JP2008067424A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】内周側回転子と外周側回転子の相対的な位相を変更する際に回動方向に作用する永久磁石の吸引・反発力の影響を抑制できるようにして、位相変更のためのエネルギーロスの低減と位相変更手段の小型化を図ることが可能な電動機を提供する。
【解決手段】複数の内周側永久磁石９が配設された内周側回転子６と、複数の外周側永久磁石５０，５３が配設された外周側回転子５とを相対回動可能に組み付け、両者を回動機構１１で相対回動させる。外周側回転子５は、磁化方向が略径方向を向き、かつ異磁極が円周方向に沿って交互に並ぶように外周側永久磁石５０を配置した第１の回転子層５Ａと、磁化方向が略円周方向を向き、かつ円周方向で隣接するもの同士が同磁極同士で対向するように外周側永久磁石５３を配置し第２の回転子層５Ｂを備えた構成とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転子に永久磁石を備えた電動機に関し、特に、回転子の永久磁石の界磁特性を変更できる電動機に関するものである。

電動機として、夫々個別に永久磁石を備える内周側回転子と外周側回転子とが同軸に配設され、この両回転子を周方向に相対的に回動させる（両回転子の相対的な位相を変更する）ことにより、回転子全体としての界磁特性を変更できるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この電動機では、電動機の回転速度に応じて両回転子における相対的な位相を変更する場合には、遠心力の作用により径方向に沿って変位する部材によって、外周側回転子と内周側回転子との何れか一方を他方に対して周方向に回動させる。また、固定子に発生する回転磁界の速度に応じて両回転子における相対的な位相を変更する場合には、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、外周側回転子および内周側回転子の周方向の相対位置を変更する。

この電動機においては、外周側回転子と内周側回転子の永久磁石を互いに異極同士で対向させる（同極配置にする）ことで、回転子全体の界磁を強めて誘起電圧を増大させ、逆に、外周側回転子と内周側回転子の永久磁石を互いに同極同士で対向させる（対極配置にする）ことで、回転子全体の界磁を弱めて誘起電圧を減少させる。
特開２００２−２０４５４１号公報

しかし、この従来の電動機の場合、外周側回転子と内周側回転子の相対位相を変更できる条件が限られており、電動機の運転停止時や任意の回転時に自由に相対位相を変更することができない。特に、ハイブリッド車や電動車両の駆動用として用いる場合には、車両の運転状況に応じて瞬時に所望の電動機特性に変更することが望まれ、この要望に応えるためにも相対位相の変更制御の自由度を高めることが重要となる。そこで、本出願人は、相対位相の変更制御の自由度の高い位相変更手段を組み込むことを検討しているが、内周側回転子と外周側回転子の永久磁石間に作用する吸引・反発力が、電動機の開発を進めるうえでの障害となっている。

即ち、上記従来の電動機の場合、図７に示すように、内周側回転子と外周側回転子の相対回動に応じて両者の永久磁石による吸引・反発力が回転方向に作用するため、内周側回転子と外周側回転子の相対的な位相を変更する際には、この吸引・反発力に抗する大きな力を付与しなければならない。このため、従来の電動機においては、位相変更手段を作動させるためのエネルギーのロスが大きくなるうえ、位相変更手段の大型化を避けることができない。

そこでこの発明は、内周側回転子と外周側回転子の相対的な位相を変更する際に回動方向に作用する永久磁石の吸引・反発力の影響を抑制できるようにして、位相変更のためのエネルギーロスの低減と位相変更手段の小型化を図ることが可能な電動機を提供しようとするものである。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、円周方向に沿うように複数の内周側永久磁石（例えば、後述の実施形態における内周側永久磁石９）が配設された内周側回転子（例えば、後述の実施形態における内周側回転子６）と、この内周側回転子の外周側に同軸にかつ相対回動可能に配設されるとともに、円周方向に沿うように複数の外周側永久磁石（例えば、後述の実施形態における外周側永久磁石５０，５３）が配設された外周側回転子（例えば、後述の実施形態における外周側回転子５）と、前記内周側回転子と外周側回転子を相対回動させて両者の相対的な位相を変更する位相変更手段（例えば、後述の実施形態における回動機構１１）と、を備えた電動機であって、前記内周側永久磁石は、磁化方向が略径方向を向き、かつ異磁極が円周方向に沿って交互に並ぶように配置され、前記外周側回転子は、磁化方向が略径方向を向き、かつ異磁極が円周方向に沿って交互に並ぶように前記外周側永久磁石が配置された第１の回転子層（例えば、後述の実施形態における第１の回転子層５Ａ）と、磁化方向が略円周方向を向き、かつ円周方向で隣接するもの同士が同磁極同士で対向するように前記外周側永久磁石が配置された第２の回転子層（例えば、後述の実施形態における第２の回転子層５Ｂ）と、を備えて成ることを特徴とする。

これにより、内周側回転子と外周側回転子の第１の回転子層の間においては、例えば、内周側永久磁石と外周側永久磁石が異磁極同士で対向する強め界磁の状態から同磁極同士で対向する弱め界磁の状態に変化する間に、吸引方向に作用していた磁気力が反発方向に作用するようになる。また、内周側回転子と外周側回転子の第２の回転子層の間においては、例えば，内周側永久磁石が回転方向両側の外周側永久磁石と同磁極同士で面する強め界磁の状態から、内周側永久磁石が回転方向両側の外周側永久磁石と異磁極同士で面する弱め界磁の状態に変化する間に、反発方向に作用していた磁気力が吸引方向に作用するようになる。したがって、内周側回転子−第１の回転子層間の界磁状態と内周側回転子−第２の回転子層間の界磁状態が一致するように設定しておけば、内周側回転子と外周側回転子の間の界磁の可変レシオを大きくすることが可能になるともに、内周側回転子−第１の回転子層間の磁気作用と、内周側回転子−第２の回転子層間の磁気作用を相互に相殺する方向に働かせることが可能になる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動機において、前記外周側永久磁石は、前記内周側永久磁石に対する前記第１の回転子層側の吸引・反発と前記第２の回転子層側の吸引・反発が、前記内周側回転子と外周側回転子の任意の相対位相において逆になるように設定されていることを特徴とする。
これにより、内周側回転子−第１の回転子層間の吸引・反発と、内周側回転子−第２の回転子層間の吸引・反発が常に逆になるため、内周側回転子と外周側回転子の相対位相を変更するときには、永久磁石による反力の影響が少なくなる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれか１項に記載の電動機において、前記外周側回転子は、前記第１の回転子層と第２の回転子層のうちの一方が軸方向中央に配置され、他方側が軸方向両側に配置されていることを特徴とする。
これにより、外周側回転子に作用する吸引方向の反力と反発方向の反力が軸方向全体でバランスする。

請求項４に記載の発明は、円周方向に沿うように複数の内周側永久磁石（例えば、後述の実施形態における内周側永久磁石９）が配設された内周側回転子（例えば、後述の実施形態における内周側回転子６）と、この内周側回転子の外周側に同軸にかつ相対回動可能に配設されるとともに、円周方向に沿うように複数の外周側永久磁石（例えば、後述の実施形態における外周側永久磁石１５０）が配設された外周側回転子（例えば、後述の実施形態における外周側回転子１０５）と、前記内周側回転子と外周側回転子を相対回動させて両者の相対的な位相を変更する位相変更手段（例えば、後述の実施形態における回動機構１１）と、を備えた電動機であって、前記内周側永久磁石は、磁化方向が略径方向を向き、かつ異磁極が円周方向に沿って交互に並ぶように配置され、前記外周側回転子は、磁化方向が略径方向を向き、かつ異磁極が円周方向に沿って交互に並ぶように前記外周側永久磁石が配置されるとともに、磁化方向が略円周方向を向き、かつ円周方向で隣接するもの同士が同磁極同士で対向するように副外周側永久磁石（例えば、後述の実施形態における副外周側永久磁石１５３）が配置されていることを特徴とする。

これにより、例えば、内周側永久磁石と外周側永久磁石が異磁極同士で対向する強め界磁の状態から同磁極同士で対向する弱め界磁の状態に変化する間には、吸引方向に作用していた内周側永久磁石−外周側永久磁石間の磁気力が反発方向に作用するようになる。また、例えば、内周側永久磁石が回転方向両側の副外周側永久磁石と同磁極同士で面する強め界磁の状態から、内周側永久磁石が回転方向両側の副外周側永久磁石と異磁極同士で面する弱め界磁の状態に変化する間には、反発方向に作用していた内周側永久磁石−副外周側永久磁石間の磁気力が吸引方向に作用するようになる。したがって、内周側永久磁石−外周側永久磁石間の界磁状態と、内周側永久磁石−副外周側永久磁石間の界磁状態が一致するように設定しておけば、内周側回転子と外周側回転子の間の界磁の可変レシオを大きくすることが可能になるとともに、内周側永久磁石−外周側永久磁石間の磁気作用と、内周側永久磁石−副外周側永久磁石間の磁気作用を相互に相殺する方向に働かせることが可能になる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の電動機において、前記外周側永久磁石と副外周側永久磁石は、前記内周側永久磁石に対する外周側永久磁石側の吸引・反発と副外周側永久磁石側の吸引・反発が、前記内周側回転子と外周側回転子の任意の相対位相において逆になるように設定されていることを特徴とする。
これにより、内周側永久磁石−外周側永久磁石間の吸引・反発と、内周側永久磁石−副外周側永久磁石間の吸引・反発が常に逆になるため、内周側回転子と外周側回転子の相対位相を変更するときには、永久磁石による反力の影響が少なくなる。

請求項１に記載の発明によれば、界磁の可変レシオを低下させることなく、内周側回転子−第１の回転子層間の磁気作用と、内周側回転子−第２の回転子層間の磁気作用を相互に相殺させることができるため、内周側回転子と外周側回転子の相対位相の変更時における永久磁石の吸引・反発力の影響を少なくすることができ、その結果、位相変更のためのエネルギーロスを低減することが可能になるとともに、位相変更手段の小型化を図ることも可能になる。

請求項２に記載の発明によれば、内周側回転子と外周側回転子の相対位相を変更するときにおける永久磁石の吸引・反発力の影響を確実に低減することができる。

請求項３に記載の発明によれば、外周側回転子に作用する吸引方向の反力と反発方向の反力が軸方向全体でバランスするため、内周側回転子と外周側回転子の位相制御をより安定化させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、界磁の可変レシオを低下させることなく、内周側永久磁石−外周側永久磁石間の磁気作用と、内周側永久磁石−副外周側永久磁石間の磁気作用を相互に相殺させることができるため、内周側回転子と外周側回転子の相対位相の変更時における永久磁石の吸引・反発力の影響を少なくすることができ、その結果、位相変更のためのエネルギーロスを低減することが可能になるとともに、位相変更手段の小型化を図ることも可能になる。

請求項５に記載の発明によれば、内周側回転子と外周側回転子の相対位相を変更するときにおける永久磁石の吸引・反発力の影響を確実に低減することができる。

以下、この発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。最初に、図１〜図５に示す第１の実施形態について説明する。

この実施形態の電動機１は、図１に示すように円環状の固定子２の内周側に回転子ユニット３が配置されたインナロータ型のブラシレスモータであり、例えばハイブリッド車や電動車両等の走行駆動源として用いられる。固定子２は複数相の固定子巻線２ａを有し、回転子ユニット３は軸芯部に回転軸４を有している。車両の走行駆動源として用いる場合には、電動機１の回転力はトランスミッション（図示せず）を介して車輪の駆動軸（図示せず）に伝達される。この場合、電動機１は車両の減速時に発電機として機能させれば、回生エネルギーとして蓄電器に回収することもできる。また、ハイブリッド車においては、電動機１の回転軸４をさらに内燃機関のクランクシャフト（図示せず）に連結することにより、内燃機関による発電にも利用することができる。

回転子ユニット３は、図１〜図４に示すように、円環状の外周側回転子５と、この外周側回転子５の内側に同軸に配置される円環状の内周側回転子６を備え、外周側回転子５と内周側回転子６が設定角度の範囲で回動可能とされている。

内周側回転子６は、回転子本体であるロータ鉄心７が円環状に形成され、そのロータ鉄心７の外周側に偏寄した位置に、複数の磁石装着スロット７ａが円周方向等間隔に形成されている。各磁石装着スロット７ａは、ロータ鉄心７の接線方向に沿う矩形状の開口がロータ鉄心７の軸線と略平行に形成され、かつ、その矩形状の開口がロータ鉄心７の軸方向の一端から他端に亙っている。この各磁石装着スロット７ａには、厚み方向に磁化された平板状の永久磁石9(以下、「内周側永久磁石９」と呼ぶ)が装着されている。
ここで、各内周側永久磁石９は、磁石装着スロット７ａに装着された状態において磁化方向が内周側回転子６の径方向を向き、かつ、円周方向で隣接するもの同士の磁極(例えば、径方向外側に向く磁極)が異磁極になっている。つまり、内周側永久磁石９は、内周側回転子６上に異磁極が円周方向に沿って交互に並ぶように配置されている。また、内周側回転子６の外周面のうちの、円周方向で隣接する磁石スロット７ａ，７ａ間位置には、磁束の流れを制御するための切欠部１０が形成されている。

一方、外周側回転子５は、ロータ本体であるロータ鉄心８が内周側回転子６と同様に円環状に形成されている。この外周側回転子５は、図１に示すように、軸方向両側の第１の回転子層５Ａ，５Ａの間に断面構造の異なる第２の回転子層５Ｂが接合されている。

第１の回転子層５Ａは、図２に示すようにロータ鉄心８の内周側に偏寄した位置に、複数の磁石装着スロット８ａが円周方向等間隔に形成されている。各磁石装着スロット８ａは、ロータ鉄心８の接線方向に沿う矩形状の開口が外周側回転子５の軸線と平行に形成され、その開口が第１の回転子層５Ａの軸方向の一端から他端に亙っている。各磁石装着スロット８ａには、厚み方向に磁化された平板状の永久磁石５０(以下、「外周側永久磁石５０」と呼ぶ)が装着されている。この外周側永久磁石５０の場合も、内周側回転子６の内周側永久磁石９と同様に、磁石装着スロット８ａに装着された状態において、磁化方向が径方向を向き、隣接するもの同士の磁極が異磁極となっている。つまり、外周側永久磁石５０は、第１の回転子層５Ａ上に異磁極が円周方向に沿って交互に並ぶように配置されている。
なお、図２中、５１は、ロータ鉄心８上の隣接する磁石装着スロット８ａ，８ａの中間位置に形成されたボルト締結孔であり、このボルト締結孔５１を通して後述するドライブプレート１６が外周側回転子５に結合されるようになっている。また、図２中５２は、第１の回転子層５Ａのロータ鉄心８のうちの、磁石装着スロット８ａの両端部から径方向外側に向けて延設された磁束障壁用孔である。

また、第２の回転子層５Ｂのロータ鉄心８には、図３に示すように複数の磁石装着スロット８ｂが円周方向等間隔に形成されている。この各磁石装着スロット８ｂは、ロータ鉄心８の径方向に沿う矩形状の開口が第２の回転子層５Ｂの軸方向の一端から他端に亙るように形成されている。この各磁石装着スロット８ｂには、厚み方向に磁化された平板状の永久磁石５３(以下「外周側永久磁石５３」と呼ぶ)が装着されている。この外周側永久磁石５３は、磁石装着スロット８ｂに装着された状態において、磁化方向が略円周方向（正確には、外周側回転子５の軸心を中心とする円の接線方向）を向き、円周方向で隣接するもの同士が同極同士で対向するようになっている。つまり、第２の回転子層５Ｂには、外周側永久磁石５３…によるＮ極同士の対向配置とＳ極同士の対向配置が円周方向に沿って交互に設けられている。

以上の構成の第１の回転子層５Ａと第２の回転子層５Ｂは、第１の回転子層５Ａ側の隣接する外周側永久磁石５０，５０の間に第２の回転子層５Ｂ側の外周側永久磁石５３が位置されるように相互に結合されている。そして、両回転子層５Ａ，５Ｂの外周側永久磁石５０，５３の磁極は、両回転子層５Ａ，５Ｂを軸方向で重ね合わせて見た場合に、第２の回転子層５Ｂ側の隣接する外周側永久磁石５３，５３（これを「隣接磁石５３，５３」と呼ぶ）の間に位置される第１の回転子層５Ａ側の外周側永久磁石５０が、前記隣接磁石５３，５３の対向磁極と同極で向き合うようになっている。つまり、例えば、第２の回転子層５ＢのＮ極同士で向き合う外周側永久磁石５３，５３の間には、径方向外側面がＮ極となるように第１の回転子層５Ａの外周側永久磁石５０が配置され、第２の回転子層５ＢのＳ極同士で向き合う外周側永久磁石５３，５３の間には、径方向外側面がＳ極となるように第１の回転子層５Ａの外周側永久磁石５０が配置されている。

ところで、内周側回転子６の内周側永久磁石９と第１の回転子層５Ａの外周側永久磁石５０は夫々同数設けられ、夫々の永久磁石９，５０が１対１で対応するようになっている。このため、内周側回転子６の永久磁石９と第１の回転子層５Ａの永久磁石５０を互いに異極同士で対向させる（同極配置にする）ことにより、内周側回転子６と第１の回転子層５Ａの間の界磁が最も強められる強め界磁の状態を得ることができるとともに、内周側回転子６の永久磁石９と第１の回転子層５Ａの永久磁石５０を互いに同極同士で対向させる（異極配置にする）ことにより、内周側回転子６と第１の回転子層５Ａの間の界磁が最も弱められる弱め界磁の状態を得ることができる。

また、内周側回転子６の内周側永久磁石９と、第２の回転子層５Ｂの隣接する外周側永久磁石５３，５３間のエリア（以下、「同極間エリア」）は同数設けられており、内周側永久磁石９と第２の回転子層５Ｂ側の同極間エリアが１対１で対応するようになっている。このため、内周側回転子６の永久磁石９と、第２の回転子層５Ｂ側の同極間エリアの磁石磁極を異極同士で対面させることにより、内周側回転子６と第２の回転子層５Ｂの間の界磁が磁路短絡によって最も弱められる弱め界磁の状態を得ることができるとともに、内周側回転子６の永久磁石９と、第２の回転子層５Ｂ側の同極間エリアの磁石磁極を同極同士で対面させることにより、内周側回転子６と第２の回転子層５Ｂの間の界磁が所謂ハルバッハ効果によって最も強められる強め界磁の状態を得ることができる。

また、この回転子ユニット３においては、第１の回転子層５Ａと第２の回転子層５Ｂが上記のような磁石配置とされているため、内周側回転子６と第１の回転子層５Ａが強め界磁状態のときには、内周側回転子６と第２の回転子層５Ｂも強め界磁状態になり、内周側回転子６と第１の回転子層５Ａが弱め界磁状態のときには、内周側回転子６と第２の回転子層５Ｂも弱め界磁状態になる。

ただし、内周側回転子６と第１の回転子層５Ａが強め界磁状態のときには、内周側永久磁石９と外周側磁石５０の磁極が異磁極で対向するため、内周側回転子６と第１の回転子層５Ａには永久磁石９，５０による吸引力が回動方向に作用し、内周側回転子６と第２の回転子層５Ｂが強め界磁状態のときには、内周側永久磁石９と外周側磁石５３の磁極が同磁極で対向するために、内周側回転子６と第２の回転子層５Ａには永久磁石９，５３による反発力が回動方向に作用する。また、逆に、内周側回転子６と各回転子層５Ａ，５Ｂの間が夫々弱め界磁状態のときには、内周側永久磁石９と外周側磁石５０の磁極が同磁極同士で対向し、内周側永久磁石９と外周側磁石５３の磁極が異磁極同士で対向するため、内周側回転子６と第１の回転子層５Ａの間には永久磁石９，５０による反発力が回動方向に作用し、内周側回転子６と第２の回転子層５Ａの間には永久磁石９，５３による吸引力が回動方向に作用する。

また、回転子ユニット３は、外周側回転子５と内周側回転子６を相対回動させるための回動機構１１(位相変更手段)を備えている。この回動機構１１は非圧縮性の作動流体である作動油の圧力によって操作されるようになっている。

回動機構１１は、図１〜図４に示すように回転軸４の外周に一体回転可能にスプライン嵌合されるベーンロータ１４と、ベーンロータ１４の外周側に相対回動可能に配置される環状ハウジング１５とを備え、この環状ハウジング１５が内周側回転子６の内周面に一体に嵌合固定されるとともに、ベーンロータ１４が、環状ハウジング１５と内周側回転子６の両側の側端部を跨ぐ円板状の一対のドライブプレート１６，１６を介して外周側回転子５に一体に結合されている。したがって、ベーンロータ１４は回転軸４と外周側回転子５に一体化され、環状ハウジング１５は内周側回転子６に一体化されている。

ベーンロータ１４は、回転軸４にスプライン嵌合される円筒状のボス部１７の外周に、径方向外側に突出する複数のベーン１８が円周方向等間隔に設けられている。一方、環状ハウジング１５は、内周面に円周方向等間隔に複数の凹部１９が設けられ、この各凹部１９にベーンロータ１４の対応するベーン１８が収容配置されるようになっている。各凹部１９は、ベーン１８の先端部の回転軌道にほぼ合致する円弧面を有する底壁２０と、隣接する凹部１９，１９同士を隔成する略三角形状の仕切壁２１によって構成され、ベーンロータ１４と環状ハウジング１５の相対回動時に、ベーン１８が一方の仕切壁２１と他方の仕切壁２１の間を変位し得るようになっている。この実施形態の場合、仕切壁２１はベーン１８と当接することにより、ベーンロータ１４と環状ハウジング１５の相対回動を規制するストッパとしても機能する。なお、各ベーン１８の先端部と仕切壁２１の先端部には、軸方向に沿うようにシール部材２２が設けられ、これらのシール部材２２によってベーン１８と凹部１９の底壁２０、仕切壁２１とボス部１７の外周面の各間が液密にシールされている。

また、内周側回転子６に固定される環状ハウジング１５のベース部１５ａは一定厚みの円筒状に形成されるとともに、図１に示すように内周側回転子６や仕切壁２１に対して軸方向外側に突出している。このベース部１５ａの外側に突出した各端部は、ドライブプレート１６に形成された環状のガイド溝１６ａに摺動自在に保持され、環状ハウジング１５と内周側回転子６が、外周側回転子５や回転軸４にフローティング状態で支持されるようになっている。

外周側回転子５とベーンロータ１４を連結する両側のドライブプレート１６，１６は、環状ハウジング１５の両側面（軸方向の両端面）に摺動自在に密接し、環状ハウジング１５の各凹部１９の側方を夫々閉塞する。したがって、各凹部１９は、ベーンロータ１４のボス部１７と両側のドライブプレート１６，１６によって夫々独立した空間部を形成し、この空間部は、作動油が導入される導入空間２３となっている。各導入空間２３内は、ベーンロータ１４の対応する各ベーン１８によって夫々２室に隔成され、一方の部屋が進角側作動室２４、他方の部屋が遅角側作動室２５とされている。進角側作動室２４は、内部に導入された作動液の圧力によって内周側回転子６を外周側回転子５に対して進角方向に相対回動させ、遅角側作動室２５は、内部に導入された作動液の圧力によって内周側回転子６を外周側回転子５に対して遅角方向に相対回動させる。この場合、「進角」とは、内周側回転子６を外周側回転子５に対して、図２，図３中の矢印Ｒで示す電動機１の回転方向に進めることを言い、「遅角」とは、内周側回転子６を外周側回転子５に対して、電動機１の回転方向Ｒと逆側に進めることを言うものとする。

また、進角側作動室２４と遅角側作動室２５に対する作動油の給排は回転軸４を通して行われるようになっている。具体的には、進角側作動室２４は、油圧制御装置の進角側給排通路２６に接続され、遅角側作動室２５は同油圧制御装置の遅角側給排通路２７に接続されているが、進角側給排通路２６と遅角側給排通路２７の一部は、図１に示すように、夫々回転軸４に軸方向に沿って形成させた通路孔２６ａ，２７ａによって構成されている。そして、各通路孔２６ａ，２７ａの端部は、回転軸４の外周面の軸方向にオフセットした２位置に形成された環状溝２６ｂと環状溝２７ｂに夫々接続され、その各環状溝２６ｂ，２７ｂは、ベーンロータ１４のボス部１７に略半径方向に沿って形成された複数の導通孔２６ｃ…，２７ｃ…に接続されている。進角側給排通路２６の各導通孔２６ｃは環状溝２６ｂと各進角側作動室２４とを接続し、遅角側給排通路２７の各導通孔２７ｃは環状溝２７ｂと各遅角側作動室２５とを接続している。

なお、この電動機１は、進角側作動室２４と遅角側作動室２５に対する作動油の給排制御によって、強め界磁の状態と弱め界磁の状態を任意に変更し得るものであるが、こうして磁界の強さが変更されると、それに伴って誘起電圧定数が変化し、その結果、電動機１の特性が変更される。即ち、強め界磁によって誘起電圧定数が大きくなると、電動機１として運転可能な許容回転速度は低下するものの、出力可能な最大トルクは増大し、逆に、弱め界磁によって誘起電圧定数が小さくなると、電動機１の出力可能な最大トルクは減少するものの、運転可能な許容回転速度は上昇する。

以上のように、この実施形態の電動機１においては、内周側回転子６と外周側回転子５の位相角を変更する回動機構１１が油圧によって操作されるため、両回転子６，５の位相角を任意のタイミングで迅速に、かつ自由に変更することができる。

そして、この電動機１においては、内周側回転子６と外周側回転子５の各回転子層５Ａ，５Ｂとの間の界磁状態が一致するように設定されているため、内周側回転子６と外周側回転子５を相対回動させたときの可変レシオを大きく確保することができる。また、内周側回転子６と第２の回転子層５Ｂの間では、強め界磁の状態において、内周側永久磁石９と外周側永久磁石５３による所謂ハルバッハ効果によって大きな誘起電圧定数を確保できることから、電動機１の出力トルクを容易に増大させることができる。

また、この電動機１の場合、内周側回転子６と第１の回転子層５Ａの間に永久磁石９，５０による吸引作用が働くときには、内周側回転子６と第２の回転子層５Ｂの間に永久磁石９，５３による反発作用が働き、逆に、内周側回転子６と第１の回転子層５Ａの間に永久磁石９，５０による反発作用が働くときには、内周側回転子６と第２の回転子層５Ｂの間に永久磁石９，５３による吸引作用が働くように設定されているため、内周側回転子６と外周側回転子５の間の吸引・反発作用を全体としてほぼ相殺させることができる。
図５は、内周側回転子６と外周側回転子５を相対回動させたときにおける内周側永久磁石９と第１の回転子層５Ａ側の外周側永久磁石５０のトルクの変化を点線で示すとともに、内周側永久磁石９と第２の回転子層５Ｂ側の外周側永久磁石５３のトルクの変化を一転鎖線で示し、これらの合成トルクの変化を実線で示したものである。この特性図から明らかなように、この実施形態の電動機１においては、内周側回転子６と外周側回転子５の間に働く総合的な永久磁石９，５０，５３の相対トルクは全体レベルが低く、しかも、変動幅の小さいものとなる。
したがって、この電動機１においては、内周側回転子６と外周側回転子５の位相変更時における永久磁石９，５０，５３の吸引・反発力の影響を少なくすることができるため、位相変更のためのエネルギーロスを低減できるとともに、回動機構１１や油圧ポンプ（図示せず）を小型化することができる。また、総合的な永久磁石９，５０，５３の相対トルクの変動幅が小さくなることから、油圧制御装置による位相制御を容易に、かつ安定的に行うことができるという利点もある。

さらに、この実施形態の電動機１においては、一対の第１の回転子層５Ａ，５Ａの間に第２の回転子層５Ｂが挟み込まれているため、外周側回転子に作用する吸引方向の反力と反発方向の反力が軸方向全体でバランスし、内部応力のバランスが良好になるとともに位相制御もより安定する。

なお、外周側回転子５は、上記のバランスについての利点は得られなくなるものの、単純に二つの回転子層５Ａ，５Ｂを軸方向で結合するようにしても良い。また、各二つ以上の回転子層５Ａ，５Ｂを軸方向に交互に配置するようにしても良い。
また、電動機１の内周側永久磁石９と外周側永久磁石５０の間に作用する磁気反力と、内周側永久磁石９と外周側永久磁石５３の間に作用する磁気反力は、両回転子６，５の任意の相対位置における絶対値がほぼ同じになるように設定しても良いが、一方の磁気反力の絶対値が他方の磁気反力の絶対値よりも大きくなるようにしても良い。このようにした場合には、例えば、回動機構１１を操作しない場合における相対位相を強め界磁側、若しくは、弱め界磁側に自動的に戻すことが可能になる。

図６は、この発明の第２の実施形態の、第１の実施形態の図２または図３に相対する部分断面側面図である。以下、第２の実施形態について説明するが、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付し、重複する説明を一部省略するものとする。
この実施形態の電動機１０１は、固定子（図示せず）や回転子ユニット３の配置や、回動機構１１の構造等は第１の実施形態と同様であるが、外周側回転子１０５の構造が第１の実施形態のものと異なっている。
即ち、この電動機１０１の外周側回転子１０５は、第１の実施形態の外周側回転子５のように断面構造の異なる２種の回転子層を接合したものではなく、軸方向のほぼ全域が図６に示すような一様な断面構造となっている。ロータ鉄心１０８には、接線方向に沿う矩形状の開口が外周側回転子１０５の軸線と平行に形成されて成る磁石装着スロット１０８ａと、径方向に沿う矩形状の開口が外周側回転子１０５の軸線と平行に形成されて成る磁石装着スロット１０８ｂが、夫々円周方向等間隔に形成され、各磁石装着スロット１０８ａ，１０８ｂに外周側永久磁石１５０と副外周側永久磁石１５３が装着されている。外周側永久磁石１５０と副外周側永久磁石１５３はいずれも平板状に形成され、厚み方向に磁化されている。そして、外周側永久磁石１５０は、磁石装着スロット１０８ａに装着された状態において、磁化方向が径方向を向き、円周方向で隣接するもの同士の磁極が異磁極となっている。また、副外周側永久磁石１５３は、磁石装着スロット１０８ｂに装着された状態において、磁化方向が略円周方向を向き、円周方向で隣接するもの同士が同極同士で対向するようになっている。

この電動機１０１の場合も、外周側永久磁石１５０は、内周側回転子６の内周側永久磁石９と異磁極同士で対向することによって強め界磁の状態になり、同磁極同士で対向することによって弱め界磁の状態になる。一方、副外周側永久磁石１５３は、同極間エリアの磁石磁極を内周側回転子６の内周側永久磁石９に同極同士で対面させることによって強め界磁の状態になり、同極間エリアの磁石磁極を内周側回転子６の内周側永久磁石９に異磁極同士で対面させることによって強め界磁の状態になる。

したがって、この電動機１０１の場合、外周側永久磁石１５０による界磁と副外周側永久磁石１５３による界磁が強め弱めのピークがほぼ一致するように合成されるために、界磁の可変レシオを充分に大きくすることができ、しかも、外周側永久磁石１５０による吸引・反発作用と、副外周側永久磁石１５３による吸引・反発作用が常に逆に働くことから、位相変更時における永久磁石９，１５０，１５３の吸引・反発力の影響を少なくし、位相変更のためのエネルギーロスの低減と回動機構１１や機構駆動用の油圧ポンプ等の小型化を図ることができる。

この実施形態の電動機１０１は、以上で説明した他にも第１の実施形態とほぼ同様の効果を得ることができるが、外周側回転子１０５が一様な断面に形成されていることから、外周側回転子１０５の製造が容易になり、その分、製造コトスの低減が可能になるという利点がある。

なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、上記の第２の実施形態においては、外周側永久磁石１５０と副外周側永久磁石１５３が円周方向に交互に配置されているが、副外周側永久磁石１５３を円周方向に等間隔に配置し、隣接する副外周側永久磁石１５３，１５３の一部の同極間エリアにのみ外周側永久磁石１５０を配置するようにしても良い。

この発明の第１の実施形態の電動機の要部断面図。 同実施形態の外周側回転子のみを図１のＡ−Ａ線に沿って断面した回転子ユニットの側面図。 同実施形態の外周側回転子のみを図１のＢ−Ｂ線に沿って断面した回転子ユニットの側面図。 同実施形態の回転子ユニットの分解斜視図。 同実施形態の相対トルク−電気角度特性図。 この発明の第２の実施形態の回転子ユニットの側面図。 従来の技術における相対トルク−電気角度特性図。

符号の説明

１，１０１…電動機
５，１０５…外周側回転子
５Ａ…第１の回転子層
５Ｂ…第２の回転子層
６…内周側回転子
９…内周側永久磁石
１１…回動機構(位相変更手段)
５０，５３，１５０…外周側永久磁石
１５３…副外周側永久磁石

Claims (5)

1. 円周方向に沿うように複数の内周側永久磁石が配設された内周側回転子と、
   この内周側回転子の外周側に同軸にかつ相対回動可能に配設されるとともに、円周方向に沿うように複数の外周側永久磁石が配設された外周側回転子と、
   前記内周側回転子と外周側回転子を相対回動させて両者の相対的な位相を変更する位相変更手段と、
   を備えた電動機であって、
   前記内周側永久磁石は、磁化方向が略径方向を向き、かつ異磁極が円周方向に沿って交互に並ぶように配置され、
   前記外周側回転子は、
   磁化方向が略径方向を向き、かつ異磁極が円周方向に沿って交互に並ぶように前記外周側永久磁石が配置された第１の回転子層と、
   磁化方向が略円周方向を向き、かつ円周方向で隣接するもの同士が同磁極同士で対向するように前記外周側永久磁石が配置された第２の回転子層と、
   を備えて成ることを特徴とする電動機。
2. 前記外周側永久磁石は、前記内周側永久磁石に対する前記第１の回転子層側の吸引・反発と前記第２の回転子層側の吸引・反発が、前記内周側回転子と外周側回転子の任意の相対位相において逆になるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 前記外周側回転子は、前記第１の回転子層と第２の回転子層のうちの一方が軸方向中央に配置され、他方側が軸方向両側に配置されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の電動機。
4. 円周方向に沿うように複数の内周側永久磁石が配設された内周側回転子と、
   この内周側回転子の外周側に同軸にかつ相対回動可能に配設されるとともに、円周方向に沿うように複数の外周側永久磁石が配設された外周側回転子と、
   前記内周側回転子と外周側回転子を相対回動させて両者の相対的な位相を変更する位相変更手段と、
   を備えた電動機であって、
   前記内周側永久磁石は、磁化方向が略径方向を向き、かつ異磁極が円周方向に沿って交互に並ぶように配置され、
   前記外周側回転子は、
   磁化方向が略径方向を向き、かつ異磁極が円周方向に沿って交互に並ぶように前記外周側永久磁石が配置されるとともに、
   磁化方向が略円周方向を向き、かつ円周方向で隣接するもの同士が同磁極同士で対向するように副外周側永久磁石が配置されていることを特徴とする電動機。
5. 前記外周側永久磁石と副外周側永久磁石は、前記内周側永久磁石に対する外周側永久磁石側の吸引・反発と副外周側永久磁石側の吸引・反発が、前記内周側回転子と外周側回転子の任意の相対位相において逆になるように設定されていることを特徴とする請求項４に記載の電動機。

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