WO2021149756A1 - 磁気ギアード回転電機 - Google Patents

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stator
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electric machine
casing
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梅田　彰彦
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a magnetic geared rotary electric machine.
  • the present application claims priority over Japanese Patent Application No. 2020-010232 filed on January 24, 2020, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 discloses a magnetic geared rotary electric machine in which a low-speed rotor (first rotor), a high-speed rotor (second rotor), and a stator are coaxially rotatable relative to each other.
  • first rotor low-speed rotor
  • second rotor high-speed rotor
  • stator stator
  • the high-speed rotor is rotated by the magnetomotive force of a coil provided on the stator, so that the low-speed rotor, which is an output shaft, rotates at a predetermined reduction ratio due to harmonic flux.
  • a magnetic geared rotary electric machine as described above, it is common that the rotor is rotatably supported by a rolling bearing with respect to the stator.
  • dimensional tolerances of the stator and rotor deformation due to their own weight or external force, wear due to aging, and dimensional changes may occur. Therefore, the air gap between the stator and the rotor may change. As a result, the stable operation of the magnetic geared rotary electric machine is hindered.
  • the present disclosure has been made to solve the above problems, and an object of the present disclosure is to provide a magnetic geared rotary electric machine capable of properly maintaining an air gap for a long period of time.
  • the magnetic geared rotary electric machine includes a casing, a stator core fixed to the casing and forming an annular shape about an axis, a coil provided in a slot of the stator core, and the above.
  • a first having a stator having a plurality of stator magnets provided inside the stator core at intervals in the circumferential direction, and a pole piece having a plurality of pole pieces provided inside the stator at intervals in the circumferential direction of the axis.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. It is a figure which looked at the magnetic geared rotary electric machine which concerns on 1st Embodiment of this disclosure from the axial direction.
  • It is a hardware block diagram of the control device which concerns on 1st Embodiment of this disclosure.
  • It is a functional block diagram of the control device which concerns on 1st Embodiment of this disclosure.
  • sectional drawing which shows the structure of the magnetic geared rotary electric machine which concerns on 2nd Embodiment of this disclosure.
  • the magnetic geared rotary electric machine 100 includes a stator 1, a first rotor 2, a second rotor 3, a casing 4, a bearing B, an actuator 8, and a gap detection unit Sg. , And a control device 90.
  • the magnetic geared rotary electric machine 100 is attached to a rotary shaft 6 extending along the axis Ac.
  • the first rotor 2 and the second rotor 3 rotate around the axis Ac to function as an electric motor.
  • a rotational force (torque) is applied to the rotating shaft 6 from the outside, it functions as a generator by the induced electromotive force accompanying the rotation of the first rotor 2 and the second rotor 3.
  • the casing 4 has an annular shape centered on the axis line Ac. A space is formed inside the casing 4.
  • the stator 1 is provided on the inner surface of the casing 4 that faces inward in the radial direction with respect to the axis Ac (casing inner peripheral surface 5A).
  • the stator 1 has a stator core 1A, a plurality of coils C, and a plurality of stator magnets 1B.
  • the stator core 1A has an annular back yoke 71 centered on the axis Ac, and a plurality of teeth 7T protruding inward in the radial direction from the back yoke 71 and arranged at intervals in the circumferential direction.
  • the teeth 7T has a teeth main body 72 extending radially inward from the back yoke 71, and a teeth tip portion 73 integrally provided at the radial inner end of the teeth main body 72.
  • the tooth tip portion 73 projects toward both sides in the circumferential direction.
  • a coil C is attached to the teeth body 72.
  • the coil C is formed by winding a copper wire or the like around the teeth body 72.
  • the area surrounded by the back yoke 71, the pair of tooth bodies 72 adjacent to each other, and the tip end portion 73 of the teeth is a slot S for accommodating the coil C.
  • a plurality of stator magnets 1B are arranged so as to be adjacent to each other in the circumferential direction on the inner peripheral surface of the stator core 1A, that is, the inner surface of the tooth tip portion 73 in the radial direction.
  • the stator magnet 1B is a permanent magnet such as a ferrite magnet or a neodymium magnet.
  • the poles of the stator magnets 1B adjacent to each other are different. That is, the stator magnets 1B having different poles are alternately arranged in the circumferential direction.
  • the first rotor 2 is provided inside the stator 1.
  • the first rotor 2 has a disk portion 5, a first rotor main body 2H, and a pole piece 2P.
  • the disk portion 5 has a disk shape centered on the axis line Ac, and is attached to the rotating shaft 6.
  • the first rotor main body 2H is attached to the outer peripheral side of the disk portion 5.
  • the first rotor main body 2H has a cylindrical tubular portion 21 centered on the axis line Ac, and a pair of support portions 22 projecting outward in the radial direction from the outer peripheral surface of the tubular portion 21.
  • the tubular portion 21 is supported on the inner peripheral surface of the casing 4 via a bearing B (outer bearing B1) described later.
  • a plurality of pole pieces 2P are provided on the radial outer edge of the pair of support portions 22.
  • the pole piece 2P is a magnetic material, and generates a high frequency of magnetic flux by interacting with the magnetic force of the stator magnet 1B and the rotor magnet 3B described later. As shown in FIG. 2, a plurality of pole pieces 2P are provided at intervals in the circumferential direction.
  • the second rotor 3 is provided between the pair of support portions 22 in the first rotor main body 2H.
  • the second rotor 3 has a rotor core 3A and a rotor magnet 3B.
  • the rotor core 3A has an annular shape centered on the axis line Ac.
  • the inner peripheral surface of the rotor core 3A is rotatably supported via the bearing B (inner bearing B2) by the outer peripheral surface of the tubular portion 21 of the first rotor main body 2H.
  • a plurality of rotor magnets 3B are arranged in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the rotor core 3A.
  • the rotor magnet 3B faces outward in the radial direction with respect to the pole piece 2P described above.
  • Outer bearing configuration As shown in FIG. 3, a plurality of outer bearings B1 (movable bearings) are provided (three as an example) at intervals in the circumferential direction of the axis Ac. In the example of FIG. 3, a pair of outer bearings B1 (lower bearing BL) is provided below the axis line Ac extending in the horizontal direction, and one outer bearing B1 (upper bearing BU) is provided above.
  • the outer bearing B1 supports the outer peripheral surface of the tubular portion 21 (the outer peripheral surface of the tubular portion 2S) described above, and is movable in a direction including a surface orthogonal to the axis line Ac.
  • the outer bearing B1 has a movable support portion 8A and a roller portion 8R.
  • the movable support portion 8A is supported by the above-mentioned casing 4.
  • the movable support portion 8A has a rod shape extending from the casing 4 toward the tubular portion 21 in a plane orthogonal to the axis line Ac.
  • a roller portion 8R is provided at the tip of the movable support portion 8A (the end on the side close to the tubular portion 21).
  • the roller portion 8R is a wheel that can rotate around a rotation axis extending in a direction parallel to the axis line Ac.
  • the roller portion 8R supports the tubular portion 21 by rotating while contacting the outer peripheral surface 2S of the tubular portion.
  • the actuator 8 is attached to the base end (the end opposite to the tip) of the movable support portion 8A.
  • a solenoid, a stepping motor, or the like driven by an electric signal received from the outside is preferably used as the actuator 8.
  • the movable support portion 8A can freely move in the direction including the plane orthogonal to the axis line Ac.
  • the actuator 8 operates based on an electric signal transmitted from the control device 90 described later. That is, the actuator 8 is electrically connected to the control device 90 by a signal line.
  • a gap detection unit Sg is provided on the inner peripheral surface of the casing 4 (casing inner peripheral surface 5A).
  • the gap detection unit Sg detects the air gap, which is the radial separation distance between the stator 1 (stator magnet 1B) and the outer peripheral surface of the first rotor 2 (first rotor outer peripheral surface 22S), in a non-contact manner.
  • a capacitance type distance sensor is preferably used as the gap detection unit Sg.
  • the value of the air gap detected by the gap detection unit Sg is input to the control device 90 described later. That is, the gap detection unit Sg is electrically connected to the control device 90 by a signal line (see FIG. 3).
  • the control device 90 includes a CPU 91 (Central Processing Unit), a ROM 92 (Read Only Memory), a RAM 93 (Random Access Memory), an HDD 94 (Hard Disk Drive), and a signal transmission / reception module 95 (I / O: Input). / Output).
  • the signal transmission / reception module 95 receives the value of the air gap detected by the gap detection unit Sg described above as an electric signal. Further, the signal transmission / reception module 95 transmits an electric signal for controlling the drive of the actuator 8 to the actuator 8 described above.
  • the signal transmission / reception module 95 may transmit / receive an amplified signal via, for example, a charge amplifier or the like.
  • the CPU 91 of the control device 90 has a control unit 81, a storage unit 82, a determination unit 83, and a drive unit 84 by executing a program stored in the own device in advance.
  • the control unit 81 controls the operations of the storage unit 82, the determination unit 83, and the drive unit 84.
  • the storage unit 82 stores in advance the relationship between the appropriate air gap value and the position coordinates of each of the outer bearings B1 (roller unit 8R) described above as a table.
  • the determination unit 83 collates the detection result of the gap detection unit Sg with the table stored in the storage unit 82, and determines whether or not the air gap needs to be adjusted (that is, the movement of the outer bearing B1). do. Further, the determination unit 83 calculates the amount of movement of the outer bearing B1 when it is necessary to move the outer bearing B1.
  • the drive unit 84 drives the actuator 8 based on the determination result of the determination unit 83.
  • the magnetic geared rotary electric machine 100 when used as a generator, a rotational force (torque) around the axis Ac is applied to the rotary shaft 6. As a result, the first rotor 2 and the second rotor 3 rotate due to the rotation of the rotating shaft 6. An induced electromotive force is generated in the coil C as the first rotor 2 and the second rotor 3 rotate. By taking out this electric power to the outside, the magnetic geared rotary electric machine 100 can be used as a generator.
  • the first rotor 2 is rotatably supported with respect to the stator 1 via a rolling bearing.
  • the dimensional tolerance of the stator 1 and the rotor, deformation due to its own weight or external force, wear due to aged use, and dimensional change may occur. Therefore, the air gap between the stator 1 and the first rotor 2 may change. As a result, the stable operation of the magnetic geared rotary electric machine may be hindered.
  • the first rotor 2 is supported by the above-mentioned outer bearing B1 (movable bearing).
  • the outer peripheral surface (cylinder outer peripheral surface 2S) of the first rotor 2 is supported by a plurality of outer bearings B1.
  • these outer bearings B1 can be moved by the actuator 8 in a direction including a plane orthogonal to the axis line Ac.
  • the outer bearing B1 is moved according to the amount of the change to open the air gap before the change. It can be restored.
  • the air gap can be properly maintained for a long period of time. This makes it possible to stably operate the magnetic geared rotary electric machine 100 for a longer period of time.
  • the first rotor 2 can be supported in a smoothly rotatable state by the roller portion 8R provided at the tip of the movable support portion 8A.
  • control device 90 drives the actuator 8 based on the detection result of the gap detection unit Sg. As a result, when a change occurs in the air gap, it can be immediately detected and the air gap can be adjusted autonomously.
  • the capacitance type sensor is used as the gap detection unit Sg, the separation distance (air gap) between the stator 1 and the first rotor 2 is accurately detected in a non-contact state. can do. Therefore, the gap detection unit Sg does not interfere with the rotation of the first rotor 2. As a result, the magnetic geared rotary electric machine 100 can be operated more stably.
  • the first embodiment of the present disclosure has been described above. It is possible to make various changes and modifications to the above configuration as long as it does not deviate from the gist of the present disclosure.
  • the inner bearing B2 can also be configured to be the above-mentioned movable bearing. It is also possible to adopt a configuration in which only the inner bearing B2 is a movable bearing.
  • the second embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG.
  • the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • the shapes of the casing 4 and the first rotor 2 are different from those of the first embodiment.
  • the casing 4 and the first rotor 2 extend in a direction in which they are inclined with respect to the axis line Ac.
  • the magnetic geared rotary electric machine 200 according to the present embodiment further includes a rotor moving unit 8B.
  • the casing 4 and the first rotor main body 2H extend from the inside to the outside in the radial direction from one side in the axial direction Ac to the other side.
  • the inner peripheral surface of the stator 1 (stator magnet 1B) extends from the outer side in the radial direction to the inner side in the direction from one side to the other side in the axial direction Ac.
  • the outer peripheral surface of the first rotor 2 (first rotor outer peripheral surface 22S) facing the inner peripheral surface from the radial direction also extends from the outer side to the inner side in the radial direction from one side to the other side in the axial direction Ac. ing.
  • the first rotor 2 can be moved in the axial direction Ac by the rotor moving portion 8B. That is, by driving the rotor moving portion 8B, the first rotor 2 is displaced relative to the stator 1.
  • the operation of the rotor moving unit 8B is controlled by the processing of the control device 90 based on the detection result of the gap detecting unit Sg, as in the configuration described in the first embodiment.
  • the inner peripheral surface of the stator 1 and the outer peripheral surface of the first rotor 2 extend inward from the outer side in the radial direction from one side to the other side in the axial direction Ac. ing. Therefore, for example, when the first rotor 2 is moved to the other side in the axis Ac direction, the separation distance (air gap) between the stator 1 and the first rotor 2 changes in a direction of becoming smaller. On the contrary, when the first rotor 2 is moved to one side in the axial direction Ac, the air gap between the stator 1 and the first rotor 2 changes in a larger direction.
  • the air gap can be easily adjusted only by moving the first rotor 2 by the rotor moving portion 8B.
  • the air gap is properly maintained for a long period of time, and the magnetic geared rotary electric machine 100 can be operated stably.
  • the second embodiment of the present disclosure has been described above. It is possible to make various changes and modifications to the above configuration as long as it does not deviate from the gist of the present disclosure. For example, it is also possible to combine the configuration of the second embodiment with the configuration of the outer bearing B1 (movable bearing) described in the first embodiment. Further, in the second embodiment, the configuration in which the entire casing 4 and the first rotor 2 are inclined with respect to the axis Ac has been described. However, in order to optimize the air gap by moving the first rotor 2 in the axial direction Ac as described above, at least the inner peripheral surface of the stator 1 and the outer peripheral surface of the first rotor 2 (the outer peripheral surface of the first rotor).
  • the magnetic geared rotary electric machine 100 includes a casing 4, a stator core 1A fixed to the casing 4 and forming an annular shape about an axis Ac, and a coil provided in a slot S of the stator core 1A.
  • a first rotor 2 having a pole piece 2P provided with, a rotor core 3A provided inside the first rotor 2, and a plurality of rotor magnets 3B provided at intervals in the circumferential direction on the rotor core 3A.
  • a second rotor 3 having a magnet, and a plurality of movable movable rotors 3 provided on the casing 4 that are in contact with at least one outer peripheral surface of the first rotor 2 and the second rotor 3 and are arranged at intervals in the circumferential direction.
  • a bearing and an actuator 8 for moving these movable bearings in a direction including a plane orthogonal to the axis Ac are provided.
  • At least one outer peripheral surface of the first rotor 2 and the second rotor 3 is supported by a plurality of movable bearings. Further, these movable bearings can be moved by the actuator 8 in a direction including a plane orthogonal to the axis line Ac. As a result, when the separation distance (air gap) between the stator 1 and the first rotor 2 changes, the movable bearing is moved according to the amount of the change to restore the air gap before the change. can do. As a result, the air gap can be properly maintained for a long period of time.
  • the movable bearing is provided at a movable support portion 8A that is supported so as to be relatively displaceable with respect to the casing 4 and at the tip of the movable support portion 8A. It may have a roller portion 8R that rotates while abutting on the outer peripheral surface.
  • At least one of the first rotor 2 and the second rotor 3 can be supported in a smoothly rotatable state by the roller portion 8R provided at the tip of the movable support portion 8A.
  • the magnetic geared rotary electric machine 100 is provided in the casing 4 and detects an air gap which is a radial separation distance between the first rotor 2 and the stator 1.
  • a detection unit Sg and a control device 90 for driving the actuator 8 based on the detection result of the gap detection unit Sg may be further provided.
  • the control device 90 drives the actuator 8 based on the detection result of the gap detection unit Sg. As a result, when a change occurs in the air gap, it can be immediately detected and the air gap can be adjusted autonomously.
  • the gap detection unit Sg may be a capacitance type sensor.
  • the capacitance type sensor is used as the gap detection unit Sg, the separation distance (air gap) between the stator 1 and the first rotor 2 can be accurately detected in a non-contact state. Can be done. Therefore, the gap detection unit Sg does not interfere with the rotation of the first rotor 2. As a result, the magnetic geared rotary electric machine 100 can be operated more stably.
  • the inner peripheral surface of the stator 1 and the outer peripheral surface of the first rotor 2 facing the inner peripheral surface in the radial direction are on one side in the axis Ac direction.
  • a rotor moving portion 8B that extends from the outer side in the radial direction to the inner side in the radial direction and moves the first rotor 2 in the axial direction Ac may be further provided.
  • the inner peripheral surface of the stator 1 and the outer peripheral surface of the first rotor 2 extend from the outer side to the inner side in the radial direction from one side to the other side in the axial direction Ac. Therefore, for example, when the first rotor 2 is moved to the other side in the axis Ac direction, the separation distance (air gap) between the stator 1 and the first rotor 2 changes in a direction of becoming smaller. On the contrary, when the first rotor 2 is moved to one side in the axial direction Ac, the air gap between the stator 1 and the first rotor 2 changes in a larger direction. In this way, the air gap can be easily adjusted only by moving the first rotor 2 by the rotor moving portion 8B.

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Abstract

磁気ギアード回転電機は、ケーシングと、ステータコア、コイル、及びステータコアの内側に設けられたステータ磁石を有するステータと、ステータの内側に設けられたポールピースを有する第一ロータと、第一ロータの内側に設けられたロータコア、及びロータコアに周方向に間隔をあけて設けられた複数のロータ磁石を有する第二ロータと、ケーシングに設けられて、第一ロータ及び第二ロータの少なくとも一方の外周面に当接するとともに周方向に間隔をあけて配置された複数の可動軸受と、これら可動軸受を軸線に直交する面を含む方向に移動させるアクチュエータと、を備える。

Description

磁気ギアード回転電機
　本開示は、磁気ギアード回転電機に関する。
　本願は、２０２０年１月２４日に出願された特願２０２０－０１０２３２号に対して優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　下記特許文献１には、低速ロータ（第一ロータ）、高速ロータ（第二ロータ）、ステータが同軸に相対回転可能とされた磁気ギア―ド回転電機が開示されている。
　磁気ギア―ド回転電機を、例えばモータとして用いる場合には、ステータに設けたコイルの起磁力により高速ロータを回転させることで、高調波磁束により出力軸である低速ロータが所定の減速比で回転する。
特開２０１４－１６３４３１号公報
　上記のような磁気ギアード回転電機では、ステータに対してロータが、転がり軸受を介して回転可能に支持されることが一般的である。しかしながら、ステータやロータの寸法公差や自重または外力による変形、経年使用による摩耗や寸法の変化が生じる場合がある。このため、ステータとロータとの間のエアギャップが変化する虞がある。その結果、磁気ギアード回転電機の安定的な運用が阻害されてしまう。
　本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、長期にわたってエアギャップを適正に維持することが可能な磁気ギアード回転電機を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本開示に係る磁気ギアード回転電機は、ケーシングと、前記ケーシングに固定されて軸線を中心として環状をなすステータコア、該ステータコアのスロット内に設けられたコイル、及び、前記ステータコアの内側に周方向に間隔をあけて複数が設けられたステータ磁石を有するステータと、該ステータの内側で、前記軸線の周方向に間隔をあけて複数が設けられたポールピースを有する第一ロータと、該第一ロータの内側に設けられたロータコア、及び、該ロータコアに周方向に間隔をあけて設けられた複数のロータ磁石を有する第二ロータと、前記ケーシングに設けられて、前記第一ロータ及び前記第二ロータの少なくとも一方の外周面に当接するとともに周方向に間隔をあけて配置された複数の可動軸受と、これら可動軸受を、前記軸線に直交する面を含む方向に移動させるアクチュエータと、を備える。
　本開示によれば、長期にわたってエアギャップを適正に維持することが可能な磁気ギアード回転電機を提供することができる。
本開示の第一実施形態に係る磁気ギアード回転電機の構成を示す断面図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線における断面図である。 本開示の第一実施形態に係る磁気ギアード回転電機を軸線方向から見た図である。 本開示の第一実施形態に係る制御装置のハードウェア構成図である。 本開示の第一実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。 本開示の第二実施形態に係る磁気ギアード回転電機の構成を示す断面模式図である。
［第一実施形態］
（磁気ギアード回転電機の構成）
　以下、本開示の第一実施形態に係る磁気ギアード回転電機１００について、図１から図５を参照して説明する。図１から図３に示すように、磁気ギアード回転電機１００は、ステータ１と、第一ロータ２と、第二ロータ３と、ケーシング４と、軸受Ｂと、アクチュエータ８と、ギャップ検出部Ｓｇと、制御装置９０と、を備えている。磁気ギアード回転電機１００は、軸線Ａｃに沿って延びる回転軸６に取り付けられている。外部から電力供給した場合、第一ロータ２、及び第二ロータ３が軸線Ａｃ回りに回転することで電動機として機能する。一方で、回転軸６に外部から回転力（トルク）を与えた場合、第一ロータ２、及び第二ロータ３の回転に伴う誘導起電力によって発電機として機能する。
（ケーシング、ステータの構成）
　ケーシング４は、軸線Ａｃを中心とする円環状をなしている。ケーシング４の内部には空間が形成されている。ステータ１は、このケーシング４の内面のうち、軸線Ａｃに対する径方向内側を向く面（ケーシング内周面５Ａ）に設けられている。
　図２に示すように、ステータ１は、ステータコア１Ａと、複数のコイルＣと、複数のステータ磁石１Ｂと、を有している。ステータコア１Ａは、軸線Ａｃを中心とする円環状のバックヨーク７１と、バックヨーク７１から径方向内側に突出するとともに、周方向に間隔をあけて配列された複数のティース７Ｔと、を有している。ティース７Ｔは、バックヨーク７１から径方向内側に延びるティース本体７２と、ティース本体７２の径方向内側の端部に一体に設けられたティース先端部７３と、を有している。ティース先端部７３は、周方向の両側に向かって張り出している。
　ティース本体７２にはコイルＣが取り付けられている。コイルＣは、銅線等をティース本体７２の周囲に巻き掛けることで形成されている。バックヨーク７１と、互いに隣接する一対のティース本体７２、及びティース先端部７３とによって囲まれた領域は、コイルＣを収容するためのスロットＳとされている。
　ステータコア１Ａの内周面、つまりティース先端部７３の径方向内側の面には、周方向に隣接するように複数のステータ磁石１Ｂが配列されている。ステータ磁石１Ｂは、例えばフェライト磁石やネオジム磁石のような永久磁石である。互いに隣接するステータ磁石１Ｂ同士では、極が異なっている。つまり、異なる極のステータ磁石１Ｂが周方向に交互に配列されている。
（第一ロータの構成）
　図１に示すように、第一ロータ２は、ステータ１の内側に設けられている。第一ロータ２は、円板部５と、第一ロータ本体２Ｈと、ポールピース２Ｐと、を有している。円板部５は、軸線Ａｃを中心とする円板状をなし、回転軸６に取り付けられている。円板部５の外周側には、第一ロータ本体２Ｈが取り付けられている。第一ロータ本体２Ｈは、軸線Ａｃを中心とする円筒状の筒部２１と、この筒部２１の外周面から径方向外側に張り出す一対の支持部２２と、を有している。筒部２１は、後述する軸受Ｂ（外側軸受Ｂ１）を介してケーシング４の内周面上で支持されている。一対の支持部２２の径方向外側の端縁には、複数のポールピース２Ｐが設けられている。ポールピース２Ｐは、磁性体であり、ステータ磁石１Ｂ、及び後述するロータ磁石３Ｂの磁力との相互作用により、磁束の高周波を発生させる。図２に示すように、ポールピース２Ｐは、周方向に間隔をあけて複数設けられている。
（第二ロータの構成）
　図１に示すように、第二ロータ３は、第一ロータ本体２Ｈにおける一対の支持部２２同士の間に設けられている。第二ロータ３は、ロータコア３Ａと、ロータ磁石３Ｂと、を有している。ロータコア３Ａは、軸線Ａｃを中心とする円環状をなしている。ロータコア３Ａの内周面は、第一ロータ本体２Ｈにおける筒部２１の外周面によって、軸受Ｂ（内側軸受Ｂ２）を介して回転可能に支持されている。図２に示すように、ロータコア３Ａの外周面には、複数のロータ磁石３Ｂが周方向に複数配列されている。ロータ磁石３Ｂは、上述のポールピース２Ｐに対して径方向外向きに対向している。
（外側軸受の構成）
　図３に示すように、外側軸受Ｂ１（可動軸受）は、軸線Ａｃの周方向に間隔をあけて複数（一例として３つ）設けられている。図３の例では、水平方向に延びる軸線Ａｃの下方に一対の外側軸受Ｂ１（下部軸受ＢＬ）が設けられ、上方に１つの外側軸受Ｂ１（上部軸受ＢＵ）が設けられている。
　外側軸受Ｂ１は、上述した筒部２１の外周面（筒部外周面２Ｓ）を支持するとともに、軸線Ａｃに直交する面を含む方向に移動可能とされている。具体的には、外側軸受Ｂ１は、可動支持部８Ａと、ローラー部８Ｒと、を有している。可動支持部８Ａは、上述のケーシング４上によって支持されている。可動支持部８Ａは、軸線Ａｃに直交する面内で、ケーシング４から筒部２１に向かって延びる棒状をなしている。可動支持部８Ａの先端（筒部２１に近接する側の端部）には、ローラー部８Ｒが設けられている。ローラー部８Ｒは、軸線Ａｃに平行な方向に延びる回動軸回りに回動可能な車輪である。ローラー部８Ｒは、筒部外周面２Ｓに当接しながら回動することで、当該筒部２１を支持している。
　可動支持部８Ａの基端（先端とは反対側の端部）には、アクチュエータ８が取り付けられている。アクチュエータ８として具体的には、外部から受け付けた電気信号によって駆動するソレノイドやステッピングモータ等が好適に用いられる。このアクチュエータ８を駆動させることで、可動支持部８Ａは、軸線Ａｃに直交する面を含む方向に自在に移動することが可能とされている。アクチュエータ８は、後述する制御装置９０から送出された電気信号に基づいて動作する。つまり、アクチュエータ８は、信号線によって制御装置９０に電気的に接続されている。
（ギャップ検出部の構成）
　図１に示すように、ケーシング４の内周面（ケーシング内周面５Ａ）には、ギャップ検出部Ｓｇが設けられている。ギャップ検出部Ｓｇは、ステータ１（ステータ磁石１Ｂ）と、第一ロータ２の外周面（第一ロータ外周面２２Ｓ）との間の径方向の離間距離であるエアギャップを非接触で検出する。ギャップ検出部Ｓｇとして具体的には、静電容量型の距離センサが好適に用いられる。ギャップ検出部Ｓｇが検出したエアギャップの値は、後述する制御装置９０に入力される。つまり、ギャップ検出部Ｓｇは、信号線によって制御装置９０に電気的に接続されている（図３参照）。
（制御装置の構成）
　図４に示すように、制御装置９０は、ＣＰＵ９１（Central Processing Unit）、ＲＯＭ９２（Read Only Memory）、ＲＡＭ９３（Random Access Memory）、ＨＤＤ９４（Hard Disk Drive）、信号送受信モジュール９５（I/O：Input/Output）を備えるコンピュータである。信号送受信モジュール９５は、上述のギャップ検出部Ｓｇが検出したエアギャップの値を電気信号として受信する。また、信号送受信モジュール９５は、上述のアクチュエータ８に、当該アクチュエータ８の駆動を制御する電気信号を送信する。なお、信号送受信モジュール９５は、例えばチャージアンプ等を介して増幅された信号を送受信してもよい。
　図５に示すように、制御装置９０のＣＰＵ９１は予め自装置で記憶するプログラムを実行することにより、制御部８１、記憶部８２、判定部８３、及び駆動部８４、を有する。制御部８１は、記憶部８２、判定部８３、及び駆動部８４の動作を制御する。記憶部８２は、適正なエアギャップの値と、上述の各外側軸受Ｂ１（ローラー部８Ｒ）の位置座標との関係をテーブルとして予め記憶している。
　判定部８３は、ギャップ検出部Ｓｇの検出結果と、記憶部８２に格納されたテーブルとを照合して、エアギャップの調整（つまり、外側軸受Ｂ１の移動）が必要であるか否かを判定する。さらに、判定部８３は、外側軸受Ｂ１の移動が必要である場合には、その移動量を算出する。駆動部８４は、判定部８３の判定結果に基づいて、アクチュエータ８を駆動する。
（作用効果）
　次に、上述の磁気ギアード回転電機１００の動作について説明する。磁気ギアード回転電機１００を電動機として用いる場合、まずコイルＣに外部から電力を供給する。これにより、コイルＣが励磁される。このコイルＣの磁力によって、第二ロータ３が軸線Ａｃ回りに回転する。さらに、第二ロータ３が回転することによって、第一ロータ２が回転する。第一ロータ２の回転数は、第一ロータ２の極数Ｐｈ、及び第二ロータ３の極対数Ｎｓに基づく減速比のもとで減速されている。具体的には、減速比Ｇは、Ｇ＝Ｐｈ／Ｎｓとなる。
　一方で、磁気ギアード回転電機１００を発電機として用いる場合には、回転軸６に軸線Ａｃ回りの回転力（トルク）を与える。これにより、回転軸６の回転によって第一ロータ２、及び第二ロータ３が回転する。第一ロータ２、及び第二ロータ３の回転に伴って、コイルＣで誘導起電力が発生する。この電力を外部に取り出すことで、磁気ギアード回転電機１００を発電機として用いることが可能となる。
　ところで、上記のような磁気ギアード回転電機１００では、ステータ１に対して第一ロータ２が、転がり軸受を介して回転可能に支持されることが従来一般的であった。しかしながら、ステータ１やロータの寸法公差や自重または外力による変形、経年使用による摩耗や寸法の変化が生じる場合がある。このため、ステータ１と第一ロータ２との間のエアギャップが変化する虞がある。その結果、磁気ギアード回転電機の安定的な運用が阻害されてしまう可能性があった。
　そこで、本実施形態では、第一ロータ２を上述した外側軸受Ｂ１（可動軸受）によって支持する構成を採っている。この構成によれば、第一ロータ２の外周面（筒部外周面２Ｓ）は、複数の外側軸受Ｂ１によって支持されている。さらに、これら外側軸受Ｂ１は、アクチュエータ８によって軸線Ａｃに直交する面を含む方向に移動することが可能とされている。これにより、ステータ１と第一ロータ２との間の離間距離（エアギャップ）が変化した場合には、当該変化の量に応じて外側軸受Ｂ１を移動させることで、変化する前のエアギャップを復元することができる。その結果、長期にわたってエアギャップを適正に維持することができる。これにより、磁気ギアード回転電機１００をより長期にわたって安定的に運用することが可能となる。
　さらに、上記構成によれば、可動支持部８Ａの先端に設けられたローラー部８Ｒによって、第一ロータ２を、円滑に回動可能な状態で支持することができる。
　加えて、上記構成によれば、ギャップ検出部Ｓｇの検出結果に基づいて制御装置９０がアクチュエータ８を駆動する。これにより、エアギャップに変化が生じた場合には、直ちにこれを検知し、エアギャップを自律的に適正化することができる。
　また、上記構成によれば、ギャップ検出部Ｓｇとして、静電容量型センサを用いることから、ステータ１と第一ロータ２との間の離間距離（エアギャップ）を非接触の状態で正確に検出することができる。このため、ギャップ検出部Ｓｇが第一ロータ２の回転を妨げることない。これにより、さらに安定的に磁気ギアード回転電機１００を運用することができる。
　以上、本開示の第一実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記第一実施形態では、外側軸受Ｂ１のみが可動軸受とされ、この可動軸受によって第一ロータ２のみが支持されている例について説明した。しかしながら、外側軸受Ｂ１に加えて内側軸受Ｂ２も上述の可動軸受とする構成を採ることも可能である。また、内側軸受Ｂ２のみを可動軸受とする構成を採ることも可能である。
［第二実施形態］
　次に、本開示の第二実施形態について、図６を参照して説明する。なお、上記の第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。同図に示すように、本実施形態では、ケーシング４、及び第一ロータ２の形状が第一実施形態とは異なっている。ケーシング４、及び第一ロータ２は、軸線Ａｃに対して傾斜する方向に延びている。また、本実施形態に係る磁気ギアード回転電機２００は、ロータ移動部８Ｂをさらに備えている。
　より具体的には、ケーシング４、及び第一ロータ本体２Ｈは、軸線Ａｃ方向の一方側から他方側に向かうに従って、径方向内側から外側に向かって延びている。これにより、ステータ１（ステータ磁石１Ｂ）の内周面は、軸線Ａｃ方向一方側から他方側に向かうに従って、径方向外側から内側に向かって延びている。この内周面に径方向から対向する第一ロータ２の外周面（第一ロータ外周面２２Ｓ）も同様に、軸線Ａｃ方向一方側から他方側に向かうに従って、径方向外側から内側に向かって延びている。
　さらに、第一ロータ２は、ロータ移動部８Ｂによって、軸線Ａｃ方向に移動可能とされている。つまり、ロータ移動部８Ｂを駆動することによって、第一ロータ２は、ステータ１に対して相対変位する。詳しくは図示しないが、ロータ移動部８Ｂは、第一実施形態で説明した構成と同様に、ギャップ検出部Ｓｇの検出結果に基づく制御装置９０の処理によってその動作が制御される。
　上記構成によれば、ステータ１の内周面、及び第一ロータ２の外周面（第一ロータ外周面２２Ｓ）が、軸線Ａｃ方向一方側から他方側に向かうに従って、径方向外側から内側に延びている。したがって、例えば第一ロータ２を軸線Ａｃ方向他方側に移動させた場合、これらステータ１と第一ロータ２との間の離間距離（エアギャップ）は小さくなる方向に変化する。反対に、第一ロータ２を軸線Ａｃ方向一方側に移動させた場合、これらステータ１と第一ロータ２との間のエアギャップは大きくなる方向に変化する。このように、第一ロータ２をロータ移動部８Ｂによって移動させることのみによって、容易にエアギャップを調節することができる。その結果、長期にわたってエアギャップが適正に維持され、磁気ギアード回転電機１００を安定的に運用することができる。
　以上、本開示の第二実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、第二実施形態の構成に、第一実施形態で説明した外側軸受Ｂ１（可動軸受）の構成を組み合わせることも可能である。また、上記第二実施形態では、ケーシング４と第一ロータ２の全体が軸線Ａｃに対して傾斜している構成について説明した。しかしながら、上記のように第一ロータ２を軸線Ａｃ方向に移動させることでエアギャップを適正化する上では、少なくともステータ１の内周面、及び第一ロータ２の外周面（第一ロータ外周面２２Ｓ）のみが、軸線Ａｃ方向一方側から他方側に向かうに従って、径方向外側から内側に延びていればよい。言い換えれば、これら内周面及び外周面を除く他の部材の構成は設計や仕様に応じて適宜変更することが可能である。
［付記］
　各実施形態に記載の磁気ギアード回転電機１００は、例えば以下のように把握される。
（１）第１の態様に係る磁気ギアード回転電機１００は、ケーシング４と、前記ケーシング４に固定されて軸線Ａｃを中心として環状をなすステータコア１Ａ、該ステータコア１ＡのスロットＳ内に設けられたコイルＣ、及び、前記ステータコア１Ａの内側に周方向に間隔をあけて複数が設けられたステータ磁石１Ｂを有するステータ１と、該ステータ１の内側で、前記軸線Ａｃの周方向に間隔をあけて複数が設けられたポールピース２Ｐを有する第一ロータ２と、該第一ロータ２の内側に設けられたロータコア３Ａ、及び、該ロータコア３Ａに周方向に間隔をあけて設けられた複数のロータ磁石３Ｂを有する第二ロータ３と、前記ケーシング４に設けられて、前記第一ロータ２及び前記第二ロータ３の少なくとも一方の外周面に当接するとともに周方向に間隔をあけて配置された複数の可動軸受と、これら可動軸受を、前記軸線Ａｃに直交する面を含む方向に移動させるアクチュエータ８と、を備える。
　上記構成によれば、第一ロータ２及び第二ロータ３の少なくとも一方の外周面は、複数の可動軸受によって支持されている。さらに、これら可動軸受は、アクチュエータ８によって軸線Ａｃに直交する面を含む方向に移動することが可能とされている。これにより、ステータ１と第一ロータ２との間の離間距離（エアギャップ）が変化した場合には、当該変化の量に応じて可動軸受を移動させることで、変化する前のエアギャップを復元することができる。その結果、長期にわたってエアギャップを適正に維持することができる。
（２）第２の態様に係る磁気ギアード回転電機１００では、前記可動軸受は、前記ケーシング４に対して相対変位可能に支持されている可動支持部８Ａと、該可動支持部８Ａの先端に設けられ、前記外周面に当接しながら回動するローラー部８Ｒと、を有していてもよい。
　上記構成によれば、可動支持部８Ａの先端に設けられたローラー部８Ｒによって、第一ロータ２及び第二ロータ３の少なくとも一方を、円滑に回動可能な状態で支持することができる。
（３）第３の態様に係る磁気ギアード回転電機１００は、前記ケーシング４内に設けられ、前記第一ロータ２と前記ステータ１との間の径方向の離間距離であるエアギャップを検出するギャップ検出部Ｓｇと、該ギャップ検出部Ｓｇの検出結果に基づいて、前記アクチュエータ８を駆動する制御装置９０と、をさらに備えていてもよい。
　上記構成によれば、ギャップ検出部Ｓｇの検出結果に基づいて制御装置９０がアクチュエータ８を駆動する。これにより、エアギャップに変化が生じた場合には、直ちにこれを検知し、エアギャップを自律的に適正化することができる。
（４）第４の態様に係る磁気ギアード回転電機１００では、前記ギャップ検出部Ｓｇは、静電容量型センサであってもよい。
　上記構成によれば、ギャップ検出部Ｓｇとして、静電容量型センサを用いることから、ステータ１と第一ロータ２との間の離間距離（エアギャップ）を非接触の状態で正確に検出することができる。このため、ギャップ検出部Ｓｇが第一ロータ２の回転を妨げることない。これにより、さらに安定的に磁気ギアード回転電機１００を運用することができる。
（５）第５の態様に係る磁気ギアード回転電機１００では、前記ステータ１の内周面、及び該内周面に径方向から対向する前記第一ロータ２の外周面は、前記軸線Ａｃ方向一方側から他方側に向かうに従って、径方向外側から内側に延び、前記第一ロータ２を前記軸線Ａｃ方向に移動させるロータ移動部８Ｂをさらに備えていてもよい。
　上記構成によれば、ステータ１の内周面、及び第一ロータ２の外周面が、軸線Ａｃ方向一方側から他方側に向かうに従って、径方向外側から内側に延びている。したがって、例えば第一ロータ２を軸線Ａｃ方向他方側に移動させた場合、これらステータ１と第一ロータ２との間の離間距離（エアギャップ）は小さくなる方向に変化する。反対に、第一ロータ２を軸線Ａｃ方向一方側に移動させた場合、これらステータ１と第一ロータ２との間のエアギャップは大きくなる方向に変化する。このように、第一ロータ２をロータ移動部８Ｂによって移動させることのみによって、容易にエアギャップを調節することができる。
　本開示によれば、長期にわたってエアギャップを適正に維持することが可能な磁気ギアード回転電機を提供することができる。
１００，２００　磁気ギアード回転電機
１　ステータ
１Ａ　ステータコア
１Ｂ　ステータ磁石
２　第一ロータ
２１　筒部
２２　支持部
２２Ｓ　第一ロータ外周面
２Ｈ　第一ロータ本体
２Ｐ　ポールピース
２Ｓ　筒部外周面
３　第二ロータ
３Ａ　ロータコア
３Ｂ　ロータ磁石
４　ケーシング
５　円板部
５Ａ　ケーシング内周面
６　回転軸
８　アクチュエータ
８Ａ　可動支持部
８Ｂ　ロータ移動部
８Ｒ　ローラー部
７１　バックヨーク
７２　ティース本体
７３　ティース先端部
８１　制御部
８２　記憶部
８３　判定部
８４　駆動部
９０　制御装置
９１　ＣＰＵ
９２　ＲＯＭ
９３　ＲＡＭ
９４　ＨＤＤ
９５　信号送受信モジュール
Ａｃ　軸線
Ｂ　軸受
Ｂ１　外側軸受（可動軸受）
Ｂ２　内側軸受
ＢＬ　下部軸受
ＢＵ　上部軸受
Ｃ　コイル
Ｓ　スロット
Ｓｇ　ギャップ検出部

Claims (5)

  1. 　ケーシングと、
    　前記ケーシングに固定されて軸線を中心として環状をなすステータコア、該ステータコアのスロット内に設けられたコイル、及び、前記ステータコアの内側に周方向に間隔をあけて複数が設けられたステータ磁石を有するステータと、
    　該ステータの内側で、前記軸線の周方向に間隔をあけて複数が設けられたポールピースを有する第一ロータと、
    　該第一ロータの内側に設けられたロータコア、及び、該ロータコアに周方向に間隔をあけて設けられた複数のロータ磁石を有する第二ロータと、
    　前記ケーシングに設けられて、前記第一ロータ及び前記第二ロータの少なくとも一方の外周面に当接するとともに周方向に間隔をあけて配置された複数の可動軸受と、
    　これら可動軸受を、前記軸線に直交する面を含む方向に移動させるアクチュエータと、を備える磁気ギアード回転電機。
  2. 　前記可動軸受は、
    　前記ケーシングに対して相対変位可能に支持されている可動支持部と、
    　該可動支持部の先端に設けられ、前記外周面に当接しながら回動するローラー部と、を有する請求項１に記載の磁気ギアード回転電機。
  3. 　前記ケーシング内に設けられ、前記第一ロータと前記ステータとの間の径方向の離間距離であるエアギャップを検出するギャップ検出部と、
    　該ギャップ検出部の検出結果に基づいて、前記アクチュエータを駆動する制御装置と、をさらに備える請求項１又は２に記載の磁気ギアード回転電機。
  4. 　前記ギャップ検出部は、静電容量型センサである請求項３に記載の磁気ギアード回転電機。
  5. 　前記ステータの内周面、及び該内周面に径方向から対向する前記第一ロータの外周面は、前記軸線方向一方側から他方側に向かうに従って、径方向外側から内側に延び、
    　前記第一ロータを前記軸線方向に移動させるロータ移動部をさらに備える請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気ギアード回転電機。
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