JP2008099366A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】位相を維持するために付与するエネルギーを可及的に小さくできるようにして、省エネルギー化を図ることのできる電動機を提供する。
【解決手段】内周側永久磁石９Ｂを有する内周側回転子６の外側に、外周側永久磁石９Ａを有する外周側回転子５を同軸にかつ相対回動可能に配置する。内周側回転子６と外周側回転子５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１２を設ける。位相変更手段１２は、前記内周側永久磁石９Ｂと外周側永久磁石９Ａが異磁極同士で対向する内周側回転子６と外周側回転子５の相対位置を原点位置としたときに、この原点位置から電気角で１８０°を超え、かつ電気角で３６０°を超えない相対位置を内周側回転子６と外周側回転子５の弱め界磁側の位相規制位置とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、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定数を増大させ、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定数を減少させる。
特開２００２−２０４５４１号公報

しかし、この従来の電動機においては、外周側回転子と内周側回転子の相対位置に応じて永久磁石間に相対トルクが発生するため、両回転子の位相を変更した後にその位相を維持するために大きなエネルギーを付与し続けなければならない場合がある。例えば、永久磁石が異磁極同士で対向する位置（強め界磁の位置）を両回転子の原点位置とし、この原点位置と、同位置から弱め界磁側に電気角で１８０°進んだ位置（以下、「１８０°位置」と呼ぶ）の間を両回転子が移動し得るものとすると、両回転子の相対位置が原点位置と１８０°位置の間にあるときには、常に、永久磁石による相対トルクが両回転子を原点位置に戻すように働く。このため、両回転子の相対位相を弱め界磁側に変更した後には、両回転子が永久磁石による相対トルクによって原点位置に押し戻されないように位相を維持するための力を付与しなければならない。

そこでこの発明は、位相を維持するために付与するエネルギーを可及的に小さくできるようにして、省エネルギー化を図ることのできる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請求項１に記載の発明は、円周方向に沿うように内周側永久磁石（例えば、後述の実施形態における内周側永久磁石９Ｂ）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９Ａ）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位相変更手段１２）と、を備えた電動機であって、前記位相変更手段は、前記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前記内周側回転子と外周側回転子の相対位置を原点位置としたときに、この原点位置から電気角で１８０°を超え、かつ電気角で３６０°を超えない相対位置を前記内周側回転子と外周側回転子の弱め界磁側の位相規制位置としたことを特徴とする。
これにより、内周側回転子と外周側回転子が位相変更手段によって弱め界磁側に最大に操作されると、原点位置から電気角で１８０°を超え、かつ電気角で３６０°を超えない範囲で位置規制されるようになる。両回転子の相対位置が電気角で１８０°を超えると、同極同士で近接する内周側永久磁石と外周側永久磁石の間に両回転子の相対回動を進めるように磁気反力が作用するため、それ以後位相変更手段から大きな操作力を付与しなくても両回転子の相対位置が弱め界磁側の規制位置に維持されるようになる。

また、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、前記位相変更手段は、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、後述の実施形態におけるベーンロータ１４，ドライブプレート１６）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ともに、前記第１部材との間に作動液の導入される作動室（例えば、後述の実施形態における進角側作動室２４および遅角側作動室２５）が設けられる第２部材（例えば、後述の実施形態における環状ハウジング１５）と、を備え、前記作動室に対する作動液の給排によって前記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ことを特徴とする。
これにより、第１部材と第２部材の間に設けられた作動室に作動液が給排されると、その作動液の給排に応じて内周側回転子と外周側回転子の相対的な位相が自由に変更されるようになる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電動機において、前記第１部材と第２部材のうちの一方が、外周に複数のベーン（例えば、後述の実施形態におけるベーン１８）を有するベーンロータ（例えば、後述の実施形態におけるベーンロータ１４）によって構成され、前記第１部材と第２部材のうちの他方が、前記各ベーンの収容される複数の凹部（例えば、後述の実施形態における凹部１９）を備えたハウジング（例えば、後述の実施形態における環状ハウジング１５）によって構成され、前記各凹部内が前記ベーンによって一対の作動室に隔成されていることを特徴とする。
これにより、一方の作動室に作動液が導入され、他方の作動室から作動液が排出されると、ベーンロータのベーンの前後に圧力差が生じ、それによってベーンロータがハウジングに対して相対回動するようになる。その結果、内周側回転子と外周側回転子との相対位相が変更されることになる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の電動機において、前記第１部材と第２部材のうちの一方に軸部（例えば、後述の実施形態における軸部１１２ｂ）が設けられるとともに、前記第１部材と第２部材のうちの他方に、前記軸部の外側を囲繞する筒部（例えば、後述の実施形態における肉厚部１１３ａ）が設けられ、内周面と外周面が前記軸部と筒部に夫々ヘリカルスプライン係合するリングギヤ（例えば、後述の実施形態におけるリングギヤ１１８）が設けられ、前記第１部材と第２部材の間に作動液の導入空間が設けられ、この導入空間に摺動自在に収容されて前記導入空間内を一対の作動室（例えば、後述の実施形態における進角側作動室２４，遅角側作動室２５）に隔成するピストン（例えば、後述の実施形態におけるピストン１２２）が設けられるとともに、このピストンが前記リングギヤと一体変位可能に連結されていることを特徴とする。
これにより、一方の作動室に作動液が導入され、他方の作動室から作動液が排出されると、ピストンが導入空間内を一端側から他端側に移動し、このとき、リングギヤがピストンに追従して移動するようになる。こうしてリングギヤが移動すると、リングギヤにヘリカルスプライン係合する軸部と筒部が相対的に回転し、その結果、内周側回転子と外周側回転子との相対位相が変更されることになる。

また、請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の電動機において、前記第１部材と第２部材のうちの一方に、回転軸線を中心とする円周の略接線方向に沿い互いに相反する回転方向に向く第１のシリンダ（例えば、後述の実施形態における第１のシリンダ２１４）と第２のシリンダ（例えば、後述の実施形態における第２のシリンダ２１５）が設けられるとともに、この第１のシリンダと第２のシリンダに第１のピストン（例えば、後述の実施形態における第１のピストン２１６）と第２のピストン（例えば、後述の実施形態における第２のピストン２１７）が夫々進退自在に設けられ、前記第１部材と第２部材のうちの他方に、前記両回転子の略半径方向に沿い夫々前記第１のピストンと第２のピストンの頂部に当接する第１の荷重伝達壁（例えば、後述の実施形態における第１の荷重伝達壁２１８）と第２の荷重伝達壁（例えば、後述の実施形態における第２の荷重伝達壁２１９）が設けられ、前記第１のシリンダと第１のピストンの間と、前記第２のシリンダと第２のピストンの間で前記作動室が構成されていることを特徴とする。
これにより、例えば、第１のシリンダと第１のピストンの間の作動室に作動液が導入され、第２のシリンダと第２のピストンの間の作動室から作動液が排出されると、第１のピストンが第１の荷重伝達壁を押圧して内周側回転子と外周側回転子を一方に相対回転させるようになり、逆に、第２のシリンダと第２のピストンの間の作動室に作動液が導入され、第１のシリンダと第１のピストンの間の作動室から作動液が排出されると、第２のピストンが第２の荷重伝達壁を押圧して内周側回転子と外周側回転子を他方に相対回転させるようになる。

請求項１に記載の発明によれば、内周側回転子と外周側回転子の弱め界磁側の相対位置が、原点位置から電気角で１８０°を超え、かつ電気角で３６０°を超えない範囲で位置規制されるようにしたため、両回転子の相対位置が電気角で１８０°を超えた時点で内周側永久磁石と外周側永久磁石の磁気反力が両回転子を弱め界磁側の規制位置に付勢するように働くようになり、その結果、両回転子の相対位置を弱め界磁側に維持するのに必要なエネルギーを小さく、若しくは、完全にゼロにすることが可能になる。

請求項２〜５に記載の発明によれば、さらに、位相変更手段の構造の簡素化と、応答性の高い位相制御を実現することができる。

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６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〜図４に示すように円環状の固定子２（図１参照）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、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が後に詳述する設定角度の範囲で回動可能とされている。

外周側回転子５と内周側回転子６は、回転子本体である円環状のロータ鉄心７，８が例えば焼結金属によって形成され、その各ロータ鉄心７，８に複数の磁石装着スロット７ａ…，８ａ…が円周方向に沿って形成されている。各磁石装着スロット７ａ，８ａには、厚み方向に磁化された平板状の外周側永久磁石９Ａと内周側永久磁石９Ｂが夫々装着されている。そして、磁石装着スロット７ａ，８ａは、外周側回転子５上と内周側回転子６上で夫々円周方向で隣接するもの２つが一組を成し、各組の磁石装着スロット７ａ，８ａに同磁極が同方向を向くように外周側永久磁石９Ａと内周側永久磁石９Ｂが夫々装着されている。また、外周側回転子５上の隣接する組の磁石装着スロット７ａに装着される外周側永久磁石９Ａ同士は磁極の向きが逆向きになり、内周側回転子６上の隣接する組の磁石装着スロット８ａに装着される内周側永久磁石９Ｂ同士も磁極の向きが逆向きになっている。即ち、外周側回転子５においては、外周側がＮ極とされた外周側永久磁石９Ａの対とＳ極とされた外周側永久磁石９Ａの対が円周方向に交互に並んで配置されており、内周側回転子６においては、外周側がＮ極とされた内周側永久磁石９Ｂの対と、Ｓ極とされた内周側永久磁石９Ｂの対が交互に並んで配置されている。
なお、内周側回転子６の隣接する磁石装着スロット８の組の間には、磁束の流れを制御するための切欠き部１０が形成されている。

外周側回転子５と内周側回転子６の磁石装着スロット７ａ，８ａは夫々同数設けられ、両回転子５，６の永久磁石９Ａ，９Ｂが夫々１対１で対応するようになっている。したがって、外周側回転子５と内周側回転子６の各磁石装着スロット７ａ，８ａ内の永久磁石９Ａ，９Ｂ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、回転子ユニット３全体の界磁が最も弱められる弱め界磁（図４，図５（ｂ）参照）の状態を得ることができるとともに、外周側回転子５と内周側回転子６の各磁石装着スロット７ａ，８ａ内の永久磁石９Ａ，９Ｂ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、回転子ユニット３全体の界磁が最も強められる強め界磁の状態（図２，図５（ａ）参照）を得ることができる。

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を備えている。この回動機構１１は、両回転子５，６の相対位相を任意に変更するための位相変更手段１２の一部を構成するものであり、非圧縮性の作動流体である作動液の圧力によって操作されるようになっている。位相変更手段１２は、上記の回動機構１１と、この回動機構１１に対する作動液の給排を制御する液圧制御装置１３と、を主要な要素として構成されている。

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（第１部材）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（第２部材）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（第１部材）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（規制手段）として機能する。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、作動液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４中の矢印Ｒで示す電動機１の主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の主回転方向Ｒと逆側に進めることを言うものとする。

また、各進角側作動室２４と遅角側作動室２５に対する作動液の給排は回転軸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、液圧制御装置１３の進角側給排通路２６に接続され、遅角側作動室２５は同液圧制御装置１３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。

この実施形態の電動機１の場合、内周側回転子６が外周側回転子５に対して最遅角位置にあるときに、内周側永久磁石９Ｂと外周側永久磁石９Ａが異極同士で対向して強め界磁の状態（図２，図５（ａ）参照）になり、内周側回転子６が外周側回転子５に対して最進角位置にあるときに、内周側永久磁石９Ｂと外周側永久磁石９Ａが同極同士で対向して弱め界磁の状態（図４，図５（ｂ）参照）になるように設定されている。
なお、この電動機１は、進角側作動室２４と遅角側作動室２５に対する作動液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。

一方、液圧制御装置１３は、図１に示すように、オイルタンク３０から作動液を吸い上げて通路に吐出するオイルポンプ３１と、オイルポンプ３１から吐出された作動液の液圧を調整するレギュレータバルブ３２と、レギュレータバルブ３２で調圧された作動液を進角側給排通路２６または遅角側給排通路２７に供給し、不要な作動液を遅角側給排通路２７または進角側給排通路２６からオイルタンク３０に戻す流路切換弁３３と、を備え、オイルポンプ３１および流路切換弁３３が図示しないコントローラによって制御されるようになっている。

ところで、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の相対回動位置は前述のようにベーンロータ１４のベーン１８と環状ハウジング１５の仕切壁２１が当接することで機械的に規制されるようになっているが、両回転子６，５の強め界磁側と弱め界磁側の規制位置は以下のように設定されている。なお、以下では、内周側永久磁石９Ｂと外周側永久磁石９Ｂが異磁極同士で対向配置される両回転子６，５の相対位置を原点位置と呼ぶものとする。

即ち、この電動機１の場合、図６に示すように電気角０°の原点位置から電気角１８０°の位置までが両回転子６，５の回動範囲とされているのではなく、強め界磁側の規制位置Ａ_１は、原点位置から進角側に僅かに進んだ位置（電気角で１２０°を超えない位置）とされ、弱め界磁側の規制位置Ａ_２は、電気角で１８０°を超え、かつ電気角で３６０°を超えない位置（望ましくは、電気角で１８０°を超え、かつ、相対トルクが最大になる電気角である２４０°を超えない位置）とされている。

この電動機１の強め界磁側の規制位置Ａ_１は、原点位置から進角側に僅かに進んだ位置に設定されているが、この位置は内周側永久磁石９Ｂと外周側永久磁石９Ａが異磁極同士で完全に対面する位置から僅かに離れた位置であることから、両永久磁石９Ｂ，９Ａ間の吸引力は両回転子６，５を原点位置方向に回転させる相対トルクとして働くようになる。
また、この電動機１の弱め界磁側の規制位置Ａ_２は、電気角で１８０°を超え、かつ電気角で３６０°を超えない位置に設定されているが、この位置は内周側永久磁石９Ｂと外周側永久磁石９Ａの同極同士が完全に対面する位置を越えた位置であることから、両永久磁石９Ｂ，９Ａ間の反発力は両回転子６，５を原点位置から遠ざける方向に回転させる相対トルクとして働くようになる。

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の相対位置が強め界磁側の規制位置Ａ_１と弱め界磁側の規制位置Ａ_２にある場合に、内周側永久磁石９Ｂと外周側永久磁石９Ａによる相対トルクが両回転子６，５の相対位置を各規制位置Ａ_１，Ａ_２に維持するように働くため、永久磁石９Ｂ，９Ａによる相対トルクを利用して、両回転子６，５を強め界磁側と弱め界磁側に夫々維持することができる。このため、内周側回転子６と外周側回転子５の相対位置を弱め界磁側や強め界磁側に維持するために回動機構１１に加える操作力を小さく、若しくは、完全にゼロにすることができる。

また、この実施形態の電動機１は、ベーンロータ１４、ドライブプレート１６、環状ハウジング１５等を主要素とする液圧作動式の回動機構１１によって内周側回転子６と外周側回転子５の相対位相が変更されるようになっているため、簡単な構造でありながら両回転子６，５の位相を任意のタイミングで迅速に変更することができる。

図７，図８は、この発明の第２の実施形態と第３の実施形態を夫々示すものである。
これらの実施形態の電動機１は、いずれも位相変更手段１２の回動機構１１１，２１１の構成が第１の実施形態のものと異なっており、他の構成は第１の実施形態のものとほぼ同様とされている。したがって、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付し、重複する部分については説明を省略するものとする。

図７に示す第２の実施形態の回動機構１１１は、回転軸４の外面に一体回転可能にスプライン嵌合されたボビン状の内筒部材１１２（第１部材）と、内筒部材１１２の外周側に配置された円筒状の外筒部材１１３（第２部材）とを備え、この外筒部材１１３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、内筒部材１１２の軸方向外側の両側壁１１２ａ，１１２ａが、外筒部材１１３と内周側回転子６の両側の側端部を跨ぐ一対のドライブプレート１１４，１１４（第１部材）を介して外周側回転子５に一体に結合されている。この回動機構１１１の場合、内筒部材１１２は回転軸４と外周側回転子５に一体化され、外筒部材１１３は内周側回転子６に一体化されている。

内筒部材１１２の両側壁１１２ａの外周面には外筒部材１１３が摺動自在に嵌合され、内筒部材１１２と外筒部材１１３の間に、作動液が導入される円筒状の導入空間１１５が形成されている。外筒部材１１３の内周面の軸方向略中間位置には、径方向内側に突出する肉厚部１１３ａ（筒部）が形成され、この肉厚部１１３ａの内周面と内筒部材１１２の軸部１１２ｂの略半部（図中左側領域）の外周面には夫々逆向きのヘリカルスプライン１１６，１１７が形成されている。そして、内筒部材１１２の軸部１１２ａと外筒部材１１３の間には、両者の内周と外周の各ヘリカルスプライン１１７，１１６に係合されるリングギヤ１１８が介装されている。なお、リングギヤ１１８の内周面と外周面には内筒部材１１２と外筒部材１１３のヘリカルスプライン１１７，１１６に噛合されるヘリカルスプラインが形成されているが、これらのヘリカルスプラインは図中符号を省略するものとする。

また、リングギヤ１１８は一端が封止壁１１９で連結された二重円筒状に形成され、リングギヤ１１８の封止壁１１９のある側の外周壁の一端は筒状に延出し、その延出端には径方向外側に突出するフランジ部１２０が設けられている。このフランジ部１２０の外周面は、外筒部材１１３のヘリカルスプライン１１６の形成されていない略半部の内周面にシールリング１２１を介して摺動自在に嵌合されている。このリングギヤ１１８の一端の封止壁１１９からフランジ部１２０にかけては導入空間１１５内を前後２室に隔成するピストン１２２を構成し、こうしてピストン１２２で隔成された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。そして、進角側作動室２４と遅角側作動室２５は、内筒部材１１２から回転軸４に亘って形成された進角側給排通路２６と遅角側給排通路２７に夫々接続されている。進角側給排通路２６と遅角側給排通路２７は第１の実施形態と同様の液圧制御装置（図示省略）に接続されている。

以上の構成において、進角側作動室２４に作動液が供給され、遅角側作動室２５から作動液が排出された場合には、ピストン１２２を含むリングギヤ１１８が導入空間１１５内を一方から他方に移動し、このとき、リングギヤ１１８にヘリカルスプライン１１７，１１６で係合される内筒部材１１２と外筒部材１１３が一方に相対回転して、内周側回転子６を外周側回転子５に対して進角側に回転させる。また、逆に、遅角側作動室２５に作動液が供給され、進角側作動室２４から作動液が排出された場合には、ピストン１２２を含むリングギヤ１１８が導入空間１１５内を他方から一方に移動し、同様にして内周側回転子６を外周側回転子５に対して遅角側に回転させる。

そして、回動機構１１１による内周側回転子６と外周側回転子５の回動範囲は前述の第１の実施形態と同様に規制されている。つまり、図６に示すように、強め界磁側の規制位置Ａ_１は、原点位置から進角側に僅かに進んだ位置（電気角で１２０°を超えない位置）とされ、弱め界磁側の規制位置Ａ_２は、電気角で１８０°を超え、かつ電気角で３６０°を超えない位置（望ましくは、電気角で１８０°を超え、かつ、相対トルクが最大になる電気角である２４０°を超えない位置）とされている。

この回動機構１１１の場合、簡単な構造でありながら液圧制御装置によって制御された液圧によって内周側回転子５と外周側回転子６の相対位相を任意のタイミングで迅速に変更することができる。
なお、ここで説明した図７に示す実施形態においては、導入空間１１５を２室に隔成するピストン１２２がリングギヤ１１８と一体に形成されているが、ピストンとリングギヤは夫々別体で形成し、両者を連結部材で結合するようにしても良い。

また、図８に示す第３の実施形態の回動機構２１１は、回転軸４の外面に一体回転可能にスプライン嵌合された内側ブロック２１２（第１部材）と、この内側ブロック２１２の外周側に配置される略筒状の外側ブロック２１３（第２部材）とを備え、この外側ブロック２１３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、内側ブロック２１２の軸方向の端部が、外側ブロック２１３と内周側回転子６の側端部を跨ぐ図示しないドライブプレート（第１部材）を介して外周側回転子５に一体に結合されている。この回動機構２１１の場合、内側ブロック２１２は回転軸４と外周側回転子５に一体化され、外側ブロック２１３は内周側回転子６に一体化されている。

内側ブロック２１２には、径方向外側に張り出す一対のアーム部２１２ａが設けられ、この各アーム部２１２ａの先端に、回転軸４を中心とする円周の略接線方向に沿い互いに相反する回転方向に開口する第１のシリンダ２１４と第２のシリンダ２１５が形成されている。そして、両アーム部２１２ａの第１のシリンダ２１４と第２のシリンダ２１５には第１のピストン２１６と第２のピストン２１７が進退自在に嵌合され、これらの各シリンダ２１４，２１５には対応するピストン２１６，２１７を進退作動させるための作動液が給排されるようになっている。第１のシリンダ２１４は電動機１の主回転方向に向かって開口して、第１のピストン２１６との間で進角側作動室２４を形成し、第２シリンダ２１５は主回転方向と逆向きに開口して、第２のピストン２１７との間で遅角側作動室２５を形成している。そして、進角側作動室２４と遅角側作動室２５は、内側ブロック２１２から回転軸４に亘って形成された給排通路を介して第１の実施形態と同様の液圧制御装置に接続されている。また、各ピストン２１６，２１７は頂部２１６ａ，２１７ａが封止された略円筒状に形成され、頂部２１６ａ，２１７ａの外側面が球面状に形成されている。

一方、外側ブロック２１３は、内周側回転子６に嵌合固定される円筒状のベース部２１３ａと、このベース部２１３ａの内周面から径方向内側に膨出する一対の隆起部２１３ｂ，２１３ｂが設けられている。各隆起部２１３ｂには、回転軸４の略半径方向に沿い、内側ブロック２１２の第１のピストン２１６の頂部２１６ａに当接する第１の荷重伝達壁２１８と、同様に回転軸４の半径方向に沿い、内側ブロック２１２の第２のピストン２１７の頂部２１７ａに当接する第２の荷重伝達壁２１９が形成されている。

この実施形態の場合、例えば、進角側作動室２４に作動液が供給されると、図８に示すように内側ブロック２１２の第１のピストン２１６が突出する一方で第２のピストン２１７が後退し、このとき、第１のピストン２１６が外側ブロック２１３の第１の荷重伝達壁２１８を押圧し、外側ブロック２１３を内側ブロック２１２に対して進角方向に回転させる。これにより、外側ブロック２１３と一体の内周側回転子６が、内側ブロック２１２と一体の外周側回転子５に対して進角方向に回転する。また、この状態から逆に遅角側作動室２５に作動液が供給されて進角側作動室２４から作動液が排出されると、第２のピストン２１７が突出する一方で第１のピストン２１６が後退し、第２のピストン２１７が外側ブロック２１３の第２の荷重伝達壁２１９を押圧することによって内側回転子６を外側回転子５に対して遅角方向に回転させる。

そして、回動機構２１１による内周側回転子６と外周側回転子５の回動範囲は前述の第１，第２の実施形態と同様に規制されている。つまり、図６に示すように、強め界磁側の規制位置Ａ_１は、原点位置から進角側に僅かに進んだ位置（電気角で１２０°を超えない位置）とされ、弱め界磁側の規制位置Ａ_２は、電気角で１８０°を超え、かつ電気角で３６０°を超えない位置（望ましくは、電気角で１８０°を超え、かつ、相対トルクが最大になる電気角である２４０°を超えない位置）とされている。

この回動機構２１１の場合にも、やはり簡単な構造でありながら、液圧によって内周側回転子５と外周側回転子６の相対位相を任意のタイミングで迅速に変更することができる。

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。

この発明の第１の実施形態の電動機の要部断面図。 同実施形態の電動機の最遅角位置に制御されている回転子ユニットの一部部品を省略した側面図。 同実施形態の電動機の回転子ユニットの分解斜視図。 同実施形態の電動機の最進角位置に制御されている回転子ユニットの一部部品を省略した側面図。 内周側永久磁石と外周側永久磁石が同極配置された強め界磁状態を模式的に示す図（ａ）と、内周側永久磁石と外周側永久磁石が異極配置された弱め界磁状態を模式的に示す図（ｂ）を併せて記載した図。 同実施形態の電動機の相対トルク−位相差特性図。 この発明の第２の実施形態の電動機の要部断面図。 この発明の第３の実施形態を示すものであり、回転子ユニットの部分断面側面図。

符号の説明

５…外周側回転子
６…内周側回転子
９Ａ…外周側回転子
９Ｂ…内周側回転子
１２…位相変更手段
１４…ベーンロータ（第１部材）
１５…環状ハウジング（ハウジング，第２部材）
１６…ドライブプレート（第１部材）
１８…ベーン
１９…凹部
２４…進角側作動室（作動室）
２５…遅角側作動室（作動室）
１１２…内筒部材（第１部材）
１１２ｂ…軸部
１１３…外筒部材（第２部材）
１１３ａ…肉厚部（筒部）
１１８…リングギヤ
１２２…ピストン
２１２…内側ブロック（第１部材）
２１３…外側ブロック（第２部材）
２１４…第１のシリンダ
２１５…第２のシリンダ
２１６…第１のピストン
２１６ａ…頂部
２１７…第２のピストン
２１７ａ…頂部
２１８…第１の荷重伝達壁
２１９…第２の荷重伝達壁

Claims (5)

1. 円周方向に沿うように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、
   前記位相変更手段は、前記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前記内周側回転子と外周側回転子の相対位置を原点位置としたときに、この原点位置から電気角で１８０°を超え、かつ電気角で３６０°を超えない相対位置を前記内周側回転子と外周側回転子の弱め界磁側の位相規制位置としたことを特徴とする電動機。
2. 前記位相変更手段は、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ともに、前記第１部材との間に作動液の導入される作動室が設けられる第２部材と、を備え、
   前記作動室に対する作動液の給排によって前記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ことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 前記第１部材と第２部材のうちの一方が、外周に複数のベーンを有するベーンロータによって構成され、
   前記第１部材と第２部材のうちの他方が、前記各ベーンの収容される複数の凹部を備えたハウジングによって構成され、
   前記各凹部内が前記ベーンによって一対の作動室に隔成されていることを特徴とする請求項２に記載の電動機。
4. 前記第１部材と第２部材のうちの一方に軸部が設けられるとともに、
   前記第１部材と第２部材のうちの他方に、前記軸部の外側を囲繞する筒部が設けられ、
   内周面と外周面が前記軸部と筒部に夫々ヘリカルスプライン係合するリングギヤが設けられ、
   前記第１部材と第２部材の間に作動液の導入空間が設けられ、
   この導入空間に摺動自在に収容されて前記導入空間内を一対の作動室に隔成するピストンが設けられるとともに、
   このピストンが前記リングギヤと一体変位可能に連結されていることを特徴とする請求項２に記載の電動機。
5. 前記第１部材と第２部材のうちの一方に、回転軸線を中心とする円周の略接線方向に沿い互いに相反する回転方向に向く第１のシリンダと第２のシリンダが設けられるとともに、
   この第１のシリンダと第２のシリンダに第１のピストンと第２のピストンが夫々進退自在に設けられ、
   前記第１部材と第２部材のうちの他方に、前記両回転子の略半径方向に沿い夫々前記第１のピストンと第２のピストンの頂部に当接する第１の荷重伝達壁と第２の荷重伝達壁が設けられ、
   前記第１のシリンダと第１のピストンの間と、前記第２のシリンダと第２のピストンの間で前記作動室が構成されていることを特徴とする請求項２に記載の電動機。

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