an oil seal is installed.
前記ステータ組み付け部品の延長部を、インナーロータ支持部材の内周面とアウターロータ軸部材の外周面との間に形成される空間位置まで延長したことを特徴とする複軸多層モータのロータシール構造。In the rotor seal structure of the multi-axis multilayer motor according to claim 1,
A rotor seal structure for a multi-shaft multilayer motor, wherein the extension part of the stator assembly part is extended to a spatial position formed between the inner peripheral surface of the inner rotor support member and the outer peripheral surface of the outer rotor shaft member. .
前記ステータ組み付け部品は、ステータを軸方向に貫通するステータ冷却水路の端部位置に設置される水路蓋部品であることを特徴とする複軸多層モータのロータシール構造。In the rotor seal structure of the multi-axis multilayer motor according to any one of claims 1 and 2,
A stator seal structure for a multi-shaft multilayer motor, wherein the stator assembly component is a water channel lid component installed at an end position of a stator cooling water channel that penetrates the stator in the axial direction.
前記ステータ組み付け部品を、静止しているステータに対し回転止めにより回転方向に固定したことを特徴とする複軸多層モータのロータシール構造。In the rotor seal structure of the multi-shaft multilayer motor according to any one of claims 1 to 3,
A rotor seal structure for a multi-shaft multilayer motor, wherein the stator assembly component is fixed to a stationary stator in a rotational direction by a rotation stop.
前記ステータ組み付け部品に、インナーロータ支持軸受とアウターロータ支持軸受を設定したことを特徴とする複軸多層モータのロータシール構造。In the rotor seal structure of the multi-axis multi-layer motor according to any one of claims 2 to 4,
An inner rotor support bearing and an outer rotor support bearing are set in the stator assembly part.
前記インナーロータ支持軸受を、インナーロータ冷却油室内に設定したことを特徴とする複軸多層モータのロータシール構造。In the rotor seal structure of the multi-axis multilayer motor according to claim 5,
A rotor seal structure for a multi-axis multilayer motor, wherein the inner rotor support bearing is set in an inner rotor cooling oil chamber.
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