JP4767997B2 - 回転電機用ロータおよび電動機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機用ロータと、その回転電機用ロータを用いた電動機とに関する。

永久磁石式電動機の回転子が、軸線方向に互いに隣接する第１永久磁石群と第２永久磁石群とを備え、第１、第２永久磁石群は、それぞれ回転子の外周面に着磁方向の異なる複数の永久磁石を交互に配置してなり、かつ軸方向に隣接する第１の永久磁石群の永久磁石と第２の永久磁石群の永久磁石との着磁方向とを異ならせたものが、下記特許文献１により公知である。

またステッピングモータのロータが軸線方向に並置された第１ロータ部〜第４ロータ部からなり、各々のロータ部は極性が円周方向に交互に反転する複数の永久磁石を備え、第１ロータ部および第２ロータ部の永久磁石の極性を円周方向に１／２ピッチ分ずらすとともに、第３ロータ部および第４ロータ部の永久磁石の極性を円周方向に１／２ピッチ分ずらし、かつ第１、第２ロータ部の永久磁石の極性および第３、第４ロータ部の永久磁石の極性を円周方向に１／４ピッチ分ずらしたものが、下記特許文献２により公知である（図１２の第５実施例参照）。
特開２００７−１２９８６９号公報 特開平９−９６０２号公報

ところで電動機のロータの永久磁石は、それに対向するステータの電気子との間で磁束の受け渡しを行うものであるが、ロータに設けられた複数の永久磁石のうち、隣接する二つの永久磁石の異なる極性の磁極間で磁束が短絡してしまうと、ロータの永久磁石とステータの電気子との間で受け渡される磁束が減少して電動機が発生するトルクが減少してしまう問題があある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、回転電機用ロータに設けた複数の永久磁石間の表面磁束の短絡を抑制して回転電機の性能を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、極性の異なる磁極が円周方向に交互に並ぶように複数の主永久磁石を配置した磁極列を軸線方向に複数並置し、軸線方向に隣接する前記磁極列の相互に向かい合う前記主永久磁石の極性を異ならせた回転電機用ロータにおいて、隣接する二つの前記磁極列の軸線方向に相互に向かい合う前記主永久磁石の間に副永久磁石を設け、前記副永久磁石の極性を、相互に向かい合う前記主永久磁石の間の表面磁束の短絡を抑制するように配置したことを特徴とする回転電機用ロータが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記副永久磁石の減磁耐力を前記主永久磁石の減磁耐力よりも大きく設定したことを特徴とする回転電機用ロータが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記副永久磁石を前記主永久磁石よりもステータ側に突出させたことを特徴とする回転電機用ロータが提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記複数の磁極列の間に配置した弱磁性体製のスペーサの外周部に前記副永久磁石を支持したことを特徴とする回転電機用ロータが提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項４の構成に加えて、前記副永久磁石は、軸線に関して円周方向に延びる内周面および外周面と、軸線に関して径方向に延びる一対の側面と、前記一対の側面の径方向外端部および前記外周面の円周方向両端部を接続する一対の傾斜面とを備え、前記スペーサの外周部には前記副永久磁石が嵌合する副永久磁石支持孔が形成され、前記副永久磁石は、少なくとも前記一対の傾斜面が前記副永久磁石支持孔の周囲の一対の径方向荷重支持部に接することを特徴とする回転電機用ロータが提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、請求項５の構成に加えて、前記スペーサは前記一対の径方向荷重支持部を接続するブリッジ部を備え、前記ブリッジ部は前記副永久磁石の外周面に間隙を介して対向することを特徴とする回転電機用ロータが提案される。

また請求項７に記載された発明によれば、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の回転電機用ロータを第１ロータとして備えた電動機であって、前記第１ロータとステータとの間に第２ロータを備え、前記ステータは、円周方向に配置された複数の電機子で構成され、電力の供給に伴って該複数の電機子に発生する磁極により、円周方向に沿って回転する回転磁界を発生させ、前記第１ロータは、円周方向に所定ピッチで交互に異なる極性の磁極を有するように複数の第１永久磁石を配置して構成された第１永久磁石列と、円周方向に前記所定ピッチで交互に異なる極性の磁極を有するように複数の第２永久磁石を配置して構成された第２永久磁石列とを軸線方向に並置して成り、前記第２ロータは、円周方向に前記所定ピッチで配置された軟磁性体製の複数の第１誘導磁極で構成された第１誘導磁極列と、円周方向に前記所定ピッチで配置された軟磁性体製の複数の第２誘導磁極で構成された第２誘導磁極列とを軸線方向に並置して成り、前記第１誘導磁極列の径方向両側に前記ステータの電機子列および前記第１永久磁石列が対向し、前記第２誘導磁極列の径方向両側にそれぞれ前記ステータの電機子列および前記第２永久磁石列が対向し、前記第２ロータの前記第１誘導磁極の位相および第２誘導磁極の位相を相互に円周方向に前記所定ピッチの半分だけずらし、前記第１ロータの第１永久磁石列の磁極の位相および第２永久磁石列の磁極の位相を円周方向に前記所定ピッチだけずらしたことを特徴とする電動機が提案される。

また請求項８に記載された発明によれば、極性の異なる磁極が円周方向に交互に並ぶように複数の主永久磁石を配置した磁極列を軸線方向に複数並置し、軸線方向に隣接する前記磁極列の相互に向かい合う前記主永久磁石の極性を異ならせ、円周方向に相互に向かい合う前記主永久磁石の間に副永久磁石を設け、前記副永久磁石の極性を、相互に向かい合う前記主永久磁石の間の表面磁束の短絡を抑制するように配置して成る回転電機用ロータを第１ロータとして備えた電動機であって、前記第１ロータとステータとの間に第２ロータを備え、前記ステータは、円周方向に配置された複数の電機子で構成され、電力の供給に伴って該複数の電機子に発生する磁極により、円周方向に沿って回転する回転磁界を発生させ、前記第１ロータは、円周方向に所定ピッチで交互に異なる極性の磁極を有するように複数の第１永久磁石を配置して構成された第１永久磁石列と、円周方向に前記所定ピッチで交互に異なる極性の磁極を有するように複数の第２永久磁石を配置して構成された第２永久磁石列とを軸線方向に並置して成り、前記第２ロータは、円周方向に前記所定ピッチで配置された軟磁性体製の複数の第１誘導磁極で構成された第１誘導磁極列と、円周方向に前記所定ピッチで配置された軟磁性体製の複数の第２誘導磁極で構成された第２誘導磁極列とを軸線方向に並置して成り、前記第１誘導磁極列の径方向両側に前記ステータの電機子列および前記第１永久磁石列が対向し、前記第２誘導磁極列の径方向両側にそれぞれ前記ステータの電機子列および前記第２永久磁石列が対向し、前記第２ロータの前記第１誘導磁極の位相および第２誘導磁極の位相を相互に円周方向に前記所定ピッチの半分だけずらし、前記第１ロータの第１永久磁石列の磁極の位相および第２永久磁石列の磁極の位相を円周方向に前記所定ピッチだけずらしたことを特徴とする電動機が提案される。

また請求項９に記載された発明によれば、請求項８の構成に加えて、前記副永久磁石の減磁耐力を前記主永久磁石の減磁耐力よりも大きく設定したことを特徴とする電動機が提案される。

また請求項１０に記載された発明によれば、請求項８または請求項９の構成に加えて、前記副永久磁石を前記主永久磁石よりもステータ側に突出させたことを特徴とする電動機が提案される。

尚、実施の形態のアウターロータ１３は本発明の第２ロータに対応し、実施の形態のインナーロータ１４は本発明の第１ロータに対応し、実施の形態の第１、第２ステータ１２Ｌ，１２Ｒは本発明のステータに対応し、実施の形態の第１、第２電機子２１Ｌ，２１Ｒは本発明の電機子に対応し、実施の形態の第１、第２誘導磁極３８Ｌ，３８Ｒは本発明の誘導磁極に対応し、実施の形態の第１、第２副永久磁石４０Ｌ，４０Ｒは本発明の副永久磁石に対応し、実施の形態の第１、第２主永久磁石５２Ｌ，５２Ｒは本発明の主永久磁石に対応する。

請求項１の構成によれば、回転電機用ロータが、極性の異なる磁極が円周方向に交互に並ぶように複数の主永久磁石を配置した磁極列を軸線方向に複数並置し、軸線方向に隣接する磁極列の相互に対向する主永久磁石の極性を異ならせて構成されており、隣接する二つの磁極列の軸線方向に相互に向かい合う主永久磁石の間に設けた副永久磁石の極性を、相互に向かい合う主永久磁石の間の表面磁束の短絡を抑制するように配置したので、主永久磁石の間の表面磁束の短絡を副永久磁石の磁束により抑制し、表面磁束の短絡による回転電機の性能低下を最小限に抑えることができる。

また請求項２の構成によれば、副永久磁石の減磁耐力を主永久磁石の減磁耐力よりも大きく設定したので、主永久磁石に磁束によって副永久磁石が減磁するのを抑制し、副永久磁石による表面磁束の短絡抑制効果を充分に発揮させることができる。

また請求項３の構成によれば、副永久磁石を主永久磁石よりもステータ側に突出させたので、相互に向かい合う主永久磁石の間の表面磁束の短絡通路に副永久磁石を突出させ、副永久磁石による表面磁束の短絡抑制効果を有効に発揮させることができる。

また請求項４の構成によれば、複数の磁極列の間に配置した弱磁性体製のスペーサの外周部に副永久磁石を支持したので、そのスペーサを積層鋼板で構成する場合に比べて安価であるだけでなく、副永久磁石による複数の磁極列間の磁束の短絡防止効果をスペーサによって更に高めることができる。

また請求項５の構成によれば、スペーサの外周部に形成した副永久磁石支持孔に支持される副永久磁石は、少なくとも一対の傾斜面が副永久磁石支持孔の周囲の一対の径方向荷重支持部に接するので、回転電機用ロータの回転に伴う遠心力が副永久磁石に作用したときに、副永久磁石を円周方向に位置決めすることができる。

また請求項６の構成によれば、スペーサは一対の径方向荷重支持部を接続するブリッジ部を備え、そのブリッジ部が副永久磁石の外周面に間隙を介して対向するので、一対の径方向荷重支持部に遠心力による応力が集中して耐久性が低下するのを、ブリッジ部によって効果的に防止することができる。このとき、副永久磁石は軸線方向の磁束により複数の磁極列間の磁束の短絡防止効果を得るため、副永久磁石の外周面と永久磁石支持孔との間に径方向の間隙が存在しても、前記磁束の短絡防止効果に影響を及ぼすことがない。

また請求項７の構成によれば、電動機は、電機子列により回転磁界を発生するステータと、第１、第２永久磁石で構成された第１、第２永久磁石列を有する第１ロータと、ステータおよび第１ロータ間に配置され、第１、第２誘導磁極で構成された第１、第２誘導磁極列を有する第２ロータとを備えており、第１誘導磁極列の径方向両側にそれぞれ電機子列および第１永久磁石列を対向させ、第２誘導磁極列の径方向両側にそれぞれ電機子列および第２永久磁石列を対向させたので、電機子に対する通電を制御して回転磁界を回転させることで、第１、第２電機子、第１、第２永久磁石および第１、第２誘導磁極を通過する磁路を形成し、第１ロータおよび第２ロータの一方あるいは両方を回転させることができる。

また請求項８の構成によれば、電動機の第１ロータとして機能する回転電機用ロータが、極性の異なる磁極が円周方向に交互に並ぶように複数の主永久磁石を配置した磁極列を軸線方向に複数並置し、軸線方向に隣接する磁極列の相互に対向する主永久磁石の極性を異ならせて構成されており、円周方向に相互に向かい合う主永久磁石の間に設けた副永久磁石の極性を、相互に向かい合う主永久磁石の間の表面磁束の短絡を抑制するように配置したので、主永久磁石の間の表面磁束の短絡を副永久磁石の磁束により抑制し、表面磁束の短絡による回転電機の性能低下を最小限に抑えることができる。その上、電動機は、電機子列により回転磁界を発生するステータと、第１、第２永久磁石で構成された第１、第２永久磁石列を有する第１ロータと、ステータおよび第１ロータ間に配置され、第１、第２誘導磁極で構成された第１、第２誘導磁極列を有する第２ロータとを備えており、第１誘導磁極列の径方向両側にそれぞれ電機子列および第１永久磁石列を対向させ、第２誘導磁極列の径方向両側にそれぞれ電機子列および第２永久磁石列を対向させたので、電機子に対する通電を制御して回転磁界を回転させることで、第１、第２電機子、第１、第２永久磁石および第１、第２誘導磁極を通過する磁路を形成し、第１ロータおよび第２ロータの一方あるいは両方を回転させることができる。

また請求項９の構成によれば、副永久磁石の減磁耐力を主永久磁石の減磁耐力よりも大きく設定したので、主永久磁石に磁束によって副永久磁石が減磁するのを抑制し、副永久磁石による表面磁束の短絡抑制効果を充分に発揮させることができる。

また請求項１０の構成によれば、副永久磁石を主永久磁石よりもステータ側に突出させたので、相互に向かい合う主永久磁石の間の表面磁束の短絡通路に副永久磁石を突出させ、副永久磁石による表面磁束の短絡抑制効果を有効に発揮させることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図１７は本発明の第１の実施の形態を示すもので、図１は電動機を軸線方向に見た正面図（図２の１−１線矢視図）、図２は図１の２−２線断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は図２の４−４線断面図、図５は図２の５−５線矢視図、図６は図２の６−６線矢視図、図７は図３の７−７線矢視図、図８は図３の８−８線断面図、図９は電動機の分解斜視図、図１０はインナーロータの分解斜視図、図１１は図３の１１部拡大図、図１２は電動機を円周方向に展開した模式図、図１３はインナーロータを固定した場合の作動説明図の（その１）、図１４はインナーロータを固定した場合の作動説明図の（その２）、図１５はインナーロータを固定した場合の作動説明図の（その３）、図１６はアウターロータを固定した場合の作動説明図の（その１）、図１７はアウターロータを固定した場合の作動説明図の（その２）である。

図９に示すように、本実施の形態の電動機Ｍは、軸線Ｌ方向に短い八角筒形状を成すケーシング１１と、ケーシング１１の内周に固定された円環状の第１、第２ステータ１２Ｌ，１２Ｒと、第１、第２ステータ１２Ｌ，１２Ｒの内部に収納されて軸線Ｌまわりに回転する円筒状のアウターロータ１３と、アウターロータ１３の内部に収納されて軸線Ｌまわりに回転する円筒状のインナーロータ１４とで構成されるもので、アウターロータ１３およびインナーロータ１４は固定された第１、第２ステータ１２Ｌ，１２Ｒに対して相対回転可能であり、かつアウターロータ１３およびインナーロータ１４は相互に相対回転可能である。

図１および図２から明らかなように、ケーシング１１は有底八角筒状の本体部１５と、本体部１５の開口に複数本のボルト１６…で固定される八角板状の蓋部１７とで構成されており、本体部１５および蓋部１７には通気のための複数の開口１５ａ…，１７ａ…が形成される。

図１〜図４および図９から明らかなように、第１、第２ステータ１２Ｌ，１２Ｒは、同一構造のものを円周方向に位相を揃えて重ね合わせたものであり、その一方の第１ステータ１２Ｌを例にとって構造を説明する。第１ステータ１２Ｌは、積層鋼板よりなるコア１８の外周にインシュレータ１９を介してコイル２０を巻回した複数個（実施の形態では２４個）の第１電機子２１Ｌ…を備えており、これらの第１電機子２１Ｌ…は全体として円環状を成すように円周方向に結合された状態で、リング状のホルダ２２で一体化される。ホルダ２２の軸線Ｌ方向一端から径方向に突出するフランジ２２ａが、ケーシング１１の本体部１５の内面の段部１５ｂ（図２参照）に複数本のボルト２３…で固定される。

第２ステータ１２Ｒは、上述した第１ステータ１２Ｌと同様に２４個の第２電機子２１Ｒ…を備えており、そのホルダ２２のフランジ２２ａがケーシング１１の本体部１５の内面の段部１５ｃ（図２参照）に複数本のボルト２４…で固定される。このとき、第１ステータ１２Ｌおよび第２ステータ１２Ｒの円周方向の位相は一致している（図３および図４参照）。そして第１、第２ステータ１２Ｌ，１２Ｒの第１、第２電機子２１Ｌ…，２１Ｒ…に、ケーシング１１の本体部１５に設けた３個の端子２５，２６，２７（図１参照）から３相交流電流を供給することで、第１、第２ステータ１２Ｌ，１２Ｒに位相が同一の回転磁界を発生させることができる。

図２および図９から明らかなように、アウターロータ１３は、弱磁性体で円筒状に形成されたロータボディ３１と、弱磁性体で円板状に形成されてロータボディ３１の両端の開口を覆うようにボルト３２…で固定される２個のロータカバー３３，３３とを備えた中空の部材であって、一方のロータカバー３３の中心から軸線Ｌ上に突出する第１アウターロータシャフト３４がボールベアリング３５でケーシング１１の本体部１５に回転自在に支持されるとともに、他方のロータカバー３３の中心から軸線Ｌ上に突出する第２アウターロータシャフト３６がボールベアリング３７でケーシング１１の蓋部１７に回転自在に支持される。アウターロータ１３の出力軸となる第１アウターロータシャフト３４は、ケーシング１１の本体部１５を貫通して外部に延出する。

弱磁性体とは、磁石に吸着しない材質で、例えばアルミニウム等の他に樹脂、木等を含み、非磁性体と呼ばれることもある。

図２、図７および図９から明らかなように、アウターロータ１３のロータボディ３１の軸線Ｌ方向一端面には、軸線Ｌと平行に延びる複数本（実施の形態では２０本）のスリット３１ａ…が、径方向内外に連通するように形成され、またロータボディ３１の軸線Ｌ方向他端面には、軸線Ｌと平行に延びる複数本（実施の形態では２０本）のスリット３１ｂ…が、径方向内外に連通するように形成される。一方のスリット３１ａ…および他方のスリット３１ｂ…は、それが交互に配置されるように位相がずれている。

一方のスリット３１ａ…には軟磁性体製の第１誘導磁極３８Ｌ…が軸線Ｌ方向に挿入されて埋め込まれるとともに、他方のスリット３１ｂ…には軟磁性体製の第２誘導磁極３８Ｒ…が軸線Ｌ方向に挿入されて埋め込まれ、それぞれロータカバー３３，３３によってスリット３１ａ…，３１ｂ…内に保持される。前記第１、第２誘導磁極３８Ｌ…，３８Ｒ…は、軸線Ｌ方向に積層された鋼板で構成される。

第１、第２誘導磁極３８Ｌ…，３８Ｒ…は、ロータボディ３１に軸線Ｌ方向に延びるように設けた複数のスリット３８ａ…，３８ｂ…に嵌合して保持されるので、ロータボディ３１に対する第１、第２誘導磁極３８Ｌ…，３８Ｒ…の組み付けが簡単になる。しかも第１、第２誘導磁極３８Ｌ…，３８Ｒ…はスリット３１ａ…，３１ｂ…に対して凹凸係合するため（図１１参照）、それらがロータボディ３１の径方向内外に脱落することはない。

図２から明らかなように、アウターロータ１３の第２アウターロータシャフト３６を囲むように、アウターロータ１３の回転位置を検出するための第１レゾルバ４２が設けられる。第１レゾルバ４２は、第２アウターロータシャフト３６の外周に固定されたレゾルバロータ４３と、このレゾルバロータ４３の周囲を囲むようにケーシング１１の蓋部１７に固定されたレゾルバステータ４４とで構成される。

図２〜図６、図８、図１０および図１１から明らかなように、インナーロータ１４は、円筒状に形成されたロータボディ４５と、ロータボディ４５のハブ４５ａを貫通してボルト４６で固定されたインナーロータシャフト４７と、積層鋼板で構成されてロータボディ４５の外周に嵌合する円環状の第１、第２ロータコア４８Ｌ，４８Ｒと、ロータボディ４５の外周に嵌合する円環状のスペーサ４９とを備える。インナーロータシャフト４７の一端は軸線Ｌ上で第１アウターロータシャフト３４の内部にボールベアリング５０で回転自在に支持され、またインナーロータシャフト４７の他端は第２アウターロータシャフト３６の内部にボールベアリング５１で回転自在に支持されるとともに、第２アウターロータシャフト３６およびケーシング１１の蓋部１７を貫通し、インナーロータ１４の出力軸としてケーシング１１の外部に延出する。

ロータボディ４５の外周に嵌合する第１、第２ロータコア４８Ｌ，４８Ｒは同一構造を有するもので、その外周面に沿って複数個（実施の形態では２０個）の主永久磁石支持孔４８ａ…（図３および図４参照）を備えており、そこに第１、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…が軸線Ｌ方向に挿入される。第１、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…はＮ極およびＳ極が径方向内外を向くように配置されており、第１ロータコア４８Ｌの隣接する第１主永久磁石５２Ｌ…の極性は交互に反転しており、第２ロータコア４８Ｒの隣接する第２主永久磁石５２Ｒ…の極性は交互に反転しており、かつ第１ロータコア４８Ｌの第１主永久磁石５２Ｌ…の円周方向の位相および極性と、第２ロータコア４８Ｒの第２主永久磁石５２Ｒ…の円周方向の位相および極性とは、電気角で１８０°ずれている（図３および図４参照）。即ち、第１ロータコア４８Ｌおよび第２ロータコア４８Ｒの軸線Ｌ方向に隣接する第１主永久磁石５２Ｌおよび第２主永久磁石５２Ｒの外周面側の磁極の極性は、その一方がＮ極であれば、その他方はＳ極となる（図８参照）。

弱磁性体製のスペーサ４９の外周面に沿って、第１、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…と同数（実施の形態では２０個）の副永久磁石支持孔４９ａ…（図５参照）が形成されており、そこに副永久磁石３９…が軸線Ｌ方向に挿入される。各副永久磁石３９は、その軸線Ｌ方向両側に位置する第１、第２主永久磁石５２Ｌ，５２Ｒ間に挟まれており、そのＮ極およびＳ極は軸線Ｌ方向を指向している。副永久磁石３９のＮ極は第１、第２主永久磁石５２Ｌ，５２Ｒの一方の外周面のＮ極に対向し、副永久磁石３９のＳ極は第１、第２主永久磁石５２Ｌ，５２Ｒの他方の外周面のＳ極に対向する。即ち、第１、第２主永久磁石５２Ｌ，５２Ｒの外周面のＮ極およびＳ極からの磁束は、本来アウターロータ１３の第１、第２誘導磁極３８Ｌ…，３８Ｒ…に流れるべきものであるが、その磁束が第１、第２主永久磁石５２Ｌ，５２Ｒ間で短絡してしまうのを抑制する方向に、副永久磁石３９の磁極が配置される。よって、円周方向に隣接する副永久磁石３９，３９の磁極の方向は交互に反転している。

また第１ロータコア４８Ｌの円周方向に隣接する主永久磁石支持孔４８ａ…の間に副永久磁石支持孔４８ｂ…が形成されており、そこに第１副永久磁石４０Ｌ…が挿入される。第１副永久磁石４０Ｌ…のＮ極およびＳ極は円周方向を向いており、円周方向に隣接する主永久磁石５２Ｌの外周面のＮ極に第１副永久磁石４０ＬのＮ極が対向し、円周方向に隣接する主永久磁石５２Ｌの外周面のＳ極に第１副永久磁石４０ＬのＳ極が対向している（図１１参照）。つまり、円周方向に隣接する主永久磁石５２Ｌ間の表面磁束の短絡が、第１副永久磁石４０Ｌによって阻止される。

第２ロータコア４８Ｒには、第１ロータコア４８Ｌの第１副永久磁石４０Ｌ…と同様に、第２副永久磁石４０Ｒ…が設けられる。

上記副永久磁石３９…および第１、第２副永久磁石４０Ｌ…，４０Ｒ…の減磁耐力は、第１、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…の減磁耐力よりも高く設定される。その理由は、第１、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…が発生する逆向きの磁束に晒されると、副永久磁石３９…および第１、第２副永久磁石４０Ｌ…，４０Ｒ…の磁力が減じてしまう場合があるが、副永久磁石３９…および第１、第２副永久磁石４０Ｌ…，４０Ｒ…の減磁耐力を第１、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…の減磁耐力よりも高く設定することで、副永久磁石３９…および第１、第２副永久磁石４０Ｌ…，４０Ｒ…の減磁を防止することができる。

そしてロータボディ４５の外周の軸線Ｌ方向中央に前記副永久磁石３９を備えた弱磁性体のスペーサ４９が嵌合し、その外側に第１、第２ロータコア４８Ｌ，４８Ｒがそれぞれ嵌合し、その外側に第１、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…および第１、第２副永久磁石４０Ｌ…，４０Ｒ…を抜け止めする一対の支持板５４，５４がそれぞれ嵌合し、その外側に一対のストッパリング５５，５５が圧入によりそれぞれ固定される。

図２から明らかなように、インナーロータシャフト４７を囲むように、インナーロータ１４の回転位置を検出するための第２レゾルバ５６が設けられる。第２レゾルバ５６は、インナーロータシャフト４７の外周に固定されたレゾルバロータ５７と、このレゾルバロータ５７の周囲を囲むようにケーシング１１の蓋部１７に固定されたレゾルバステータ５８とで構成される。

しかして、図１１に拡大して示すように、アウターロータ１３の外周面に露出する第１誘導磁極３８Ｌ…の外周面に、僅かなエアギャップαを介して第１ステータ１２Ｌの第１電機子２１Ｌ…の内周面が対向し、アウターロータ１３の内周面に露出する第１誘導磁極３８Ｌ…の内周面に、僅かなエアギャップβを介してインナーロータ１４の第１ロータコア４８Ｌの外周面が対向する。同様に、アウターロータ１３の外周面に露出する第２誘導磁極３８Ｒ…の外周面に、僅かなエアギャップαを介して第２ステータ１２Ｒの第２電機子２１Ｒ…の内周面が対向し、アウターロータ１３の内周面に露出する第２誘導磁極３８Ｒ…の内周面に、僅かなエアギャップβを介してインナーロータ１４の第２ロータコア４８Ｒの外周面が対向する。

次に、上記構成を備えた第１の実施の形態の電動機Ｍの作動原理を説明する。

図１２は電動機Ｍを円周方向に展開した状態を模式的に示すものである。図１２の左右両側には、インナーロータ１４の第１、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…がそれぞれ示される。第１、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…は、円周方向（図１２の上下方向）に所定ピッチＰでＮ極およびＳ極が交互に配置されるとともに、軸線Ｌ方向（図１２の左右方向）に対向する第１主永久磁石５２Ｌ…の極性および第２主永久磁石５２Ｒ…の極性は逆になるように配置される。

図１２の中央部には第１、第２ステータ１２Ｌ，１２Ｒの第１、第２電機子２１Ｌ…，２１Ｒ…に対応する仮想永久磁石２１…が円周方向に所定ピッチＰで配置される。実際には、第１、第２ステータ１２Ｌ，１２Ｒの第１、第２電機子２１Ｌ…，２１Ｒ…の数は各２４個であり、インナーロータ１４の第１、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…の数は各２０個であるため、第１、第２電機子２１Ｌ…，２１Ｒ…のピッチはインナーロータ１４の第１、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…のピッチＰと一致していない。

しかしながら、第１、第２電機子２１Ｌ…，２１Ｒ…はそれぞれ回転磁界を形成するため、それら第１、第２電機子２１Ｌ…，２１Ｒ…を、ピッチＰで配置されて円周方向に回転する２０個の仮想永久磁石２１…で置き換えることができる。以下、第１、第２電機子２１Ｌ…，２１Ｒ…を、仮想永久磁石２１…の第１、第２仮想磁極２１Ｌ…，２１Ｒ…と呼ぶ。円周方向に隣接する仮想永久磁石２１…の第１、第２仮想磁極２１Ｌ…，２１Ｒ…の極性は交互に反転しており、かつ各仮想永久磁石２１…の第１仮想磁極２１Ｌ…と第２仮想磁極２１Ｒ…とは、同一の極性を有して軸線方向Ｌに整列している。

第１、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…と仮想永久磁石２１…との間に、アウターロータ１３の第１、第２誘導磁極３８Ｌ…，３８Ｒ…が配置される。第１、第２誘導磁極３８Ｌ…，３８Ｒ…は円周方向にピッチＰで配置されるとともに、第１誘導磁極３８Ｌ…と第２誘導磁極３８Ｒ…とは円周方向にピッチＰの半分だけずれている。

図１２に示すように、仮想永久磁石２１の第１仮想磁極２１Ｌの極性が、それに対向する（最も近い）第１主永久磁石５２Ｌの極性と異なるときには、仮想永久磁石２１の第２仮想磁極２１Ｒの極性が、それに対向する（最も近い）第２主永久磁石５２Ｒの極性と同じになる。また仮想永久磁石２１の第２仮想磁極２１Ｒの極性が、それに対向する（最も近い）第２主永久磁石５２Ｒの極性と異なるときには、仮想永久磁石２１の第１仮想磁極２１Ｌの極性が、それに対向する（最も近い）第１主永久磁石５２Ｌの極性と同じになる（図１４（Ｇ）参照）。

先ず、インナーロータ１４（第１、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…）を回転不能に固定した状態で、第１、第２ステータ１２Ｌ，１２Ｒ（第１、第２仮想磁極２１Ｌ…，２１Ｒ…）に回転磁界を発生させることで、アウターロータ１３（第１、第２誘導磁極３８Ｌ…，３８Ｒ…）を回転駆動する場合の作用を説明する。この場合、図１３（Ａ）→図１３（Ｂ）→図１３（Ｃ）→図１３（Ｄ）→図１４（Ｅ）→図１４（Ｆ）→図１４（Ｇ）の順番で、固定された第１、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…に対して仮想永久磁石２１…が図中下向きに回転することで、第１、第２誘導磁極３８Ｌ…，３８Ｒ…が図中下向きに回転する。

図１３（Ａ）に示すように、相対向する第１主永久磁石５２Ｌ…および仮想永久磁石２１…の第１仮想磁極２１Ｌ…に対して第１誘導磁極３８Ｌ…が整列し、かつ相対向する第２仮想磁極２１Ｒ…および第２主永久磁石５２Ｒ…に対して第２誘導磁極３８Ｒ…が半ピッチＰ／２ずれた状態から、仮想永久磁石２１…を同図の下方に回転させる。その回転の開始時においては、仮想永久磁石２１…の第１仮想磁極２１Ｌ…の極性は、それに対向する第１主永久磁石５２Ｌ…の極性と異なるとともに、仮想永久磁石２１…の第２仮想磁極２１Ｒ…の極性は、それに対向する第２主永久磁石５２Ｒ…の極性と同じになる。

第１誘導磁極３８Ｌ…が第１主永久磁石５２Ｌ…および仮想永久磁石２１…の第１仮想磁極２１Ｌ…間に配置されているので、第１誘導磁極３８Ｌ…が第１主永久磁石５２Ｌ…および第１仮想磁極２１Ｌ…によって磁化され、第１主永久磁石５２Ｌ…、第１誘導磁極３８Ｌ…および第１仮想磁極２１Ｌ…間に第１磁力線Ｇ１が発生する。同様に、第２誘導磁極３８Ｒ…が第２仮想磁極２１Ｒ…および第２主永久磁石５２Ｒ…間に配置されているので、第２誘導磁極３８Ｒ…が第２仮想磁極２１Ｒ…および第２主永久磁石５２Ｒ…によって磁化され、第２仮想磁極２１Ｒ…、第２誘導磁極３８Ｒ…および第２主永久磁石５２Ｒ…間に第２磁力線Ｇ２が発生する。

図１３（Ａ）に示す状態では、第１磁力線Ｇ１は、第１主永久磁石５２Ｌ…、第１誘導磁極３８Ｌ…および第１仮想磁極２１Ｌ…を結ぶように発生し、第２磁力線Ｇ２は、円周方向に隣り合う各２つの第２仮想磁極２１Ｒ…と両者の間に位置する第２誘導磁極３８Ｒ…とを結ぶように、また円周方向に隣り合う各２つの第２主永久磁石５２Ｒ…と両者の間に位置する第２誘導磁極３８Ｒ…とを結ぶように発生する。その結果、この状態では、図１５（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誘導磁極３８Ｌ…には、円周方向に回転させるような磁力は作用しない。また円周方向に隣り合う各２つの第２仮想磁極２１Ｒ…と第２誘導磁極３８Ｒ…との間の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、同様に円周方向に隣り合う各２つの第２主永久磁石５２Ｒ…と第２誘導磁極３８Ｒ…との間の２つの第２磁力線Ｇ２の曲がり度合いおよび総磁束量も、互いに等しくなってバランスしている。このため、第２誘導磁極３８Ｒ…にも、円周方向に回転させるような磁力は作用しない。

そして、仮想永久磁石２１…が図１３（Ａ）に示す位置から図１３（Ｂ）に示す位置に回転すると、第２仮想磁極２１Ｒ…、第２誘導磁極３８Ｒ…および第２主永久磁石５２Ｒ…を結ぶような第２磁力線Ｇ２が発生するとともに、第１誘導磁極３８Ｌ…と第１仮想磁極２１Ｌ…との間の第１磁力線Ｇ１が曲がった状態になる。これに伴い、第１、第２の磁力線Ｇ１，Ｇ２によって、図１５（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誘導磁極３８Ｌ…に作用する。これにより、第１誘導磁極３８Ｌ…は、仮想永久磁石２１…の回転方向、つまり磁界回転方向に比較的大きな駆動力で駆動され、その結果アウターロータ１３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誘導磁極３８Ｒ…に作用し、それにより第２誘導磁極３８Ｒ…は磁界回転方向に比較的小さな駆動力で駆動され、その結果アウターロータ１３は磁界回転方向に回転する。

次いで、仮想永久磁石２１が、図１３（Ｂ）に示す位置から、図１３（Ｃ），（Ｄ）および図１４（Ｅ），（Ｆ）に示す位置に順に回転すると、第１誘導磁極３８Ｌ…および第２誘導磁極３８Ｒ…は、それぞれ第１、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、その結果アウターロータ１３が磁界回転方向に回転する。その間、第１誘導磁極３８Ｌ…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誘導磁極３８Ｌ…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誘導磁極３８Ｒ…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誘導磁極３８Ｒ…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、仮想永久磁石２１が図１４（Ｅ）に示す位置から図１４（Ｆ）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誘導磁極３８Ｒ…に作用し、第２誘導磁極３８Ｒ…に作用する駆動力が最大になる。その後、図１４（Ｇ）に示すように、仮想永久磁石２１が当初の図１３（Ａ）の位置からピッチＰ分回転することにより、仮想永久磁石２１の第１、第２仮想磁極２１Ｌ…，２１Ｒ…がそれぞれ第１、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…に対向する位置に回転すると、図１３（Ａ）の状態と左右が反転した状態となり、その瞬間だけアウターロータ１３を円周方向に回転させる磁力は作用しなくなる。

この状態から、仮想永久磁石２１が更に回転すると、第１、第２の磁力線Ｇ１，Ｇ２に起因する磁力によって、第１、第２誘導磁極３８Ｌ…，３８Ｒ…が磁界回転方向に駆動され、アウターロータ１３が磁界回転方向に回転する。その際、仮想永久磁石２１が再び図１３（Ａ）に示す位置まで回転する間、以上とは逆に、第１誘導磁極３８Ｌ…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誘導磁極３８Ｌ…に作用する駆動力が大きくなる。逆に、第２誘導磁極３８Ｒ…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誘導磁極３８Ｒ…に作用する駆動力が小さくなる。

また図１３（Ａ）と図１４（Ｇ）とを比較すると明らかなように、仮想永久磁石２１がピッチＰ分回転するのに伴って、第１、第２誘導磁極３８Ｌ…，３８Ｒ…が半ピッチＰ／２分しか回転しないので、アウターロータ１３は、第１、第２ステータ１２Ｌ、１２Ｒ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、第２磁力線Ｇ１，Ｇ２に起因する磁力の作用によって、第１、第２誘導磁極３８Ｌ…，３８Ｒ…が、第１磁力線Ｇ１で結ばれた第１主永久磁石５２Ｌ…と第１仮想磁極２１Ｌ…との中間、および第２磁力線Ｇ２で結ばれた第２主永久磁石５２Ｒ…と第２仮想磁極２１Ｒ…との中間に、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。

次に、図１６および図１７を参照しながら、アウターロータ１３を固定した状態で、インナーロータ１４を回転させる場合の電動機Ｍの作動について説明する。

先ず、図１６（Ａ）に示すように、各第１誘導磁極３８Ｌ…が各第１主永久磁石５２Ｌ…に対向するとともに、各第２誘導磁極３８Ｒ…が隣り合う各２つの第２主永久磁石５２Ｒ…の間に位置した状態から、第１、第２回転磁界を同図の下方に回転させる。その回転の開始時において、各第１仮想磁極２１Ｌ…の極性を、それに対向する各第１主永久磁石５２Ｌ…の極性と異ならせるとともに、各第２仮想磁極２１Ｒ…の極性をそれに対向する各第２主永久磁石５２Ｒ…の極性と同じにする。

この状態から、仮想永久磁石２１…が図１６（Ｂ）に示す位置に回転すると、第１誘導磁極３８Ｌ…と第１仮想磁極２１Ｌ…の間の第１磁力線Ｇ１が曲がった状態になり、かつ第２仮想磁極２１Ｒ…が第２誘導磁極３８Ｒ…に近づくことによって、第２仮想磁極２１Ｒ…、第２誘導磁極３８Ｒ…および第２主永久磁石５２Ｒ…を結ぶような第２磁力線Ｇ２が発生する。その結果、第１、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…、仮想永久磁石２１…および第１、第２誘導磁極３８Ｌ…，３８Ｒ…において、前述した図１５（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主永久磁石５２Ｌ…と第１誘導磁極３８Ｌ…との間の第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誘導磁極３８Ｌ…に対して第１主永久磁石５２Ｌ…を回転させるような磁力が発生しない。また第２主永久磁石５２Ｒ…およびこれと異なる極性の第２仮想磁極２１Ｒ…の間の距離が比較的長いことにより、第２誘導磁極３８Ｒ…と第２主永久磁石５２Ｒ…との間の第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主永久磁石５２Ｒ…に、これを第２誘導磁極３８Ｒ…に近づけるような磁力が作用する。これにより、第２主永久磁石５２Ｒ…は、第１主永久磁石５２Ｌ…と共に、仮想永久磁石２１…の回転方向、即ち磁界回転方向と逆方向（図１６の上方）に駆動され、図１６（Ｃ）に示す位置に向かって回転する。また、これに伴い、インナーロータ１４が磁界回転方向と逆方向に回転する。

そして第１、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…が図１６（Ｂ）に示す位置から図１６（Ｃ）に示す位置に向かって回転する間、仮想永久磁石２１…は、図１６（Ｄ）に示す位置に向かって回転する。以上のように、第２主永久磁石５２Ｒ…が第２誘導磁極３８Ｒ…に近づくことにより、第２誘導磁極３８Ｒ…と第２主永久磁石５２Ｒ…との間の第２磁力線Ｇ２の曲がり度合いは小さくなるものの、仮想永久磁石２１…が第２誘導磁極３８Ｒ…に更に近づくのに伴い、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主永久磁石５２Ｒ…に、これを第２誘導磁極３８Ｒ…側に近づけるような磁力が作用し、それにより、第２主永久磁石５２Ｒ…が、第１主永久磁石５２Ｌ…と共に、磁界回転方向と逆方向に駆動される。

また第１主永久磁石５２Ｌ…が磁界回転方向と逆方向に回転するのに伴い、第１主永久磁石５２Ｌ…と第１誘導磁極３８Ｌ…との間の第１磁力線Ｇ１が曲がることによって、第１主永久磁石５２Ｌ…に、これを第１誘導磁極３８Ｌ…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主永久磁石５２Ｒ…が第１主永久磁石５２Ｌ…と共に、磁界回転方向と逆方向に駆動される。

そして、図１６（Ｄ）に示すように、第１主永久磁石５２Ｌ…と第１誘導磁極３８Ｌ…との間の距離と、第２誘導磁極３８Ｒ…と第２主永久磁石５２Ｒ…との間の距離が互いにほぼ等しくなったときには、第１主永久磁石５２Ｌ…と第１誘導磁極３８Ｌ…との間の第１磁力線Ｇ１の総磁束量および曲がり度合いが、第２誘導磁極３８Ｒ…と第２主永久磁石５２Ｒ…との間の第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、第２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、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…が一時的に駆動されない状態になる。

この状態から、仮想永久磁石２１…が図１５（Ｅ）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１７（Ｆ）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主永久磁石５２Ｌ…を第１誘導磁極３８Ｌ…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主永久磁石５２Ｒ…は、第１主永久磁石５２Ｌ…とともに、図１７（Ｇ）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１７（Ｇ）に示す位置から、仮想永久磁石２１…が若干回転すると、以上とは逆に、第１主永久磁石５２Ｌ…と第１誘導磁極３８Ｌ…との間の第１磁力線Ｇ１に起因する磁力が、第１主永久磁石５２Ｌ…に、これを第１誘導磁極３８Ｌ…に近づけるように作用し、それにより、第１主永久磁石５２Ｌ…が第２主永久磁石５２Ｒ…と共に、磁界回転方向と逆方向に駆動され、インナーロータ１４が磁界回転方向と逆方向に回転する。そして仮想永久磁石２１…が更に回転すると、第１主永久磁石５２Ｌ…と第１誘導磁極３８Ｌ…との間の第１磁力線Ｇ１に起因する磁力と第２誘導磁極３８Ｒ…と第２主永久磁石５２Ｒ…との間の第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主永久磁石５２Ｌ…が第２主永久磁石５２Ｒ…と共に、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主永久磁石５２Ｒ…を第２誘導磁極３８Ｒ…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主永久磁石５２Ｌ…が第２主永久磁石５２Ｒ…と共に駆動される。

以上のように、第１、第２回転磁界の回転に伴い、第１主永久磁石５２Ｌ…と第１誘導磁極３８Ｌ…との間の第１磁力線Ｇ１に起因する磁力と、第２誘導磁極３８Ｒ…と第２主主永久磁石５２Ｒ…との間の第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、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…に、即ちインナーロータ１４に交互に作用し、それによりインナーロータ１４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、即ち駆動力がインナーロータ１４に交互に作用することによって、インナーロータ１４のトルクはほぼ一定になる。

この場合、インナーロータ１４は、第１、第２回転磁界と同じ速度で逆回転する。これは、第１、第２磁力線Ｇ１，Ｇ２に起因する磁力の作用によって、第１、第２誘導磁極３８Ｌ…，３８Ｒ…が、第１主永久磁石５２Ｌ…と第１仮想磁極２１Ｌ…との中間、および第２主永久磁石５２Ｒ…と第２仮想磁極２１Ｒ…との中間にそれぞれ位置した状態を保ちながら、第１、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…が回転するためである。

以上、インナーロータ１４を固定してアウターロータ１３を磁界回転方向に回転させる場合と、アウターロータ１３を固定してインナーロータ１４を磁界回転方向と逆方向に回転させる場合とを別個に説明したが、勿論インナーロータ１４およびアウターロータ１３の両方を相互に逆方向に回転させることも可能である。

以上のように、インナーロータ１４およびアウターロータ１３のいずれか一方、あるいはインナーロータ１４およびアウターロータ１３の両方を回転させる場合に、インナーロータ１４およびアウターロータ１３の相対的な回転位置に応じて、第１、第２誘導磁極３８Ｌ…，３８Ｒ…の磁化の状態が変わり、滑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仮想磁極２１Ｌ…、第１主永久磁石５２Ｌ…および第１誘導磁極３８Ｌ…の数が互いに同じに設定されるとともに、第２仮想磁極２１Ｒ…、第２主永久磁石５２Ｒ…および第２誘導磁極３８Ｒ…の数が互いに同じに設定されているので、インナーロータ１４およびアウターロータ１３のいずれを駆動する場合にも、電動機Ｍのトルクを十分に得ることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、第１、第２ステータ１２Ｌ，１２Ｒの第１、第２回転磁界の極性の位相を相互にピッチＰだけずらし、アウターロータ１３の第１、第２誘導磁極３８Ｌ…，３８Ｒ…の位相を相互にピッチＰの半分だけずらしたことにより、インナーロータ１４の第１、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…の磁極の位相を相互に一致させることができ、これによりインナーロータ１４に対する第１、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…の支持を容易にし、インナーロータ１４の構造を簡素化することができる。

またインナーロータ１４の第１ロータコア４８Ｌの第１主永久磁石５２Ｌ…と第２ロータコア４８Ｒの第２主永久磁石５２Ｒ…との間の表面磁束の短絡を、第１、第２ロータコア４８Ｌ，４８Ｒに挟まれたスペーサ４９に設けた副永久磁石３９…で阻止し、かつ第１ロータコア４８Ｌの第１主永久主磁石５２Ｌ…間の表面磁束の短絡を第１副永久磁石４０Ｌ…で阻止するとともに、第２ロータコア４８Ｒの第２主永久磁石５２Ｒ…間の表面磁束の短絡を第２副永久磁石４０Ｒ…で阻止するので、インナーロータ１４の第１、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…と第１、第２電機子２１Ｌ…，２１Ｒ…との間で効率的に磁束を受け渡して電動機Ｍの出力を増加させることができる。このとき、副永久磁石３９…を支持するスペーサ４９を弱磁性体で構成したことにより、それを積層鋼板で構成する場合に比べて安価であるだけでなく、インナーロータ１４の第１ロータコア４８Ｌの第１主永久磁石５２Ｌ…と第２ロータコア４８Ｒの第２主永久磁石５２Ｒ…との間の表面磁束の短絡を一層確実に阻止することができる。

次に、図１８に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態の電動機Ｍは、第１ステータ１２Ａの第１電機子２１Ｌ…の極性と、第２ステータ１２Ｂの第２電機子２１Ｒ…の極性とが、軸線Ｌ方向に隣り合うものどうしが一致している。第２の実施の形態は、第１、第２ステータ１２Ａ，１２Ｂの第１、第２電機子２１Ｌ…，２１Ｒ…の軸線Ｌ方向に隣り合うものどうし、一つの電気子２１…で置き変えたものである。

このように、第１の実施の形態の第１電機子２１Ｌ…および第２電機子２１Ｒ…を一体化して電機子２１…とすることで、第１ステータ１２Ａおよび第２ステータ１２Ｂを一つのステータ１２に纏めることができる。これにより部品点数の削減および構造の更なる簡素化を図りながら、電動機Ｍに第１の実施の形態と同様の機能を発揮させることができる。

次に、図１９および図２０に基づいて本発明の第３の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態（図１１参照）および第３の実施の形態（図１９参照）を比較すると明らかなように、第３の実施の形態の第１副永久磁石４０Ｌ…の径方向外端は、第１主永久磁石５２Ｌ…の径方向外端よりも、径方向外側に突出している。これにより、円周方向に隣接する第１主永久磁石５２Ｌ…間の表面磁束の短絡を、第１副永久磁石４０Ｌ…により一層効果的に阻止することができる。尚、第２副永久磁石４０Ｒ…および第２主永久磁石５２Ｒ…の関係も、上述したものと同じである。

更に、図２０から明らかなように、スペーサ４９に支持された副永久磁石３９…の径方向外端は、第１、第２ロータコア４８Ｌ，４８Ｒに支持された第１、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…の径方向外端よりも、径方向外側に突出している。これにより、軸線Ｌ方向に隣接する第１、第２主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…間の表面磁束の短絡を、副永久磁石３９…により一層効果的に阻止することができる。

次に、図２１に基づいて本発明の第４の実施の形態を説明する。

第４の実施の形態は、インナーロータ１４の一つの磁極を構成する第１主永久磁石５２Ｌ及び第２主永久磁石５２Ｒを、それぞれ二つに分割したものである。この場合、二つの主永久磁石が一つの磁極を構成するには、その二つの主永久磁石の極性が一致していることが必要である。

次に、図２２に基づいて本発明の第５の実施の形態を説明する。

第５の実施の形態は、インナーロータ１４の第１、第２ロータコア４８Ｌ，４８Ｒ間に挟まれる円環状のスペーサ４９の副永久磁石支持孔４９ａ…の形状と、そこに嵌合する副永久磁石３９…の形状とに特徴を有している。

即ち、各副永久磁石３９は、軸線Ｌに関して概ね円周方向（厳密には円弧でなくて直線）に延びる内周面ａと、軸線Ｌに関して円周方向に延びる外周面ｂと、軸線Ｌに関して径方向に延びる一対の側面ｃ，ｃと、一対の側面ｃ，ｃの径方向外端部および外周面ｂの円周方向両端部を接続する一対の傾斜面ｄ，ｄとで囲まれた、軸線Ｌ方向に一定の６角形状の断面を有する。

この副永久磁石３９を副永久磁石支持孔４９ａに嵌合させたとき、内周面ａおよび一対の傾斜面ｄ，ｄが副永久磁石支持孔４９ａに当接するが、外周面ｂと副永久磁石支持孔４９ａとの間には円周方向に延びる僅かな間隙γが形成されるとともに、一対の側面ｃ，ｃと副永久磁石支持孔４９ａとの間には半円状の間隙δが形成される。特に、スペーサ４９は、副永久磁石３９の一対の傾斜面ｄ，ｄに対向する一対の径方向荷重支持部４９ｂ，４９ｂと、それら一対の径方向荷重支持部４９ｂ，４９ｂ間を円周方向に接続する帯状のブリッジ部４９ｃとを備えており、このブリッジ部４９ｃと副永久磁石３９の外周面ｂとの間に前記間隙γが形成される。

さて、インナーロータ１４が回転して副永久磁石３９に径方向外向きの遠心力が作用したとき、その遠心力は副永久磁石３９の一対の傾斜面ｄ，ｄからスペーサ４９の一対の径方向荷重支持部４９ｂ，４９ｂに伝達されるが、一対の傾斜面ｄ，ｄの作用で副永久磁石３９を円周方向に位置決めすることができる。しかも、一対の径方向荷重支持部４９ｂ，４９ｂはブリッジ部４９ｃで相互に連結されているために剛性が高まり、副永久磁石３９を確実に支持することができる。またスペーサ４９のブリッジ部４９ｃと副永久磁石３９の外周面ｂとの間には間隙γが形成されているため、ブリッジ部４９ｃには径方向の剪断荷重が作用せず、円周方向の引張荷重だけが作用することになり、ブリッジ部４９ｃを薄肉にしても径方向荷重支持部４９ｂ，４９ｂの応力集中を効果的に防止することができる。

尚、副永久磁石３９は軸線Ｌ方向の磁束によってインナーロータ１４の第１ロータコア４８Ｌの第１主永久磁石５２Ｌ…と第２ロータコア４８Ｒの第２主永久磁石５２Ｒ…との間の表面磁束の短絡を阻止するものであるため、副永久磁石３９の外周面ｂの径方向外側に間隙γが存在しても、上記表面磁束の短絡阻止効果に影響を及ぼすことはない。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では電動機Ｍを例示したが、本発明は発電機等の任意の回転電機のロータに適用することができる。

また実施の形態の第１、第２永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…は、Ｎ極およびＳ極を径方向内外に配置しているが、それを円周方向に配置することができる。

また実施の形態では径方向外側に配置したステータ１２Ｌ，１２Ｒ（あるいは１２）に電機子２１Ｌ…，２１Ｒ…（あるいは２１）を設け、径方向内側に配置したインナーロータ１４に主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…を設けているが、電機子２１Ｌ…，２１Ｒ…（あるいは２１）および主永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…の位置関係を逆にしても良い。

第１の実施の形態に係る電動機を軸線方向に見た正面図（図２の１−１線矢視図） 図１の２−２線断面図 図２の３−３線断面図 図２の４−４線断面図 図２の５−５線矢視図 図６は図２の６−６線矢視図 図３の７−７線矢視図 図３の８−８線断面図 電動機の分解斜視図 インナーロータの分解斜視図 図３の１１部拡大図 電動機を円周方向に展開した模式図 インナーロータを固定した場合の作動説明図の（その１） インナーロータを固定した場合の作動説明図の（その２） インナーロータを固定した場合の作動説明図の（その３） アウターロータを固定した場合の作動説明図の（その１） アウターロータを固定した場合の作動説明図の（その２） 第２の実施の形態に係る、前記図２に対応する図 第３の実施の形態に係る、前記図１１に対応する図 図１９の２０−２０線断面図 第４の実施の形態に係る、前記図１１に対応する図 第５の実施の形態に係るスペーサの要部拡大図

１２ ステータ
１２Ｌ 第１ステータ（ステータ）
１２Ｒ 第２ステータ（ステータ）
１３ アウターロータ（第２ロータ）
１４ インナーロータ（第１ロータ）
２１ 電機子
２１Ｌ 第１電機子（電機子）
２１Ｒ 第２電機子（電機子）
３８Ｌ 第１誘導磁極（誘導磁極）
３８Ｒ 第２誘導磁極（誘導磁極）
３９ 副永久磁石
４０Ｌ 第１副永久磁石（副永久磁石）
４０Ｒ 第２副永久磁石（副永久磁石）
４９ スペーサ
４９ａ 副永久磁石支持孔
４９ｂ 径方向荷重支持部
４９ｃ ブリッジ部
５２Ｌ 第１主永久磁石（主永久磁石）
５２Ｒ 第２主永久磁石（主永久磁石）
ａ 内周面
ｂ 外周面
ｃ 側面
ｄ 傾斜面
Ｌ 軸線
Ｐ 所定ピッチ
γ 間隙

Claims (10)

1. 極性が異なる磁極が円周方向に交互に並ぶように複数の主永久磁石（５２Ｌ，５２Ｒ）を配置した磁極列を軸線（Ｌ）方向に複数並置し、軸線（Ｌ）方向に隣接する前記磁極列の相互に向かい合う前記主永久磁石（５２Ｌ，５２Ｒ）の極性を異ならせた回転電機用ロータにおいて、
   隣接する二つの前記磁極列の軸線（Ｌ）方向に相互に向かい合う前記主永久磁石（５２Ｌ，５２Ｒ）の間に副永久磁石（３９）を設け、前記副永久磁石（３９）の極性を、相互に向かい合う前記主永久磁石（５２Ｌ，５２Ｒ）の間の表面磁束の短絡を抑制するように配置したことを特徴とする回転電機用ロータ。
2. 前記副永久磁石（３９）の減磁耐力を前記主永久磁石（５２Ｌ，５２Ｒ）の減磁耐力よりも大きく設定したことを特徴とする、請求項１に記載の回転電機用ロータ。
3. 前記副永久磁石（３９）を前記主永久磁石（５２Ｌ，５２Ｒ）よりもステータ側に突出させたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の回転電機用ロータ。
4. 前記複数の磁極列の間に配置した弱磁性体製のスペーサ（４９）の外周部に前記副永久磁石（３９）を支持したことを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の回転電機用ロータ。
5. 前記副永久磁石（３９）は、軸線（Ｌ）に関して円周方向に延びる内周面（ａ）および外周面（ｂ）と、軸線（Ｌ）に関して径方向に延びる一対の側面（ｃ）と、前記一対の側面（ｃ）の径方向外端部および前記外周面（ｂ）の円周方向両端部を接続する一対の傾斜面（ｄ）とを備え、
   前記スペーサ（４９）の外周部には前記副永久磁石（３９）が嵌合する副永久磁石支持孔（４９ａ）が形成され、
   前記副永久磁石（３９）は、少なくとも前記一対の傾斜面（ｄ）が前記副永久磁石支持孔（４９ａ）の周囲の一対の径方向荷重支持部（４９ｂ）に接することを特徴とする、請求項４に記載の回転電機用ロータ。
6. 前記スペーサ（４９）は前記一対の径方向荷重支持部（４９ｂ）を接続するブリッジ部（４９ｃ）を備え、前記ブリッジ部（４９ｃ）は前記副永久磁石（３９）の外周面（ｂ）に間隙（γ）を介して対向することを特徴とする、請求項５に記載の回転電機用ロータ。
7. 請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の回転電機用ロータを第１ロータ（１４）として備えた電動機であって、
   前記第１ロータ（１４）とステータ（１２Ｌ，１２Ｒ，１２）との間に第２ロータ（１３）を備え、
   前記ステータ（１２Ｌ，１２Ｒ，１２）は、円周方向に配置された複数の電機子（２１Ｌ，２１Ｒ，２１）で構成され、電力の供給に伴って該複数の電機子（２１Ｌ，２１Ｒ，２１）に発生する磁極により、円周方向に沿って回転する回転磁界を発生させ、
   前記第１ロータ（１４）は、円周方向に所定ピッチ（Ｐ）で交互に異なる極性の磁極を有するように複数の第１永久磁石（５２Ｌ）を配置して構成された第１永久磁石列と、円周方向に前記所定ピッチ（Ｐ）で交互に異なる極性の磁極を有するように複数の第２永久磁石（５２Ｒ）を配置して構成された第２永久磁石列とを軸線（Ｌ）方向に並置して成り、
   前記第２ロータ（１３）は、円周方向に前記所定ピッチ（Ｐ）で配置された軟磁性体製の複数の第１誘導磁極（３８Ｌ）で構成された第１誘導磁極列と、円周方向に前記所定ピッチ（Ｐ）で配置された軟磁性体製の複数の第２誘導磁極（３８Ｒ）で構成された第２誘導磁極列とを軸線（Ｌ）方向に並置して成り、
   前記第１誘導磁極列の径方向両側に前記ステータ（１２Ｌ，１２Ｒ，１２）の電機子列および前記第１永久磁石列が対向し、前記第２誘導磁極列の径方向両側にそれぞれ前記ステータ（１２Ｌ，１２Ｒ，１２）の電機子列および前記第２永久磁石列が対向し、
   前記第２ロータ（１３）の前記第１誘導磁極（３８Ｌ）の位相および第２誘導磁極（３８Ｒ）の位相を相互に円周方向に前記所定ピッチ（Ｐ）の半分だけずらし、前記第１ロータ（１４）の第１永久磁石列の磁極の位相および第２永久磁石列の磁極の位相を円周方向に前記所定ピッチ（Ｐ）だけずらしたことを特徴とする電動機。
8. 極性が異なる磁極が円周方向に交互に並ぶように複数の主永久磁石（５２Ｌ，５２Ｒ）を配置した磁極列を軸線（Ｌ）方向に複数並置し、軸線（Ｌ）方向に隣接する前記磁極列の相互に向かい合う前記主永久磁石（５２Ｌ，５２Ｒ）の極性を異ならせ、円周方向に相互に向かい合う前記主永久磁石（５２Ｌ，５２Ｒ）の間に副永久磁石（４０Ｌ，４０Ｒ）を設け、前記副永久磁石（４０Ｌ，４０Ｒ）の極性を、相互に向かい合う前記主永久磁石（５２Ｌ，５２Ｒ）の間の表面磁束の短絡を抑制するように配置して成る回転電機用ロータを第１ロータ（１４）として備えた電動機であって、
   前記第１ロータ（１４）とステータ（１２Ｌ，１２Ｒ，１２）との間に第２ロータ（１３）を備え、
   前記ステータ（１２Ｌ，１２Ｒ，１２）は、円周方向に配置された複数の電機子（２１Ｌ，２１Ｒ，２１）で構成され、電力の供給に伴って該複数の電機子（２１Ｌ，２１Ｒ，２１）に発生する磁極により、円周方向に沿って回転する回転磁界を発生させ、
   前記第１ロータ（１４）は、円周方向に所定ピッチ（Ｐ）で交互に異なる極性の磁極を有するように複数の第１永久磁石（５２Ｌ）を配置して構成された第１永久磁石列と、円周方向に前記所定ピッチ（Ｐ）で交互に異なる極性の磁極を有するように複数の第２永久磁石（５２Ｒ）を配置して構成された第２永久磁石列とを軸線（Ｌ）方向に並置して成り、
   前記第２ロータ（１３）は、円周方向に前記所定ピッチ（Ｐ）で配置された軟磁性体製の複数の第１誘導磁極（３８Ｌ）で構成された第１誘導磁極列と、円周方向に前記所定ピッチ（Ｐ）で配置された軟磁性体製の複数の第２誘導磁極（３８Ｒ）で構成された第２誘導磁極列とを軸線（Ｌ）方向に並置して成り、
   前記第１誘導磁極列の径方向両側に前記ステータ（１２Ｌ，１２Ｒ，１２）の電機子列および前記第１永久磁石列が対向し、前記第２誘導磁極列の径方向両側にそれぞれ前記ステータ（１２Ｌ，１２Ｒ，１２）の電機子列および前記第２永久磁石列が対向し、
   前記第２ロータ（１３）の前記第１誘導磁極（３８Ｌ）の位相および第２誘導磁極（３８Ｒ）の位相を相互に円周方向に前記所定ピッチ（Ｐ）の半分だけずらし、前記第１ロータ（１４）の第１永久磁石列の磁極の位相および第２永久磁石列の磁極の位相を円周方向に前記所定ピッチ（Ｐ）だけずらしたことを特徴とする電動機。
9. 前記副永久磁石（４０Ｌ，４０Ｒ）の減磁耐力を前記主永久磁石（５２Ｌ，５２Ｒ）の減磁耐力よりも大きく設定したことを特徴とする、請求項８に記載の電動機。
10. 前記副永久磁石（４０Ｌ，４０Ｒ）を前記主永久磁石（５２Ｌ，５２Ｒ）よりもステータ側に突出させたことを特徴とする、請求項８または請求項９に記載の電動機。

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