JP2007318857A

JP2007318857A - 電動機

Info

Publication number: JP2007318857A
Application number: JP2006143789A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kaizuka; 正明貝塚; Hiromitsu Sato; 浩光佐藤; Hirobumi Shin; 博文新
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-05-24
Filing date: 2006-05-24
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2026-05-24
Also published as: JP4213171B2; CN101079559B; CN101079559A

Abstract

【課題】電動機が複雑化することを抑制しつつ、容易かつ適切に誘起電圧定数を可変とすることで、運転可能な回転数範囲およびトルク範囲を拡大し、運転効率を向上させると共に高効率での運転可能範囲を拡大する。
【解決手段】各回転子１１，１２において軸方向に沿って各ロータ鉄心２１，２２からずれた位置に各回転子１１、１２と一体に固定された各バイアス永久磁石装着部３１，３２を設け、各バイアス永久磁石装着部３１，３２に各バイアス永久磁石３１ａ，３２ａを装着した。内周側永久磁石１１ａと外周側永久磁石１２ａとの異極の磁極同士が対向配置される強め界磁状態において、内周側バイアス永久磁石３１ａと外周側バイアス永久磁石３２ａとが、互いの同極の磁極同士が径方向で対向するように、つまり互いに反発し合うように設定した。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機に関する。

従来、例えば電動機の回転軸の周囲に同心円状に設けた第１および第２回転子を備え、電動機の回転速度に応じて、あるいは、固定子に発生する回転磁界の速度に応じて第１および第２回転子の周方向の相対位置つまり位相差を制御する電動機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この電動機では、例えば電動機の回転速度に応じて第１および第２回転子の位相差を制御する場合には、遠心力の作用により径方向に沿って変位する部材を介して第１および第２回転子の周方向の相対位置を変更するようになっている。また、例えば固定子に発生する回転磁界の速度に応じて第１および第２回転子の位相差を制御する場合には、各回転子が慣性により回転速度を維持する状態で固定子巻線に制御電流を通電して回転磁界速度を変更することによって、第１および第２回転子の周方向の相対位置を変更するようになっている。
特開２００２−２０４５４１号公報

ところで、上記従来技術の一例に係る電動機において、例えば電動機の回転速度に応じて第１および第２回転子の位相差を制御する場合には、電動機の作動状態つまり回転速度に応じた遠心力が作用する状態でのみ第１および第２回転子の位相差を制御可能であり、電動機の停止状態を含む適宜のタイミングで位相差を制御することができないという問題が生じる。また、この電動機を駆動源として車両に搭載した場合等のように、この電動機に外部からの振動が作用し易い状態においては、遠心力の作用のみによって第１および第２回転子の位相差を適切に制御することが困難であるという問題が生じる。しかも、この場合には、モータに対する電源での電源電圧の変動に拘わらずに位相差が制御されることから、例えば電源電圧と電動機の誘起電圧との大小関係が逆転してしまうという不具合が生じる虞がある。
また、例えば固定子に発生する回転磁界の速度に応じて第１および第２回転子の位相差を制御する場合には、回転磁界速度が変更されることから、電動機の制御処理が複雑化してしまうという問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電動機が複雑化することを抑制しつつ、容易かつ適切に誘起電圧定数を可変とすることで、運転可能な回転数範囲およびトルク範囲を拡大し、運転効率を向上させると共に高効率での運転可能範囲を拡大することが可能な電動機を提供することを目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の電動機は、周方向に沿って配置された内周側永久磁石（例えば、実施の形態での内周側永久磁石１１ａ）を具備する内周側回転子（例えば、実施の形態での内周側回転子１１）および周方向に沿って配置された外周側永久磁石（例えば、実施の形態での外周側永久磁石１２ａ）を具備する外周側回転子（例えば、実施の形態での外周側回転子１２）の互いの回転軸が同軸に配置され、少なくとも前記内周側回転子および前記外周側回転子の何れか一方を前記回転軸周りに回動させることによって前記内周側回転子と前記外周側回転子との間の相対的な位相を変更可能な回動手段（例えば、実施の形態での位相制御装置１５）を備える電動機であって、前記外周側回転子と一体に固定された第１永久磁石（例えば、実施の形態での外周側バイアス永久磁石３２ａ、羽根側バイアス永久磁石８１ａ，８１ｂ）と、前記内周側回転子と一体に固定された第２永久磁石（例えば、実施の形態での内周側バイアス永久磁石３１ａ、突出側バイアス永久磁石８２ｂ，８２ａ）とを備え、前記外周側永久磁石と前記内周側永久磁石との異極の磁極同士が対向配置される状態で、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石とは、互いの同極の磁極同士が対向するように配置されていることを特徴としている。

上記構成の電動機によれば、回動手段によって外周側回転子と内周側回転子との間の相対的な位相を変更可能とすることで、例えば外周側永久磁石による界磁磁束が固定子巻線を鎖交する鎖交磁束量を、内周側永久磁石による界磁磁束によって効率よく増大あるいは低減させることができる。そして、例えば界磁強め状態では、電動機のトルク定数（つまり、トルク／相電流）を相対的に高い値に設定することができ、電動機運転時の電流損失を低減すること無しに、または、固定子巻線への通電を制御するインバータの出力電流の最大値を変更すること無しに、電動機が出力する最大トルク値を増大させることができ、電動機の運転効率の最大値を増大させることができる。
しかも、外周側永久磁石と内周側永久磁石との異極の磁極同士が対向配置される状態、つまり強め界磁の状態で、互いの同極の磁極同士が対向するように、つまり互いに反発し合うように配置される各第１永久磁石および第２永久磁石を各外周側回転子および内周側回転子に備えることで、この強め界磁状態から弱め界磁状態へと外周側回転子と内外周側回転子との間の相対的な位相を回動手段によって変更する際に要するトルクを低減することができる。これにより、電動機の誘起電圧定数を変更する際に回動手段において消費されるエネルギーが増大してしまうことを防止し、電動機の運転効率を向上させることができると共に、回動手段が大型化してしまったり、構成が複雑化してしまうことを防止することができる。

また、請求項２に記載の発明の電動機は、周方向に沿って配置された内周側永久磁石（例えば、実施の形態での内周側永久磁石１１ａ）を具備する内周側回転子（例えば、実施の形態での内周側回転子１１）および周方向に沿って配置された外周側永久磁石（例えば、実施の形態での外周側永久磁石１２ａ）を具備する外周側回転子（例えば、実施の形態での外周側回転子１２）の互いの回転軸が同軸に配置され、少なくとも前記内周側回転子および前記外周側回転子の何れか一方を前記回転軸周りに回動させることによって前記内周側回転子と前記外周側回転子との間の相対的な位相を変更可能な回動手段（例えば、実施の形態での位相制御装置１５）を備える電動機であって、前記外周側回転子と一体に固定された第１永久磁石（例えば、実施の形態での外周側バイアス永久磁石３２ａ、羽根側バイアス永久磁石８１ａ，８１ｂ）と、前記内周側回転子と一体に固定された第２永久磁石（例えば、実施の形態での内周側バイアス永久磁石３１ａ、突出側バイアス永久磁石８２ｂ，８２ａ）とを備え、前記外周側永久磁石と前記内周側永久磁石との異極の磁極同士が対向配置される状態で、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石とは、互いの異極の磁極同士が前記回動手段の回動方向に沿った方向で対向するように配置されていることを特徴としている。

上記構成の電動機によれば、回動手段によって外周側回転子と内周側回転子との間の相対的な位相を変更可能とすることで、例えば外周側永久磁石による界磁磁束が固定子巻線を鎖交する鎖交磁束量を、内周側永久磁石による界磁磁束によって効率よく増大あるいは低減させることができる。そして、例えば界磁強め状態では、電動機のトルク定数（つまり、トルク／相電流）を相対的に高い値に設定することができ、電動機運転時の電流損失を低減すること無しに、または、固定子巻線への通電を制御するインバータの出力電流の最大値を変更すること無しに、電動機が出力する最大トルク値を増大させることができ、電動機の運転効率の最大値を増大させることができる。
しかも、外周側永久磁石と内周側永久磁石との異極の磁極同士が対向配置される状態、つまり強め界磁の状態で、互いの異極の磁極同士が回動手段の回動方向に沿った方向で対向するように、つまり互いに吸引し合うように配置される各第１永久磁石および第２永久磁石を各外周側回転子および内周側回転子に備えることで、この強め界磁状態から弱め界磁状態へと外周側回転子と内周側回転子との間の相対的な位相を回動手段によって変更する際に要するトルクを低減することができる。これにより、電動機の誘起電圧定数を変更する際に回動手段において消費されるエネルギーが増大してしまうことを防止し、電動機の運転効率を向上させることができると共に、回動手段が大型化してしまったり、構成が複雑化してしまうことを防止することができる。

さらに、請求項３に記載の発明の電動機では、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石とは、前記外周側回転子および前記内周側回転子の径方向で対向配置されていることを特徴としている。

上記構成の電動機によれば、外周側永久磁石と内周側永久磁石との強め界磁状態において、径方向で対向配置された第１永久磁石と第２永久磁石との同極の磁極同士が対向するように、あるいは、径方向で対向配置された複数対の第１永久磁石および第２永久磁石が周方向に沿って配置された際に、回動手段の略回動方向に沿った方向で第１永久磁石と第２永久磁石との互いの異極の磁極同士が隣り合うように配置されることで、外周側回転子と内周側回転子との間の相対的な位相を強め界磁状態から弱め界磁状態へと回動手段によって変更する際に要するトルクを低減することができる。

さらに、請求項４に記載の発明の電動機では、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石とは、前記外周側回転子および前記内周側回転子の軸方向で対向配置されていることを特徴としている。

上記構成の電動機によれば、外周側永久磁石と内周側永久磁石との強め界磁状態において、軸方向で対向配置された第１永久磁石と第２永久磁石との同極の磁極同士が対向するように、あるいは、軸方向で対向配置された複数対の第１永久磁石および第２永久磁石が周方向に沿って配置された際に、回動手段の略回動方向に沿った方向で第１永久磁石と第２永久磁石との互いの異極の磁極同士が隣り合うように配置されることで、外周側回転子と内周側回転子との間の相対的な位相を強め界磁状態から弱め界磁状態へと回動手段によって変更する際に要するトルクを低減することができる。

さらに、請求項５に記載の発明の電動機では、前記回動手段は、前記外周側回転子に対して一体回転可能に設けられた第１部材（例えば、実施の形態でのベーンロータ５２）と、前記内周側回転子に対して一体回転可能に設けられると共に、前記第１部材とで圧力室（例えば、実施の形態での第１圧力室７６、第２圧力室７７）を前記内周側回転子の内側に形成する第２部材（例えば、実施の形態でのハウジング５３）とを有し、前記圧力室への作動流体の供給で前記内周側回転子と前記外周側回転子との間の相対的な位相を変更可能であり、前記第１部材は前記第１永久磁石を具備し、前記第２部材は前記第２永久磁石を具備することを特徴としている。

上記構成の電動機によれば、回動手段は、外周側回転子に対して一体回転可能に設けられた第１部材と、内周側回転子に対して一体回転可能に設けられた第２部材とで内周側回転子の内側に形成された圧力室に作動流体を供給することによって、外周側回転子と内周側回転子との間の相対的な位相を変更するものであるため、外周側永久磁石と内外周側永久磁石との強め界磁状態において、第１部材の第１永久磁石と第２部材の第２永久磁石との同極の磁極同士が対向するように、あるいは、回動手段の略回動方向に沿った方向で第１永久磁石と第２永久磁石との互いの異極の磁極同士が隣り合うように配置されることで、外周側回転子と内周側回転子との間の相対的な位相を強め界磁状態から弱め界磁状態へと回動手段によって変更する際に要するトルクを低減することができる。

さらに、請求項６に記載の発明の電動機では、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石とは、固定子巻線を鎖交する前記外周側永久磁石および前記内周側永久磁石の界磁磁束に対して前記第１永久磁石および前記第２永久磁石の各磁束が干渉する干渉量が所定値未満となる位置に配置されていることを特徴としている。

上記構成の電動機によれば、固定子巻線を鎖交する外周側永久磁石および内周側永久磁石の界磁磁束に対して第１永久磁石および第２永久磁石の各磁束が干渉する干渉量が所定値未満となるように設定することで、電動機の運転可能な回転数範囲およびトルク範囲が縮小してしまうことを防止し、所望の運転性能を確保することができる。

請求項１または請求項２に記載の発明の電動機によれば、電動機の誘起電圧定数を変更する際に回動手段において消費されるエネルギーが増大してしまうことを防止し、電動機の運転効率を向上させることができると共に、回動手段が大型化してしまったり、構成が複雑化してしまうことを防止することができる。

さらに、請求項３または請求項４に記載の発明の電動機によれば、第１永久磁石と第２永久磁石との間の反発力または吸引力により、外周側回転子と内周側回転子との間の相対的な位相を強め界磁状態から弱め界磁状態へと回動手段によって変更する際に要するトルクを低減することができる。

さらに、請求項５に記載の発明の電動機によれば、圧力室への作動流体の供給量を制御することで内周側回転子と外周側回転子との間の相対的な位相を所望の位相に設定可能な回動手段において、圧力室を形成する各第１部材および第２部材に具備される各第１永久磁石と第２永久磁石との間の反発力または吸引力により、外周側回転子と内周側回転子との間の相対的な位相を強め界磁状態から弱め界磁状態へと変更する際に要するトルクを低減することができる。

さらに、請求項６に記載の発明の電動機によれば、、固定子巻線を鎖交する外周側永久磁石および内周側永久磁石の界磁磁束に対して第１永久磁石および第２永久磁石の各磁束が干渉する干渉量が所定値未満となるように設定することで、電動機の運転可能な回転数範囲およびトルク範囲が縮小してしまうことを防止し、所望の運転性能を確保することができる。

以下、本発明の電動機の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による電動機１０は、例えば図１に示すように、周方向に沿って配置された各永久磁石１１ａ，１２ａを具備する略円環状の各内周側回転子１１および外周側回転子１２と、内周側回転子１１および外周側回転子１２を回転させる回転磁界を発生する複数相の固定子巻線１３ａを有する固定子１３と、内周側回転子１１および外周側回転子１２に接続され、内周側回転子１１と外周側回転子１２との間の相対的な位相を制御する位相制御装置１５とを備えたブラシレスＤＣモータであって、例えばハイブリッド車両や電動車両等の車両に駆動源として搭載され、この電動機１０の出力軸はトランスミッション（図示略）の入力軸に接続され、電動機１０の駆動力がトランスミッションを介して車両の駆動輪（図示略）に伝達されるようになっている。
なお、車両の減速時に駆動輪側から電動機１０に駆動力が伝達されると、電動機１０は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）として回収する。さらに、例えばハイブリッド車両において、この電動機１０の出力軸Ｏが内燃機関（図示略）のクランクシャフトに連結されている状態では、内燃機関の出力が電動機１０に伝達された場合にも電動機１０は発電機として機能して発電エネルギーを発生可能である。

内周側回転子１１および外周側回転子１２は、互いの回転軸が電動機１０の出力軸Ｏと同軸となるように配置され、略円筒状の各ロータ鉄心２１，２２の周方向に所定間隔をおいて設けられた各複数の内周側磁石装着部２３，…，２３および外周側磁石装着部２４，…，２４には各永久磁石１１ａ，…，１１ａおよび１２ａ，…，１２ａが装着されている。

そして、内周側回転子１１の各磁石装着部２３，…，２３と外周側回転子１２の各磁石装着部２４，…，２４とは、各回転子１１，１２の径方向で互いに対向配置可能となるように配置されている。
これにより、内周側回転子１１と外周側回転子１２との出力軸Ｏ周りの相対位置に応じて、電動機１０の状態を、内周側回転子１１の内周側永久磁石１１ａと外周側回転子１２の外周側永久磁石１２ａとの同極の磁極同士が対向配置（つまり、内周側永久磁石１１ａと外周側永久磁石１２ａとが対極配置）される弱め界磁状態から、内周側回転子１１の内周側永久磁石１１ａと外周側回転子１２の外周側永久磁石１２ａとの異極の磁極同士が対向配置（つまり、内周側永久磁石１１ａと外周側永久磁石１２ａとが同極配置）される強め界磁状態に亘る適宜の状態に設定可能とされている。

さらに、各回転子１１，１２において、例えば出力軸Ｏに平行な方向（軸方向）に沿って各ロータ鉄心２１，２２からずれた位置には、各回転子１１、１２と一体に固定された各バイアス永久磁石装着部３１，３２が設けられ、各バイアス永久磁石装着部３１，３２には、各バイアス永久磁石３１ａ，３２ａが装着されている。
そして、内周側バイアス永久磁石装着部３１と、外周側バイアス永久磁石装着部３２とは、例えば各回転子１１，１２の径方向で互いに対向配置可能となるように配置されている。

さらに、内周側回転子１１の内周側永久磁石１１ａと外周側回転子１２の外周側永久磁石１２ａとの異極の磁極同士が対向配置（つまり、内周側永久磁石１１ａと外周側永久磁石１２ａとが同極配置）される強め界磁状態において、内周側バイアス永久磁石装着部３１の内周側バイアス永久磁石３１ａと、外周側バイアス永久磁石装着部３２の外周側バイアス永久磁石３２ａとは、互いの同極の磁極同士が径方向で対向するように、つまり互いに反発し合うように設定されている。
また、内周側回転子１１の内周側永久磁石１１ａと外周側回転子１２の外周側永久磁石１２ａとの同極の磁極同士が対向配置（つまり、内周側永久磁石１１ａと外周側永久磁石１２ａとが対極配置）される弱め界磁状態において、内周側バイアス永久磁石装着部３１の内周側バイアス永久磁石３１ａと、外周側バイアス永久磁石装着部３２の外周側バイアス永久磁石３２ａとは、互いの異極の磁極同士が径方向で対向するように、つまり互いに吸引し合うように設定されている。

例えば図２に示すように、各バイアス永久磁石３１ａ，３２ａ間に作用する相対トルクαは、内周側回転子１１と外周側回転子１２との間の相対的な位相を位相制御装置１５によって変更する際に要するトルク（つまり内周側回転子１１と外周側回転子１２との間の相対トルクβ）を打ち消すように設定されている。
これにより、内周側回転子１１と外周側回転子１２との間の相対的な位相を位相制御装置１５によって変更することで内周側永久磁石１１ａと外周側永久磁石１２ａとを強め界磁状態から弱め界磁状態へと移行させる際に要するトルクは、各バイアス永久磁石３１ａ，３２ａを備える場合には、相対トルクαと相対トルクβとを合成して得た合成トルクγとなり、例えば各バイアス永久磁石３１ａ，３２ａを備えない場合に比べて、より小さな値となる。

なお、各バイアス永久磁石３１ａ，３２ａが装着される各バイアス永久磁石装着部３１，３２は、固定子１３の固定子巻線１３ａを鎖交する内周側永久磁石１１ａと外周側永久磁石１２ａの界磁磁束に対して各バイアス永久磁石３１ａ，３２ａの各磁束が干渉する干渉量が所定値未満となる位置に配置されている。

また、内周側回転子１１と外周側回転子１２との間に作用する相対トルクの大きさは、例えば図３に示すように、外周側回転子１２の外周側ロータ鉄心２２の径方向厚さＤに応じて変化し、例えば径方向厚さＤが増大することに伴い、相対トルクの大きさが増大傾向に変化するようになっている。

なお、固定子１３は、外周側回転子１２の外周部に対向配置される略円筒状に形成され、例えば車両のトランスミッションのハウジング（図示略）等に固定されている。

また、位相制御装置１５は、例えば内周側回転子１１の内周側の中空部に配置され、電動あるいは油圧駆動等によって、少なくとも内周側回転子１１および外周側回転子１２の何れか一方を回転軸Ｏ周りに回動させることによって内周側回転子１１と外周側回転子１２との間の相対的な位相を変更するアクチュエータを備えている。

上述したように、本実施の形態による電動機１０によれば、内周側永久磁石１１ａと外周側永久磁石１２ａとの異極の磁極同士が対向配置される強め界磁の状態で、互いの同極の磁極同士が対向するように、つまり互いに反発し合うように配置される各バイアス永久磁石３１ａ，３２ａを各回転子１１，１２に備えることで、この強め界磁状態から弱め界磁状態へと外周側回転子１２と内外周側回転子１１との間の相対的な位相を位相制御装置１５によって変更する際に要するトルクを低減することができる。これにより、電動機１０の誘起電圧定数を変更する際に位相制御装置１５において消費されるエネルギーが増大してしまうことを防止し、電動機１０の運転効率を向上させることができると共に、位相制御装置１５が大型化してしまったり、構成が複雑化してしまうことを防止することができる。

なお、上述した実施の形態においては、内周側バイアス永久磁石装着部３１と、外周側バイアス永久磁石装着部３２とは、各回転子１１，１２の径方向で互いに対向配置可能となるように配置されるとしたが、これに限定されず、例えば図４に示すように、内周側バイアス永久磁石装着部３１と、外周側バイアス永久磁石装着部３２とは、各回転子１１，１２の軸方向で互いに対向配置可能となるように配置されてもよい。
この第１変形例において、内周側回転子１１の内周側永久磁石１１ａと外周側回転子１２の外周側永久磁石１２ａとの異極の磁極同士が対向配置される強め界磁状態において、内周側バイアス永久磁石装着部３１の内周側バイアス永久磁石３１ａと、外周側バイアス永久磁石装着部３２の外周側バイアス永久磁石３２ａとは、互いの同極の磁極同士が軸方向で対向するように、つまり互いに反発し合うように設定される。
また、内周側回転子１１の内周側永久磁石１１ａと外周側回転子１２の外周側永久磁石１２ａとの同極の磁極同士が対向配置される弱め界磁状態において、内周側バイアス永久磁石装着部３１の内周側バイアス永久磁石３１ａと、外周側バイアス永久磁石装着部３２の外周側バイアス永久磁石３２ａとは、互いの異極の磁極同士が軸方向で対向するように、つまり互いに吸引し合うように設定される。

また、内周側永久磁石１１ａと外周側永久磁石１２ａとの異極の磁極同士が対向配置される強め界磁状態において、内周側バイアス永久磁石３１ａと外周側バイアス永久磁石３２ａとの互いの異極の磁極同士が、位相制御装置１５による内周側回転子１１または外周側回転子１２の回動方向に沿った方向で対向するように配置されてもよい。

以下に、上述した実施の形態の第２変形例に係る電動機１０として、油圧駆動によって内側回転子１１または外周側回転子１２を回転軸Ｏ周りに回動させる位相制御装置１５を備える電動機１０について説明する。
この第２変形例に係る電動機１０において、内周側回転子１１は、その回転軸線が電動機１０の回転軸線と同軸となるように配置されるもので、図５に示すように、略円筒状の内周側ロータ鉄心４１を有しており、この内周側ロータ鉄心４１には、その外周側の部分に周方向に所定の等ピッチで複数（具体的には１６箇所）の内周側磁石装着部４３，…，４３が設けられている。また、内周側ロータ鉄心４１の外周面４１Ａ上には、周方向で隣り合う内周側磁石装着部４３，４３のすべての間位置に、回転軸線に平行に伸びる凹溝４１ａが半径方向に凹むように形成されている。この内周側ロータ鉄心４１は、例えば焼結等により形成される。

各内周側磁石装着部４３，…，４３は、内周側ロータ鉄心４１を回転軸線に平行に貫通する一対の磁石装着孔４３ａ，４３ａをそれぞれ備えている。一対の磁石装着孔４３ａ，４３ａは回転軸線に平行な方向に対する断面が略長方形状に形成されており、互いにセンターリブ４３ｂを介して周方向で隣り合うように同一平面内に配置されている。なお、この平面はセンターリブ４３ｂと回転軸線とを結んだ半径線に対し直交する。各磁石装着孔４３ａ，４３ａには回転軸線に平行に伸びる略板状の内周側永久磁石１１ａがそれぞれ装着されている。

磁石装着孔４３ａ，…，４３ａにそれぞれ装着される内周側永久磁石１１ａは、すべて厚さ方向（つまり各回転子１１，１２の径方向）に同様に磁化されており、同一の内周側磁石装着部４３に設けられた一対の磁石装着孔４３ａ，４３ａに装着される一対の内周側永久磁石１１ａ，１１ａは、互いに磁化方向が同方向となるように設定されている。そして、すべての内周側磁石装着部４３，…，４３において、周方向で隣り合う内周側磁石装着部４３，４３同士は、一方に装着される一対の内周側永久磁石１１ａ，１１ａおよび他方に装着される一対の内周側永久磁石１１ａ，１１ａが、互いに磁化方向が異方向となるように設定される。すなわち外周側がＮ極とされた一対の内周側永久磁石１１ａ，１１ａが装着された内周側磁石装着部２３には、外周側がＳ極とされた一対の内周側永久磁石１１ａ，１１ａが装着された内周側磁石装着部４３が、凹溝４１ａを介して周方向で隣接するようになっている。
以上により、内周側回転子１１は、周方向に沿って配置された複数の永久磁石１１ａ，…，１１ａを具備している。

外周側回転子１２も、回転軸線が電動機１０の回転軸線と同軸となるように配置されるもので、略円筒状の外周側ロータ鉄心４２を有しており、この外周側ロータ鉄心４２には、その外周側の部分に周方向に所定の等ピッチで、上記した内周側磁石装着部４３，…，４３と同数の外周側磁石装着部４４，…，４４が設けられている。また、外周側ロータ鉄心４２の外周面４２Ａ上には、周方向で隣り合う外周側磁石装着部４４，４４のすべての間位置に、回転軸線に平行に伸びる凹溝４２ａが半径方向に凹むように形成されている。
さらに、外周側ロータ鉄心２２の各凹溝４２ａ，…，４２ａの各内径側つまり外周側磁石装着部４４，…，４４の隣り合うもの同士の各間位置には、各ボルト挿入穴が軸線方向に沿って貫通形成されている。この外周側ロータ鉄心４２も、例えば焼結等により形成される。

各外周側磁石装着部４４，…，４４は、回転軸線に平行に貫通する一対の磁石装着孔４４ａ，４４ａをそれぞれ備えている。一対の磁石装着孔４４ａ，４４ａは回転軸線に平行な方向に対する断面が略長方形状に形成されており、互いにセンターリブ４４ｂを介して周方向で隣り合うように同一平面内に配置されている。なお、この平面はセンターリブ４４ｂと回転軸線とを結んだ半径線に対し直交する。各磁石装着孔４４ａ，４４ａには回転軸線に平行に伸びる略板状の外周側永久磁石１２ａがそれぞれ装着されている。

各磁石装着孔４４ａ，…，４４ａにそれぞれ装着される外周側永久磁石１２ａは、すべて厚さ方向（つまり各回転子１１，１２の径方向）に同様に磁化されており、同一の外周側磁石装着部４４に設けられた一対の磁石装着孔４４ａ，４４ａに装着される一対の外周側永久磁石１２ａ，１２ａは、互いに磁化方向が同方向となるように設定されている。そして、すべての外周側磁石装着部４４，…，４４において、周方向で隣り合う外周側磁石装着部４４，４４同士は、一方に装着される一対の外周側永久磁石１２ａ，１２ａおよび他方に装着される一対の外周側永久磁石１２ａ，１２ａが、互いに磁化方向が異方向となるように設定される。すなわち外周側がＮ極とされた一対の外周側永久磁石１２ａ，１２ａが装着された外周側磁石装着部４４には、外周側がＳ極とされた一対の外周側永久磁石１２ａ，１２ａが装着された外周側磁石装着部４４が、凹溝４２ａを介して周方向で隣接するようになっている。
以上により、外周側回転子１２も、周方向に沿って配置された複数の外周側永久磁石１２ａ，…，１２ａを具備している。

そして、内周側回転子１１の各内周側磁石装着部４３，…，４３と外周側回転子１２の各外周側磁石装着部４４，…，４４とは、各回転子１１，１２の径方向で互いに対向配置可能となるように配置されている。この対向配置状態のとき、すべての一対の内周側永久磁石１１ａ，１１ａが、いずれか対応する一対の外周側永久磁石１２ａ，１２ａと一対一で回転方向の位相を合わせる状態となる。また、内周側回転子１１の各凹溝４１ａ，…，４１ａと外周側回転子１２の各凹溝４２ａ，…，４２ａとについても、すべての凹溝４１ａ，…，４１ａが、いずれか対応する凹溝４２ａと一対一で回転方向の位相を合わせる状態となる。

これにより、内周側回転子１１と外周側回転子１２との回転軸線周りの相対位置に応じて、電動機１０の状態を、内周側回転子１１のすべての内周側永久磁石１１ａ，…，１１ａと外周側回転子１２のすべての外周側永久磁石１２ａ，…，１２ａとにおいて、対をなす内周側永久磁石１１ａ，１１ａと対をなす外周側永久磁石１２ａ，１２ａとの同極の磁極同士が対向配置（つまり、対をなす内周側永久磁石１１ａ，１１ａと対をなす外周側永久磁石１２ａ，１２ａとが対極配置）されて界磁が最も弱められる弱め界磁状態から、対をなす内周側永久磁石１１ａ，１１ａと対をなす外周側永久磁石１２ａ，１２ａとの異極の磁極同士が対向配置（つまり、対をなす内周側永久磁石１１ａ，１１ａと対をなす外周側永久磁石１２ａ，１２ａとが同極配置）されて界磁が最も強められる強め界磁状態に亘る適宜の状態に設定可能とされている。

この変形例での位相制御装置１５は、外周側回転子１２の軸線方向両側に外周側回転子１２の内側の空間を覆うように固定される円板状の一対のドライブプレート（図示略）と、これらドライブプレートで挟持されることで外周側回転子１２の内側に一体に設けられるベーンロータ５２と、内周側回転子１１の内側に一体に固定されてこの内周側回転子１１とともにベーンロータ５２、外周側回転子１２およびドライブプレートの間に配置されるハウジング５３とを有している。ベーンロータ５２およびハウジング５３は、例えば焼結等により形成される。

ベーンロータ５２は、円筒状のボス部５５と、このボス部５５の外周面における円周方向の等間隔位置から半径方向外側に延出する複数の羽根部５６，…，５６とを有している。

ボス部５５の軸線方向両側は、羽根部５６，…，５６と同じ軸線方向長さの挟持ベース部５７が外周側に、この挟持ベース部５７よりも軸線方向内側に段差状に凹む段差部５８が内周側に形成された形状をなしている。ボス部５５の内径側には、その軸線方向中間位置に連結用スプラインが形成されており、連結用スプラインよりも軸線方向一側に各羽根部５６，…，５６の位置の内周側から最も近い羽根部５６の基端の回転方向における同じ一側にそれぞれ貫通する通路穴５５ｃ，…，５５ｃが形成され、連結用スプラインよりも軸線方向逆側に、各羽根部５６，…，５６の位置の内周側から最も近い羽根部５６の基端の回転方向における同じ逆側にそれぞれ貫通する通路穴５５ｄ，…，５５ｄが形成されている。

各羽根部５６，…５６は、略板状をなしており、中間位置に軸線方向に貫通するネジ穴５６ａがそれぞれ形成されている。また、円周方向の両側面には、それぞれ、ネジ穴５６ａの形成位置よりも外周側に一対の凹状部５６ｂ，５６ｂが軸線方向の全長に亘って形成されており、ネジ穴５６ａの形成位置よりも内側にも凹状部５６ｃ，５６ｃが軸線方向の全長に亘って形成されている。さらに、各羽根部５６，…５６のそれぞれの外周面には、外周面から中心側に向けて凹むシール保持溝５６ｄが軸線方向の全長に亘って形成されている。これらシール保持部５６ｄ，…，５６ｄには、ハウジング５３との隙間をシールするスプリングシール６４がそれぞれ配置される。各スプリングシール６４，…，６４は、外側に設けられてハウジング５３に摺接するシール６４ａと、内側に設けられてシール６４ａを半径方向外方のハウジング５３側に押圧するスプリング６４ｂとで構成されている。

内周側回転子１１の内側に所定の位相関係となるように一体に嵌合されるハウジング５３は、径方向厚さの薄い円筒状のベース部６６と、このベース部６６の内周面における円周方向の等間隔位置から半径方向内側に突出する、羽根部５６と同数の突出部６７，…，６７とを有している。ここで、ベース部６６は、突出部６７よりも軸線方向両側に全周にわたって突出している。各突出部６７，…，６７は、それぞれ、軸線方向視で先細の略二等辺三角形状をなしており、すべての突出部６７，…，６７において、円周方向に隣り合う突出部６７，６７同士の各間に上記したベーンロータ５２の羽根部５６を配置可能な凹部６８が形成される。各突出部６７，…，６７には、それぞれの内端面に、外径側に向けて凹むシール保持溝６７ｂが軸線方向の全長に亘って形成されている。これらシール保持部６７ｂ，…，６７ｂには、ベーンロータ５２のボス部５５の外周面との隙間をシールするスプリングシール７０がそれぞれ配置される。
これらのスプリングシール７０，…，７０は、内周側に設けられてベーンロータ５２のボス部５５に摺接するシール７０ａと、外径側に設けられてシール７０ａをベーンロータ５２側に押圧するシールスプリング７０ｂとで構成されている。なお、ハウジング５３を内周側回転子１１にボルト等の締結で一体に連結しても良い。

そして、ハウジング５３には、外周面５３Ａに、周方向に沿って延在し、しかも延在方向先端側ほど軸線方向一側に徐々に変位するように螺旋状をなす流路形成溝５３ａが形成されている。この流路形成溝５３ａは、ハウジング５３の軸線方向一側の端面５３Ｂから形成され、ハウジング５３の外周面５３Ａを複数回回って軸線方向他側の端面５３Ｂまで形成されている。また、ハウジング５３には、すべての凹部６８，…，６８のそれぞれの半径方向外側の底壁面６８ａの円周方向の中央位置に、半径方向に沿って貫通し流路形成溝５３ａに連通する貫通穴５３ｂが穿設されている。なお、各貫通穴５３ｂ，…，５３ｂは、螺旋状の流路形成溝５３ａに連通することからハウジング５３の軸線方向における位置はそれぞれ異なっている。このハウジング５３が内周側回転子１１の内側に嵌合されると、流路形成溝５３ａと内周側回転子１１の内周面１１Ａとで、各貫通穴５３ｂ，…，５３ｂに連通する螺旋状の流路７１が形成されることになる。この流路７１は、内周側回転子１１とハウジング５３との間に形成されることになり、ハウジング５３の周方向に延びる螺旋状をなし、両端部がそれぞれ内周側回転子１１のハウジング５３の軸線方向の端面５３Ｂで開口している。

ハウジング５３と一体とされた内周側回転子１１が、外周側回転子１２の内側且つベーンロータ５２の外側であってドライブプレートの間の空間７８に設けられることになり、ドライブプレートの環状溝に入り込むベース部６６の軸線方向両側部分で回転可能に保持されることになる。さらに、ハウジング５３の凹部６８，…，６８それぞれに一枚ずつベーンロータ５２の羽根部５６が配置される。また、ベーンロータ５２にスプライン結合される出力軸Ｏは、外周側回転子１２、ドライブプレートおよびベーンロータ５２と一体回転可能となり、具体的には一体に固定される。なお、一体に設けられた外周側回転子１２およびドライブプレートに対して回動可能となることから、内周側回転子１１の軸線方向の両端面は、対向するドライブプレートとの間に隙間を形成可能であり、また、外周面４１Ａも外周側回転子１２との間に若干のギャップを有している。

さらに、例えば各羽根部５６の周方向両端部には、羽根側バイアス永久磁石８１ａ，８１ｂが設けられ、例えば各突出部６７の周方向両端部には、突出側バイアス永久磁石８２ａ，８２ｂが設けられ、周方向で隣り合う羽根部５６および突出部６７の各羽根側バイアス永久磁石８１ａ，８１ｂと突出側バイアス永久磁石８２ｂ，８２ａとは、周方向で対向するように配置されている。

ここで、外周側回転子１２の外周側永久磁石１２ａ，…，１２ａと内周側回転子１１の内周側永久磁石１１ａ，…，１１ａとが異極同士を対向させる強め界磁状態のとき、すべての羽根車５６，…，５６がそれぞれ対応する凹部６８内で回転方向における同じ一側に隣り合う突出部６７に当接することになり、当接する突出部６７との間に第１圧力室７６を形成するとともに、それぞれが回転方向における同じ逆側に隣り合う突出部６７との間に第１圧力室７６よりも広い第２圧力室７７を形成することになる（言い換えれば、凹部６８，…，６８および凹部６８，…，６８に収容される羽根車５６，…，５６で第１圧力室７６，…，７６および第２圧力室７７，…，７７が形成される）。その結果、これらの第１圧力室７６，…，７６および第２圧力室７７，…，７７は、内周側回転子１１の内側に画成される。

逆に、外周側回転子１２の外周側永久磁石１２ａ，…，１２ａと内周側回転子１１の内周側永久磁石１１ａ，…，１１ａとが同極同士を対向させる弱め界磁状態のとき、すべての羽根車５６，…，５６がそれぞれ対応する凹部４８内で回転方向における同じ上記逆側に隣り合う突出部６７に当接して第２圧力室７７を縮小することになり、それぞれが回転方向における同じ上記一側に隣り合う突出部６７との間の第１圧力室７６を拡大することになる。なお、各第１圧力室７６，…，７６にベーンロータ５２の各通路穴５５ｃ，…，５５ｃが一対一で常時開口するように設けられ、各第２圧力室７７，…，７７にベーンロータ５２の各通路穴５５ｄ，…，５５ｄが一対一で常時開口するように設けられている。

さらに、第１圧力室７６を介して対向する羽根側バイアス永久磁石８１ａと突出側バイアス永久磁石８２ｂとは、互いの異極の磁極同士が周方向で対向するように、つまり互いに吸引し合うように配置され、第２圧力室７７を介して対向する羽根側バイアス永久磁石８１ｂと突出側バイアス永久磁石８２ａとは、互いの同極の磁極同士が周方向で対向するように、つまり互いに反発し合うように配置されている。
これにより、内周側回転子１１と外周側回転子１２との間の相対的な位相を位相制御装置１５によって変更することで内周側永久磁石１１ａと外周側永久磁石１２ａとを強め界磁状態から弱め界磁状態へと移行させる際に要するトルクは、例えば各バイアス永久磁石８１ａ，８１ｂ，８２ａ，８２ｂを備えない場合に比べて、より小さな値となる。

なお、ハウジング５３に形成された各貫通穴５３ｂ，…，５３ｂは、羽根車５６の位置によって第１圧力室７６に開口する状態と第２圧力室７７に開口する状態とに切り換えられることになり、第１圧力室７６に開口する状態では第１圧力室７６からハウジング５３の外周面５３Ａ側に貫通し、しかもすべての第１圧力室７６，…，７６それぞれに対し形成された状態となる。また、各貫通穴５３ｂ，…，５３ｂは、第２圧力室７７に開口する状態では第２圧力室７７からハウジング５３の外周面５３Ａ側に貫通し、しかもすべての第２圧力室７７，…，７７それぞれに対し形成された状態となる。

ここで、外周側回転子１２および内周側回転子１１は、外周側永久磁石１２ａ，…，１２ａおよび内周側永久磁石１１ａ，…，１１ａが互いに異なる極性で対向し吸引し合う強め界磁の位置を、第１圧力室７６，…，７６および第２圧力室７７，…，７７が実質的に作動油圧を受けないときの原点位置に設定している。なお、第１圧力室７６，…，７６および第２圧力室７７，…，７７は作動油圧を受けない状態でも作動油で満たされている。そして、この原点位置にある状態から、各第１圧力室７６，…，７６に各通路穴５５ｃ，…，５５ｃを介して作動油を導入する（つまり第１圧力室７６，…，７６に作動油圧を導入する）と同時に各第２圧力室７７，…，７７から各通路穴５５ｄ，…，５５ｄを介して作動油を排出させると、外周側回転子１２および内周側回転子１１は、磁力に反して相対回転し、弱め界磁状態となる。逆に、各第２圧力室７７，…，７７に各通路穴５５ｄ，…，５５ｄを介して作動油を導入すると同時に各第１圧力室７６，…，７６から各通路穴５５ｃ，…，５５ｃを介して作動油を排出させると、外周側回転子１２および内周側回転子１１は、原点位置に戻って強め界磁状態となるが、このときは、外周側回転子１２の外周側永久磁石１２ａ，…，１２ａと内周側回転子１１の内周側永久磁石１１ａ，…，１１ａとが磁力で吸引し合うことになるため、各第２圧力室７７，…，７７に導入する作動油の圧力は、弱め界磁状態に位相変更する場合に必要な圧力よりも低くて済み、場合によっては油圧を導入しなくても作動油の給排のみで済む。

ここで、電動機１０は、内周側回転子１１が、外周側回転子１２に対して外周側永久磁石１２ａ，…，１２ａおよび内周側永久磁石１１ａ，…，１１ａを互いに同じ極性を対向させた弱め状態から原点位置に戻る際の回転方向と、減速回転時に生じる慣性モーメントの方向とを一致させている。つまり、電動機１０は、車両の前進走行時に外周側回転子１２および内周側回転子１１を、例えば図５に示す時計回り方向に回転させるように設定されており、例えば図５に示す弱め界磁状態から外周側回転子１２が減速するとフローティング状態にある内周側回転子１１に強め界磁状態に戻ろうとする慣性モーメントが生じるのである。

ここで、作動油が非圧縮性であることから、上記のような強め界磁状態および弱め界磁状態の両限界端への位相の変更は勿論、これら両限界端の間の中間位置であっても、図示略の油圧制御装置が、例えば、図示略の開閉弁の遮断ですべての第１圧力室７６，…，７６および第２圧力室７７，…，７７からの作動油の給排を停止させることで、外周側回転子１２および内周側回転子１１はその時点での位相関係を維持することになり、任意の界磁状態で位相変更を停止させることができる。

以上により、上記したベーンロータ５２は、外周側回転子１２に対して一体に固定されて一体回転可能となり、内周側回転子１１の内側に配置されることになる。しかも、ベーンロータ５２は、外周側回転子１２および内周側回転子１１の軸線方向の両端面を覆うように外周側回転子１２に固定されたドライブプレートを介して外周側回転子１２に一体に固定され、外周側回転子１２の駆動力を出力する出力軸１６にも一体に設けられている。また、上記したハウジング５３は、内周側回転子１１に対して一体に嵌合されて一体回転可能となり、その凹部６８がベーンロータ５２とで第１圧力室７６および第２圧力室７７を内周側回転子１１の内側に画成する。さらに、これら第１圧力室７６および第２圧力室７７への作動油の給排つまり作動油圧の導入制御で、ハウジング５３に対するベーンロータ５２の相対的な位相を変更し、その結果、内周側回転子１１と外周側回転子１２との間の相対的な位相を変更することになる。ここで、内周側回転子１１と外周側回転子１２との間の相対的な位相は、少なくとも電気角の１８０°だけ進角側または遅角側に変化可能となり、電動機１０の状態は、内周側回転子１１の内周側永久磁石１１ａと外周側回転子１２の外周側永久磁石１２ａとの同極の磁極同士が対向配置される弱め界磁状態と、内周側回転子１１の内周側永久磁石１１ａと外周側回転子１２の外周側永久磁石１２ａとの異極の磁極同士が対向配置される強め界磁状態との間の適宜の状態に設定可能となる。

加えて、外周側回転子１２の駆動力を出力軸１６に伝達するドライブプレートが外周側回転子１２およびベーンロータ５２の軸線方向両端面にそれぞれ固定されることで包囲されるこれら外周側回転子１２、ベーンロータ５２および両ドライブプレートの間の空間７８に、一体とされた内周側回転子１１およびハウジング５３が、周方向に回転可能に配置されている。なお、内周側回転子１１およびハウジング５３の一体品は、空間７８内にフローティング状態で回転自在に設けられている（つまり、ドライブプレートおよび出力軸Ｏには固定されていない）。

本発明の一実施形態に係る電動機の構成を模式的に示す図である。各バイアス永久磁石間に作用する相対トルクと、内周側回転子と外周側回転子との間の相対トルクとの一例を示すグラフ図である。外周側回転子の外周側ロータ鉄心の径方向厚さＤに応じた、内周側回転子と外周側回転子との間に作用する相対トルクの大きさの変化の一例を示すグラフ図である。本発明の実施の形態の第１変形例に係る電動機の構成を模式的に示す図である。本発明の実施の形態の第２変形例に係る電動機の内周側回転子および外周側回転子と固定子と位相制御装置とを示す要部断面図である。

符号の説明

１０電動機
１１内周側回転子
１１ａ内周側永久磁石
１２外周側回転子
１２ａ外周側永久磁石
１５位相制御装置（回動手段）
３１ａ内周側バイアス永久磁石（第２永久磁石）
３２ａ外周側バイアス永久磁石（第１永久磁石）
５２ベーンロータ（第１部材）
５３ハウジング（第２部材）
７６第１圧力室（圧力室）
７７第２圧力室（圧力室）
８１ａ，８１ｂ羽根側バイアス永久磁石（第１永久磁石）
８２ｂ，８２ａ突出側バイアス永久磁石（第２永久磁石）

Claims

周方向に沿って配置された内周側永久磁石を具備する内周側回転子および周方向に沿って配置された外周側永久磁石を具備する外周側回転子の互いの回転軸が同軸に配置され、少なくとも前記内周側回転子および前記外周側回転子の何れか一方を前記回転軸周りに回動させることによって前記内周側回転子と前記外周側回転子との間の相対的な位相を変更可能な回動手段を備える電動機であって、
前記外周側回転子と一体に固定された第１永久磁石と、前記内周側回転子と一体に固定された第２永久磁石とを備え、
前記外周側永久磁石と前記内周側永久磁石との異極の磁極同士が対向配置される状態で、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石とは、互いの同極の磁極同士が対向するように配置されていることを特徴とする電動機。
周方向に沿って配置された内周側永久磁石を具備する内周側回転子および周方向に沿って配置された外周側永久磁石を具備する外周側回転子の互いの回転軸が同軸に配置され、少なくとも前記内周側回転子および前記外周側回転子の何れか一方を前記回転軸周りに回動させることによって前記内周側回転子と前記外周側回転子との間の相対的な位相を変更可能な回動手段を備える電動機であって、
前記外周側回転子と一体に固定された第１永久磁石と、前記内周側回転子と一体に固定された第２永久磁石とを備え、
前記外周側永久磁石と前記内周側永久磁石との異極の磁極同士が対向配置される状態で、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石とは、互いの異極の磁極同士が前記回動手段の回動方向に沿った方向で対向するように配置されていることを特徴とする電動機。
前記第１永久磁石と前記第２永久磁石とは、前記外周側回転子および前記内周側回転子の径方向で対向配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機。
前記第１永久磁石と前記第２永久磁石とは、前記外周側回転子および前記内周側回転子の軸方向で対向配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機。
前記回動手段は、前記外周側回転子に対して一体回転可能に設けられた第１部材と、前記内周側回転子に対して一体回転可能に設けられると共に、前記第１部材とで圧力室を前記内周側回転子の内側に形成する第２部材とを有し、前記圧力室への作動流体の供給で前記内周側回転子と前記外周側回転子との間の相対的な位相を変更可能であり、
前記第１部材は前記第１永久磁石を具備し、前記第２部材は前記第２永久磁石を具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機。
前記第１永久磁石と前記第２永久磁石とは、固定子巻線を鎖交する前記外周側永久磁石および前記内周側永久磁石の界磁磁束に対して前記第１永久磁石および前記第２永久磁石の各磁束が干渉する干渉量が所定値未満となる位置に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかひとつに記載の電動機。