(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向に並んだ複数の第１磁極で構成され、隣り合う各２つの当該第１磁極の極性が互いに異なるように配置された第１磁極列を有する第１磁極部材と、
前記所定方向に並んだ複数の第２磁極で構成され、隣り合う各２つの当該第２磁極の極性が互いに異なるとともに前記第１磁極列に対向するように配置された第２磁極列を有する第２磁極部材と、
互いに間隔を存して前記所定方向に並んだ複数の軟磁性体で構成され、前記第１磁極列と前記第２磁極列の間に配置された軟磁性体列を有する軟磁性体部材と、
を備え、
当該磁気機械の動作中、前記第１磁極列、前記第２磁極列および前記軟磁性体列の少なくとも２つの間で、磁気回路が構成され、
前記第１磁極列、前記第２磁極列および前記軟磁性体列を１組の磁気機械構造として、ｍ（ｍは３以上の整数）組の磁気機械構造をさらに備え、
隣り合う各２組の前記磁気機械構造において、前記第１磁極列の前記第１磁極と前記第２磁極列の前記第２磁極との間の前記所定方向における電気角の位相差が互いに異なるように設定されるとともに、前記第１磁極列の前記第１磁極と前記軟磁性体列の前記軟磁性体との間の前記所定方向における電気角の位相差が互いに異なるように設定され、
前記ｍ組の磁気機械構造において、前記第１磁極列、前記第２磁極列および前記軟磁性体列は、前記所定方向に互いに相対的に移動自在に構成されていることを特徴とする磁気機械。
【請求項２】
前記ｍ組の磁気機械構造において、前記第１磁極列の前記第１磁極と前記第２磁極列の前記第２磁極との間の前記所定方向における電気角の位相差が、電気角２π／ｍずつずれた状態に設定されるとともに、前記第１磁極列の前記第１磁極と前記軟磁性体列の前記軟磁性体との間の前記所定方向における電気角の位相差が、電気角π／ｍずつずれた状態に設定されることを特徴とする請求項１に記載の磁気機械。
【請求項３】
前記第１磁極部材は、前記ｍ組の磁気機械構造におけるｍ個の前記第１磁極列を有し、
前記第２磁極部材は、前記ｍ組の磁気機械構造におけるｍ個の前記第２磁極列を有し、
前記軟磁性体部材は、前記ｍ組の磁気機械構造におけるｍ個の前記軟磁性体列を有することを特徴とする請求項１または２に記載の磁気機械。
【請求項４】
前記第１磁極部材および前記第２磁極部材の少なくとも一方は、複数の電機子を有し、
当該複数の電機子は、前記複数の第１磁極および前記複数の第２磁極の少なくとも一方を発生可能であるとともに、当該発生した複数の第１磁極および複数の第２磁極の少なくとも一方によって、前記所定方向に移動する移動磁界を発生可能に構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気機械。
【請求項５】
前記第１磁極部材は、前記所定方向に並んだ複数の第１永久磁石を有し、前記複数の第１磁極は、当該複数の第１永久磁石の磁極で構成され、
前記第２磁極部材は、前記所定方向に並んだ複数の第２永久磁石を有し、前記複数の第２磁極は、当該複数の第２永久磁石の磁極で構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気機械。
【請求項６】
前記所定方向は、所定軸線を中心とする円周方向であることを特徴とする請求項１に記載の磁気機械。
【請求項７】
前記所定方向は、直線方向であることを特徴とする請求項１に記載の磁気機械。
【請求項８】
所定の仮想面に沿いかつ隣り合う各２つの極性が互いに異なるように配置された複数の第１磁極を有する第１磁極部材と、
前記所定の仮想面に沿いかつ隣り合う各２つの極性が互いに異なるとともに、前記複数の第１磁極との間に間隙を存するように配置された複数の第２磁極を有する第２磁極部材と、
互いに間隔を存して前記所定の仮想面に沿うように前記複数の第１磁極と前記複数の第２磁極との間に配置された複数の軟磁性体を有する軟磁性体部材と、
を備え、
前記複数の第１磁極、前記複数の第２磁極および前記複数の軟磁性体は、前記所定の仮想面に沿って所定の移動方向に互いに相対的に移動自在に構成されており、
前記複数の第１磁極の各々は、当該各第１磁極の両端部間の電気角がθｓとなるように、前記所定の仮想面に沿う第１所定方向に延びており、
前記複数の第２磁極の各々は、当該各第２磁極の両端部間の電気角がθａとなるように、前記所定の仮想面に沿う第２所定方向に延びており、
前記複数の軟磁性体の各々は、当該各軟磁性体の両端部間の電気角がθｂとなるように、前記所定の仮想面に沿う第３所定方向に延びており、
前記３つの電気角θｓ，θａ，θｂは、θｓ＝２θｂ−θａが成立するように設定されることを特徴とする磁気機械。
【請求項９】
前記３つの電気角θｓ，θａ，θｂは、前記２つの電気角θｓ，θａの一方が前記電気角θｂに対して電気角π分大きいとともに、前記２つの電気角θｓ，θａの他方が前記電気角θｂに対して電気角π分小さくなるように設定されることを特徴とする請求項８に記載の磁気機械。
【請求項１０】
前記第１磁極部材および前記第２磁極部材の少なくとも一方は、複数の電機子を有し、
当該複数の電機子は、前記複数の第１磁極および前記複数の第２磁極の少なくとも一方を発生可能であるとともに、当該発生した複数の第１磁極および複数の第２磁極の少なくとも一方によって、前記所定の移動方向に移動する移動磁界を発生可能に構成されており、
当該移動磁界の発生中、前記３つの電気角θｓ，θａ，θｂは、θｓ＝２θｂ−θａが成立するように設定されることを特徴とする請求項８または９に記載の磁気機械。
【請求項１１】
前記第１磁極部材は、前記所定の移動方向に並んだ複数の第１永久磁石を有し、前記複数の第１磁極は、当該複数の第１永久磁石の磁極で構成され、
前記第２磁極部材は、前記所定の移動方向に並んだ複数の第２永久磁石を有し、前記複数の第２磁極は、当該複数の第２永久磁石の磁極で構成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の磁気機械。
【請求項１２】
前記所定の移動方向は、所定軸線を中心とする円周方向であることを特徴とする請求項８に記載の磁気機械。
【請求項１３】
前記所定の移動方向は、直線方向であることを特徴とする請求項８に記載の磁気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子および可動子を合わせて３つ以上備えた磁気機械、すなわち電動機または磁気式動力伝達機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動機として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この電動機は、円柱状のインナロータと、円筒状のステータと、円筒状のアウタロータなどを備えており、インナロータには、複数の永久磁石が周方向に配置されている。また、ステータは、複数の電機子を有しており、これらの電機子は、周方向に配置され、樹脂モールドによって互いに固定されている。アウタロータは、複数のリングを積層したコアにコイルを巻きつけたものであり、このコイルには電力が供給されないようになっている。また、インナロータ、ステータおよびアウタロータは、内側から順に設けられ、相対的に回転可能になっている。
【０００３】
この電動機では、電力をステータに供給し、回転磁界を発生させると、インナロータの永久磁石の磁極がステータの磁極に対して吸引・反発することによって、インナロータが回転磁界に同期して回転し、アウタロータが、電磁誘導作用によって回転磁界に同期せずに回転する。以上のように、特許文献１の電動機の場合、同期機ではなく、アウタロータを電磁誘導作用によって回転させる誘導機として機能するので、効率が低いという問題がある。
【０００４】
以上のような問題を解決できる電動機として、特許文献２に記載されたものを本出願人はすでに提案している。同出願の図１〜図６に示す電動機は、回転電動機であり、外側に配置された２つの外側ステータと、２つの外側ステータの間に配置された内側ステータと、外側および内側ステータの間に配置された２つのロータ部を有する軟磁性体ロータなどを備えている。各外側ステータには、複数の電機子が所定間隔で配置されており、電動機の運転時、これらの電機子には、Ｎ極とＳ極が交互に並ぶように電力が供給される。
【０００５】
また、各内側ステータにも、複数の電機子が外側ステータの電機子よりも狭い所定間隔で配置されており、各内側ステータの隣り合う各３つの電機子のコイルは、電力が供給されたときに、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相を示して移動磁界を発生する３相コイルとして構成されている。さらに、軟磁性体ロータの２つのロータ部の各々には、複数の軟磁性体コアが外側ステータの電機子と同じ間隔で配置されており、一方のロータ部の軟磁性体コアは、外側ステータの電機子に発生する磁極の位置を基準とした場合、他方のロータ部の軟磁性体コアに対して、電気角π／２ずつずれるように配置されている。
【０００６】
この電動機では、内側ステータにおける移動磁界の発生に伴い、内側ステータの電機子に発生する磁極と、軟磁性体コアと、外側ステータの電機子の磁極との間に、磁気回路が構成されるとともに、２つの軟磁性体ロータの軟磁性体コアに作用する磁力線によって、２つのロータ部すなわち軟磁性体ロータが回転するように駆動される。その際、一方のロータ部の軟磁性体コアに作用する磁力と、他方のロータ部の軟磁性体コアに作用する磁力とが、交互に強くなったり、弱くなったりする状態を繰り返しながら、２つのロータ部は一体に回転する。以上のように、この電動機は、運転時に同期機として機能し、それにより、特許文献１の電動機よりも効率を高めることができる。
【０００７】
また、本出願人は、磁気機械に相当する磁気式動力伝達機構として、特許文献３に記載されたものをすでに提案している。この磁気式動力伝達機構は、上記特許文献２の電機子に発生する磁極を永久磁石の磁極に置き換えたものに相当する構成を備えている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−３４１７５７号公報
【特許文献２】特開２００８−６７５９２号公報
【特許文献３】特開２００８−３９０４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、特許文献２の電動機によれば、構造上の理由により、軟磁性体ロータの一方のロータ部の軟磁性体コアに作用する磁力と、他方のロータ部の軟磁性体コアに作用する磁力とが、交互に強くなったり、弱くなったりするという特性を備えているので、トルクリップルおよびコギングトルクが発生するという問題がある。
【００１０】
また、特許文献３の磁気式動力伝達機構においても、上述した構成を備えているので、上記特許文献２の電動機と同様に、作動中にコギングトルクなどが発生してしまう。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、トルクや推力のリップルおよびコギングを低減することができる磁気機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１に係る磁気機械（電動機１，１Ａ）は、所定方向に並んだ複数の第１磁極（第１〜第３電機子６ａ〜８ａ）で構成され、隣り合う各２つの第１磁極の極性が互いに異なるように配置された第１磁極列を有する第１磁極部材（第１〜第３ステータ６〜８、ケース２）と、所定方向に並んだ複数の第２磁極（第１および第２永久磁石４ｂ，５ｂ）で構成され、隣り合う各２つの第２磁極の極性が互いに異なるとともに第１磁極列に対向するように配置された第２磁極列を有する第２磁極部材（第１ロータ３）と、互いに間隔を存して所定方向に並んだ複数の軟磁性体（第１〜第３軟磁性体コア１１ｂ〜１３ｂ）で構成され、第１磁極列と第２磁極列の間に配置された軟磁性体列を有する軟磁性体部材（第２ロータ１０）と、を備え、磁気機械の動作中、第１磁極列、第２磁極列および軟磁性体列の少なくとも２つの間で、磁気回路が構成され、第１磁極列、第２磁極列および軟磁性体列を１組の磁気機械構造として、ｍ（ｍは３以上の整数）組の磁気機械構造をさらに備え、隣り合う各２組の磁気機械構造において、第１磁極列の第１磁極と第２磁極列の第２磁極との間の所定方向における電気角の位相差が互いに異なるように設定されるとともに、第１磁極列の第１磁極と軟磁性体列の軟磁性体との間の所定方向における電気角の位相差が互いに異なるように設定され、ｍ組の磁気機械構造において、第１磁極列、第２磁極列および軟磁性体列は、所定方向に互いに相対的に移動自在に構成されていることを特徴とする。
【００１３】
この磁気機械によれば、ｍ組の磁気機械構造において、第１磁極列、第２磁極列および軟磁性体列が、所定方向に互いに相対的に移動自在に構成されているとともに、磁気機械の動作中、第１磁極列、第２磁極列および軟磁性体列の少なくとも２つの間で、磁気回路が構成されるので、第１磁極列、第２磁極列および軟磁性体列の相対的な移動に伴って、第１磁極列、第２磁極列および軟磁性体列の少なくとも２つの間に生じる磁力が変化する。さらに、第１磁極列の第１磁極と第２磁極列の第２磁極との間の所定方向における電気角の位相差が互いに異なるように設定されるとともに、第１磁極列の第１磁極と軟磁性体列の軟磁性体との間の所定方向における電気角の位相差が互いに異なるように設定されるので、上記のような、第１磁極列、第２磁極列および軟磁性体列の相対的な移動が発生している場合、隣り合う各２組の磁気機械構造では、磁力が互いに異なる状態で変化するとともに、一方の１組の磁気機械構造における磁力の強弱変化の状態が、他方の１組の磁気機械構造において時間的なずれを有しながら発生することになる。
【００１４】
したがって、この磁気機械を例えば磁気式動力伝達機構とした場合、３組以上の磁気機械構造を備えているので、特許文献３の磁気式動力伝達機構のような、２組の磁気機械構造しか備えていないものと比べて、第１磁極列の第１磁極と第２磁極列の第２磁極との間の所定方向における電気角の位相差、および第１磁極列の第１磁極と軟磁性体列の軟磁性体との間の所定方向における電気角の位相差をより細かく設定することができる。それにより、トルクや推力のコギングなどをより低減することができる。特に、磁気機械構造の組数が多いほど、トルクや推力のコギングなどをより低減することができる（なお、本明細書における「磁気機械」は、回転電動機やリニアモータなどの電動機と、磁気を介して動力を伝達する磁気式動力伝達機構とを意味する）。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の磁気機械（電動機１，１Ａ）において、ｍ組の磁気機械構造において、第１磁極列の第１磁極と第２磁極列の第２磁極との間の所定方向における電気角の位相差が、電気角２π／ｍずつずれた状態に設定されるとともに、第１磁極列の第１磁極と軟磁性体列の軟磁性体との間の所定方向における電気角の位相差が、電気角π／ｍずつずれた状態に設定されることを特徴とする。
【００１６】
この磁気機械によれば、ｍ組の磁気機械構造において、第１磁極列の第１磁極と第２磁極列の第２磁極との間の所定方向における電気角の位相差が、電気角２π／ｍずつずれた状態に設定されるとともに、第１磁極列の第１磁極と軟磁性体列の軟磁性体との間の所定方向における電気角の位相差が、電気角π／ｍずつずれた状態に設定される。したがって、例えば、第１磁極または第２磁極を電機子が発生する磁極に設定することで、この磁気機械を回転電動機とした場合、その逆起電圧の算出式（後述する式（６５）〜（６７））は、後述するように、特許文献２の回転電動機における逆起電圧の算出式（後述する式（２８）〜（３０））と同じになるので、この電動機を、特許文献２の回転電動機と同じ作動状態で運転することができる。すなわち、第１磁極列を停止した場合、軟磁性体列および第２磁極列を所定方向に沿って移動するように駆動でき、第２磁極列を停止した場合、軟磁性体列および第１磁極列を所定方向に沿って移動するように駆動できる。一方、例えば、第１磁極および第２磁極を永久磁石の磁極に設定することで、この磁気機械を磁気式動力伝達機構とした場合、この磁気式動力伝達機構は、上述した電動機において、電機子を永久磁石に置き換えたものに相当する。したがって、この磁気式動力伝達機構を例えばトルク伝達タイプのものとした場合、３組以上の磁気機械構造を備えているので、特許文献３の磁気式動力伝達機構のような、２組の磁気機械構造しか備えていないものと比べて、第１磁極列の第１磁極と第２磁極列の第２磁極との間の所定方向における電気角の位相差、および第１磁極列の第１磁極と軟磁性体列の軟磁性体との間の所定方向における電気角の位相差を、より細かく設定することができる。それにより、コギングトルクなどをより低減することができる。
【００１７】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の磁気機械において、第１磁極部材（第１〜第３ステータ６〜８、ケース２）は、ｍ組の磁気機械構造におけるｍ個の第１磁極列を有し、第２磁極部材（第１ロータ３）は、ｍ組の磁気機械構造におけるｍ個の第２磁極列を有し、軟磁性体部材（第２ロータ１０）は、ｍ組の磁気機械構造におけるｍ個の軟磁性体列を有することを特徴とする。
【００１８】
この磁気機械によれば、第１磁極部材、第２磁極部材および軟磁性体部材をいずれも１つのみ用いて、ｍ組の磁気機械構造を有する磁気機械を実現することができる。それにより、部品点数を低減することができ、その分、製造コストを削減することができる。
【００１９】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気機械において、第１磁極部材および第２磁極部材の少なくとも一方は、複数の電機子（第１〜第３電機子６ａ〜８ａ）を有し、複数の電機子は、第１磁極および第２磁極の少なくとも一方を発生可能であるとともに、発生した第１磁極および第２磁極の少なくとも一方によって、所定方向に移動する移動磁界を発生可能に構成されていることを特徴とする。
【００２０】
この磁気機械によれば、第１磁極部材および第２磁極部材の少なくとも一方は、複数の電機子を有し、複数の電機子は、第１磁極および第２磁極の少なくとも一方を発生可能であるとともに、発生した第１磁極および第２磁極の少なくとも一方によって、所定方向に移動する移動磁界を発生可能に構成されているので、この磁気機械は電動機として構成されている。したがって、この電動機を例えば回転電動機とした場合、前述したように、特許文献２の回転電動機と同じ作動状態で運転することができる。さらに、３組以上の磁気機械構造を備えているので、特許文献２の電動機のような、２組の磁気機械構造しか備えていないものと比べて、第１磁極列の第１磁極と第２磁極列の第２磁極との間の所定方向における電気角の位相差、および第１磁極列の第１磁極と軟磁性体列の軟磁性体との間の所定方向における電気角の位相差を、より細かく設定することができる。それにより、トルクリップルおよびコギングトルクをより低減することができる。特に、磁気機械構造の組数が多いほど、トルクリップルおよびコギングトルクをより低減することができる。また、電動機をリニアモータとした場合には、推力リップルおよびコギング推力をより低減することができる。
【００２１】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気機械において、第１磁極部材は、所定方向に並んだ複数の第１永久磁石を有し、複数の第１磁極は、複数の第１永久磁石の磁極で構成され、第２磁極部材は、所定方向に並んだ複数の第２永久磁石を有し、複数の第２磁極は、複数の第２永久磁石の磁極で構成されていることを特徴とする。
【００２２】
この磁気機械によれば、複数の第１磁極が、複数の第１永久磁石の磁極で構成され、複数の第２磁極が、複数の第２永久磁石の磁極で構成されているので、この磁気機械は磁気式動力伝達機構となっている。また、この磁気式動力伝達機構は、請求項４の電動機において、電機子を永久磁石に置き換えたものに相当するので、移動磁界を第１磁極列または第２磁極列の移動に置き換えることによって、前述したような動作を実行することができる。さらに、この磁気式動力伝達機構を例えばトルク伝達タイプのものとした場合、３組以上の磁気機械構造を備えているので、特許文献３の磁気式動力伝達機構のような、２組の磁気機械構造しか備えていないものと比べて、第１磁極列の第１磁極と第２磁極列の第２磁極との間の所定方向における電気角の位相差、および第１磁極列の第１磁極と軟磁性体列の軟磁性体との間の所定方向における電気角の位相差を、より細かく設定することができる。それにより、コギングトルクなどをより低減することができる。
【００２３】
請求項６に係る発明は、請求項１に記載の磁気機械において、所定方向は、所定軸線を中心とする円周方向であることを特徴とする。
【００２４】
この磁気機械によれば、トルクリップルおよびコギングトルクを低減可能な回転電動機または、コギングトルクなどを低減可能なトルク伝達タイプの磁気式動力伝達機構を実現することができる。
【００２５】
請求項７に係る発明は、請求項１に記載の磁気機械において、所定方向は、直線方向であることを特徴とする。
【００２６】
この磁気機械によれば、推力リップルおよびコギング推力を低減可能なリニアモータ、または、コギング推力などを低減可能な推力伝達タイプの磁気式動力伝達機構を実現することができる。
【００２７】
請求項８に係る磁気機械（電動機１Ｂ〜１Ｄ）は、所定の仮想面に沿いかつ隣り合う各２つの極性が互いに異なるように配置された複数の第１磁極（電機子６１）を有する第１磁極部材（ステータ６０）と、所定の仮想面に沿いかつ隣り合う各２つの極性が互いに異なるとともに、複数の第１磁極との間に間隙を存するように配置された複数の第２磁極（永久磁石４２）を有する第２磁極部材（第１ロータ４０）と、互いに間隔を存して所定の仮想面に沿うように複数の第１磁極（電機子６１）と複数の第２磁極（永久磁石４２）との間に配置された複数の軟磁性体（軟磁性体コア５１）を有する軟磁性体部材（第２ロータ５０）と、を備え、複数の第１磁極、複数の第２磁極および複数の軟磁性体は、所定の仮想面に沿って所定の移動方向に互いに相対的に移動自在に設けられており、複数の第１磁極（電機子６１）の各々は、各第１磁極（電機子６１）の両端部間の電気角がθｓとなるように、所定の仮想面に沿う第１所定方向に延びており、複数の第２磁極（永久磁石４２）の各々は、各第２磁極（永久磁石４２）の両端部間の電気角がθａとなるように、所定の仮想面に沿う第２所定方向に延びており、複数の軟磁性体（軟磁性体コア５１）の各々は、各軟磁性体（軟磁性体コア５１）の両端部間の電気角がθｂとなるように、所定の仮想面に沿う第３所定方向に延びており、３つの電気角θｓ，θａ，θｂは、θｓ＝２θｂ−θａが成立するように設定されることを特徴とする。
【００２８】
この磁気機械によれば、複数の第１磁極の各々は、各第１磁極の両端部間の電気角がθｓとなるように、所定の仮想面に沿う第１所定方向に延びており、複数の第２磁極の各々は、各第２磁極の両端部間の電気角がθａとなるように、所定の仮想面に沿う第２所定方向に延びており、複数の軟磁性体の各々は、各軟磁性体の両端部間の電気角がθｂとなるように、所定の仮想面に沿う第３所定方向に延びているとともに、３つの電気角θｓ，θａ，θｂは、θｓ＝２θｂ−θａが成立するように設定される。以上のように構成した場合、第１磁極および／または第２磁極を電機子が発生する磁極に設定することで、後述するように、請求項４に係る電動機と同じ作動状態が得られるとともに、請求項４に係る電動機と比べて、トルクや推力のリップルおよびコギングをさらに低減できる。その結果、トルクや推力のリップルおよびコギングを従来の電動機よりも低減することができる。また、例えば第１磁極を永久磁石の磁極に設定した場合には、トルクや推力のコギングなどを従来の磁気式動力伝達機構よりも低減することができる。一方、例えば、第１磁極および第２磁極を永久磁石の磁極に設定することで、この磁気機械を磁気式動力伝達機構とした場合、この磁気式動力伝達機構は、上述した電動機において、電機子を永久磁石に置き換えたものに相当する。それにより、トルクや推力のコギングなどをより低減することができる。
【００２９】
請求項９に係る発明は、請求項８に記載の磁気機械において、３つの電気角θｓ，θａ，θｂは、２つの電気角θｓ，θａの一方が電気角θｂに対して電気角π分大きいとともに、２つの電気角θｓ，θａの他方が電気角θｂに対して電気角π分小さくなるように設定されることを特徴とする。
【００３０】
この磁気機械によれば、例えば、第１磁極および／または第２磁極を電機子が発生する磁極に設定し、磁気機械を回転電動機として構成した場合、後述するように、請求項２に係る磁気機械を回転電動機としかつｍ→∞にしたものと等価になるので、そのような回転電動機と同じ動作状態を得ることができるとともに、トルクリップルやコギングトルクをより低減することができる。また、この磁気機械をリニアモータとして構成した場合には、推力リップルやコギング推力をさらに低減することができる。一方、この磁気機械を磁気式動力伝達機構として構成した場合には、トルクや推力のコギングなどをさらに低減することができる。
【００３１】
請求項１０に係る発明は、請求項８または９に記載の磁気機械において、第１磁極部材および第２磁極部材の少なくとも一方は、複数の電機子６１を有し、複数の電機子６１は、第１磁極および第２磁極の少なくとも一方を発生可能であるとともに、発生した第１磁極および第２磁極の少なくとも一方によって、所定の移動方向に移動する移動磁界を発生可能に構成されており、移動磁界の発生中、３つの電気角θｓ，θａ，θｂは、θｓ＝２θｂ−θａが成立するように設定されることを特徴とする。
【００３２】
以上のように構成した場合、前述したように、請求項４に係る磁気機械すなわち電動機と同じ作動状態が得られるとともに、請求項４に係る電動機と比べて、トルクや推力のリップルおよびコギングをさらに低減できる。その結果、トルクや推力のリップルおよびコギングを従来の電動機よりも低減することができる。
【００３３】
請求項１１に係る発明は、請求項８または９に記載の磁気機械において、第１磁極部材は、所定の移動方向に並んだ複数の第１永久磁石を有し、複数の第１磁極は、複数の第１永久磁石の磁極で構成され、第２磁極部材は、所定の移動方向に並んだ複数の第２永久磁石を有し、複数の第２磁極は、複数の第２永久磁石の磁極で構成されていることを特徴とする。
【００３４】
この磁気機械によれば、複数の第１磁極は、複数の第１永久磁石の磁極で構成され、複数の第２磁極は、複数の第２永久磁石の磁極で構成されているので、この磁気機械は磁気式動力伝達機構となっている。また、この磁気式動力伝達機構は、請求項１０の磁気機械すなわち電動機において、電機子を永久磁石に置き換えたものに相当するので、移動磁界を第１磁極部材または第２磁極部材の移動に置き換えることによって、前述したような動作を実行することができる。さらに、この磁気機械を例えばトルク伝達タイプの磁気式動力伝達機構とした場合、特許文献３の磁気式動力伝達機構と比べて、コギングトルクなどをより低減できる磁気式動力伝達機構を実現することができる。
【００３５】
請求項１２に係る発明は、請求項８に記載の磁気機械において、所定の移動方向は、所定軸線を中心とする円周方向であることを特徴とする。
【００３６】
この磁気機械によれば、トルクリップルおよびコギングトルクを低減可能な回転電動機または、コギングトルクなどを低減可能なトルク伝達タイプの磁気式動力伝達機構を実現することができる。
【００３７】
請求項１３に係る発明は、請求項８に記載の磁気機械において、所定の移動方向は、仮想の平面であることを特徴とする。
【００３８】
この磁気機械によれば、推力リップルおよびコギング推力を低減可能なリニアモータ、または、コギング推力などを低減可能な推力伝達タイプの磁気式動力伝達機構を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る磁気機械としての電動機について説明する。図１は、第１実施形態の電動機１の断面構成を模式的に示したものであり、図２は、図１のＡ−Ａ線の位置で周方向に沿って破断した断面の一部を平面的に展開した状態を示している。なお、これらの図１，２では、理解の容易化のために断面部分のハッチングが省略されており、この点は後述する各種の図面においても同様である。また、以下の説明では、両図中の左側および右側をそれぞれ「左」および「右」という。さらに、図２では、便宜上、後述する側壁２ｂや回転軸１０ａなどが省略されている。
【００４０】
両図に示すように、この電動機１は、ケース２や、第１および第２ロータ３，１０、第１〜第３ステータ６〜８などを備えている。ケース２は、円筒状の本体部２ａと、その軸線方向の両端部に一体に形成された左右の側壁２ｂ，２ｂなどを備えており、両側壁２ｂ，２ｂの中央部には、中空の円筒部２ｃ，２ｃが一体に設けられている。なお、本実施形態では、ケース２および第１〜第３ステータ６〜８が第１磁極部材に、第１ロータ３が第２磁極部材に、第２ロータ１０が軟磁性体部材にそれぞれ相当する。
【００４１】
第１ロータ３は、回転軸３ａと、この回転軸３ａと一体に回転する第１および第２磁石ロータ部４，５を有している。この回転軸３ａは、図示しない軸受を介して、その軸線回りに回動自在に支持されている。また、第１磁石ロータ部４は、回転軸３ａ上の所定位置に同心に設けられたフランジ４ａと、その外端部に固定された２ｎ（ｎは自然数）個の第１永久磁石４ｂからなる第１永久磁石列を有している。これらの第１永久磁石４ｂは、本体部２ａの周方向に沿って電気角πのピッチで設けられているとともに、隣り合う各２つの第１永久磁石４ｂ，４ｂの磁極は、互いに異なる極性を有するように設定されている。
【００４２】
一方、第２磁石ロータ部５は、回転軸３ａに一体かつ同心に設けられたフランジ５ａと、その外端部に固定された２ｎ個の第２永久磁石５ｂからなる第２永久磁石列を有している。これらの第２永久磁石５ｂは、本体部２ａの周方向に沿って電気角πのピッチで設けられているとともに、その中心位置が左右方向において第１永久磁石４ｂと一致するように、配置されている。各第２永久磁石５ｂの両側の磁極は、左右方向で同じ位置に並ぶ第１永久磁石４ｂと同じ極性を有するとともに、隣り合う各２つの第２永久磁石５ｂ，５ｂの磁極が、互いに異なる極性を有するように設定されている。なお、本実施形態では、第１および第２永久磁石４ｂ，５ｂの磁極が第２磁極に相当する。
【００４３】
また、第１ステータ６は、電力の供給に伴って、回転磁界を発生させるものであり、３ｎ個の第１電機子６ａからなる第１電機子列を有している。これらの第１電機子６ａは、本体部２ａの内壁の所定部位に取り付けられているとともに、本体部２ａの周方向に沿って電気角２π／３のピッチで設けられている。各第１電機子６ａは、鉄芯６ｂと、鉄芯６ｂに集中巻で巻回されたコイル６ｃなどで構成されており、３ｎ個のコイル６ｃは、ｎ組のＵ相、Ｖ相およびＷ相からなる３相コイルを構成している。また、Ｕ相コイル６ｃを有する第１電機子６ａは、その電気的な位置が左右方向においてＮ極を有する第１永久磁石４ｂと一致するように配置されている。
【００４４】
さらに、第１電機子６ａは、可変電源１４に接続されている。この可変電源１４は、インバータなどからなる電気回路とバッテリを組み合わせたものであり、ＥＣＵ１５に接続されている。また、第１電機子６ａは、可変電源１４から電力が供給されたときに、鉄芯６ｂの第１永久磁石４ｂ側の端部に磁極が発生するように構成されており、これらの磁極の発生に伴い、第１回転磁界が、第１磁石ロータ部４との間に、第１ステータ６に沿って回転するように発生する。以下、鉄芯６ｂの第１永久磁石４ｂ側の端部に発生する磁極を、「第１電機子磁極」という。また、これらの第１電機子磁極の数は、第１永久磁石４ａの磁極と同じ数（すなわち２ｎ個）になるように設定される。
【００４５】
一方、第２ステータ７も、第１ステータ６と同様に、電力の供給に伴って、回転磁界を発生させるものであり、第１電機子６ａと同じ数（すなわち３ｎ個）の第２電機子７ａからなる第２電機子列を有している。これらの第２電機子７ａは、本体部２ａの内壁の所定部位に取り付けられているとともに、本体部２ａの周方向に沿って電気角２π／３のピッチで設けられている。各第２電機子７ａは、鉄芯７ｂと、鉄芯７ｂに集中巻で巻回されたコイル７ｃなどで構成されており、３ｎ個のコイル７ｃは、ｎ組のＵ相、Ｖ相およびＷ相からなる３相コイル７ｃを構成している。また、Ｗ相コイル７ｃを有する第２電機子７ａは、その電気的な位置が左右方向において前述したＵ相コイル６ｃを有する第１電機子６ａなどと一致するように、配置されている（図２参照）。
【００４６】
さらに、第２電機子７ａは、可変電源１４に接続されており、可変電源１４から電力が供給されたときに、第２永久磁石５ｂの磁極と同じ数（すなわち２ｎ個）の磁極が、鉄芯７ｂの第２永久磁石５ｂ側の端部に発生するように構成されている。以下、鉄芯７ｂの第２永久磁石５ｂ側の端部に発生する磁極を、「第２電機子磁極」という。この第２電機子磁極の発生に伴い、第２回転磁界が、第２電機子７ａと第２磁石ロータ部５との間に第２ステータ７に沿って回転するように発生する。
【００４７】
なお、この電動機１では、第１および第２ステータ６，７の各々には、２つのステータ６，７間で磁束が漏れないようにするために、バックヨーク（図示せず）が設置されており、それにより、２つのステータ６，７間で磁気短絡が発生しないように構成されている。
【００４８】
一方、第３ステータ８は、前述した第１および第２ステータ６，７と同様に、電力の供給に伴って、回転磁界を発生させるものであり、第１および第２電機子６ａ，７ａと同じ数（すなわち３ｎ個）の第３電機子８ａからなる第３電機子列を有している。これらの第３電機子８ａは、本体部２ａの右側壁２ｂに取り付けられているとともに、本体部２ａの周方向に沿って電気角２π／３のピッチで設けられている。各第３電機子８ａは、鉄芯８ｂと、鉄芯８ｂに集中巻で巻回されたコイル８ｃなどで構成されており、３ｎ個のコイル８ｃは、ｎ組のＵ相、Ｖ相およびＷ相からなる３相コイル８ｃを構成している。また、Ｖ相コイル８ｃを有する第３電機子８ａは、その電気的な位置が左右方向において前述したＵ相コイル６ｃを有する第１電機子６ａや、Ｗ相コイル７ｃを有する第２電機子７ａなどと一致するように、配置されている（図２参照）。
【００４９】
さらに、第３電機子８ａは、可変電源１４に接続されており、可変電源１４から電力が供給されたときに、第２永久磁石５ｂの磁極と同じ数（すなわち２ｎ個）の磁極が、鉄芯８ｂの第２永久磁石５ｂ側の端部に発生するように構成されている。以下、鉄芯８ｂの第２永久磁石５ｂ側の端部に発生する磁極を、「第３電機子磁極」という。この第３電機子磁極の発生に伴い、第３回転磁界が、第３電機子８ａと第２磁石ロータ部５との間に第３ステータ８に沿って回転するように発生する。なお、本実施形態では、第１〜第３電機子磁極が第２磁極に相当する。
【００５０】
一方、第２ロータ１０は、中空で円筒状の回転軸１０ａと、これと一体の第１〜第３軟磁性体ロータ部１１〜１３などを備えている。この回転軸１０ａは、その内孔で前述した回転軸３ａに嵌合しているとともに、外周部でケース２の円筒部２ｃ，２ｃの内孔に嵌合している。また、この回転軸１０ａは、図示しない軸受によって支持されており、それにより、回転軸３ａおよびケース２に対して軸線回りに回動自在に構成されている。
【００５１】
一方、第１軟磁性体ロータ部１１は、回転軸１０ａに一体かつ同心に設けられた非磁性体のフランジ１１ａと、その外端部に固定された２ｎ個の第１軟磁性体コア（以下「第１コア」という）１１ｂからなる第１軟磁性体コア列とを有している。これらの第１コア１１ｂは、複数の鋼板を積層することによって形成されており、本体部２ａの周方向に沿って電気角πのピッチで設けられている。また、第１コア１１ｂは、第１電磁石４ｂおよび第１電機子６ａの中間に配置されており、第２ロータ１０の回転時、第１永久磁石４ｂおよび第１電機子６ａの中間の位置で本体部２ａの周方向に沿って回転する。
【００５２】
さらに、第２軟磁性体ロータ部１２は、回転軸１０ａに一体かつ同心に設けられた非磁性体のフランジ１２ａと、その外側寄りの部位に固定された２ｎ個の第２軟磁性体コア（以下「第２コア」という）１２ｂからなる第２軟磁性体コア列とを有している。これらの第２コア１２ｂは、第１コア１１ｂと同様に、複数の鋼板を積層することによって形成されており、本体部２ａの周方向に沿って電気角πのピッチで設けられているとともに、第１コア１１ｂに対して図２の下側に電気角π／３ずれた状態で配置されている。また、第２コア１２ｂは、第２電機子７ａおよび第２永久磁石５ｂの中間に配置されており、第２ロータ１０の回転時、第２電機子７ａおよび第２永久磁石５ｂの中間の位置で本体部２ａの周方向に沿って回転する。
【００５３】
一方、第３軟磁性体ロータ部１３は、回転軸１０ａに一体かつ同心に設けられた非磁性体のフランジ１３ａと、その外側寄りの部位に固定された２ｎ個の第３軟磁性体コア（以下「第３コア」という）１３ｂからなる第３軟磁性体コア列とを有している。このフランジ１３ａは、円筒部１０ｂを介して、フランジ１２ａと一体に形成されている。また、２ｎ個の第３コア１３ｂは、第１および第２コア１１ｂ，１２ｂと同様に、複数の鋼板を積層することによって形成されており、本体部２ａの周方向に沿って電気角πのピッチで設けられているとともに、第２コア１２ｂに対して図２の下側に電気角π／３ずれた状態で配置されている。以上のように、３つのコア１１ｂ〜１３ｂは、隣り合う各２つのコアの位相差が図２の下側に向かって電気角π／３ずつずれた状態で配置されている。
【００５４】
また、第３コア１３ｂは、第２永久磁石５ｂおよび第３電機子８ａの中間に配置されており、第２ロータ１０の回転時、第２永久磁石５ｂおよび第３電機子８ａの中間の位置で本体部２ａの周方向に沿って回転する。
【００５５】
以上の電動機１では、２つの永久磁石４ｂ，５ｂと、３つのコア１１ｂ〜１３ｂと、３つの鉄芯６ｂ〜８ｂはいずれも、回転軸３ａの軸線からの径方向の距離が同じでかつ軸線方向の断面積が同じになるように構成されている。なお、本実施形態では、３つのコア１１ｂ〜１３ｂが軟磁性体に相当する。
【００５６】
また、ＥＣＵ１５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、可変電源１４から第１〜第３電機子６ａ〜８ａに供給される電力をそれぞれ制御することで、電動機１の運転動作を制御する。
【００５７】
次に、以上のように構成された本実施形態の電動機１の動作原理を説明するために、図３に示す電動機２０について説明する。この電動機２０は、本出願人が前述した特許文献２で提案済みのものである。同図において、電動機２０の構成要素のうち、前述した電動機１と同じものについては、同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００５８】
図３に示すように、電動機２０は、ケース２６と、ケース２６に固定された２つの軸受２７，２７と、これらの軸受２７，２７に回動自在にそれぞれ支持された第１軸２１および第２軸２２と、ケース２６内に設けられた第１ロータ２３と、ケース２６内に第１ロータ２３に対向するように設けられたステータ２４と、両者２３，２４の間に所定の間隔を存した状態で設けられた第２ロータ２５などを備えている。第１ロータ２３、第２ロータ２５およびステータ２４は、第１軸２１の径方向に、内側からこの順で並んでいる。なお、２つの軸２１，２２は、互いに同心に配置されている。
【００５９】
第１ロータ２３は、２ｎ個の第１永久磁石２３ａおよび第２永久磁石２３ｂを有しており、第１および第２永久磁石２３ａ，２３ｂはそれぞれ、第１軸２１の周方向（以下、単に「周方向」という）に等間隔で並んでいる。これらの第１および第２永久磁石２３ａ，２３ｂは、リング状の固定部２３ｃの外周面に、軸線方向に並び、互いに接した状態で取り付けられている。以上の構成により、第１および第２永久磁石２３ａ，２３ｂは、第１軸２１と一体に回動自在になっている。
【００６０】
また、図４に示すように、第１軸２１を中心として、周方向に隣り合う各２つの第１および第２永久磁石２３ａ，２３ｂの間のピッチは、電気角πに設定されている。また、第１および第２永久磁石２３ａ，２３ｂの極性は、軸線方向に並んだもの同士は同じ極性で、周方向に隣り合う各２つについては互いに異なっている。以下、第１および第２永久磁石２３ａ，２３ｂの磁極をそれぞれ、「第１磁極」および「第２磁極」という。
【００６１】
ステータ２４は、第１および第２回転磁界を第１および第２永久磁石２３ａ，２３ｂとの間にそれぞれ発生させるものであり、周方向に等間隔で並んだ３ｎ個の電機子２４ａを有している。各電機子２４ａは、鉄芯２４ｂと、鉄芯２４ｂに集中巻で巻回されたコイル２４ｃなどで構成されている。鉄芯２４ｂの内周面の軸線方向の中央部には、周方向に延びる溝２４ｄが形成されている。３ｎ個のコイル２４ｃは、ｎ組のＵ相、Ｖ相およびＷ相の３相コイルを構成している（図４参照）。また、電機子２４ａは、ケース２６の周壁２６ａの内周面に、リング状の固定部２４ｅを介して取り付けられている。
【００６２】
さらに、電機子２４ａは、可変電源１４に接続されており、電力が供給されたときに、鉄芯２４ｂの第１および第２永久磁石２３ａ，２３ｂ側の端部に、互いに異なる極性の磁極がそれぞれ発生するように構成されている。また、これらの磁極の発生に伴って、第１ロータ２３の第１永久磁石２３ａ側の部分との間および第２永久磁石２３ｂ側の部分との間に、第１および第２回転磁界が周方向に回転するようにそれぞれ発生する。以下、鉄芯２４ｂの第１および第２永久磁石２３ａ，２３ｂ側の端部に発生する磁極をそれぞれ、「第１電機子磁極」および「第２電機子磁極」という。また、これらの第１および第２電機子磁極はそれぞれ、第１永久磁石２３ａの磁極と同じ数（すなわち２ｎ個）に設定される。
【００６３】
第２ロータ２５は、第１永久磁石２３ａと同じ数（すなわち２ｎ個）の第１軟磁性体コア（以下「第１コア」という）２５ａおよび第２軟磁性体コア（以下「第２コア」という）２５ｂを有している。これらのコア２５ａ，２５ｂはそれぞれ、周方向に電気角πのピッチで並んでいるとともに、両者２５ａ，２５ｂの位相差は電気角π／２ずれている。また、第１および第２コア２５ａ，２５ｂはいずれも、軟磁性体（具体的には複数の鋼板を積層したもの）で構成されている。
【００６４】
第１および第２コア２５ａ，２５ｂはそれぞれ、円板状のフランジ２５ｅの外端部に、軸線方向に若干延びる棒状の連結部２５ｃ，２５ｄを介して取り付けられている。フランジ２５ｅは、第２軸２２に一体に同心状に設けられている。この構成により、第１および第２コア２５ａ，２５ｂは、第２軸２２と一体に回動自在になっている。
【００６５】
以上の構成の電動機２０では、第１および第２軸２１，２２の一方を固定、またはこれらの一方に動力を入力した状態で、これらの他方を回転させるように構成されている。
【００６６】
次に、以上の電動機２０の動作について説明する。ここで、電動機２０の場合、図４の展開図では、電機子２４ａおよび固定部２４ｅが２つに分かれているように示されているものの、これらは実際には１つのものであるので、図４の構成は、図５の構成と等価のものとみなすことができる。したがって、以下の説明では、図５に基づいて電動機２０の動作を説明する。
【００６７】
まず、第１軸２１を固定した状態で、第２軸２２を回転させる場合の電動機２０の動作について、図６および図７を参照しながら説明する。なお、説明の便宜上、第１および第２回転磁界の動きを、それと等価の、第１および第２永久磁石２３ａ，２３ｂなどと同数の２ｎ個の仮想の永久磁石（以下「仮想磁石」という）２４ｘの物理的な動きに置き換えて説明するものとする。また、仮想磁石２４ｘの第１および第２永久磁石２３ａ，２３ｂ側の磁極をそれぞれ、第１および第２電機子磁極として、第１永久磁石２３ａとの間および第２永久磁石２３ｂとの間にそれぞれ発生する回転磁界を、第１および第２回転磁界として、説明するものとする。
【００６８】
まず、図６（ａ）に示すように、各第１コア２５ａが各第１永久磁石２３ａに対向するとともに、各第２コア２５ｂが隣り合う各２つの第２永久磁石２３ｂの間に位置した状態から、第１および第２回転磁界を、同図の下方に回転させるように発生させる。その発生の開始時においては、各第１電機子磁極の極性を、それに対向する各第１磁極の極性と異ならせるとともに、各第２電機子磁極の極性をそれに対向する各第２磁極の極性と同じに設定する。
【００６９】
第１コア２５ａが、第１ロータ２３とステータ２４の間に配置されているので、第１磁極および第１電機子磁極によって磁化されるとともに、第１磁極、第１コア２５ａおよび第１電機子磁極の間に、磁力線（以下「第１磁力線」という）Ｇ１が発生する。同様に、第２コア２５ｂが、第１ロータ２３とステータ２４の間に配置されているので、第２電機子磁極および第２磁極によって磁化されるとともに、第１電機子磁極、第２コア２５ｂおよび第２磁極の間に、磁力線（以下「第２磁力線」という）Ｇ２が発生する。
【００７０】
図６（ａ）に示す状態では、第１磁力線Ｇ１は、第１磁極、第１コア２５ａおよび第１電機子磁極を結ぶように発生し、第２磁力線Ｇ２は、周方向に隣り合う各２つの第２電機子磁極と両者の間に位置する第２コア２５ｂを結ぶように、また、周方向に隣り合う各２つの第２磁極と両者の間に位置する第２コア２５ｂを結ぶように発生する。その結果、この状態では、図８（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コア２５ａには、周方向に回転させるような磁力は作用しない。また、周方向に隣り合う各２つの第２電機子磁極と第２コア２５ｂ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、周方向に隣り合う各２つの第２磁極と第２コア２５ｂ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、バランスしている。このため、第２コア２５ｂにも、周方向に回転させるような磁力は作用しない。
【００７１】
そして、仮想磁石２４ｘが図６（ａ）に示す位置から図６（ｂ）に示す位置に回転すると、第２電機子磁極、第２コア２５ｂおよび第２磁極を結ぶような第２磁力線Ｇ２が発生するとともに、第１コア２５ａと第１電機子磁極の間の第１磁力線Ｇ１が、曲がった状態になる。また、これに伴い、第１および第２磁力線によって、図８（ｂ）に示すような磁気回路が構成される。
【００７２】
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コア２５ａに作用する。これにより、第１コア２５ａは、仮想磁石２４ｘの回転方向、すなわち第１および第２回転磁界の回転方向（以下、「磁界回転方向」という）に、比較的大きな駆動力で駆動され、その結果、第２軸２２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コア２５ｂに作用し、それにより、第２コア２５ｂ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、第２軸２２が磁界回転方向に回転する。
【００７３】
次いで、仮想磁石２４ｘが、図６（ｂ）に示す位置から、図６（ｃ），（ｄ）および図７（ａ），（ｂ）に示す位置に順に回転すると、第１コア２５ａおよび第２コア２５ｂはそれぞれ、第１および第２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、第２軸２２が磁界回転方向に回転する。その間、第１コア２５ａ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コア２５ａ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コア２５ｂ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コア２５ｂを磁界回転方向に駆動する駆動力が、徐々に大きくなる。
【００７４】
そして、仮想磁石２４ｘが図７（ｂ）に示す位置から図７（ｃ）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コア２５ｂに作用し、第２コア２５ｂに作用する駆動力が最大になる。その後、図７（ｃ）に示すように、仮想磁石２４ｘが電気角π分、回転することにより、仮想磁石２４ｘが第１および第２永久磁石２３ａ，２３ｂに対向する位置に移動すると、互いに対向する第１電機子磁極および第１磁極が互いに同一極性になり、第１コア２５ａが、周方向に隣り合う２組の同一極性の第１電機子磁極および第１磁極の間に位置するようになる。この状態では、第１磁力線の曲がり度合いが大きいものの、その総磁束量が少ないことによって、第１コア２５ａには、磁界回転方向に回転させるような磁力が作用しない。また、互いに対向する第２電機子磁極および第２磁極が互いに異なる極性になる。
【００７５】
この状態から、仮想磁石２４ｘがさらに回転すると、第１および第２磁力線Ｇ１，Ｇ２に起因する磁力によって、第１コア２５ａおよび第２コア２５ｂが磁界回転方向に駆動され、第２軸２２が磁界回転方向に回転する。その際、仮想磁石２４ｘが図６（ａ）に示す位置まで回転する間、以上とは逆に、第１コア２５ａ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コア２５ａに作用する駆動力が大きくなる。逆に、第２コア２５ｂ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コア２５ｂに作用する駆動力が小さくなる。
【００７６】
以上のように、仮想磁石２４ｘの回転、すなわち第１および第２回転磁界の回転に伴い、第１コア２５ａおよび第２コア２５ｂにそれぞれ作用する駆動力が、交互に大きくなったり、小さくなったりする状態を繰り返しながら、第２軸２２が磁界回転方向に回転する。すなわち、第１軸２１を固定した状態で、第２軸２２を回転させる場合、電動機２０は以上のように作動する。
【００７７】
また、図６（ａ）と図７（ｃ）を比較すると明らかなように、仮想磁石２４ｘが電気角π分、回転するのに伴って、第１コア２５ａおよび第２コア２５ｂが電気角π／２分しか回転しないので、第２軸２２は、第１および第２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および第２磁力線Ｇ１，Ｇ２に起因する磁力の作用によって、第１コア２５ａおよび第２コア２５ｂが、第１磁力線Ｇ１で結ばれた第１磁極と第１電機子磁極の中間、および第２磁力線Ｇ２で結ばれた第２磁極と第２電機子磁極の中間に、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。
【００７８】
この場合、第２軸２２の回転速度（以下「第２軸回転速度」という）Ｖ２は、第１および第２回転磁界の回転速度（以下「磁界回転速度」という）Ｖ０の１／２の大きさになり、Ｖ２＝Ｖ０／２が成立する。すなわち、この場合の第１軸２１の回転速度（以下「第１軸回転速度」という）Ｖ１、第２軸回転速度Ｖ２および磁界回転速度Ｖ０の関係は、図１１（ａ）に示すように表される。
【００７９】
次に、図９および図１０を参照しながら、第２軸２２を固定した状態で、第１軸２１を回転させる場合の電動機２０の動作について説明する。第１コア２５ａが、前述したように配置されているので、第１磁極と第１電機子磁極によって磁化されるとともに、第１磁極、第１コア２５ａおよび第１電機子磁極の間に、磁力線（以下「第１磁力線」という）Ｇ１’が発生する。同様に、第２コア２５ｂが、前述したように配置されているので、第２電機子磁極および第２磁極によって磁化されるとともに、第２電機子磁極、第２コア２５ｂおよび第２磁極の間に、磁力線（以下「第２磁力線」という）Ｇ２’が発生する。
【００８０】
まず、図９（ａ）に示すように、各第１コア２５ａが第１永久磁石２３ａに対向するとともに、各第２コア２５ａが隣り合う各２つの第２永久磁石２３ｂの間に位置した状態から、第１および第２回転磁界を同図の下方に回転させるように発生させる。その発生の開始時においては、各第１電機子磁極の極性を、それに対向する各第１磁極の極性と異ならせるとともに、各第２電機子磁極の極性をそれに対向する各第２磁極の極性と同じに設定する。
【００８１】
この状態から、仮想磁石２４ｘが図９（ｂ）に示す位置に回転すると、第１コア２５ａと第１電機子磁極の間の第１磁力線Ｇ１’が曲がった状態になるのに伴い、第２電機子磁極が第２コア２５ｂに近づくことによって、第２電機子磁極、第２コア２５ｂおよび第２磁極を結ぶような第２磁力線Ｇ２’が発生する。その結果、第１および第２永久磁石２３ａ，２３ｂ、仮想磁石２４ｘ、ならびに第１および第２コア２５ａ，２５ｂにおいて、前述した図８（ｂ）に示すような磁気回路が構成される。
【００８２】
この状態では、第１磁極と第１コア２５ａ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コア２５ａに対して第１永久磁石２３ａを回転させるような磁力が発生しない。また、第２磁極およびこれと異なる極性の第２電機子磁極の間の距離が比較的長いことにより、第２コア２５ｂと第２磁極の間の第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永久磁石２３ｂに、これを第２コア２５ｂに近づけるような磁力が作用する。これにより、第２永久磁石２３ｂは、第１永久磁石２３ａとともに、仮想磁石２４ｘの回転方向すなわち磁界回転方向と逆方向（図９の上方）に駆動され、図９（ｃ）に示す位置に向かって回転する。また、これに伴い、第１軸２１が磁界回転方向と逆方向に回転する。
【００８３】
そして、第１および第２永久磁石２３ａ，２３ｂが図９（ｂ）に示す位置から図９（ｃ）に示す位置に向かって回転する間、仮想磁石２４ｘは、図９（ｄ）に示す位置に向かって回転する。以上のように、第２永久磁石２３ｂが第２コア２５ｂに近づくことにより、第２コア２５ｂと第２磁極の間の第２磁力線Ｇ２’の曲がり度合いは小さくなるものの、仮想磁石２４ｘが第２コア２５ｂにさらに近づくのに伴い、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永久磁石２３ｂに、これを第２コア２５ｂ側に近づけるような磁力が作用し、それにより、第２永久磁石２３ｂが、第１永久磁石２３ａとともに、磁界回転方向と逆方向に駆動される。
【００８４】
また、第１永久磁石２３ａが磁界回転方向と逆方向に回転するのに伴い、第１磁極と第１コア２５ａの間の第１磁力線Ｇ１’が曲がることによって、第１永久磁石２３ａに、これを第１コア２５ａ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永久磁石２３ｂが第１永久磁石２３ａとともに、磁界回転方向と逆方向に駆動される。
【００８５】
そして、図９（ｄ）に示すように、第１磁極と第１コア２５ａの間の距離と、第２コア２５ｂと第２磁極の間の距離が互いにほぼ等しくなったときには、第１磁極と第１コア２５ａ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コア２５ｂと第２磁極の間の第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および第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および第２永久磁石２３ａ，２３ｂが一時的に駆動されない状態になる。
【００８６】
この状態から、仮想磁石２４ｘが図１０（ａ）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１０（ｂ）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永久磁石２３ａを第１コア２５ａ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永久磁石２３ｂは、第１永久磁石２３ａとともに、図１０（ｃ）に示す位置まで、磁界回転方向と逆方向に駆動される。
【００８７】
そして、図１０（ｃ）に示す位置から、仮想磁石２４ｘが若干、回転すると、以上とは逆に、第１磁極と第１コア２５ａの間の第１磁力線Ｇ１’に起因する磁力が、第１永久磁石２３ａに、これを第１コア２５ａに近づけるように作用し、それにより、第１永久磁石２３ａが第２永久磁石２３ｂとともに、磁界回転方向と逆方向に駆動され、第１軸２１が磁界回転方向と逆方向に回転する。そして、仮想磁石２４ｘがさらに回転すると、第１磁極と第１コア２５ａの間の第１磁力線Ｇ１’に起因する磁力と第２コア２５ｂと第２磁極の間の第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永久磁石２３ａが第２永久磁石２３ｂとともに、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永久磁石２３ｂを第２コア２５ｂ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永久磁石２３ａが第２永久磁石２３ｂとともに駆動される。
【００８８】
以上のように、第１および第２回転磁界の回転に伴い、第１磁極と第１コア２５ａの間の第１磁力線Ｇ１’に起因する磁力と、第２コア２５ｂと第２磁極の間の第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および第２永久磁石２３ａ，２３ｂに、すなわち第１軸２１に交互に作用し、それにより、第１軸２１が磁界回転方向と逆方向に回転する。また、そのように磁力すなわち駆動力が、第１軸２１に交互に作用することによって、第１軸２１のトルクは、ほぼ一定になる。
【００８９】
この場合、図１１（ｂ）に示すように、第１軸２１は、第１および第２回転磁界と同じ速度で逆回転し、Ｖ１＝−Ｖ０が成立する。これは、第１および第２磁力線Ｇ１’，Ｇ２’に起因する磁力の作用によって、第１および第２コア２５ａ，２５ｂが、第１磁極と第１電機子磁極の中間、および第２磁極と第２電機子磁極の中間にそれぞれ位置した状態を保ちながら、第１および第２永久磁石２３ａ，２３ｂが回転するためである。
【００９０】
なお、第１軸２１および第２軸２２を回転可能にし、両者２１，２２の一方に動力を入力した状態で、他方を回転させる場合には、磁界回転速度Ｖ０、第１軸回転速度Ｖ１、および第２軸回転速度Ｖ２の間に、次のような関係が成立する。すなわち、前述したように、第１および第２磁力線Ｇ１，Ｇ２に起因する磁力の作用によって、第１および第２コア７ａ，８ａは、第１磁極と第１電機子磁極の中間、および第２磁極と第２電機子磁極の中間にそれぞれ位置した状態を保ちながら回転する。このことは、第１および第２コア２５ａ，２５ｂにも同様に当てはまる。第１および第２コア２５ａ，２５ｂがそのように回転するので、両者２５ａおよび２５ｂと一体の第２軸２２の回転角度は、第１および第２回転磁界の回転角度と、第１および第２磁極の回転角度すなわち第１軸２１の回転角度との平均値になる。
【００９１】
したがって、第１および第２軸２１，２２の一方に動力を入力し、他方を回転させる場合には、磁界回転速度Ｖ０、第１および第２軸の回転速度Ｖ１，Ｖ２において、Ｖ２＝（Ｖ０＋Ｖ１）／２の関係が成立する。この場合、磁界回転速度Ｖ０と、第１および第２軸２１，２２の一方の回転速度を制御することによって、他方の回転速度を制御することができる。図１１（ｃ）は、第１および第２軸２１，２２をいずれも磁界回転方向に回転させた例、図１１（ｄ）は、第１軸２１を逆回転させた例である。
【００９２】
次に、以上のように構成された電動機２０の電圧方程式の導出法について説明する。この電動機２０の場合、一般的な１ロータタイプのブラシレスＤＣモータと比較して、ステータ２４の構成は同じであるのに対し、永久磁石などで構成された第１ロータ２３だけでなく、軟磁性体などで構成された第２ロータ２５を有するという点が異なっている。このことから、Ｕ相〜Ｗ相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに対する電圧は、一般的なブラシレスＤＣモータの場合とほぼ同じであるのに対し、第１および第２ロータ２３，２５の回転に伴ってＵ相〜Ｗ相のコイル２４ｃに発生する逆起電圧（誘起電圧）は、一般的なブラシレスＤＣモータの場合と異なるものとなる。
【００９３】
この逆起電圧は、以下に述べるように求められる。図１２は、２ｎ個の第１永久磁石２３ａ、２ｎ個の第１コア２５ａおよび３ｎ個の電機子２４ａを１組の電動機構造とした場合において、この電動機構造に相当する等価回路の一例を示している。なお、同図は、便宜上、極数＝２の場合を示しているが、電動機２０の極数は、前述したように２ｎである。この場合、第１コア２５ａを介さずに、Ｕ相〜Ｗ相のコイル２４ｃをそれぞれ直接、通過する第１永久磁石２３ａの磁束Ψｕａ１、Ψｖａ１、Ψｗａ１は、下式（１）〜（３）でそれぞれ表される。
【数１】
0004701269.tif 000002
ここで、Ψｆｂは、各相のコイル２４ｃを直接、通過する第１永久磁石２３ａの磁束の最大値である。また、θｅ１は、第１ロータ電気角であり、基準となるステータ２４の１つの電機子２４ａ（以下「基準電機子」という）に対する第１ロータ２３の回転角を電気角で表したものである。
【００９４】
また、第１コア２５ａを介してＵ相〜Ｗ相のコイル２４ｃをそれぞれ通過する第１永久磁石２３ａの磁束Ψｕａ２、Ψｖａ２、Ψｗａ２は、下式（４）〜（６）でそれぞれ表される。
【数２】
0004701269.tif 000003
ここで、Ψｆａは、第１コア２５ａを介して各相のコイル２４ｃを通過する第１永久磁石２３ａの磁束の最大値である。また、θｅ２は、第２ロータ電気角であり、上記基準電機子に対する第２ロータ２５の回転角を電気角で表したものである。
【００９５】
Ｕ相〜Ｗ相のコイル２４ｃをそれぞれ通過する第１永久磁石２３ａの磁束Ψｕａ、Ψｖａ、Ψｗａは、上述したＵ相〜Ｗ相のコイル２４ｃを直接、通過する磁束Ψｕａ１、Ψｖａ１、Ψｗａ１と、第１コア２５ａを介して通過する磁束Ψｕａ２、Ψｖａ２、Ψｗａ２との和、すなわち、（Ψｕａ１＋Ψｕａ２）、（Ψｖａ１＋Ψｖａ２）および（Ψｗａ１＋Ψｗａ２）でそれぞれ表される。したがって、これらの磁束Ψｕａ、Ψｖａ、Ψｗａは、上述した式（１）〜（６）より、下式（７）〜（９）でそれぞれ表される。
【数３】
0004701269.tif 000004
【００９６】
また、これらの式（７）〜（９）を変形すると、下式（１０）〜（１２）が得られる。
【数４】
0004701269.tif 000005
【００９７】
さらに、Ｕ相〜Ｗ相のコイル２４ｃをそれぞれ通過する第１永久磁石２３ａの磁束Ψｕａ、Ψｖａ、Ψｗａを時間微分することによって、第１永久磁石２３ａおよび／または第１コア２５ａの回転に伴ってＵ相〜Ｗ相のコイル２４ｃに発生する逆起電圧（以下、それぞれ「第１Ｕ相逆起電圧Ｖｃｕ１」「第１Ｖ相逆起電圧Ｖｃｖ１」「第１Ｗ相逆起電圧Ｖｃｗ１」という）がそれぞれ得られる。したがって、これらの第１Ｕ相〜Ｗ相の逆起電圧Ｖｃｕ１、Ｖｃｖ１、Ｖｃｗ１は、式（１０）〜（１２）を時間微分することにより得られた下式（１３）〜（１５）でそれぞれ表される。
【数５】
0004701269.tif 000006
ここで、ωｅ２は、θｅ２の時間微分値、すなわち、第２ロータ２５の角速度を電気角速度に換算した値（以下「第２ロータ電気角速度」という）であり、ωｅ１は、θｅ１の時間微分値、すなわち、第１ロータ２３の角速度を電気角速度に換算した値（以下「第１ロータ電気角速度」という）である。
【００９８】
また、図１３は、２ｎ個の第２永久磁石２３ｂ、２ｎ個の第２コア２５ｂおよび３ｎ個の電機子２４ａを１組の電動機構造とした場合において、この電動機構造に相当する等価回路の一例を示している。この場合、第２永久磁石２３ｂおよび／または第２コア２５ｂの回転に伴ってＵ相〜Ｗ相のコイル２４ｃに発生する逆起電圧は、上述した第１永久磁石２３ａおよび第１コア２５ａの場合と同様に、次のようにして求められる。以下、これらのＵ相〜Ｗ相のコイル２４ｃに発生する逆起電圧をそれぞれ、「第２Ｕ相逆起電圧Ｖｃｕ２」「第２Ｖ相逆起電圧Ｖｃｖ２」「第２Ｗ相逆起電圧Ｖｃｗ２」という。
【００９９】
すなわち、前述したように第１および第２永久磁石２３ａ，２３ｂは互いに一体であるので、各相のコイル２４ｃを直接、通過する第２永久磁石２３ｂの磁束の最大値は、各相のコイル２４ｃを直接、通過する第１永久磁石２３ａの磁束の最大値と等しく、かつ、第２コア２５ｂを介して各相のコイル２４ｃを通過する第２永久磁石２３ｂの磁束の最大値は、第１コア２５ａを介して各相のコイル２４ｃを通過する第１永久磁石２３ａの磁束の最大値と等しい。また、前述したように、第１および第２コア２５ａ，２５ｂの間の電気角は、互いに電気角π／２ずれている（図１３参照）。以上から、Ｕ相〜Ｗ相のコイル２４ｃをそれぞれ通過する第２永久磁石２３ｂの磁束Ψｕｂ、Ψｖｂ、Ψｗｂ（すなわち第２コア２５ｂを介して通過する磁束と、介さずに直接、通過する磁束との和）は、下式（１６）〜（１８）でそれぞれ表される。
【数６】
0004701269.tif 000007
【０１００】
また、これらの式（１６）〜（１８）を変形すると、下式（１９）〜（２１）が得られる。
【数７】
0004701269.tif 000008
【０１０１】
さらに、Ｕ相〜Ｗ相のコイル２４ｃをそれぞれ通過する第２永久磁石２３ｂの磁束Ψｕｂ、Ψｖｂ、Ψｗｂを時間微分することによって、上述した第２Ｕ相〜Ｗ相の逆起電圧Ｖｃｕ２、Ｖｃｖ２、Ｖｃｗ２がそれぞれ得られる。したがって、これらの逆起電圧Ｖｃｕ２、Ｖｃｖ２、Ｖｃｗ２は、式（１９）〜（２１）を時間微分することにより得られた下式（２２）〜（２４）でそれぞれ表される。
【数８】
0004701269.tif 000009
【０１０２】
また、前述したように、ステータ２４は、その鉄芯２４ｂの第１および第２永久磁石２３ａ，２３ｂ側の端部に、互いに異なる極性の磁極が発生するように構成されている。さらに、第１および第２永久磁石２３ａ，２３ｂのうち、軸線方向に並んだもの同士の極性は、同じになっている。これらのことから明らかなように、軸線方向に並んだ第１および第２永久磁石２３ａ，２３ｂの電気角は、互いに電気角πずれている。このため、第１および／または第２のロータ２３，２５の回転に伴ってＵ相〜Ｗ相のコイル２４ｃに発生する逆起電圧Ｖｃｕ、Ｖｃｖ、Ｖｃｗはそれぞれ、前述した第１Ｕ相〜Ｗ相の逆起電圧Ｖｃｕ１、Ｖｃｖ１、Ｖｃｗ１と、第２Ｕ相〜Ｗ相の逆起電圧Ｖｃｕ２、Ｖｃｖ２、Ｖｃｗ２との差、すなわち、（Ｖｃｕ１−Ｖｃｕ２）、（Ｖｃｖ１−Ｖｃｖ２）および（Ｖｃｗ１−Ｖｃｗ２）となる。したがって、これらの逆起電圧Ｖｃｕ、Ｖｃｖ、Ｖｃｗは、式（１３）〜（１５）および式（２２）〜（２４）より、下式（２５）〜（２７）で表される。
【数９】
0004701269.tif 000010
【０１０３】
ここで、電動機２０全体の総磁束量をΨとすると、Ψ＝２・Ψｆａが成立するので、これを上記式（２５）〜（２７）に適用すると、下式（２８）〜（３０）が得られる。
【数１０】
0004701269.tif 000011
【０１０４】
また、Ｕ相〜Ｗ相のコイル２４ｃの電圧（以下、それぞれ「Ｕ相電圧Ｖｕ」「Ｖ相電圧Ｖｕ」「Ｗ相電圧Ｖｗ」という）は、Ｕ相〜Ｗ相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに対する電圧と、Ｕ相〜Ｗ相のコイル２４ｃの逆起電圧Ｖｃｕ，Ｖｃｖ，Ｖｃｗとの和でそれぞれ表される。したがって、電動機２０の電圧方程式は、下式（３１）のようになる。
【数１１】
0004701269.tif 000012
【０１０５】
ここで、前述したように、Ｒｕ，ＲｖおよびＲｗはそれぞれＵ相〜Ｗ相のコイル２４ｃの抵抗であり、Ｌｕ，ＬｖおよびＬｗはそれぞれ、Ｕ相〜Ｗ相のコイル２４ｃの自己インダクタンスであり、いずれも所定値である。また、Ｍｕｖは、Ｕ相コイル２４ｃとＶ相コイル２４ｃの間の相互インダクタンスであり、Ｍｖｗは、Ｖ相コイル２４ｃとＷ相コイル２４ｃの間の相互インダクタンスであり、Ｍｗｕは、Ｗ相コイル２４ｃとＵ相コイル２４ｃの間の相互インダクタンスであり、いずれも所定値である。さらに、ｓは微分演算子である。
【０１０６】
また、上記の式（３１）を参照すると明らかなように、電動機２０の電圧方程式の（２θｅ２−θｅ１）および（２ωｅ２−ωｅ１）を、一般的なブラシレスＤＣモータのロータの電気角θｅおよび電気角速度ωｅにそれぞれ置き換えると、一般的なブラシレスＤＣモータの電圧方程式と同じになる。このことから、電動機２０を作動させるためには、前述した第１および第２回転磁界のベクトルの電気角θｘを、θｘ＝（２θｅ２−θｅ１）が成立するように制御すればよいことが分かる。また、以上の点は、極数やコイル２４ｃの相数にかかわらずに成立する。
【０１０７】
一方、本実施形態の電動機１の場合、前述したように、その運転中、ＥＣＵ１５によって第１〜第３ステータ６〜８への供給電力が制御されることで、第１〜第３回転磁界が発生する。その際、図１４に示すように、これらの第１〜第３回転磁界を３つの仮想磁石６ｘ〜８ｘの回転に置き換えた場合、仮想磁石６ｘ〜８ｘの磁極（すなわち第１〜第３電機子磁極）の極性および互いの位相において同図に示す関係が成立するように、第１〜第３ステータ６〜８への供給電力が制御される。なお、同図では、理解の容易化のために、第１ロータの２つの永久磁石４ｂ，５ｂと第２ロータ１０の第１コア１１ｂの位相が、同じ位置にある状態が示されている。また、同図中の黒塗りで示す磁極が永久磁石の磁極を表しており、この点は以下の図面においても同様である。
【０１０８】
同図における第２永久磁石５ｂを２つの第２永久磁石５ｂ１，５ｂ２を一体に組み合わせたものと考えた場合、第２永久磁石５ｂを２つの第２永久磁石５ｂ１，５ｂ２に分割するとともに、第２コア１２ｂに対する第２永久磁石５ｂ１と仮想磁石７ｘとの位置関係を入れ換えると、図１５のようになる。すなわち、図１５の構成は図１４の構成と等価なものと見なすことができる。
【０１０９】
この図１５を参照すると明らかなように、３つの永久磁石４ｂ，５ｂ１，５ｂ２は同じ極性のものが同図の左右方向に並んでおり、互いに同一の位相になっている。また、第１〜第３コア１１ｂ〜１３ｂの場合、互いに隣り合う２つのコアは、同図の下側に電気角π／３ずつずれている。すなわち、第１〜第３コア１１ｂ〜１３ｂはスキュー配置されている。さらに、仮想磁石６ｘ〜８ｘの磁極すなわち第１〜第３電機子磁極の場合、互いに隣り合う２つの磁極は、同図の下側に電気角２π／３ずつずれている。
【０１１０】
ここで、前述した第１永久磁石列、第１軟磁性体コア列および第１電機子列を１組の電動機構造（以下「第１電動機構造」という）とした場合、この第１電動機構造に相当する等価回路の一例は、図１６に示すものとなる。また、第２永久磁石５ｂ１（すなわち第２永久磁石５ｂ）からなる第２永久磁石列、第２軟磁性体コア列および第２電機子列を１組の電動機構造（以下「第２電動機構造」という）とした場合、この第２電動機構造に相当する等価回路の一例は、図１７に示すものとなる。
【０１１１】
さらに、第２永久磁石５ｂ２（すなわち第２永久磁石５ｂ）からなる第２永久磁石列、第３軟磁性体コア列および第３電機子列を１組の電動機構造（以下「第３電動機構造」という）とした場合、この第３電動機構造に相当する等価回路の一例は、図１８に示すものとなる。なお、これらの図１６〜図１８は、便宜上、極数＝２の場合を例示したものである。以上のような３つの電動機構造の各々では、回転磁界が発生した際、各電動機構造の永久磁石、軟磁性体コアおよび電機子の間に、磁気回路（図示せず）が構成される。なお、本実施形態では、電動機構造が磁気機械構造に相当する。
【０１１２】
次に、以上のような３つの電動機構造を有する電動機１の逆起電圧について説明する。第１および第２ロータ３，１０が回転した場合、３つの電動機構造のＵ相にそれぞれ表れる磁束Ψｕ１〜Ψｕ３は、下式（３２）〜（３４）に示すものとなる。
【数１２】
0004701269.tif 000013
【０１１３】
ここで、ψｆは、３つのコア１１ｂ〜１３ｂを介して３つのＵ相コイル６ｃ〜８ｃを通過する第１および第２永久磁石４ｂ，５ｂの磁束の最大値である。また、θ１は第１ロータ電気角であり、基準位置に対する第１ロータ３の回転角を電気角で表したものである。さらに、θ２は、第２ロータ電気角であり、基準位置に対する第２ロータ１０の回転角を電気角で表したものである。これに加えて、ω１，ω２はそれぞれ、２つの電気角θ１，θ２の時間微分値を表している。
【０１１４】
次いで、三角関数の積和公式ｃｏｓαｃｏｓβ＝（１／２）｛ｃｏｓ（α＋β）＋ｃｏｓ（α−β）｝を上式（３２）〜（３４）に適用すると、下式（３５）〜（３７）が得られる。
【数１３】
0004701269.tif 000014
【０１１５】
ここで、電動機１のＵ相全体に表れる磁束Ψｕは、３つのΨｕ１〜Ψｕ３の和となるので、磁束Ψｕの算出式として下式（３８）が得られる。
【数１４】
0004701269.tif 000015
【０１１６】
以上の磁束Ψｕの算出式の導出法と同じ手法により、電動機１のＶ相全体およびＷ相全体に表れる磁束Ψｖ，Ψｗの算出式を導出すると、下式（３９），（４０）が得られる。
【数１５】
0004701269.tif 000016
【０１１７】
ここで、３つのコア１１ｂ〜１３ｂを介することなく、３つのＵ相コイル６ｃ〜８ｃを直接、通過する第１および第２永久磁石４ｂ，５ｂの磁束は、極めて小さく、その影響を無視できる。これと同様に、３つのコア１１ｂ〜１３ｂを介することなく、Ｖ相コイル６ｃ〜８ｃおよびＷ相コイル６ｃ〜８ｃをそれぞれ直接、通過する第１および第２永久磁石４ｂ，５ｂの磁束も、極めて小さく、その影響を無視できる。以上の理由によって、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の逆起電圧はそれぞれ、磁束Ψｕ、Ψｖ、Ψｗを時間微分した値ｄΨｕ／ｄｔ、ｄΨｖ／ｄｔ、ｄΨｗ／ｄｔに相当することになり、それにより、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の逆起電圧の算出式は、以上の式（３８）〜（４０）を時間微分することによって、下式（４１）〜（４３）として導出される。
【数１６】
0004701269.tif 000017
【０１１８】
ここで、電動機１全体の総磁束量をΨとすると、Ψ＝３・ψｆが成立するので、これを式（４１）〜（４３）に適用すると、下式（４４）〜（４６）が得られる。
【数１７】
0004701269.tif 000018
【０１１９】
以上の逆起電圧ｄΨｕ／ｄｔ、ｄΨｖ／ｄｔ、ｄΨｗ／ｄｔの算出式（４４）〜（４６）を、前述した電動機２０の逆起電圧Ｖｃｕ、Ｖｃｖ、Ｖｃｗの算出式（２８）〜（３０）と比較すると、両者は同じであることが判る。
【０１２０】
したがって、この電動機１の場合においても、前述した第１〜第３回転磁界のベクトルの電気角θｙを、θｙ＝（２θ２−θ１）が成立するように制御することによって、電動機１を電動機２０と同じように作動させることができる。すなわち、第１ロータ３および第２ロータ１０の一方と、ケース２とを固定したときに、第１ロータ３および第２ロータ１０の他方を回転させることができる。
【０１２１】
さらに、３組の電動機構造を備えているので、２組の電動機構造しか備えていない電動機２０と比べて、電機子６ａに発生する磁極と永久磁石４ｂの磁極との間の電気角の位相差、および電機子６ａに発生する磁極と第２ロータ１０の第１コア１１ｂとの間の電気角の位相差を、より細かく設定することができる。それにより、トルクリップルおよびコギングトルクをより低減することができる。
【０１２２】
なお、第１実施形態は、磁気機械としての電動機１を回転電動機として構成した例であるが、本発明の電動機はこれに限らず、リニアモータなどの電動機として構成してもよい。例えば、本発明の電動機をリニアモータとして構成する場合には、２つの永久磁石と、３つの電機子と、３つの軟磁性体コアとを、前述した図２のように平面的に配置するとともに、３つの永久磁石と、３つの軟磁性体コアと、３つの電機子に発生する回転磁界の磁極とが、前述した図１４の位置関係になるように、３つの電機子への供給電力を制御すればよい。
【０１２３】
また、第１実施形態の電動機１は、第１および第２永久磁石４ｂ，５ｂ、第１〜第３電機子６〜８および第１〜第３コア１１ｂ〜１３ｂを図１に示すように軸線方向に並べて配置した例であるが、これらの構成を、前述した図３の電動機２０と同じように径方向に並べて配置してもよい。その場合には、第１および第２永久磁石４ｂ，５ｂを、図３の固定部２３ｃの外周面に取り付け、第１〜第３電機子６〜８を、図３の周壁２６ａの内周面に取り付けるとともに、第１〜第３コア１１ｂ〜１３ｂを、円板状のフランジ２５ｅの外端部に棒状の連結部を介して取り付ければよい。
【０１２４】
さらに、第１実施形態は、第１および第２磁石ロータ部４，５を第１ロータ３として一体に構成した例であるが、２つのロータ部４，５を別体のものとし、これらの２つのロータ部４，５を機械的に連結することによって、両者を連動するように構成してもよい。これと同様に、第１〜第３軟磁性体ロータ部１１〜１３を別体のものとし、３つの軟磁性体ロータ部１１〜１３を連結することによって、これらを連動するように構成してもよい。
【０１２５】
また、第１実施形態の電動機１の第１ロータ３において、第１および第２磁石ロータ部４，５の永久磁石４ｂ，５ｂの列に代えて、電機子列を設けるとともに、これらの電機子列に発生する磁極が永久磁石４ｂ，５ｂの磁極と同じになるように、電機子列への供給電力を制御してもよい。
【０１２６】
一方、第１実施形態は、第１〜第３電動機構造において、電動機１の運転中、２つの永久磁石４ｂ，５ｂの磁極（すなわち第２磁極）と、３つのコア１１ｂ〜１３ｂと、３つの電機子６ａ〜８ａに発生する磁極（すなわち第１磁極）との位置関係が、前述した図１４に示す位置関係（または第２永久磁石５ｂを２つの永久磁石５ｂ１，５ｂ２からなるものと見なしたときには図１５に示す位置関係）になるように、第１〜第３電機子６ａ〜８ａへの供給電力を制御した例であるが、本発明の第１磁極と、第２磁極と、軟磁性体部材の軟磁性体との間の位置関係はこれに限らず、電動機の運転中、第１〜第３電動機構造において、第１磁極と第２磁極との間の電気角の位相差が、電機子の配置方向に対して電気角２π／３ずつずれた状態になるとともに、第１磁極と軟磁性体部材の軟磁性体との間の電気角の位相差が、電機子の配置方向に対して電気角π／３ずつずれた状態になるように、３つの電機子への供給電力が制御されるものであればよい。
【０１２７】
例えば、前述した電動機１に代えて、図１９に示す電動機１Ａのように構成してもよい。この電動機１Ａでは、第２ロータ１０の第１〜第３コア１１ｂ〜１３ｂが同図の左右方向に同じ位置になるように配置されているとともに、電動機１Ａの運転中、第１〜第３電動機構造において、３つの電機子６ａ〜８ａに発生する磁極すなわち仮想磁石６ｘ〜８ｘの磁極と、３つの永久磁石４ｂ，５ｂ１，５ｂ２の磁極との間の電気角の位相差が、電機子６ａ〜８ａの配置方向に対して電気角２π／３ずつずれた状態になるとともに、仮想磁石６ｘ〜８ｘの磁極と、第１〜第３コア１１ｂ〜１３ｂとの間の電気角の位相が、電機子６ａ〜８ａの配置方向に対して電気角π／３ずつずれた状態になるように、第１〜第３電機子６ａ〜８ａへの供給電力が制御される。このように構成した場合でも、３つの電気角θｙ，θ１，θ２において、θｙ＝（２θ２−θ１）の関係が成立し、それにより、第１実施形態の電動機１と同じ作用効果を得ることができる。
【０１２８】
さらに、図１５に示す３つの電動機構造において、３つの永久磁石４ｂ，５ｂ１，５ｂ２と、３つの電機子の磁極とを左右方向に入れ換えて配置してもよい。これに加えて、３つの永久磁石４ｂ，５ｂ１，５ｂ２を図１５の左右方向の同じ位置ではなく、電動機１の回転方向に沿ってスキュー配置してもよい。以上の場合でも、３つの電動機構造において、上記の電気角のずれの関係が成立するように、第１〜第３電機子６ａ〜８ａへの供給電力を制御することによって、図１５に示す３つの電動機構造すなわち図１４に示す３つの電動機構造を備えた電動機１と同じ作用効果を得ることができる。
【０１２９】
また、第１実施形態は、第１〜第３電動機構造を図１５に示すように配置した例であるが、第１〜第３電動機構造をこれらと異なるように配置してもよい。例えば、ケース２を３つのケース部材に分割して、これらに第１〜第３ステータ６〜８をそれぞれ設け、第１ロータ３を３つの第１ロータ部材に分割して、これらに３つの永久磁石４ｂ，５ｂ１，５ｂ２をそれぞれ設け、第２ロータ１０を３つの第２ロータ部材に分割して、これらに３つの軟磁性体コア１１ｂ〜１３ｂをそれぞれ設ける。そして、３つのケース部材を互いに連結し、３つの第１ロータ部材を互いに連結し、３つの第２ロータ部材を互いに連結した場合、第１実施形態の電動機と同じ動作状態を確保しながら、第１〜第３電動機構造を、第２電動機構造⇒第３電動機構造⇒第１電動機構造の順に並べたり、第１電動機構造⇒第３電動機構造⇒第２電動機構造の順に並べたりすることが可能になり、これらを自由に配置することができる。
【０１３０】
さらに、第１実施形態は、第１ロータ３における１つの磁極を１つの永久磁石の磁極で構成した例であるが、１つの磁極を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をＶ字状に並べて１つの磁極を構成した場合、磁力線の指向性を高めることができる。
【０１３１】
また、第１実施形態は、第１〜第３ステータ６〜８の電機子６ａ〜８ａのコイルを集中巻とした例であるが、これらの電機子のコイルの巻き方として、分布巻などの他の巻き方を用いてもよい。
【０１３２】
一方、第１実施形態は、本発明の電動機を３組の電動機構造を備えるように構成した例であるが、本発明の電動機はこれに限らず、４組以上の電動機構造を備えるように構成してもよい。以下、ｍ（ｍは３以上の整数）組の電動機構造を備えた電動機（図示せず）における逆起電圧の算出式について説明する。
【０１３３】
この電動機では、その運転中、ｍ組の電動機構造において、電機子に発生する磁極と永久磁石の磁極との間の電気角の位相差が、電機子の配置方向に対して電気角２π／ｍずつずれた状態になるように設定されるとともに、電機子に発生する磁極と軟磁性体コアとの間の電気角の位相差が、電機子の配置方向に対して電気角π／ｍずつずれた状態になるように、電機子への供給電力が制御される。また、ｍ組の永久磁石列は、１つの第１ロータ上に設けられ、ｍ組の軟磁性体コア列は１つの第２ロータ上に設けられているものとする（いずれも図示せず）。さらに、以下の説明では、基準位置に対する第１および第２ロータの回転角に相当する電気角を、便宜上、第１および第２ロータ電気角θ１，θ２と表記する。
【０１３４】
この電動機の場合、ｍ組の電動機構造のうちのγ（１≦γ≦ｍ）番目の電動機構造のＵ相に表れる磁束Ψｕγの算出式は、下式（４７）に示すものになる。
【数１８】
0004701269.tif 000019
ここで、ψｆは、軟磁性体コアを介してＵ相のコイルを通過する永久磁石の磁束の最大値である。
【０１３５】
上式（４７）のγを値１から値ｍにそれぞれ置き換えると、下式（４８）〜（５０）が得られる。
【数１９】
0004701269.tif 000020
【０１３６】
次に、三角関数の積和公式ｃｏｓαｃｏｓβ＝（１／２）｛ｃｏｓ（α＋β）＋ｃｏｓ（α−β）｝を上式（４８）〜（５０）に適用すると、下式（５１）〜（５３）が得られる。
【数２０】
0004701269.tif 000021
【０１３７】
電動機のＵ相全体に表れる磁束Ψｕは、ｍ個のΨｕ１〜Ψｕｍの和となるので、下式（５４）が得られる。
【数２１】
0004701269.tif 000022
【０１３８】
ここで、上式（５４）の右辺の第２項における中括弧｛｝内の演算式に着目すると、この演算式は、下式（５５）のように書き換えることができる。
【数２２】
0004701269.tif 000023
【０１３９】
次に、級数の総和の公式およびオイラーの公式を用いて、上式（５５）の右辺の第１項を変形すると、下式（５６）が導出される。
【数２３】
0004701269.tif 000024
【０１４０】
さらに、級数の総和の公式およびオイラーの公式を用いて、上式（５５）の右辺の第２項を変形すると、下式（５７）が得られる。
【数２４】
0004701269.tif 000025
【０１４１】
以上の式（５６），（５７）より、下式（５８）が得られる。
【数２５】
0004701269.tif 000026
【０１４２】
したがって、上式（５８）を前述した式（５４）に適用すると、下式（５９）が最終的に導出される。
【数２６】
0004701269.tif 000027
【０１４３】
さらに、以上と同様の手法により、電動機のＶ，Ｗ相全体に表れる磁束Ψｖ，Ψｗの算出式を導出すると、下式（６０），（６１）が得られる。
【数２７】
0004701269.tif 000028
【０１４４】
そして、以上の式（５９）〜（６１）の左辺および右辺を時間微分すると、逆起電圧の算出式として、下式（６２）〜（６４）が得られる。
【数２８】
0004701269.tif 000029
【０１４５】
ここで、ｍ組の電動機構造を備えた電動機において、電動機全体の総磁束量をΨとすると、Ψｆ＝Ψ／ｍが成立するので、これを上記式（６２）〜（６４）に適用すると、下式（６５）〜（６７）が得られる。
【数２９】
0004701269.tif 000030
【０１４６】
これらの式（６５）〜（６７）は、前述した電動機１における逆起電圧の算出式（４４）〜（４６）と同じである（すなわち、前述した電動機２０の逆起電圧の算出式（２８）〜（３０）とも同じである）。したがって、ｍ組の電動機構造を有する電動機においても、ｍ個の回転磁界のベクトルの電気角θｚを、θｚ＝（２θ２−θ１）が成立するように制御することによって、前述した電動機１と同じように作動させることができ、同じ作用効果を得ることができる。特に、この場合には、ｍの値が大きいほど、トルクリップルおよびコギングトルクをより低減することができる。
【０１４７】
なお、以上のｍ組の電動機構造を備えた電動機において、ｍ組の永久磁石列をそれぞれｍ個の第１ロータ上に設け、ｍ組の軟磁性体コア列をそれぞれｍ個の第２ロータ上に設けるとともに、ｍ個の第１ロータを互いに連動するように機械的に連結し、ｍ個の第２ロータ互いに連動するように機械的に連結してもよい。
【０１４８】
一方、第１実施形態は、電動機１を制御するための制御手段としてＥＣＵ２を用いた例であるが、これに代えて他の電気回路などを用いてもよい。
【０１４９】
次に、図２０および図２１を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る磁気機械としての電動機１Ｂについて説明する。図２０は、電動機１Ｂの一部を破断した分解斜視図であり、図２１は、この電動機１Ｂを径方向の外側から中心に向かって透視したときの電動機構造の配置を模式的かつ平面的に示したものである。なお、以下の図２１の説明では、便宜上、図中の下向きの電気角を正値とし、上向きの電気角を負値として表記する。
【０１５０】
この電動機１Ｂは、回転電動機であり、径方向の内側から順に、第１ロータ４０、第２ロータ５０およびステータ６０を備えている。これらの第１ロータ４０、第２ロータ５０およびステータ６０は、いずれも円筒状のものであり、互いに同心に配置されているとともに、図示しないケース内に収容されている。なお、本実施形態では、第１ロータ４０が第２磁極部材に、第２ロータ５０が軟磁性体部材に、ステータ６０が第１磁極部材にそれぞれ相当する。
【０１５１】
第１ロータ４０は、ベース４１と、このベース４１の外周面に固定された２ｆ（ｆは自然数）個の永久磁石４２などを有している。このベース４１は、鋼板を積層したものでああり、図示しない軸受によって、電動機１Ｂの回転軸線回りに回動自在に支持されている。
【０１５２】
また、２ｆ個の永久磁石４２は、ベース４１の外周面の周方向に等間隔で並んでいるとともに、各永久磁石４２の両端部間が回転方向にずれた位置関係になるように、スキュー配置されている（図２１参照）。さらに、各永久磁石４２は、その表面が鋼板４３によってカバーされている。なお、本実施形態では、永久磁石４２の磁極が第２磁極に相当する。
【０１５３】
一方、第２ロータ５０は、その内周面が第１ロータ４０の外周面との間に所定の間隙を有するように構成され、図示しない軸受によって、電動機１Ｂの回転軸線回りに回動自在に支持されている。この第２ロータ５０は、永久磁石４２と同数（すなわち２ｆ個）の軟磁性体コア５１を、非磁性体（ステンレスや合成樹脂など）の保持部材５２によって一体に固定したものであり、これらの軟磁性体コア５１（軟磁性体）は、軸線方向に所定長さで延び、第２ロータ５０の周方向に互いに等間隔かつ平行に並んでいる。
【０１５４】
また、ステータ６０は、電力の供給に伴って、回転磁界を発生させるものであり、３ｆ個の電機子６１を有している。これらの電機子６１は、円筒状の基部から内側に突出した３ｆ個の鉄芯６２と、これらの鉄芯６２に巻回されたコイル６３などで構成されており、これらのコイル６３は、ｆ組の３相コイルを構成している。また、３ｆ個の鉄芯６２は、ステータ６０の内周面の周方向に互いに等間隔で並んでおり、各鉄芯６２の両端部間は、永久磁石４２の両端部間と逆方向にずれた位置関係になるように、スキュー配置されている。
【０１５５】
さらに、電機子６１は、図示しない可変電源に接続されており、この可変電源から電力が供給されたときに、永久磁石４２の磁極と同じ数（すなわち２ｆ個）の磁極が、鉄芯６２の先端部に発生するように構成されている。以下、鉄芯６２の先端部に発生する磁極を、「電機子磁極」という。この電機子磁極の発生に伴い、回転磁界がステータ６０に沿って回転するように発生するとともに、電機子磁極、軟磁性体コア５１および永久磁石４２の間に、磁気回路（図示せず）が形成される。なお、本実施形態では、電機子磁極が第１磁極に相当する。
【０１５６】
以上の構成の電動機１Ｂでは、電機子磁極の両端部間の電気角（すなわち鉄芯６２の両端部間の電気角）をθｓとし、永久磁石４２の両端部間の電気角をθａとし、軟磁性体コア５１の両端部間の電気角をθｂとした場合、θｓ＝２θｂ−θａが成立する。さらに、この電機子１Ｂでは、その運転時、ＥＣＵ（図示せず）によって、可変電源からステータ６０に供給される電力が、電機子磁極が図２１に示す状態で発生するように制御される。具体的には、２つの電気角θｓ，θａの一方が電気角θｂに対して電気角π分大きいとともに、２つの電気角θｓ，θａの他方が電気角θｂに対して電気角π分小さくなるように、ステータ６０への供給電力が制御される。すなわち、この電動機１Ｂでは、θｂ＝０、θａ＝πであるので、θｓ＝−πとなるように制御される。
【０１５７】
また、前述した図１９の電動機１Ａでは、３組の電動機構造における第１〜第３コア１１ｂ〜１３ｂが左右方向に延びる同一直線上に並ぶとともに、３つの永久磁石４ｂ，５ｂ１，５ｂ２の磁極と第１〜第３コア１１ｂ〜１３ｂとの間の電気角の位相差は、電気角π／３ずつ大きくなるように配置されており、それにより、同図の右端の電動機構造では、永久磁石５ｂ２の磁極とコア１３ｂとの間の電気角の位相差は２π／３となっている。したがって、前述したｍ組の電動機構造を備えた電動機を考えると、永久磁石の磁極と軟磁性体コアとの間の電気角の位相差において、位相差の最大値（以下「最大位相差」という）は（ｍ−１）π／ｍとなる。この最大位相差（ｍ−１）π／ｍは、ｍの値が大きいほど、値πに近づくことになるので、ｍ→∞とすると、最大位相差（ｍ−１）π／ｍ＝πと近似できることになる。
【０１５８】
このように最大位相差＝πが成立する電動機構造を仮想の電動機構造とした場合、例えば、この仮想の電動機構造を図１９の電動機１Ａに１つ加えると、図２２の電動機１Ａ’のようになる。この電動機１Ａ’において、４つの永久磁石の中心間を結んだ線分と、４つの軟磁性体コアの中心間を結んだ線分と、４つの電機子磁極の中心間を結んだ線分を作成した場合、これらの３つの線分を左右方向に位置合わせしたときの三者の位置関係は、図２１における永久磁石４２、軟磁性体コア５１および電機子磁極の位置関係と等しいものになる。
【０１５９】
すなわち、図２１に示す、電動機１Ｂにおける永久磁石４２、軟磁性体コア５１および電機子磁極の配置は、ｍ組の電動機構造を備えた電動機において、ｍ→∞とした構成と等価のものであるので、この電動機１Ｂも、ｍ組の電動機構造を備えた電動機と同じように動作することが判る。また、前述したように、３つの電気角θｓ，θａ，θｂは、θｓ＝２θｂ−θａが成立するように設定されており、この関係が成立するように、永久磁石４２、軟磁性体コア５１および電機子磁極を配置すれば、ｍ組の電動機構造を備えた電動機と同じ動作状態を確保できることになる。これに加えて、この電動機１Ｂによれば、前述したｍ組の電動機構造を備えた電動機において、ｍ→∞に設定したものに相当するので、電動機１，１Ａと比べて、トルクリップルおよびコギングトルクをより低減することができる。さらに、軸線方向における電動機構造間の磁気短絡の発生を回避できるので、電動機１Ｂの軸線方向のサイズを小型化することができる。
【０１６０】
なお、第２実施形態の電動機１Ｂは、電動機構造の配置を図２１に示すように設定した例であるが、本発明の磁気機械としての電動機における電動機構造の配置はこれに限らず、前述したθｓ＝（２θｂ−θａ）が成立するような配置であればよい。例えば、図２３に示す電動機１Ｃや、図２４に示す電動機１Ｄのような電動機構造の配置を用いてもよい。これらの場合にも、２つの電気角θｓ，θａの一方が電気角θｂに対して電気角π分大きいとともに、２つの電気角θｓ，θａの他方が電気角θｂに対して電気角π分小さくなるように、ステータへの供給電力を制御すればよい。なお、これらの図２３，２４では、便宜上、電動機１Ｂと同じ構成に関しては同じ符号を用いる。
【０１６１】
図２３に示す電動機１Ｃの場合、ステータ６０の３ｆ個の電機子が互いに平行にかつ軸線方向に延びるように配置されるので、電動機１Ｂと比べて、コイルの占積率を高めることができるとともに、コイルを鉄芯に巻き付ける作業が容易になるものの、永久磁石のねじれ度合が電動機１Ｂよりも大きくなることで、製作が難しく、その分、製造コストが増大する。
【０１６２】
一方、図２４に示す電動機１Ｄの場合、第１ロータ４０の２ｆ個の永久磁石が互いに平行にかつ軸線方向に延びるように配置されるので、電動機１Ｂと比べて、第１ロータ４０の製作が容易で、その分、製造コストを低減できるものの、鉄芯のねじれ度合が電動機１Ｂよりも大きくなることで、製作が難しく、その分、製造コストが増大する。
【０１６３】
また、以上の図２１，２３，２４に示す電動機構造は、永久磁石、電機子および軟磁性体コアのいずれか１つを軸線方向に延びるように配置した例であるが、永久磁石、電機子および軟磁性体コアの配置はこれに限らず、前述したθｓ＝（２θｂ−θａ）が成立するような関係であればよい。例えば、永久磁石、電機子および軟磁性体コアをすべてスキュー配置してもよく、電機子を軸線方向に延びるように配置するとともに、電機子に発生する磁極が回転方向に対して斜めの状態（すなわちスキュー状態）で発生するように構成してもよい。
【０１６４】
さらに、第２実施形態の電動機１Ｂは、第１ロータ４０、第２ロータ５０およびステータ６０を径方向の内側から順に配置した例であるが、これに代えて、第１ロータ４０、第２ロータ５０およびステータ６０を径方向の外側から順に配置してもよい。
【０１６５】
一方、第２実施形態は、電動機１Ｂを回転電動機として構成した例であるが、本発明の磁気機械としての電動機はこれに限らず、リニアモータなどの電動機として構成してもよい。例えば、本発明の電動機をリニアモータとして構成する場合には、永久磁石と、電機子と、軟磁性体コアとを、前述した図２１，２３，２４のように平面的に配置するとともに、θｓ＝２θｂ−θａが成立するように、電機子への供給電力を制御すればよい。
【０１６６】
さらに、以上の第１および第２実施形態は、本発明の磁気機械を電動機として構成した例であるが、本発明の磁気機械を、磁気を介して動力を伝達する磁気式動力伝達機構として構成してもよい。例えば、第１実施形態の電動機１における３つの電機子６ａ〜８ａの列を永久磁石の列に置き換えるとともに、これらの永久磁石の磁極を、移動磁界が発生しているときの３つの電機子６ａ〜８ａの磁極の位置関係になるように配置することによって、磁気式動力伝達機構を構成してもよい。すなわち、図１４または図１５の仮想磁石６ｘ〜８ｘを永久磁石に置き換えて配置することによって、磁気式動力伝達機構を構成してもよい。このように磁気式動力伝達機構を構成した場合、永久磁石はケースに設けられることになり、そのケースの回転は、３つの電機子６ａ〜８ａに発生する移動磁界の動きに相当するものとなるので、磁気式動力伝達機構によって、前述したような電動機１と同様の動作を実行することができる。すなわち、前述した図１１の速度線図と同じ動作を実行することができる。これに加えて、２つの永久磁石列および軟磁性体列を１組として、３組の磁気機械構造を備えることになるので、２組の磁気機械構造しか備えていない特許文献３の磁気式動力伝達機構と比べて、コギングトルクなどを低減することができる。
【０１６７】
さらに、前述したｍ組の電動機構造を備えた電動機においても、電機子を永久磁石に置き換えることによって、磁気式動力伝達機構を構成してもよい。すなわち、磁気式動力伝達機構をｍ組の磁気機械構造を備えるように構成してもよい。このように磁気式動力伝達機構を構成した場合でも、上記の磁気式動力伝達機構と同じ動作を実行することができるとともに、特許文献３の磁気式動力伝達機構と比べて、コギングトルクなどを低減することができる。特に、磁気機械構造の組数が多いほど、コギングトルクなどをより低減することができる。
【０１６８】
これに加えて、例えば、第２実施形態の電動機１Ｂにおける電機子６１の列を永久磁石の列に置き換えるとともに、これらの永久磁石の磁極を、移動磁界が発生しているときの電機子６０の磁極の位置関係になるように配置することによって、磁気式動力伝達機構を構成してもよい。このように磁気式動力伝達機構を構成した場合でも、上述した磁気式動力伝達機構と同じ動作を実行することができるとともに、特許文献３の磁気式動力伝達機構および上述した磁気式動力伝達機構と比べて、コギングトルクなどをさらに低減することができる。
【０１６９】
さらに、磁気式動力伝達機構をトルク伝達タイプのものではなく、推力伝達タイプのものとして構成してもよい。その場合には、例えば、図１４（または図１５）の仮想磁石６ｘ〜８ｘを永久磁石に置き換えるとともに、これと永久磁石４ｂ，５ｂ（または永久磁石４ｂ，５ｂ１，５ｂ２）とコア１１ｂ〜１３ｂとの位置関係を、図１４（または図１５）のように平面的に配置すればよい。または、図２１，２３，２４の電機子磁極を、永久磁石の磁極に置き換えるとともに、これと永久磁石４２と軟磁性体コア５１との位置関係を、図２１，２３，２４に示すように平面的に配置すればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１７０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る磁気機械としての電動機の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線の位置で周方向に沿って破断した断面の一部を示す展開図である。
【図３】動作説明用の電動機の概略構成を示す断面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線の位置で周方向に沿って破断した断面の一部を模式的に展開した図である。
【図５】図４の展開図の構成と機能的に等価の構成を示す図である。
【図６】図３の電動機において、第１軸を固定した場合の動作を説明するための図である。
【図７】図６の続きの動作を説明するための図である。
【図８】図３の電動機の動作中に構成される磁気回路を示す図である。
【図９】図３の電動機において、第２軸を固定した場合の動作を説明するための図である。
【図１０】図９の続きの動作を説明するための図である。
【図１１】磁界回転速度、第１軸回転速度および第２軸回転速度の関係を表す速度線図であって、（ａ）第１軸を固定した場合、（ｂ）第２軸を固定した場合、（ｃ）第１軸および第２軸が第１および第２回転磁界と同方向に回転している場合、（ｄ）第１および第２回転磁界に対して第１軸が逆方向に、第２軸が同方向に回転している場合のものをそれぞれ示す図である。
【図１２】図３の電動機の、第１永久磁石、第１コアおよびステータからなる電動機構造に相当する等価回路を示す図である。
【図１３】図３の電動機の、第２永久磁石、第２コアおよびステータからなる電動機構造に相当する等価回路を示す図である。
【図１４】第１実施形態に係る電動機の動作を説明するための模式図である。
【図１５】図１４の構成と等価な構成を示す図である。
【図１６】第１電動機構造に相当する等価回路を示す図である。
【図１７】第２電動機構造に相当する等価回路を示す図である。
【図１８】第３電動機構造に相当する等価回路を示す図である。
【図１９】電動機の第１〜第３電動機構造の配置の変形例を示す図である。
【図２０】第２実施形態に係る磁気機械としての電動機の一部を破断した分解斜視図である。
【図２１】第２実施形態の電動機における電動機構造の配置を模式的に示す図である。
【図２２】図１９の電動機において、仮想の電動機構造を１つ追加した場合の例を示す図である。
【図２３】第２実施形態の電動機における電動機構造の配置の変形例を模式的に示す図である。
【図２４】第２実施形態の電動機における電動機構造の配置の他の変形例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０１７１】
１  電動機（磁気機械）
１Ａ  電動機（磁気機械）
２  ケース（第１磁極部材）
３  第１ロータ（第２磁極部材）
４ｂ  第１永久磁石（第２磁極）
５ｂ  第２永久磁石（第２磁極）
６  第１ステータ（第１磁極部材）
６ａ  第１電機子（第１磁極、電機子）
７  第２ステータ（第１磁極部材）
７ａ  第２電機子（第１磁極、電機子）
８  第３ステータ（第１磁極部材）
８ａ  第３電機子（第１磁極、電機子）
１０  第２ロータ（軟磁性体部材）
１１ｂ  第１軟磁性体コア（軟磁性体）
１２ｂ  第２軟磁性体コア（軟磁性体）
１３ｂ  第３軟磁性体コア（軟磁性体）
１Ｂ  電動機（磁気機械）
１Ｃ  電動機（磁気機械）
１Ｄ  電動機（磁気機械）
４０  第１ロータ（第２磁極部材）
４２  永久磁石（第２磁極）
５０  第２ロータ（軟磁性体部材）
５１  軟磁性体コア（軟磁性体）
６０  ステータ（第１磁極部材）
６１  電機子（第１磁極）
θｓ  鉄芯の両端部間の電気角（第１磁極の両端部間の電気角）
θａ  永久磁石の両端部間の電気角（第２磁極の両端部間の電気角）
θｂ  軟磁性体コアの両端部間の電気角（軟磁性体の両端部間の電気角）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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