JP2009240014A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルポンプ仕事を低減することができ、電動機の応答性を向上することができる電動機を提供する。
【解決手段】磁極が周方向に向くように着磁される複数の外周側永久磁石２５Ａを有する外周側回転子２１と、外周側回転子２１と同軸線上に設けられ、磁極が径方向に向くように着磁される複数の内周側永久磁石２５Ｂを有する内周側回転子２２と、を備え、最強め界磁位相の状態の外周側永久磁石２５Ａの磁極中心ＯＣに対して、内周側永久磁石２５Ｂの磁極中心ＩＣが第２突き当て面Ｅ２から離れる方向にずれるように設定され、最弱め界磁位相の状態の外周側永久磁石２５Ａの磁極中心ＯＣに対して、内周側永久磁石２５Ｂの磁極中心ＩＣが第１突き当て面Ｅ１に近くなる方向にずれるように設定され、電動機１０の停止時に、外周側回転子２１及び内周側回転子２２を強め界磁位相の状態にする制御手段を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、回転子に設けられる永久磁石の界磁特性を変更できるようにした電動機に関する。

従来の電動機として、複数の永久磁石を有する回転子と、回転子を囲むように回転子と同心円状に設けられる固定子と、を備え、回転子は、電動機の回転軸の周囲に同心円状に設けられる第１及び第２回転子を有し、回転子に電動機の回転速度に応じて、第１及び第２回転子の位相差を制御する弱め界磁制御装置を設けるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の他の電動機として、極性が異なる内周側永久磁石部が周方向に沿って交互に配置される内周側回転子及び極性が異なる外周側永久磁石部が周方向に沿って交互に配置される外周側回転子の互いの回転軸線が同軸に配置され、少なくとも内周側回転子及び外周側回転子のいずれか一方を回転軸線周りに回動させることによって内周側回転子と外周側回転子との間の相対的な位相を変更可能な回動手段を備え、回動手段は、内周側回転子と外周側回転子との間の相対的な位相の可変幅が、電気角で１８０°未満の範囲内に設定されるものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−２０４５４１号公報 特開２００７−２７４８７９号公報

ところで、上記特許文献１に記載の電動機では、第１回転子及び第２回転子の位相をずらして電動機の特性を可変するものが説明されているが、第１回転子及び第２回転子を駆動する具体的な駆動機構が説明されておらず、実際に駆動する場合、駆動のための付帯機構が必要になる。

また、上記特許文献２に記載の電動機では、油圧が落ちた時点で原点復帰できるメリットがある反面、合成磁束が最も弱くなる状態でも相対トルクに打ち勝つ油圧が必要であり、チェックバルブ構造を採用してもオイルの漏洩分のオイルポンプ仕事が常に必要であった。

また、上記特許文献２に記載の電動機は、外周側永久磁石及び内周側永久磁石が、着磁方向が径方向に向くように配置されるため、合成磁束が最も強くなる状態で安定する電動機であるが、外周側永久磁石が、その着磁方向が周方向に向くように配置され、内周側永久磁石が、その着磁方向が径方向に向くように配置される電動機の場合、合成磁束が最も弱くなる状態で安定するため、外周側永久磁石及び内周側永久磁石を強め界磁位相に維持するには、オイルポンプ仕事が常に必要であった。

また、上記した合成磁束が最も弱くなる状態で安定する電動機の場合、電動機始動後、外周側永久磁石及び内周側永久磁石を強め界磁位相に制御するまでに時間が必要であり、特に、位相変更手段が油圧で行われる場合は、低温時などに応答性が低下する可能性があった。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、その目的は、オイルポンプ仕事を低減することができ、電動機の応答性を向上することができる電動機を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、磁極が周方向に向くように着磁され周方向に所定間隔で極性が交互に異なるように配置される複数の外周側永久磁石（例えば、実施の形態での外周側永久磁石２５Ａ）を有する外周側回転子（例えば、実施の形態での外周側回転子２１）と、外周側回転子と同軸線上に設けられ、磁極が径方向に向くように着磁され周方向に極性が交互に異なるように順次配置される複数の内周側永久磁石（例えば、実施の形態での内周側永久磁石２５Ｂ）を有する内周側回転子（例えば、実施の形態での内周側回転子２２）と、外周側回転子と内周側回転子の少なくとも一方を回動させることで、外周側回転子と内周側回転子との相対位相を変更し合成磁束を変化させる位相変更手段（例えば、実施の形態での位相変更手段１３）と、を備える電動機において、合成磁束が所定以下の弱め状態で位相変更手段の回動を規制する第１の突き当て位置（例えば、実施の形態での第１突き当て面Ｅ１）を、外周側永久磁石及び内周側永久磁石による相対トルクが第１の所定値になる位相に設定し、合成磁束が所定以上の強め状態で位相変更手段の回動を規制する第２の突き当て位置（例えば、実施の形態での第２突き当て面Ｅ２）を、第１の突き当て位置に対して相対トルクの向きが逆方向に発生し、相対トルクが第２の所定値になる位相に設定し、電動機の停止時に、外周側回転子及び内周側回転子を合成磁束が強くなる状態の相対位相にする制御手段を有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の構成に加えて、位相変更手段を第２の突き当て位置で回動を規制して回転した状態において、内周側回転子のイナーシャによる力と外周側永久磁石及び内周側永久磁石の引き付け力とが同一方向となることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明の構成に加えて、外周側永久磁石の磁極中心に対して、内周側永久磁石の磁極中心がずれており、合成磁束が最も強くなる状態の外周側永久磁石の磁極中心に対して、内周側永久磁石の磁極中心は第２の突き当て位置から離れる方向にずれており、合成磁束が最も弱くなる状態の外周側永久磁石の磁極中心に対して、内周側永久磁石の磁極中心は一致、もしくは第１の突き当て位置に近くなる方向にずれること特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明の構成に加えて、外周側永久磁石の磁極中心に対して、内周側永久磁石の磁極中心がずれており、外周側回転子と内周側回転子との相対位相を変更することによって合成磁束を変化させる際に、合成磁束が最も強くなる状態の相対位相を電気角度０ｄｅｇとすると、合成磁束が最も強くなる状態の外周側永久磁石の磁極中心に対して、内周側永久磁石の磁極中心は第２の突き当て位置から離れる方向に電気角度にて３ｄｅｇ〜２０ｄｅｇずれており、合成磁束が最も弱くなる状態の外周側永久磁石の磁極中心に対して、内周側永久磁石の磁極中心は一致、もしくは第１の突き当て位置に近くなる方向に電気角度にて０ｄｅｇ〜２０ｄｅｇずれること特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明の構成に加えて、位相変更手段は、外周側回転子に固定されるベーンと、内周側回転子に固定される仕切壁と、ベーンと仕切壁との間に形成される作動室と、を備え、作動室に流体が給排されることにより、外周側回転子と内周側回転子との相対位相が変更され、仕切壁の基部に突き当て面が設けられることを特徴とする。

請求項１に記載の電動機によれば、外周側回転子及び内周側回転子を合成磁束が強くなる状態の相対位相に、外周側永久磁石及び内周側永久磁石の磁力のみで保持可能であるため、低速走行時などの高トルク領域でのオイルポンプ仕事を低減することができる。また、外周側回転子及び内周側回転子を合成磁束が弱くなる状態の相対位相に、外周側永久磁石及び内周側永久磁石の磁力のみで保持可能であるため、高速走行時などの低トルク領域でのオイルポンプ仕事を低減することができる。さらに、電動機停止時に、外周側回転子及び内周側回転子を合成磁束が強くなる状態の相対位相に制御するため、電動機始動後すぐに最大トルクが発生可能となり、電動機の応答性を向上することができる。

請求項２に記載の電動機によれば、外周側永久磁石及び内周側永久磁石の引き付け力が小さかったとしても、電動機回転時に外周側回転子及び内周側回転子の位相ずれが発生しない。これにより、乗り越し角度を小さくすることができ、乗り越し状態にて最大トルクとほぼ同等のトルクを確保することができるので、電動機の応答性を向上することができる。

請求項３に記載の電動機によれば、外周側回転子及び内周側回転子を合成磁束が強くなる状態の相対位相に、外周側永久磁石及び内周側永久磁石の磁力のみで保持可能であるため、低速走行時などの高トルク領域でのオイルポンプ仕事を低減することができる。また、外周側回転子及び内周側回転子を合成磁束が弱くなる状態の相対位相に、外周側永久磁石及び内周側永久磁石の磁力のみで保持可能であるため、高速走行時などの低トルク領域でのオイルポンプ仕事を低減することができる。さらに、電動機停止時に、外周側回転子及び内周側回転子を合成磁束が強くなる状態の相対位相に制御するため、電動機始動後すぐに最大トルクが発生可能となり、電動機の応答性を向上することができる。

請求項４に記載の電動機によれば、外周側回転子及び内周側回転子を合成磁束が強くなる状態の相対位相に、外周側永久磁石及び内周側永久磁石の磁力のみで保持可能であるため、低速走行時などの高トルク領域でのオイルポンプ仕事を低減することができる。また、外周側回転子及び内周側回転子を合成磁束が弱くなる状態の相対位相に、外周側永久磁石及び内周側永久磁石の磁力のみで保持可能であるため、高速走行時などの低トルク領域でのオイルポンプ仕事を低減することができる。さらに、電動機停止時に、外周側回転子及び内周側回転子を合成磁束が強くなる状態の相対位相に制御するため、電動機始動後すぐに最大トルクが発生可能となり、電動機の応答性を向上することができる。

以下、本発明に係る電動機の一実施形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

本実施形態の電動機１０は、図１〜図４に示すように、円環状の固定子１１の内周側に回転子ユニット２０が配置されるインナロータ型のブラシレスＤＣモータであり、例えば、ハイブリッド車両や電動車両等の走行駆動源として用いられる。固定子１１は複数相の固定子巻線１１ａを有し、回転子ユニット２０は軸芯部に回転軸１２を有している。この電動機１０を車両の走行駆動源として用いる場合、電動機１０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１０を車両の減速時に発電機として機能させれば、発電電力を回生エネルギーとして蓄電器に回収することができる。また、ハイブリッド車両においては、電動機１０の回転軸１２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２０は、円環状の外周側回転子２１と、この外周側回転子２１の内側に同軸上に配置される円環状の内周側回転子２２と、を備え、外周側回転子２１と内周側回転子２２が設定角度の範囲で相対回動可能とされている。

外周側回転子２１と内周側回転子２２は、回転子本体である円環状のヨーク２３，２４が、例えば、複数の電磁鋼板を回転軸１２に沿う方向に積層してなる積層鋼板によって形成される。各ヨーク２３，２４には、軸方向に貫通するように形成される複数の磁石装着スロット２３ａ，２４ａが周方向に所定間隔（本実施形態では２２．５°）で配置される。

各磁石装着スロット２３ａ，２４ａには、厚み方向に磁化された平板状の外周側永久磁石２５Ａと内周側永久磁石２５Ｂがそれぞれ装着される。そして、本実施形態では、図５に示すように、外周側永久磁石２５Ａは、着磁方向（厚み方向）が周方向に向くように配置され、内周側永久磁石２５Ｂは、着磁方向（厚み方向）が径方向に向くように配置される。従って、隣接する外周側永久磁石２５Ａ，２５Ａと内周側永久磁石２５Ｂとが略コの字状に配置される。

また、外周側永久磁石２５Ａと内周側永久磁石２５Ｂは同数（本実施形態では８極対）設けられており、図５に示すように、外周側回転子２１上において周方向に隣接する外周側永久磁石２５Ａは磁極（極性）が交互に異なるように配置され、内周側回転子２２上において周方向に隣接する内周側永久磁石２５Ｂも磁極（極性）が交互に異なるように配置される。

そして、本実施形態では、隣接する外周側永久磁石２５Ａの対向Ｎ極（またはＳ極）間の磁極中心ＯＣと、内周側永久磁石２５Ｂの同極つまりＮ極（またはＳ極）の磁極中心ＩＣとが同一線上に重なるように、外周側回転子２１と内周側回転子２２の相対位相を調整したとき、回転子ユニット２０全体の合成磁束が最も強くなる「最強め界磁位相」の状態となる。また、隣接する外周側永久磁石２５Ａの対向Ｎ極（またはＳ極）間の磁極中心ＯＣと、内周側永久磁石２５Ｂの異極つまりＳ極（またはＮ極）の磁極中心ＩＣとが同一線上に重なるように、外周側回転子２１と内周側回転子２２の相対位相を調整したとき、回転子ユニット２０全体の合成磁束が最も弱くなる「最弱め界磁位相」の状態となる。

また、回転子ユニット２０は、外周側回転子２１と内周側回転子２２を相対回動させるための回動機構３０を備える。この回動機構３０は、両回転子２１，２２の相対位相を任意に変更するための位相変更手段１３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駆動される。位相変更手段１３は、上記した回動機構３０と、この回動機構３０に対する作動液の給排を制御する液圧制御装置（図示せず）と、を主要な要素として構成される。

回動機構３０は、図１〜図３に示すように、回転軸１２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３１と、ベーンロータ３１の外周側に相対回動可能に配置される環状ハウジング３２と、を備える。

ベーンロータ３１は、図１に示すように、環状ハウジング３２及び内周側回転子２２の軸方向両端面を跨ぐ円板状の一対の第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂ、及び環状ハウジング３２の軸方向両端部の開口を閉塞する円板状の一対の第２ドライブプレート１５Ａ，１５Ｂを介して外周側回転子２１に連結される。従って、外周側回転子２１、第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂ、第２ドライブプレート１５Ａ，１５Ｂ、ベーンロータ３１、及び回転軸１２が一体的に連結されるので、外周側回転子２１の駆動力が第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂ及びベーンロータ３１を介して回転軸１２に伝達される。

また、本実施形態では、第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂ、第２ドライブプレート１５Ａ，１５Ｂ、及びベーンロータ３１は、ボルト１６により一体的に連結され、第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂ、及び外周側回転子２１はトルク伝達ピン１７によりトルク伝達可能に連結される。

トルク伝達ピン１７は、図１及び図５に示すように、外周側回転子２１のヨーク２３の外周側永久磁石２５Ａ間の周方向中央部にそれぞれ（２２．５°間隔で）形成される長穴形状の貫通穴１８のうちの均等間隔（９０°間隔）に位置する４箇所の貫通穴１８にそれぞれ挿通され、その両端部が第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂの内側面に形成されるピン保持穴１９に挿入又は圧入される。

なお、図中の符号２６は、外周側回転子２１と第１ドライブプレート１４Ａとの間に介装されるロストモーション用の皿バネで、符号２７は、第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂ、第２ドライブプレート１５Ａ，１５Ｂ、及びベーンロータ３１の位置決めを行う位置決めピンである。

環状ハウジング３２は、図１及び図４に示すように、その外周面に、内周側回転子２２と、内周側回転子２２を軸方向に挟むように配置され、磁石装着スロット２４ａから内周側永久磁石２５Ｂが抜け出ることを防止する一対の端面板３３，３３と、環状ハウジング３２の軸方向端部に形成される鍔部３２ａとの間に内周側回転子２２及び一対の端面板３３，３３を挟み込むカラー３４と、が一体的に嵌合固定される。従って、環状ハウジング３２及び内周側回転子２２が一体化される。

また、ベーンロータ３１は、回転軸１２にスプライン嵌合される円筒状のボス部３５の外周に、径方向外側に突出する複数のベーン３６が周方向等間隔で設けられる。環状ハウジング３２は、内周面に周方向等間隔に複数の凹部３７が設けられ、これら各凹部３７にベーンロータ３１の対応するベーン３６が収容配置される。各凹部３７は、ベーン３６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３８と、隣接する凹部３７同士を画成する仕切壁３９と、によって構成され、ベーンロータ３１と環状ハウジング３２の相対回動時に、ベーン３６が一方の仕切壁３９と他方の仕切壁３９の間を移動する。

また、本実施形態では、図５及び図６に示すように、外周側永久磁石２５Ａ及び内周側永久磁石２５Ｂの合成磁束が弱くなる方向にベーンロータ３１と環状ハウジング３２が相対回動した時のベーン３６と仕切壁３９との当接面を第１突き当て面（第１の突き当て位置）Ｅ１とする。外周側永久磁石２５Ａ及び内周側永久磁石２５Ｂの合成磁束が強くなる方向にベーンロータ３１と環状ハウジング３２が相対回動した時のベーン３６と仕切壁３９との当接面を第２突き当て面（第２の突き当て位置）Ｅ２とする。

また、各ベーン３６の先端部には、底壁３８と軸方向に沿うように摺接するシール４０ａと、シール４０ａを底壁３８に向けて押圧するスプリング４０ｂと、によって構成されるシール部材４０が設けられており、このシール部材４０は、ベーン３６と底壁３８との間を液密にシールする。また、各仕切壁３９の先端部には、ボス部３５の外周面と軸方向に沿うように摺接するシール４１ａと、シール４１ａをボス部３５の外周面に向けて押圧するスプリング４１ｂと、によって構成されるシール部材４１が設けられており、このシール部材４１は、仕切壁３９とボス部３５の外周面との間を液密にシールする。

第２ドライブプレート１５Ａ、１５Ｂは、環状ハウジング３２の軸方向端面に摺動自在に密接し、環状ハウジング３２の各凹部３７の側方をそれぞれ閉塞する。従って、環状ハウジング３２の各凹部３７は、ベーンロータ３１のボス部３５と両側の第２ドライブプレート１５Ａ，１５Ｂと共にそれぞれ独立した空間を形成し、この空間は、作動液が導入される導入空間となっている。各導入空間内は、ベーンロータ３１の対応する各ベーン３６によってそれぞれ２室に隔成され、一方の室が進角側作動室４２とされ、他方の室が遅角側作動室４３とされている。

進角側作動室４２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２２を外周側回転子２１に対して進角方向に相対回動させ、遅角側作動室４３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２２を外周側回転子２１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２２を外周側回転子２１に対して図２中の矢印Ｒで示す電動機１０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２２を外周側回転子２１に対して電動機１０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４２と遅角側作動室４３に対する作動液の給排は回転軸１２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４２は、回転軸１２に形成される通路孔４４ａと、回転軸１２の外周面に形成され、通路孔４４ａと接続される環状溝４４ｂと、ベーンロータ３１のボス部３５に略径方向に形成される複数の導通孔４４ｃと、を介して液圧制御装置に接続される。また、遅角側作動室４３は、回転軸１２に形成される通路孔４５ａと、回転軸１２の外周面に形成され、通路孔４５ａと接続される環状溝４５ｂと、ベーンロータ３１のボス部３５に略径方向に形成される複数の導通孔４５ｃと、を介して液圧制御装置に接続される。

そして、本実施形態では、図５及び図７に示すように、上記した最強め界磁位相の状態を０ｄｅｇとすると、隣接する外周側永久磁石２５Ａの対向Ｎ極（またはＳ極）間の磁極中心ＯＣに対して、内周側永久磁石２５Ｂの同極つまりＮ極（またはＳ極）の磁極中心ＩＣが第２突き当て面Ｅ２から離れる方向（図５の反時計方向）に電気角度にて２０ｄｅｇずれるように、第２突き当て面Ｅ２の位相が設定されており、この状態の外周側回転子２１及び内周側回転子２２の相対位相を「強め界磁位相」とする。なお、この強め界磁位相の状態における、磁極中心ＯＣに対する磁極中心ＩＣの電気角度は、好ましくは３ｄｅｇ〜２０ｄｅｇの範囲で任意に設定可能である。

また、本実施形態では、図６及び図７に示すように、上記した最弱め界磁位相の状態を０ｄｅｇとすると、隣接する外周側永久磁石２５Ａの対向Ｎ極（またはＳ極）間の磁極中心ＯＣに対して、内周側永久磁石２５Ｂの異極つまりＳ極（またはＮ極）の磁極中心ＩＣが第１突き当て面Ｅ１に近くなる方向（図６の反時計方向）に電気角度にて２０ｄｅｇずれるように、第１突き当て面Ｅ１の位相が設定されており、この状態の外周側回転子２１及び内周側回転子２２の相対位相を「弱め界磁位相」とする。なお、この弱め界磁位相の状態における、磁極中心ＯＣに対する磁極中心ＩＣの電気角度は、好ましくは０ｄｅｇ〜２０ｄｅｇの範囲で任意に設定可能である。

また、本実施形態では、図５〜図７に示すように、第１突き当て面Ｅ１は、外周側回転子２１及び内周側回転子２２が上記した弱め界磁位相となる位相に配置されており、この時、外周側永久磁石２５Ａと内周側永久磁石２５Ｂとの間には相対トルクＴ１（図７の１６０ｄｅｇ参照）が発生する。また、第２突き当て面Ｅ２は、外周側回転子２１及び内周側回転子２２が上記した強め界磁位相となる位相に配置されており、この時、外周側永久磁石２５Ａと内周側永久磁石２５Ｂとの間には相対トルクＴ１と発生方向が逆方向の相対トルクＴ２（図７の−２０ｄｅｇ参照）が発生する。

さらに、本実施形態では、図５に示すように、位相変更手段１３のベーンロータ３１及び環状ハウジング３２を第２突き当て面Ｅ２で回動を規制して回転した状態において、内周側回転子２２のイナーシャによる力Ｐ１と外周側永久磁石２５Ａ及び内周側永久磁石２５Ｂの引き付け力Ｐ２とが同一方向となるように設定される。

このように構成された電動機１０では、界磁特性を変更する場合、液圧制御装置による作動液の給排により、進角側作動室４２と遅角側作動室４３の一方に作動液を供給すると共に他方から作動液を排出する。そして、こうして作動液の給排が制御されると、ベーンロータ３１と環状ハウジング３２が相対的に回動し、それにともなって外周側回転子２１と内周側回転子２２の相対位相が操作される。

外周側回転子２１と内周側回転子２２の相対位相が操作されると、図５に示す強め界磁位相の状態と、図６に示す弱め界磁位相の状態の間で、固定子１１に及ぼす磁界の強さが変化する。磁界の強さが変化すると、それに伴って誘起電圧定数が変化し、その結果、電動機１０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１０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１０として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、本実施形態の電動機１０では、図７に示すように、上記した最強め界磁位相においては、外周側永久磁石２５Ａと内周側永久磁石２５Ｂとの間に相対トルクは発生しないが、不安定に釣り合った状態であるので、内周側回転子２２には、最強め界磁位相（０ｄｅｇ）を境に合成磁束を弱めようとする方向の力が作用する。そして、本実施形態のように、第１突き当て面Ｅ１を上記した弱め界磁位相に設定することにより、内周側回転子２２に弱め界磁位相の相対トルクＴ１が作用して、内周側回転子２２を図２の時計方向に回動しようとするが、ベーン３６と仕切壁３９が第１突き当て面Ｅ１において当接するので、外周側回転子２１と内周側回転子２２の相対位相が両永久磁石２５Ａ，２５Ｂの磁力のみで安定に保持される。また、本実施形態のように、第２突き当て面Ｅ２を上記した強め界磁位相に設定することにより、内周側回転子２２に強め界磁位相の相対トルクＴ２が作用して、内周側回転子２２を図２の反時計方向に回動しようとするが、ベーン３６と仕切壁３９が第２突き当て面Ｅ２において当接するので、外周側回転子２１と内周側回転子２２の相対位相が両永久磁石２５Ａ，２５Ｂの磁力のみで安定に保持される。

また、本実施形態の電動機１０は、不図示の駆動制御装置（制御手段）により制御されており、この制御手順は、図８に示すように、ステップＳ１では、車両の速度（車速）が０か否かを判断する。そして、車速が０の場合はステップＳ２に進み、車速が０でない場合は制御終了に進む。

ステップＳ２では、外周側回転子２１及び内周側回転子２２が強め界磁位相であるか否かを判断する。そして、強め界磁位相である場合は、システム停止許可フラグを実行して、電動機１０を停止させて制御終了に進む。また、強め界磁位相でない場合は、タイマーを２秒にセットした後、外周側回転子２１及び内周側回転子２２が強め界磁位相となるように両回転子２１，２２の相対位相を変更させてステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、ステップＳ２においてセットしたタイマーが０秒になったか否かを判断する。そして、タイマーが０秒である場合は、システム停止許可フラグを実行して、電動機１０を停止させて制御終了に進む。また、タイマーが０秒でない場合は、再度、外周側回転子２１及び内周側回転子２２が強め界磁位相となるように両回転子２１，２２の相対位相を変更させる。なお、本実施形態では、タイマーは２秒にセットされているが、その秒数は任意に設定可能である。

以上説明したように、本実施形態の電動機１０によれば、最強め界磁位相の状態の外周側永久磁石２５Ａの磁極中心ＯＣに対して、内周側永久磁石２５Ｂの磁極中心ＩＣが第２突き当て面Ｅ２から離れる方向に電気角度にて２０ｄｅｇずれるように設定されるため、外周側回転子２１及び内周側回転子２２を強め界磁位相の状態に両永久磁石２５Ａ，２５Ｂの磁力のみで保持可能である。これにより、低速走行時などの高トルク領域でのオイルポンプ仕事を低減することができる。

また、本実施形態の電動機１０によれば、最弱め界磁位相の状態の外周側永久磁石２５Ａの磁極中心ＯＣに対して、内周側永久磁石２５Ｂの磁極中心ＩＣが第１突き当て面Ｅ１に近くなる方向に電気角度にて２０ｄｅｇずれるように設定されるため、外周側回転子２１及び内周側回転子２２を弱め界磁位相の状態に両永久磁石２５Ａ，２５Ｂの磁力のみで保持可能である。これにより、高速走行時などの低トルク領域でのオイルポンプ仕事を低減することができる。

また、本実施形態の電動機１０によれば、電動機１０の停止時に、外周側回転子２１及び内周側回転子２２を合成磁束が強くなる強め界磁位相の状態にする制御手段を有するため、電動機１０の始動後すぐに最大トルクが発生可能となり、電動機１０の応答性を向上することができる。

さらに、本実施形態の電動機１０によれば、位相変更手段１３を第２突き当て面Ｅ２で回動を規制して回転した状態において、内周側回転子２２のイナーシャによる力Ｐ１と外周側永久磁石２５Ａ及び内周側永久磁石２５Ｂの引き付け力Ｐ２とが同一方向となるため、外周側永久磁石２５Ａ及び内周側永久磁石２５Ｂの引き付け力Ｐ２が小さかったとしても、電動機１０の回転時に両回転子２１，２２の位相ずれが発生しない。これにより、乗り越し角度を小さくすることができ、乗り越し状態にて最大トルクとほぼ同等のトルクを確保することができるので、電動機１０の応答性を向上することができる。

なお、本実施形態の変形例として、図９に示すように、隣接する外周側永久磁石２５Ａの対向Ｎ極（またはＳ極）間の磁極中心ＯＣに対して、内周側永久磁石２５Ｂの異極つまりＳ極（またはＮ極）の磁極中心ＩＣが一致するように、第１突き当て面Ｅ１の位相を設定してもよい。即ち、外周側回転子２１及び内周側回転子２２の合成磁束が弱くなる状態の相対位相を上記した最弱め界磁位相とする。この場合、この最弱め界磁位相で外周側回転子２１及び内周側回転子２２が安定するので、外周側回転子２１及び内周側回転子２２の相対位相を両永久磁石２５Ａ，２５Ｂの磁力のみで保持可能である。

なお、本発明は、上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、位相変更手段１３が内周側回転子２２を回動させることで、外周側回転子２１と内周側回転子２２との間の相対的な位相を変更可能としているが、外周側回転子２１を回動させることで、これら回転子２１，２２との間の相対的な位相を変更可能としてもよい。

本発明に係る電動機を説明するための断面図であり、図２のＡ−Ａ線矢視断面図に相当する図である。 図１に示す回転子ユニットを軸方向から見た図である。 図２に示す回転子ユニットの分解斜視図である。 図２に示す内周側回転子の分解斜視図である。 回転子ユニットの強め界磁位相の状態を説明するための要部拡大図である。 回転子ユニットの弱め界磁位相の状態を説明するための要部拡大図である。 電気角度と誘起電圧及び相対トルクとの関係を示すグラフである。 本発明に係る電動機の制御手順を説明するためのフローチャートである。 本発明に係る電動機の変形例の回転子ユニットの弱め界磁位相の状態を説明するための要部拡大図である。

符号の説明

１０ 電動機
１３ 位相変更手段
２０ 回転子ユニット
２１ 外周側回転子
２２ 内周側回転子
２５Ａ 外周側永久磁石
２５Ｂ 内周側永久磁石
３０ 回動機構
３１ ベーンロータ
３２ 環状ハウジング
Ｅ１ 第１突き当て面（第１の突き当て位置）
Ｅ２ 第２突き当て面（第２の突き当て位置）
ＯＣ 外周側永久磁石の磁極中心
ＩＣ 内周側永久磁石の磁極中心

Claims (5)

1. 磁極が周方向に向くように着磁され周方向に所定間隔で極性が交互に異なるように配置される複数の外周側永久磁石を有する外周側回転子と、
   前記外周側回転子と同軸線上に設けられ、磁極が径方向に向くように着磁され周方向に極性が交互に異なるように順次配置される複数の内周側永久磁石を有する内周側回転子と、
   前記外周側回転子と前記内周側回転子の少なくとも一方を回動させることで、前記外周側回転子と前記内周側回転子との相対位相を変更し合成磁束を変化させる位相変更手段と、を備える電動機において、
   前記合成磁束が所定以下の弱め状態で前記位相変更手段の回動を規制する第１の突き当て位置を、前記外周側永久磁石及び前記内周側永久磁石による相対トルクが第１の所定値になる位相に設定し、
   前記合成磁束が所定以上の強め状態で前記位相変更手段の回動を規制する第２の突き当て位置を、前記第１の突き当て位置に対して前記相対トルクの向きが逆方向に発生し、前記相対トルクが第２の所定値になる位相に設定し、
   前記電動機の停止時に、前記外周側回転子及び前記内周側回転子を合成磁束が強くなる状態の相対位相にする制御手段を有することを特徴とする電動機。
2. 前記位相変更手段を前記第２の突き当て位置で回動を規制して回転した状態において、前記内周側回転子のイナーシャによる力と前記外周側永久磁石及び前記内周側永久磁石の引き付け力とが同一方向となることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 前記外周側永久磁石の磁極中心に対して、前記内周側永久磁石の磁極中心がずれており、
   合成磁束が最も強くなる状態の前記外周側永久磁石の磁極中心に対して、前記内周側永久磁石の磁極中心は前記第２の突き当て位置から離れる方向にずれており、
   合成磁束が最も弱くなる状態の前記外周側永久磁石の磁極中心に対して、前記内周側永久磁石の磁極中心は一致、もしくは前記第１の突き当て位置に近くなる方向にずれること特徴とする請求項１に記載の電動機。
4. 前記外周側永久磁石の磁極中心に対して、前記内周側永久磁石の磁極中心がずれており、
   前記外周側回転子と前記内周側回転子との相対位相を変更することによって合成磁束を変化させる際に、前記合成磁束が最も強くなる状態の相対位相を電気角度０ｄｅｇとすると、
   合成磁束が最も強くなる状態の前記外周側永久磁石の磁極中心に対して、前記内周側永久磁石の磁極中心は前記第２の突き当て位置から離れる方向に電気角度にて３ｄｅｇ〜２０ｄｅｇずれており、
   合成磁束が最も弱くなる状態の前記外周側永久磁石の磁極中心に対して、前記内周側永久磁石の磁極中心は一致、もしくは前記第１の突き当て位置に近くなる方向に電気角度にて０ｄｅｇ〜２０ｄｅｇずれること特徴とする請求項３に記載の電動機。
5. 前記位相変更手段は、前記外周側回転子に固定されるベーンと、前記内周側回転子に固定される仕切壁と、前記ベーンと前記仕切壁との間に形成される作動室と、を備え、
   前記作動室に流体が給排されることにより、前記外周側回転子と前記内周側回転子との相対位相が変更され、前記仕切壁の基部に突き当て面が設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機。

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