JP2007244064A

JP2007244064A - 電動機

Info

Publication number: JP2007244064A
Application number: JP2006061022A
Authority: JP
Inventors: Shoei Abe; 昇栄阿部
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2026-03-07
Also published as: JP4890056B2

Abstract

【課題】電動機が複雑化することを抑制しつつ、容易かつ適切に誘起電圧定数を可変とすることで、運転可能な回転数範囲およびトルク範囲を拡大し、運転効率を向上させると共に高効率での運転可能範囲を拡大する。
【解決手段】外周側回転子１２を、略有底筒型の外周側ロータ鉄心３１の各周壁片３１ｂから底部３１ａを経由して回転軸Ｏに向かう仮想的な経路上における底部３１ａの所定位置に、透磁率が相対的に小さな複数の磁束短絡抑制部３５，…，３５として、底部３１ａを厚さ方向（軸方向）に貫通する複数の貫通孔を設け、位相制御装置１５によって内周側回転子１１と外周側回転子１２との間の相対的な位相が変更されることによって、軸方向に沿って見た際の各磁束短絡抑制部３５が内周側永久磁石１１ａの軸方向端面に臨んで重なり合うことが可能となるように設定した。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機に関する。

従来、例えば電動機の回転軸の周囲に同心円状に設けた第１および第２回転子を備え、電動機の回転速度に応じて、あるいは、固定子に発生する回転磁界の速度に応じて第１および第２回転子の周方向の相対位置つまり位相差を制御する電動機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この電動機では、例えば電動機の回転速度に応じて第１および第２回転子の位相差を制御する場合には、遠心力の作用により径方向に沿って変位する部材を介して第１および第２回転子の周方向の相対位置を変更するようになっている。また、例えば固定子に発生する回転磁界の速度に応じて第１および第２回転子の位相差を制御する場合には、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、第１および第２回転子の周方向の相対位置を変更するようになっている。
特開２００２−２０４５４１号公報

ところで、上記従来技術の一例に係る電動機において、例えば電動機の回転速度に応じて第１および第２回転子の位相差を制御する場合には、電動機の作動状態つまり回転速度に応じた遠心力が作用する状態でのみ第１および第２回転子の位相差を制御可能であり、電動機の停止状態を含む適宜のタイミングで位相差を制御することができないという問題が生じる。また、この電動機を駆動源として車両に搭載した場合等のように、この電動機に外部からの振動が作用し易い状態においては、遠心力の作用のみによって第１および第２回転子の位相差を適切に制御することが困難であるという問題が生じる。しかも、この場合には、モータに対する電源での電源電圧の変動に拘わらずに位相差が制御されることから、例えば電源電圧と電動機の逆起電圧との大小関係が逆転してしまうという不具合が生じる虞がある。
また、例えば固定子に発生する回転磁界の速度に応じて第１および第２回転子の位相差を制御する場合には、回転磁界速度が変更されることから、電動機の制御処理が複雑化してしまうという問題が生じる。
また、第１および第２回転子の位相差を制御して電動機の誘起電圧定数を変更する際には、第１回転子に具備される永久磁石と第２回転子に具備される永久磁石との間の相対的な距離に応じた誘起電圧定数の可変幅を適切に増大させて、界磁制御の内容を多様化させることが望まれている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電動機が複雑化することを抑制しつつ、容易かつ適切に誘起電圧定数を可変とすることで、運転可能な回転数範囲およびトルク範囲を拡大し、運転効率を向上させると共に高効率での運転可能範囲を拡大することが可能な電動機を提供することを目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の電動機は、周方向に沿って配置された内周側永久磁石（例えば、実施の形態での内周側永久磁石１１ａ）を具備する内周側回転子（例えば、実施の形態での内周側回転子１１）および周方向に沿って配置された外周側永久磁石（例えば、実施の形態での外周側永久磁石１２ａ）を具備する外周側回転子（例えば、実施の形態での外周側回転子１２）の互いの回転軸が同軸に配置され、少なくとも前記内周側回転子および前記外周側回転子の何れか一方を前記回転軸周りに回動させることによって前記内周側回転子と前記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（例えば、実施の形態での位相制御装置１５）を備える電動機であって、前記外周側回転子は、前記外周側永久磁石が固定される周壁部（例えば、実施の形態での周壁片３１ｂ，…，３１ｂ）と、該周壁部に接続された磁性材からなる底部（例えば、実施の形態での底部３１ａ）とを備える略有底筒型に形成され、前記周壁部において前記外周側永久磁石が固定される位置（例えば、実施の形態での外周面３１Ｂ）から前記周壁部および前記底部を経由して前記回転軸に向かう仮想的な経路上における前記底部の所定位置に透磁率が相対的に小さな磁束短絡抑制部（例えば、実施の形態での磁束短絡抑制部３５）を備えることを特徴としている。

上記構成の電動機によれば、略有底筒型に形成された底部および周壁部に対し、周壁部において外周側永久磁石が固定される位置から周壁部および底部を経由して回転軸に向かう仮想的な経路上における底部の所定位置に透磁率が相対的に小さな磁束短絡抑制部を備えることにより、この仮想的な経路に沿って外周側永久磁石と内周側永久磁石との間に磁路短絡が生じることを防止することができる。しかも、例えば外周側永久磁石を具備する環状のロータ鉄心の内周部に、外周側回転子の駆動力を外部に伝達するためのシャフト部材を圧入する場合に比べて、所望の剛性を確保しつつ、底部および周壁部の厚さ、特に外周側回転子の径方向厚さが増大してしまうことを防止することができる。
これにより、周壁部に固定される外周側永久磁石と、内周側回転子の内周側永久磁石との間の距離が増大してしまうことを抑制すると共に、誘起電圧定数の可変幅を適切に増大させることができる。

そして、例えば外周側永久磁石の界磁磁束に対する内周側永久磁石の界磁磁束による界磁強め状態では、電動機のトルク定数（つまり、トルク／相電流）を相対的に高い値に設定することができ、電動機運転時の電流損失を低減すること無しに、または、固定子巻線への通電を制御するインバータの出力電流の最大値を変更すること無しに、電動機が出力する最大トルク値を増大させることができ、電動機の運転効率の最大値を増大させ、運転効率が所定効率以上となる高効率領域を拡大させることができる。
しかも、界磁強め状態と界磁弱め状態との間の状態変化を連続的に設定することができ、電動機の誘起電圧定数を適宜の値に連続的に変化させることができる。これにより、電動機の運転可能な回転数およびトルクの値を連続的に変更することができると共に、運転可能な回転数およびトルクの範囲を拡大させることができる。

さらに、請求項２に記載の発明の電動機では、前記磁束短絡抑制部は、前記回動手段により前記内周側回転子と前記外周側回転子との間の相対的な位相が変更されることによって、前記回転軸に平行な方向に沿って見た際の前記内周側永久磁石の周方向位置と、前記磁束短絡抑制部の周方向位置とが重なり合うことが可能となるように形成されていることを特徴としている。

上記構成の電動機によれば、回転軸に平行な方向（軸方向）に沿って見た内周側永久磁石の周方向位置と、磁束短絡抑制部の周方向位置とが重なり合う状態では、周壁部において外周側永久磁石が固定される位置から周壁部および底部を経由して回転軸に向かう仮想的な経路に沿って外周側永久磁石と内周側永久磁石との間に磁路短絡が生じることを適切に防止することができる。

さらに、請求項３に記載の発明の電動機では、前記磁束短絡抑制部は、前記底部を厚さ方向に貫通する貫通孔であることを特徴としている。

上記構成の電動機によれば、底部に設けられた貫通孔を磁束短絡抑制部とすることで、この貫通孔内の相対的に透磁率が小さな空間によって、外周側永久磁石と内周側永久磁石との間に磁路短絡が生じることを適切に防止することができる。

さらに、請求項４に記載の発明の電動機では、前記磁束短絡抑制部は、前記底部の表面上に設けられた凹部であることを特徴としている。

上記構成の電動機によれば、底部に設けられた凹部を磁束短絡抑制部とすることで、この凹部内の相対的に透磁率が小さな空間によって、外周側永久磁石と内周側永久磁石との間に磁路短絡が生じることを適切に防止することができる。

さらに、請求項５に記載の発明の電動機は、前記凹部に装着された非磁性材からなる部材を備えることを特徴としている。

上記構成の電動機によれば、底部に設けられた凹部を磁束短絡抑制部とすることで、この凹部内に装着された相対的に透磁率が小さな非磁性材によって、外周側永久磁石と内周側永久磁石との間に磁路短絡が生じることを適切に防止することができる。

請求項１に記載の発明の電動機によれば、略有底筒型に形成された底部および周壁部に対し、周壁部において外周側永久磁石が固定される位置から周壁部および底部を経由して回転軸に向かう仮想的な経路上における底部の所定位置に透磁率が相対的に小さな磁束短絡抑制部を備えることにより、この仮想的な経路に沿って外周側永久磁石と内周側永久磁石との間に磁路短絡が生じることを防止することができる。これにより、周壁部に固定される外周側永久磁石と、内周側回転子の内周側永久磁石との間の距離が増大してしまうことを抑制すると共に、誘起電圧定数の可変幅を適切に増大させることができる。

さらに、請求項２に記載の発明の電動機によれば、軸線方向に沿って見た内周側永久磁石の周方向位置と、磁束短絡抑制部の周方向位置とが重なり合う状態では、周壁部において外周側永久磁石が固定される位置から周壁部および底部を経由して回転軸に向かう仮想的な経路に沿って外周側永久磁石と内周側永久磁石との間に磁路短絡が生じることを適切に防止することができる。
さらに、請求項３に記載の発明の電動機によれば、底部に設けられた貫通孔を磁束短絡抑制部とすることで、この貫通孔内の相対的に透磁率が小さな空間によって、外周側永久磁石と内周側永久磁石との間に磁路短絡が生じることを適切に防止することができる。

さらに、請求項４に記載の発明の電動機によれば、底部に設けられた凹部を磁束短絡抑制部とすることで、この凹部内の相対的に透磁率が小さな空間によって、外周側永久磁石と内周側永久磁石との間に磁路短絡が生じることを適切に防止することができる。
さらに、請求項５に記載の発明の電動機によれば、底部に設けられた凹部を磁束短絡抑制部とすることで、この凹部内に装着された相対的に透磁率が小さな非磁性材によって、外周側永久磁石と内周側永久磁石との間に磁路短絡が生じることを適切に防止することができる。

以下、本発明の電動機の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による電動機１０は、例えば図１〜図５に示すように、周方向に沿って配置された各永久磁石１１ａ，１２ａを具備する略円環状の各内周側回転子１１および外周側回転子１２と、内周側回転子１１および外周側回転子１２を回転させる回転磁界を発生する複数相の固定子巻線（図示略）を有する固定子（図示略）と、内周側回転子１１および外周側回転子１２に接続され、内周側回転子１１と外周側回転子１２との間の相対的な位相を制御する位相制御装置１５とを備えたブラシレスＤＣモータであって、例えばハイブリッド車両や電動車両等の車両に駆動源として搭載され、この電動機１０の出力軸はトランスミッション（図示略）の入力軸に接続され、電動機１０の駆動力がトランスミッションを介して車両の駆動輪（図示略）に伝達されるようになっている。

また、車両の減速時に駆動輪側から電動機１０に駆動力が伝達されると、電動機１０は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）として回収する。さらに、例えばハイブリッド車両においては、この電動機１０の出力軸が内燃機関（図示略）のクランクシャフトに連結されており、内燃機関の出力が電動機１０に伝達された場合にも電動機１０は発電機として機能して発電エネルギーを発生する。

内周側回転子１１は、例えば珪素鋼板等の電磁鋼板が積層されてなる略円筒状の内周側ロータ鉄心２１と、この内周側ロータ鉄心２１の外周部で周方向に所定間隔をおいて配置された複数の内周側永久磁石１１ａ，…，１１ａと、円環板状の内周側端面板２２，２２と、内周側軸部材２３とを備えて構成されている。

内周側ロータ鉄心２１の外周部には、複数の内周側磁石装着部２１ａ，…，２１ａが周方向に所定間隔をおいて設けられ、周方向で隣り合う内周側磁石装着部２１ａ，２１ａ間において内周側ロータ鉄心２１の外周面２１Ａ上には、電動機１０の回転軸Ｏに平行に伸びる凹溝２１ｂが形成されている。
内周側磁石装着部２１ａは、例えば回転軸Ｏに平行に貫通する内周側磁石装着孔２４を備え、この内周側磁石装着孔２４は回転軸Ｏに平行な方向（軸方向）に対する断面が、略周方向が長手方向かつ略径方向が短手方向の略長方形状に形成され、この内周側磁石装着孔２４には回転軸Ｏに平行に伸びる略長方形板状の内周側永久磁石１１ａが装着されている。

内周側磁石装着孔２４に装着される内周側永久磁石１１ａは、厚さ方向（つまり内周側回転子１１の径方向）に磁化され、周方向で隣り合う各内周側磁石装着孔２４，２４に装着される内周側永久磁石１１ａ，１１ａは互いに磁化方向が異方向となるように設定されている。すなわち外周側がＮ極とされた内周側永久磁石１１ａが装着された内周側磁石装着部２１ａには、外周側がＳ極とされた内周側永久磁石１１ａが装着された内周側磁石装着部２１ａが、凹溝２１ｂを介して周方向で隣接するようになっている。

円環板状の内周側端面板２２は、例えば内周側ロータ鉄心２１の外径よりも僅かに小さく、かつ、内周側ロータ鉄心２１の内周側磁石装着孔２４の内周面よりも大きな径の外径と、内周側ロータ鉄心２１の内周側磁石装着孔２４の内周面よりも小さく、かつ、内周側ロータ鉄心２１の内径よりも僅かに大きな径の内径を有し、内周側ロータ鉄心２１の内周側磁石装着孔２４に装着された内周側永久磁石１１ａの軸方向端部に当接する。つまり、内周側磁石装着孔２４に装着された内周側永久磁石１１ａを軸方向の両側から挟み込むように配置される２つの内周側端面板２２，２２によって、内周側永久磁石１１ａが軸方向に沿って変位することが規制されている。

内周側軸部材２３は、例えば内周側ロータ鉄心２１の内周部の内径よりも僅かに大きな外径を有する略有底筒型に形成され、内周側ロータ鉄心２１の内周部に圧入されて、締まりばめされた状態で固定されている。この内周側軸部材２３は、軸方向に沿って底部を貫通する複数の内周側締結孔２３ａ，…，２３ａに、例えばリベットやボルト等の内周側締結部材２５が挿入されて位相制御装置１５に締結されることで、位相制御装置１５に接続されている。

外周側回転子１２は、回転軸Ｏと同軸の中心軸を有する略板状の底部３１ａと、この底部３１ａの外周端において周方向に所定間隔をおいた位置から軸方向に向かい伸びる複数の周壁片３１ｂ，…，３１ｂとを備える略有底筒型の外周側ロータ鉄心３１と、この外周側ロータ鉄心３１の各周壁片３１ｂの外周面３１Ｂ上に配置された略長方形板状の外周側永久磁石１２ａと、各外周側永久磁石１２ａの外周面に当接する内周面を有する略円筒状の外周側保持部材３２と、外周側軸部材３３とを備えて構成されている。

外周側ロータ鉄心３１は、例えば磁性材である単一の部材に対する曲げ成形によって略有底筒型に形成されている。
そして、底部３１ａには、透磁率が相対的に小さな複数の磁束短絡抑制部３５，…，３５として、例えば底部３１ａを厚さ方向（つまり軸方向）に貫通する複数の貫通孔が設けられている。
各磁束短絡抑制部３５は、後述するように、各周壁片３１ｂから底部３１ａを経由して回転軸Ｏに向かう仮想的な経路上における底部３１ａの所定位置に設けられ、位相制御装置１５によって内周側回転子１１と外周側回転子１２との間の相対的な位相が変更されることによって、軸方向に沿って見た際の内周側永久磁石１１ａの軸方向端面１１Ａに臨んで重なり合うことが可能となるように設定されている。

また、外周側ロータ鉄心３１の各周壁片３１ｂの周方向両端部には、周壁片３１ｂの外周面３１Ｂ上から径方向外方に向かい突出する位置決め突部３１ｃ，３１ｃが設けられている。そして、周壁片３１ｂの外周面３１Ｂ上に配置された外周側永久磁石１２ａは、周壁片３１ｂの２つの位置決め突部３１ｃ，３１ｃによって周方向の両側から挟み込まれるようにして位置決めされ、周方向に沿った変位が規制されている。

各周壁片３１ｂに支持される外周側永久磁石１２ａは、厚さ方向（つまり外周側回転子１２の径方向）に磁化され、周方向で隣り合う各周壁片３１ｂ，３１ｂに支持される外周側永久磁石１２ａ，１２ａは互いに磁化方向が異方向となるように設定されている。すなわち外周側がＮ極とされた外周側永久磁石１２ａを支持する周壁片３１ｂには、外周側がＳ極とされた外周側永久磁石１２ａを支持する周壁片３１ｂが、所定周方向幅のスリット３１ｄを介して周方向で隣接するようになっている。

そして、各周壁片３１ｂによって外周側永久磁石１２ａを支持する外周側ロータ鉄心３１は、各外周側永久磁石１２ａの外周面によって設定される外径に対して所定の締め代を備える内径の内周面を有する外周側保持部材３２の内周部に圧入されて、締まりばめされた状態で固定されている。これにより、各外周側永久磁石１２ａは、外周側保持部材３２の内周面と、各周壁片３１ｂの外周面３１Ｂとによって、径方向の両側から挟み込まれるようにして固定されている。
なお、外周側保持部材３２は、例えば軸方向での適宜の位置の径方向厚さが所定の均一の厚さとなる略円筒状に形成されている。

外周側軸部材３３は、例えば外周側ロータ鉄心３１の底部３１ａと一体に固定される略円環板状に形成され、外周側回転子１２の駆動力を外部に出力する出力軸（図示略）に接続されている。また、この外周側軸部材３３は、例えば略有底筒型の外周側ロータ鉄心３１の内部に配置され、軸方向に沿って外周側軸部材３３を貫通する複数の外周側締結孔３３ａ，…，３３ａと、各外周側締結孔３３ａ，…，３３ａに臨んで連通するようにして外周側ロータ鉄心３１の底部３１ａを貫通する複数の外周側貫通孔３１ｅ，…，３１ｅとに、例えばリベットやボルト等の外周側締結部材３４が締結されることで、位相制御装置１５に接続されている。

そして、内周側回転子１１は、例えば略有底筒型の外周側ロータ鉄心３１の内部に配置され、内周側回転子１１と外周側回転子１２とは、互いの回転軸が電動機１０の回転軸Ｏと同軸となるように配置されている。そして、内周側回転子１１の各内周側磁石装着孔２４，…，２４と、外周側回転子１２の各周壁片３１ｂ，…，３１ｂとは、各回転子１１，１２の径方向で互いに対向配置可能となるように形成されている。
これにより、内周側回転子１１と外周側回転子１２との回転軸Ｏ周りの相対位置に応じて、電動機１０の状態を、内周側回転子１１の内周側永久磁石１１ａと外周側回転子１２の外周側永久磁石１２ａとの同極の磁極同士が対向配置（つまり、内周側永久磁石１１ａと外周側永久磁石１２ａとが対極配置）される弱め界磁状態から、内周側回転子１１の内周側永久磁石１１ａと外周側回転子１２の外周側永久磁石１２ａとの異極の磁極同士が対向配置（つまり、内周側永久磁石１１ａと外周側永久磁石１２ａとが同極配置）される強め界磁状態に亘る適宜の状態に設定可能とされている。
特に、弱め界磁状態および強め界磁状態においては、軸方向に対する断面において、内周側永久磁石１１ａの長辺と外周側永久磁石１２ａの長辺とが対向するように設定されている。

そして、外周側ロータ鉄心３１の底部３１ａに設けられた各磁束短絡抑制部３５は、各周壁片３１ｂに支持される外周側永久磁石１２ａと同等の位相を有する周方向位置、かつ、内周側回転子１１の各内周側永久磁石１１ａの軸方向端面１１Ａに臨んで重なり合うことが可能となる径方向位置に配置されている。
つまり、例えば図６に示すように、弱め界磁（最大弱め位相）状態および強め界磁（最大強め位相）状態において、各磁束短絡抑制部３５は、各外周側永久磁石１２ａに対向配置される各内周側永久磁石１１ａの軸方向端面１１Ａに臨んで重なり合う面積が最大となり、かつ、対向配置される各永久磁石１１ａ、１２ａ間において、外周側永久磁石１２ａから周壁片３１ｂおよび底部３１ａを介して内周側永久磁石１１ａに向かう仮想的な経路上で内周側永久磁石１１ａの軸方向端面１１Ａに臨んで重なり合う底部３１ａの領域（例えば、図６に示す領域Ａ１）の面積が最小となるように形成されている。
これに伴い、例えば図７に示すように、弱め界磁状態と強め界磁状態との間の中間（中間位相）状態においては、内周側永久磁石１１ａの軸方向端面１１Ａに臨んで重なり合う底部３１ａの領域（例えば、図６に示す領域Ｂ１）の面積が相対的に大きくなる。

これにより、例えば図８に示す実施例のように、磁性材からなる底部３１ａに磁束短絡抑制部３５を設けることによって、例えば磁性材からなる底部３１ａに磁束短絡抑制部３５を設けない比較例１に比べて、強め界磁状態での誘起電圧定数が増大し、弱め界磁状態での誘起電圧定数が減少し、誘起電圧定数の可変幅が増大する。
この実施例では、磁束短絡抑制部３５の大きさおよび位置等に応じて、強め界磁状態および弱め界磁状態での各誘起電圧定数が、例えば底部３１ａを非磁性材により形成した比較例２での誘起電圧定数と、比較例１での誘起電圧定数との間で変化することになり、強め界磁状態から弱め界磁状態に向かい位相が変化することに伴い、誘起電圧定数が適宜の関数形に従って減少傾向に変化する。
なお、例えば図８に示す比較例３は、内周側回転子１１と外周側回転子１２との相対的な位相が固定されることで、誘起電圧定数が所定の固定値となる場合である。

位相制御装置１５は、例えば略有底筒型の内周側軸部材２３の内部に配置され、電動あるいは油圧駆動等によって、少なくとも内周側回転子１１および外周側回転子１２の何れか一方を回転軸Ｏ周りに回動させることによって内周側回転子１１と外周側回転子１２との間の相対的な位相を変更するアクチュエータを備えている。

また、固定子（図示略）は、例えば外周側回転子１２の外周部に対向配置される略円筒型に形成され、例えば車両のトランスミッションのハウジング（図示略）等に固定されている。

上述したように、本実施の形態による電動機１０によれば、外周側回転子１２は、例えば単一の部材に対する曲げ成形等によって、回転軸Ｏと同軸の中心軸を有する底部３１ａと、この底部３１ａの外周端から回転軸Ｏに略平行な方向に向かい伸びる複数の周壁片３１ｂ，…，３１ｂとを備える略有底筒型に形成され、各周壁片３１ｂに外周側永久磁石１２ａが支持されることから、例えば底部３１ａと各周壁片３１ｂとが個別の独立した部材であって締結部材等により接続されて略有底筒型に形成される場合に比べて、所望の剛性を確保しつつ、底部３１ａおよび周壁片３１ｂの厚さ、特に周壁片３１ｂの径方向厚さが増大してしまうことを容易に防止することができる。

しかも、外周側ロータ鉄心３１は外周側軸部材３３を介して底部３１ａが出力軸Ｏに接続されることから、底部３１ａ自体の厚さを増大させる必要無しに、外周側回転子１２の駆動力を適切に出力軸Ｏに伝達するために要する所望の剛性を確保することができる。
これにより、周壁片３１ｂに支持される外周側永久磁石１２ａと、内周側回転子１１の内周側永久磁石１１ａとの間の距離が増大してしまうことを抑制し、誘起電圧定数の可変幅を増大させることができる。
さらに、弱め界磁（最大弱め位相）状態および強め界磁（最大強め位相）状態において、各外周側永久磁石１２ａに対向配置される各内周側永久磁石１１ａの軸方向端面１１Ａに臨んで重なり合う面積が最大となる各磁束短絡抑制部３５が底部３１ａに形成されることにより、例えば磁性材からなる底部３１ａに磁束短絡抑制部３５を設けない場合に比べて、強め界磁状態での誘起電圧定数が増大すると共に、弱め界磁状態での誘起電圧定数が減少し、誘起電圧定数の可変幅が増大することになる。

また、外周側回転子１２において、周方向で隣り合う各周壁片３１ｂ，３１ｂ間に所定周方向幅のスリット３１ｄを設けたことにより、互いに対向配置の関係に無い内周側回転子１１の内周側永久磁石１１ａと外周側回転子１２の外周側永久磁石１２ａとの磁極同士間で磁路短絡が発生することを抑制することができる。

さらに、内周側ロータ鉄心２１において周方向で隣り合う内周側永久磁石１１ａ，１１ａ間に透磁率が相対的に小さな凹溝２１ｂを備えることにより、互いに対向配置の関係に無い内周側永久磁石１１ａと外周側永久磁石１２ａとの磁極同士間（例えば、凹溝２１ｂを跨ぐようにして配置される内周側永久磁石１１ａと外周側永久磁石１２ａとの磁極同士間等）で磁路短絡が発生することを抑制することができる。

そして、内周側回転子１１および外周側回転子１２には周方向に沿って略長方形板状の各永久磁石１１ａ，１２ａが配置され、各永久磁石１１ａ，１２ａは、回転軸Ｏに平行な方向に対する断面において各回転子１１，１２の径方向に沿って互いに対向配置可能となるように設定されていることにより、各永久磁石１１ａ，１２ａの磁束が周辺の磁気回路（例えば、各ロータ鉄心２１，３１等）に放射されてしまうことを抑制することができる。これにより、鉄損の発生を抑制し、例えば外周側回転子１２の外周側永久磁石１２ａによる界磁磁束が固定子の固定子巻線を鎖交する鎖交磁束量を、内周側回転子１１の内周側永久磁石１１ａによる界磁磁束によって効率よく増大あるいは低減させることができる。そして、界磁強め状態では、電動機１０のトルク定数（つまり、トルク／相電流）を相対的に高い値に設定することができ、電動機１０の運転時の電流損失を低減すること無しに、または、固定子巻線への通電を制御するインバータ（図示略）の出力電流の最大値を変更すること無しに、電動機１０が出力する最大トルク値を増大させることができる。

しかも、固定子巻線１３ａを鎖交する界磁磁束の大きさを連続的に変化させることができ、電動機１０の誘起電圧定数を適宜の値に連続的に変化させることができる。これにより、電動機１０の運転可能な回転数およびトルクの値を連続的に変更することができると共に、運転可能な回転数およびトルクの範囲を拡大させることができる。さらに、電動機１０の運転効率の最大値を増大させ、運転効率が所定効率以上となる高効率領域を拡大させることができる。

なお、上述した実施の形態においては、底部３１ａを厚さ方向に貫通する貫通孔を磁束短絡抑制部３５として設けるとしたが、これに限定されず、例えば底部３１ａの表面上に凹部を設け、この凹部内に設けられる相対的に透磁率が小さな空間を磁束短絡抑制部３５としてもよい。
さらに、この場合には、底部３１ａに形成した凹部内に非磁性材を装着してもよい。

なお、上述した実施の形態において、外周側ロータ鉄心３１は磁性材である単一の部材に対する曲げ成形によって略有底筒型に形成されるとしたが、これに限定されず、例えば底部３１ａと周壁片３１ｂとが個別の独立した部材であって締結部材等により接続されて略有底筒型に形成されてもよい。この場合には、締結部材を非磁性材とし、この締結部材が装着される底部３１ａの装着孔を磁束短絡抑制部３５としてもよい。

なお、上述した実施の形態において、外周側永久磁石１２ａは周壁片３１ｂの外周面３１Ｂ上に配置されるとしたが、これに限定されず、例えば周壁片３１ｂの内部で軸方向に伸びる磁石装着孔に装着されてもよい。

なお、上述した実施の形態においては、周方向で隣り合う周壁片３１ｂ，３１ｂ間にスリット３１ｄを設けるとしたが、これに限定されず、例えば周方向で隣り合う周壁片３１ｂ，３１ｂの軸方向先端部β，β間が接続されていてもよい。つまり、この変形例では、外周側回転子１２は、回転軸Ｏと同軸の中心軸を有する略板状の底部３１ａと、この底部３１ａの外周端から略軸方向に向かい伸びる筒状の周壁部と、この周壁部の周面上において周方向に所定間隔をおいた位置で径方向に貫通すると共に軸方向基端部から軸方向先端部に向かい伸びる長穴とを備え、周方向で隣り合う長穴間の周壁部に外周側永久磁石１２ａが支持される。
これにより、各周壁片３１ｂの軸方向先端部β側での剛性を増大させることができる。

なお、上述した実施の形態においては、外周側永久磁石１２ａは外周側ロータ鉄心３１の周壁片３１ｂの外周面３１Ｂ上に配置されるとしたが、これに限定されず、例えば外周側保持部材３２を省略し、外周側ロータ鉄心３１の各周壁片３１ｂ，…，３１ｂの外周面３１Ｂによって設定される外径に対して所定の締め代を備える内径の内周面を有する略円筒状のロータ鉄心の内周部に周方向に所定間隔をおいて複数の外周側永久磁石１２ａ，…，１２ａを装着し、このロータ鉄心の内周部に外周側ロータ鉄心３１の各周壁片３１ｂ，…，３１ｂを圧入してもよい。

本発明の一実施形態に係る電動機の内周側回転子および外周側回転子の要部を分解して示す要部斜視図である。本発明の一実施形態に係る電動機の内周側回転子および外周側回転子の要部を分解して示す要部斜視図である。本発明の一実施形態に係る電動機の内周側回転子および外周側回転子の要部斜視図である。本発明の一実施形態に係る電動機の内周側回転子および外周側回転子の要部斜視図である。本発明の一実施形態に係る電動機の内周側回転子および外周側回転子の断面図である。本発明の一実施形態に係る電動機の弱め界磁（最大弱め位相）状態および強め界磁（最大強め位相）状態での磁束短絡抑制部と各永久磁石との相対位置を示す図である。本発明の一実施形態に係る電動機の中間（中間位相）状態での磁束短絡抑制部と各永久磁石との相対位置を示す図である。本発明の一実施形態に係る電動機に対する実施例および比較例１〜３での内周側回転子と外周側回転子との相対的な位相に応じた誘起電圧定数の変化を示すグラフ図である。

符号の説明

１０電動機
１１内周側回転子
１１ａ内周側永久磁石
１２外周側回転子
１２ａ外周側永久磁石
１５位相制御装置（回動手段）
３１ａ底部
３１ｂ周壁片（周壁部）
３１Ｂ外周面（表面）
３５磁束短絡抑制部

Claims

周方向に沿って配置された内周側永久磁石を具備する内周側回転子および周方向に沿って配置された外周側永久磁石を具備する外周側回転子の互いの回転軸が同軸に配置され、少なくとも前記内周側回転子および前記外周側回転子の何れか一方を前記回転軸周りに回動させることによって前記内周側回転子と前記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る電動機であって、
前記外周側回転子は、前記外周側永久磁石が固定される周壁部と、該周壁部に接続された磁性材からなる底部とを備える略有底筒型に形成され、
前記周壁部において前記外周側永久磁石が固定される位置から前記周壁部および前記底部を経由して前記回転軸に向かう仮想的な経路上における前記底部の所定位置に透磁率が相対的に小さな磁束短絡抑制部を備えることを特徴とする電動機。
前記磁束短絡抑制部は、前記回動手段により前記内周側回転子と前記外周側回転子との間の相対的な位相が変更されることによって、前記回転軸に平行な方向に沿って見た際の前記内周側永久磁石の周方向位置と、前記磁束短絡抑制部の周方向位置とが重なり合うように形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。
前記磁束短絡抑制部は、前記底部を厚さ方向に貫通する貫通孔であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機。
前記磁束短絡抑制部は、前記底部の表面上に設けられた凹部であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機。
前記凹部に装着された非磁性材からなる部材を備えることを特徴とする請求項４に記載の電動機。