WO2012086603A1

WO2012086603A1 - 回転電機

Info

Publication number: WO2012086603A1
Application number: PCT/JP2011/079411
Authority: WO
Inventors: 大矢　聡義
Original assignee: 本田技研工業株式会社
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2012-06-28

Abstract

　ステータとインナーロータ間に配置された誘導磁極列を構成するアウターロータ３０が、円筒状のロータコア４０と、その両端の第１フランジ３１および第２フランジ３２とを有する。第１フランジ３１および第２フランジ３２間には、ロータコア４０を貫通する複数のトルク伝達ピン６０が配置される。複数のトルク伝達ピン６０は、ステータ１０の電機子磁極の極対数とインナーロータの磁極の極対数との差の絶対値で３６０°を除算して得られた角度間隔で位置する仮想の座標点のうちの少なくとも２ヶ所に配置される。

Description

回転電機

　本発明は、電動機や発電機として使用可能な回転電機に係り、特に、独立して回転可能な２つのロータを備えた多重ロータ式の回転電機に関するものである。

　従来、多重ロータ式の回転電機は、環状のステータと、ステータの内側で回転可能なインナーロータ（第１ロータ）と、ステータおよびインナーロータ間に配置されて、前記第１ロータと同芯に回転可能なアウターロータ（第２ロータ）とを備える。そして、ステータは、複数の電機子で構成されて円周方向に沿って回転する回転磁界を発生させる電機子列を備え、インナーロータは、複数の永久磁石で構成された磁極列を備え、アウターロータは、軟磁性体製の複数の誘導磁極で構成された誘導磁極列を備える。また、アウターロータの誘導磁極列の径方向の両側では、ステータの電機子列およびインナーロータの磁極列が対向している（例えば、特許文献１参照。）。

　この特許文献１に記載の電動機の第２ロータでは、その軸線まわりに回転可能に配置された第１フランジおよび第２フランジの外周部に、弱磁性体で構成されて周方向に所定間隔で配置された複数の連結部材の両端部をそれぞれ固定し、周方向に隣接する前記連結部材間に軟磁性体よりなる誘導磁極を支持した構成が採用されている。

日本国特開２００８－２７１７２５号公報

　しかし、特許文献１に記載の回転電機では、連結部材間の発生電位差に起因して第１フランジおよび第２フランジを介して大きな渦電流（ループ電流）が発生するおそれがあった。ループ電流が発生すると引き摺り損失が大きくなり回転電機の効率が悪化することが知られている。ループ電流が発生しないようにするためには、連結部材と第１フランジおよび第２フランジを電気的に絶縁する必要があるが、製造工程および製造コストを考慮すると絶縁処理は少ない方が好ましい。

　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ループ電流の発生を抑制しつつ絶縁処理を少なくすることが可能な回転電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に係る発明は、
　環状のステータ（例えば、後述の実施形態におけるステータ１０）と、前記ステータの内側又は外側で回転可能に支持された第１ロータ（例えば、後述の実施形態におけるインナーロータ２０）と、前記ステータと前記第１ロータとの間に配置されて、前記第１ロータと同芯に回転可能に支持された第２ロータ（例えば、後述の実施形態におけるアウターロータ３０）とを備え、
　前記第１ロータが、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永久磁石（例えば、後述の実施形態における永久磁石２３）を配列して構成された磁極列を備え、
　前記ステータが、周方向に配列された複数の電機子（例えば、後述の実施形態における複数の電機子１２）で構成され、前記磁極列に対向するように配置されると共に、前記複数の電機子に発生させる所定の複数の電機子磁極により周方向の回転磁界を生成する電機子列を備え、
　前記第２ロータが、周方向に所定ピッチで配列された軟磁性体製の複数の誘導磁極（例えば、後述の実施形態における複数の磁性部４１）で構成され、且つ前記第１ロータの磁極列と前記ステータの電機子列の間に配置された誘導磁極列を備え、
　前記電機子磁極の数と、前記第１ロータの磁極の数と、前記第２ロータの誘導磁極の数との比が、電機子磁極の数を１とすると、１：ｍ：（１＋ｍ）／２　（ｍ≠１．０）に設定された回転電機において、
　前記第２ロータは、該第２ロータの軸線方向中央部に位置する円筒状のロータコア（例えば、後述の実施形態におけるロータコア４０）と、該ロータコアを支持するように該ロータコアの軸線方向両端側に位置した円板状の第１フランジ（例えば、後述の実施形態における第１フランジ３１）および第２フランジ（例えば、後述の実施形態における第２フランジ３２）と、を備え、
　前記第１フランジおよび第２フランジ間には、前記ロータコアを貫通する複数の貫通部材（例えば、後述の実施形態におけるトルク伝達ピン６０、ショルダーボルト５０、締結ボルト７０）が配置され、
　前記複数の貫通部材は、前記ステータの電機子磁極の極対数と前記第１ロータの磁極の極対数との差の絶対値で３６０°を除算して得られた角度間隔で配置される仮想の座標点のうちの少なくとも２ヶ所に配置されることを特徴とする。

　請求項２に係る発明は、請求項１に記載の回転電機において、
　前記貫通部材は、前記ロータコアに発生するトルクを伝達するためのトルク伝達部材（例えば、後述の実施形態におけるトルク伝達ピン６０）であることを特徴とする。

　請求項３に係る発明は、請求項１に記載の回転電機において、
　前記貫通部材は、前記第１フランジおよび第２フランジを相互に連結する連結部材（例えば、後述の実施形態におけるショルダーボルト５０、締結ボルト７０）であることを特徴とする。

　請求項４に係る発明は、
　環状のステータ（例えば、後述の実施形態におけるステータ１０）と、前記ステータの内側又は外側で回転可能に支持された第１ロータ（例えば、後述の実施形態におけるインナーロータ２０）と、前記ステータと前記第１ロータとの間に配置されて、前記第１ロータと同芯に回転可能に支持された第２ロータ（例えば、後述の実施形態におけるアウターロータ３０）とを備え、
　前記第１ロータが、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永久磁石（例えば、後述の実施形態における永久磁石２３）を配列して構成された磁極列を備え、
　前記ステータが、周方向に配列された複数の電機子（例えば、後述の実施形態における複数の電機子１２）で構成され、前記磁極列に対向するように配置されると共に、前記複数の電機子に発生させる所定の複数の電機子磁極により周方向の回転磁界を生成する電機子列を備え、
　前記第２ロータが、周方向に所定ピッチで配列された軟磁性体製の複数の誘導磁極（例えば、後述の実施形態における複数の磁性部４１）で構成され、且つ前記第１ロータの磁極列と前記ステータの電機子列の間に配置された誘導磁極列を備え、
　前記電機子磁極の数と、前記第１ロータの磁極の数と、前記第２ロータの誘導磁極の数との比が、電機子磁極の数を１とすると、１：ｍ：（１＋ｍ）／２　（ｍ≠１．０）に設定された回転電機において、
　前記第２ロータは、該第２ロータの軸線方向中央部に位置する円筒状のロータコア（例えば、後述の実施形態におけるロータコア４０）と、該ロータコアを支持するように該ロータコアの軸線方向両端側に位置した円板状の第１フランジ（例えば、後述の実施形態における第１フランジ３１）および第２フランジ（例えば、後述の実施形態における第２フランジ３２）と、を備え、
　前記ロータコアは、軟磁性体（例えば、後述の実施形態における電磁鋼板、珪素鋼板）を軸線方向に積層した積層体により構成され、
　前記第１フランジおよび第２フランジ間には、前記第１フランジ、前記ロータコアおよび第２フランジを相互に締結する複数の締結部材（例えば、後述の実施形態における締結ボルト７０）が配置され、
　前記第１フランジおよび第２フランジと前記ロータコアは複数の位置決め部材（例えば、後述の実施形態におけるノックピン７８）により位置決めされており、
　前記複数の位置決め部材は、前記ステータの電機子磁極の極対数と前記第１ロータの磁極の極対数との差の絶対値で３６０°を除算して得られた角度間隔で位置する仮想の座標点のうちの少なくとも２ヶ所に配置されることを特徴とする回転電機。

　請求項５に係る発明は、請求項４に記載の回転電機において、
　前記締結部材はそれぞれ、前記第１フランジおよび第２フランジの少なくとも一方と電機的に絶縁されていることを特徴とする。

　請求項６に係る発明は、
　環状のステータ（例えば、後述の実施形態におけるステータ１０）と、前記ステータの内側又は外側で回転可能に支持された第１ロータ（例えば、後述の実施形態におけるインナーロータ２０）と、前記ステータと前記第１ロータとの間に配置されて、前記第１ロータと同芯に回転可能に支持された第２ロータ（例えば、後述の実施形態におけるアウターロータ３０）とを備え、
　前記第１ロータが、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永久磁石（例えば、後述の実施形態における永久磁石２３）を配列して構成された磁極列を備え、　前記ステータが、周方向に配列された複数の電機子（例えば、後述の実施形態における複数の電機子１２）で構成され、前記磁極列に対向するように配置されると共に、前記複数の電機子に発生させる所定の複数の電機子磁極により周方向の回転磁界を生成する電機子列を備え、
　前記第２ロータが、周方向に所定ピッチで配列された軟磁性体製の複数の誘導磁極（例えば、後述の実施形態における複数の磁性部４１）で構成され、且つ前記第１ロータの磁極列と前記ステータの電機子列の間に配置された誘導磁極列を備え、
　前記電機子磁極の数と、前記第１ロータの磁極の数と、前記第２ロータの誘導磁極の数との比が、電機子磁極の数を１とすると、１：ｍ：（１＋ｍ）／２　（ｍ≠１．０）に設定された回転電機において、
　前記第２ロータは、軟磁性体を軸線方向に積層した積層体により構成された円筒状のロータコア（例えば、後述の実施形態におけるロータコア４０）を有し、
　前記ロータコアには、積層される各軟磁性体のばらけを防止するかしめ部（例えば、後述の実施形態におけるかしめ部４４）が周方向に複数形成され、
　前記複数のかしめ部は、前記ステータの電機子磁極の極対数と前記第１ロータの磁極の極対数との差の絶対値で３６０°を除算して得られた角度間隔で位置する仮想の座標点のうちの少なくとも２ヶ所に配置されることを特徴とする。

　請求項１の発明によれば、複数の貫通部材は、ステータの電機子磁極の極対数と第１ロータの磁極の極対数との差の絶対値で３６０°を除算して得られた角度間隔で位置する仮想の座標点のうちの少なくとも２ヶ所に配置されるので、複数の貫通部材間では発生電位が等しくなり、貫通部材間の発生電位差に起因して第１フランジおよび第２フランジを介してループ電流が発生することを抑制することができる。これにより、複数の貫通部材と第１フランジおよび第２フランジとの絶縁処理が不要となり、製造コストを低減することができる。

　請求項２および３の発明によれば、トルク伝達ピン又は連結部材は第１フランジおよび第２フランジに圧入させたり螺合等させるため、その絶縁処理は困難な場合が多いが、このようなトルク伝達ピン又は連結部材の絶縁処理を不要とすることで製造工程を簡略化することができる。

　請求項４の発明によれば、複数の位置決め部材は、ステータの電機子磁極の極対数と第１ロータの磁極の極対数との差の絶対値で３６０°を除算して得られた角度間隔で位置する仮想の座標点のうちの少なくとも２ヶ所に配置されるので、複数の位置決め部材間では発生電位が等しくなり、位置決め部材間の発生電位差に起因して第１フランジおよび第２フランジを介してループ電流が発生することを抑制することができる。これにより、複数の位置決め部材と第１フランジおよび第２フランジとの絶縁処理が不要となり、製造コストを低減することができる。

　請求項５の発明によれば、締結部材が第１フランジおよび第２フランジの少なくとも一方と電機的に絶縁されることで、締結部材間又は締結部材と位置決め部材との間で第１フランジおよび第２フランジを介してループ電流が発生することを抑制することができる。

　請求項６の発明によれば、複数のかしめ部は、ステータの電機子磁極の極対数と第１ロータの磁極の極対数との差の絶対値で３６０°を除算して得られた角度間隔で位置する仮想の座標点のうちの少なくとも２ヶ所に配置されるので、複数のかしめ部間では発生電位が等しくなり、かしめ部間の発生電位差に起因してロータコア内でループ電流が発生することを抑制することができる。これにより、絶縁処理を行うことが難しいかしめ部を絶縁処理する必要がなく、ロータコア内で発生するループ電流を抑制しつつ製造コストを低減することができる。

本発明の第１実施形態の回転電機としての電動機を軸線方向から見た正面図である。同回転電機の外殻体であるケーシングを省略し、アウターロータからインナーロータを取り出して示す電動機の分解斜視図である。図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。同電動機のアウターロータの分解斜視図である。同アウターロータのショルダーボルトによる結合部の構成を示す、図３の一部拡大断面図である。（ａ）は同アウターロータのトルク伝達ピンを配置した部分の構成を示す、図３の一部拡大断面図、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩ－ＶＩＩ矢視断面図で、スライダの配置部分の詳細を示す図である。同アウターロータの周方向におけるスライダの配置位置を説明するための図で、フランジを軸線方向の内側から見て示す図である。ステータと第１ロータ及び第２ロータを周方向に展開した概略図である。発生電位のグラフである。ループ電流を説明する電動機の模式図である。第１実施形態の変形例に係る回転電機としての電動機の断面図である。本発明の第２実施形態の回転電機としての電動機を軸線方向から見た正面図である。同回転電機の外殻体であるケーシングを省略し、アウターロータからインナーロータを取り出して示す電動機の分解斜視図である。図１３のＸＶ－ＸＶ線に沿った断面図である。図１５のＸＶＩ－ＸＶＩ線に沿った断面図である。同電動機のアウターロータの分解斜視図である。同アウターロータのショルダーボルトによる結合部の構成を示す、図１５の一部拡大断面図である。同アウターロータのノックピンを配置した部分の構成を示す、図１５の一部拡大断面図である。第２実施形態の変形例に係る回転電機としての電動機の断面図である。

　以下、本発明の各実施形態に係る回転電機について図面を参照して詳細に説明する。

《第１実施形態》
　図１～図８は第１実施形態の回転電機としての電動機を示す図である。図１～図４に示すように、この電動機は、ケーシング１と、ケーシング１の内周に固定された円環状のステータ１０と、ステータ１０の内周側に収納されてステータ１０と共通な軸線ｘまわりに回転する円筒状のアウターロータ（第２ロータ）３０と、アウターロータ３０の内部に同芯に収納されて軸線ｘまわりに回転する円筒状のインナーロータ（第１ロータ）２０とで構成されている。

　アウターロータ３０およびインナーロータ２０は、ケーシング１に固定されたステータ１０に対して相対回転可能であり、且つ、アウターロータ３０およびインナーロータ２０は相互に相対回転可能となっている。図３に示すように、ケーシング１は、有底筒状の本体部２と、この本体部２の開口に固定された蓋部３とで構成されている。

《ステータ》
　ステータ１０は、電磁鋼板を積層した円環状のステータコア１１を備えており、ステータコア１１の内周面には、複数（本実施形態では４８個）のティース１３および複数（本実施形態では４８個）のスロット１４が円周方向に交互に形成されている。ステータコア１１のスロット１４には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルが分布巻きされており、各ティース１３と各コイルで複数の電機子１２が構成され、各電機子１２が周方向に一定ピッチで並んでいることで電機子列が構成さている。ステータ１０の電機子列は、後述するインナーロータ２０の磁極列に対向している。そして、ケーシング１に設けた３個の端子（図示略）からＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルに３相交流電流を供給することで、複数の電機子１２に発生させる所定の複数の仮想的な電機子磁極により、周方向の回転磁界を生成する。本実施形態の場合、ステータ１０に発生する電機子磁極の数は１６個に設定されており、従って、電機子磁極の磁極対の数（極対数）は８個に設定されている。

《アウターロータ》
　図３および図５に示すように、インナーロータ２０を内部に収容するアウターロータ３０は、軸線方向中央部に位置する円筒状のロータコア４０と、ロータコア４０を各外周部で支持するようにロータコア４０の軸線方向両端側に配置された円板状の第１フランジ３１および第２フランジ３２と、を備えている。

　第１フランジ３１の径方向の中心部には第１アウターロータシャフト３３が連結されており、この第１アウターロータシャフト３３は、ボールベアリング３５を介してケーシング１の蓋部３に回転自在に支持されている。また、第２フランジ３２の径方向の中心部には第２アウターロータシャフト３４が連結されており、第２アウターロータシャフト３４は、ボールベアリング３６を介してケーシング１の本体部２に回転自在に支持されている。そして、アウターロータ３０の出力軸となる第１アウターロータシャフト３３が、ケーシング１の蓋部３を貫通して外部に延出している。

　本実施形態では、第１フランジ３１および第２フランジ３２は非磁性体（例えばステンレス）で構成され、第１、第２アウターロータシャフト３３、３４は、非磁性体より安価な磁性体（炭素鋼）で構成されている。第１フランジ３１および第２フランジ３２を非磁性体で構成するのは、ロータコア４０からの漏れ磁束を抑制するためである。

　アウターロータ３０のロータコア４０は、周方向に所定ピッチで軟磁性体製の複数の誘導磁極を配列した誘導磁極列を有しており、誘導磁極列は、後述するインナーロータ２０の磁極列と、前述したステータ１０の電機子列との間に位置している。軟磁性体とは磁性体の一種で、磁力を加えると磁極が発生し、磁力を取り去ると磁極が消滅するものをいう。

　具体的に、このアウターロータ３０のロータコア４０は、一体円環状の電磁鋼板（例えば珪素鋼板）を軸線方向に積層した積層体により構成されている。このロータコア４０は、周方向に一定ピッチで間隔をおいて軸線方向に延出する、誘導磁極をそれぞれ構成する複数の磁性部４１と、隣接する磁性部４１同士を内周側および外周側でそれぞれ連結する複数の連結部４３と、を有し、隣接する磁性部４１と内周側および外周側の連結部４３とは、非磁性部を構成する略台形形状の空隙部４２を画成する。これにより、本実施形態では、磁性部４１によって構成される誘導磁極の数は２０個に設定されており、従って、誘導磁極対の数は１０個に設定されている。

　また、図３～図５に示すように、アウターロータ３０の第１フランジ３１および第２フランジ３２間には、ロータコア４０に発生するトルクを第１フランジ３１および第２フランジ３２に伝達するためのトルク伝達ピン６０が配置されると共に、第１フランジ３１および第２フランジ３２間の間隔を、ロータコア４０の軸方向長さよりも僅かに大きな一定値に保持した状態で、第１フランジ３１および第２フランジ３２を相互連結するショルダーボルト（連結部材）５０が配置されている。本実施形態において、トルク伝達ピン６０は、円周方向に９０°ピッチで４本設けられている。また、ショルダーボルト５０は、円周方向に９０°ピッチで配置された４本の組が３組設けられており、合計で１２本設けられている。

　図６に示すように、ショルダーボルト５０は、両端近傍に、外径が拡大したショルダー部（段部）５１を有する棒状体で、ショルダー部５１の軸方向外側に雄ねじ部５２、５３を有している。このショルダーボルト５０は、ロータコア４０の空隙部４２に非接触な状態で貫通し、一端に設けられた雄ねじ部５２を第２フランジ３２のネジ孔３２ａに螺合することで一端を第２フランジ３２に結合し、他端に設けられた雄ねじ部５３を第１フランジ３１のネジ通し孔３１ａに通過させ第１フランジ３１の外側からナット５４を螺合することで他端を第１フランジ３１に結合している。

　そして、このようにショルダーボルト５０が第１フランジ３１および第２フランジ３２に結合されることで、ショルダーボルト５０のショルダー部５１に、第１フランジ３１および第２フランジ３２の各内側面が当接して位置規制される。それにより、第１フランジ３１と第２フランジ３２が、両フランジ３１、３２の内側面間にロータコア４０の軸方向寸法よりも若干大きめの間隔を確保した状態で、相互に強固に連結され一体化されている。このように、第１フランジ３１と第２フランジ３２の間に、ロータコア４０の軸方向寸法よりも若干大きめの間隔を確保するのは、ロータコア４０にショルダーボルト５０を締め付ける軸方向の強い力をかけないためである。なお、このショルダーボルト５０も、渦電流損失を低減するために非磁性体で構成されている。

　第２フランジ３２側のショルダー部５１とロータコア４０の側面との間には、ウェーブワッシャ８０が介在されており、このウェーブワッシャ８０によって、ロータコア４０が軸方向にがたつかないように位置決めされている。また、第１フランジ３１側のショルダー部５１と第１フランジ３１の当接面間、および、ナット５４と第１フランジ３１の当接面間にはそれぞれワッシャ５５が挟まれている。

　図７に示すように、トルク伝達ピン６０は、ロータコア４０の磁性部４１に形成した貫通孔４１ａに圧入されており、両端がロータコア４０の両端面から突出している。ロータコア４０は、多数枚の電磁鋼板の積層体で構成されているものの、磁性部４１にトルク伝達ピン６０が圧入されていることにより、周方向および径方向に相互に位置決めされ、且つ、全体が一体に結合されている。従って、積層体を構成する電磁鋼板は加締めや接着によって結合してもよいし、加締めや接着による結合を省略しても電磁鋼板のばらけを防止することができる。

　各トルク伝達ピン６０の両端は、正面から見て四角形ピース状のスライダ６５に嵌合されており、各スライダ６５は、第１フランジ３１および第２フランジ３２の外周部の内側面に径方向に沿って形成された係合溝３９に係合され、係合溝３９の互いに平行な対向側面に案内されることで、径方向（図７（ｂ）中矢印Ａ方向）にスライドできるようになっている。

　この場合、係合溝３９の幅方向中心線がアウターロータ３０の軸中心を通る径方向線であり、係合溝３９の対向側面は、その係合溝３９の幅方向中心線に対し平行に形成されている。同様に、四角形ピース状のスライダ６５の係合溝３９の対向側面に摺動する対向側面は、係合溝３９の幅方向中心線に対し平行となるように形成されている。

　このスライダ６５と係合溝３９によって、ロータコア４０と第１、第２フランジ３１、３２との間に、ロータコア４０と第１、第２フランジ３１、３２との径方向の相対変位（径方向の振動）を吸収する振動吸収機構が構成されている。

　即ち、ロータコア４０には、回転に伴う遠心力や、ステータ１０およびインナーロータ２０との間に働く磁気力などの径方向の力が作用する。この径方向の力が作用することによって、フランジ３１、３２とロータコア４０との間には、材質の違いや形状の違いなどの要因により、径方向の相対変位が発生することになる。この相対変位を、フランジ３１、３２とロータコア４０を剛結合することによって押さえ込むと、ロータコア４０に大きな応力が発生し、磁気特性を損なうことになる。そこで、フランジ３１、３２とロータコア４０との間の径方向の相対変位を吸収するために、フランジ３１、３２とロータコア４０との間に、スライダ６５と係合溝３９からなる振動吸収機構が設けられている。

　また、このスライダ６５と係合溝３９の組み合わせは、ロータコア４０からトルク伝達ピン６０に伝達された周方向のトルクをフランジ３１、３２に伝達するという役割をなす。トルク伝達ピン６０に伝達されたトルクはスライダ６５に伝えられ、スライダ６５から係合溝３９の対向側面を介してフランジ３１、３２に伝えられる。その際、力の伝達に寄与する面は、スライダ６５の対向側面と係合溝３９の対向側面の接触面である。この振動吸収機構では、四角形のスライダ６５の対向側面が全面、係合溝３９の対向側面に対する接触面になるので、接触面圧の上昇を抑えることができる。

　また、この実施形態では、図８に示すように、スライダ６５を円周方向に９０°ピッチで配置しているので、互いに直交するＸ方向とＹ方向にロータコア４０を位置決めすることができる。

《インナーロータ》
　図３に示すように、インナーロータ２０は、円筒状に形成されたロータボディ２１と、ロータボディ２１のハブ２１ａを貫通して固定されたインナーロータシャフト２５と、積層鋼板で構成されてロータボディ２１の外周部に配置された円環状のロータコア２２とを備えている。インナーロータシャフト２５は、ハブ２１ａに対して一端側（図中右側）において、軸線上で第１アウターロータシャフト３３の内部にボールベアリング３８で回転自在に支持され、ハブ２１ａに対して他端側（図中左側）において、第２アウターロータシャフト３４の内部にボールベアリング３７で回転自在に支持されている。そして、インナーロータシャフト２５の他端側部分は、ケーシング１の本体部２を貫通して、インナーロータ２０の出力軸としてケーシング１の外部に延出している。

　ロータボディ２１の外周に圧入されたロータコア２２は、その外周面に沿って複数個の永久磁石支持孔２２ａを備えており、そこに永久磁石２３が挿入されて接着により固定されている。ロータコア２２の隣接する永久磁石２３の極性は周方向で交互に反転しており、これにより、インナーロータ２０は、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永久磁石２３を配列して構成された磁極列を備えている。

　そして、アウターロータ３０の外周面に露出する誘導磁極の外周面に、僅かなエアギャップを介して、ステータコア１１のティース１３の内周面（電機子）が対向し、アウターロータ３０の内周面に露出する誘導磁極の内周面に、僅かなエアギャップを介して、インナーロータ２０のロータコア２２の外周面が対向している。

　この場合のインナーロータ２０の永久磁石２３による磁極の数は２４個であり、磁極対の数（極対数）は１２個に設定されている。
　従って、この電動機においては、ステータ１０の電機子磁極の数ｑと、インナーロータ２０の磁極の数ｐと、アウターロータ３０の誘導磁極の数との比が、
　　１：ｍ：（１＋ｍ）／２　（ｍ＝ｐ／ｑ≠１．０）の関係で且つｍ＝１．５に設定されている。

　このように構成された電動機では、インナーロータ２０の磁極列とステータ１０の電機子列の間において、複数の電機子磁極による回転磁界が発生するとともにアウターロータ３０の誘導磁極列が配置されていることから、各誘導磁極は、電機子磁極と磁極によって磁化される。また、隣り合う各誘導磁極（磁性部４１）間に間隔が空いていることによって、磁極と誘導磁極と電機子磁極を結ぶような磁力線が発生する。このため、ステータ１０の電機子への電力の供給により回転磁界を発生させると、この磁力線による磁力の作用によって、電機子に供給された電力は動力に変換され、その動力が、インナーロータ２０やアウターロータ３０から出力される。

　また、上述した比の関係により、日本国特許第４５０５５２１号公報に記載のように、電機子に供給される電力および回転磁界の電気角速度と等価のトルクをＴｅ、インナーロータ２０の伝達トルクをＴ１、アウターロータ３０の伝達トルクをＴ２とすると、
Ｔ１＝Ｔｅ・ｍ
Ｔ２＝－Ｔｅ・（ｍ＋１）
の伝達トルクで回転する。

　ここで、アウターロータ３０が回転すると、各トルク伝達ピン６０には渦電流が発生し、１つの部材（例えば、トルク伝達ピン６０）で発生した渦電流が第１フランジ３１および第２フランジ３２を介して他の部材（例えば、隣り合うトルク伝達ピン６０）との間で大きな渦電流（以下、ループ電流と呼ぶ。）を発生させることがある。ループ電流が発生すると、引き摺り損失が大きくなり電動機効率が悪化する。

　そこで、本実施形態では、トルク伝達ピン６０については後述するように周方向に所定の間隔で配置されることでループ電流の発生が抑制される。なお、アウターロータ３０が回転すると、各ショルダーボルト５０にも渦電流が発生し、１つの部材（例えば、ショルダーボルト５０）で発生した渦電流が第１フランジ３１および第２フランジ３２を介して他の部材（例えば、ショルダーボルト５０）との間で大きな渦電流を発生させるおそれがあるが、本実施形態では、ショルダーボルト５０に絶縁処理がなされている。ショルダーボルト５０の絶縁は、ボルト全体に絶縁処理がなされてもよく、その一部、例えば雄ねじ部５２又は５３にのみ絶縁処理がなされてもよい。

　トルク伝達ピン６０の配置は、ステータ１０の電機子磁極の極対数とインナーロータ２０の磁極の極対数との差の絶対値で３６０°を除算して得られた角度間隔で位置する仮想の座標点のうちの少なくとも２ヶ所に配置され、該座標点以外には配置されないように設定される。即ち、ステータ１０の電機子磁極の極対数をＡ、インナーロータ２０の磁極の極対数をＢとすると、仮想の座標点の角度間隔θは、以下の関係式（１）から求められる。

　なお、この電動機においては、ステータ１０の電機子磁極の数と、インナーロータ２０の磁極の数と、アウターロータ３０の誘導磁極の数との比が、上述したように１：ｍ：（１＋ｍ）／２　（ｍ≠１．０）に設定されているので、｜Ａ－Ｂ｜＝０になることはない。

　本実施形態の電動機では、上記したように、ステータ１０に発生する電機子磁極の極対数が８個であり、インナーロータ２０の極対数が１２個であり、式（１）より角度間隔θは９０°となっている。なお、例えばステータ１０の電機子磁極の数を１２個、インナーロータ２０の磁極の数を２４個、アウターロータ３０の誘導磁極の数を１８個、ｍ＝２とすると、ステータ１０の電機子磁極の極対数が６個、インナーロータ２０の磁極の極対数が１２個となり、角度間隔θは６０°となる。

　この式（１）の関係を磁束の受け渡しに着目して説明すると、本実施形態の電動機では、ステータ１０の電機子磁極（極対数Ａ＝１２）とインナーロータ２０の磁極（極対数Ｂ＝８）間で図９に示すような磁束の受け渡しが行なわれるが、ステータ１０の電機子磁極の極対数Ａとインナーロータ２０の磁極の極対数Ｂは等しくないため、ステータ１０の電機子磁極の極対数Ａとインナーロータ２０の磁極の極対数Ｂの差の数だけ磁気転換が存在する。即ち、本実施形態では、機械角３６０°内において４箇所、９０°間隔で磁気転換が存在することとなる。この磁気転換は磁気対称軸と呼ばれる余ったステータ１０の電機子磁極の磁極間で発生する。本実施形態では磁気対称軸が４本となっている。

　そして、トルク伝達ピン６０を９０°間隔で４本、磁気対称軸上に配置、言い換えると９０°間隔で位置する４つの仮想の座標点に配置することは、図１０に示すように、アウターロータ３０の回転に伴って各トルク伝達ピン６０で発生する電位（発生電位）が等しいことを意味する。従って、電流は電位差がなければ流れないため、トルク伝達ピン６０に絶縁処理を施さなくても隣り合うトルク伝達ピン６０を第１フランジ３１および第２フランジ３２を介して連結する図１１の矢印で示すようなループ電流の発生が抑制される。

　即ち、トルク伝達ピン６０を図１０に示す磁気対称軸であるＮ１、Ｎ２の位置に配置すると、これらの発生電位は等しいのでループ電流が発生しない。一方、仮にトルク伝達ピン６０をＭの位置にも配置すると、Ｎ１及びＮ２の位置にあるトルク伝達ピン６０とは磁気非対称軸にある、言い換えると９０°間隔で位置する４つの仮想の座標点以外にあるためトルク伝達ピン６０間で電位差が生じ、第１フランジ３１および第２フランジ３２を介してループ電流が発生することになる。

　以上のように構成された本実施形態の電動機によれば、複数のトルク伝達ピン６０が、ステータ１０の電機子磁極の極対数とインナーロータ２０の磁極の極対数との差の絶対値で３６０°を除算して得られた角度間隔で位置する仮想の座標点に配置されるので、複数のトルク伝達ピン６０間では発生電位が等しくなり、トルク伝達ピン６０間の発生電位差に起因して第１フランジ３１および第２フランジ３２を介してループ電流が発生することを抑制することができる。これにより、複数のトルク伝達ピン６０を絶縁処理する必要がなく、製造コストを低減することができる。また、アウターロータ３０の発生トルク等に伴って、トルク伝達ピン６０の数を増減させたいときは、式１の関係に従ってトルク伝達ピン６０を配置することで、ループ電流の発生を抑制した電動機の設計を行うことができる。

　なお、上記実施形態では、トルク伝達ピン６０の配置は、ステータ１０の電機子磁極の極対数とインナーロータ２０の磁極の極対数との差の絶対値で３６０°を除算して得られた角度間隔で位置する仮想の座標点の全てに配置されたが、これに限らず、該座標点のうち少なくとも２ヶ所に配置されていればよい。なお、トルク伝達ピン６０を２本（又は３本）配置する際には、該座標点のうちいずれの２ヶ所（又は３ヶ所）に配置してもよい。

　次に本実施形態の変形例について説明する。
　図１２は本実施形態の変形例に係る回転電機としての電動機の断面図である。なお、ステータ１０の電機子磁極の数と、インナーロータ２０の磁極の数と、アウターロータ３０の誘導磁極の数は、第１実施形態と同様である。

　図１２に示す変形例に係る電動機は、４本のトルク伝達ピン６０に絶縁処理するとともに、４本のショルダーボルト５０を式１の関係に従って、９０°間隔で４本配置したものである。このように、トルク伝達ピン６０に代えてショルダーボルト５０を磁気対称軸に配置、言い換えると９０°間隔で位置する４つの仮想の座標点に配置しても第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
　また、図示は省略するが、ショルダーボルト５０を２本（又は３本）にして、これら２本（又は３本）のショルダーボルト５０を９０°間隔で位置する４つの仮想の座標点のうち任意の２ヶ所（又は３ヶ所）に配置するようにしても第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

《第２実施形態》
　次に本発明の第２実施形態に係る回転電機としての電動機について説明する。なお、第２実施形態については、第１実施形態との相違部分であるアウターロータ３０について詳細に説明し、同一又は同等部分については簡略又は省略する。

　図１３～図１９に示すように、ロータコア４０と第１フランジ３１および第２フランジ３２とは、非磁性リング８１，８２を介して、締結ボルト７０（締結部材）によって互いに締結される。具体的に、図１８に示すように、締結ボルト７０は、ワッシャ７１を介して、第１フランジ３１の挿通孔３１ａ、一方の非磁性リング８１の挿通孔８１ａに挿入された後、ロータコア４０の空隙部４２を貫通し、さらに、他方の非磁性リング８２の挿通孔８２ａに挿入されて、締結ボルト７０の先端部に設けられた雄ねじ部７２を第２フランジ３２のネジ孔３２ａに螺合する。これにより、ロータコア４０、第１フランジ３１、第２フランジ３２、非磁性リング８１，８２は、軸方向に締め付け力が付与された状態で互いに締結される。また、本実施形態において、締結ボルト７０は、円周方向に９０°ピッチで配置された４本設けられている。なお、この締結ボルト７０も、渦電流損失を低減するために非磁性体で構成されている。

　また、図１７及び図１９に示すように、ロータコア４０の軸方向一端面には、複数の磁性部４１のうち、円周方向に１８０°ピッチの２箇所の磁性部４１に圧入孔４１ａが形成されると共に、ロータコア４０の軸方向他端面には、同じく円周方向に１８０°ピッチの２箇所の磁性部４１に圧入孔４１ａ（図示せず）が形成され、両端面の各圧入孔４１ａは、円周方向に互いに９０°異なる位置に形成されている。また、各非磁性リング８１，８２、第１フランジ３１及び第２フランジ３２にも、ロータコア４０の圧入孔４１ａに対向する位置に、貫通孔８１ｂ、８２ｂ、及び挿入孔３１ｂ，３２ｂが形成される。

　そして、ロータコア４０の各圧入孔４１ａにノックピン（位置決め部材）７８を圧入し、このノックピン７８を、各非磁性リング８１，８２の貫通孔８１ｂ、８２ｂに軽く圧入した後、第１、第２フランジ３１，３２の挿入孔３１ｂ，３２ｂに隙間を持って挿入することで、ロータコア４０、非磁性リング８１、及び第１フランジ３１と、ロータコア４０、非磁性リング８２、及び第２フランジ３２とは、回転方向に位置決めされる。

　また、非磁性リング８１，８２の内周寄り部分には、軸方向に延出する小径筒部８１ｃ，８２ｃが形成されており、第１及び第２フランジ３１，３２の内周面に設けられた段部３１ｃ，３２ｃとそれぞれインロー嵌合されている。これにより、一方の非磁性リング８１と第１フランジ３１、及び他方の非磁性リング８２と第２フランジ３２は、径方向に位置決めされ、ノックピン７８は回転方向の位置決めを行うだけでよく、ノックピン７８の本数を少なくすることができる。

　ここで、本実施形態では、ノックピン７８には絶縁処理が行われると共に、締結ボルト７０についてはステータ１０の電機子磁極の極対数とインナーロータ２０の磁極の極対数との差の絶対値で３６０°を除算して得られた角度間隔である９０°間隔で位置する仮想の座標点に配置され、該座標点以外には配置されていない。

　以上のように構成された本実施形態の電動機によれば、締結ボルト７０が、ステータ１０の電機子磁極の極対数とインナーロータ２０の磁極の極対数との差の絶対値で３６０°を除算して得られた角度間隔で位置する仮想の座標点に配置され、該座標点以外には配置されないので、締結ボルト７０間では発生電位が等しくなり、締結ボルト７０間の発生電位差に起因して第１フランジ３１および第２フランジ３２を介してループ電流が発生することを抑制することができる。これにより、複数の締結ボルト７０を絶縁処理する必要がなく、製造コストを低減することができる。また、アウターロータ３０の発生トルク等に伴って、締結ボルト７０の数を増減させたいときは、式１の関係に従って締結ボルト７０を配置することで、ループ電流の発生を抑制した電動機の設計を行うことができる。

　なお、ノックピン７８を絶縁処理する代わりに締結ボルト７０に絶縁処理をしてもよい。これによりノックピン７８もステータ１０の電機子磁極の極対数とインナーロータ２０の磁極の極対数との差の絶対値で３６０°を除算して得られた角度間隔である９０°間隔で位置する４つの仮想の座標点に配置されているので、同様の作用効果を得ることができる。

　また、本実施形態の電動機によれば、アウターロータ３０の遠心力に対する遠心剛性を向上させることができる。また、アウターロータ３０の各構成部品を軸方向に締め付け力が付与された状態で締結する締結ボルト７０で、ロータコア４０に発生するトルクを両フランジ３１，３２に伝達するので、部品点数を削減することができる。

　なお、本実施形態のアウターロータ３０は、第１実施形態と同様に一体円環状の電磁鋼板（例えば珪素鋼板）を軸線方向に積層した積層体により構成されているが第１実施形態のようにトルク伝達ピン６０が圧入されていないため、アウターロータ３０には、図２０に示すように、各電磁鋼板のばらけを防止するかしめ部４４が周方向に９０間隔で２～４つ（本実施形態では４つ）形成されることが好ましい。この場合、ノックピン７８や締結ボルト７０に代えて、かしめ部４４をステータ１０の電機子磁極の極対数とインナーロータ２０の磁極の極対数との差の絶対値で３６０°を除算して得られた角度間隔で位置する仮想の座標点のうちの２～４ヶ所（本実施形態では４ヶ所）に配置され、該座標点以外には配置されないように設定することで、かしめ部４４間では発生電位が等しくなり、かしめ部４４間の発生電位差に起因してロータコア４０内でループ電流が発生することを抑制することができる。これにより、絶縁処理を行うことが難しいかしめ部４４を絶縁処理する必要がなく、ロータコア内で発生するループ電流を抑制しつつ製造コストを低減することができる。

　尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
　例えば、上述した実施形態では、１つの磁極を、単一の永久磁石の磁極で構成しているが、複数の永久磁石の磁極で構成してもよい。例えば、２つの永久磁石の磁極がステータ側で近づき合うように、これらの２つの永久磁石を逆Ｖ字状に並べることにより、１つの磁極を構成することによって、磁力線の指向性を高めるようにしてもよい。さらに、永久磁石に代えて、電磁石や移動磁界を発生可能な電機子を用いてもよい。
　また、上述した実施形態では、Ｕ相～Ｗ相のコイルをスロットに分布巻きで巻回しているが、これに限らず、集中巻きであってもよい。さらに、上述した実施形態では、コイルをＵ相～Ｗ相の３相コイルで構成しているが、回転磁界を発生できれば、このコイルの相数はこれに限らず、任意である。

　また、上述した実施形態では、第１ロータとしてのインナーロータ２０と第２ロータとしてのアウターロータ３０をステータ１０の内側に配置したが、これに限らず、第１ロータと第２ロータをステータの外側に配置してもよい。

　なお、本出願は、２０１０年１２月２４日出願の日本特許出願（特願２０１０－２８７５３４）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

　１０　ステータ
　１２　電機子
　２０　インナーロータ（第１ロータ）
　２３　永久磁石
　３０　アウターロータ（第２ロータ）
　３１　第１フランジ
　３２　第２フランジ
　４０　ロータコア
　４１　磁性部（誘導磁極）
　４２　空隙部
　４４　かしめ部
　５０　ショルダーボルト（貫通部材、連結部材）
　６０　トルク伝達ピン（貫通部材、トルク伝達部材）
　７０　締結ボルト（貫通部材、連結部材、締結部材）
　７８　ノックピン（位置決め部材）

Claims

　環状のステータと、前記ステータの内側又は外側で回転可能に支持された第１ロータと、前記ステータと前記第１ロータとの間に配置されて、前記第１ロータと同芯に回転可能に支持された第２ロータとを備え、
　前記第１ロータが、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永久磁石を配列して構成された磁極列を備え、
　前記ステータが、周方向に配列された複数の電機子で構成され、前記磁極列に対向するように配置されると共に、前記複数の電機子に発生させる所定の複数の電機子磁極により周方向の回転磁界を生成する電機子列を備え、
　前記第２ロータが、周方向に所定ピッチで配列された軟磁性体製の複数の誘導磁極で構成され、且つ前記第１ロータの磁極列と前記ステータの電機子列の間に配置された誘導磁極列を備え、
　前記電機子磁極の数と、前記第１ロータの磁極の数と、前記第２ロータの誘導磁極の数との比が、電機子磁極の数を１とすると、１：ｍ：（１＋ｍ）／２　（ｍ≠１．０）に設定された回転電機において、
　前記第２ロータは、該第２ロータの軸線方向中央部に位置する円筒状のロータコアと、該ロータコアを支持するように該ロータコアの軸線方向両端側に位置した円板状の第１フランジおよび第２フランジと、を備え、
　前記第１フランジおよび第２フランジ間には、前記ロータコアを貫通する複数の貫通部材が配置され、
　前記複数の貫通部材は、前記ステータの電機子磁極の極対数と前記第１ロータの磁極の極対数との差の絶対値で３６０°を除算して得られた角度間隔で位置する仮想の座標点のうちの少なくとも２ヶ所に配置されることを特徴とする回転電機。
　前記貫通部材は、前記ロータコアに発生するトルクを伝達するためのトルク伝達部材であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
　前記貫通部材は、前記第１フランジおよび第２フランジを相互に連結する連結部材であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
　環状のステータと、前記ステータの内側又は外側で回転可能に支持された第１ロータと、前記ステータと前記第１ロータとの間に配置されて、前記第１ロータと同芯に回転可能に支持された第２ロータとを備え、
　前記第１ロータが、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永久磁石を配列して構成された磁極列を備え、
　前記ステータが、周方向に配列された複数の電機子で構成され、前記磁極列に対向するように配置されると共に、前記複数の電機子に発生させる所定の複数の電機子磁極により周方向の回転磁界を生成する電機子列を備え、
　前記第２ロータが、周方向に所定ピッチで配列された軟磁性体製の複数の誘導磁極で構成され、且つ前記第１ロータの磁極列と前記ステータの電機子列の間に配置された誘導磁極列を備え、
　前記電機子磁極の数と、前記第１ロータの磁極の数と、前記第２ロータの誘導磁極の数との比が、電機子磁極の数を１とすると、１：ｍ：（１＋ｍ）／２　（ｍ≠１．０）に設定された回転電機において、
　前記第２ロータは、該第２ロータの軸線方向中央部に位置する円筒状のロータコアと、該ロータコアを支持するように該ロータコアの軸線方向両端側に位置した円板状の第１フランジおよび第２フランジと、を備え、
　前記ロータコアは、軟磁性体を軸線方向に積層した積層体により構成され、
　前記第１フランジおよび第２フランジ間には、前記第１フランジ、前記ロータコアおよび第２フランジを相互に締結する複数の締結部材が配置され、
　前記第１フランジおよび第２フランジと前記ロータコアは複数の位置決め部材により位置決めされており、
　前記複数の位置決め部材は、前記ステータの電機子磁極の極対数と前記第１ロータの磁極の極対数との差の絶対値で３６０°を除算して得られた角度間隔で位置する仮想の座標点のうちの少なくとも２ヶ所に配置されることを特徴とする回転電機。
　前記締結部材はそれぞれ、前記第１フランジおよび第２フランジの少なくとも一方と電機的に絶縁されていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
　環状のステータと、前記ステータの内側又は外側で回転可能に支持された第１ロータと、前記ステータと前記第１ロータとの間に配置されて、前記第１ロータと同芯に回転可能に支持された第２ロータとを備え、
　前記第１ロータが、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永久磁石を配列して構成された磁極列を備え、
　前記ステータが、周方向に配列された複数の電機子で構成され、前記磁極列に対向するように配置されると共に、前記複数の電機子に発生させる所定の複数の電機子磁極により周方向の回転磁界を生成する電機子列を備え、
　前記第２ロータが、周方向に所定ピッチで配列された軟磁性体製の複数の誘導磁極で構成され、且つ前記第１ロータの磁極列と前記ステータの電機子列の間に配置された誘導磁極列を備え、
　前記電機子磁極の数と、前記第１ロータの磁極の数と、前記第２ロータの誘導磁極の数との比が、電機子磁極の数を１とすると、１：ｍ：（１＋ｍ）／２　（ｍ≠１．０）に設定された回転電機において、
　前記第２ロータは、軟磁性体を軸線方向に積層した積層体により構成された円筒状のロータコアを有し、
　前記ロータコアには、積層される各軟磁性体のばらけを防止するかしめ部が周方向に複数形成され、
　前記複数のかしめ部は、前記ステータの電機子磁極の極対数と前記第１ロータの磁極の極対数との差の絶対値で３６０°を除算して得られた角度間隔で位置する仮想の座標点のうちの少なくとも２ヶ所に配置されることを特徴とする回転電機。