JP2008067592A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】 効率を高めることができる電動機を提供する。
【解決手段】 電動機１は、いずれも周方向に並んだ複数の第１電磁石４ａ、電機子５ａ、第２電磁石６ａ、第１コア７ａおよび第２コア８ａをそれぞれ有する第１〜第３のステータ４〜６、第１ロータ７および第２ロータ８を備えている。電機子５ａの第１電機子磁極の極性が、それに対向する第１電磁石４ａの第１磁極の極性と異なるときには、電機子５ａの第２電機子磁極の極性が、それに対向する第２電磁石６ａの第２磁極の極性と同じになる。また、第１磁極と第１電機子磁極の間に、第１コア７ａが位置しているときには、第２コア８ａが、周方向に隣り合う２組の第２電機子磁極および第２磁極の間に位置する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、２つ以上の回転子または固定子を有する電動機に関する。

従来の電動機として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この電動機は、インナロータ、ステータおよびアウタロータを有している。インナロータは、径方向に若干延びる複数の永久磁石を周方向に配置した円柱状のものであり、ステータは、複数の電機子を周方向に配置し、樹脂モールドで固定した円筒状のものである。アウタロータは、複数のリングを積層したコアにコイルを巻くことにより円筒状に形成されており、このコイルには電力が供給されないようになっている。また、インナロータ、ステータおよびアウタロータは、内側から順に設けられ、相対的に回転可能になっている。

以上の構成の電動機では、ステータに電力を供給し、回転磁界を発生させると、インナロータの永久磁石の磁極がステータの磁極に対して吸引・反発することによって、インナロータが回転磁界に同期して回転し、アウタロータが、電磁誘導作用によって回転磁界に同期せずに回転する。

上記のように、この従来の電動機は、アウタロータを電磁誘導作用によって回転させるため、同期機ではなく、誘導機として機能するので、高い効率が得られない。また、アウタロータを電磁誘導作用により回転させることから、アウタロータのコイルに発生する誘導電流およびアウタロータのコアに発生する渦電流によりアウタロータが発熱するので、アウタロータを冷却することが必要である。さらに、アウタロータがステータの周りを覆うように配置されているため、外部への電動機の取り付け部分の面積が十分に得られないので、電動機の取付を強固に行うことができず、また、その構成上、強度の低い樹脂などの非磁性体（弱磁性体）により電機子を固定せざるを得ない。以上により、上記の従来の電動機は、高い耐久性が得られないため、例えば車両の駆動用として用いた際、駆動輪からの大きなトルク反力や高回転・高出力に対して、耐えることができない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、効率を高めることができる電動機を提供することを目的とする。

特開平１１−３４１７５７号公報

上記の目的を達成するため、請求項１に係る電動機１、２０、３０、４０、６０、１００は、第１所定方向に並んだ複数の第１電機子（実施形態における（以下、本項において同じ）電機子５ａ、２４ａ）で構成され、電力の供給に伴って複数の第１電機子に発生する磁極により、第１所定方向に沿って移動する第１移動磁界を発生させる第１電機子列（第２ステータ５、ステータ２４）が設けられた第１部材（ケース２、ケース３１）と、第１所定方向に並んだ複数の第１磁極（第１電磁石４ａ、４ｅ、第１永久磁石４ｇ、２３ａ）で構成され、隣り合う各２つの第１磁極が互いに異なる極性を有するとともに第１電機子列に対向するように配置された第１磁極列（第１ステータ４、第１ロータ２３、磁石ロータ６４）が設けられた第２部材（ケース２、第１軸２１、ケース３１、第１軸６２）と、互いに所定の間隔で第１所定方向に並んだ複数の第１軟磁性体（第１コア７ａ、２５ａ）で構成され、第１電機子列と第１磁極列の間に配置された第１軟磁性体列（第１ロータ７、第２ロータ２５、第１移動子３２）が設けられた第３部材（軸３、第２軸２２、可動板３４、軸４１ａ、第２軸６３）と、第２所定方向に並んだ複数の第２電機子（電機子５ａ、２４ａ）で構成され、電力の供給に伴って複数の第２電機子に発生する磁極により、第２所定方向に沿って移動する第２移動磁界を発生させる第２電機子列（第２ステータ５、ステータ２４）が設けられた第４部材（ケース２、ケース３１）と、第２所定方向に並んだ複数の第２磁極（第２電磁石６ａ、６ｅ、第２永久磁石６ｇ、２３ｂ）で構成され、隣り合う各２つの第２磁極が互いに異なる極性を有し、かつ第２電機子列に対向するように配置された第２磁極列（第３ステータ６、第１ロータ２３、磁石ロータ７４）が設けられるとともに、第２部材に連結された第５部材（ケース２、第１軸２１、ケース３１、第１軸７２）と、互いに所定の間隔で第２所定方向に並んだ複数の第２軟磁性体（第２コア８ａ、２５ｂ）で構成され、第２電機子列と第２磁極列の間に配置された第２軟磁性体列（第２ロータ８、第２ロータ２５、第２移動子３３）が設けられるとともに、第３部材に連結された第６部材（軸３、第２軸２２、可動板３４、軸４２ａ、第２軸７３）と、を備え、第１電機子の各磁極および各第１磁極が互いに対向する第１対向位置にあるときには、第２電機子の各磁極および各第２磁極が互いに対向する第２対向位置に位置し、第１対向位置に位置する第１電機子の各磁極および各第１磁極が互いに異なる極性のときには、第２対向位置に位置する第２電機子の各磁極および各第２磁極が互いに同一極性を示し、第１対向位置に位置する第１電機子の各磁極および各第１磁極が互いに同一極性のときには、第２対向位置に位置する第２電機子の各磁極および各第２磁極が互いに異なる極性を示し、第１電機子の各磁極および各第１磁極が第１対向位置にある場合において、各第１軟磁性体が第１電機子の磁極および第１磁極の間に位置するときには、各第２軟磁性体が第２所定方向に隣り合う２組の第２電機子の磁極および第２磁極の間に位置するとともに、各第２軟磁性体が第２電機子の磁極および第２磁極の間に位置するときには、各第１軟磁性体が第１所定方向に隣り合う２組の第１電機子の磁極および第１磁極の間に位置するように構成されていることを特徴とする。

この電動機によれば、互いに対向する第１部材の第１電機子列および第２部材の第１磁極列の間に、第３部材の第１軟磁性体列が配置されており、第１電機子列、第１磁極列および第１軟磁性体列をそれぞれ構成する複数の第１電機子、第１磁極および第１軟磁性体は、第１所定方向に並んでいる。また、隣り合う各２つの第１軟磁性体間には、所定の間隔があいている。さらに、互いに対向する第４部材の第２電機子列および第５部材の第２磁極列の間に、第６部材の第２軟磁性体列が配置されており、第２電機子列、第２磁極列および第２軟磁性体列をそれぞれ構成する複数の第２電機子、第２磁極および第２軟磁性体は、第２所定方向に並んでいる。また、隣り合う各２つの第２軟磁性体間には、所定の間隔があいている。さらに、第２部材および第５部材と、第３部材および第６部材は、互いに連結されている。

上記のように、第１軟磁性体列が第１電機子列と第１磁極列の間に配置されているので、各第１軟磁性体は、第１電機子で発生する磁極（以下、「第１電機子磁極」という）と第１磁極によって磁化される。このように各第１軟磁性体が磁化されることと、隣り合う各２つの第１軟磁性体の間に間隔があいていることによって、第１電機子磁極、第１軟磁性体および第１磁極の間に磁力線（以下「第１磁力線」という）が、発生する。同様に、第２軟磁性体列が第２電機子列と第２磁極列の間に配置されているので、各第２軟磁性体は、第２電機子で発生する磁極（以下、「第２電機子磁極」という）および第２磁極によって磁化される。このように、各第２軟磁性体が磁化されることと、隣り合う各２つの第２軟磁性体の間に間隔があいていることによって、第２電機子磁極、第２軟磁性体および第２磁極の間に磁力線（以下「第２磁力線」という）が、発生する。

まず、第１、第２、第４および第５の部材を移動不能に、かつ第３および第６の部材を移動可能に構成した場合について説明する。第１および第２の移動磁界の発生時、第１対向位置にある各第１電機子磁極および各第１磁極が互いに異なる極性を示している状態で、各第１軟磁性体が第１電機子磁極と第１磁極の間に位置しているときには、第１磁力線は、その長さが最短になり、その総磁束量が最多になる。また、この状態では、第２対向位置に位置する各第２電機子磁極および各第２磁極が互いに同一極性を示すとともに、各第２軟磁性体が、第２所定方向に隣り合う２組の第２電機子磁極および第２磁極の間に位置する。この状態では、第２磁力線は、その曲がり度合いが大きいとともに、長さが最長になり、総磁束量が最少になる。

一般に、極性が互いに異なる２つの磁極の間に軟磁性体が介在することにより磁力線が曲がると、これらの軟磁性体および２つの磁極には、磁力線の長さが短くなるように磁力が作用し、この磁力は、磁力線の曲がり度合いが大きいほど、また、磁力線の総磁束量が多いほど、より大きくなるという特性を有している。このため、第１磁力線の曲がり度合いが大きいほど、また、その総磁束量が多いほど、第１軟磁性体には、より大きな磁力が作用する。すなわち、第１軟磁性体に作用する磁力（以下「第１磁力」という）は、第１磁力線の曲がり度合いおよびその総磁束量に応じた大きさになるという特性を有している。このことは、第２軟磁性体に作用する磁力にも、同様に当てはまる。なお、第２軟磁性体に作用する磁力を、以下「第２磁力」という。

このため、前述したように、互いに異なる極性の第１電機子磁極および第１磁極の間に各第１軟磁性体が位置している状態から、第１移動磁界が第１所定方向に移動し始めると、総磁束量が多い状態の第１磁力線が曲がり始めるので、比較的強い第１磁力が第１軟磁性体に作用する。それにより、第３部材が、第１移動磁界の移動方向に大きな駆動力で駆動される。また、第１移動磁界が移動するのと同時に、第２移動磁界が第２所定方向に移動するのに伴い、各第２電機子磁極は、同一極性の第２磁極と対向する第２対向位置から、この同一極性の各第２磁極に隣接する異なる極性の各第２磁極側に位置する。この状態では、第２磁力線の曲がり度合いは大きいものの、その総磁束量が少ないため、比較的弱い第２磁力が第２軟磁性体に作用する。それにより、第６部材が、第２移動磁界の移動方向に小さな駆動力で駆動される。

そして、第１移動磁界がさらに移動すると、第１磁力線の曲がり度合いは増大するものの、第１電機子磁極とこれと異なる極性の第１磁極との間の距離が長くなるのに伴い、第１磁力線の総磁束量が少なくなる結果、第１磁力が弱くなり、第３部材に作用する駆動力が小さくなる。そして、各第１電機子磁極がこれと同一極性の各第１磁極に対向する第１対向位置に位置すると、各第１軟磁性体が、第１所定方向に隣り合う２組の第１電機子磁極および第１磁極の間に位置するようになることによって、第１磁力線の曲がり度合いは大きいものの、総磁束量が最少になり、その結果、第１磁力が最弱になり、第３部材に作用する駆動力が最小になる。

また、上記のように第１移動磁界が移動するのと同時に、第２移動磁界が移動するのに伴って、各第２電機子磁極は、同一極性の各第２磁極と対向する第２対向位置から、この同一極性の各第２磁極に隣接する異なる極性の各第２磁極側に位置する。この状態では、第２磁力線の曲がり度合いは小さくなるものの、その総磁束量が多くなる結果、第２磁力が強くなり、第６部材に作用する駆動力が増大する。そして、各第２電機子磁極がこれと異なる極性の各第２磁極に対向する第２対向位置に位置すると、第２磁力線の総磁束量が最も多くなるとともに、各第２軟磁性体が第２電機子磁極に対して若干遅れた状態で移動することによって、第２磁力線に曲がりが生じる。このように、総磁束量が最も多い第２磁力線に曲がりが生じていることによって、第２磁力が最強になり、第６部材に作用する駆動力が最大になる。

また、上記のように第３部材に作用する駆動力がほぼ最小でかつ第６部材に作用する駆動力がほぼ最大の状態から、第１移動磁界がさらに移動すると、第１磁力線の曲がり度合いは小さくなるものの、その総磁束量が多くなる結果、第１磁力が強くなり、第３部材に作用する駆動力が増大する。そして、各第１電機子磁極がこれと異なる極性の各第１磁極に対向する第１対向位置に位置すると、第１磁力線の総磁束量が最も多くなるとともに、各第１軟磁性体が第１電機子磁極に対して若干遅れた状態で移動することによって、第１磁力線に曲がりが生じる。このように、総磁束量が最も多い第１磁力線に曲がりが生じていることによって、第１磁力が最強になり、第３部材に作用する駆動力が最大になる。

さらに、上記のような第１移動磁界の移動と同時に、第２移動磁界が移動するのに伴って、各第２電機子磁極は、これと異なる極性の各第２磁極と対向する第２対向位置から、この異なる極性の各第２磁極に隣接する同一極性の各第２磁極側に位置する。この状態では、第２磁力線の曲がり度合いは大きくなるものの、その総磁束量が少なくなる結果、第２磁力がより弱くなり、第６部材に作用する駆動力がより小さくなる。そして、各第２電機子磁極が同一極性の各第２磁極に対向する第２対向位置に位置すると、各第２軟磁性体が第２所定方向に隣り合う２組の第２電機子磁極および第２磁極の間に位置するようになることによって、第２磁力線の曲がり度合いは大きいものの、その総磁束量が最少になる結果、第２磁力が最弱になり、第６部材に作用する駆動力が最小になる。

以上のように、第１および第２の移動磁界の移動に伴い、第３部材に作用する駆動力と第６部材に作用する駆動力が、交互に大きくなったり、小さくなったりする状態を繰り返しながら、第３および第６の部材が駆動される。第３および第６の部材には、そのように駆動力が作用するものの、第３および第６の部材は互いに連結されているため、両者から実際に出力される動力は、両者に作用する駆動力を足し合わせたものとなり、ほぼ一定になる。

次に、第１、第３、第４および第６の部材を移動不能に、かつ第２および第５の部材を移動可能に構成した場合について説明する。第１および第２の移動磁界の発生時、第１対向位置に位置する各第１電機子磁極および各第１磁極が互いに同一極性を示すとともに、各第１軟磁性体が、第１所定方向に隣り合う２組の第１電機子磁極および第１磁極の間に位置しているときには、互いに異なる極性の各第２電機子磁極および各第２磁極が第２対向位置に位置するとともに、各第２軟磁性体が第２電機子磁極と第２磁極の間に位置する。

この状態から、第１移動磁界が移動を開始するのに伴って、各第１電機子磁極は、これと同一極性の各第１磁極と対向する第１対向位置から離れ、隣り合う２組の第１電機子磁極および第１磁極の間に位置する第１軟磁性体に近づく。その結果、第１電機子磁極と、これと異なる極性の第１磁極との間の距離が短くなるのに伴い、第１軟磁性体と第１磁極の間の第１磁力線は、総磁束量が多くなるとともに、曲がり度合いが比較的大きい状態になる。その結果、第１磁極に、これを第１軟磁性体側に近づけるような比較的強い磁力が作用することによって、第２部材が第１移動磁界の移動方向と逆方向に駆動されるとともに、第２部材に連結された第５部材が、それに連動して駆動される。

そして、第１電機子磁極が第１軟磁性体にさらに近づくのに伴い、第１磁極も第１軟磁性体にさらに近づくように駆動され、その結果、第１電機子磁極は、第１軟磁性体を間にして異なる極性の第１磁極と対向する第１対向位置に位置する。この状態では、前述したように、第２電機子磁極が同一極性の第２磁極に対向する第２対向位置に位置するとともに、各第２軟磁性体が、第２所定方向に隣り合う２組の第２電機子磁極および第２磁極の間に位置するようになる。

この状態から、第１移動磁界が移動するのに伴って、第２移動磁界が移動すると、各第２電機子磁極は、これと同一極性の各第２磁極と対向する第２対向位置から、２組の第２電機子磁極および第２磁極の間に位置する第２軟磁性体に近づく。その結果、各第２電機子磁極とこれと異なる極性の各第２磁極との間の距離が短くなるのに伴い、第２軟磁性体と第２磁極の間の第２磁力線は、総磁束量が多くなるとともに、曲がり度合いが比較的大きい状態になる。その結果、第２磁極に、これを第２軟磁性体側に近づけるような比較的強い磁力が作用することによって、第５部材が第２移動磁界の移動方向と逆方向に駆動され、それに連動して第２部材が駆動される。

そして、第２電機子磁極が第２軟磁性体にさらに近づくのに伴い、第２磁極も第２軟磁性体にさらに近づくように駆動され、その結果、第２電機子磁極は、第２軟磁性体を間にして異なる極性の各第２磁極と対向する第２対向位置に位置する。この状態では、前述したように、第１電機子磁極が同一極性の第１磁極に対向する第１対向位置に位置するとともに、各第１軟磁性体が、第１所定方向に隣り合う２組の第１電機子磁極および第１磁極の間に位置するようになる。

以上のように、第１および第２の移動磁界の移動に伴い、第２および第５の部材に交互に駆動力が作用し、それにより、第２および第５の部材が駆動される。このように、第２および第５の部材には交互に駆動力が作用するものの、第２および第５の部材は互いに連結されているため、両者から実際に出力される動力は、両者に作用する駆動力を足し合わせたものとなり、ほぼ一定になる。

以上のように、第２および第５の部材を駆動する場合、および前述した第３および第６の部材を駆動する場合のいずれの場合にも、第２および第５の部材または第３および第６の部材の位置に応じて、第１および第２の軟磁性体の磁化の状態が変わり、すべりを生じることなく駆動することが可能であり、前述した従来の電動機と異なり、同期機として機能するので、効率を高めることができる。

また、第１および第４部材のみを移動不能に構成するとともに、第３部材と第６部材および第２部材と第５部材の一方に動力を入力した状態で、第１および第２の移動磁界を発生させた場合にも、前述した第１および第２の磁力線に起因する磁力によって、これらの他方を駆動し、動力を出力することもできる。さらに、第１〜第６部材のすべてを移動可能に構成し、第１および第４の部材に動力を入力するとともに、第３部材と第６部材および第２部材と第５部材の一方に動力を入力した状態で、第１および第２の移動磁界を発生させた場合にも、第１および第２の磁力線に起因する磁力の作用によって、これらの他方を駆動し、動力を出力することもできる。また、これらのいずれの場合にも、第２および第５の部材と第３および第６の部材との相対位置に応じて、第１および第２の軟磁性体の磁化の状態が変わり、すべりを生じることなく駆動することが可能であり、同期機として機能するので、効率を高めることができる。

なお、本明細書において、移動磁界は回転磁界を含むものとする。また、「第１電機子磁極（第２電機子磁極）および第１磁極（第２磁極）が互いに対向する位置にある」には、両者の中心が第１所定方向（第２所定方向）においてまったく同じ位置にあることに限らず、若干ずれた位置にあることも含まれる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電動機２０、３０、６０、１００において、第１および第４の部材（ケース２）が移動不能に、第２および第３の部材（第１軸２１、第２軸２２、第１軸６２、第２軸６３）ならびに第５および第６の部材（第１軸２１、第２軸２２、第１軸７２、第２軸７３）が移動可能に構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、第１および第２の電機子が移動不能に構成されているので、例えばこれらの電機子を回転可能に構成した場合と異なり、第１および第２の電機子への電力供給用のスリップリングが不要になる。したがって、その分、電動機を小型化できるとともに、スリップリングおよびブラシの接触抵抗による発熱が発生することがなく、効率をさらに高めることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の電動機１、２０、３０、４０、６０、１００において、第１、第２、第４および第５の部材（ケース２、ケース３１）のいずれもが移動不能に、第３および第６の部材（軸３、可動板３４、軸４１ａ、軸４２ａ）が移動可能に構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、第３および第６の部材すなわち第１および第２の軟磁性体を駆動するので、比較的強度の低い永久磁石を駆動する場合と比較して、耐久性を向上させることができる。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の電動機１、２０、３０、４０、６０、１００において、第１および第２の磁極は、永久磁石の磁極（第１永久磁石４ｇ、２３ａ、第２永久磁石６ｇ、２３ｂ）で構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、第１および第２の磁極として永久磁石の磁極を用いるので、これらの磁極として電磁石の磁極を用いた場合と異なり、電磁石に電力を供給するための電気回路やコイルが不要になる。これにより、電動機を小型化できるとともに、構成を単純化することができる。また、例えば、第２および第５の部材を回転可能に構成した場合において、第１および第２の磁極として電磁石の磁極を用いた場合と異なり、電磁石への電力供給用のスリップリングが不要になり、その分、電動機を小型化できるとともに、効率をより一層、高めることができる。

請求項５に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の電動機１、２０、３０、４０、６０、１００において、第１および第２の磁極は、電磁石の磁極（第１電磁石４ａ、第２電磁石６ａ）で構成されていることを特徴とする。

一般に、界磁用に永久磁石を用いる場合、大きな出力を得るためには、非常に大きな磁力を有する永久磁石が必要である。また、そのような永久磁石を用いる場合には、永久磁石が他の部品に接触しないように、永久磁石の吸引力に抗して各部品間の位置関係を保持しながら、電動機の組立を行わなければならず、その組立作業が非常に煩雑である。本発明によれば、第１および第２の磁極として電磁石の磁極を用いる。したがって、電磁石への通電を停止することによって、電磁石の磁力がほぼ値０の状態でその組立を行えるので、上述した部品間の接触防止作業を行うことなく、組立作業を容易に行うことができる。また、第１および第２の電機子に電力を供給せずに、動力を入力することにより第３および第６の部材を駆動する際、第１および第２の磁極として永久磁石の磁極を用いた場合と異なり、電磁石への通電を停止することによって、第１および第２の磁極の磁力に起因する損失の発生を防止できる。

また、第１および第２の電機子に電力を供給せずに、大きな動力が第３および第６の部材に入力されることによって、第１および第２の軟磁性体が、第１および第２の電機子に対してそれぞれ移動した場合には、第１および第２の電機子に大きな誘導起電力が発生し、第１および第２の電機子やこれらに接続された電気回路などが損傷するおそれがある。また、これらの第１および第２の電機子における誘導起電力は、第１および第２の軟磁性体の磁力が強いほどより大きく、第１および第２の軟磁性体の磁力の強さはそれぞれ、第１および第２の軟磁性体がそれぞれ第１および第２の磁極の影響により磁化されることから、第１および第２の磁極の磁力が強いほどより強くなる。したがって、上述したように大きな動力が第３および第６の部材に入力された場合に、電磁石への通電を停止し、第１および第２の磁極の磁力をほぼ値０に制御することによって、第１および第２の電機子に大きな誘導起電力が発生するのを防止でき、それにより、第１および第２の電機子やこれらに接続された電気回路などの損傷を防止することができる。

請求項６に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の電動機１、２０、３０、４０、６０、１００において、第１および第２の磁極は、電磁石（第１電磁石４ｅ、第２電磁石６ｅ）の磁極で構成されており、電磁石は、鉄芯４ｂ，６ｂと鉄芯４ｂ，６ｂを磁化可能な永久磁石４ｆ，６ｆを有していることを特徴とする。

この構成によれば、鉄芯とこの鉄芯を磁化可能な永久磁石とを有する電磁石の磁極を、第１および第２の磁極として用いるので、電磁石のコイルの断線や電磁石への電力供給用の電気回路の故障が発生した場合でも、永久磁石の磁力によって、電動機の動力を確保することができる。また、比較的小さな磁力の永久磁石を用いても、電磁石のコイルの磁力により補い、界磁を適切に行えるので、そのような永久磁石を用いることによって、前述した部品間の接触防止作業を行うことなく、組立作業を容易に行うことができる。

請求項７に係る発明は、請求項５または６に記載の電動機１、２０、３０、４０、６０、１００において、電磁石の磁力を調整する磁力調整手段（ＥＣＵ１７）をさらに備えることを特徴とする。

第１軟磁性体および第２軟磁性体が、第１電機子および第２電機子に対してそれぞれ移動すると、前述したように、第１および第２の電機子に誘導起電力が発生する。このときの第１電機子の誘導起電力は、第１磁極の磁力が強いほど、また第１軟磁性体の移動速度が高いほどより大きくなり、第２電機子の誘導起電力は、第２磁極の磁力が強いほど、また第２軟磁性体の移動速度が高いほど、より大きくなる。

一般に、動力が大きい電動機は、界磁の磁力が非常に強いため、低負荷時で大きな動力を必要としない場合でも、大きな誘導起電力が発生し、効率が非常に低い。本発明によれば、第１および第２の磁極の磁力を調整する。このため、例えば、高負荷時で大きな動力が必要な場合には、第１および第２の磁極の磁力を強めることにより、前述した第１および第２の磁力線に起因する磁力を強めることによって、動力を十分に得ることができる。また、低負荷時で大きな動力を必要としない場合には、第１および第２の磁極の磁力を低減することにより、第１および第２の電機子における誘導起電力を低減できるので、効率を高めることができる。特に、第３および第６の部材を高速で駆動する場合には、第１および第２の電機子に非常に大きな誘導起電力が発生するため、通常、高速駆動を可能にすべくこの誘導起電力を低減するために、第１および第２の電機子に界磁を弱めるための電流（以下「界磁弱め電流」という）が供給される。本発明によれば、上記のように、第１および第２の電機子における誘導起電力を低減できるので、界磁弱め電流を低減することが可能になり、高速駆動時の効率も高めることができる。

請求項８に係る発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の電動機１、２０、３０、４０、６０、１００において、第１および第２の電機子列に用いられる巻線として、３相の界磁巻線（コイル５ｃ、２４ｃ）を用いることを特徴とする。

この構成によれば、第１および第２の電機子列用の巻線として、一般的な３相の界磁巻線を用いるので、特別な界磁巻線を用意することなく、電動機を容易かつ安価に構成することができる。

請求項９に係る発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の電動機１、２０、３０、１００において、第１および第２の電機子列は、互いに共通の単一の電機子列（第２ステータ５、ステータ２４）により構成され、第１および第４の部材（ケース２）は、互いに一体に構成され、第２および第５の部材（ケース２、第１軸２１）は、互いに一体に構成され、第３および第６の部材（軸３、第２軸２２、可動板３４）は、互いに一体に構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、第１および第２の電機子列を互いに共通の単一の電機子列で構成するとともに、第１および第４の部材、第２および第５の部材、第３および第６の部材を、それぞれ互いに一体に構成する。したがって、第１および第２の電機子列を別個に構成するとともに、第１〜第６の６つの部材を用いる場合と比較して、部品点数を削減でき、それにより、製造コストを削減できるとともに、電動機を小型化することができる。

請求項１０に係る発明は、請求項１ないし９のいずれかに記載の電動機１、２０、４０、６０、１００において、第１電機子の磁極、第１磁極および第１軟磁性体の数は、互いに同じに設定され、第２電機子の磁極、第２磁極および第２軟磁性体の数は、互いに同じに設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、第１電機子磁極、第１磁極および第１軟磁性体の数が、互いに同じに設定されている。これにより、複数の第１電機子磁極、第１軟磁性体および第１磁極のすべてにおいて、前述した第１磁力線を適切に発生させることができる。同様に、第２電機子磁極、第２磁極および第２軟磁性体の数が互いに同じに設定されているので、複数の第２電機子磁極、第２軟磁性体および第２磁極のすべてにおいて、前述した第２磁力線を適切に発生させることができる。以上により、電動機の動力を十分に得ることができる。

請求項１１に係る発明は、請求項１ないし１０のいずれかに記載の電動機１、２０、４０、６０、１００において、電動機は回転機であることを特徴とする。

この構成によれば、請求項１ないし１０のいずれかで述べた効果を、回転機において得ることができる。

請求項１２に係る発明は、請求項１ないし９のいずれかに記載の電動機３０、１００において、電動機はリニアモータであることを特徴とする。

この構成によれば、請求項１ないし９のいずれかで述べた効果を、リニアモータにおいて得ることができる。

請求項１３に係る発明は、請求項１ないし１２のいずれかに記載の電動機１、２０、３０、４０、６０において、第１部材、第２部材および第３部材の相対的な位置関係を検出する第１相対位置関係検出装置（回転位置センサ５０、第１回転位置センサ５０ａ、第２回転位置センサ５０ｂ、位置センサ５０ｃ、第１回転位置センサ５０ｄ、第１回転位置センサ９１、第２回転位置センサ９２、ＥＣＵ１７）と、第４部材、第５部材および第６部材の相対的な位置関係を検出する第２相対位置関係検出装置（回転位置センサ５０、第１回転位置センサ５０ａ、第２回転位置センサ５０ｂ、位置センサ５０ｃ、第２回転位置センサ５０ｅ、第１回転位置センサ９１、第２回転位置センサ９２、ＥＣＵ１７）と、検出された第１〜第３の部材の相対的な位置関係および第４〜第６の部材の相対的な位置関係に基づいて、第１および第２の移動磁界を制御する（図４〜図６、図１５および図１６）制御装置（ＥＣＵ１７）と、をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、第１相対位置関係検出装置によって、第１〜第３の部材の３者の相対的な位置関係が検出されるとともに、第２相対位置関係検出装置によって、第４〜第６の部材の３者の相対的な位置関係が検出される。また、検出された第１〜第３の部材の３者の相対的な位置関係および第４〜第６の部材の３者の相対的な位置関係に基づき、第１および第２の移動磁界が制御装置によって制御される。これにより、前述した第１および第２の磁力線に起因する磁力を、第１および第２の磁極や第１および第２の軟磁性体に適切に作用させることができるので、電動機の適切な動作を確保することができる。

請求項１４に係る発明は、請求項１ないし１２のいずれかに記載の電動機１、２０、３０、４０、６０、１００において、第１移動磁界、第２部材および第３部材の速度（磁界回転速度Ｖ０、磁界電気角速度ωＭＦ、第１軸回転速度Ｖ１、第２軸回転速度Ｖ２、第１ロータ電気角速度ωｅ１、第２ロータ電気角速度ωｅ２）が互いに共線関係を満たし、かつ、第２移動磁界、第５部材および第６部材の速度（磁界回転速度Ｖ０、磁界電気角速度ωＭＦ、第１軸回転速度Ｖ１、第２軸回転速度Ｖ２、第１ロータ電気角速度ωｅ１、第２ロータ電気角速度ωｅ２）が互いに共線関係を満たすように、第１および第２の移動磁界を制御する制御装置（ＥＣＵ１７）をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、制御装置によって、第１移動磁界、第２部材および第３部材の速度が互いに共線関係を満たし、かつ、第２移動磁界、第５部材および第６部材の速度が互いに共線関係を満たすように、第１および第２の移動磁界が制御される。前述したように、第１電機子磁極、第１軟磁性体および第１磁極の間の第１磁力線に起因する磁力と、第２電機子磁極、第２軟磁性体および第２磁極の間の第２磁力線に起因する磁力とによって各部材が駆動されることから、電動機の作動中、第１移動磁界、第２部材および第３部材の速度の間に共線関係が成立するとともに、第２移動磁界、第５部材および第６部材の速度の間に共線関係が成立する。したがって、上記のようにこの共線関係を満たすように第１および第２の移動磁界を制御することによって、電動機の適切な動作を確保することができる。

請求項１５に係る発明は、請求項１ないし１２のいずれかに記載の電動機１、２０、３０、４０、６０、１００において、第１および第４の部材は互いに連結されており、第１部材、第２部材および第３部材の相対的な位置関係、および第４部材、第５部材および第６部材の相対的な位置関係の一方を検出する相対位置関係検出装置（第１回転位置センサ１０５、第２回転位置センサ１０６、ＥＣＵ１７）と、検出された一方の相対的な位置関係（第１ロータ電気角θｅ１、第２ロータ電気角θｅ２）に基づいて、第１および第２の移動磁界を制御する制御装置（ＥＣＵ１７）と、をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、第２部材と第５部材、および第３部材と第６部材がそれぞれ互いに連結されていることに加え、第１部材と第４部材が互いに連結されている。また、相対位置関係検出装置によって、第１〜第３の部材の３者の相対的な位置関係（以下「第１相対位置関係」という）、または第４〜第６の部材の３者の相対的な位置関係（以下「第２相対位置関係」という）が検出される。さらに、検出された第１または第２の相対位置関係に基づき、第１および第２の移動磁界が制御装置によって制御される。本発明では、上記のように各部材が連結されているので、検出された第１相対位置関係および第２相対位置関係の一方を介して他方を把握することができる。したがって、請求項１３の場合と同様、電動機の適切な動作を確保することができる。また、相対位置関係検出装置がただ１つであるので、第１および第２の相対位置関係検出装置を用いる請求項１３の場合と比較して、部品点数を削減でき、それにより、製造コストを削減できるとともに、電動機を小型化することができる。

請求項１６に係る発明は、請求項１５に記載の電動機１、２０、３０、４０、６０、１００において、相対位置関係検出装置は、一方の相対的な位置関係として、第１部材に対する第２および第３の部材の電気角度位置、または、第４部材に対する第５および第６の部材の電気角度位置を検出し、制御装置は、検出された第３または第６の部材の電気角度位置（第２ロータ電気角θｅ２）の２倍の値と、検出された第２または第５の部材の電気角度位置（第１ロータ電気角θｅ１）との偏差に基づいて、第１および第２の移動磁界を制御することを特徴とする。

例えば、本発明の電動機を次の条件（ａ）〜（ｃ）の下に構成した場合、第１〜第３の部材に相当する等価回路は、例えば図２５のように示され、第４〜第６の部材に相当する等価回路は、例えば図２６のように示される。
（ａ）電動機は回転機であり、第１および第２の電機子はＵ相〜Ｗ相の３相コイルである
（ｂ）第１部材に対する第２部材の電気角度位置と第４部材に対する第５部材の電気角度位置とは、互いに電気角としてπずれている
（ｃ）第１および第２の軟磁性体の電気角度位置は、互いに電気角としてπ／２ずれている

この場合において、第１および第２の磁極の磁力が互いに等しいときには、電動機の電圧方程式は次式（１）で表される。なお、その詳細については後述する。

ここで、Ｖｕ、Ｖｖ、およびＶｗはそれぞれ、Ｕ相〜Ｗ相のコイルの電圧であり、Ｒｕ，ＲｖおよびＲｗは、それぞれＵ相〜Ｗ相のコイルの抵抗であり、Ｌｕ，ＬｖおよびＬｗはそれぞれ、Ｕ相〜Ｗ相のコイルの自己インダクタンスである。また、ＭｕｖはＵ相コイルとＶ相コイルの間の相互インダクタンス、ＭｖｗはＶ相コイルとＷ相コイルの間の相互インダクタンス、ＭｗｕはＷ相コイルとＵ相コイルの間の相互インダクタンス、ｓは微分演算子、すなわちｄ／ｄｔである。さらに、Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗはそれぞれ、Ｕ相〜Ｗ相のコイルを流れる電流であり、ΨＦＡは、第１軟磁性体を介して各相のコイルを通過する第１磁極の磁束の最大値、または、第２軟磁性体を介して各相のコイルを通過する第２磁極の磁束の最大値である。また、θＥ１は、第１部材に対する第２部材の電気角度位置、または、第４部材に対する第５部材の電気角度位置であり、θＥ２は、第１部材に対する第３部材の電気角度位置、または、第４部材に対する第６部材の電気角度位置である（便宜上、図２５および図２６では、θＥ２を第３部材の電気角度位置として図示）。さらに、ωＥ１は、θＥ１の時間微分値、すなわち第２部材または第５部材の電気角速度であり、ωＥ２は、θＥ２の時間微分値、すなわち第３部材または第６部材の電気角速度である。

一方、図２７は、一般的な１ロータタイプのブラシレスＤＣモータの等価回路を示している。このブラシレスＤＣモータの電圧方程式は、次式（２）で表される。

ここで、Ψｆは、各相のコイルを通過するロータの磁極の磁束の最大値、θｅは、ステータに対するロータの電気角度位置、ωｅは、θｅの時間微分値、すなわち電気角速度である。

これらの式（１）と式（２）との比較から明らかなように、本発明の電動機の電圧方程式は、（２θＥ２−θＥ１）をθｅに、（２ωＥ２−ωＥ１）をωｅに、それぞれ置き換えると、一般的なブラシレスＤＣモータの電圧方程式と同じになる。このことから、本発明の電動機を作動させるためには、第１および第４の部材に対する第１および第２の移動磁界のベクトルのそれぞれの電気角度位置を、（２θＥ２−θＥ１）で表される電気角度位置、すなわち、第３部材の電気角度位置の２倍の値と第２部材の電気角度位置との偏差、または、第６部材の電気角度位置の２倍の値と第５部材の電気角度位置との偏差で表される電気角度位置になるように制御すればよいことが分かる。また、このことは、極数やコイルの相数にかかわらず成立するとともに、請求項１２に係る発明のように電動機をリニアモータとして構成した場合においても同様に成立する。

本発明によれば、第１部材に対する第２部材および第３部材の電気角度位置、または、第４部材に対する第５部材および第６部材の電気角度位置を検出する。また、第３部材の電気角度位置の２倍の値と第２部材の電気角度位置との偏差、または、第６部材の電気角度位置の２倍の値と第５部材の電気角度位置との偏差に基づいて、第１および第２の移動磁界を制御するので、上述した条件（ａ）〜（ｃ）の下で電動機の適切な動作を確保することができる。

また、例えば、電動機のトルクや回転数を制御するために、トルクと回転数と電圧との関係を表すマップを第１〜第６の部材ごとに実験で求め、そのようなマップに応じて第１および第２の移動磁界を制御する場合には、第１〜第６の部材ごとにマップを用意しなければならないので、その制御が非常に複雑になり、その結果、制御装置のメモリや演算負荷の増大などといった不具合が生じてしまう。本発明によれば、上述した電気角度位置の偏差で表される回転数に関する１つのパラメータとトルクと電圧との関係を表すマップを実験で求め、そのようなマップに応じて第１および第２の移動磁界を制御すればよいので、上述した場合と異なり、第１〜第６の部材ごとにマップを用意する必要がないとともに、その制御が極めて容易であり、制御装置のメモリの削減や演算負荷の低減が可能になる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。なお、以下に述べる実施形態を説明するための図面では、便宜上、ハッチングを省略するものとする。図１は、本発明の第１実施形態による電動機１を示している。同図に示すように、この電動機１は、ケース２と、軸３と、ケース２内に設けられた第１〜第３のステータ４〜６、第１および第２のロータ７，８とを備えている。第２ステータ５はケース２内の中央に配置され、第１および第２のロータ７，８は、第２ステータ５の両側に所定の間隔を存して対向するように配置され、第１および第３のステータ４，６は、第１および第２のロータ７，８の外側に所定の間隔を存して対向するように配置されている。

ケース２は、円筒状の周壁２ａと、周壁２ａの両端に設けられた互いに対向する側壁２ｂおよび２ｃとを一体に有している。側壁２ｂおよび２ｃは、中央に孔２ｄおよび２ｅをそれぞれ有するドーナツ板状のものであり、側壁２ｂ，２ｃの外径は周壁２ａの外径と等しい。また、周壁２ａ、側壁２ｂおよび２ｃは、互いに同心状に配置されている。さらに、上記の孔２ｄおよび２ｅには、軸受け９および１０がそれぞれ取り付けられており、これらの軸受け９，１０に、軸３が回転自在に支持されている。なお、軸３は、スラスト軸受け（図示せず）によって軸線方向にほぼ移動不能になっている。

第１ステータ４は、２ｎ個の第１電磁石４ａを有している。各第１電磁石４ａは、軸３の軸線方向（以下、単に「軸線方向」という）に若干延びる円柱状の鉄芯４ｂと、鉄芯４ｂに巻回されたコイル４ｃなどで構成されている。また、第１電磁石４ａは、ケース２の周壁２ａの内周面の側壁２ｂ側の端部に、リング状の固定部４ｄを介して取り付けられるとともに、鉄芯４ｂの一端部がケース２の側壁２ｂに取り付けられている。さらに、図２に示すように、第１電磁石４ａは、軸３の周方向（以下、単に「周方向」という）に、所定のピッチＰで等間隔に並ぶように配置されている。

また、各第１電磁石４ａは、可変電源１５に接続されている。可変電源１５は、コンバータなどからなる電気回路とバッテリを組み合わせたものであり、後述するＥＣＵ１７に接続されている。さらに、第１電磁石４ａは、可変電源１５から電力が供給されたときに、隣り合う各２つの鉄芯４ｂに、互いに異なる極性の磁極が発生するように構成されている（図２参照）。以下、第１電磁石４ａの磁極を「第１磁極」という。

なお、本実施形態では、ケース２が第１、第２、第４、および第５の部材に、軸３が第３および第６の部材に、第１ステータ４が第１磁極列に、第１電磁石４ａが第１磁極に、ＥＣＵ１７が磁力調整手段、第１相対位置関係検出装置、第２相対位置関係検出装置および制御装置に、それぞれ相当する。

第２ステータ５は、電力の供給に伴って、回転磁界を発生させるものであり、３ｎ個の電機子５ａを有している。各電機子５ａは、軸線方向に若干延びる円柱状の鉄芯５ｂと、鉄芯５ｂに集中巻で巻回されたコイル５ｃなどで構成されており、３ｎ個のコイル５ｃは、ｎ組のＵ相、Ｖ相およびＷ相の３相コイルを構成している。また、電機子５ａは、周壁２ａの内周面の中央部に、リング状の固定部５ｄを介して取り付けられており、周方向に等間隔に並んでいる。さらに、電機子５ａおよび第１電磁石４ａは、２つおきの電機子５ａの中心と、互いに同じ極性を有する１つおきの第１電磁石４ａの中心が周方向の同じ位置に位置するように配置されている。本実施形態では、Ｕ相コイル５ｃを有する各電機子５ａの中心が、Ｎ極を有する各第１電磁石４ａの中心と同じ位置に位置している（図２参照）。

また、各電機子５ａは、可変電源１６に接続されている。この可変電源１６は、インバータなどからなる電気回路とバッテリを組み合わせたものであり、ＥＣＵ１７に接続されている。さらに、電機子５ａは、可変電源１６から電力が供給されたときに、鉄芯５ｂの第１ステータ４側および第３ステータ６側の端部に、互いに異なる極性の磁極が発生するように構成されており、これらの磁極の発生に伴って、第１ステータ４との間および第３ステータ６との間に、第１および第２の回転磁界が、周方向に回転するようにそれぞれ発生する。以下、鉄芯５ｂの第１および第３のステータ４，６側の端部に発生する磁極をそれぞれ、「第１電機子磁極」および「第２電機子磁極」という。また、これらの第１および第２の電機子磁極の数はそれぞれ、第１電磁石４ａの磁極の数と同じ、すなわち２ｎである。

第３ステータ６は、第１電磁石４ａと同数すなわち２ｎ個の第２電磁石６ａを有しており、各第２電磁石６ａは、軸線方向に若干延びる円筒状の鉄芯６ｂと、鉄芯６ｂに巻回されたコイル６ｃなどで構成されている。また、第２電磁石６ａは、周壁２ａの内周面の側壁２ｃ側の端部に、リング状の固定部６ｄを介して取り付けられるとともに、鉄芯６ｂの一端部が側壁２ｃに取り付けられている。さらに、第２電磁石６ａは、周方向に等間隔で並び、かつ、その中心が、第１電磁石４ａの中心およびＵ相コイル５ｃを有する電機子５ａの中心と周方向の同じ位置に位置するように配置されている（図２参照）。

また、第２電磁石６ａは、可変電源１５に接続されている。さらに、第２電磁石６ａは、可変電源１５から電力が供給されたときに、隣り合う各２つの第２電磁石６ａの磁極の極性が互いに異なり、かつ各第２電磁石６ａの磁極の極性が、周方向の同じ位置に配置された各第１電磁石４ａの第１磁極の極性と同じになるように構成されている（図２参照）。以下、第２電磁石６ａの磁極を「第２磁極」という。

なお、本実施形態では、第２ステータ５が第１および第２の電機子列に、電機子５ａが第１および第２の電機子に、コイル５ｃが３相の界磁巻線に、第３ステータ６が第２磁極列に、第２電磁石６ａが第２磁極に、それぞれ相当する。

第１ロータ７は、第１電磁石４ａと同数すなわち２ｎ個の第１コア７ａを有しており、各第１コア７ａは、軟磁性体、例えば複数の鋼板を積層した円柱状のものであり、軸線方向に若干延びている。第１コア７ａは、軸３に一体に同心状に設けられた円板状のフランジ７ｂの外端部に取り付けられており、軸３と一体に回転自在になっている。また、第１コア７ａは、周方向に等間隔で並んでいる。

第２ロータ８は、第１電磁石４ａと同数すなわち２ｎ個の第２コア８ａを有しており、各第２コア８ａは、第１コア７ａと同様、軟磁性体、例えば複数の鋼板を積層した円柱状のものであり、軸線方向に若干延びている。第２コア８ａは、軸３に一体に同心状に設けられた円板状のフランジ８ｂの外端部に取り付けられており、軸３と一体に回転自在になっている。また、第２コア８ａは、周方向に等間隔で、第１コア７ａに対して互い違いに並んでおり、その中心が、第１コア７ａの中心に対し、所定のピッチＰの半ピッチＰ／２分、ずれている。

なお、本実施形態では、第１および第２のロータ７，８が第１および第２の軟磁性体列に、第１および第２のコア７ａ，８ａが第１および第２の軟磁性体に、それぞれ相当する。

また、電動機１には、回転位置センサ５０（第１相対位置関係検出装置、第２相対位置関係検出装置）が設けられており、この回転位置センサ５０は、軸３の回転位置（以下「軸回転位置」という）を表す検出信号をＥＣＵ１７に出力する。

ＥＣＵ１７は、電動機１を制御するためのものであり、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。また、ＥＣＵ１７は、入力された軸回転位置に応じ、電機子５ａ、第１および第２の電磁石４ａ，６ａと第１および第２のコア７ａ，８ａとの相対的な位置関係を求めるとともに、この位置関係に基づいて、電機子５ａの３相コイル５ｃへの通電を制御し、それにより、第１および第２の回転磁界を制御する。さらに、ＥＣＵ１７は、軸回転位置に基づいて、軸３の回転速度（以下「軸回転速度」という）を算出する。

さらに、ＥＣＵ１７は、軸回転速度と、電機子５ａ、第１および第２の電磁石４ａ，６ａに供給されている電力に応じて、電動機１の負荷を算出するとともに、算出した負荷に応じて、電機子５ａ、第１および第２の電磁石４ａ，６ａに供給される電流を制御する。これにより、第１および第２の電機子磁極ならびに第１および第２の磁極の磁力と、第１および第２の回転磁界の回転速度が制御される。この場合、第１および第２の電機子磁極ならびに第１および第２の磁極の磁力は、算出した負荷が高いほど、より強められる。また、低負荷運転中には、軸回転速度が高いほど、第１および第２の電機子磁極ならびに第１および第２の磁極の磁力は、より弱められる。

以上の構成の電動機１では、図２に示すように、第１および第２の回転磁界の発生中、各第１電機子磁極の極性が、それに対向する（最も近い）各第１磁極の極性と異なるときには、各第２電機子磁極の極性は、それに対向する（最も近い）各第２磁極の極性と同じになる。また、各第１磁極と各第１電機子磁極の間に、各第１コア７ａが位置しているときには、各第２コア８ａが、周方向に隣り合う各２組の第２電機子磁極および第２磁極の間に位置する。さらに、図３に示すように、第１および第２の回転磁界の発生中、各第２電機子磁極の極性が、それに対向する（最も近い）各第２磁極の極性と異なるときには、各第１電機子磁極の極性は、それに対向する（最も近い）各第１磁極の極性と同じになる。また、各第２磁極と各第２電機子磁極の間に、各第２コア８ａが位置しているときには、各第１コア７ａが、周方向に隣り合う各２組の第１電機子磁極および第１磁極の間に位置する。なお、図２および図３では、便宜上、軸３およびフランジ７ａ，８ａなどを、省略して図示するものとする。

次に、図４および図５を参照しながら、上述した電動機１の動作について説明する。なお、説明の便宜上、第１および第２の回転磁界の動きを、それと等価の、第１および第２の電磁石４ａ，６ａと同数の２ｎ個の仮想の永久磁石（以下「仮想磁石」という）１８の物理的な動きに置き換えて説明するものとする。また、仮想磁石１８の第１および第３のステータ４，６側の磁極をそれぞれ、第１および第２の電機子磁極として、第１ステータ４との間および第３ステータ６との間にそれぞれ発生する回転磁界を、第１および第２の回転磁界として、説明するものとする。

まず、図４（ａ）に示すように、各第１コア７ａが各第１電磁石４ａに対向するとともに、各第２コア８ａが隣り合う各２つの第２電磁石６ａの間に位置した状態から、第１および第２の回転磁界を、同図の下方に回転させるように発生させる。その発生の開始時においては、各第１電機子磁極の極性を、それに対向する各第１磁極の極性と異ならせるとともに、各第２電機子磁極の極性をそれに対向する各第２磁極の極性と同じにする。

第１コア７ａが、第１および第２のステータ４，５の間に配置されているので、第１磁極および第１電機子磁極によって磁化されるとともに、第１磁極、第１コア７ａおよび第１電機子磁極の間に、磁力線（以下「第１磁力線」という）Ｇ１が発生する。同様に、第２コア８ａが、第２および第３のステータ５，６の間に配置されているので、第２電機子磁極および第２磁極によって磁化されるとともに、第１電機子磁極、第２コア８ａおよび第２磁極の間に、磁力線（以下「第２磁力線」という）Ｇ２が発生する。

図４（ａ）に示す状態では、第１磁力線Ｇ１は、第１磁極、第１コア７ａおよび第１電機子磁極を結ぶように発生し、第２磁力線Ｇ２は、周方向に隣り合う各２つの第２電機子磁極と両者の間に位置する第２コア８ａを結ぶように、また、周方向に隣り合う各２つの第２磁極と両者の間に位置する第２コア８ａを結ぶように発生する。その結果、この状態では、図６（ａ）に示すような磁気回路が構成される。この状態では、第１磁力線Ｇ１が直線状であることにより、第１コア７ａには、周方向に回転させるような磁力は作用しない。また、周方向に隣り合う各２つの第２電機子磁極と第２コア８ａの間の２つの第２磁力線Ｇ２の曲がり度合いおよび総磁束量が互いに等しく、同様に、周方向に隣り合う各２つの第２磁極と第２コア８ａの間の２つの第２磁力線Ｇ２の曲がり度合いおよび総磁束量も、互いに等しく、バランスしている。このため、第２コア８ａにも、周方向に回転させるような磁力は作用しない。

そして、仮想磁石１８が図４（ａ）に示す位置から図４（ｂ）に示す位置に回転すると、第２電機子磁極、第２コア８ａおよび第２磁極を結ぶような第２磁力線Ｇ２が発生するとともに、第１コア７ａと第１電機子磁極の間の第１磁力線Ｇ１が、曲がった状態になる。また、これに伴い、第１および第２の磁力線によって、図６（ｂ）に示すような磁気回路が構成される。

この状態では、第１磁力線Ｇ１の曲がり度合いは小さいものの、その総磁束量が多いため、比較的強い磁力が第１コア７ａに作用する。これにより、第１コア７ａは、仮想磁石１８の回転方向、すなわち第１および第２の回転磁界の回転方向（以下、「磁界回転方向」という）に、比較的大きな駆動力で駆動され、その結果、軸３が磁界回転方向に回転する。また、第２磁力線Ｇ２の曲がり度合いは大きいものの、その総磁束量が少ないため、比較的弱い磁力が第２コア８ａに作用し、それにより、第２コア８ａは、磁界回転方向に比較的小さな駆動力で駆動され、その結果、軸３が磁界回転方向に回転する。

次いで、仮想磁石１８が、図４（ｂ）に示す位置から、図４（ｃ），（ｄ）および図５（ａ），（ｂ）に示す位置に順に回転すると、第１および第２のコア７ａ，８ａはそれぞれ、第１および第２の磁力線Ｇ１，Ｇ２に起因する磁力によって磁界回転方向に駆動され、その結果、軸３が磁界回転方向に回転する。その間、第１コア７ａに作用する磁力は、第１磁力線Ｇ１の曲がり度合いが大きくなるものの、その総磁束量が少なくなることによって、徐々に弱くなり、第１コア７ａを磁界回転方向に駆動する駆動力が、徐々に小さくなる。また、第２コア８ａに作用する磁力は、第２磁力線Ｇ２の曲がり度合いが小さくなるものの、その総磁束量が多くなることによって、徐々に強くなり、第２コア８ａを磁界回転方向に駆動する駆動力が、徐々に大きくなる。

そして、仮想磁石１８が図５（ｂ）に示す位置から図５（ｃ）に示す位置に回転する間、第２磁力線Ｇ２が曲がった状態になるとともに、その総磁束量が最多に近い状態になり、その結果、最強の磁力が第２コア８ａに作用し、第２コア８ａに作用する駆動力が最大になる。その後、図５（ｃ）に示すように、仮想磁石１８が所定のピッチＰ分、回転することにより、仮想磁石１８が第１および第２の電磁石４ａ，６ａに対向する位置に移動すると、互いに対向する第１電機子磁極および第１磁極が互いに同一極性になり、第１コア７ａが、周方向に隣り合う２組の同一極性の第１電機子磁極および第１磁極の間に位置するようになる。この状態では、第１磁力線の曲がり度合いが大きいものの、その総磁束量が少ないことによって、第１コア７ａには、磁界回転方向に回転させるような磁力が作用しない。また、互いに対向する第２電機子磁極および第２磁極が互いに異なる極性になる。

この状態から、仮想磁石１８がさらに回転すると、第１および第２の磁力線Ｇ１，Ｇ２に起因する磁力によって、第１および第２のコア７ａ，８ａが磁界回転方向に駆動され、軸３が磁界回転方向に回転する。その際、仮想磁石１８が図４（ａ）に示す位置まで回転する間、以上とは逆に、第１コア７ａに作用する磁力は、第１磁力線Ｇ１の曲がり度合が小さくなるものの、その総磁束量が多くなることによって強くなり、第１コア７ａに作用する駆動力が大きくなる。逆に、第２コア８ａに作用する磁力は、第２磁力線Ｇ２の曲がり度合が大きくなるものの、その総磁束量が少なくなることによって弱くなり、第２コア８ａに作用する駆動力が小さくなる。

以上のように、仮想磁石１８の回転、すなわち第１および第２の回転磁界の回転に伴い、第１および第２のコア７ａ，８ａにそれぞれ作用する駆動力が、交互に大きくなったり、小さくなったりする状態を繰り返しながら、軸３が磁界回転方向に回転する。この場合、第１および第２のコア７ａ，８ａに作用する駆動力（以下、それぞれ「第１駆動力」「第２駆動力」という）ＴＲＱ７ａ，ＴＲＱ８ａ、軸３のトルク（以下「軸トルク」という）ＴＲＱ３の関係は、図７に示すものになる。同図に示すように、第１および第２の駆動力ＴＲＱ７ａ，ＴＲＱ８ａは、同じ周期でほぼ正弦波状に変化するとともに、位相が半周期分、互いにずれている。また、軸３には第１および第２のコア７ａ，８ａが連結されているため、軸トルクＴＲＱ３は、上記のように変化する第１および第２の駆動力ＴＲＱ７ａ，ＴＲＱ８ａを足し合わせたものとなり、ほぼ一定になる。

また、図４（ａ）と図５（ｂ）を比較すると明らかなように、仮想磁石１８が所定のピッチＰ分、回転するのに伴って、第１および第２のコア７ａ，８ａが所定のピッチＰの１／２しか回転しないので、軸３は、第１および第２の回転磁界の回転速度の１／２の速度で回転する。これは、第１および第２の磁力線Ｇ１，Ｇ２に起因する磁力の作用によって、第１および第２のコア７ａ，８ａが、第１磁力線Ｇ１で結ばれた第１磁極と第１電機子磁極の中間、および第２磁力線Ｇ２で結ばれた第２磁極と第２電機子磁極の中間に、それぞれ位置した状態を保ちながら、回転するためである。

なお、第１および第２の回転磁界の回転中、第１および第２のコア７ａ，８ａは、第１および第２の磁力線Ｇ１，Ｇ２に起因する磁力によって回転するので、第１および第２の回転磁界に対して、若干遅れた状態で回転する。このため、第１および第２の回転磁界の回転中、仮想磁石１８が図５（ｃ）に示す位置にあるときには、第１および第２のコア７ａ，８ａは、実際には図５（ｃ）に示す位置よりも若干、磁界回転方向と逆方向（同図の上方）に位置する状態になるが、上述した回転速度の理解の容易化のために、図５（ｃ）では、第１および第２のコア７ａ，８ａが図中の位置に示されている。

以上のように、本実施形態によれば、軸回転位置に応じて、第１および第２のコア７ａ、８ａの磁化の状態が変わり、すべりを生じることなく軸３を回転させることが可能であり、前述した従来の電動機と異なり、同期機として機能するので、効率を高めることができる。また、第１電機子磁極、第１磁極および第１コア７ａの数が、互いに同じに設定されているので、すべての第１電機子磁極、第１磁極および第１コア７ａにおいて、第１磁力線Ｇ１を適切に発生させることができる。さらに、第２電機子磁極、第２磁極および第２コア８ａの数が、互いに同じに設定されているので、すべての第２電機子磁極、第２磁極および第２コア８ａにおいて、第２磁力線Ｇ２を適切に発生させることができる。以上により、電動機１のトルクを十分に得ることができる。

また、電機子５ａ、第１および第２の電磁石４ａ，６ａがケース２に固定されているので、例えばこれらを回転可能に構成した場合と異なり、電機子５ａ、第１および第２の電磁石４ａ，６ａへの電力供給用のスリップリングが不要になる。したがって、その分、電動機１を小型化できるとともに、スリップリングおよびブラシの接触抵抗による発熱が発生することがなく、効率をさらに高めることができる。

さらに、鋼板を積層した第１および第２のコア７ａ，８ａを回転させるので、比較的強度の低い永久磁石を回転させる場合と比較して、耐久性を向上させることができる。

さらに、第１および第２の電磁石４ａ，６ａを用いるので、大きな磁力の永久磁石を用いた場合と異なり、前述した部品間の接触防止作業を行うことなく、電動機１の組立作業を容易に行うことができる。また、電機子５ａに電力を供給せずに、動力を入力することにより軸３を駆動する際、第１および第２の電磁石４ａ，６ａとして永久磁石を用いた場合と異なり、第１および第２の電磁石４ａ，６ａへの通電を停止することによって、両者４ａ，６ａの磁力に起因する損失の発生を防止することができる。さらに、電機子５ａに電力が供給されていない状態で、軸３に大きな動力が入力された場合に、第１および第２の電磁石４ａ，６ａへの通電を停止し、両者４ａ，６ａの磁力をほぼ値０に制御することによって、電機子５ａに大きな誘導起電力が発生するのを防止でき、それにより、電機子５ａや可変電源１６などの損傷を防止することができる。

また、ＥＣＵ１７により、電動機１の負荷が高いほど、第１および第２の電磁石４ａ，６ａの磁力をより強める。したがって、高負荷時で大きな出力が必要な場合に、第１および第２の電磁石４ａ，６ａの磁力が強められるので、前述した第１および第２の磁力線Ｇ１，Ｇ２に起因する磁力が強められることによって、出力を十分に得ることができる。また、低負荷時で大きな出力を必要としない場合に、第１および第２の電磁石４ａ，６ａの磁力が弱められるので、電機子５ａにおける誘導起電力を低減でき、したがって、効率を向上させることができる。さらに、軸回転速度が高いほど、第１および第２の電機子磁極ならびに第１および第２の磁極の磁力が、より弱められるので、高速回転時に、電機子５ａに供給される界磁弱め電流を低減することが可能になり、効率を高めることができる。

また、一般的なＵ相、Ｖ相およびＷ相の３相コイル５ｃを用いるので、特別な界磁巻線を用意することなく、電動機１を容易かつ安価に構成することができる。さらに、第１および第２の回転磁界を発生させるステータを、単一の第２ステータ５で構成し、第１〜第３のステータ４〜６を、単一の周壁２ａに取り付けるとともに、第１および第２のロータ７，８を単一の軸３に取り付ける。したがって、第１および第２の回転磁界発生用のステータを２つのステータで構成するとともに、第１〜第３のステータ４〜６、第１および第２のロータ７，８をそれぞれ、別の部材に取り付ける場合と比較して、部品点数を削減でき、それにより、製造コストを削減できるとともに、小型化することができる。

また、電機子５ａ、第１および第２の電磁石４ａ，６ａと第１および第２のコア７ａ，８ａとの相対的な位置関係を求めるとともに、この位置関係に基づいて、第１および第２の回転磁界が制御される。さらに、第１および第２の電磁石４ａ，６ａがケース２に固定されている（速度＝０）ことと、軸３が第１および第２の回転磁界の回転速度の１／２の速度で回転することから明らかなように、第１および第２の回転磁界の回転速度は、ケース２および軸３との間に共線関係を満たすように制御される。以上により、電動機１の適切な動作を確保することができる。

さらに、第１〜第３のステータ４〜６、第１および第２のロータ７，８を、軸線方向に並ぶように配置するので、電動機１の径方向の寸法を小さくすることができる。

また、例えば、複数の電動機１を連結して用いることにより出力を高める場合、図８に示すように、第３ステータ６を第１ステータ４として共用できるので、複数の電動機１を、そのまま連結する場合と比較して、コンパクトに構成することができる。

なお、本実施形態では、第１および第２の回転磁界の制御を、電機子５ａ、第１および第２の電磁石４ａ，６ａと第１および第２のコア７ａ，８ａとの相対的な位置関係に基づいて行っているが、ケース２または第１〜第３のステータ４〜６の任意の部位と、軸３または第１および第２のロータ７，８の任意の部位との相対的な位置関係に基づいて行ってもよい。

図９は、第１実施形態の第１変形例を示している。この第１変形例では、第１および第２の電磁石４ｅ，６ｅは、その鉄芯４ｂ，６ｂを磁化可能な永久磁石４ｆおよび６ｆを有している。これらの永久磁石４ｆおよび６ｆはそれぞれ、それらの一方の面が鉄芯４ｂ，６ｂに取り付けられるとともに、他方の面が第１および第２のロータ７，８に対向している。また、永久磁石４ｆおよび６ｆの極性は、周方向に同じ位置のもの同士は同じ極性で、周方向に隣り合う各２つについては互いに異なっている。したがって、上述した第１実施形態の効果を同様に得ることができる。

また、第１および第２の電磁石４ｅ，６ｅのコイル４ｃ，６ｃの断線や可変電源１５の故障が発生した場合でも、永久磁石４ｆ，６ｆの磁力によって、電動機１の出力を確保することができる。さらに、比較的小さな磁力の永久磁石４ｆ，６ｆを用いても、コイル４ｃ，６ｃの磁力により補い、界磁を適切に行えるので、そのような永久磁石４ｆ，６ｆを用いることによって、前述した部品間の接触防止作業を行うことなく、電動機１の組立作業を容易に行うことができる。なお、この第１変形例では、第１および第２の電磁石４ｅ，６ｅが、第１および第２の磁極にそれぞれ相当する。

図１０は、第１実施形態の第２変形例を示している。この第２変形例では、第１および第２の電磁石４ａ，６ａに代えて、第１および第２の永久磁石４ｇ，６ｇが設けられている。第１および第２の永久磁石４ｇ，６ｇは、第１および第２の電磁石４ａ，６ａと同様に配置されているので、第１実施形態の効果を同様に得ることができる。また、第１実施形態および第１変形例と異なり、可変電源１５やコイル４ｃが不要になる。これにより、電動機１を小型化できるとともに、構成を単純化することができる。なお、この第２変形例では、第１および第２の永久磁石４ｇ，６ｇが、第１および第２の磁極にそれぞれ相当する。

次に、図１１を参照しながら、本発明の第２実施形態による電動機２０について説明する。前述した第１実施形態の電動機１が、第１ステータ４などを軸方向に配置したタイプのものであるのに対し、本実施形態の電動機２０は、ステータなどを径方向に配置したタイプのものである。同図において、電動機２０の構成要素のうち、前述した第１実施形態の電動機１と同じものについては、同じ符号を用いて示している。以下、第１実施形態と異なる点を中心として説明する。

図１１に示すように、電動機２０は、軸受け９および１０に回転自在にそれぞれ支持された第１軸２１および第２軸２２と、ケース２内に設けられた第１ロータ２３と、ケース２内に第１ロータ２３に対向するように設けられたステータ２４と、両者２３，２４の間に所定の間隔を存した状態で設けられた第２ロータ２５とを備えている。第１ロータ２３、第２ロータ２５およびステータ２４は、第１軸２１の径方向に、内側からこの順で並んでいる。なお、第１および第２の軸２１，２２は、同心状に配置されるとともに、スラスト軸受け（図示せず）によって、その軸線方向にほぼ移動不能になっている。

第１ロータ２３は、２ｎ個の第１永久磁石２３ａおよび第２永久磁石２３ｂを有しており、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂはそれぞれ、第１軸２１の周方向（以下、単に「周方向」という）に等間隔で並んでいる。各第１永久磁石２３ａは、第１軸２１の軸線方向（以下、単に「軸線方向」という）に直交する断面が扇形状になっており、軸線方向に若干延びている。各第２永久磁石２３ｂは、第１永久磁石２３ａと同じ形状および寸法を有している。また、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂは、リング状の固定部２３ｃの外周面に、軸線方向に並び、互いに接した状態で取り付けられている。固定部２３ｃは、軟磁性体、例えば鉄で構成されており、その内周面が、第１軸２１に一体に同心状に設けられた円板状のフランジ２３ｄの外周面に取り付けられている。以上の構成により、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂは、第１軸２１と一体に回転自在になっている。

また、図１２に示すように、第１軸２１を中心として、周方向に隣り合う各２つの第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂがなす中心角は、所定角度θである。また、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂの極性は、軸線方向に並んだもの同士は同じ極性で、周方向に隣り合う各２つについては互いに異なっている。以下、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂの磁極をそれぞれ、「第１磁極」および「第２磁極」という。

なお、本実施形態では、ケース２が第１および第４の部材に、第１軸２１が第２および第５の部材に、第２軸２２が第３および第６の部材に、第１ロータ２３が第１および第２の磁極列に、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂが第１および第２の磁極に、それぞれ相当する。

ステータ２４は、前述した第２ステータ５と同様、第１および第２の回転磁界を発生させるものであり、周方向に等間隔で並んだ３ｎ個の電機子２４ａを有している。各電機子２４ａは、前述した電機子５ａと同様、鉄芯２４ｂと、鉄芯２４ｂに集中巻で巻回されたコイル２４ｃなどで構成されている。鉄芯２４ｂは、軸線方向に直交する断面が扇形状になっており、軸線方向に第１永久磁石２３ａの約２倍の長さを有している。鉄芯２４ｂの内周面の軸線方向の中央部には、周方向に延びる溝２４ｄが形成されている。３ｎ個のコイル２４ｃは、ｎ組のＵ相、Ｖ相およびＷ相の３相コイルを構成している（図１２参照）。また、電機子２４ａは、周壁２ａの内周面に、リング状の固定部２４ｅを介して取り付けられている。以上のような電機子２４ａ、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂの数と配置から、ある１つの電機子２４ａの中心が、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂの中心と周方向に一致したときには、その電機子２４ａに対して２つおきの電機子２４ａの中心と、その第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂに対して１つおきの第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂの中心とが、周方向に一致する。

さらに、電機子２４ａは、可変電源１６に接続されており、電力が供給されたときに、鉄芯２４ｂの第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂ側の端部に、互いに異なる極性の磁極がそれぞれ発生するように構成されている。また、これらの磁極の発生に伴って、第１ロータ２３の第１永久磁石２３ａ側の部分との間および第２永久磁石２３ｂ側の部分との間に、第１および第２の回転磁界が周方向に回転するようにそれぞれ発生する。以下、鉄芯２４ｂの第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂ側の端部に発生する磁極をそれぞれ、「第１電機子磁極」および「第２電機子磁極」という。また、これらの第１および第２の電機子磁極の数はそれぞれ、第１永久磁石２３ａの磁極の数と同じ、すなわち２ｎである。

なお、本実施形態では、ステータ２４が第１および第２の電機子列に、電機子２４ａが第１および第２の電機子に、コイル２４ｃが３相の界磁巻線に、それぞれ相当する。

第２ロータ２５は、複数の第１コア２５ａおよび第２コア２５ｂを有している。第１および第２のコア２５ａ，２５ｂはそれぞれ、周方向に等間隔で並んでおり、両者２５ａ，２５ｂの数はいずれも、第１永久磁石２３ａと同じ、すなわち２ｎに設定されている。各第１コア２５ａは、軟磁性体、例えば複数の鋼板を積層したもので、軸線方向に直交する断面が扇形状になっており、軸線方向に所定の長さで延びている。各第２コア２５ｂは、第１コア２５ａと同様、複数の鋼板を積層したもので、軸線方向に直交する断面が扇形状になっており、軸線方向に所定の長さで延びている。

第１および第２のコア２５ａ，２５ｂはそれぞれ、円板状のフランジ２５ｅの外端部に、軸線方向に若干延びる棒状の連結部２５ｃ，２５ｄを介して取り付けられている。フランジ２５ｅは、第２軸２２に一体に同心状に設けられている。この構成により、第１および第２のコア２５ａ，２５ｂは、第２軸２２と一体に回転自在になっている。

また、軸線方向において、第１コア２５ａは、第１ロータ２３の第１永久磁石２３ａ側の部分とステータ２４の間に配置され、第２コア２５ｂは、第１ロータ２３の第２永久磁石２３ｂ側の部分とステータ２４の間に配置されている。さらに、第２コア２５ｂは、第１コア２５ａに対して周方向に互い違いに並んでおり、その中心が、第１コア２５ａの中心に対して、所定角度θの１／２、ずれている。

なお、本実施形態では、第２ロータ２５が第１および第２の軟磁性体列に、第１コア２５ａが第１軟磁性体に、第２コア２５ｂが第２軟磁性体に、それぞれ相当する。

また、電動機２０には、第１および第２の回転位置センサ５０ａ，５０ｂ（第１相対位置関係検出装置、第２相対位置関係検出装置）が設けられており、両者５０ａ，５０ｂはそれぞれ、第１および第２の軸２１，２２の回転位置を表す検出信号を、ＥＣＵ１７に出力する。

ＥＣＵ１７は、検出された第１および第２の軸２１，２２の回転位置に基づき、電機子２４ａと、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂと、第１および第２のコア２５ａ，２５ｂとの相対的な位置関係を求めるとともに、この位置関係に基づいて、電機子５ａの３相コイル５ｃへの通電を制御し、それにより、第１および第２の回転磁界を制御する。

以上の構成の電動機２０では、第１および第２の軸２１，２２の一方を固定、またはこれらの一方に動力を入力した状態で、これらの他方を回転させるように構成されている。

また、図１２に示すように、第１および第２の回転磁界の発生中、各第１電機子磁極の極性が、それに対向する（最も近い）各第１磁極の極性と異なるときには、各第２電機子磁極の極性は、それに対向する（最も近い）各第２磁極の極性と同じになる。また、各第１磁極と各第１電機子磁極の間に、各第１コア２５ａが位置しているときには、各第２コア２５ｂが、周方向に隣り合う各２組の第２電機子磁極および第２磁極の間に位置する。また、図示しないが、第１および第２の回転磁界の発生中、各第２電機子磁極の極性が、それに対向する（最も近い）各第２磁極の極性と異なるときには、各第１電機子磁極の極性は、それに対向する（最も近い）各第１磁極の極性と同じになる。また、各第２磁極と各第２電機子磁極の間に、各第２コア２５ｂが位置しているときには、各第１コア２５ａが、周方向に隣り合う各２組の第１電機子磁極および第１磁極の間に位置する。

なお、図１２では、展開図として示したために、電機子２４ａおよび固定部２４ｅが２つに分かれているように示されているものの、これらは実際には１つのものであるので、図１２の構成を、それと等価のものとして図１３のように示すことができる。この図１３と前述した図２との比較から明らかなように、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂ、電機子２４ａ、第１および第２のコア２５ａ，２５ｂの間の位置関係は、前述した第１および第２の電磁石４ａ，６ａ、電機子５ａ、第１および第２のコア７ａ，８ａの間の位置関係と同様であることが分かる。

このため、以下、電動機２０の動作を、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂ、電機子２４ａ、第１および第２のコア２５ａ，２５ｂが、図１３に示すように配置されているものとして説明する。また、この動作説明を、前述した電動機１の動作説明と同様、第１および第２の回転磁界の動きを仮想磁石１８の物理的な動きに置き換えて行うものとする。

第１軸２１を固定した状態で、第２軸２２を回転させる場合の電動機２０の動作は、図４および図５を用いて前述した電動機１の動作と同様であるので、その説明については省略する。なお、この場合、第２軸２２の回転速度（以下「第２軸回転速度」という）Ｖ２は、前述した電動機１の軸３と同様、第１および第２の回転磁界の回転速度（以下「磁界回転速度」という）Ｖ０の１／２の大きさになり、Ｖ２＝Ｖ０／２が成立する。すなわち、この場合の第１軸２１の回転速度（以下「第１軸回転速度」という）Ｖ１、第２軸回転速度Ｖ２および磁界回転速度Ｖ０の関係は、図１４（ａ）に示すように表される。

次に、図１５および図１６を参照しながら、第２軸２２を固定した状態で、第１軸２１を回転させる場合の電動機２０の動作について説明する。なお、以下の説明では、仮想磁石１８の第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂ側の磁極をそれぞれ、第１および第２の電機子磁極として、第１永久磁石２３ａとの間および第２永久磁石２３ｂとの間にそれぞれ発生する回転磁界を、第１および第２の回転磁界として、説明する。

第１コア２５ａが、前述したように配置されているので、第１磁極と第１電機子磁極によって磁化されるとともに、第１磁極、第１コア２５ａおよび第１電機子磁極の間に、磁力線（以下「第１磁力線」という）Ｇ１’が発生する。同様に、第２コア２５ｂが、前述したように配置されているので、第２電機子磁極および第２磁極によって磁化されるとともに、第２電機子磁極、第２コア２５ｂおよび第２磁極の間に、磁力線（以下「第２磁力線」という）Ｇ２’が発生する。

まず、図１５（ａ）に示すように、各第１コア２５ａが第１永久磁石２３ａに対向するとともに、各第２コア２５ａが隣り合う各２つの第２永久磁石２３ｂの間に位置した状態から、第１および第２の回転磁界を同図の下方に回転させるように発生させる。その発生の開始時においては、各第１電機子磁極の極性を、それに対向する各第１磁極の極性と異ならせるとともに、各第２電機子磁極の極性をそれに対向する各第２磁極の極性と同じにする。

この状態から、仮想磁石１８が図１５（ｂ）に示す位置に回転すると、第１コア２５ａと第１電機子磁極の間の第１磁力線Ｇ１’が曲がった状態になるのに伴い、第２電機子磁極が第２コア２５ｂに近づくことによって、第２電機子磁極、第２コア２５ｂおよび第２磁極を結ぶような第２磁力線Ｇ２’が発生する。その結果、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂ、仮想磁石１８、ならびに第１および第２のコア２５ａ，２５ｂにおいて、前述した図６（ｂ）に示すような磁気回路が構成される。

この状態では、第１磁極と第１コア２５ａの間の第１磁力線Ｇ１’の総磁束量は高いものの、この第１磁力線Ｇ１’がまっすぐであるため、第１コア２５ａに対して第１永久磁石２３ａを回転させるような磁力が発生しない。また、第２磁極およびこれと異なる極性の第２電機子磁極の間の距離が比較的長いことにより、第２コア２５ｂと第２磁極の間の第２磁力線Ｇ２’の総磁束量は比較的少ないものの、その曲がり度合いが大きいことによって、第２永久磁石２３ｂに、これを第２コア２５ｂに近づけるような磁力が作用する。これにより、第２永久磁石２３ｂは、第１永久磁石２３ａとともに、仮想磁石１８の回転方向すなわち磁界回転方向と逆方向（図１５の上方）に駆動され、図１５（ｃ）に示す位置に向かって回転する。また、これに伴い、第１軸２１が磁界回転方向と逆方向に回転する。

そして、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂが図１５（ｂ）に示す位置から図１５（ｃ）に示す位置に向かって回転する間、仮想磁石１８は、図１５（ｄ）に示す位置に向かって回転する。以上のように、第２永久磁石２３ｂが第２コア２５ｂに近づくことにより、第２コア２５ｂと第２磁極の間の第２磁力線Ｇ２’の曲がり度合いは小さくなるものの、仮想磁石１８が第２コア２５ｂにさらに近づくのに伴い、第２磁力線Ｇ２’の総磁束量は多くなる。その結果、この場合にも、第２永久磁石２３ｂに、これを第２コア２５ｂ側に近づけるような磁力が作用し、それにより、第２永久磁石２３ｂが、第１永久磁石２３ａとともに、磁界回転方向と逆方向に駆動される。

また、第１永久磁石２３ａが磁界回転方向と逆方向に回転するのに伴い、第１磁極と第１コア２５ａの間の第１磁力線Ｇ１’が曲がることによって、第１永久磁石２３ａに、これを第１コア２５ａに近づけるような磁力が作用する。しかし、この状態では、第１磁力線Ｇ１’に起因する磁力は、第１磁力線Ｇ１’の曲がり度合いが第２磁力線Ｇ２’よりも小さいことによって、上述した第２磁力線Ｇ２’に起因する磁力よりも弱い。その結果、両磁力の差分に相当する磁力によって、第２永久磁石２３ｂが第１永久磁石２３ａとともに、磁界回転方向と逆方向に駆動される。

そして、図１５（ｄ）に示すように、第１磁極と第１コア２５ａの間の距離と、第２コア２５ｂと第２磁極の間の距離が互いにほぼ等しくなったときには、第１磁極と第１コア２５ａの間の第１磁力線Ｇ１’の総磁束量および曲がり度合いが、第２コア２５ｂと第２磁極の間の第２磁力線Ｇ２’の総磁束量および曲がり度合いとそれぞれほぼ等しくなる。その結果、これらの第１および第２の磁力線Ｇ１’，Ｇ２’に起因する磁力が互いにほぼ釣り合うことによって、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂが一時的に駆動されない状態になる。

この状態から、仮想磁石１８が図１６（ａ）に示す位置まで回転すると、第１磁力線Ｇ１’の発生状態が変化し、図１６（ｂ）に示すような磁気回路が構成される。それにより、第１磁力線Ｇ１’に起因する磁力が、第１永久磁石２３ａを第１コア２５ａに近づけるようにほとんど作用しなくなるので、第２磁力線Ｇ２’に起因する磁力によって、第２永久磁石２３ｂは、第１永久磁石２３ａとともに、図１６（ｃ）に示す位置まで、磁界回転方向と逆方向に駆動される。

そして、図１６（ｃ）に示す位置から、仮想磁石１８が若干、回転すると、以上とは逆に、第１磁極と第１コア２５ａの間の第１磁力線Ｇ１’に起因する磁力が、第１永久磁石２３ａに、これを第１コア２５ａに近づけるように作用し、それにより、第１永久磁石２３ａが第２永久磁石２３ｂとともに、磁界回転方向と逆方向に駆動され、第１軸２１が磁界回転方向と逆方向に回転する。そして、仮想磁石１８がさらに回転すると、第１磁極と第１コア２５ａの間の第１磁力線Ｇ１’に起因する磁力と第２コア２５ｂと第２磁極の間の第２磁力線Ｇ２’に起因する磁力の差分に相当する磁力によって、第１永久磁石２３ａが第２永久磁石２３ｂとともに、磁界回転方向と逆方向に駆動される。その後、第２磁力線Ｇ２’に起因する磁力が、第２永久磁石２３ｂを第２コア２５ｂに近づけるようにほとんど作用しなくなると、第１磁力線Ｇ１’に起因する磁力によって、第１永久磁石２３ａが第２永久磁石２３ｂとともに駆動される。

以上のように、第１および第２の回転磁界の回転に伴い、第１磁極と第１コア２５ａの間の第１磁力線Ｇ１’に起因する磁力と、第２コア２５ｂと第２磁極の間の第２磁力線Ｇ２’に起因する磁力と、これらの磁力の差分に相当する磁力とが、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂに、すなわち第１軸２１に交互に作用し、それにより、第１軸２１が磁界回転方向と逆方向に回転する。また、そのように磁力すなわち駆動力が、第１軸２１に交互に作用することによって、第１軸２１のトルクは、ほぼ一定になる。

この場合、図１４（ｂ）に示すように、第１軸２１は、第１および第２の回転磁界と同じ速度で逆回転し、Ｖ１＝−Ｖ０が成立する。これは、第１および第２の磁力線Ｇ１’，Ｇ２’に起因する磁力の作用によって、第１および第２のコア２５ａ，２５ｂが、第１磁極と第１電機子磁極の中間、および第２磁極と第２電機子磁極の中間にそれぞれ位置した状態を保ちながら、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂが回転するためである。

なお、第１軸２１および第２軸２２を回転可能にし、両者２１，２２の一方に動力を入力した状態で、他方を回転させる場合には、磁界回転速度Ｖ０、第１軸回転速度Ｖ１、および第２軸回転速度Ｖ２の間に、次のような関係が成立する。すなわち、前述したように、第１および第２の磁力線Ｇ１，Ｇ２に起因する磁力の作用によって、第１および第２のコア７ａ，８ａは、第１磁極と第１電機子磁極の中間、および第２磁極と第２電機子磁極の中間にそれぞれ位置した状態を保ちながら回転する。このことは、第１および第２のコア２５ａ，２５ｂにも同様に当てはまる。第１および第２のコア２５ａ，２５ｂがそのように回転するので、両者２５ａおよび２５ｂと一体の第２軸２２の回転角度は、第１および第２の回転磁界の回転角度と、第１および第２の磁極の回転角度すなわち第１軸２１の回転角度との平均値になる。

したがって、第１および第２の軸２１，２２の一方に動力を入力し、他方を回転させる場合の磁界回転速度Ｖ０、第１および第２軸の回転速度Ｖ１，Ｖ２の関係は、次式（３）によって表すことができる。
Ｖ２＝（Ｖ０＋Ｖ１）／２ ……（３）
この場合、磁界回転速度Ｖ０と、第１および第２の軸２１，２２の一方の回転速度を制御することによって、他方の回転速度を制御することができる。図１４（ｃ）は、第１および第２軸２１，２２をいずれも磁界回転方向に回転させた例、図１４（ｄ）は、第１軸２１を逆回転させた例である。

以上のように、本実施形態によれば、第１および第２の軸２１，２２のいずれを回転させる場合にも、第１および第２の軸２１，２２の相対的な回転位置に応じて、第１および第２のコア２５ａ，２５ｂの磁化の状態が変わり、すべりを生じることなく回転させることが可能であり、同期機として機能するので、効率を高めることができる。また、第１電機子磁極、第１磁極および第１コア２５ａの数が、互いに同じに設定されるとともに、第２電機子磁極、第２磁極および第２コア２５ｂの数が、互いに同じに設定されているので、第１および第２の軸２１，２２のいずれを駆動する場合にも、電動機２０のトルクを十分に得ることができる。

さらに、電機子２４ａがケース２に固定されているので、例えば電機子２４ａを回転可能に構成した場合と異なり、電機子２４ａへの電力供給用のスリップリングが不要になる。したがって、その分、電動機２０を小型化できるとともに、スリップリングおよびブラシの接触抵抗による発熱が発生することがなく、効率をさらに高めることができる。

また、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂを用いるので、両者２３ａ，２３ｂに代えて電磁石を用いた場合と異なり、第１実施形態の第２変形例と同様、可変電源１５が不要になり、構成を単純化できるとともに、電動機２０をさらに小型化することができる。さらに、同じ理由により、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂに代えて電磁石を用いた場合と異なり、電磁石への電力供給用のスリップリングが不要になり、その分、電動機２０をより一層、小型化できるとともに、効率をより一層、高めることができる。

また、一般的なＵ相、Ｖ相およびＷ相の３相コイル２４ｃを用いるので、第１実施形態と同様、特別な界磁巻線を用意することなく、電動機２０を容易かつ安価に構成することができる。さらに、第１および第２の回転磁界を発生させるステータを、単一のステータ２４で構成し、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂを、単一の第１軸２１に取り付け、第１および第２のコア２５ａ，２５ｂを、単一の第２軸２２に取り付ける。したがって、第１および第２の回転磁界発生用のステータを２つのステータで構成するとともに、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂ、ならびに第１および第２のコア２５ａ，２５ｂをそれぞれ、別の部材に取り付ける場合と比較して、第１実施形態と同様、部品点数を削減でき、それにより、製造コストを削減できるとともに、電動機２０を小型化することができる。

また、電機子２４ａと、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂと、第１および第２のコア２５ａ，２５ｂとの相対的な位置関係を求めるとともに、この位置関係に基づいて、第１および第２の回転磁界を制御する。さらに、図１４から明らかなように、磁界回転速度Ｖ０を、第１および第２の軸回転速度Ｖ１，Ｖ２との間に共線関係を満たすように制御する。以上により、電動機２０の適切な動作を確保することができる。

また、ステータ２４、第１および第２のロータ２３，２５を、第１軸２１の径方向に並ぶように配置するので、電動機２０の軸線方向の寸法を小さくすることができる。

なお、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂに代えて、第１および第２の電磁石４ａ，６ａまたは４ｅ，６ｅを用いてもよい。その場合には、第１実施形態の第１または第２の変形例による前述した効果を、同様に得ることができる。また、ステータ２４を回転可能に構成し、ステータ２４と第１および第２のロータ２３，２５の一方に動力を入力した状態で、両者２３，２５の他方を回転させてもよい。この場合にも、同期機として機能するので、効率を高めることができる。

さらに、第１および第２の回転磁界の制御を、電機子２４ａと、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂと、第１および第２のコア２５ａ，２５ｂとの相対的な位置関係に基づいて行っているが、ケース２またはステータ２４の任意の部位と、第１軸２１または第１ロータ２３の任意の部位と、第２軸２２または第２ロータ２５の任意の部位との相対的な位置関係に基づいて行ってもよい。

次に、図１７および図１８を参照しながら、本発明の第３実施形態による電動機３０について説明する。前述した第１および第２の実施形態の電動機１，２０が回転機として構成されているのに対し、この電動機３０は、リニアモータとして構成されている。また、図１７および図１８において、電動機３０の構成要素のうち、前述した第１実施形態の電動機１と同じものについては、同じ符号を用いて示している。以下、第１実施形態と異なる点を中心として説明する。

電動機３０のケース３１は、前後方向（図１７の奥側を前、手前側を後とする）を長手方向とする板状の底壁３１ａと、底壁３１ａの左右の両端部からそれぞれ上方に延び、互いに対向する側壁３１ｂおよび３１ｃとを一体に有している。

図１８に示すように、電機子５ａ、第１および第２の電磁石４ａ，６ａは、前後方向に並んでおり、この点のみが第１実施形態と異なっており、これらの数、ピッチや配置は、第１実施形態と同様である。

第１および第２の電磁石４ａ，６ａは、底壁３１ａの上面の左端部および右端部に、固定部４ｈおよび６ｈを介して、それぞれ取り付けられている。また、両者４ａ，６ａの鉄芯４ｂ，６ｂは、側壁３１ｂ，３１ｃの内面にそれぞれ取り付けられている。電機子５ａは、底壁３１ａの上面の中央部に、固定部５ｅを介して取り付けられている。また、電機子５ａに電力が供給されると、第１ステータ４との間および第３ステータ６との間に、第１および第２の移動磁界が、前後方向に移動するようにそれぞれ発生する。

また、電動機３０は、前述した第１および第２のロータ７，８に代えて、第１および第２の移動子３２，３３を有している。第１および第２の移動子３２，３３は、前後方向に並んだ複数、例えば３個の第１および第２のコア７ａ，８ａをそれぞれ有している。第１および第２のコア７ａ，８ａはそれぞれ、前後方向に第１電磁石４ａと同じピッチで等間隔に、かつ互い違いに配置されている。

また、第１および第２のコア７ａ，８ａの底部には、車輪３２ａ，３３ａがそれぞれ設けられている。第１および第２のコア７ａ，８ａは、車輪３２ａ，３３ａを介して底壁３１ａの上面のレール（図示せず）に載置されており、それにより、前後方向に移動自在であるとともに、左右方向に移動不能になっている。さらに、第１および第２のコア７ａ，８ａは、その上端部に設けられた連結部３２ｂ，３３ｂを介して、可動板３４で連結されている。

なお、本実施形態では、ケース３１が第１、第２、第４および第５の部材に、可動板３４が第３および第６の部材に、第１および第２の移動子３２，３３が第１および第２の軟磁性体列に、それぞれ相当する。

また、電動機３０には、位置センサ５０ｃ（第１相対位置関係検出装置、第２相対位置関係検出装置）が設けられており、位置センサ５０ｃは、ケース３１に対する可動板３４の位置（以下「可動板位置」という）を表す検出信号をＥＣＵ１７に出力する。ＥＣＵ１７は、検出された可動板位置に応じ、電機子５ａ、第１および第２の電磁石４ａ，６ａと、第１および第２のコア７ａ，８ａとの相対的な位置関係を求めるとともに、この位置関係に基づいて、電機子５ａの３相コイル５ｃへの通電を制御し、それにより、第１および第２の移動磁界を制御する。また、ＥＣＵ１７は、可動板位置に応じ、可動板３４の移動速度（以下「可動板移動速度」という）を算出するとともに、算出した可動板移動速度と、電機子５ａ、第１および第２の電磁石４ａ，６ａに供給されている電流に応じて、電動機１の負荷を算出するとともに、算出した負荷に応じて、電機子５ａ、第１および第２の電磁石４ａ，６ａに供給される電流を、第１実施形態と同様にして制御する。

図１８と図２の比較から明らかなように、第１および第２の電磁石４ａ，６ａ、電機子５ａ、第１および第２のコア７ａ，８ａは、第１実施形態と同様に配置されている。したがって、第１および第２の移動磁界の発生に伴い、前述した第１および第２の磁力線Ｇ１，Ｇ２に起因する磁力の作用によって、可動板３４は、第１および第２の移動磁界の移動方向に移動する。この場合にも、可動板位置に応じて、第１および第２のコア７ａ、８ａの磁化の状態が変わり、すべりを生じることなく可動板３４を移動させることが可能であり、電動機３０は同期機として機能するので、第１実施形態と同様、効率を高めることができる。その他、第１実施形態の効果を同様に得ることができる。

なお、電動機３０を次のようにして構成してもよい。すなわち、第１および第２の電磁石４ａ，６ａを、可動板３４とは別の第２可動板で連結するとともに、第２可動板と一体に前後方向に移動自在に構成する。そして、第２実施形態のように、この第２可動板および可動板３４の一方を駆動してもよい。この場合、第２可動板および可動板３４のいずれを駆動する場合にも、第２実施形態と同様、同期機として機能するので、効率を高めることができる。それに加え、電機子５ａを、第３可動板で連結するとともに、第３可動板と一体に前後方向に移動自在に構成してもよい。この場合にも、同期機として機能するので、効率を高めることができる。

また、第１および第２の電磁石４ａ，６ａに代えて、第１および第２の電磁石４ｅ，６ｅまたは第１および第２の永久磁石４ｇ，６ｇを用いてもよい。その場合には、第１実施形態の第１または第２の変形例による前述した効果を同様に得ることができる。

さらに、第１および第２の移動磁界の制御を、電機子５ａ、第１および第２の電磁石４ａ，６ａと、第１および第２のコア７ａ，８ａとの相対的な位置関係に基づいて行っているが、ケース３１または第１〜第３のステータ４〜６の任意の部位と、可動板３４または第１および第２の移動子３２，３３の任意の部位との相対的な位置関係に基づいて行ってもよい。

次に、図１９を参照しながら、本発明の第４実施形態による電動機４０について説明する。この電動機４０は、第１実施形態の電動機１を２つの電動機に分割するとともに、両者をギヤ機構で連結したものである。同図において、電動機４０の構成要素のうち、第１実施形態の電動機１と同じものについては、同じ符号を用いて示している。以下、第１実施形態と異なる点を中心として説明する。

この電動機４０は、第１電動機４１、第２電動機４２およびギヤ部４３を有している。第１電動機４１は、第１実施形態の電動機１の第２ステータ６および第２ロータ８以外の構成要素で構成されており、電機子５ａの各鉄芯５ｃの第１ロータ７と逆側の端部は、側壁２ｃに取り付けられている。また、電機子５ａは、第１可変電源１６ａに接続されていて、第１実施形態と異なり、第１電機子磁極および第１回転磁界のみを発生させる。さらに、第１電動機４１の軸４１ａは、ギヤ部４３に連結されている。

第２電動機４２は、電動機１の第１ステータ４および第１ロータ７以外の構成要素で構成されており、電機子５ａの各鉄芯５ｃの第２ロータ８と逆側の端部は、側壁２ｂに取り付けられている。また、電機子５ａは、第１可変電源１６ａとは別の第２可変電源１６ｂに接続されており、第２電機子磁極および第２回転磁界のみを第１回転磁界の回転方向と同じ方向に発生させる。さらに、第２電動機４２の軸４２ａは、ギヤ部４３に連結されている。また、電機子５ａ、第２電磁石６ａおよび第２コア８ａは、第１電動機４１の電機子５ａ、第１電磁石４ａおよび第１コア７ａとそれぞれ比較し、その数がｍ倍で、ピッチが１／ｍになっている。以上の構成により、第２電動機４２の軸４２ａは、第１電動機４１の軸４１ａの１／ｍの回転速度で同じ方向に回転する。また、第２電動機４２の軸４２ａは、ギヤ部４３に連結されている。

なお、本実施形態では、第１電動機４１のケース２が第１および第２の部材に、第２電動機４２のケース２が第４および第５の部材に、軸４１ａおよび４２ａが第３および第６の部材に、第１および第２の電動機４１，４２の第２ステータ５が第１および第２の電機子列に、第１および第２の電動機４１，４２の電機子５ａが第１および第２の電機子に、それぞれ相当する。

ギヤ部４３は、複数のギヤを組み合わせたものであり、軸４２ａの回転を、ｍ倍に増速し、軸４１ａに伝達するように構成されている。

第１および第２の電動機４１，４２には、第１および第２の回転位置センサ５０ｄ，５０ｅ（第１相対位置関係検出装置、第２相対位置関係検出装置）が設けられており、これらのセンサ５０ｄ，５０ｅはそれぞれ、軸４１ａ，４２ａの回転位置を表す検出信号を、ＥＣＵ１７に出力する。ＥＣＵ１７は、検出された軸４１ａ，４２ａの回転位置に基づき、第１電磁石４ａおよび電機子５ａと第１コア７ａとの相対的な位置関係と、第２電磁石６ａおよび電機子５ａと第２コア８ａとの相対的な位置関係を求めるとともに、これらの位置関係に基づいて、電機子５ａの３相コイル５ｃへの通電を制御し、それにより、第１および第２の回転磁界を制御する。

また、ＥＣＵ１７は、第１実施形態と同様、軸４１ａ，４２ａの回転速度と第１および第２の電動機４１，４２の負荷を算出するとともに、算出したこれらのパラメータに応じて、電機子５ａ、第１および第２の電磁石４ａ，６ａに供給される電流を制御する。

以上のように、電動機４０は、第１実施形態の電動機１を２つの第１および第２の電動機４１，４２に分割し、両者４１，４２をギヤ部４３で連結したものである。また、第２電動機４２の軸４２ａが、第１電動機４１の軸４１ａの１／ｍの速度で回転するとともに、軸４２ａの回転が、ギヤ部４３でｍ倍に増速した状態で軸４１ａに伝達される。以上により、本実施形態によれば、第１実施形態の効果を同様に得ることができる。

なお、第２電動機４２を、第１電動機４１の１／ｍの回転速度で回転するように構成したが、これとは逆に、第１電動機４１を、第２電動機４２の１／ｍの回転速度で回転するように構成してもよい。また、第１および第２の電磁石４ａ，６ａに代えて、第１および第２の電磁石４ｅ，６ｅまたは第１および第２の永久磁石４ｇ，６ｇを用いてもよい。さらに、軸４１ａ，４２ａを必ずしも同心状に配置する必要はなく、例えば互いに直交するように配置し、両者４１ａ，４２ａをギヤ部４３で連結するようにしてもよい。

また、第１および第２の回転磁界の制御を、第１電磁石４ａおよび電機子５ａと第１コア７ａとの相対的な位置関係と、第２電磁石６ａおよび電機子５ａと第２コア８ａとの相対的な位置関係に基づいて行っているが、第１電動機４１のケース２または第１および第２のステータ４，５の任意の部位と軸４１ａまたは第１ロータ７の任意の部位との相対的な位置関係と、第２電動機４２のケース２または第２および第３のステータ５，６の任意の部位と軸４２ａまたは第２ロータ８の任意の部位との相対的な位置関係に基づいて行ってもよい。

次に、図２０を参照しながら、本発明の第５実施形態による電動機６０について説明する。この電動機６０は、第４実施形態と同様、電動機１を分割した２つの電動機をギヤ機構で連結したものである。同図において、電動機６０の構成要素のうち、第４実施形態の電動機４０と同じものについては、同じ符号を用いて示している。以下、第４実施形態と異なる点を中心として説明する。

この電動機６０は、第１電動機６１、第２電動機７１およびギヤ部８１を有している。第１電動機６１は、上述した第４実施形態の第１電動機４１と比較して、軸４１ａに代えて第１軸６２および第２軸６３を有することと、第１ステータ４に代えて磁石ロータ６４を有することが主に異なっている。

第１軸６２の両端部は、軸受け９，６５にそれぞれ回転自在に支持されており、第１軸６２には、ギヤ６２ａが設けられている。第２軸６３は、円筒状のもので、軸受け１０に回転自在に支持されており、第１軸６２に同心に回転自在に嵌合している。また、第２軸６３には、前述した第１ロータ７のフランジ７ｂとギヤ６３ａが設けられている。これにより、第１コア７ａは、第２軸６３と一体に回転自在になっている。

磁石ロータ６４は、複数の第１電磁石４ａを有しており、これらの第１電磁石４ａは、第１軸６２に設けられたフランジ６４ａに取り付けられており、周方向に並んでいる。これにより、第１電磁石４ａは、第１軸６２と一体に回転自在になっている。また、第１電磁石４ａの数や配置は、第１実施形態と同様である。なお、第１電磁石４ａは、スリップリング（図示せず）を介して可変電源１５に接続されている。

第２電動機７１は、第１電動機６１と対称に構成されており、第４実施形態の第２電動機４２と比較して、軸４２ａに代えて第１軸７２および第２軸７３を有すること、第３ステータ６に代えて磁石ロータ７４を有すること、電機子５ａおよび第２コア８ａが、第１実施形態とそれぞれ同じ数で同様に配置されていることが、主に異なっている。

第１軸７２の両端部は、軸受け１０，７５にそれぞれ回転自在に支持されており、第１軸７２には、ギヤ７２ａが設けられている。第２軸７３は、前述した第２軸６３と同様、円筒状のもので、軸受け９に回転自在に支持されており、第１軸７２に回転自在に嵌合している。また、第２軸７３には、前述した第２ロータ８のフランジ８ｂとギヤ７３ａが設けられている。これにより、第２コア８ａは、第２軸７３と一体に回転自在になっている。

磁石ロータ７４は、複数の第２電磁石６ａを有しており、これらの第２電磁石６ａは、第１軸７２に設けられたフランジ７４ａに取り付けられており、周方向に並んでいる。この構成により、第２電磁石６ａは、第１軸７２と一体に回転自在になっている。第２電磁石６ａの数や配置は、第１実施形態と同様である。なお、第２電磁石６ａは、第１電磁石４ａと同様、スリップリング（図示せず）を介して可変電源１５に接続されている。

ギヤ部８１は、第１および第２のギヤ軸８２，８３を有している。第１ギヤ軸８２の第１および第２のギヤ８２ａ，８２ｂは、第１軸６２，７２のギヤ６２ａおよび７２ａに、それぞれ噛み合っている。これにより、第１軸６２および７２は、互いに同方向に同じ速度で回転するようになっている。また、第２ギヤ軸８３の第１および第２のギヤ８３ａ，８３ｂは、第２軸６３，７３のギヤ６３ａおよび７３ａに、それぞれ噛み合っている。これにより、第２軸６３および７３は、互いに同方向に同じ速度で回転するようになっている。

また、第１電動機６１には、第１および第２の回転位置センサ９１，９２（第１相対位置関係検出装置、第２相対位置関係検出装置）が設けられている。両者９１，９２はそれぞれ、第１および第２の軸６２，７２，６３，７３の回転位置を表す検出信号をＥＣＵ１７に出力する。ＥＣＵ１７は、検出されたこれらの回転位置に基づき、第２実施形態と同様、第１および第２の電動機６１，７１の電機子５ａと、第１および第２の電磁石４ａ，６ａと、第１および第２のコア７ａ，８ａとの相対的な位置関係を求めるとともに、この位置関係に基づいて、第１および第２の電動機６１，７１の電機子５ａの３相コイル５ｃへの通電を制御し、それにより、第１および第２の回転磁界をそれぞれ制御する。

なお、本実施形態では、第１および第２の電動機６１，７１のケース２が第１および第４の部材に、第１軸６２および７２が第２および第５の部材に、第２軸６３および７３が第３および第６の部材に、それぞれ相当する。また、第１および第２の電動機６１，７１の第２ステータ５が第１および第２の電機子列に、第１および第２の電動機６１，７１の電機子５ａが第１および第２の電機子に、磁石ロータ６４，７４が第１および第２の磁極列に、それぞれ相当する。

以上の構成の電動機６０は、第２実施形態と同様、第１軸６２，７２および第２軸６３，７３の一方を固定、またはこれらの一方に動力を入力した状態で、これらの他方を回転させるように構成されている。以上により、本実施形態によれば、第２実施形態の効果を同様に得ることができる。

なお、第４実施形態のように、例えば、第１および第２の電動機６１，７１の一方を、両者の他方の１／ｍの回転速度で回転するように構成するとともに、この一方の回転を他方にｍ倍に増速した状態で伝達するように、ギヤ部８１を構成してもよい。また、第１および第２の電磁石４ａ，６ａに代えて、第１および第２の電磁石４ｅ，６ｅまたは第１および第２の永久磁石４ｇ，６ｇを用いてもよい。さらに、第１および第２の軸６２，６３と第１および第２の軸７２，７３とを必ずしも同心状に配置する必要はなく、例えば互いに直交するように配置し、第１および第２の軸６２，６３と第１および第２の軸７２，７３とをギヤ部８１で連結するようにしてもよい。

また、第１および第２の回転磁界の制御を、第１および第２の電動機６１，７１の電機子５ａと、第１および第２の電磁石４ａ，６ａと、第１および第２のコア７ａ，８ａとの相対的な位置関係に基づいて行っているが、第１および第２の電動機６１，７１のケース２または第２ステータ５のそれぞれの任意の部位と、第１軸６２，７２または磁石ロータ６４，７４のそれぞれの任意の部位と、第２軸６３，７３または第１および第２のロータ７，８のそれぞれの任意の部位との相対的な位置関係に基づいて行ってもよい。

次に、図２１を参照しながら、本発明の第６実施形態による電動機１００について説明する。この電動機１００は、電動機本体１０１を備えており、この電動機本体１０１は、図１１などを用いて説明した第２実施形態の電動機２０とまったく同様に構成されている。同図において、電動機１００の構成要素のうち、第２実施形態と同じものについては、同じ符号を用いて示している。以下、第２実施形態と異なる点を中心として説明する。本実施形態では、ＥＣＵ１７が相対位置関係検出装置および制御装置に相当する。

図２１に示すように、電動機本体１０１には、第１〜第３の電流センサ１０２〜１０４と、第１および第２の回転位置センサ１０５，１０６（相対位置関係検出装置）が設けられている。第１〜第３の電流センサ１０２〜１０４はそれぞれ、ステータ２４（図１１参照）のＵ相〜Ｗ相のコイル２４ｃをそれぞれ流れる電流（以下、それぞれ「Ｕ相電流Ｉｕ」「Ｖ相電流Ｉｖ」「Ｗ相電流Ｉｗ」という）を表す検出信号をＥＣＵ１７に出力する。また、第１回転位置センサ１０５は、ステータ２４の任意の１つの電機子２４ａ（以下「基準電機子」という）に対する第１ロータ２３の任意の１つの第１永久磁石２３ａの回転角度位置（以下「第１ロータ回転角θ１」という）を検出し、その検出信号をＥＣＵ１７に出力する。さらに、第２回転位置センサ１０６は、上記の基準電機子に対する第２ロータ２５の任意の１つの第１コア２５ａの回転角度位置（以下「第２ロータ回転角θ２」という）を検出し、その検出信号をＥＣＵ１７に出力する。

ＥＣＵ１７は、上述した各種のセンサ１０２〜１０６からの検出信号に応じ、電動機本体１０１への通電を制御することによって、前述したステータ２４で発生する第１および第２の回転磁界を制御する。この制御は、電動機本体１０１の電圧方程式に基づいて行われる。

この電動機本体１０１の電圧方程式は、次のようにして求められる。すなわち、電動機本体１０１は、一般的な１ロータタイプのブラシレスＤＣモータと比較して、ステータ２４の構成は同じであるのに対し、永久磁石などで構成された第１ロータ２３だけでなく、軟磁性体などで構成された第２ロータ２５を有するという点が異なっている。このことから、Ｕ相〜Ｗ相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに対する電圧は、一般的なブラシレスＤＣモータの場合とほぼ同じであるのに対し、第１および第２のロータ２３，２５の回転に伴ってＵ相〜Ｗ相のコイル２４ｃに発生する逆起電圧は、一般的なブラシレスＤＣモータの場合と異なっている。

この逆起電圧は、次のようにして求められる。図２２は、第１永久磁石２３ａや第１コア２５ａ、ステータ２４に相当する等価回路を示している。なお、同図は、便宜上、極数＝２の場合を示しているが、電動機本体１０１の極数は、前述した電動機２０と同様、２ｎである。この場合、第１コア２５ａを介さずに、Ｕ相〜Ｗ相のコイル２４ｃをそれぞれ直接、通過する第１永久磁石２３ａの磁束Ψｕａ１、Ψｖａ１、Ψｗａ１は、次式（４）〜（６）でそれぞれ表される。

ここで、Ψｆｂは、各相のコイル２４ｃを直接、通過する第１永久磁石２３ａの磁束の最大値であり、θｅ１は第１ロータ電気角である。この第１ロータ電気角θｅ１は、いわゆる機械角である第１ロータ回転角θ１を電気角度位置に換算した値であり、具体的には、第１ロータ回転角θ１に極数の１／２を乗算した値である。

また、第１コア２５ａを介してＵ相〜Ｗ相のコイル２４ｃをそれぞれ通過する第１永久磁石２３ａの磁束Ψｕａ２、Ψｖａ２、Ψｗａ２は、次式（７）〜（９）でそれぞれ表される。

ここで、Ψｆａは、第１コア２５ａを介して各相のコイル２４ｃを通過する第１永久磁石２３ａの磁束の最大値であり、θｅ２は第２ロータ電気角である。この第２ロータ電気角θｅ２は、上述した第１ロータ電気角θｅ１と同様、機械角である第２ロータ回転角θ２を電気角度位置に換算した値であり、具体的には、第２ロータ回転角θ２に極数の１／２を乗算した値である。

Ｕ相〜Ｗ相のコイル２４ｃをそれぞれ通過する第１永久磁石２３ａの磁束Ψｕａ、Ψｖａ、Ψｗａは、上述したＵ相〜Ｗ相のコイル２４ｃを直接、通過する磁束Ψｕａ１、Ψｖａ１、Ψｗａ１と、第１コア２５ａを介して通過する磁束Ψｕａ２、Ψｖａ２、Ψｗａ２との和、すなわち、（Ψｕａ１＋Ψｕａ２）、（Ψｖａ１＋Ψｖａ２）および（Ψｗａ１＋Ψｗａ２）でそれぞれ表される。したがって、これらの磁束Ψｕａ、Ψｖａ、Ψｗａは、上述した式（４）〜（９）より、次式（１０）〜（１２）でそれぞれ表される。

また、これらの式（１０）〜（１２）を変形すると、次式（１３）〜（１５）が得られる。

さらに、Ｕ相〜Ｗ相のコイル２４ｃをそれぞれ通過する第１永久磁石２３ａの磁束Ψｕａ、Ψｖａ、Ψｗａを時間微分することによって、第１永久磁石２３ａおよび／または第１コア２５ａの回転に伴ってＵ相〜Ｗ相のコイル２４ｃに発生する逆起電圧（以下、それぞれ「第１Ｕ相逆起電圧Ｖｃｕ１」「第１Ｖ相逆起電圧Ｖｃｖ１」「第１Ｗ相逆起電圧Ｖｃｗ１」という）がそれぞれ得られる。したがって、これらの第１Ｕ相〜Ｗ相の逆起電圧Ｖｃｕ１、Ｖｃｖ１、Ｖｃｗ１は、式（１３）〜（１５）を時間微分することにより得られた次式（１６）〜（１８）でそれぞれ表される。

ここで、ωｅ２は、θｅ２の時間微分値、すなわち、第２ロータ２５の角速度を電気角速度に換算した値（以下「第２ロータ電気角速度」という）であり、ωｅ１は、θｅ１の時間微分値、すなわち、第１ロータ２３の角速度を電気角速度に換算した値（以下「第１ロータ電気角速度」という）である。

また、図２３は、第２永久磁石２３ｂや第２コア２５ｂ、ステータ２４に相当する等価回路を示している。この場合、第２永久磁石２３ｂおよび／または第２コア２５ｂの回転に伴ってＵ相〜Ｗ相のコイル２４ｃに発生する逆起電圧は、上述した第１永久磁石２３ａおよび第１コア２５ａの場合と同様、次のようにして求められる。以下、これらのＵ相〜Ｗ相のコイル２４ｃに発生する逆起電圧をそれぞれ、「第２Ｕ相逆起電圧Ｖｃｕ２」「第２Ｖ相逆起電圧Ｖｃｖ２」「第２Ｗ相逆起電圧Ｖｃｗ２」という。

すなわち、前述したように第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂは互いに一体であるので、各相のコイル２４ｃを直接、通過する第２永久磁石２３ｂの磁束の最大値は、各相のコイル２４ｃを直接、通過する第１永久磁石２３ａの磁束の最大値と等しく、かつ、第２コア２５ｂを介して各相のコイル２４ｃを通過する第２永久磁石２３ｂの磁束の最大値は、第１コア２５ａを介して各相のコイル２４ｃを通過する第１永久磁石２３ａの磁束の最大値と等しい。また、前述したように、第２コア２５ｂは、第１コア２５ａに対して周方向に互い違いに並んでおり、その中心が、第１コア２５ａの中心に対して、所定角度θの１／２、ずれている。すなわち、第１および第２のコア２５ａ，２５ｂの電気角度位置は、互いに電気角としてπ／２、ずれている（図２３参照）。以上から、Ｕ相〜Ｗ相のコイル２４ｃをそれぞれ通過する第２永久磁石２３ｂの磁束Ψｕｂ、Ψｖｂ、Ψｗｂ（すなわち第２コア２５ｂを介して通過する磁束と、介さずに直接、通過する磁束との和）は、次式（１９）〜（２１）でそれぞれ表される。

また、これらの式（１９）〜（２１）を変形すると、次式（２２）〜（２４）が得られる。

さらに、Ｕ相〜Ｗ相のコイル２４ｃをそれぞれ通過する第２永久磁石２３ｂの磁束Ψｕｂ、Ψｖｂ、Ψｗｂを時間微分することによって、上述した第２Ｕ相〜Ｗ相の逆起電圧Ｖｃｕ２、Ｖｃｖ２、Ｖｃｗ２がそれぞれ得られる。したがって、これらの逆起電圧Ｖｃｕ２、Ｖｃｖ２、Ｖｃｗ２は、式（２２）〜（２４）を時間微分することにより得られた次式（２５）〜（２７）でそれぞれ表される。

また、前述したように、ステータ２４は、その鉄芯２４ｂの第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂ側の端部に、互いに異なる極性の磁極が発生するように構成されている。さらに、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂのうち、軸線方向に並んだもの同士の極性は、同じになっている。これらのことから明らかなように、軸線方向に並んだ第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂの、前述した基準電機子に対する電気角度位置は、互いに電気角としてπずれている。このため、第１および／または第２のロータ２３，２５の回転に伴ってＵ相〜Ｗ相のコイル２４ｃに発生する逆起電圧Ｖｃｕ、Ｖｃｖ、Ｖｃｗはそれぞれ、前述した第１Ｕ相〜Ｗ相の逆起電圧Ｖｃｕ１、Ｖｃｖ１、Ｖｃｗ１と、第２Ｕ相〜Ｗ相の逆起電圧Ｖｃｕ２、Ｖｃｖ２、Ｖｃｗ２との差、すなわち、（Ｖｃｕａ−Ｖｃｕｂ）、（Ｖｃｖａ−Ｖｃｖｂ）および（Ｖｃｗａ−Ｖｃｗｂ）となる。したがって、これらの逆起電圧Ｖｃｕ、Ｖｃｖ、Ｖｃｗは、式（１６）〜（１８）および式（２５）〜（２７）より、次式（２８）〜（３０）で表される。

ここで、Ｕ相〜Ｗ相のコイル２４ｃの電圧（以下、それぞれ「Ｕ相電圧Ｖｕ」「Ｖ相電圧Ｖｕ」「Ｗ相電圧Ｖｗ」という）は、Ｕ相〜Ｗ相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに対する電圧と、Ｕ相〜Ｗ相のコイル２４ｃの逆起電圧Ｖｃｕ,Ｖｃｖ，Ｖｃｗとの和でそれぞれ表される。したがって、電動機本体１０１の電圧方程式は、次の式（３１）で表される。

ここで、前述したように、Ｒｕ，ＲｖおよびＲｗはそれぞれＵ相〜Ｗ相のコイル２４ｃの抵抗であり、Ｌｕ，ＬｖおよびＬｗはそれぞれ、Ｕ相〜Ｗ相のコイル２４ｃの自己インダクタンスであり、いずれも所定値である。また、Ｍｕｖは、Ｕ相コイル２４ｃとＶ相コイル２４ｃの間の相互インダクタンスであり、Ｍｖｗは、Ｖ相コイル２４ｃとＷ相コイル２４ｃの間の相互インダクタンスであり、Ｍｗｕは、Ｗ相コイル２４ｃとＵ相コイル２４ｃの間の相互インダクタンスであり、いずれも所定値である。さらに、ｓは微分演算子である。

一方、前述したように、一般的なブラシレスＤＣモータの電圧方程式は式（２）で表される。上記の式（３１）と式（２）との比較から明らかなように、電動機本体１０１の電圧方程式は、（２θｅ２−θｅ１）および（２ωｅ２−ωｅ１）をロータの電気角度位置θｅおよび電気角速度ωｅにそれぞれ置き換えると、一般的なブラシレスＤＣモータの電圧方程式と同じになる。このことから、電動機本体１０１を作動させるためには、前述した第１および第２の回転磁界のベクトルの電気角度位置を（２θｅ２−θｅ１）で表される電気角度位置に制御すればよいことが分かる。また、このことは、極数やコイル２４ｃの相数にかかわらずに成立するとともに、前述した第３実施形態のリニアモータとして構成された電動機３０においても同様に成立する。

ＥＣＵ１７は、このような観点に基づいて第１および第２の回転磁界を制御する。具体的には、図２１に示すように、ＥＣＵ１７は、目標電流算出部１７ａ、電気角変換器１７ｂ、電流座標変換器１７ｃ、偏差算出部１７ｄ、電流制御器１７ｅ、および電圧座標変換器１７ｆを有しており、ベクトル制御によりＵ相〜Ｗ相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを制御することによって、第１および第２の回転磁界を制御する。

上記の目標電流算出部１７ａは、後述するｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑの目標値（以下、それぞれ「目標ｄ軸電流Ｉｄ＿ｔａｒ」「目標ｑ軸電流Ｉｑ＿ｔａｒ」という）を算出するとともに、算出した目標ｄ軸電流Ｉｄおよび目標ｑ軸電流Ｉｑを、偏差算出部１７ｄに出力する。なお、これらの目標ｄ軸電流Ｉｄおよび目標ｑ軸電流Ｉｑは、例えば電動機本体１０１の負荷などに応じて算出される。

電気角変換器１７ｂには、第１および第２の回転位置センサ１０５，１０６でそれぞれ検出された第１および第２のロータ回転角θ１，θ２が入力される。電気角変換器１７ｂは、入力された第１および第２のロータ回転角θ１，θ２に極数の１／２を乗算することによって、前述した第１および第２のロータ電気角θｅ１，θｅ２を算出する。また、算出した第１および第２のロータ電気角θｅ１，θｅ２を、電流座標変換器１７ｃおよび電圧座標変換器１７ｆに出力する。

電流座標変換器１７ｃには、第１および第２のロータ電気角θｅ１，θｅ２に加え、第１〜第３の電流センサ１０２〜１０４でそれぞれ検出されたＵ相〜Ｗ相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが入力される。電流座標変換器１７ｃは、入力された３相交流座標上でのＵ相〜Ｗ相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、第１および第２のロータ電気角θｅ１，θｅ２に基づき、ｄｑ座標上でのｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに変換する。このｄｑ座標は、（２θｅ２−θｅ１）をｄ軸とし、このｄ軸に直交する軸をｑ軸として、（２ωｅ２−ωｅ１）で回転するものである。具体的には、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑは、次式（３２）によって算出される。

また、電流座標変換器１７ｃは、算出したｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑを偏差算出部１７ｄに出力する。

偏差算出部１７ｄは、入力された目標ｄ軸電流Ｉｄ＿ｔａｒとｄ軸電流Ｉｄとの偏差（以下「ｄ軸電流偏差ｄＩｄ」という）を算出するとともに、入力された目標ｑ軸電流Ｉｑ＿ｔａｒとｑ軸電流Ｉｑとの偏差（以下「ｑ軸電流偏差ｄＩｑ」という）を算出する。また、算出したｄ軸電流偏差ｄＩｄおよびｑ軸電流偏差ｄＩｑを、電流制御器１７ｅに出力する。

電流制御器１７ｅは、入力されたｄ軸電流偏差ｄＩｄおよびｑ軸電流偏差ｄＩｑに基づき、所定のフィードバック制御アルゴリズム、例えばＰＩ制御アルゴリズムによって、ｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑを算出する。これにより、ｄ軸電圧Ｖｄは、ｄ軸電流Ｉｄが目標ｄ軸電流Ｉｄ＿ｔａｒになるように算出され、ｑ軸電圧Ｖｑは、ｑ軸電流Ｉｑが目標ｑ軸電流Ｉｑ＿ｔａｒになるように算出される。また、算出したｄ軸およびｑ軸の電圧Ｖｄ，Ｖｑを、電圧座標変換器１７ｆに出力する。

電圧座標変換器１７ｆは、入力されたｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑを、入力された第１および第２のロータ電気角θｅ１，θｅ２に基づいて、３相交流座標上でのＵ相〜Ｗ相の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの指令値（以下、それぞれ「Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＿ｃｍｄ」「Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＿ｃｍｄ」「Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＿ｃｍｄ」という）に変換する。具体的には、Ｕ相〜Ｗ相の電圧指令値Ｖｕ＿ｃｍｄ，Ｖｖ＿ｃｍｄ，Ｖｗ＿ｃｍｄは、次式（３３）によって算出される。

また、電圧座標変換器１７ｆは、算出したＵ相〜Ｗ相の電圧指令値Ｖｕ＿ｃｍｄ，Ｖｖ＿ｃｍｄ，Ｖｗ＿ｃｍｄを前述した可変電源１６に出力する。

これに伴い、可変電源１６は、Ｕ相〜Ｗ相の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを、Ｕ相〜Ｗ相の電圧指令値Ｖｕ＿ｃｍｄ，Ｖｖ＿ｃｍｄ，Ｖｗ＿ｃｍｄにそれぞれなるように電動機本体１０１に印可する。それにより、Ｕ相〜Ｗ相の電流Ｉｕ〜Ｉｗが制御される。この場合、これらの電流Ｉｕ〜Ｉｗは、次式（３４）〜（３６）でそれぞれ表される。

ここで、Ｉは、目標ｄ軸電流Ｉｄ＿ｔａｒおよび目標ｑ軸電流Ｉｑ＿ｔａｒに基づいて定まる各相の電流の振幅である。

上記のような電流制御によって、第１および第２の回転磁界のベクトルの電気角度位置が、（２θｅ２−θｅ１）で表される電気角度位置に制御されるとともに、第１および第２の回転磁界の電気角速度（以下「磁界電気角速度ωＭＦ」という）が、（２ωｅ２−ωｅ１）で表される電気角速度に制御される。その結果、磁界電気角速度ωＭＦ，第１および第２のロータ電気角速度ωｅ１，ωｅ２の関係は、次式（３７）で表されるとともに、例えば図２４のように示され、同図に示すように共線関係となる。

また、Ｕ相〜Ｗ相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが流れることによって発生する機械的出力Ｗは、リラクタンス分を除くと、次式（３８）で表される。

この式（３８）に式（２８）〜（３０）および式（３４）〜（３６）を代入し、整理すると、次式（３９）が得られる。

この機械的出力Ｗと、第１および第２のロータ２３，２５のトルク（以下、それぞれ「第１ロータトルクＴ１」「第２ロータトルクＴ２」という）と、第１および第２のロータ電気角速度ωｅ１，ωｅ２との関係は、次式（４０）で表される。

これらの式（３９）と式（４０）から明らかなように、第１および第２のロータトルクＴ１，Ｔ２は、次式（４１）および（４２）でそれぞれ表される。

すなわち、第１ロータトルクＴ１と第２ロータトルクＴ２の間には、｜Ｔ１｜：｜Ｔ２｜＝１：２が成立する。

また、第１および第２のロータ電気角速度ωｅ１，ωｅ２をいずれも一定に制御する定速制御中には、第１および第２のロータ回転角θ１，θ２ならびに第１および第２のロータ電気角速度ωｅ１，ωｅ２を検出することなく、磁界電気角速度ωｅＦを（２・ωｅ２ＲＥＦ−ωｅ１ＲＥＦ）で表される電気角速度に制御する。ここで、ωｅ２ＲＥＦは、第２ロータ電気角速度ωｅ２の所定値であり、ωｅ１ＲＥＦは、第１ロータ電気角速度ωｅ１の所定値である。

以上のように、本実施形態によれば、第１および第２の回転磁界のベクトルの電気角度位置を（２θｅ２−θｅ１）で表される電気角度位置に制御するとともに、磁界電気角速度ωＭＦを、第１および第２のロータ電気角速度ωｅ１，ωｅ２との間に共線関係を満たすように制御するので、電動機本体１０１の適切な動作を確保することができる。また、第１永久磁石２３ａおよび第１コア２５ａの回転角度位置のみを検出すればよいので、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂならびに第１および第２のコア２５ａ，２５ｂの回転角度位置をそれぞれ別個のセンサで検出する場合と比較して、部品点数を削減でき、それにより、製造コストを削減できるとともに、電動機１００を小型化することができる。

さらに、トルクや回転数の制御用のマップとして、（２ωｅ２−ωｅ１）とトルクと電圧との関係を表すマップを実験で求め、そのようなマップに応じて第１および第２の回転磁界を制御すればよいので、第１および第２のロータ２３，２５ごとにマップを用意する必要がないとともに、その制御が極めて容易であり、ＥＣＵ１７のメモリの削減や演算負荷の低減が可能になる。

なお、本実施形態による制御手法は、以下のようにして、第１〜第５の実施形態の電動機１，２０，３０，４０，６０にも適用することができる。まず、第１実施形態の電動機１の場合には、第１および第２の回転磁界を次のようにして制御すればよい。すなわち、基準電機子に対する第１コア７ａの電気角度位置をセンサなどで検出し、第２ロータ電気角θｅ２として用いる。また、第１および第２の永久磁石２３ａ，２３ｂに対応する第１および第２の電磁石４ａ，６ａが前述したような位置に固定されていることから、第１ロータ電気角θｅ１を値０とし、第１および第２の回転磁界のベクトルの電気角度位置を２θｅ２で表される電気角度位置に制御するとともに、磁界電気角速度ωＭＦを２ωｅ２で表される電気角速度に制御すればよい。第２実施形態の場合は、本実施形態とまったく同様であるため、その説明については省略する。

第３実施形態の電動機３０の場合には、上述した第１実施形態の場合と同様、基準電機子に対する第１コア７ａの電気角度位置をセンサなどで検出し、第２ロータ電気角θｅ２として用い、第１および第２の移動磁界のベクトルの電気角度位置を２θｅ２で表される電気角度位置に制御するとともに、第１および第２の移動磁界の電気角速度を２ωｅ２で表される電気角速度に制御すればよい。また、第３実施形態において、前述したように、第１および第２の電磁石４ａ，６ａを第２可動板と一体に移動可能に構成した場合には、基準電機子に対する第１電磁石４ａの電気角度位置を検出し、第１ロータ電気角θｅ１として用い、第１および第２の移動磁界のベクトルの電気角度位置を、（２θｅ２−θｅ１）で表される電気角度位置に制御するとともに、第１および第２の移動磁界の電気角速度を、（２ωｅ２−ωｅ１）で表される電気角速度に制御すればよい。

第４実施形態の電動機４０の場合には、第１および第２の電磁石４ａ，６ａが前述したような位置に固定されていることから、第１実施形態の場合と同様、第１ロータ電気角θｅ１を値０とする。また、電動機４０が第１および第２の電動機４１，４２に分割されているものの、後者の極数が前者のｍ倍の関係にあるので、第１電動機４１の電機子５ａに対する第１コア７ａの電気角度位置と、第２電動機４２の電機子５ａに対する第２コア８ａの電気角度位置が互いに電気角としてπ／２ずれていることは、第１実施形態と同様である。したがって、第１コア７ａの電気角度位置をセンサなどで検出し、第２ロータ電気角θｅ２として用いるとともに、第１および第２の回転磁界を第１実施形態の場合と同様にして制御すればよい。

また、第５実施形態の電動機６０は、第４実施形態と異なり、第１および第２の電磁石４ａ，６ａが回転可能に構成されているものの、両者の数や位置が第１実施形態と同様であるため、第１電動機６１の電機子５ａに対する第１電磁石４ａの電気角度位置と、第２電動機７１の電機子５ａに対する第２電磁石６ａの電気角度位置とは互いに同じになる。以上から、この電動機６０の場合には、第１電磁石４ａの電気角度位置を検出し、第１ロータ電気角θｅ１として用い、第１コア７ａの電気角度位置をセンサなどで検出し、第２ロータ電気角θｅ２として用いるとともに、第１および第２の回転磁界を第２実施形態の場合と同様にして制御すればよい。

なお、本実施形態では、第１ロータ回転角θ１として、基準電機子に対する第１永久磁石２３ａの回転角度位置を用いているが、第２永久磁石２３ｂの回転角度位置を用いてもよく、あるいは、ケース２またはステータ２４の任意の部位に対する第１軸２１または第１ロータ２３の任意の部位の回転角度位置を用いてもよい。また、本実施形態では、第２ロータ回転角θ２として、基準電機子に対する第１コア２５ａの回転角度位置を用いているが、第２コア２５ｂの回転角度位置を用いてもよく、あるいは、ケース２またはステータ２４の任意の部位に対する第２軸２２または第２ロータ２５の任意の部位の回転角度位置を用いてもよい。さらに、極数＝２の場合には、第１および第２のロータ回転角θ１，θ２を電気角度位置に変換せずに、第１および第２の回転磁界の制御にそのまま用いてもよいことはもちろんである。

また、本実施形態では、第１および第２の回転磁界の制御を、Ｕ相〜Ｗ相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのベクトル制御により行っているが、第１および第２の回転磁界のベクトルの電気角度位置を（２θｅ２−θｅ１）で表される電気角度位置に制御するとともに、磁界電気角速度ωＭＦを（２ωｅ２−ωｅ１）で表される電気角速度になるように制御できるものであれば、他の任意の手法により行ってもよい。例えば、第１および第２の回転磁界の制御を、Ｕ相〜Ｗ相の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの制御により行ってもよい。以上のことは、本実施形態の制御手法を第１〜第５の実施形態の電動機１，２０，３０，４０，６０に適用した場合にも同様に当てはまる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、本実施形態では、第１および第２の電磁石４ａ，４ｅ，６ａ，６ｅ、電機子５ａ，２４ａ、第１および第２のコア７ａ，２５ａ，８ａ，２５ｂ、第１および第２の永久磁石４ｇ，２３ａ，６ｇ，２３ｂを、それぞれ等間隔に配置しているが、不等間隔で配置してもよい。また、本実施形態では、電動機１、２０および４０において、第１コア７ａ，２５ａの数を第１電機子磁極および第１磁極の数と、第２コア８ａ，２５ｂの数を第２電機子磁極および第２磁極の数と、それぞれ同じに設定しているが、第１コア７ａ，２５ａの数および第２コア８ａ，２５ｂの数を、より小さな値に設定してもよい。

さらに、本実施形態では、電機子５ａ，２４ａのコイル５ｃ，２４ｃを、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相コイルで構成しているが、この相数はこれに限らないことは、もちろんである。また、本実施形態では、コイル５ｃ，２４ｃを集中巻きで鉄芯５ｂ，２４ｂに巻回しているが、この巻回し方はこれに限らず、例えば波巻きでもよい。さらに、本実施形態では、電動機１，２０，３０，４０，６０および電動機本体１０１を制御する制御装置として、ＥＣＵ１７を用いているが、これに限らず、例えば、マイクロコンピュータを搭載した電気回路などを用いてもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本発明の第１実施形態による電動機の径方向に沿う断面図である。 図１のＡ−Ａ線の位置で周方向に沿って破断した断面の一部を、第１および第２の回転磁界の発生時において示す展開図である。 図１のＡ−Ａ線の位置で周方向に沿って破断した断面の一部を、図２とは別の第１および第２の回転磁界の発生時において示す展開図である。 図１の電動機の動作を説明するための図である。 図４の続きの動作を説明するための図である。 図１の電動機の動作中に構成される磁気回路を示す図である。 第１駆動力、第２駆動力および軸トルクの関係を模式的に示す図である。 互いに連結された２つの電動機の径方向に沿う断面図である。 第１実施形態の第１変形例による電動機の径方向に沿う断面図である。 第１実施形態の第２変形例による電動機の径方向に沿う断面図である。 第２実施形態による電動機の径方向に沿う断面図である。 図１１のＢ−Ｂ線の位置で周方向に沿って破断した断面の一部を、第１および第２の回転磁界の発生時において示す展開図である。 図１２の展開図の構成と機能的に同じ構成を示す図である。 磁界回転速度、第１軸回転速度および第２軸回転速度の関係を表す速度線図を、（ａ）第１軸を固定した場合において、（ｂ）第２軸を固定した場合において、（ｃ）第１軸および第２軸が、第１および第２の回転磁界と同方向に回転している場合において、（ｄ）第１および第２の回転磁界に対し、第１軸が逆方向に、第２軸が同方向に回転している場合において、それぞれ示す図である。 第２軸を固定した場合における図１１の電動機の動作を説明するための図である。 図１５の続きの動作を説明するための図である。 第３実施形態による電動機の正面断面図である。 図１７の電動機の平面図である 第４実施形態による電動機の径方向に沿う断面図である。 第５実施形態による電動機のスケルトン図である。 第６実施形態による電動機などを示すブロック図である。 第１永久磁石や第１コア、ステータに相当する等価回路を示す図である。 第２永久磁石や第２コア、ステータに相当する等価回路を示す図である。 磁界電気角速度、第１および第２のロータ電気角速度の関係の一例を表す速度線図である。 第１〜第３の部材に相当する等価回路を示す図である。 第４〜第６の部材に相当する等価回路を示す図である。 一般的なブラシレスＤＣモータの等価回路を示す図である。

符号の説明

１ 電動機
２ ケース（第１、第２、第４、および第５の部材）
３ 軸（第３および第６の部材）
４ 第１ステータ（第１磁極列）
４ａ 第１電磁石（第１磁極）
５ 第２ステータ（第１および第２の電機子列）
５ａ 電機子（第１および第２の電機子）
５ｃ コイル（３相の界磁巻線）
６ 第３ステータ（第２磁極列）
６ａ 第２電磁石（第２磁極）
７ 第１ロータ（第１軟磁性体列）
７ａ 第１コア（第１軟磁性体）
８ 第２ロータ（第２軟磁性体列）
８ａ 第２コア（第２軟磁性体）
１７ ＥＣＵ（磁力調整手段、第１相対位置関係検出装置、第２相対位置関係検出装置
、相対位置関係検出装置、制御装置）
４ｅ 第１電磁石（第１磁極）
６ｅ 第２電磁石（第２磁極）
４ｂ 鉄芯
６ｂ 鉄芯
４ｆ 永久磁石
６ｆ 永久磁石
４ｇ 第１永久磁石（第１磁極）
６ｇ 第２永久磁石（第２磁極）
５０ 回転位置センサ（第１相対位置関係検出装置、第２相対位置関係検出装置）
２０ 電動機
２１ 第１軸（第２および第５の部材）
２２ 第２軸（第３および第６の部材）
２３ 第１ロータ（第１および第２の磁極列）
２３ａ 第１永久磁石（第１磁極）
２３ｂ 第２永久磁石（第２磁極）
２４ ステータ（第１および第２の電機子列）
２４ａ 電機子（第１および第２の電機子）
２４ｃ コイル（３相の界磁巻線）
２５ 第２ロータ（第１および第２の軟磁性体列）
２５ａ 第１コア（第１軟磁性体）
２５ｂ 第２コア（第２軟磁性体）
５０ａ 第１回転位置センサ（第１相対位置関係検出装置、第２相対位置関係検出装置）
５０ｂ 第２回転位置センサ（第１相対位置関係検出装置、第２相対位置関係検出装置）
３０ 電動機
３１ ケース（第１、第２、第４および第５の部材）
３２ 第１移動子（第１軟磁性体列）
３３ 第２移動子（第２軟磁性体列）
３４ 可動板（第３および第６の部材）
５０ｃ 位置センサ（第１相対位置関係検出装置、第２相対位置関係検出装置）
４０ 電動機
４１ａ 軸（第３部材）
４２ａ 軸（第６部材）
５０ｄ 第１回転位置センサ（第１相対位置関係検出装置）
５０ｅ 第２回転位置センサ（第２相対位置関係検出装置）
６０ 電動機
６２ 第１軸（第２部材）
６３ 第２軸（第３部材）
６４ 磁石ロータ（第１磁極列）
７２ 第１軸（第５部材）
７３ 第２軸（第６部材）
７４ 磁石ロータ（第２磁極列）
９１ 第１回転位置センサ（第１相対位置関係検出装置、第２相対位置関係検出装置）
９２ 第２回転位置センサ（第１相対位置関係検出装置、第２相対位置関係検出装置）
１００ 電動機
１０５ 第１回転位置センサ（相対位置関係検出装置）
１０６ 第２回転位置センサ（相対位置関係検出装置）
Ｖ０ 磁界回転速度（第１および第２の移動磁界の速度）
Ｖ１ 第１軸回転速度（第２および第５の部材の速度）
Ｖ２ 第２軸回転速度（第３および第６の部材の速度）
ωＭＦ 磁界電気角速度（第１および第２の移動磁界の速度）
ωｅ１ 第１ロータ電気角速度（第２および第５の部材の速度）
ωｅ２ 第２ロータ電気角速度（第３および第６の部材の速度）
θｅ１ 第１ロータ電気角（検出された一方の相対的な位置関係、検出された第２または
第５の部材の電気角度位置）
θｅ２ 第２ロータ電気角（検出された一方の相対的な位置関係、検出された第３または
第６の部材の電気角度位置）

Claims (16)

1. 第１所定方向に並んだ複数の第１電機子で構成され、電力の供給に伴って当該複数の第１電機子に発生する磁極により、前記第１所定方向に沿って移動する第１移動磁界を発生させる第１電機子列が設けられた第１部材と、
   前記第１所定方向に並んだ複数の第１磁極で構成され、隣り合う各２つの前記第１磁極が互いに異なる極性を有するとともに前記第１電機子列に対向するように配置された第１磁極列が設けられた第２部材と、
   互いに所定の間隔で前記第１所定方向に並んだ複数の第１軟磁性体で構成され、前記第１電機子列と前記第１磁極列の間に配置された第１軟磁性体列が設けられた第３部材と、
   第２所定方向に並んだ複数の第２電機子で構成され、電力の供給に伴って当該複数の第２電機子に発生する磁極により、前記第２所定方向に沿って移動する第２移動磁界を発生させる第２電機子列が設けられた第４部材と、
   前記第２所定方向に並んだ複数の第２磁極で構成され、隣り合う各２つの前記第２磁極が互いに異なる極性を有し、かつ前記第２電機子列に対向するように配置された第２磁極列が設けられるとともに、前記第２部材に連結された第５部材と、
   互いに所定の間隔で前記第２所定方向に並んだ複数の第２軟磁性体で構成され、前記第２電機子列と前記第２磁極列の間に配置された第２軟磁性体列が設けられるとともに、前記第３部材に連結された第６部材と、を備え、
   前記第１電機子の各磁極および前記各第１磁極が互いに対向する第１対向位置にあるときには、前記第２電機子の各磁極および前記各第２磁極が互いに対向する第２対向位置に位置し、前記第１対向位置に位置する前記第１電機子の各磁極および前記各第１磁極が互いに異なる極性のときには、前記第２対向位置に位置する前記第２電機子の各磁極および前記各第２磁極が互いに同一極性を示し、前記第１対向位置に位置する前記第１電機子の各磁極および前記各第１磁極が互いに同一極性のときには、前記第２対向位置に位置する前記第２電機子の各磁極および前記各第２磁極が互いに異なる極性を示し、
   前記第１電機子の各磁極および前記各第１磁極が前記第１対向位置にある場合において、前記各第１軟磁性体が前記第１電機子の磁極および前記第１磁極の間に位置するときには、前記各第２軟磁性体が前記第２所定方向に隣り合う２組の前記第２電機子の磁極および前記第２磁極の間に位置するとともに、前記各第２軟磁性体が前記第２電機子の磁極および前記第２磁極の間に位置するときには、前記各第１軟磁性体が前記第１所定方向に隣り合う２組の前記第１電機子の磁極および前記第１磁極の間に位置するように構成されていることを特徴とする電動機。
2. 前記第１および第４の部材が移動不能に、前記第２および第３の部材ならびに前記第５および第６の部材が移動可能に構成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. 前記第１、第２、第４および第５の部材のいずれもが移動不能に、前記第３および第６の部材が移動可能に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電動機。
4. 前記第１および第２の磁極は、永久磁石の磁極で構成されていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の電動機。
5. 前記第１および第２の磁極は、電磁石の磁極で構成されていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の電動機。
6. 前記第１および第２の磁極は、電磁石の磁極で構成されており、当該電磁石は、鉄芯と当該鉄芯を磁化可能な永久磁石とを有していることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の電動機。
7. 前記電磁石の磁力を調整する磁力調整手段をさらに備えることを特徴とする、請求項５または６に記載の電動機。
8. 前記第１および第２の電機子列に用いられる巻線として、３相の界磁巻線を用いることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれかに記載の電動機。
9. 前記第１および第２の電機子列は、互いに共通の単一の電機子列により構成され、
   前記第１および第４の部材は、互いに一体に構成され、
   前記第２および第５の部材は、互いに一体に構成され、
   前記第３および第６の部材は、互いに一体に構成されていることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれかに記載の電動機。
10. 前記第１電機子の磁極、前記第１磁極および前記第１軟磁性体の数は、互いに同じに設定され、
    前記第２電機子の磁極、第２磁極および第２軟磁性体の数は、互いに同じに設定されていることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記載の電動機。
11. 当該電動機は回転機であることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれかに記載の電動機。
12. 当該電動機はリニアモータであることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記載の電動機。
13. 前記第１部材、前記第２部材および前記第３部材の相対的な位置関係を検出する第１相対位置関係検出装置と、
    前記第４部材、前記第５部材および前記第６部材の相対的な位置関係を検出する第２相対位置関係検出装置と、
    前記検出された前記第１〜第３の部材の相対的な位置関係および前記第４〜第６の部材の相対的な位置関係に基づいて、前記第１および第２の移動磁界を制御する制御装置と、
    をさらに備えることを特徴とする、請求項１ないし１２のいずれかに記載の電動機。
14. 前記第１移動磁界、前記第２部材および前記第３部材の速度が互いに共線関係を満たし、かつ、前記第２移動磁界、前記第５部材および前記第６部材の速度が互いに共線関係を満たすように、前記第１および第２の移動磁界を制御する制御装置をさらに備えることを特徴とする、請求項１ないし１２のいずれかに記載の電動機。
15. 前記第１および第４の部材は互いに連結されており、
    前記第１部材、前記第２部材および前記第３部材の相対的な位置関係、および前記第４部材、前記第５部材および前記第６部材の相対的な位置関係の一方を検出する相対位置関係検出装置と、
    前記検出された前記一方の相対的な位置関係に基づいて、前記第１および第２の移動磁界を制御する制御装置と、
    をさらに備えることを特徴とする、請求項１ないし１２のいずれかに記載の電動機。
16. 前記相対位置関係検出装置は、前記一方の相対的な位置関係として、前記第１部材に対する前記第２および第３の部材の電気角度位置、または、前記第４部材に対する前記第５および第６の部材の電気角度位置を検出し、
    前記制御装置は、前記検出された第３または第６の部材の電気角度位置の２倍の値と、前記検出された第２または第５の部材の電気角度位置との偏差に基づいて、前記第１および第２の移動磁界を制御することを特徴とする、請求項１５に記載の電動機。

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