JP2008099367A

JP2008099367A - 電動機

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Publication number: JP2008099367A
Application number: JP2006275538A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Iwata; 和之岩田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-10-06
Filing date: 2006-10-06
Publication date: 2008-04-24
Anticipated expiration: 2026-10-06
Also published as: JP5037083B2

Abstract

【課題】主要部品の軸長の大幅な増大を招くことなく、出力の向上を図ることのできる電動機を提供する。
【解決手段】回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂを軸方向に複数設ける。各回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂは、円周方向に沿って板状の外周側永久磁石９Ａが配置された外周側回転子５と、外周側回転子５の内周側に同軸にかつ相対回動可能に配設されるとともに、円周方向に沿って板状の内周側永久磁石９Ｂが配置された内周側回転子９Ｂと、外周側回転子５と内周側回転子６を相対回動させて両者の相対的な位相を変更する回動機構部１１によって構成する。回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂのうちの少なくとも外周側回転子５，５同士を、永久磁石配置が同位相になるように相互に結合する。
【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

ところで、近年、この種の電動機を車両の駆動源等に利用することが検討されている。
電動機を車両の駆動源等に用いる場合には電動機の高出力化が必要となるが、出力の増大を図るために電動機の大型化を避けることができない。例えば、車両の駆動源としして用いる場合には、車両のレイアウトによって電動機の外径が制限されることがあり、その場合には、外径に代えて電動機の軸長を増大しなければならない。

しかし、電動機の主要部品は焼結等の型成形によって形成されるため、型抜き等の関係で軸長の増大も制限されることがある。

そこでこの発明は、主要部品の軸長の大幅な増大を招くことなく、出力の向上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、円周方向に沿って板状の外周側永久磁石（例えば、後述の実施形態における外周側永久磁石９Ａ）が配置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、この外周側回転子の内周側に同軸にかつ相対回動可能に配設されるとともに、円周方向に沿って板状の内周側永久磁石（例えば、後述の実施形態における内周側永久磁石９Ｂ）が配置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、前記外周側回転子と内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回動機構部（例えば、後述の実施形態における回動機構部１１）と、を備えた電動機（例えば、後述の実施形態における）において、前記外周側回転子と内周側回転子と回動機構部を備えた回転子ユニット（例えば、後述の実施形態における回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂ）が軸方向に並んで複数設けられ、これらの回転子ユニットのうちの少なくとも外周側回転子同士が、永久磁石配置が同位相になるように相互に結合されていることを特徴とする。
これにより、複数の回転子ユニットが軸方向で結合された構成となるため、個々の構成部品の軸長は短くなる。各回転子ユニットは、固定子から夫々回転磁界を受けるため、回転子全体の出力は増大する。

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、前記回動機構部は、前記内周側回転子の径方向内側に配置されるとともに、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）と、前記内周側回転子の内周側に一体回転可能に設けられるとともに、内周面に前記各ベーンの収容される凹部（例えば、後述の実施形態における凹部１９）を有する環状ハウジング（例えば、後述の実施形態における環状ハウジング１５）と、前記外周側回転子とベーンロータの軸方向両端側に夫々結合されて両者を一体回転可能し、かつ前記環状ハウジングの凹部の軸方向の端面に摺動自在に当接する一対の端板（例えば、後述の実施形態におけるドライブプレート１６ａ，１６ｂ）と、を備え、前記環状ハウジングの各凹部と前記ベーンロータと前記一対の端板とによって複数の空間部（例えば、後述の実施形態における導入空間２３）が形成され、この各空間部内が前記ベーンによって作動液の給排される一対の作動室（例えば、後述の実施形態における進角側作動室２４および遅角側作動室２５）に隔成されていることを特徴とする。
これにより、回動機構部は、ベーンによって隔成される一方の作動室に作動液が供給されると、ベーンロータと環状ハウジングは作動液の力を受けて一方向に相対回転し、逆に一方の作動室から作動液が排出されると、ベーンロータと環状ハウジングは他方向に相対回転する。外周側回転子は端板を介してベーンロータと結合され、内周側回転子は環状ハウジングと一体回転可能とされているため、このとき、外周側回転子と内周側回転子は前記の作動液の給排に応じて相対回転するようになる。

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、前記一対の端板の一方が、軸方向で隣合う２つの回転子ユニットの回動機構部で共用されていることを特徴とする。

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、前記複数の回転子ユニットは、第１の回転子ユニット（例えば、後述の実施形態における第１の回転子ユニット５０Ａ）と第２の回転子ユニット（例えば、後述の実施形態における回転子ユニット５０Ｂ）とから成り、前記第１の回転子ユニットと前記第２の回転子ユニットの各作動室は、作動液の給排が夫々個別に制御されることを特徴とする。
これにより、各回転子ユニットの作動液の給排制御により、例えば、両回転子ユニットがともに強め界磁状態になるように操作されると、電動機全体の平均的な誘起電圧定数がほぼ最大値となり、逆に、両回転子ユニットがともに弱め界磁状態になるように操作されると、電動機全体の平均的な誘起電圧定数がほぼ最小値になる。また、一方の回転子ユニットが強め界磁状態、他方の回転子ユニットが弱め界磁状態になるように夫々操作されると、電動機全体の平均的な誘起電圧定数がほぼ中間値となる。

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、前記複数の回転子ユニットは、第１の回転子ユニット（例えば、後述の実施形態における第1の回転子ユニット１５０Ａ）と、この第１の回転子ユニットの軸方向両側に夫々配置される第２の回転子ユニット（例えば、後述の実施形態における第２の回転子ユニット１５０Ｂ）および第３の回転子ユニット（例えば、後述の実施形態における第３の回転子ユニット１５０Ｃ）から成り、前記第２の回転子ユニットと第３の回転子ユニットの各作動室は、作動液の給排が同タイミングで同様に制御され、前記第１の回転子ユニットの作動室と、第２および第３の回転子ユニットの作動室は、作動液の給排が夫々個別に制御されることを特徴とする。
これにより、例えば、第１〜第３の回転子ユニットがすべて強め界磁状態になるように操作されると、電動機全体の平均的な誘起電圧定数がほぼ最大値となり、逆に、第１〜第３の回転子ユニットがすべて弱め界磁状態になるように操作されると、電動機全体の平均的な誘起電圧定数がほぼ最小値になる。また、第１の回転子ユニットが強め界磁状態になるように制御され、第２，第３の回転子ユニットが弱め界磁状態になるように制御されると、電動機全体の平均的な誘起電圧定数がほぼ中間値となる。なお、逆に、第１の回転子ユニットが弱め界磁状態、第２，第３の回転子ユニットが強め界磁状態になるように制御される場合にも、電動機全体の平均的な誘起電圧定数はほぼ中間値となる。電動機全体の平均的な誘起電圧定数がほぼ中間値となる上記の制御の場合、電動機の軸方向の中央付近の誘起電圧定数はほぼ最大、または、ほぼ最小となり、その両側部分の誘起電圧定数は逆にほぼ最小、または、ほぼ最大となるが、誘起電圧定数の異なるエリアは電動機の軸方向の略中央位置を中心として軸方向でバランス良く配置されることになる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動機において、前記回動機構部は、前記外周側永久磁石と内周側永久磁石が異磁極同士で対向する前記外周側回転子と内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外周側回転子と内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、外周側回転子と内周側回転子が回動機構部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外周側永久磁石と内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、それ以後回動機構部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。

請求項１に記載の発明によれば、複数の回転子ユニットが軸方向で結合された構成であるため、主要部品の軸長の大幅な増大を招くことなく、確実に電動機の出力の向上を図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、簡単な構成でありながら作動液によって回動機構部を任意のタイミングで迅速に操作することができるため、製造コストの高騰を招くことなく、応答性の高いの特性変更を実現することができる。

請求項３に記載の発明によれば、軸方向で隣合う回転子ユニットで端板を共用するため、部品点数を削減して製造コストの低減を図ることができるとともに、電動機の不要な軸長の増大を抑制することができる。

請求項４に記載の発明によれば、第１の回転子ユニットと第２の回転子ユニットの各作動室に対する作動液の給排の組み合わせにより、誘起電圧定数を三段階に切換えることができるため、比較的単純な液圧制御によって誘起電圧定数を適正に操作することが可能になる。

請求項５に記載の発明によれば、第１の回転子ユニットの作動室と、第２および第３の回転子ユニットの作動室に対する作動液の給排の組み合わせにより、誘起電圧定数を三段階に切換えることができるうえ、誘起電圧定数をほぼ中間値に制御するときには、誘起電圧定数の異なるエリアが電動機の軸方向の略中央位置を中心としてバランス良く配置されることから、電動機全体での電動機特性を安定化させることができる。

請求項６に記載の発明によれば、外周側回転子と内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°を超えた時点で外周側永久磁石と内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。

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１１に示す第１の実施形態について説明する。

図１は、この発明にかかる電動機１を用いたハイブリッド車両の動力伝達系の概略構成図を示すものである。
このハイブリッド車両は、エンジン７０と電動機１を動力源とし、これらの動力源の駆動力を適宜択一的に選択または併用して駆動輪７１に伝達するようになっている。

エンジン７０のクランク軸７０ａは、フライホイール７２を介してセルモータを兼ねる発電機７３のロータ軸７３ａに直結され、さらに、ロータ軸７３ａはエンジン７０の駆動力を駆動輪７１側に伝達するためのクラッチ７４に接続されている。クラッチ７４に接続される被駆動側のエンジン出力軸７５の端部にはエンジン出力ギヤ７６が設けられ、このエンジン出力ギヤ７６がアイドル軸７７の一端側に設けられたアイドルギヤ７８に噛合されている。アイドル軸７７の他端側にはピニオンギヤ７９が設けられ、このピニオンギヤ７９が、左右の駆動輪７１，７１に動力を分配するディファレンシャル装置８０に接続されている。エンジン２の駆動力は以上の経路を通して駆動輪３に伝達される。

一方、電動機１は、バッテリ８１または発電機７３からインバータ８２を介して電力を供給され、その供給電力に応じて出力軸４を回転させる。出力軸４の端部には電動機ギヤ８３が設けられ、その電動機ギヤ８３がアイドル軸７７の一端のアイドルギヤ７８に噛合されている。電動機１の駆動力は、アイドル軸７７とディファレンシャル装置８０を通して左右の駆動輪７１，７１に伝達される。

電動機１および発電機７３とバッテリ８１の間に介装されるインバータ８２はハイブリッドＥＣＵ８４によって制御され、エンジン７０はエンジンＥＣＵ８５によって出力特性が制御されるようになっている。ハイブリッドＥＣＵ８４は、イグニッションスイッチ８６、シフトポジションセンサ８７、アクセルペダルセンサ８８、ブレーキペダルセンサ８９、車速センサ９０等が入力部に接続され、これらのセンサからの入力信号と、バッテリ８１からの種々の入力信号（電圧，電流，温度等の信号）に応じてインバータ８２と、クラッチ７４の操作アクチュエータ７４ａを適宜制御するようになっている。また、ハイブリッドＥＣＵ８４とエンジンＥＣＵ８５は通信回線によって結ばれ、両者間において種々の信号が授受されるようになっている。

このハイブリッド車両では、車両発進時を含む低車速走行時と登坂走行時等には、ハイブリッドＥＣＵ８４がクラッチ７４を遮断してエンジン動力を駆動系から分離するとともに、インバータ８２を介してバッテリ８１から電動機１への供給電力を制御し、電動機１の駆動力によって車両を走行させる。また、このときバッテリ８１の残容量が少なくなった場合には、クラッチ７４が遮断されたままエンジンＥＣＵ８４がエンジン７０を起動し、発電機７３で発電された電力によって電動機１を駆動する（シリーズ運転モード）。

また、中・高車速での定常走行時には、ハイブリッドＥＣＵ８４がインバータ８２の制御によって電動機１への電力供給を停止するとともに、エンジン７０を起動した状態でクラッチ７４を接続してエンジン７０の駆動力を駆動輪７１に伝達する（エンジン駆動クルーズモード）。

さらに、中・高車速で車両が加速する場合には、ハイブリッドＥＣＵ８４がクラッチ７４を接続してエンジン７０の駆動力を駆動輪７１に伝達すると同時に、インバータ８２の制御によって電動機１を駆動し、電動機１の駆動力も並行して駆動輪７１に伝達する（パラレル運転モード）。

電動機１は、インナロータ型のブラシレスモータであり、図２に示すように電磁巻線２ａを備えた円環状の固定子２（図１参照）の内周側に回転子ブロック３が回転自在に設けられ、回転子ブロック３の軸心部に出力軸４が一体に結合されている。

回転子ブロック３は、誘起電圧定数を２段に変更し得る第１の回転子ユニット５０Ａと第２の回転子ユニット５０Ｂを備え、これらが軸方向で直列に結合された概略構成とされている。そして、両回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂは一部部品を共用するもののほぼ同様の構成とされている。したがって、以下では説明を簡略化するために、第１の回転子ユニット５０Ａについてのみ詳述し、第２の回転子ユニット５０Ｂについては、第１の回転子ユニット５０Ａと同一部分に同一符号を付して重複する説明を省略するものとする。

第１の回転子ユニット５０Ａは、図３〜図６にも示すように、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と、これらの両回転子５，６を設定角度の範囲で相対回動させる回動機構部１１とを備えている。

外周側回転子５と内周側回転子６は、図５，図６に示すように、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、同様に、内周側回転子６においても、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の対が円周方向に交互に並んで配置されている。
なお、外周側回転子５と内周側回転子６の円周方向で隣接する各磁石装着スロット７ａ，８ａ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、第１の回転子ユニット５０Ａ全体の界磁が最も弱められる弱め界磁（図７（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、第１の回転子ユニット５０Ａ全体の界磁が最も強められる強め界磁の状態（図７（ａ）参照）を得ることができる。

回動機構部１１は、図２〜図６に示すように出力軸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１６ａ，１６ｂ（端板）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は出力軸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、出力軸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２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（符号省略）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や出力軸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１６ａ，１６ｂ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１６ａ，１６ｂとともに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５，図６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出力軸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、図示しない液圧給排装置の進角側給排通路２６に接続され、遅角側作動室２５は同液圧給排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２に示すように、夫々出力軸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、出力軸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、第１と第２の回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂは、夫々の進角側作動室２４と遅角側作動室２５が液圧給排装置によって個別に給排制御されるようになっている。この液圧供給装置は、図１では図示しないが、車両の走行状況等に応じてハイブリッドＥＣＵ８４によって制御される。

ところで、この実施形態の第１と第２の回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂ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７（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７（ｂ）参照）になるように設定されている。
また、各回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂ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更される。

第１と第２の回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂは、一方のドライブプレート１６ｂが軸方向の略中央において共通の端板として用いられ、両回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂが出力軸４上に直列配置された状態において、両回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂの外周側回転子５，５同士とベーンロータ１４，１４同士が、ドライブプレート１６ａ，１６ｂ，１６ａを貫通する複数の締結ボルト２９（図２参照）によって相互に結合されている。なお、このとき両回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂの外周側永久磁石９Ａ，９Ａ同士は同位相配置に、つまり、両回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂ上の外周側永久磁石９Ａ，９Ａの円周方向位置と磁極の向きが合致するように配置されている。
こうして組み立てられた回転子ブロック３は、各回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂの内周側回転子６と環状ハウジング１５が夫々フローティング状態で、かつ軸方向に並んで収容配置されている。

この電動機１では、両回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂが個別に給排制御されることにより、電動機全体の平均した誘起電圧定数が最大、中、最小の３段階に調整されるようになっている。
図８は、誘起電圧定数を最大にする場合における両回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂの外周側回転子５と内周側回転子６の回転位相の様子を示し、図９，図１０は、誘起電圧定数を中にする場合と、最小にする場合における両回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂの外周側回転子５と内周側回転子６の回転位相の様子を夫々示すものである。
電動機１の平均した誘起電圧定数を最大にする場合には、図８に示すように両回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂの回転位相をともに最遅角状態にし、電動機１の平均した誘起電圧定数を中にする場合には、図９に示すように第１の回転子ユニット５０Ａの回転位相を最遅角状態にするとともに、第２の回転子ユニット５０Ｂの回転位相を最進角状態にする。また、電動機１の平均した誘起電圧定数を最小にする場合には、図１０に示すように両回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂの回転位相をともに最進角状態にする。なお、誘起電圧定数を中にする場合には、逆に、第１の回転子ユニット５０Ａの回転位相を最進角状態にし、第２の回転子ユニット５０Ｂの回転位相を最遅角状態にしても良い。

ここで、上記の誘起電圧定数の変更は電動機１の特性を変更するために行うものであり、例えば、電動機１の平均した誘起電圧定数を大きく設定した場合には、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するようになり、逆に、電動機１の平均した誘起電圧定数を小さく設定した場合には、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。

また、この実施形態の電動機１では、各回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂの外周側回転子５と内周側回転子６の相対的な回転位相は、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、両回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂの回転子５，６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、外周側永久磁石９Ａと内周側永久磁石９Ｂが異磁極同士で対向配置される両回転子５，６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１１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ユニット５０Ａ，５０Ｂの回転子５，６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。

各回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂ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、この位置は外周側永久磁石９Ａと内周側永久磁石９Ｂが異磁極同士で正面で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９Ａ，９Ｂ間の吸引力は両回転子５，６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、各回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂ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、この位置は外周側永久磁石９Ａと内周側永久磁石９Ｂ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９Ａ，９Ｂ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、各回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂでは、外周側回転子５と内周側回転子６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、外周側永久磁石９Ａと内周側永久磁石９Ｂ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９Ａ，９Ｂによる相対トルクを利用して、両回転子５，６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５と外周側回転子６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部１１に加える操作力（作動液の圧力）を小さく、若しくは、完全にゼロにすることができる。

以上のように、この実施形態の電動機１は、第１の回転子ユニット５０Ａと第２の回転子ユニット５０Ｂが軸方向で結合されて回転子ブロック３が構成されているため、２つの回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂが固定子２の回転磁界から夫々力を受け、充分に大きな動力を出力することができる。そして、この電動機１の場合、全体の軸長は長くなるものの、同様の構成の第１の回転子ユニット５０Ａと第２の回転子ユニット５０Ｂが軸方向で結合され、各回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂの構成部品の軸長が短くなっているため、構成部品の製造が容易になる。例えば、回動機構部１１を構成するベーンロータ１４を焼結で製造する場合には、型抜き等の関係で軸長が制限されることになるが、個々のベーンロータ１４の軸長を長くする必要がないため、不具合なく焼結による製造を行うことができる。

また、この実施形態の場合、各回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂは、外周側回転子５と、内周側回転子６と、内周側回転子６の内周に固定された環状ハウジング１５と、環状ハウジング１５の内側にあって相対回動するベーンロータ１４と、内周側回転子６と環状ハウジング１５の軸端部を跨いで外周側回転子５とベーンロータ１４を連結するドライブプレート１６ａ，１６ｂとを備え、環状ハウジング１５の凹部１６内に配置されるベーンロータ１４のベーン１８によって進角側作動室２４と遅角側作動室２５が形成された構造となっているため、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任意のタイミングで迅速に誘起電圧定数を変更することができる。そして、各回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂは、構成が比較的簡単であることから、製造コストの高騰も抑制することができる。

さらに、この実施形態の場合、外周側回転子５とベーンロータ１４を連結する一方のドライブプレート１６ｂが両回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂにおいて共用されているため、部品点数の削減によって製造コストの低減を図ることができるとともに、電動機１の不要な軸長の増大も抑制することができる。

さらに、この電動機１においては、各回転子ユニット５０Ａ，５０Ｂの強め界磁側の規制位置Ａ_１が原点位置から進角側に僅かに進んだ位置とされるとともに、弱め界磁側の規制位置Ａ_２が電気角で１８０°を超え、かつ電気角で３６０°を超えない位置とされているため、外周側永久磁石９Ａと内周側永久磁石９Ｂの相対トルクによる安定した位相保持効果を得ることができ、誘起電圧定数を最大、中、最小のいずれに設定する場合にも、位相保持ために回動機構部１１に大きな液圧を付与し続ける必要がなく、エネルギーの省力化を図ることが可能である。

つづいて、図１２に示すこの発明の第２の実施形態について説明する。なお、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。
この実施形態の電動機１０１は、第１の実施形態と同様に固定子２の内側に回転子ブロック１０３が配置されているが、回転子ブロック１０３が３つの回転子ユニット１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃで構成されている点が大きく異なっている。
即ち、回転子ブロック１０３の軸方向の中央には第１の回転子ユニット１５０Ａが配置され、第１の回転子ユニット１５０Ａの軸方向両側に、第１の回転子ユニット１５０Ａのほぼ半分の軸長の第２の回転子ユニット１５０Ｂと第３の回転子ユニット１５０Ｃが結合されている。各回転子ユニット１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃは同様の構成とされ、外周側回転子５の内側に内周側回転子６が相対回動可能に配置され、内周側回転子６の内周側に第１の実施形態と同様の回動機構部１１が設けられている。図１２では具体的な図示は省略されているが、回動機構部１１のベーンロータ（図示省略）が、内周側回転子６と環状ハウジング１５の軸端を跨ぐドライブプレート１６によって外周側回転子５に結合されている。

第２の回転子ユニット１５０Ｂと第３の回転子ユニット１５０Ｃの各作動室（進角側作動室および遅角側作動室）は、図示しない給排制御装置によって同タイミングで同様に作動液が給排されるようになっており、第１の回転子ユニット１５０Ａの各作動室（進角側作動室および遅角側作動室）と第２，第３の回転子ユニット１５０Ｂ，１５０Ｃの各作動室（進角側作動室および遅角側作動室）は、作動液の給排が夫々個別に制御されるようになっている。

具体的には、電動機１０１の平均した誘起電圧定数を最大にする場合には、第１の回転子ユニット１５０Ａと第２，第３の回転子ユニット１５０Ｂ，１５０Ｃの回転位相をいずれも最遅角状態にし、電動機１０１の平均した誘起電圧定数を中にする場合には、第１の回転子ユニット１５０Ａの回転位相を最遅角状態にする一方で、第２，第３の回転子ユニット１５０Ｂ，１５０Ｃの回転位相を最進角状態にする。なお、誘起電圧定数を中にする場合には、逆に、第１の回転子ユニット１５０Ａの回転位相を最進角状態にし、第２，第３の回転子ユニット１５０Ｂ，１５０Ｃの回転位相を最遅角状態にしても良い。また、電動機１０１の平均した誘起電圧定数を最小にする場合には、第１の回転子ユニット１５０Ａと第２，第３の回転子ユニット１５０Ｂ，１５０Ｃの回転位相をいずれも最進角状態にする。

また、この電動機１０１においても、各回転子ユニット１５０Ａ〜１５０Ｃの強め界磁側の規制位置が原点位置から進角側に僅かに進んだ位置とされ、弱め界磁側の規制位置が電気角で１８０°を超え、かつ電気角で３６０°を超えない位置とされている。したがって、この電動機の場合も、各回転子ユニット１５０Ａ〜１５０Ｃは外周側永久磁石９Ａと内周側永久磁石９Ｂの相対トルクによる安定した位相保持効果を得ることができる。

この実施形態の電動機１０１においては、第１の回転子ユニット１５０Ａと第２，第３の回転子ユニット１５０Ｂ，１５０Ｃの回転位相の操作の組み合わせにより、第１の実施形態と同様に誘起電圧定数を最大、中、最小の三段階に切換えることができる。

加えて、この電動機１０１では、誘起電圧定数を中に設定する場合に、第１の回転子ユニット１５０Ａと両側の第２，第３の回転子ユニット１５０Ｂ，１５０Ｃで異なる誘起電圧特性となり、誘起電圧特性の異なるエリアが回転子ブロック１０３の軸方向の略中央位置を中心としてバランス良く配置されるため、電動機１０１全体の電動機特性が安定化する。

なお、この発明は上記の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の実施形態を示すものであり、車両の動力伝達系の概略構成図。同実施形態の電動機の断面図。同実施形態の電動機の要部の分解斜視図。同実施形態の電動機の要部の分解側面図。同実施形態の電動機の遅角状態での一部部品を省略した正面図。同実施形態の電動機の進角状態での一部部品を省略した正面図。同実施形態を示すものであり、強め界磁状態を模式的に示す図（ａ）と、弱め界磁状態を模式的に示す図（ｂ）を併せて記載した図。同実施形態を示すものであり、誘起電圧定数を最大に設定した場合における一方の回転子ユニットの一部部品を省略した正面図（Ａ）と、他方の回転子ユニットの一部部品を省略した正面図（Ｂ）を併せて記載した図。同実施形態を示すものであり、誘起電圧定数を中に設定した場合における一方の回転子ユニットの一部部品を省略した正面図（Ａ）と、他方の回転子ユニットの一部部品を省略した正面図（Ｂ）を併せて記載した図。同実施形態を示すものであり、誘起電圧定数を最小に設定した場合における一方の回転子ユニットの一部部品を省略した正面図（Ａ）と、他方の回転子ユニットの一部部品を省略した正面図（Ｂ）を併せて記載した図。同実施形態の相対トルク−位相差特性図。この発明の第２の電動機の断面図。

符号の説明

１，１０１…電動機
５…外周側回転子
６…内周側回転子
９Ａ…外周側永久磁石
９Ｂ…内周側永久磁石
１１…回動機構部
１４…ベーンロータ
１５…環状ハウジング
１６ａ，１６ｂ…ドライブプレート（端板）
１８…ベーン
１９…凹部
２３…導入空間
２４…進角側作動室
２５…遅角側作動室
５０Ａ…第１の回転子ユニット
５０Ｂ…第２の回転子ユニット
１５０Ａ…第１の回転子ユニット
１５０Ｂ…第２の回転子ユニット
１５０Ｃ…第３の回転子ユニット

Claims

円周方向に沿って板状の外周側永久磁石が配置された外周側回転子と、
この外周側回転子の内周側に同軸にかつ相対回動可能に配設されるとともに、円周方向に沿って板状の内周側永久磁石が配置された内周側回転子と、
前記外周側回転子と内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回動機構部と、を備えた電動機において、
前記外周側回転子と内周側回転子と回動機構部を備えた回転子ユニットが軸方向に並んで複数設けられ、
これらの回転子ユニットのうちの少なくとも外周側回転子同士が、永久磁石配置が同位相になるように相互に結合されていることを特徴とする電動機。
前記回動機構部は、
前記内周側回転子の径方向内側に配置されるとともに、外周に複数のベーンを有するベーンロータと、
前記内周側回転子の内周側に一体回転可能に設けられるとともに、内周面に前記各ベーンの収容される凹部を有する環状ハウジングと、
前記外周側回転子とベーンロータの軸方向両端側に夫々結合されて両者を一体回転可能にし、かつ前記環状ハウジングの凹部の軸方向の端面に摺動自在に当接する一対の端板と、を備え、
前記環状ハウジングの各凹部と前記ベーンロータと前記一対の端板とによって複数の空間部が形成され、この各空間部内が前記ベーンによって作動液の給排される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１に記載の電動機。
前記一対の端板の一方が、軸方向で隣合う２つ回転子ユニットの回動機構部で共用されていることを特徴とする請求項２に記載の電動機。
前記複数の回転子ユニットは、第１の回転子ユニットと第２の回転子ユニットとから成り、
前記第１の回転子ユニットと前記第２の回転子ユニットの各作動室は、作動液の給排が夫々個別に制御されることを特徴とする請求項２に記載の電動機。
前記複数の回転子ユニットは、第１の回転子ユニットと、この第１の回転子ユニットの軸方向両側に夫々配置される第２の回転子ユニットおよび第３の回転子ユニットから成り、
前記第２の回転子ユニットと第３の回転子ユニットの各作動室は、作動液の給排が同タイミングで同様に制御され、
前記第１の回転子ユニットの作動室と、第２および第３の回転子ユニットの作動室は、作動液の給排が夫々個別に制御されることを特徴とする請求項２に記載の電動機。
前記回動機構部は、前記外周側永久磁石と内周側永久磁石が異磁極同士で対向する前記外周側回転子と内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外周側回転子と内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請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動機。