JP2014027705A - 回転機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの構成および磁気回路の制約を抑制しつつ磁石磁束を適切に可変にする。
【解決手段】回転機１０はロータ１１は回転軸２０の方向で対向する第１ロータ２１および第２ロータ２２と、第２ロータ２２の回転トルクを第１ロータ２１に伝達するトルク伝達状態とトルク非伝達状態とを切り替え可能なトルク伝達部２４と、第２ロータ２２をケース１３に磁気的に結合可能な磁気結合部２３とを備える。第１ロータ２１は回転軸２０に固定され、第２ロータ２２は、回転軸２０に非固定であり、コイル１２ｂに流れる電流が所定値未満の場合には磁気結合部２３によってケース１３に磁気的に結合され、電流が所定値以上の場合には回転し、トルク伝達部２４は第２ロータ２２が回転するときにはトルク伝達状態になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転機に関する。

従来、例えば互いの回転軸が同軸に配置されて相対位相を変更可能な内回転子および外回転子からなるロータを備え、相対位相の変更に応じてロータのトルクに寄与する磁石磁束を変更可能な電動機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来、例えばステータに対してロータを軸方向に変位可能とし、ロータとステータとの対向面積の変更に応じてステータに鎖交するロータの磁石磁束を変更可能な回転機が知られている（例えば、特許文献２参照）。
また、従来、例えば磁気特性が異なる複数の磁石を有するロータに対して、ステータの励磁よって増磁と減磁とを行なうことで、ステータに鎖交するロータの磁石磁束を変更可能な回転電機が知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００４−０７２９７８号公報 特許第３８４４２２９号公報 特開２００８−２４５３６８号公報

ところで、上記従来技術に係る電動機においては、ロータを内回転子および外回転子の複数の回転子により構成することから、構成に要する磁石量が増大してしまうという問題が生じる。また、所望の弱め界磁と強め界磁とが発生するようにして各ロータの磁石配置（つまり磁気回路）を設定する必要が生じ、各ロータの構成に関する自由度が低下してしまうという問題が生じる。
また、上記従来技術に係る回転機においては、ステータに対してロータが軸方向に変位することで、径方向でステータに対向しないロータの表面からステータコアに短絡する磁束が発生することによって、ステータコアの渦電流損失が増大してしまうとい問題が生じる。
また、上記従来技術に係る回転電機においては、所望の弱め界磁と強め界磁とが発生するようにして、磁気特性が異なる複数の磁石の配置を設定する必要が生じ、各ロータの構成に関する自由度が低下してしまうという問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ロータの構成および磁気回路の制約を抑制しつつ、磁石磁束を適切に可変にすることが可能な回転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、本発明の第１態様に係る回転機は、ロータ（例えば、実施の形態でのロータ１１）と、ステータコア（例えば、実施の形態でのステータコア１２ａ）にコイル（例えば、実施の形態でのコイル１２ｂ）が巻回されたステータ（例えば、実施の形態でのステータ１２）と、前記ロータおよび前記ステータを収容するケース（例えば、実施の形態でのケース１３）とを備える回転機（例えば、実施の形態での回転機１０）であって、前記ロータは、回転軸（例えば、実施の形態での回転軸２０）と、回転軸方向で対向するように配置された第１ロータ（例えば、実施の形態での第１ロータ２１）および第２ロータ（例えば、実施の形態での第２ロータ２２）と、前記第２ロータの回転トルクを前記第１ロータに伝達するトルク伝達状態と前記第２ロータの回転トルクを前記第１ロータに伝達しないトルク非伝達状態とを切り替え可能なトルク伝達手段（例えば、実施の形態でのトルク伝達部２４）と、前記第２ロータを前記ケースに磁気的に結合可能な磁気結合手段（例えば、実施の形態での磁気結合部２３）とを備え、前記第１ロータは前記回転軸に固定され、前記第２ロータは、前記回転軸に非固定であり、前記コイルに流れる電流が所定値未満の場合には前記結合手段によって前記ケースに磁気的に結合され、前記コイルに流れる電流が前記所定値以上の場合には回転し、前記トルク伝達手段は、前記第２ロータが回転するときには前記トルク伝達状態になる。

さらに、本発明の第２態様に係る回転機では、前記磁気結合手段は、前記第２ロータに固定されたロータ側結合用磁石（例えば、実施の形態でのロータ側結合用磁石６１）と、前記ロータ側結合用磁石に対向するようにして前記ケースに固定されたケース側結合用磁石（例えば、実施の形態でのケース側結合用磁石６２）とを備える。

さらに、本発明の第３態様に係る回転機では、前記ロータ側結合用磁石は前記第２ロータの内周部（例えば、実施の形態での内周面４８Ａ）に固定され、前記ケース側結合用磁石は、前記第２ロータの径方向で前記ロータ側結合用磁石に対向するようにして前記ケースに固定されている。

さらに、本発明の第４態様に係る回転機では、前記トルク伝達手段は、前記第１ロータおよび前記第２ロータのうち何れか一方のロータにおいて前記回転軸周りに周方向に巻回された励磁コイル（例えば、実施の形態での励磁コイル７１）と、前記一方のロータにおいて前記励磁コイルの内周側に配置された内周部（例えば、実施の形態での内周部７２）および前記励磁コイルの外周側に配置された外周部（例えば、実施の形態での外周部７３）を具備する励磁側鉄心部（例えば、実施の形態での励磁側鉄心部７４）と、前記第１ロータおよび前記第２ロータのうち何れか他方のロータにおいて前記回転軸方向で前記励磁コイルに対向する位置に設けられた非磁性部（例えば、実施の形態での非磁性部７５）と、前記他方のロータにおいて前記回転軸方向で前記励磁側鉄心部に対向可能に前記非磁性部の内周側に配置された内周部（例えば、実施の形態での内周部７６）および前記非磁性部の外周側に配置された外周部（例えば、実施の形態での外周部７７）を具備する被励磁側鉄心部（例えば、実施の形態での被励磁側鉄心部７８）と、前記励磁コイルを通電状態と非通電状態とに切り替え可能な通電切替手段（例えば、実施の形態での通電切替部７９）とを備える。

さらに、本発明の第５態様に係る回転機では、前記第１ロータおよび前記第２ロータは周方向に配置された複数の磁極部（例えば、実施の形態での磁石装着部３２、磁石装着部４２）を備え、前記複数の磁極部は周方向で隣り合う前記磁極部同士の磁化方向が反転するように配置され、前記励磁側鉄心部の前記外周部と、前記被励磁側鉄心部の前記外周部とは、前記磁化方向が同一である前記磁極部同士が前記回転軸方向で対向するようにして前記第１ロータおよび前記第２ロータが配置されている場合に前記回転軸方向で互いに対向する位置において前記回転軸方向で互いに近接するようにして突出する突出部（例えば、実施の形態での突出部７３ａ、突出部７７ａ）を備える。

さらに、本発明の第６態様に係る回転機では、前記ステータコアは、径方向で前記第１ロータに対向する第１ステータコア（例えば、実施の形態での第１ステータコア９１）と、径方向で前記第２ロータに対向する第２ステータコア（例えば、実施の形態での第２ステータコア９２）と、前記回転軸方向で前記第１ステータコアと前記第２ステータコアとの間に配置されたステータ非磁性部（例えば、実施の形態でのステータ非磁性部９３）とを備える。

本発明の第１態様に係る回転機によれば、第１ロータの磁石磁束がステータに鎖交することにより発生する回転トルクのみが回転軸に伝達される状態（弱め界磁状態）と、第１ロータおよび第２ロータの磁石磁束がステータに鎖交することにより発生する回転トルクがともに回転軸に伝達される状態（強め界磁状態）とを、コイルに流れる電流に応じて容易かつ適切に切り替えることができる。これにより、例えば弱め界磁状態と強め界磁状態とを切替可能にするために各ロータの磁石配置（つまり磁気回路）を制約する必要が生じることを防止し、各ロータの構成に関する自由度が低下してしまうことを防止することができる。

本発明の第２態様に係る回転機によれば、対向するロータ側結合用磁石とケース側結合用磁石との間の磁力による吸引力で第２ロータをケースに磁気的に結合させることができ、磁気結合手段の構成が複雑化することを防止することができる。

本発明の第３態様に係る回転機によれば、回転機の軸方向寸法が増大することを防止することができる。

本発明の第４態様に係る回転機によれば、励磁コイルの通電状態において励磁側鉄心部で発生する磁束により被励磁側鉄心部が磁化され、励磁側鉄心部と被励磁側鉄心部との間の磁気的な吸引力によって、一方のロータと他方のロータとが非接触に結合され、トルク伝達可能な状態になる。
つまり、トルク伝達手段は、一方のロータと他方のロータとを非接触に維持しつつトルク伝達状態とトルク非伝達状態とを切り替え可能であって、トルク非伝達状態において第２ロータが第１ロータの回転に対して負荷になること（引き摺り損失が発生すること）を防止することができる。

本発明の第５態様に係る回転機によれば、第１ロータの励磁側鉄心部の外周部に設けられた突出部と、第２ロータの被励磁側鉄心部の外周部に設けられた突出部と、第１ロータおよび第２ロータの各内周部とにより磁路が形成され、磁化方向が同一である磁極部同士が回転軸方向で対向するようにして励磁側鉄心部の外周部と第２ロータの外周部とが磁気的な吸引力によって非接触に結合される。これにより、トルク伝達状態において第１ロータと第２ロータとを同一位相に設定することができ、第２ロータの回転トルクを第１ロータに効率よく伝達することができる。
しかも、各外周部に突出部を設けることにより、例えば各内周部に突出部を設けることに比べて、より精度良く同一位相に設定することができる。

本発明の第６態様に係る回転機によれば、径方向で対向しない各ステータコアと各ロータとの間（つまり、第１ステータコアと第２ロータとの間、および、第２ステータコアと第１ロータとの間）で短絡する磁束が発生することを防止し、各ステータコアにおける渦電流損失の増大を防止することができる。

本発明の実施形態に係る回転機を回転軸方向に平行に破断して示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る回転機を回転軸方向に平行に破断した断面図である。 本発明の実施形態に係る回転機の第１ロータを回転軸方向から見た平面図であって、図２に示すＡ−Ａ線矢視図である。 本発明の実施形態に係る回転機の第１ロータの斜視図である。 本発明の実施形態に係る回転機の第２ロータを回転軸方向から見た平面図であって、図２に示すＢ−Ｂ線矢視図である。 本発明の実施形態に係る回転機の第２ロータの斜視図である。 本発明の実施形態に係る回転機の第２ロータを図２に示す回転軸方向のＺ方向から見た平面図である。 本発明の実施形態に係る回転機の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る回転機の一部を回転軸方向に平行に破断した断面図である。

以下、本発明の回転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。
この実施の形態による回転機１０は、例えば図１〜図７に示すように、ロータ１１と、ステータコア１２ａに３相のコイル１２ｂが巻回されたステータ１２と、ロータ１１およびステータ１２を収容するケース１３とを備えを備えて構成されている。

この回転機１０は、例えばインナロータ型のブラシレスＤＣモータであって、ロータ１１は円環状のステータ１２の内周側に配置され、ステータ１２のステータコア１２ａの外周部がケース１３に固定されている。

ロータ１１は、回転軸２０と、回転軸方向で対向するように非接触に配置された第１ロータ２１および第２ロータ２２と、第２ロータ２２をケース１３に磁気的に結合可能な磁気結合部２３と、第２ロータ２２の回転トルクを第１ロータ２１に伝達するトルク伝達状態と第２ロータ２２の回転トルクを第１ロータ２１に伝達しないトルク非伝達状態とを切り替え可能なトルク伝達部２４とを備えて構成されている。

第１ロータ２１は回転軸２０に固定されており、第１ロータコア３１と、第１ロータコア３１の外周側に偏寄した位置に形成された複数の磁石装着部３２に装着された永久磁石３３とを備えている。

複数の磁石装着部３２は周方向等間隔に配置されており、各磁石装着部３２は周方向で隣り合う１対の磁石装着スロット３２ａ，３２ａを備えている。
１対の磁石装着スロット３２ａ，３２ａには、厚み方向の同一方向に磁化された２つの平板状の永久磁石３３，３３が装着されている。

周方向で隣り合う磁石装着部３２，３２同士では、永久磁石３３の磁極の向きが逆向きになるように設定されている。
即ち、外周側がＮ極とされた１対の永久磁石３３，３３が装着された１対の磁石装着スロット３２ａ，３２ａと、外周側がＳ極とされた１対の永久磁石３３，３３が装着された１対の磁石装着スロット３２ａ，３２ａとが、周方向に交互に並んで配置されている。

第２ロータ２２は、回転軸２０には固定されておらず、ベアリング４０を介してケース１３に回転可能に支持され、第２ロータコア４１と、第２ロータコア４１の外周側に偏寄した位置に形成された複数の磁石装着部４２に装着された永久磁石４３とを備えている。
ている。

さらに、第２ロータコア４１は、中心部において回転軸２０が非接触に挿入される貫通孔４５と、回転軸方向で第１ロータ２１側の反対側の端部に形成された凹溝４６および第１突出部４７および第２突出部４８とを備えている。

凹溝４６は、貫通孔４５を外周側から取り囲むようにして円環状に形成されている。
第１突出部４７は、貫通孔４５の内壁面４５Ａに連続する内周面４７Ａと、凹溝４６の内周側壁面４６Ａに連続する外周面４７Ｂとを有し、回転軸方向に突出する円筒状に形成されている。
第２突出部４８は、第１突出部４７を外周側から取り囲むようにして回転軸方向に突出する円筒状に形成され、凹溝４６の外周側壁面４６Ｂに連続する内周面４８Ａを有している。

凹溝４６と、第１突出部４７および第２突出部４８により径方向の両側から挟み込まれるようにして形成される円環状の空間部４９とには、ケース１３の一部を成す円筒状支持部５０が挿入されている。
そして、円筒状支持部５０の内周面５０Ａと第１突出部４７の外周面４７Ｂとの間には円環状のベアリング４０が装着されており、このベアリング４０によって円筒状支持部５０は、第１突出部４７（つまり第２ロータ２２）を回転軸２０周りに回転可能に支持している。

複数の磁石装着部４２は周方向等間隔に配置されており、各磁石装着部４２は周方向で隣り合う１対の磁石装着スロット４２ａ，４２ａを備えている。
１対の磁石装着スロット４２ａ，４２ａには、厚み方向の同一方向に磁化された２つの平板状の永久磁石４３，４３が装着されている。

周方向で隣り合う磁石装着部４２，４２同士では、永久磁石４３の磁極の向きが逆向きになるように設定されている。
即ち、外周側がＮ極とされた１対の永久磁石４３，４３が装着された１対の磁石装着スロット４２ａ，４２ａと、外周側がＳ極とされた１対の永久磁石４３，４３が装着された１対の磁石装着スロット４２ａ，４２ａとが、周方向に交互に並んで配置されている。

なお、第１ロータ２１における複数の磁石装着部３２および永久磁石３３の径方向および周方向での配置位置と、第２ロータ２２における複数の磁石装着部４２および永久磁石４３の径方向および周方向での配置位置とは同一であって、磁極の向きが等しい互いの永久磁石３３，４３同士が回転軸方向で対向可能に構成されている。

磁気結合部２３は、第２ロータ２２に固定されたロータ側結合用磁石６１と、ロータ側結合用磁石６１に対向するようにしてケース１３に固定されたケース側結合用磁石６２とを備えている。

ロータ側結合用磁石６１は、例えば厚み方向に磁化された平板状であって、磁化方向が径方向になるようにして、第２ロータ２２の第２突出部４８の内周面４８Ａ上のうちケース１３の一部を成す円筒状支持部５０の外周面５０Ｂに径方向で対向する位置に固定されている。
ケース側結合用磁石６２は、例えば厚み方向に磁化された平板状であって、磁化方向が径方向になるように、かつ、ロータ側結合用磁石６１に径方向で対向するようにして、ケース１３の一部を成す円筒状支持部５０の外周面５０Ｂ上のうち第２ロータ２２の第２突出部４８の内周面４８Ａに径方向で対向する位置に固定されている。

そして、ロータ側結合用磁石６１とケース側結合用磁石６２とは、互いの磁化方向を反対方向として径方向で対向可能に配置され、ケース１３に対する第２ロータ２２の所定の回転位置において、対向するロータ側結合用磁石６１とケース側結合用磁石６２との間に磁力による吸引力が作用するように設定されている。

なお、対向するロータ側結合用磁石６１とケース側結合用磁石６２との間に作用する磁力による吸引力は、ステータ１２のコイル１２ｂに流れる電流が所定値未満の場合に第２ロータ２２の回転停止を維持し、ステータ１２のコイル１２ｂに流れる電流が所定値以上の場合に第２ロータ２２の回転を許容する程度の大きさを有するように設定されている。
すなわち、ロータ側結合用磁石６１とケース側結合用磁石６２とを備えた磁気結合部２３は、ステータ１２のコイル１２ｂから発生する磁束により第２ロータ２２に発生する回転トルクの大きさが所定の大きさよりも小さい場合に第２ロータ２２の回転停止を維持し、ステータ１２のコイル１２ｂから発生する磁束により第２ロータ２２に発生する回転トルクの大きさが所定の大きさ以上の場合に第２ロータ２２を回転させるトルクリミット機能を有している。

トルク伝達部２４は、第２ロータコア４１において回転軸２０周りに周方向に巻回された励磁コイル７１と、第２ロータコア４１において励磁コイル７１の内周側に配置された内周部７２および励磁コイル７１の外周側に配置された外周部７３を具備する励磁側鉄心部７４と、第１ロータコア３１において回転軸方向で励磁コイル７１に対向する位置に設けられた円環状の非磁性部７５と、第１ロータコア３１において非磁性部７５の内周側に配置された内周部７６および非磁性部７５の外周側に配置された外周部７７を具備する被励磁側鉄心部７８と、励磁コイル７１を通電状態と非通電状態とに切り替え可能な通電切替部７９とを備えて構成さえている。

励磁側鉄心部７４の内周部７２および被励磁側鉄心部７８の内周部７６は、回転軸２０を外周側から取り囲む同軸の円筒状に形成され、互いの回転軸方向の端面７２Ａ，７６Ａが対向するようにして回転軸方向に突出している。
励磁側鉄心部７４の外周部７３および被励磁側鉄心部７８の外周部７７は、同軸の円筒状に形成され、互いの回転軸方向の端面７３Ａ，７７Ａが対向しており、さらに、互いの端面７３Ａ，７７Ａ上における周方向の所定位置から回転軸方向に互いに近接するようにして突出する各突出部７３ａ，７７ａを備えている。

各突出部７３ａ，７７ａが設けられる周方向の所定位置は、各第１ロータ２１および第２ロータ２２において磁化方向が同一の磁極部（つまり、永久磁石３３が装着された第１ロータ２１の磁石装着部３２および永久磁石４３が装着された第２ロータ２２の磁石装着部４２）同士が回転軸方向で対向するようにして第１ロータ２１および第２ロータ２２が配置されている場合に回転軸方向で互いに対向する位置（例えば、磁化方向が同一の磁極部から径方向内方側であって回転軸方向で互いに対向する位置など）である。

例えば図３〜図６に示す回転機１０では、励磁側鉄心部７４の複数の突出部７３ａは、外周側がＮ極かつ内周側がＳ極の永久磁石４３が装着された第２ロータ２２の複数の磁石装着部４２の周方向角度間隔と同一の周方向角度間隔で各磁石装着部４２から径方向内方側位置に配置されている。同様にして、被励磁側鉄心部７８の複数の突出部７７ａは、外周側がＮ極かつ内周側がＳ極の永久磁石３３が装着された第１ロータ２１の複数の磁石装着部３２の周方向角度間隔と同一の周方向角度間隔で各磁石装着部３２から径方向内方側であって励磁側鉄心部７４の複数の突出部７３ａと回転軸方向で互いに対向する位置に配置されている。

そして、励磁コイル７１の通電状態においては、回転軸方向で対向する突出部７３ａおよび突出部７７ａと、回転軸方向で対向する内周部７２および内周部７６とにより磁路が形成され、励磁側鉄心部７４で発生する磁束により被励磁側鉄心部７８が磁化され、励磁側鉄心部７４と被励磁側鉄心部７８との間に磁気的な吸引力が発生する。これにより、第１ロータ２１と第２ロータ２２とが非接触に結合され、第２ロータの回転トルクを第１ロータ２１に伝達可能なトルク伝達状態になる。しかも、このトルク伝達状態では、第１ロータ２１と第２ロータ２２とが同一位相になる。

なお、励磁側鉄心部７４および被励磁側鉄心部７８のそれぞれにおいて、複数の突出部７３ａの周方向間隔および複数の突出部７７ａの周方向間隔を一定にすることによって、回転トルクの周期的な脈動の発生を抑制することができる。さらに、複数の突出部７３ａおよび複数の突出部７７ａのそれぞれの個数を、各第１ロータ２１および第２ロータ２２の磁極部の極数の倍数とは異なる値に設定することにより、各第１ロータ２１および第２ロータ２２において磁化方向が反対方向の磁極部同士が回転軸方向で対向した状態で第１ロータ２１と第２ロータ２２とが非接触に結合されてしまうことを防止することができる。

なお、励磁コイル７１を通電状態と非通電状態とに切り替え可能な通電切替部７９の動作は、例えば図６に示すように、制御装置８１により制御されている。
制御装置８１は、回転数センサ（図示略）などによって検出あるいは推定される回転機１０の回転数と、回転機１０に要求されるトルクを示すトルク指令となどに基づき、励磁コイル７１の通電状態と非通電状態との切り替えを指示する。

例えば、制御装置８１は、予め、励磁コイル７１の通電状態（つまり、トルク伝達状態）と非通電状態（つまり、トルク非伝達状態）とに対して、回転機１０の回転数とトルクと運転効率との所定の対応関係を示すマップなどのデータを記憶しており、回転機１０の運転状態（例えば、運転効率を優先する状態や、最大トルクを優先する状態や、最大回転数を優先する状態など）に応じて、励磁コイル７１の通電状態と非通電状態との切り替えを指示する。

なお、制御装置８１は、励磁コイル７１の通電状態（つまり、トルク伝達状態）は、少なくとも第２ロータ２２が磁気結合部２３の吸引力に抗って回転可能な状態（つまり、ステータ１２のコイル１２ｂに流れる電流が所定値以上の状態）に設定されることが好ましく、例えば第２ロータ２２が回転するときに励磁コイル７１の通電状態（つまり、トルク伝達状態）になるように制御する。
また、制御装置８１は、回転機１０の３相のコイル１２ｂに対する通電を行なうインバータ８２の動作を制御することによって、回転機１０の運転状態を制御する。

ステータ１２のステータコア１２ａは、径方向で第１ロータコア３１に対向する第１ステータコア９１と、径方向で第２ロータコア４１に対向する第２ステータコア９２と、回転軸方向で第１ステータコア９１と第２ステータコア９２との間に配置された非磁性部材からなるステータ非磁性部９３とを備えている。

この実施形態による回転機１０は上記構成を備えており、次に、この回転機１０の動作について説明する。

先ず、例えば図８に示すステップＳ０１においては、例えば回転数センサ（図示略）による検出あるいは推定などにより回転機１０の回転数を取得する。
次に、ステップＳ０２においては、回転機１０のトルクに対するトルク指令を取得する。
次に、ステップＳ０３においては、回転機１０の回転数とトルク指令とに基づき、励磁コイル７１の通電状態（つまり、トルク伝達状態）が必要であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０４に進み、このステップＳ０４においては、励磁コイル７１を非通電状態（つまり、トルク非伝達状態）として、エンドに進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０５に進み、このステップＳ０５においては、励磁コイル７１を通電状態（つまり、トルク伝達状態）として、エンドに進む。

例えば図９（Ａ）に示すように、回転機１０の低負荷時であって、ステータ１２のコイル１２ｂに流れる電流が所定値未満の低励磁の状態では、第２ロータ２２は磁気結合部２３によって停止状態に維持され、励磁コイル７１の非通電状態（つまり、トルク非伝達状態）に設定されて、第１ロータ２１の回転トルクのみが回転軸２０に伝達される。
この場合は、回転軸２０の回転トルクに寄与する磁石磁束量が低下する弱め界磁状態になる。

一方、例えば図９（Ｂ）に示すように、回転機１０の高負荷時であって、ステータ１２のコイル１２ｂに流れる電流が所定値以上の高励磁の状態では、第２ロータ２２は磁気結合部２３の吸引力に抗って回転し、励磁コイル７１の通電状態（つまり、トルク伝達状態）に設定されて、第１ロータ２１の回転トルクと第２ロータの回転トルクとが回転軸２０に伝達される。
この場合は、回転軸２０の回転トルクに寄与する磁石磁束量が増加する強め界磁状態になる。

上述したように、本発明の実施形態による回転機１０によれば、第１ロータ２１の磁石磁束がステータ１２に鎖交することにより発生する回転トルクのみが回転軸２０に伝達される状態（弱め界磁状態）と、第１ロータ２１および第２ロータ２２の磁石磁束がステータ１２に鎖交することにより発生する回転トルクがともに回転軸２０に伝達される状態（強め界磁状態）とを、ステータ１２のコイル１２ｂに流れる電流に応じて容易かつ適切に切り替えることができる。これにより、例えば弱め界磁状態と強め界磁状態とを切替可能にするために各ロータ２１，２２の磁石配置（つまり磁気回路）を制約する必要が生じることを防止し、各ロータ２１，２２の構成に関する自由度が低下してしまうことを防止することができる。

さらに、径方向で対向するロータ側結合用磁石６１とケース側結合用磁石６２との間の磁力による吸引力で第２ロータ２２をケース１３に磁気的に結合させることができ、磁気結合部２３の構成が複雑化することを防止することができると共に、例えばロータ側結合用磁石６１とケース側結合用磁石６２とを回転軸方向で対向するように配置する場合に比べて、回転機１０の軸方向寸法が増大することを防止することができる。

さらに、トルク伝達部２４は、第１ロータ２１と第２ロータ２２とを非接触に維持しつつトルク伝達状態とトルク非伝達状態とを切り替え可能であって、トルク非伝達状態において第２ロータ２２が第１ロータ２１の回転に対して負荷になること（引き摺り損失が発生すること）を防止することができる。

さらに、回転軸方向で励磁コイル７１に対向する位置に非磁性部７５を設け、各ロータ２１，２２の磁極部のうち磁化方向が一方である磁極部に対する所定の相対位置に各突出部７３ａ，７７ａを備えることにより、トルク伝達状態において第１ロータ２１と第２ロータ２２とを精度良く同一位相に設定することができ、第２ロータ２２の回転トルクを第１ロータ２１に効率よく伝達することができる。

さらに、ステータ非磁性部９３を備えることにより、径方向で対向しない第１ステータコア９１と第２ロータコア４１との間、および、径方向で対向しない第２ステータコア９２と第１ロータコア３１との間で短絡する磁束が発生することを防止し、各ステータコア９１，９２における渦電流損失の増大を防止することができる。
また、第１ロータコア３１から第１ステータコア９１および第２ステータコア９２を通って第２ロータコア４１へ短絡する磁束が発生することを防止し、各ステータコア９１，９２における渦電流損失の増大を防止することができる。

なお、上述した実施の形態において、磁気結合部２３のロータ側結合用磁石６１とケース側結合用磁石６２とは、径方向以外の方向（例えば、回転軸方向など）で対向するように配置されてもよい。

なお、上述した実施の形態において、第１ロータコア３１に励磁コイル７１を備え、第２ロータコア４１に非磁性部７５を備えてもよい。

なお、上述した実施の形態において、各突出部７３ａ，７７ａを、各磁石装着部４２，３２から径方向内方側に配置するとしたが、これに限定されず、例えば各磁石装着部４２，３２から径方向外方側や、例えば各磁石装着部４２，３２と等しい径方向位置などに配置されてもよい。
また、上述した実施の形態においては、磁化方向が同一の磁極部を、外周側がＮ極かつ内周側がＳ極の各永久磁石４３，３３が装着された各磁石装着部４２，３２としたが、これに限定されず、例えば外周側がＳ極かつ内周側がＮ極の各永久磁石４３，３３が装着された各磁石装着部４２，３２としてもよい。
要するに、各突出部７３ａ，７７ａは、磁化方向が同一である磁極部同士が回転軸方向で対向するようにして第１ロータ２１および第２ロータ２２が配置されている場合に回転軸方向で互いに対向する適宜の位置に配置されていればよい。
また、上述した実施の形態において、各突出部７３ａ，７７ａを励磁側鉄心部７４の外周部７３および被励磁側鉄心部７８の外周部７７に設けるとしたが、これに限定されず、例えば、励磁側鉄心部７４の内周部７２および被励磁側鉄心部７８の内周部７６に回転軸方向に互いに近接するようにして突出する各突出部を設けてもよい。

なお、上述した実施の形態において、制御装置８１は、ステータ１２のコイル１２ｂに流れる電流が所定値以上となって、第２ロータ２２が磁気結合部２３の吸引力に抗って回転可能になったときに、励磁コイル７１を通電状態（つまり、トルク伝達状態）にするとしたが、これに限定されず、例えばステータ１２のコイル１２ｂに流れる電流が、所定の程度で、所定値に近い値になったとき、つまりステータ１２のコイル１２ｂから発生する磁束が、第２ロータ２２が回転し始める磁束の大きさに、所定の程度で近づいたときに、励磁コイル７１を通電状態（つまり、トルク伝達状態）にしてもよい。

この場合、第２ロータ２２は、ステータ１２のコイル１２ｂから発生する磁束により第２ロータ２２に発生する回転トルクと、トルク伝達部２４によって第２ロータ２２が回転する第１ロータ２１に磁気的に引きつけられて第２ロータ２２に発生する回転トルクとによって、磁気結合部２３の吸引力に抗って回転可能になる。
これにより、例えば、磁気結合部２３の吸引力の固体差や、温度による吸引力の変化などが生じる場合であっても、第２ロータ２２の回転開始のタイミングおよび第２ロータ２２の回転トルクを第１ロータ２１に伝達するトルク伝達状態の開始タイミングを、より精度よく制御することができる。

このとき、ロータ側結合用磁石６１とケース側結合用磁石６２とを備えた磁気結合部２３は、トルクリミット機能を有している。
このトルクリミット機能は、ステータ１２のコイル１２ｂから発生する磁束により第２ロータ２２に発生する回転トルクと、トルク伝達部２４によって第２ロータ２２が回転する第１ロータ２１に磁気的に引きつけられて第２ロータ２２に発生する回転トルクとの合計トルクが所定の大きさよりも小さい場合に第２ロータ２２の回転停止を維持する。また、ステータ１２のコイル１２ｂから発生する磁束により第２ロータ２２に発生する回転トルクと、トルク伝達部２４によって第２ロータ２２が回転する第１ロータ２１に磁気的に引きつけられて第２ロータ２２に発生する回転トルクとの合計トルクが所定の大きさ以上の場合に第２ロータ２２を回転させる。

１０ 回転機
１１ ロータ
１２ ステータ
１２ａ ステータコア
１２ｂ コイル
１３ ケース
２１ 第１ロータ
２２ 第２ロータ
２３ トルク伝達手段（磁気結合手段）
２４ トルク伝達部（トルク伝達手段）
３２ 磁石装着部（磁極部）
４２ 磁石装着部（磁極部）
４８Ａ 内周面（内周部）
６１ ロータ側結合用磁石（ロータ側結合用磁石）
６２ ケース側結合用磁石（ケース側結合用磁石）
７１ 励磁コイル
７２ 内周部
７３ 外周部
７３ａ 突出部
７４ 励磁側鉄心部
７５ 非磁性部
７６ 内周部
７７ 外周部
７７ａ 突出部
７８ 被励磁側鉄心部
７９ 通電切替部（通電切替手段）
９１ 第１ステータコア
９２ 第２ステータコア
９３ ステータ非磁性部

Claims (6)

1. ロータと、ステータコアにコイルが巻回されたステータと、前記ロータおよび前記ステータを収容するケースとを備える回転機であって、
   前記ロータは、回転軸と、回転軸方向で対向するように配置された第１ロータおよび第２ロータと、前記第２ロータの回転トルクを前記第１ロータに伝達するトルク伝達状態と前記第２ロータの回転トルクを前記第１ロータに伝達しないトルク非伝達状態とを切り替え可能なトルク伝達手段と、
   前記第２ロータを前記ケースに磁気的に結合可能な磁気結合手段と
   を備え、
   前記第１ロータは前記回転軸に固定され、
   前記第２ロータは、前記回転軸に非固定であり、前記コイルに流れる電流が所定値未満の場合には前記結合手段によって前記ケースに磁気的に結合され、前記コイルに流れる電流が前記所定値以上の場合には回転し、
   前記トルク伝達手段は、前記第２ロータが回転するときには前記トルク伝達状態になることを特徴とする回転機。
2. 前記磁気結合手段は、前記第２ロータに固定されたロータ側結合用磁石と、前記ロータ側結合用磁石に対向するようにして前記ケースに固定されたケース側結合用磁石とを備えることを特徴とする請求項１に記載の回転機。
3. 前記ロータ側結合用磁石は前記第２ロータの内周部に固定され、前記ケース側結合用磁石は、前記第２ロータの径方向で前記ロータ側結合用磁石に対向するようにして前記ケースに固定されていることを特徴とする請求項２に記載の回転機。
4. 前記トルク伝達手段は、前記第１ロータおよび前記第２ロータのうち何れか一方のロータにおいて前記回転軸周りに周方向に巻回された励磁コイルと、
   前記一方のロータにおいて前記励磁コイルの内周側に配置された内周部および前記励磁コイルの外周側に配置された外周部を具備する励磁側鉄心部と、
   前記第１ロータおよび前記第２ロータのうち何れか他方のロータにおいて前記回転軸方向で前記励磁コイルに対向する位置に設けられた非磁性部と、
   前記他方のロータにおいて前記回転軸方向で前記励磁側鉄心部に対向可能に前記非磁性部の内周側に配置された内周部および前記非磁性部の外周側に配置された外周部を具備する被励磁側鉄心部と、
   前記励磁コイルを通電状態と非通電状態とに切り替え可能な通電切替手段と
   を備えることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１つに記載の回転機。
5. 前記第１ロータおよび前記第２ロータは周方向に配置された複数の磁極部を備え、前記複数の磁極部は周方向で隣り合う前記磁極部同士の磁化方向が反転するように配置され、
   前記励磁側鉄心部の前記外周部と、前記被励磁側鉄心部の前記外周部とは、前記磁化方向が同一である前記磁極部同士が前記回転軸方向で対向するようにして前記第１ロータおよび前記第２ロータが配置されている場合に前記回転軸方向で互いに対向する位置において前記回転軸方向で互いに近接するようにして突出する突出部を備えることを特徴とする請求項４に記載の回転機。
6. 前記ステータコアは、径方向で前記第１ロータに対向する第１ステータコアと、径方向で前記第２ロータに対向する第２ステータコアと、前記回転軸方向で前記第１ステータコアと前記第２ステータコアとの間に配置されたステータ非磁性部とを備えることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１つに記載の回転機。

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