電動機
【課題】 本発明は、独立して回転する複数のロータを備えつつ簡易な構造で十分な機械的強度を確保できる構造の電動機を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明の電動機１は、ハウジング３と、該ハウジング３に形成された第１室５と、該ハウジング３に形成された第２室７と、該第１室５に配設された第１ステータ１０と、該第１室５に配設され該第１ステータ１０に対向する第１ロータ１１と、該第１ロータ１１を回転可能に支持する第１ロータ支持部材１２と、該１ロータ支持部材１２に固定された第１回転軸１３と、該第２室７に配設された第２ステータ２１と、該第２室７に配設され該第２ステータ２１に対向する第２ロータ２３と、該第２ロータ２３に固定された第２回転軸２５と、該第２回転軸２５及び該第１ロータ支持部材１２を互いに回転可能な状態で、該第２回転軸２５を該第１ロータ支持部材１２に支持する二重軸受９とを備える。
【解決手段】 本発明の電動機１は、ハウジング３と、該ハウジング３に形成された第１室５と、該ハウジング３に形成された第２室７と、該第１室５に配設された第１ステータ１０と、該第１室５に配設され該第１ステータ１０に対向する第１ロータ１１と、該第１ロータ１１を回転可能に支持する第１ロータ支持部材１２と、該１ロータ支持部材１２に固定された第１回転軸１３と、該第２室７に配設された第２ステータ２１と、該第２室７に配設され該第２ステータ２１に対向する第２ロータ２３と、該第２ロータ２３に固定された第２回転軸２５と、該第２回転軸２５及び該第１ロータ支持部材１２を互いに回転可能な状態で、該第２回転軸２５を該第１ロータ支持部材１２に支持する二重軸受９とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立して回転する二つのロータを備える電動機（モーター）に関し、より詳細にはこれらのロータを、二重軸受を介して支持する構造の電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車搭載の燃料電池の開発が急速に進む現在、車の駆動出力源となるモーターの研究は意外に遅れている。これは、発電機、モーターが完成されたものであり改良の余地が少ない、と考えられていることに原因があると思われる。
【０００３】
しかし、２００３年１０月に開催された第３７回東京モーターショーにて、日産自動車株式会社がスーパーモーターと称するモーターを発表した。このスーパーモーターは、1つのステータの内側と外側にそれぞれロータを配し、電磁石に複合電流を流す技術により、モーターの左右に配したそれぞれの出力軸の回転を個別に制御するものであった。この場合に、ステータが一つで済む理由は、複合電流を使用するためと説明されている。スーパーモーターは、独立したモーターを2つ搭載する場合に比べ小型化と高効率化が図ることを目的としたものであった。なお、同社からはこのスーパーモーターに関連するものとして、同社から特許文献１の他多数の特許出願がされている。
【０００４】
また、同様の技術は、株式会社デンソーから特許文献２として特許出願がされている。車両用駆動装置は、ハウジングに固定されているステータと、ステータの内側に配置され駆動輪と接続される第２ロータと、第２ロータの内側に配置されエンジンの出力軸と接続される第１ロータとを有する。そして、第１ロータと第２ロータとの間に内周磁気回路が形成され、第２ロータとステータとの間に外周磁気回路が形成されてトルクの授受が行われることにより、軸出力の伝達が行われる。
【０００５】
これらの技術は、主に燃料電池車やハイブリッド車に適用すること目的としており、両輪を駆動する両軸モーターが開発され両軸の独立制御が可能になれば、駆動部品の低減に直接寄与する。そのため、その効果は大きく環境問題の低減に寄与する可能性が高く、実用化できた場合には、燃料電池車の駆動モーターとして主流を占めることが出来るものと予想される。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２９９２７０号公報
【特許文献２】特開平１１−１８７６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したスーパーモーターは電気的に制御が可能であるとしてもその構造は、特許文献１の記載を分析すると機械的な構造に問題があることが分かる。具体的に機械的な構造の問題とは、特許文献１に記載の電動機では、ステータが片持ち構造であり、さらにロータの軸受を配置する位置が回転構造としては不適切なことである。従って、特許文献１に記載の電動機では、自動車を駆動するための出力（スーパーモーターの場合は左右で３０ＫＷ、これは換算すると約４０馬力となる）に耐えられない構造となるため、実用化までの課題は大きいと言わざるを得ない。
【０００８】
また、特許文献１及び２の何れにおいても、二つのロータ及び一つのステータを全て一重の軸受のみで支持しているため、電動機の構造が複雑になり組立が困難になるばかりでなく部品の精度も高いものが要求されることとなり、これらの技術が目的としている軽量小型化を図れないおそれも生じる。
【０００９】
そこで、本発明は、独立して回転する複数のロータを備えつつ簡易な構造で十分な機械的強度を確保できる構造の電動機及び発電兼電動機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】
【００１０】
本発明の電動機は、上記課題を解決するものであって、請求項１に記載の発明は、ハウジング３と、該ハウジング３に形成される第１室５と、該ハウジング３に形成される第２室７と、該第１室５に配設される第１ステータ１０と、該第１室５に配設され該第１ステータ１０に対向する第１ロータ１１と、該第１ロータ１１を回転可能に支持する第１ロータ支持部材１２と、該１ロータ支持部材１２に固定される第１回転軸１３と、該第２室７に配設される第２ステータ２１と、該第２室７に配設され該第２ステータ２１に対向する第２ロータ２３と、該第２ロータ２３に固定される第２回転軸２５と、該第２回転軸２５及び該第１ロータ支持部材１２を互いに回転可能な状態で、該第２回転軸２５を該第１ロータ支持部材１２に支持する二重軸受９と、を備えることを特徴とする電動機１、２０１、３０１である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記二重軸受が、外輪９ａと、該外輪９ａの内側に配設される中間輪９ｂと、該中間輪９ｂの内側に配設される内輪９ｃとを備え、該外輪９ａと該中間輪９ｂとの間及び該中間輪９ｂと該内輪９ｃとの間には複数の転動体９ｄ、９ｅがそれぞれ配設されることを特徴とする請求項１記載の電動機１、２０１、３０１である。請求項３に記載の発明は、前記外輪９ａは前記第１ロータ支持部材１２に固定され、前記内輪９ｃは前記第２回転軸２５に固定されることを特徴とする請求項２記載の電動機１、２０１、３０１である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記中間輪９ｂは前記ハウジング３（ストッパー３ｅ）に固定されることを特徴とする請求項２又は３に記載の電動機２０１、３０１である。請求項５に記載の発明は、前記第１回転軸１３は前記ハウジング３の一端面（左端面）から外部に突出し、前記第２回転軸２５は前記ハウジング３の他端面（右端面）から外部に突出することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の電動機１、２０１である。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、前記第１回転軸１３は円筒状であり前記ハウジング３の一端面（左端面）から外部に突出し、前記第２回転軸２５は円筒状の該第１回転軸１３を介して前記ハウジング３の該一端面（左端面）から外部に突出することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の電動機３０１である。
【００１４】
さらに、請求項７に記載の発明は、エンジンと発電機又は蓄電池により駆動される電動機とを備え、該エンジン及び該電動機による駆動力を組み合わせて走行し、減速時に該発電機によって発電して該蓄電池に充電するハイブリッド車において、ハウジング４０３と、該ハウジング４０３に形成される第１室４０５と、該ハウジング４０３に形成される第２室４０７と、該第１室４０５に配設される第１ステータ４１０と、該第１室４０５に配設され該第１ステータ４１０に対向する第１ロータ４１１と、該第１ロータ４１１を回転可能に支持する第１ロータ支持部材４１２と、該１ロータ支持部材４１２に固定される第１回転軸１３と、該第２室４０７に配設される第２ステータ４２１と、該第２室４０７に配設され該第２ステータ４２１に対向する第２ロータ４２３と、該第２ロータ４２３に接続される第２回転軸２５と、該第２回転軸２５及び該第１ロータ支持部材４１２を互いに回転可能な状態で該第２回転軸２５を該第１ロータ支持部材４２３に支持する二重軸受９とを備え、該発電機を該第１室４０５側の該第１ステータ４１０及び該第１ロータ４１１から構成し、該電動機を該第２室４０７側の該第２ステータ４２１及び該第２ロータ４２３から構成することを特徴とするハイブリッド車用発電兼電動機４０１である。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、第１室４０５と第２室４０７とを非対称とすることを特徴とする請求項７に記載のハイブリッド車用発電兼電動機４０１である。請求項９に記載の発明は、前記二重軸受９は、外輪９ａと、該外輪９ａの内側に配設される中間輪９ｂと、該中間輪９ｂの内側に配設される内輪９ｃとを備え、該外輪９ａと該中間輪９ｃとの間及び該中間輪９ｂと該内輪９ｃとの間には複数の転動体９ｄ、９ｅがそれぞれ配設されることを特徴とする請求項７又は８に記載のハイブリッド車用発電兼電動機４０１である。
【００１６】
請求項１０に記載の発明は、前記外輪９ａは前記第１ロータ支持部材４１２に固定され、前記内輪９ｃは前記第２回転軸２５に固定されることを特徴とする請求項７乃至９の何れか一項に記載のハイブリッド車である。請求項１１に記載の発明は、前記中間輪９ｂは前記ハウジング４０３（ストッパー３ｅ）に固定されることを特徴とする請求項９又は１０に記載のハイブリッド車用発電兼電動機４０１である。
【００１７】
また、請求項１２に記載の発明は、ハウジング５０３と、該ハウジング５０３に配設されるアウターロータ５０５と、該ハウジング５０３に対して該アウターロータ５０５を回転可能に支持するアウターロータ支持部材５０６と、該アウターロータ支持部材５０６に固定される第１回転軸５１３と、該アウターロータ５０５に対向するように該アウターロータ支持部材５０６内に配設されるステータ５０７と、該アウターロータ支持部材５０６内でステータ５０７を支持するステータ支持部材５０８と、該ステータ支持部材５０８内で該ステータ５０７に対向するように配設されるインナーロータ５２３と、該インナーロータ５２３に固定される第２回転軸５２５と、該アウターロータ支持部材５０６及び該第２回転軸５２５を互いに回転可能な状態で該第２回転軸５２５を該アウターロータ支持部材５０６に支持する二重軸受５０９ａ、５０９ｂと、を備えることを特徴とする電動機５０１である。
【００１８】
請求項１３に記載の発明は、前記二重軸受は、前記アウターロータ支持部材５０６の一端（左側面）側に配設される第１二重軸受５０９ａと、該アウターロータ支持部材５０６の他端（右側面）側に配設される第２二重軸受５０９ｂとを含む請求項１２記載の電動機５０１である。請求項１４に記載の発明は、前記二重軸受は、外輪９ａと、該外輪９ａの内側に配設される中間輪９ｂと、該中間輪９ｂの内側に配設される内輪９ｃとを備え、該外輪９ａと該中間輪９ｂとの間及び該中間輪９ｂと該内輪９ｃとの間には複数の転動体９ｄ、９ｅがそれぞれ配設されることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の電動機５０１である。
【００１９】
請求項１５に記載の発明は、前記外輪９ａは前記アウターロータ支持部材５０６に固定され、前記内輪９ｃは前記第２回転軸５２５に固定されることを特徴とする請求項１４に記載の電動機５０１である。請求項１６に記載の発明は、前記中間輪９ｂは前記ステータ支持部材５０６（ストッパー５０６ａ、５０６ｂ）に固定されることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の電動機５０１である。請求項１７に記載の発明は、請求項１乃至６又は請求項１２乃至１６の何れか一項に記載の電動機を備えることを特徴とする電気自動車である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の電動機によれば、同一のハウジング内で二重軸受を介して第１ロータと第２ロータとを互いに回転可能な状態で支持することができるため、２つの電動機を設ける場合に比べて、大幅な省スペース化を図ることが出来る。また、第１ロータ側の回転数と第２ロータ側の回転数とが異なる場合であっても二重軸受により差動による影響を低減できる。さらに、二重軸受の中間輪をハウジングに対して固定することにより、差動による影響を完全になくすことも可能となる。
【００２１】
また、本発明の電動機によれば、従来のように電動機の出力軸が一つの場合には、電動機を使用する自動車等の車両において、進行方向を変更する場合に左右の車輪の回転を変えるために、デファレンシャルギア（差動歯車）が必要になるが、本発明の電動機であれば、左右の車輪をそれぞれ独立して制御できるため、デファレンシャルギア等の機械部品が不要になり電動機の小型化、車両の軽量化に寄与する。
【００２２】
さらに、本発明のハイブリッド車用発電兼電動機によれば、同一のハウジング内で二重軸受を介して第１ロータと第２ロータとを互いに回転可能な状態で支持することができるため、発電機と電動機とを個別に設ける場合に比べて、大幅な省スペース化を図ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の電動機の各実施形態を図面に従って説明する。なお、同一部材には同一符号を付しその説明は省略する。
本発明の第１実施形態の電動機１を図１乃至図３を用いて説明する。本実施形態では、二重軸受をハウジングの中央に配し、二つの電動機を一つのハウジングに収容したものである。
【００２４】
図１において、ハウジング３は円筒形であり、その内部は隔壁３ａによりハウジング３の左側に位置する第１室５と、ハウジング３の右側に位置する第２室７との二つに分割されている。第１室５には、ハウジング３の円筒内面の全周にわたって第１ステータ１０が配設され、第１ステータ１０の内面側には、当該第１ステータ１０に対向するように第１ロータ１１が配設されている。第１ロータ１１は第１ロータ支持部材１２により支持されている。第１ロータ支持部材１２の左端には円筒状の第１回転軸１３が一体に形成されており、第１回転軸１３は第１ロータ１１と一体となって回転する。
【００２５】
また、第１回転軸１３の左端部は、ハウジング１の左端面に形成された円形開孔３ｂからハウジング３の外部に突出するように配置されている。なお、第１回転軸１３と円形開孔３ｂとの間には、複数の軸受１５が配設されており、これによって、第１回転軸１３がハウジング３に対して回転可能に支持されている。一方、第１ロータ支持部材１２の右端には円筒支持部１７が一体に形成されており、円筒支持部１７と、隔壁３ａに形成された円形開孔３ｃとの間には複数の軸受１９が配設されており、これによって、円筒支持部１７がハウジング３に対して回転可能に支持されている。このように、第１室５側で、第１ステータ１０、第１ロータ１１、第１回転軸１３から第１電動機が構成される。
【００２６】
さらに、図１に基づいて第２室７側を説明する。ハウジング３の円筒面内側に全周にわたって第２ステータ２１が配設され、第２ステータ２１の内面側には当該第２ステータ２１に対向するように第２ロータ２３が配設されている。第２ロータ２３は第２ロータ支持部材２４により支持されている。第２ロータ２３の回転中心には第２回転軸２５が形成されており、第２回転軸２５は第２ロータ２３及び第２ロータ支持部材２４と一体となって回転する。また、第２回転軸２５の右端部は、ハウジング３の右端面に形成された円形開孔３ｄからハウジング３の外部に突出するように配置されている。なお、第２回転軸２５と円形開孔３ｄとの間には、複数の軸受２７が配置されおり、これによって第２回転軸２５の右端部はハウジング３に対して回転可能に支持されている。一方、第２回転軸２５の左端部は二重軸受９に支持されている。また、二重軸受９は円筒支持部１７内に配置されている。従って、隔壁３ａの円形開孔３ｃには、外周側から順に軸受１９、円筒支持部１７、二重軸受９、第２回転軸２５が、それぞれの回転中心が一致するように配置される。このように、第２室７側で、第２ステータ２１、第２ロータ２３、第２回転軸２５から第２電動機が構成される。
【００２７】
次に、二重軸受９の構造について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、図１の二重軸受９を回転軸１３方向から見た図である。二重軸受９は、円筒支持部１７内面に固定される環状の外輪９ａと、この外輪９ａの内側に配設される環状の中間輪９ｂと、この中間輪９ｂの内側に配設され第２回転軸２５に固定される環状の内輪９ｃとから構成されている。また、外輪９ａと中間輪９ｂとの間に複数のボール(転動体)９ｄが適宜配置され、中間輪９ｂと内輪９ｃとの間にも複数のボール９ｅが適宜配置されている。
【００２８】
図３は、図２に示した二重軸受９のＡ−Ａ方向の断面図である。図３(ａ)では、外輪９ａの内面には複数のボール９ｄを収容するためその全周にわたって溝部９０ａが形成され、外輪９ａの内面に対向する中間輪９ｂの外面には当該複数のボール９ｄを収容するためにその全周にわたって溝部９０ｂが形成され、外輪９ｃの内面に対向する中間輪９ｂの外面には複数のボール９ｅを収容するためにその全周にわたって溝部９０ｃが形成され、内輪９ｃの外面には当該複数のボール９ｅを収容するためにその全周にわたって溝部９０ｄが形成されている。
【００２９】
図３(ｂ)に示すように、外輪９ａと中間輪９ｂとの間に、複数のボール９ｄを２列に配置すると共に中間輪９ｂと内輪９ｃとの間に、複数のボール９ｅを２列に配置してもよい。なお、このボールの配置に対応してそれぞれ外輪９ａの内側、中間輪９ｂの両側、内輪９ｃの外側には溝部が２列づつ形成されている。この場合にはボール９ｄやボール９ｅに加わる荷重が分散される。図３(ｂ)においては、中間輪９ｂの外面には２列の溝部９０ｂがそれぞれ形成され、中間輪９ｂの内面には２列の溝部９０ｃがそれぞれ形成されていたが、図３(ｃ)に示すように、図３(ｂ)に示した中間輪９ｂの２列の溝部を一体として、２列のボール９ｄをそれぞれ収容する溝部９０ｂ’を中間輪９ｂの外面に設け、２列のボール９ｅをそれぞれ収容する溝部９０ｄ’を中間輪９ｂの内面に設けてもよい。
【００３０】
このような二重軸受９の動作を説明する。図２に示す中心の内輪９ｃが時計回りに回転すると、内輪９ｃの溝部９０ｃに接触しているボール９ｅが反時計方向に回転し、ボール９ｅは中間輪９ｂの内面側の溝部９０ｂと接触しているため、中間輪９ｂも反時計方向に回転する。
【００３１】
なお、本発明において用いる二重軸受には、ブッシュ等を利用して軸受を二重構造にした構造や、中間輪を有さず転動体の収容部が一つで内輪と外輪とが相対運動をする構造を意味するものではない。
【００３２】
一般的に軸受(ベアリング)は、図１に示した軸受１５、１９、２７のように、外輪と内輪の間に配される転動体は一重か、多重であっても環状に配され、その使用に当たっては、内輪か外輪どちらか一方を固定して使用するものであるが、本発明の二重軸受は内輪と外輪の間に中間輪を持ち、中間輪と内輪、中間輪と外輪の間に転動体を配置したものである。
【００３３】
本発明の電動機は自動車等に用いるものであり高速回転を前提としているので、使用する二重軸受は深溝玉軸受が好ましい。また、転動体の種類は電動機の重さ、回転数により適切な形状と潤滑方式を選択することが望ましい。なお、差動滑りの問題は、内輪側転動体の径で差動差分を補正し、合わせて十分な潤滑で差動差の影響である差動滑りを抑えることが可能である。
【００３４】
次に、第１実施形態の電動機１を電気自動車に適用した場合の動作を説明する。交流電源を第１ステータ９のコイルに供給して回転磁界を発生させて、第１ロータ１１を回転させる。第１ロータ１１の回転により第１回転軸１５は第１ロータ１１と一体となって回転する。第１回転軸１５の回転はデファレンシャルギアを介在せずに伝達機構によって第１駆動輪に伝達される。同様に、交流電源を第２ステータ２１のコイルに供給して回転磁界を発生させて、第２ロータ２３を回転させる。第２ロータ２３の回転により第２回転軸２５は第２ロータ２３と一体となって回転する。第２回転軸２５の回転はデファレンシャルギアを介在せずに伝達機構によって第２駆動輪に伝達される。ここで、第１回転軸１１と第２回転軸２５との回転数は、交流電流をインバータ制御により独立してそれぞれ変更可能であるため、例えば第１駆動輪を左の駆動輪とし、第２駆動輪を左の駆動輪とした場合に、デファレンシャルギアを備えることなく、左右の駆動輪の回転数を容易に変えることが可能となる。
【００３５】
なお、第１室５側に配設される第１電動機、第２室７側に配設される第２電動機は、それぞれ小形で瞬時トルクの大きいＳＰＭモーター（マグネット表面配置形モーター：Surface Permanent Magnet Motor）とすれば、ブレーキング時の回生も同時に行える利点があり好ましい。
【００３６】
次に、本発明の第２実施形態の電動機２０１を図４に基づき説明する。本実施形態では、円形開孔３ｃに配設された二重軸受９の中間輪９ｂを、ハウジング３に対して固定するものである。具体的には、中間輪９ｃを固定するために、円形開孔３ｃの右側面側で、隔壁３ａから第２回転軸２５に向かって延長されたストッパー３ｅを設ける。ストッパー３ｅの先端部と中間輪９ｂの右側面と接続することにより、中間輪９ｃをハウジング３に対して固定することができる。なお、ストッパー３ｅは円形開孔３ｃの右側面側で、円形開孔３ｃの全周にわたって設けるか、等間隔で複数リブ状に設けてもよい。なお、構造上、ストッパー３ｅには大きな力が加わらないため、中間輪９ｃを支えられる程度の強度が有ればよい。本実施形態では、このように二重軸受の中間輪を固定しているため、外輪側と内輪側とで回転差が生じてもこれらの間に配置されるボール（転動体）に加わる負担が少なくなる。
【００３７】
本発明の第３実施形態の電動機３０１を図５に基づき説明する。第３実施形態では、出力軸を同一方向に配置したものである。図５において、ハウジング３の左端の円形開孔３ｂ側で、円筒状の第１回転軸１３の内側から、第２回転軸３２５の端部が突出している。第２回転軸３２５は基本的には第１実施形態の第２回転軸２５と同様に第２室７内に配設されているが、第１実施形態とは異なりハウジング３の右側面側から突出せず、その左端が延長され第１室３を貫きハウジング３の左端面（一端面）側で突出するものである。これによって、第１回転軸１３及び第２回転軸３２５の回転を同一方向から取り出すことが出来る。
【００３８】
本発明の第４実施形態の発電兼電動機４０１を図６に基づき説明する。本実施形態では、第１室４０５を第２室４０７より小さくして両者を非対称とし、さらに、第１ステータ４０９及び第１ロータ４１１と、第２ステータ４２１及び第２ロータ４２３とを非対称とするものである。この場合には第１室４０５側の第１ステータ４０９及び第１ロータ４１１を発電機とし、第２室４０７側の第２ステータ４２１及び第２ロータ４２３を電動機として使用することにより、ハイブリッド車用の発電兼電動機として用いることができる。
【００３９】
なお、ハイブリッド車としては、例えば株式会社トヨタによって実用化された「プリウス」（商標）が知られている。一般に、このようなハイブリッド車は、内燃エンジンと、発電機又は蓄電池により駆動される電動機とを備えており、内燃エンジン及電動機による駆動力を組み合わせて走行し、減速時に発電機によって発電して、これを蓄電池に充電することにより、低燃費を実現したものである。しかし、プリウスにおいても、発電機と電動機とは、それぞれ別個のハウジングに収容され完全に独立したものとして構成されている。これに対し、第４実施形態の発電兼電動機は、二重軸受を介して発電機と電動機とを接続することにより、同一のハウジングにこれらを収容することが可能となり省スペース化が図れる。
【００４０】
本発明の第５実施形態の電動機は、上記第１乃至第４実施形態とは異なり、左右に第１室及び第２室を設けたものではない。第５実施形態の電動機５０１を図７に基づき説明する。ハウジング５０３の円筒面内側にはアウターロータ５０５が配設され、アウターロータ５０５はかご型のアウターロータ支持部材５０６によって支持され、アウターロータ支持部材５０６はハウジング５０３に対して回転可能に支持されている。
【００４１】
アウターロータ支持部材５０６の左端には円筒状の第１回転軸５１３が形成されており、第１回転軸５１３はアウターロータ５０３及びアウターロータ支持部材５０６と一体となって回転する。また、第１回転軸５１３の左端部は、ハウジング５０３の左端面に形成された円形開孔５０３ｂから外部に突出するように配置されている。なお、第１回転軸５１３と円形開孔５０３ｂとの間に複数の軸受５１５が配設されており、これによって第１回転軸５１５はハウジング５０３に対して回転可能に支持されている。一方、アウターロータ支持部材５０６の右端面には円筒支持部５１７が突出形成されており、円筒支持部５１７はハウジング５０３の右端側面に形成された環状凹部５０３ｃ内に配置され、円筒支持部５１７と環状凹部５０３ｃとの間には複数の軸受５１９が配設されるため、ハウジング５０３の右端部でアウターロータ支持部材５０６はハウジング５０３に対して回転可能に支持されている。
【００４２】
さらに、アウターロータ支持部材５０６の左端内面に形成された凹部５０６ａには第１二重軸受５０９ａが配設され、アウターロータ支持部材５０６の右端に形成された円筒支持部５１７内には第２二重軸受５０９ｂがそれぞれ配設されている。第１二重軸受５０９ａ、第２二重軸受５０９ｂの構造は、第１実施形態で説明した二重軸受９と同じ構造であり、第１二重軸受５０９ａの外輪が凹部５０６ａに、第２二重軸受５０９ｂの外輪が円筒支持部５１７に固定されている。
【００４３】
また、アウターロータ５０５の内側には当該アウターロータ５０５に対向するようにステータ５０７が配設されている。ステータ５０７はかご型のステータ支持部材５０８によって支持されている。ステータ支持部材５０８はその左端部に形成された第１ステータステー５０８ａによって第１二重軸受５０９ａの中間輪に固定され、同様に、ステータ支持部材５０８はその右端部に形成された第２ステータステー５０８ｂによって第２二重軸受５０９ａの中間輪に固定されている。
【００４４】
ステータ５０７の内側には当該ステータ５０７に対向するようにインナーロータ５２３が配設されており、インナーロータ５２３の回転軸には第２回転軸５２５が配設されている。第２回転軸５２５の左端部は第１二重軸受５０９ａの内輪に固定され、第２回転軸５２５の右端側は第２二重軸受５０９ｂの内輪に固定されている。さらに、第２回転軸５２５の右端部は、ハウジング５０３の右側面の開孔から外部に突出している。従って、第２回転軸５２５はその左右で二重軸受５０９ａ、５０９ｂによって回転可能に軸支されており、インナーロータ５２３及び第２回転軸５２５は一体となって回転する。本実施形態では、入れ子式にアウターロータ５０５、ステータ５０７、インナーロータ５２３が収容されており、従来例のように片持ち式で支持するものではなく、それぞれが両端部で支持されているため、自動車用に用いても十分な強度が確保できる。
【００４５】
本発明の各実施形態にて説明した電動機は、福祉車両等に好適な電気自動車や、電動式車いすに用いることができる。また、本発明の電動機で左右の前輪を駆動し、さらに本発明の電動機で左右の後輪を駆動することにより、省スペースで４輪の全ての回転を独立して制御することが可能となり、中心位置を固定した状態で車両を容易に旋回することや微妙な位置調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の電動機の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の電動機に用いる二重軸受の正面図である。
【図３】図２の二重軸受のＡ−Ａ線での断面図である。
【図４】本発明の電動機の第２実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明の電動機の第３実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明をハイブリッド車用発電兼電動機に適用した第４実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明の電動機の第５実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 電動機
３ ハウジング
３ａ 隔壁
５ 第１室
７ 第２室
９ 二重軸受
９ａ 外輪
９ｂ 中間輪
９ｃ 内輪
１０ 第１ステータ
１１ 第１ロータ
１２ 第１ロータ支持部材
１３ 第１回転軸
１７ 円筒支持部
２１ 第２ステータ
２３ 第２ロータ
２４ 第２ロータ支持部材
２５ 第２回転軸
２０１ 電動機
３ｅ ストッパー
３０１ 電動機
３２５ 第２回転軸
４０１ 電動機
４０３ ハウジング
４０５ 第１室
４０７ 第２室
４０９ 第１ステータ
４１１ 第１ロータ
４２１ 第２ステータ
４２３ 第２ロータ
５０１ 電動機
５０３ ハウジング
５０５ アウターロータ
５０６ アウターロータ支持部材
５１３ 第１回転軸
５１７ 円筒支持部
５０３ｃ 環状凹部
５０９ａ 第１二重軸受
５０９ｂ 第２二重軸受
５０７ ステータ
５０８ ステータ支持部材
５０８ａ 第１ステータステー
５０８ｂ 第２ステータステー
５２３ インナーロータ
５２５ 第２回転軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立して回転する二つのロータを備える電動機（モーター）に関し、より詳細にはこれらのロータを、二重軸受を介して支持する構造の電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車搭載の燃料電池の開発が急速に進む現在、車の駆動出力源となるモーターの研究は意外に遅れている。これは、発電機、モーターが完成されたものであり改良の余地が少ない、と考えられていることに原因があると思われる。
【０００３】
しかし、２００３年１０月に開催された第３７回東京モーターショーにて、日産自動車株式会社がスーパーモーターと称するモーターを発表した。このスーパーモーターは、1つのステータの内側と外側にそれぞれロータを配し、電磁石に複合電流を流す技術により、モーターの左右に配したそれぞれの出力軸の回転を個別に制御するものであった。この場合に、ステータが一つで済む理由は、複合電流を使用するためと説明されている。スーパーモーターは、独立したモーターを2つ搭載する場合に比べ小型化と高効率化が図ることを目的としたものであった。なお、同社からはこのスーパーモーターに関連するものとして、同社から特許文献１の他多数の特許出願がされている。
【０００４】
また、同様の技術は、株式会社デンソーから特許文献２として特許出願がされている。車両用駆動装置は、ハウジングに固定されているステータと、ステータの内側に配置され駆動輪と接続される第２ロータと、第２ロータの内側に配置されエンジンの出力軸と接続される第１ロータとを有する。そして、第１ロータと第２ロータとの間に内周磁気回路が形成され、第２ロータとステータとの間に外周磁気回路が形成されてトルクの授受が行われることにより、軸出力の伝達が行われる。
【０００５】
これらの技術は、主に燃料電池車やハイブリッド車に適用すること目的としており、両輪を駆動する両軸モーターが開発され両軸の独立制御が可能になれば、駆動部品の低減に直接寄与する。そのため、その効果は大きく環境問題の低減に寄与する可能性が高く、実用化できた場合には、燃料電池車の駆動モーターとして主流を占めることが出来るものと予想される。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２９９２７０号公報
【特許文献２】特開平１１−１８７６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したスーパーモーターは電気的に制御が可能であるとしてもその構造は、特許文献１の記載を分析すると機械的な構造に問題があることが分かる。具体的に機械的な構造の問題とは、特許文献１に記載の電動機では、ステータが片持ち構造であり、さらにロータの軸受を配置する位置が回転構造としては不適切なことである。従って、特許文献１に記載の電動機では、自動車を駆動するための出力（スーパーモーターの場合は左右で３０ＫＷ、これは換算すると約４０馬力となる）に耐えられない構造となるため、実用化までの課題は大きいと言わざるを得ない。
【０００８】
また、特許文献１及び２の何れにおいても、二つのロータ及び一つのステータを全て一重の軸受のみで支持しているため、電動機の構造が複雑になり組立が困難になるばかりでなく部品の精度も高いものが要求されることとなり、これらの技術が目的としている軽量小型化を図れないおそれも生じる。
【０００９】
そこで、本発明は、独立して回転する複数のロータを備えつつ簡易な構造で十分な機械的強度を確保できる構造の電動機及び発電兼電動機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】
【００１０】
本発明の電動機は、上記課題を解決するものであって、請求項１に記載の発明は、ハウジング３と、該ハウジング３に形成される第１室５と、該ハウジング３に形成される第２室７と、該第１室５に配設される第１ステータ１０と、該第１室５に配設され該第１ステータ１０に対向する第１ロータ１１と、該第１ロータ１１を回転可能に支持する第１ロータ支持部材１２と、該１ロータ支持部材１２に固定される第１回転軸１３と、該第２室７に配設される第２ステータ２１と、該第２室７に配設され該第２ステータ２１に対向する第２ロータ２３と、該第２ロータ２３に固定される第２回転軸２５と、該第２回転軸２５及び該第１ロータ支持部材１２を互いに回転可能な状態で、該第２回転軸２５を該第１ロータ支持部材１２に支持する二重軸受９と、を備えることを特徴とする電動機１、２０１、３０１である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記二重軸受が、外輪９ａと、該外輪９ａの内側に配設される中間輪９ｂと、該中間輪９ｂの内側に配設される内輪９ｃとを備え、該外輪９ａと該中間輪９ｂとの間及び該中間輪９ｂと該内輪９ｃとの間には複数の転動体９ｄ、９ｅがそれぞれ配設されることを特徴とする請求項１記載の電動機１、２０１、３０１である。請求項３に記載の発明は、前記外輪９ａは前記第１ロータ支持部材１２に固定され、前記内輪９ｃは前記第２回転軸２５に固定されることを特徴とする請求項２記載の電動機１、２０１、３０１である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記中間輪９ｂは前記ハウジング３（ストッパー３ｅ）に固定されることを特徴とする請求項２又は３に記載の電動機２０１、３０１である。請求項５に記載の発明は、前記第１回転軸１３は前記ハウジング３の一端面（左端面）から外部に突出し、前記第２回転軸２５は前記ハウジング３の他端面（右端面）から外部に突出することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の電動機１、２０１である。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、前記第１回転軸１３は円筒状であり前記ハウジング３の一端面（左端面）から外部に突出し、前記第２回転軸２５は円筒状の該第１回転軸１３を介して前記ハウジング３の該一端面（左端面）から外部に突出することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の電動機３０１である。
【００１４】
さらに、請求項７に記載の発明は、エンジンと発電機又は蓄電池により駆動される電動機とを備え、該エンジン及び該電動機による駆動力を組み合わせて走行し、減速時に該発電機によって発電して該蓄電池に充電するハイブリッド車において、ハウジング４０３と、該ハウジング４０３に形成される第１室４０５と、該ハウジング４０３に形成される第２室４０７と、該第１室４０５に配設される第１ステータ４１０と、該第１室４０５に配設され該第１ステータ４１０に対向する第１ロータ４１１と、該第１ロータ４１１を回転可能に支持する第１ロータ支持部材４１２と、該１ロータ支持部材４１２に固定される第１回転軸１３と、該第２室４０７に配設される第２ステータ４２１と、該第２室４０７に配設され該第２ステータ４２１に対向する第２ロータ４２３と、該第２ロータ４２３に接続される第２回転軸２５と、該第２回転軸２５及び該第１ロータ支持部材４１２を互いに回転可能な状態で該第２回転軸２５を該第１ロータ支持部材４２３に支持する二重軸受９とを備え、該発電機を該第１室４０５側の該第１ステータ４１０及び該第１ロータ４１１から構成し、該電動機を該第２室４０７側の該第２ステータ４２１及び該第２ロータ４２３から構成することを特徴とするハイブリッド車用発電兼電動機４０１である。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、第１室４０５と第２室４０７とを非対称とすることを特徴とする請求項７に記載のハイブリッド車用発電兼電動機４０１である。請求項９に記載の発明は、前記二重軸受９は、外輪９ａと、該外輪９ａの内側に配設される中間輪９ｂと、該中間輪９ｂの内側に配設される内輪９ｃとを備え、該外輪９ａと該中間輪９ｃとの間及び該中間輪９ｂと該内輪９ｃとの間には複数の転動体９ｄ、９ｅがそれぞれ配設されることを特徴とする請求項７又は８に記載のハイブリッド車用発電兼電動機４０１である。
【００１６】
請求項１０に記載の発明は、前記外輪９ａは前記第１ロータ支持部材４１２に固定され、前記内輪９ｃは前記第２回転軸２５に固定されることを特徴とする請求項７乃至９の何れか一項に記載のハイブリッド車である。請求項１１に記載の発明は、前記中間輪９ｂは前記ハウジング４０３（ストッパー３ｅ）に固定されることを特徴とする請求項９又は１０に記載のハイブリッド車用発電兼電動機４０１である。
【００１７】
また、請求項１２に記載の発明は、ハウジング５０３と、該ハウジング５０３に配設されるアウターロータ５０５と、該ハウジング５０３に対して該アウターロータ５０５を回転可能に支持するアウターロータ支持部材５０６と、該アウターロータ支持部材５０６に固定される第１回転軸５１３と、該アウターロータ５０５に対向するように該アウターロータ支持部材５０６内に配設されるステータ５０７と、該アウターロータ支持部材５０６内でステータ５０７を支持するステータ支持部材５０８と、該ステータ支持部材５０８内で該ステータ５０７に対向するように配設されるインナーロータ５２３と、該インナーロータ５２３に固定される第２回転軸５２５と、該アウターロータ支持部材５０６及び該第２回転軸５２５を互いに回転可能な状態で該第２回転軸５２５を該アウターロータ支持部材５０６に支持する二重軸受５０９ａ、５０９ｂと、を備えることを特徴とする電動機５０１である。
【００１８】
請求項１３に記載の発明は、前記二重軸受は、前記アウターロータ支持部材５０６の一端（左側面）側に配設される第１二重軸受５０９ａと、該アウターロータ支持部材５０６の他端（右側面）側に配設される第２二重軸受５０９ｂとを含む請求項１２記載の電動機５０１である。請求項１４に記載の発明は、前記二重軸受は、外輪９ａと、該外輪９ａの内側に配設される中間輪９ｂと、該中間輪９ｂの内側に配設される内輪９ｃとを備え、該外輪９ａと該中間輪９ｂとの間及び該中間輪９ｂと該内輪９ｃとの間には複数の転動体９ｄ、９ｅがそれぞれ配設されることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の電動機５０１である。
【００１９】
請求項１５に記載の発明は、前記外輪９ａは前記アウターロータ支持部材５０６に固定され、前記内輪９ｃは前記第２回転軸５２５に固定されることを特徴とする請求項１４に記載の電動機５０１である。請求項１６に記載の発明は、前記中間輪９ｂは前記ステータ支持部材５０６（ストッパー５０６ａ、５０６ｂ）に固定されることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の電動機５０１である。請求項１７に記載の発明は、請求項１乃至６又は請求項１２乃至１６の何れか一項に記載の電動機を備えることを特徴とする電気自動車である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の電動機によれば、同一のハウジング内で二重軸受を介して第１ロータと第２ロータとを互いに回転可能な状態で支持することができるため、２つの電動機を設ける場合に比べて、大幅な省スペース化を図ることが出来る。また、第１ロータ側の回転数と第２ロータ側の回転数とが異なる場合であっても二重軸受により差動による影響を低減できる。さらに、二重軸受の中間輪をハウジングに対して固定することにより、差動による影響を完全になくすことも可能となる。
【００２１】
また、本発明の電動機によれば、従来のように電動機の出力軸が一つの場合には、電動機を使用する自動車等の車両において、進行方向を変更する場合に左右の車輪の回転を変えるために、デファレンシャルギア（差動歯車）が必要になるが、本発明の電動機であれば、左右の車輪をそれぞれ独立して制御できるため、デファレンシャルギア等の機械部品が不要になり電動機の小型化、車両の軽量化に寄与する。
【００２２】
さらに、本発明のハイブリッド車用発電兼電動機によれば、同一のハウジング内で二重軸受を介して第１ロータと第２ロータとを互いに回転可能な状態で支持することができるため、発電機と電動機とを個別に設ける場合に比べて、大幅な省スペース化を図ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の電動機の各実施形態を図面に従って説明する。なお、同一部材には同一符号を付しその説明は省略する。
本発明の第１実施形態の電動機１を図１乃至図３を用いて説明する。本実施形態では、二重軸受をハウジングの中央に配し、二つの電動機を一つのハウジングに収容したものである。
【００２４】
図１において、ハウジング３は円筒形であり、その内部は隔壁３ａによりハウジング３の左側に位置する第１室５と、ハウジング３の右側に位置する第２室７との二つに分割されている。第１室５には、ハウジング３の円筒内面の全周にわたって第１ステータ１０が配設され、第１ステータ１０の内面側には、当該第１ステータ１０に対向するように第１ロータ１１が配設されている。第１ロータ１１は第１ロータ支持部材１２により支持されている。第１ロータ支持部材１２の左端には円筒状の第１回転軸１３が一体に形成されており、第１回転軸１３は第１ロータ１１と一体となって回転する。
【００２５】
また、第１回転軸１３の左端部は、ハウジング１の左端面に形成された円形開孔３ｂからハウジング３の外部に突出するように配置されている。なお、第１回転軸１３と円形開孔３ｂとの間には、複数の軸受１５が配設されており、これによって、第１回転軸１３がハウジング３に対して回転可能に支持されている。一方、第１ロータ支持部材１２の右端には円筒支持部１７が一体に形成されており、円筒支持部１７と、隔壁３ａに形成された円形開孔３ｃとの間には複数の軸受１９が配設されており、これによって、円筒支持部１７がハウジング３に対して回転可能に支持されている。このように、第１室５側で、第１ステータ１０、第１ロータ１１、第１回転軸１３から第１電動機が構成される。
【００２６】
さらに、図１に基づいて第２室７側を説明する。ハウジング３の円筒面内側に全周にわたって第２ステータ２１が配設され、第２ステータ２１の内面側には当該第２ステータ２１に対向するように第２ロータ２３が配設されている。第２ロータ２３は第２ロータ支持部材２４により支持されている。第２ロータ２３の回転中心には第２回転軸２５が形成されており、第２回転軸２５は第２ロータ２３及び第２ロータ支持部材２４と一体となって回転する。また、第２回転軸２５の右端部は、ハウジング３の右端面に形成された円形開孔３ｄからハウジング３の外部に突出するように配置されている。なお、第２回転軸２５と円形開孔３ｄとの間には、複数の軸受２７が配置されおり、これによって第２回転軸２５の右端部はハウジング３に対して回転可能に支持されている。一方、第２回転軸２５の左端部は二重軸受９に支持されている。また、二重軸受９は円筒支持部１７内に配置されている。従って、隔壁３ａの円形開孔３ｃには、外周側から順に軸受１９、円筒支持部１７、二重軸受９、第２回転軸２５が、それぞれの回転中心が一致するように配置される。このように、第２室７側で、第２ステータ２１、第２ロータ２３、第２回転軸２５から第２電動機が構成される。
【００２７】
次に、二重軸受９の構造について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、図１の二重軸受９を回転軸１３方向から見た図である。二重軸受９は、円筒支持部１７内面に固定される環状の外輪９ａと、この外輪９ａの内側に配設される環状の中間輪９ｂと、この中間輪９ｂの内側に配設され第２回転軸２５に固定される環状の内輪９ｃとから構成されている。また、外輪９ａと中間輪９ｂとの間に複数のボール(転動体)９ｄが適宜配置され、中間輪９ｂと内輪９ｃとの間にも複数のボール９ｅが適宜配置されている。
【００２８】
図３は、図２に示した二重軸受９のＡ−Ａ方向の断面図である。図３(ａ)では、外輪９ａの内面には複数のボール９ｄを収容するためその全周にわたって溝部９０ａが形成され、外輪９ａの内面に対向する中間輪９ｂの外面には当該複数のボール９ｄを収容するためにその全周にわたって溝部９０ｂが形成され、外輪９ｃの内面に対向する中間輪９ｂの外面には複数のボール９ｅを収容するためにその全周にわたって溝部９０ｃが形成され、内輪９ｃの外面には当該複数のボール９ｅを収容するためにその全周にわたって溝部９０ｄが形成されている。
【００２９】
図３(ｂ)に示すように、外輪９ａと中間輪９ｂとの間に、複数のボール９ｄを２列に配置すると共に中間輪９ｂと内輪９ｃとの間に、複数のボール９ｅを２列に配置してもよい。なお、このボールの配置に対応してそれぞれ外輪９ａの内側、中間輪９ｂの両側、内輪９ｃの外側には溝部が２列づつ形成されている。この場合にはボール９ｄやボール９ｅに加わる荷重が分散される。図３(ｂ)においては、中間輪９ｂの外面には２列の溝部９０ｂがそれぞれ形成され、中間輪９ｂの内面には２列の溝部９０ｃがそれぞれ形成されていたが、図３(ｃ)に示すように、図３(ｂ)に示した中間輪９ｂの２列の溝部を一体として、２列のボール９ｄをそれぞれ収容する溝部９０ｂ’を中間輪９ｂの外面に設け、２列のボール９ｅをそれぞれ収容する溝部９０ｄ’を中間輪９ｂの内面に設けてもよい。
【００３０】
このような二重軸受９の動作を説明する。図２に示す中心の内輪９ｃが時計回りに回転すると、内輪９ｃの溝部９０ｃに接触しているボール９ｅが反時計方向に回転し、ボール９ｅは中間輪９ｂの内面側の溝部９０ｂと接触しているため、中間輪９ｂも反時計方向に回転する。
【００３１】
なお、本発明において用いる二重軸受には、ブッシュ等を利用して軸受を二重構造にした構造や、中間輪を有さず転動体の収容部が一つで内輪と外輪とが相対運動をする構造を意味するものではない。
【００３２】
一般的に軸受(ベアリング)は、図１に示した軸受１５、１９、２７のように、外輪と内輪の間に配される転動体は一重か、多重であっても環状に配され、その使用に当たっては、内輪か外輪どちらか一方を固定して使用するものであるが、本発明の二重軸受は内輪と外輪の間に中間輪を持ち、中間輪と内輪、中間輪と外輪の間に転動体を配置したものである。
【００３３】
本発明の電動機は自動車等に用いるものであり高速回転を前提としているので、使用する二重軸受は深溝玉軸受が好ましい。また、転動体の種類は電動機の重さ、回転数により適切な形状と潤滑方式を選択することが望ましい。なお、差動滑りの問題は、内輪側転動体の径で差動差分を補正し、合わせて十分な潤滑で差動差の影響である差動滑りを抑えることが可能である。
【００３４】
次に、第１実施形態の電動機１を電気自動車に適用した場合の動作を説明する。交流電源を第１ステータ９のコイルに供給して回転磁界を発生させて、第１ロータ１１を回転させる。第１ロータ１１の回転により第１回転軸１５は第１ロータ１１と一体となって回転する。第１回転軸１５の回転はデファレンシャルギアを介在せずに伝達機構によって第１駆動輪に伝達される。同様に、交流電源を第２ステータ２１のコイルに供給して回転磁界を発生させて、第２ロータ２３を回転させる。第２ロータ２３の回転により第２回転軸２５は第２ロータ２３と一体となって回転する。第２回転軸２５の回転はデファレンシャルギアを介在せずに伝達機構によって第２駆動輪に伝達される。ここで、第１回転軸１１と第２回転軸２５との回転数は、交流電流をインバータ制御により独立してそれぞれ変更可能であるため、例えば第１駆動輪を左の駆動輪とし、第２駆動輪を左の駆動輪とした場合に、デファレンシャルギアを備えることなく、左右の駆動輪の回転数を容易に変えることが可能となる。
【００３５】
なお、第１室５側に配設される第１電動機、第２室７側に配設される第２電動機は、それぞれ小形で瞬時トルクの大きいＳＰＭモーター（マグネット表面配置形モーター：Surface Permanent Magnet Motor）とすれば、ブレーキング時の回生も同時に行える利点があり好ましい。
【００３６】
次に、本発明の第２実施形態の電動機２０１を図４に基づき説明する。本実施形態では、円形開孔３ｃに配設された二重軸受９の中間輪９ｂを、ハウジング３に対して固定するものである。具体的には、中間輪９ｃを固定するために、円形開孔３ｃの右側面側で、隔壁３ａから第２回転軸２５に向かって延長されたストッパー３ｅを設ける。ストッパー３ｅの先端部と中間輪９ｂの右側面と接続することにより、中間輪９ｃをハウジング３に対して固定することができる。なお、ストッパー３ｅは円形開孔３ｃの右側面側で、円形開孔３ｃの全周にわたって設けるか、等間隔で複数リブ状に設けてもよい。なお、構造上、ストッパー３ｅには大きな力が加わらないため、中間輪９ｃを支えられる程度の強度が有ればよい。本実施形態では、このように二重軸受の中間輪を固定しているため、外輪側と内輪側とで回転差が生じてもこれらの間に配置されるボール（転動体）に加わる負担が少なくなる。
【００３７】
本発明の第３実施形態の電動機３０１を図５に基づき説明する。第３実施形態では、出力軸を同一方向に配置したものである。図５において、ハウジング３の左端の円形開孔３ｂ側で、円筒状の第１回転軸１３の内側から、第２回転軸３２５の端部が突出している。第２回転軸３２５は基本的には第１実施形態の第２回転軸２５と同様に第２室７内に配設されているが、第１実施形態とは異なりハウジング３の右側面側から突出せず、その左端が延長され第１室３を貫きハウジング３の左端面（一端面）側で突出するものである。これによって、第１回転軸１３及び第２回転軸３２５の回転を同一方向から取り出すことが出来る。
【００３８】
本発明の第４実施形態の発電兼電動機４０１を図６に基づき説明する。本実施形態では、第１室４０５を第２室４０７より小さくして両者を非対称とし、さらに、第１ステータ４０９及び第１ロータ４１１と、第２ステータ４２１及び第２ロータ４２３とを非対称とするものである。この場合には第１室４０５側の第１ステータ４０９及び第１ロータ４１１を発電機とし、第２室４０７側の第２ステータ４２１及び第２ロータ４２３を電動機として使用することにより、ハイブリッド車用の発電兼電動機として用いることができる。
【００３９】
なお、ハイブリッド車としては、例えば株式会社トヨタによって実用化された「プリウス」（商標）が知られている。一般に、このようなハイブリッド車は、内燃エンジンと、発電機又は蓄電池により駆動される電動機とを備えており、内燃エンジン及電動機による駆動力を組み合わせて走行し、減速時に発電機によって発電して、これを蓄電池に充電することにより、低燃費を実現したものである。しかし、プリウスにおいても、発電機と電動機とは、それぞれ別個のハウジングに収容され完全に独立したものとして構成されている。これに対し、第４実施形態の発電兼電動機は、二重軸受を介して発電機と電動機とを接続することにより、同一のハウジングにこれらを収容することが可能となり省スペース化が図れる。
【００４０】
本発明の第５実施形態の電動機は、上記第１乃至第４実施形態とは異なり、左右に第１室及び第２室を設けたものではない。第５実施形態の電動機５０１を図７に基づき説明する。ハウジング５０３の円筒面内側にはアウターロータ５０５が配設され、アウターロータ５０５はかご型のアウターロータ支持部材５０６によって支持され、アウターロータ支持部材５０６はハウジング５０３に対して回転可能に支持されている。
【００４１】
アウターロータ支持部材５０６の左端には円筒状の第１回転軸５１３が形成されており、第１回転軸５１３はアウターロータ５０３及びアウターロータ支持部材５０６と一体となって回転する。また、第１回転軸５１３の左端部は、ハウジング５０３の左端面に形成された円形開孔５０３ｂから外部に突出するように配置されている。なお、第１回転軸５１３と円形開孔５０３ｂとの間に複数の軸受５１５が配設されており、これによって第１回転軸５１５はハウジング５０３に対して回転可能に支持されている。一方、アウターロータ支持部材５０６の右端面には円筒支持部５１７が突出形成されており、円筒支持部５１７はハウジング５０３の右端側面に形成された環状凹部５０３ｃ内に配置され、円筒支持部５１７と環状凹部５０３ｃとの間には複数の軸受５１９が配設されるため、ハウジング５０３の右端部でアウターロータ支持部材５０６はハウジング５０３に対して回転可能に支持されている。
【００４２】
さらに、アウターロータ支持部材５０６の左端内面に形成された凹部５０６ａには第１二重軸受５０９ａが配設され、アウターロータ支持部材５０６の右端に形成された円筒支持部５１７内には第２二重軸受５０９ｂがそれぞれ配設されている。第１二重軸受５０９ａ、第２二重軸受５０９ｂの構造は、第１実施形態で説明した二重軸受９と同じ構造であり、第１二重軸受５０９ａの外輪が凹部５０６ａに、第２二重軸受５０９ｂの外輪が円筒支持部５１７に固定されている。
【００４３】
また、アウターロータ５０５の内側には当該アウターロータ５０５に対向するようにステータ５０７が配設されている。ステータ５０７はかご型のステータ支持部材５０８によって支持されている。ステータ支持部材５０８はその左端部に形成された第１ステータステー５０８ａによって第１二重軸受５０９ａの中間輪に固定され、同様に、ステータ支持部材５０８はその右端部に形成された第２ステータステー５０８ｂによって第２二重軸受５０９ａの中間輪に固定されている。
【００４４】
ステータ５０７の内側には当該ステータ５０７に対向するようにインナーロータ５２３が配設されており、インナーロータ５２３の回転軸には第２回転軸５２５が配設されている。第２回転軸５２５の左端部は第１二重軸受５０９ａの内輪に固定され、第２回転軸５２５の右端側は第２二重軸受５０９ｂの内輪に固定されている。さらに、第２回転軸５２５の右端部は、ハウジング５０３の右側面の開孔から外部に突出している。従って、第２回転軸５２５はその左右で二重軸受５０９ａ、５０９ｂによって回転可能に軸支されており、インナーロータ５２３及び第２回転軸５２５は一体となって回転する。本実施形態では、入れ子式にアウターロータ５０５、ステータ５０７、インナーロータ５２３が収容されており、従来例のように片持ち式で支持するものではなく、それぞれが両端部で支持されているため、自動車用に用いても十分な強度が確保できる。
【００４５】
本発明の各実施形態にて説明した電動機は、福祉車両等に好適な電気自動車や、電動式車いすに用いることができる。また、本発明の電動機で左右の前輪を駆動し、さらに本発明の電動機で左右の後輪を駆動することにより、省スペースで４輪の全ての回転を独立して制御することが可能となり、中心位置を固定した状態で車両を容易に旋回することや微妙な位置調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の電動機の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の電動機に用いる二重軸受の正面図である。
【図３】図２の二重軸受のＡ−Ａ線での断面図である。
【図４】本発明の電動機の第２実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明の電動機の第３実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明をハイブリッド車用発電兼電動機に適用した第４実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明の電動機の第５実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 電動機
３ ハウジング
３ａ 隔壁
５ 第１室
７ 第２室
９ 二重軸受
９ａ 外輪
９ｂ 中間輪
９ｃ 内輪
１０ 第１ステータ
１１ 第１ロータ
１２ 第１ロータ支持部材
１３ 第１回転軸
１７ 円筒支持部
２１ 第２ステータ
２３ 第２ロータ
２４ 第２ロータ支持部材
２５ 第２回転軸
２０１ 電動機
３ｅ ストッパー
３０１ 電動機
３２５ 第２回転軸
４０１ 電動機
４０３ ハウジング
４０５ 第１室
４０７ 第２室
４０９ 第１ステータ
４１１ 第１ロータ
４２１ 第２ステータ
４２３ 第２ロータ
５０１ 電動機
５０３ ハウジング
５０５ アウターロータ
５０６ アウターロータ支持部材
５１３ 第１回転軸
５１７ 円筒支持部
５０３ｃ 環状凹部
５０９ａ 第１二重軸受
５０９ｂ 第２二重軸受
５０７ ステータ
５０８ ステータ支持部材
５０８ａ 第１ステータステー
５０８ｂ 第２ステータステー
５２３ インナーロータ
５２５ 第２回転軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、該ハウジングに形成される第１室と、該ハウジングに形成される第２室と、該第１室に配設される第１ステータと、該第１室に配設され該第１ステータに対向する第１ロータと、該第１ロータを回転可能に支持する第１ロータ支持部材と、該１ロータ支持部材に固定される第１回転軸と、該第２室に配設される第２ステータと、該第２室に配設され該第２ステータに対向する第２ロータと、該第２ロータに固定される第２回転軸と、該第１ロータ支持部材及び該第２回転軸を互いに回転可能な状態で該第２回転軸を該第１ロータ支持部材に支持する二重軸受と、を備えることを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記二重軸受が、外輪と、該外輪の内側に配設される中間輪と、該中間輪の内側に配設される内輪とを備え、該外輪と該中間輪との間及び該中間輪と該内輪との間には複数の転動体がそれぞれ配設されることを特徴とする請求項１記載の電動機。
【請求項３】
前記外輪は前記第１ロータ支持部材に固定され、前記内輪は前記第２回転軸に固定されることを特徴とする請求項２記載の電動機。
【請求項４】
前記中間輪は前記ハウジングに固定されることを特徴とする請求項２又は３に記載の電動機。
【請求項５】
前記第１回転軸は前記ハウジングの一端面から外部に突出し、前記第２回転軸は前記ハウジングの他端面から外部に突出することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の電動機。
【請求項６】
前記第１回転軸は円筒状であり前記ハウジングの一端面から外部に突出し、前記第２回転軸は円筒状の該第１回転軸を介して該ハウジングの該一端面から外部に突出することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の電動機。
【請求項７】
エンジンと発電機又は蓄電池により駆動される電動機とを備え、該エンジン及び該電動機による駆動力を組み合わせて走行し、減速時に該発電機によって発電して該蓄電池に充電するハイブリッド車において、
ハウジングと、該ハウジングに形成される第１室と、該ハウジングに形成される第２室と、該第１室に配設される第１ステータと、該第１室に配設され該第１ステータに対向する第１ロータと、該第１ロータを回転可能に支持する第１ロータ支持部材と、該１ロータ支持部材に固定される第１回転軸と、該第２室に配設される第２ステータと、該第２室に配設され該第２ステータに対向する第２ロータと、該第２ロータに接続される第２回転軸と、該第１ロータ支持部材及び該第２回転軸を互いに回転可能な状態で該第２回転軸を該第１ロータ支持部材に支持する二重軸受と、を備え、
該発電機を該第１室側の該第１ステータ及び該第１ロータから構成し、該電動機を該第２室側の該第２ステータ及び該第２ロータから構成することを特徴とするハイブリッド車用発電兼電動機。
【請求項８】
前記第１室と前記第２室とを非対称とすることを特徴とする請求項７に記載のハイブリッド車用発電兼電動機。
【請求項９】
前記二重軸受は、外輪と、該外輪の内側に配設される中間輪と、該中間輪の内側に配設される内輪とを備え、該外輪と該中間輪との間及び該中間輪と該内輪との間には複数の転動体がそれぞれ配設されることを特徴とする請求項７又は８に記載のハイブリッド車用発電兼電動機。
【請求項１０】
前記外輪は前記第１ロータ支持部材に固定され、前記内輪は前記第２回転軸に固定されることを特徴とする請求項７乃至９の何れか一項に記載のハイブリッド車用発電兼電動機。
【請求項１１】
前記中間輪は前記ハウジングに固定されることを特徴とする請求項９又は１０に記載のハイブリッド車用発電兼電動機。
【請求項１２】
ハウジングと、該ハウジングに配設されるアウターロータと、該ハウジングに対して該アウターロータを回転可能に支持するアウターロータ支持部材と、該アウターロータ支持部材に固定される第１回転軸と、該アウターロータに対向するように該アウターロータ支持部材内に配設されるステータと、該アウターロータ支持部材内でステータを支持するステータ支持部材と、該ステータ支持部材内で該ステータに対向するように配設されるインナーロータと、該インナーロータに固定される第２回転軸と、該アウターロータ支持部材及び該第２回転軸を互いに回転可能な状態で該第２回転軸を該アウターロータ支持部材に支持する二重軸受と、を備えることを特徴とする電動機。
【請求項１３】
前記二重軸受は、前記アウターロータ支持部材の一端側に配設される第１二重軸受と、該アウターロータ支持部材の他端側に配設される第２二重軸受とを含む請求項１２記載の電動機。
【請求項１４】
前記二重軸受は、外輪と、該外輪の内側に配設される中間輪と、該中間輪の内側に配設される内輪とを備え、該外輪と該中間輪との間及び該中間輪と該内輪との間には複数の転動体がそれぞれ配設されることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の電動機。
【請求項１５】
前記外輪は前記アウターロータ支持部材に固定され、前記内輪は前記第２回転軸に固定されることを特徴とする請求項１４に記載の電動機。
【請求項１６】
前記中間輪は前記ステータ支持部材に固定されることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の電動機。
【請求項１７】
請求項１乃至６又は請求項１２乃至１６の何れか一項に記載の電動機を備えることを特徴とする電気自動車。
【請求項１】
ハウジングと、該ハウジングに形成される第１室と、該ハウジングに形成される第２室と、該第１室に配設される第１ステータと、該第１室に配設され該第１ステータに対向する第１ロータと、該第１ロータを回転可能に支持する第１ロータ支持部材と、該１ロータ支持部材に固定される第１回転軸と、該第２室に配設される第２ステータと、該第２室に配設され該第２ステータに対向する第２ロータと、該第２ロータに固定される第２回転軸と、該第１ロータ支持部材及び該第２回転軸を互いに回転可能な状態で該第２回転軸を該第１ロータ支持部材に支持する二重軸受と、を備えることを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記二重軸受が、外輪と、該外輪の内側に配設される中間輪と、該中間輪の内側に配設される内輪とを備え、該外輪と該中間輪との間及び該中間輪と該内輪との間には複数の転動体がそれぞれ配設されることを特徴とする請求項１記載の電動機。
【請求項３】
前記外輪は前記第１ロータ支持部材に固定され、前記内輪は前記第２回転軸に固定されることを特徴とする請求項２記載の電動機。
【請求項４】
前記中間輪は前記ハウジングに固定されることを特徴とする請求項２又は３に記載の電動機。
【請求項５】
前記第１回転軸は前記ハウジングの一端面から外部に突出し、前記第２回転軸は前記ハウジングの他端面から外部に突出することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の電動機。
【請求項６】
前記第１回転軸は円筒状であり前記ハウジングの一端面から外部に突出し、前記第２回転軸は円筒状の該第１回転軸を介して該ハウジングの該一端面から外部に突出することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の電動機。
【請求項７】
エンジンと発電機又は蓄電池により駆動される電動機とを備え、該エンジン及び該電動機による駆動力を組み合わせて走行し、減速時に該発電機によって発電して該蓄電池に充電するハイブリッド車において、
ハウジングと、該ハウジングに形成される第１室と、該ハウジングに形成される第２室と、該第１室に配設される第１ステータと、該第１室に配設され該第１ステータに対向する第１ロータと、該第１ロータを回転可能に支持する第１ロータ支持部材と、該１ロータ支持部材に固定される第１回転軸と、該第２室に配設される第２ステータと、該第２室に配設され該第２ステータに対向する第２ロータと、該第２ロータに接続される第２回転軸と、該第１ロータ支持部材及び該第２回転軸を互いに回転可能な状態で該第２回転軸を該第１ロータ支持部材に支持する二重軸受と、を備え、
該発電機を該第１室側の該第１ステータ及び該第１ロータから構成し、該電動機を該第２室側の該第２ステータ及び該第２ロータから構成することを特徴とするハイブリッド車用発電兼電動機。
【請求項８】
前記第１室と前記第２室とを非対称とすることを特徴とする請求項７に記載のハイブリッド車用発電兼電動機。
【請求項９】
前記二重軸受は、外輪と、該外輪の内側に配設される中間輪と、該中間輪の内側に配設される内輪とを備え、該外輪と該中間輪との間及び該中間輪と該内輪との間には複数の転動体がそれぞれ配設されることを特徴とする請求項７又は８に記載のハイブリッド車用発電兼電動機。
【請求項１０】
前記外輪は前記第１ロータ支持部材に固定され、前記内輪は前記第２回転軸に固定されることを特徴とする請求項７乃至９の何れか一項に記載のハイブリッド車用発電兼電動機。
【請求項１１】
前記中間輪は前記ハウジングに固定されることを特徴とする請求項９又は１０に記載のハイブリッド車用発電兼電動機。
【請求項１２】
ハウジングと、該ハウジングに配設されるアウターロータと、該ハウジングに対して該アウターロータを回転可能に支持するアウターロータ支持部材と、該アウターロータ支持部材に固定される第１回転軸と、該アウターロータに対向するように該アウターロータ支持部材内に配設されるステータと、該アウターロータ支持部材内でステータを支持するステータ支持部材と、該ステータ支持部材内で該ステータに対向するように配設されるインナーロータと、該インナーロータに固定される第２回転軸と、該アウターロータ支持部材及び該第２回転軸を互いに回転可能な状態で該第２回転軸を該アウターロータ支持部材に支持する二重軸受と、を備えることを特徴とする電動機。
【請求項１３】
前記二重軸受は、前記アウターロータ支持部材の一端側に配設される第１二重軸受と、該アウターロータ支持部材の他端側に配設される第２二重軸受とを含む請求項１２記載の電動機。
【請求項１４】
前記二重軸受は、外輪と、該外輪の内側に配設される中間輪と、該中間輪の内側に配設される内輪とを備え、該外輪と該中間輪との間及び該中間輪と該内輪との間には複数の転動体がそれぞれ配設されることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の電動機。
【請求項１５】
前記外輪は前記アウターロータ支持部材に固定され、前記内輪は前記第２回転軸に固定されることを特徴とする請求項１４に記載の電動機。
【請求項１６】
前記中間輪は前記ステータ支持部材に固定されることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の電動機。
【請求項１７】
請求項１乃至６又は請求項１２乃至１６の何れか一項に記載の電動機を備えることを特徴とする電気自動車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１４４７７（Ｐ２００６−１４４７７Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８７６７７（Ｐ２００４−１８７６７７）
【出願日】平成１６年６月２５日（２００４．６．２５）
【出願人】（５０３３３６６３７）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２５日（２００４．６．２５）
【出願人】（５０３３３６６３７）
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]