JP4111117B2 - 回転電機の回転センサー配置構造 - Google Patents

Description

本発明は、ステータと、ステータの外側に設けられたアウターロータと、ステータの内側に設けられたインナーロータと、アウターロータの回転位置を検出するアウターロータ用回転センサー及びインナーロータの回転位置を検出するインナーロータ用回転センサーと、から構成される回転電機の回転センサー配置構造に関するものである。

従来、ステータと、ステータの外側に設けられたアウターロータと、ステータの内側に設けられたインナーロータと、を有し、アウターロータの出力軸とインナーロータの出力軸とを同一方向に配置してなる複軸多層構造の回転電機であって、アウターロータの回転位置を検出するアウターロータ用回転センサー及びインナーロータの回転位置を検出するインナーロータ用回転センサーと、を有する回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

上述した従来の回転電機では、アウターロータの出力軸とインナーロータの出力軸とが同一方向に配置されているため、アウターロータ用回転センサーとインナーロータ用回転センサーとを、それらの出力軸が出された端部において、互いに半径方向に異なる位置に同心に並列して設ける必要があった。
特開２０００−３２７０１号公報

上述したように、従来の回転電機では、回転センサーの配置構造についての制約があったため、特に外側に配置された回転センサーの径を大きくせざるを得ず、その結果、回転センサーに加わる回転強度が大きくなる問題があった。特に、この種の回転センサーはその構成上軸受けなどと比べて回転強度が高くなく、高い回転力が加わった場合破損してしまうため、この問題を解決しようとする要望が近年高くなっていた。

本発明の目的は上述した問題点を解消して、回転センサーに加わる回転強度を小さくできる回転電機の回転センサー配置構造を提供しようとするものである。

本発明の回転電機の回転センサー配置構造は、ステータと、ステータの外側に設けられたアウターロータと、ステータの内側に設けられたインナーロータと、を有し、アウターロータの出力軸とインナーロータの出力軸とを同一方向に配置してなる回転電機であって、アウターロータの回転位置を検出するアウターロータ用回転センサー及びインナーロータの回転位置を検出するインナーロータ用回転センサーと、を有する回転電機において、アウターロータ用回転センサーとインナーロータ用回転センサーとを、ステータを構成するステータコアを挟んで、ステータコアの軸方向の両端部に各別に配置し、アウターロータ用回転センサーを、アウターロータを支持している軸受けの少なくとも１つと軸方向に重なるとともに、この軸受けよりも内径側に配置したことを特徴とするものである。

本発明の回転電機の回転センサー配置構造にあっては、軸受けなどに比べて回転強度の高くない回転センサーを、アウターロータ用回転センサー及びインナーロータ用回転センサーとも内径側に配置でき、それぞれの半径を小さくできるため、それぞれの回転センサーに加わる回転力を小さくすることができる。その結果、回転センサーの破損をなくし、回転電機の長寿命化を達成することができる。

また、本発明の回転電機の回転センサー配置構造の好適例では、アウターロータ用回転センサーとインナーロータ用回転センサーの各ステータを、回転電機のステータまたはケースに接合することができる。このようにすることで、回転電機の両端の外側にそれぞれ回転センサーを設ける場合と比べて、回転センサーの配置により無駄に軸方向寸法を伸ばすことなく、回転電機の軸方向寸法をより小さくすることができる。

さらに、本発明の回転電機の回転センサー配置構造の好適例では、アウターロータ用回転センサーを、アウターロータを支持している軸受けの少なくとも１つと軸方向に重なるよう配置することができる。このようにすることで、回転電機の軸方向寸法をより小さくすることができる。

以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の回転センサー配置構造を好適に適用できる回転電機の一例としての複軸多層モータが適用されたハイブリッド駆動ユニットの全体図であり、図１において、Ｅはエンジン、Ｍは複軸多層モータ、Ｇはラビニョウ型複合遊星歯車列、Ｄは駆動出力機構、１はモータカバー、２はモータケース、３はギヤハウジング、４はフロントカバーである。

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。

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。

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。

前記駆動出力機構Ｄは、出力ギヤ１１と、第１カウンターギヤ１２と、第２カウンターギヤ１３と、ドライブギヤ１４と、ディファレンシャル１５と、ドライブシャフト１６，１６により構成されている。そして、出力ギヤ１１からの出力回転及び出力トルクは、第１カウンターギヤ１２→第２カウンターギヤ１３→ドライブギヤ１４→ディファレンシャル１５を経過し、ドライブシャフト１６，１６から図外の駆動輪へ伝達される。

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。
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図２は、ラビニョオ型遊星歯車列と組み合わされて車両用ハイブリッド変速機を構成する、この発明の対象となる複軸多層モータの一例をより詳細に示す図である。この複軸多層モータに、この発明の積層コア構造を適用することができる。図２に示す構成の複軸多層モータは、一個の円環状のステータ１０１と、その半径方向内方および外方にそれぞれ互いに同軸の所定回転軸線Ｏ上にて回転自在に配置したインナーロータ１０２およびアウターロータ１０３とよりなる三重構造とし、これらをハウジング１０４内に収納して構成する。

ここにおけるインナーロータ１０２およびアウターロータ１０３はそれぞれ、電磁鋼板などをプレス成形して造った板材のロータ軸線方向への積層になる積層コア１２４，１２５を具え、これら積層コア１２４，１２５に、ロータ軸線方向に貫通する永久磁石を円周方向等間隔に配置して設けた構成となす。インナーロータ１０２とアウターロータ１０３とでは、配置する磁極数を変えることで、両者の極対数を異ならせている。一例を示すと、磁石の個数自体はインナーロータ１０２とアウターロータ１０３で同一であり、１２個ずつであるが、インナーロータ１０２は２個の磁石で１極を成しているため、極対数としては３極対となり、アウターロータ１０３は１個の磁石で１極を成しているため、極対数としては６極対となる。

そしてハウジング１０４内へのインナーロータ１０２およびアウターロータ１０３の収納に当たっては、アウターロータ１０３は、積層コア１２５の外周にトルク伝達シェル１０５を駆動結合して具え、該トルク伝達シェル１０５の両端をそれぞれベアリング１０７，１０８によりハウジング１０４に回転自在に支持し、トルク伝達シェル１０５をベアリング１０７の側でアウターロータシャフト１０９に結合する。

インナーロータ１０２は積層コア１２４の中心に、内部に上記アウターロータシャフト１０９を回転自在に貫通した中空のインナーロータシャフト１１０を貫通して具え、これらインナーロータ１０２の積層コア１２４およびインナーロータシャフト１１０間を駆動結合する。そしてインナーロータシャフト１１０の中間部をベアリング１１２により、固定のステータブラケット１１３内に回転自在に支持し、一端部（図１では左端部）をベアリング１１４によりトルク伝達シェル１０５の対応端壁に回転自在に支持する。

ステータ１０１は、電磁鋼板をプレス成形して造ったＴ字状のステータ鋼板をステータ軸線方向に積層してなる多数のステータピースを具える。個々のステータピースには、アウターロータ側ヨークおよびインナーロータ側ヨーク間におけるティースの箇所において図２に示す如く電磁コイル１１７を巻線し、これらコイル巻線済のステータピースを同一円周方向等間隔に、つまり円形に配列してステータコアとなし、このステータコアをステータ軸線方向両側のブラケット１１３，１１８間にボルト１１９で挟持すると共に全体的に樹脂１２０でモールドすることにより一体化してステータ１０１を構成する。なお、樹脂１２０内には隣り合うステータピース１１６間において冷却液通路１４１を軸線方向に形成し、上記したボルト１１９はその冷却液通路１４１の半径方向内方および外方にそれぞれ位置させる。ここで、各ボルト１１９はそれに螺合したナット１１９ａによって締め上げられる。このボルト・ナットによる締め上げ構造をリベットピンによる締め上げ構造としても良いことはいうまでもない。

なお、このモータの駆動に当たっては、インナーロータ用回転センサ１４８およびアウターロータ用回転センサ１４７が検出するインナーロータ１０２およびアウターロータ１０３の回転位置、つまりこれらに上記のごとく設けられる永久磁石の位置に応じた両ロータ１０２，１０３用の位相の異なる駆動電流を複合して得られる複合電流をステータ１０１の電磁コイル１１７に供給し、これにより両ロータ１０２，１０３用の回転磁界をステータに個別に発生させることで、回転磁界に同期してロータ１０２，１０３を個別に回転駆動させることができる。

本発明の回転電機の回転センサー配置構造では、上述したアウターロータ用回転センサ１４７およびインナーロータ用回転センサ１４８の配置位置が特徴となる。以下、本発明の回転電機の回転センサー配置構造を詳細に説明する。

すなわち、本発明の回転電機の回転センサー配置構造では、アウターロータシャフト１０９とインナーロータシャフト１１０とを同心円状で同一方向に配置した回転電機において、アウターロータ用回転センサー１４７（以下、アウターロータ用レゾルバとも記す）とインナーロータ用回転センサー１４８（以下、インナーロータ用レゾルバとも記す）とを、ステータ１０１を構成するステータコア２０１を挟んで、ステータコア２０１の軸方向の両端部に各別に配置している。そのため、ベアリングなどに比べて回転強度の高くない回転センサー１４７および１４８の両者を、ベアリング１０７および１０８よりも内径側に配置でき、それぞれの半径を小さくできるため、回転センサー１４７および１４８に加わる回転力を小さくすることができる。

また、図２に示す例において、アウターロータ用レゾルバ１４７は、外側に設けられた円筒形状のレゾルバステータ２１１と内側に設けられた円筒形状のレゾルバロータ２１２とを組み合わせて構成されている。そして、レゾルバステータ２１１を回転電機のケースとなるハウジング１０４に接合している。また、インナーロータ用レゾルバ１４８は、外側に設けられた円筒形状のレゾルバステータ２１３と内側に設けられた円筒形状のレゾルバロータ２１４とを組み合わせて構成されている。そのため、回転電機の両端部の外側にそれぞれアウターロータ用レゾルバ１４７およびインナーロータ用レゾルバ１４８を設ける場合と比べて、回転センサーの位置により無駄に軸方向寸法を伸ばすことなく、回転電機の軸方向寸法をより小さくすることができる。

さらに、図２に示す例において、アウターロータ用レゾルバ１４７を、アウターロータ１０３を支持しているベアリング１０７と軸方向に重なるよう配置している。そのため、回転電機の軸方向寸法をより小さくすることができる。

図３は本発明の回転電機の回転センサー配置構造の他の例を説明するための図である。図３に示す例において、図２に示す部材と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図３に示す例において、図２に示す例と異なるのは、図２では外側であったアウターロータシャフト１０９の配置位置が内側となり、図２では外側であったインナーロータ用シャフト１１０の配置位置が外側となり、出力軸の軸方向の配置が逆になった点である。そのため、アウターロータ用レゾルバ１４７の位置とインナーロータ用レゾルバ１４８の位置が図２に示す例と比べて図中において左右反対となるが、この例でも図２に示す例と同様の作用効果を得ることができる。

本発明の回転電機の回転センサー配置構造は、内外にロータを有し、ロータ間にステータを有し、出力軸が同一方向に出ている３層構造の回転電機において、アウターロータ用回転センサーおよびインナーロータ用回転センサーに加わる回転力を小さくする必要のある用途に好適に用いることができる。

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。 ラビニョオ型遊星歯車列と組み合わされて車両用ハイブリッド変速機を構成する、本発明の回転センサー配置構造の対象となる複軸多層モータを示す縦断側面図である。 本発明の回転電機の回転センサー配置構造の他の例を説明するための図である。

符号の説明

１０１ ステータ
１０２ インナーロータ
１０３ アウターロータ
１０４ ハウジング
１０７、１０８ ベアリング
１４７ アウターロータ用回転センサー（アウターロータ用レゾルバ）
１４８ インナーロータ用回転センサー（インナーロータ用レゾルバ）
２０１ ステータコア
２１１、２１３ レゾルバステータ
２１２、２１４ レゾルバロータ

Claims (2)

1. ステータと、ステータの外側に設けられたアウターロータと、ステータの内側に設けられたインナーロータと、を有し、アウターロータの出力軸とインナーロータの出力軸とを同一方向に配置してなる回転電機であって、アウターロータの回転位置を検出するアウターロータ用回転センサー及びインナーロータの回転位置を検出するインナーロータ用回転センサーと、を有する回転電機において、アウターロータ用回転センサーとインナーロータ用回転センサーとを、ステータを構成するステータコアを挟んで、ステータコアの軸方向の両端部に各別に配置し、アウターロータ用回転センサーを、アウターロータを支持している軸受けの少なくとも１つと軸方向に重なるとともに、この軸受けよりも内径側に配置したことを特徴とする回転電機の回転センサー配置構造。
2. アウターロータ用回転センサーとインナーロータ用回転センサーの各ステータを、回転電機のステータまたはケースに接合する請求項１記載の回転電機の回転センサー配置構造。

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