(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコイルが設けられたステータと、前記ステータに対向して配置されたロータと、を備えた回転電機であって、
前記ロータは、回転軸に固定された主ロータと、前記回転軸方向において前記主ロータに対向するように配置され、前記ステータコイルに電流を流すことで前記回転軸を回転中心として前記主ロータに対して相対的に回転させることで前記主ロータに対して同極と逆極との間の任意の位相差制御が可能な副ロータと、を備え、
前記回転軸が逆回転させないように、前記回転軸を回転中心として前記主ロータに対して前記副ロータが相対的に回転可能な状態と前記回転軸を回転中心として前記主ロータに共に前記副ロータが回転する状態とを切り替える回転拘束機構を備えることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機であって、
前記回転軸は、エンジンに結合されており、
前記回転拘束機構は、前記主ロータと前記副ロータが逆極から同極になる際に前記主ロータが前記副ロータに対して前記エンジンの正回転方向に回転することを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転電機であって、
電磁石と、
前記主ロータと共に回転する第１部材及び第２部材と、
前記副ロータと共に回転する第３部材と、
を備え、
前記第１部材と前記第２部材とは、前記回転軸方向に沿って相対的に位置を変更可能であり、前記第２部材と前記第３部材とは、前記回転軸方向に沿って相対的に位置を変更可能であり、
前記電磁石によって前記第２部材を前記回転軸方向に沿って移動させることによって、前記第１部材と前記第３部材とが前記回転軸を回転中心として相対的に回転可能な状態と、前記第１部材と前記第３部材とが前記回転軸を回転中心として一緒に回転する状態と、が切り替えられることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機であって、
前記第２部材は磁性材を含み、前記第２部材が前記電磁石に吸引されている状態では、前記第２部材は前記第３部材の前記第１部材に対する相対的な回転を阻害せず、前記第１部材と前記第３部材とが最大で電気角１８０°の回転が許容され、
前記第２部材が前記電磁石に吸引されていない状態では、前記第２部材は前記第３部材の前記第１部材に対する相対的な回転を阻害し、前記第１部材と前記第３部材とが一緒に回転する、ことを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項３に記載の回転電機であって、
前記第２部材は磁石を内蔵し、当該磁石と前記電磁石との作用によって、前記第２部材が前記第３部材の前記第１部材に対する相対的な回転を阻害せず、前記第１部材と前記第３部材とが最大で電気角１８０°の回転が許容される状態と、前記第２部材が前記第３部材の前記第１部材に対する相対的な回転を阻害し、前記第１部材と前記第３部材とが一緒に回転する状態と、を切り替えることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項３に記載の回転電機であって、
前記回転軸を回転中心として前記主ロータと前記副ロータとが相対的に一方向のみに回転することを許容する一方向移動許容手段を備え、
前記第２部材は磁性材を含み、前記第２部材が前記電磁石に吸引されている状態では、前記第２部材は前記第３部材の前記第１部材に対する相対的な回転を阻害せず、前記第１部材と前記第３部材とが相対的に回転し、
前記第２部材が前記電磁石に吸引されていない状態では、前記第２部材は前記第３部材の前記第１部材に対する相対的な回転を阻害し、前記第１部材と前記第３部材とが一緒に回転する、ことを特徴とする回転電機。
【請求項７】
請求項３に記載の回転電機であって、
前記回転軸を回転中心として前記主ロータと前記副ロータとが相対的に一方向のみに回転することを許容する一方向移動許容手段を備え、
前記第２部材は磁石を内蔵し、当該磁石と前記電磁石との作用によって、前記第２部材が前記第３部材の前記第１部材に対する相対的な回転を阻害せず、前記第１部材と前記第３部材と相対的な回転が許容される状態と、前記第２部材が前記第３部材の前記第１部材に対する相対的な回転を阻害し、前記第１部材と前記第３部材とが一緒に回転する状態と、を切り替えることを特徴とする回転電機。
【請求項８】
請求項３〜７のいずれか１項に記載の回転電機であって、
前記第２部材及び前記第３部材は、前記第２部材が前記第３部材の前記第１部材に対する相対的な回転を阻害した状態において互いに係合する爪部をそれぞれ有し、
前記爪部はテーパ形状を有することによって、前記第１部材と前記第３部材とが前記回転軸を回転中心として相対的に回転可能な状態と、前記第１部材と前記第３部材とが前記回転軸を回転中心として一緒に回転する状態と、を切り替える際に前記爪部の段差を吸収することを特徴とする回転電機。
【請求項９】
請求項３〜８のいずれか１項に記載の回転電機であって、
前記電磁石は、前記第２部材に対して前記回転軸の径方向に配置されていることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータの磁石磁束を可変にした機械式可変界磁式の回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
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側ロータ及び外側ロータ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（特許文献１）。また、回転軸方向において対向するように第１のロータと第２のロータとを備え、第１のロータと第２のロータとの回転位相を変更することによってトルクに寄与する磁石磁束を変更可能な電動機が開示されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−０７２９７８号公報
【特許文献２】特開２０１４−０２７７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内側ロータと外側ロータとによってロータを構成した場合、必要とされる磁石量が増大してしまうという問題がある。また、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し、ステータコアの渦電流損失が増大してしまうおそれがある。
【０００５】
また、第1のロータと第２のロータとを回転軸方向において対向させて配置した従来技術では、第１のロータと第２のロータとの間の相対的な回転の拘束は互いの磁束による磁力のみで行われる。したがって、磁束量が少ない場合、第１のロータと第２のロータは互いにどちらの方向にも回転できる。そのため、例えば、主軸がエンジンに繋がっている場合に停止状態で位相角を変更するとエンジンを逆回転させてしまうおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の1つの態様は、ステータコイルが設けられたステータと、前記ステータに対向して配置されたロータと、を備えた回転電機であって、前記ロータは、回転軸に固定された主ロータと、前記回転軸方向において前記主ロータに対向するように配置され、前記回転軸を回転中心として前記主ロータに対して相対的に回転させることで前記主ロータに対して同極又は逆極とすることが可能な副ロータと、を備え、前記回転軸が逆回転させないように、前記回転軸を回転中心として前記主ロータに対して前記副ロータが相対的に回転可能な状態と前記回転軸を回転中心として前記主ロータに共に前記副ロータが回転する状態とを切り替える回転拘束機構を備えることを特徴とする回転電機である。
【０００７】
ここで、前記回転軸は、エンジンに結合されており、前記回転拘束機構は、前記主ロータと前記副ロータが逆極から同極になる際に前記主ロータが前記副ロータに対して前記エンジンの正回転方向に回転することが好適である。
【０００８】
また、電磁石と、前記主ロータと共に回転する第１部材及び第２部材と、前記副ロータと共に回転する第３部材と、を備え、前記第１部材と前記第２部材とは、前記回転軸方向に沿って相対的に位置を変更可能であり、前記第２部材と前記第３部材とは、前記回転軸方向に沿って相対的に位置を変更可能であり、前記電磁石によって前記第２部材を前記回転軸方向に沿って移動させることによって、前記第１部材と前記第３部材とが前記回転軸を回転中心として相対的に回転可能な状態と、前記第１部材と前記第３部材とが前記回転軸を回転中心として一緒に回転する状態と、が切り替えられることが好適である。
【０００９】
また、前記第２部材は磁性材を含み、前記第２部材が前記電磁石に吸引されている状態では、前記第２部材は前記第３部材の前記第１部材に対する相対的な回転を阻害せず、前記第１部材と前記第３部材とが最大で電気角１８０°の回転が許容され、前記第２部材が前記電磁石に吸引されていない状態では、前記第２部材は前記第３部材の前記第１部材に対する相対的な回転を阻害し、前記第１部材と前記第３部材とが一緒に回転する、ことが好適である。
【００１０】
また、前記第２部材は磁石を内蔵し、当該磁石と前記電磁石との作用によって、前記第２部材が前記第３部材の前記第１部材に対する相対的な回転を阻害せず、前記第１部材と前記第３部材とが最大で電気角１８０°の回転が許容される状態と、前記第２部材が前記第３部材の前記第１部材に対する相対的な回転を阻害し、前記第１部材と前記第３部材とが一緒に回転する状態と、を切り替えることが好適である。
【００１１】
また、前記回転軸を回転中心として前記主ロータと前記副ロータとが相対的に一方向のみに回転することを許容する一方向移動許容手段を備え、前記第２部材は磁性材を含み、前記第２部材が前記電磁石に吸引されている状態では、前記第２部材は前記第３部材の前記第１部材に対する相対的な回転を阻害せず、前記第１部材と前記第３部材とが相対的に回転し、前記第２部材が前記電磁石に吸引されていない状態では、前記第２部材は前記第３部材の前記第１部材に対する相対的な回転を阻害し、前記第１部材と前記第３部材とが一緒に回転する、ことが好適である。
【００１２】
また、前記回転軸を回転中心として前記主ロータと前記副ロータとが相対的に一方向のみに回転することを許容する一方向移動許容手段を備え、前記第２部材は磁石を内蔵し、当該磁石と前記電磁石との作用によって、前記第２部材が前記第３部材の前記第１部材に対する相対的な回転を阻害せず、前記第１部材と前記第３部材と相対的な回転が許容される状態と、前記第２部材が前記第３部材の前記第１部材に対する相対的な回転を阻害し、前記第１部材と前記第３部材とが一緒に回転する状態と、を切り替えることが好適である。
【００１３】
また、前記第２部材及び前記第３部材は、前記第２部材が前記第３部材の前記第１部材に対する相対的な回転を阻害した状態において互いに係合する爪部をそれぞれ有し、前記爪部はテーパ形状を有することによって、前記第１部材と前記第３部材とが前記回転軸を回転中心として相対的に回転可能な状態と、前記第１部材と前記第３部材とが前記回転軸を回転中心として一緒に回転する状態と、を切り替える際に前記爪部の段差を吸収することが好適である。
【００１４】
また、前記電磁石は、前記第２部材に対して前記回転軸の径方向に配置されていることが好適である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、エンジン等の逆回転を防止した機械式可変界磁式の回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施の形態における回転電機の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における主ロータの磁石の配置を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における副ロータの磁石の配置を示す図である。
【図４】第１の実施の形態における第１部材の構成を示す正面図及び裏面図である。
【図５】第１の実施の形態における第１部材の構成を示す断面図である。
【図６】第１の実施の形態における第２部材の構成を示す正面図及び裏面図である。
【図７】第１の実施の形態における第２部材の構成を示す断面図である。
【図８】第１の実施の形態における第３部材の構成を示す正面図及び裏面図である。
【図９】第１の実施の形態における第３部材の構成を示す断面図である。
【図１０】第１の実施の形態における回転拘束機構の構成及び作用を説明する図である。
【図１１】第１の実施の形態における回転拘束機構の構成及び作用を説明する図である。
【図１２】第２の実施の形態における回転電機の構成を示す断面図である。
【図１３】第２の実施の形態における第１部材の構成を示す正面図及び裏面図である。
【図１４】第２の実施の形態における第１部材の構成を示す断面図である。
【図１５】第２の実施の形態における第２部材の構成を示す正面図及び裏面図である。
【図１６】第２の実施の形態における第２部材の構成を示す断面図である。
【図１７】第２の実施の形態における第３部材の構成を示す正面図及び裏面図である。
【図１８】第２の実施の形態における第３部材の構成を示す断面図である。
【図１９】第２の実施の形態における回転拘束機構の構成及び作用を説明する図である。
【図２０】第２の実施の形態における回転拘束機構の構成及び作用を説明する図である。
【図２１】変形例１における回転電機の構成を示す断面図である。
【図２２】変形例２における回転電機の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜第１の実施の形態＞
本発明の実施の形態における回転電機１００は、図１の断面図に示すように、ステータ１０２、ロータ１０４、ケース１０６及び回転拘束機構１０８を含んで構成される。回転電機１００は、例えば、インナーロータ型のブラシレスＤＣモータである。回転電機１００では、ステータ１０２内に円柱形状のロータ１０４が配置される。ロータ１０４は、その外周面がステータ１０２の内周面に対して所定の空隙を介して配置される。また、ステータ１０２の外周部が及びロータ１０４は、ケース１０６内に配置される。
【００１８】
ステータ１０２は、ステータコア１０及びコイル１２を含んで構成される。ステータコア１０は、円筒形状を有し、例えば、薄い中空円盤状の電磁鋼板を重ね合わせて構成される。ステータコア１０には、３相のコイル１２が巻回され、コイル１２に３相電流を流すことによってロータ１０４に対して回転磁界を与える。一方、ロータ１０４は、ロータコア２０（２０ａ，２０ｂ）及び永久磁石２２（２２ａ，２２ｂ）を含んで構成される。ロータコア２０は、円柱形状を有し、例えば、その一部を薄い円盤状の電磁鋼板を重ね合わせて構成される。ステータ１０２によって生じた回転磁界は、ロータコア２０に内蔵された永久磁石２２による磁界と作用してロータ１０４に回転トルクを発生させる。ロータ１０４の回転トルクは回転軸２４に伝達されて、回転軸２４が回転駆動される。回転軸２４は、例えば、エンジンや車輪等に機械的に結合され、エンジンと共に、又は独立して車輪に駆動力を与えるために用いられる。
【００１９】
ロータコア２０は、回転軸２４の延設方向に沿って対向するように互いに非接触に配置された主ロータ２０ａおよび副ロータ２０ｂとから構成される。主ロータ２０ａは回転軸２４に固定される。回転軸２４は、ケース１０６に対してベアリング３０を介して配置され、回転軸２４を回転中心としてケース１０６に対して回転可能とされる。副ロータ２０ｂは、回転軸２４に直接は固定されず、回転軸２４を回転中心として主ロータ２０ａに共に副ロータ２０ｂが回転する状態であり、回転拘束機構１０８を介して副ロータ２０ｂの回転トルクを回転軸２４に伝達するトルク伝達状態と、主ロータ２０ａに対して副ロータ２０ｂが相対的に回転可能な状態であり、回転拘束機構１０８を介して副ロータ２０ｂの回転トルクを回転軸２４に伝達しないトルク非伝達状態とを切り替えることが可能される。副ロータ２０ｂは、回転軸２４に対してベアリング３２を介して配置され、回転拘束機構１０８によってトルク非伝達状態にされているときは回転軸２４に対して独立して回転可能とされる。
【００２０】
主ロータ２０ａは、外周近傍の位置に形成された複数の磁石装着部に装着された永久磁石２２ａを備える。また、副ロータ２０ｂは、外周側に偏寄した位置に形成された複数の磁石装着部に装着された永久磁石２２ｂを備える。
【００２１】
主ロータ２０ａに設けられた永久磁石２２ａは、図２に示すように、主ロータ２０ａの周方向に沿って等間隔に配置される。本実施の形態では、１極が１対の２つの分割磁石に分割されてＶ字型に設けられており、主ロータ２０ａの周方向に沿って４５°（電気角１８０°）の角度毎に１極ずつ永久磁石２２ａが配置される。また、周方向で隣り合う極同士では、永久磁石２２ａの磁極の向きが逆向きになるように設定されている。すなわち、外周側がＮ極とされた１対の永久磁石２２ａが装着され、それに隣り合う極では外周側がＳ極とされた１対の永久磁石２２ａが装着される。
【００２２】
副ロータ２０ｂに設けられた永久磁石２２ｂは、図３に示すように、主ロータ２０ａと同様に、周方向に沿って等間隔に配置される。本実施の形態では、１極が１対の２つの分割磁石に分割されてＶ字型に設けられており、副ロータ２０ｂの周方向に沿って４５°（電気角１８０°）の角度毎に１極ずつ永久磁石２２ｂが配置される。また、周方向で隣り合う極同士では、永久磁石２２ｂの磁極の向きが逆向きになるように設定されている。すなわち、外周側がＮ極とされた１対の永久磁石２２ｂが装着され、それに隣り合う極では外周側がＳ極とされた１対の永久磁石２２ｂが装着される。
【００２３】
ここで、主ロータ２０ａにおける複数の永久磁石２２ａの径方向及び周方向での配置位置と、副ロータ２０ｂにおける複数の永久磁石２２ｂの径方向及び周方向での配置位置とは同一とすることが好適である。
【００２４】
本実施の形態では、回転拘束機構１０８を作動させ、主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとの相対的な回転位相をずらすことを可能とする。この状態において、ステータ１０２のコイル１２に電流を流すことによって、主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとを相対的に回転させる。これによって、主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとにおいて同極の永久磁石２２ａと永久磁石２２ｂとが回転軸２４方向に重なり合う状態（同極対向状態）と、主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとにおいて逆極の永久磁石２２ａと永久磁石２２ｂとが回転軸２４方向に重なり合う状態（逆極対向状態）と、を切り替えることができる。
【００２５】
回転拘束機構１０８は、第１部材４０、第２部材４２、第３部材４４及び電磁石４６を組み合わせて構成される。回転拘束機構１０８は、主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとの相対的な回転角を制限することによって、回転軸２４を不必要に逆回転させないようにトルク伝達状態とトルク非伝達状態とを切り替える機能を発揮するために設けられる。
【００２６】
第１部材４０は、図４の正面図及び裏面図並びに図５の断面図に示すように、ほぼ円盤形状の部材で構成される。なお、図５は、図４のラインＡ−Ａ及びラインＢ−Ｂに沿った断面図を示す。
【００２７】
第１部材４０は、中心部に回転軸２４に嵌め合わされる中心穴５０を有する。第１部材４０は、中心穴５０に回転軸２４が貫通するように通されて、回転軸２４と一体に回転するように回転軸２４に固定される。なお、第１部材４０を回転軸２４と一体に構成してもよい。
【００２８】
また、第１部材４０には、表面から裏面を貫くように孔５２ａ〜５２ｄが設けられる。孔５２ａ〜５２ｄは、後述する第２部材４２に軸６２ａ〜６２ｄが設けられる位置に対応して、軸６２ａ〜６２ｄがそれぞれ貫通できる大きさで設けられる。なお、本実施の形態では、４つの孔５２ａ〜５２ｄを設けた構成としたが、数はこれに限定されものではなく、第２部材４２が第１部材４０に対して回転軸２４の方向に相対的に移動する際に機械的に十分に支持できるものであればよい。
【００２９】
また、第１部材４０には、爪部５４ａ〜５４ｄが設けられる。爪部５４ａ〜５４ｄは、第１部材４０の裏面から突出した凸部である。爪部５４ａ及び爪部５４ｄは、孔５２ａと孔５２ｄとの間に６０°の間隔をもって配置される。爪部５４ｂ及び爪部５４ｃは、孔５２ｂと孔５２ｃとの間に６０°の間隔をもって配置される。なお、本実施の形態では、爪部５４ａ〜５４ｄは、それぞれ１５°の角度の幅をもつ凸部とされているがこれに限定されるものではなく、後述する第３部材４４が第１部材４０に対して適切な角度範囲で回転することを許容すると共に、適切な角度範囲を超えて回転することを防止できるものであればよい。
【００３０】
また、第１部材４０の裏面には、凹部５６が設けられる。本実施の形態では、凹部５６は、中心穴５０と同軸に、中心穴５０よりも大きな径で設けられる。凹部５６には、図１０の組立図に示すように、第１部材４０と第２部材４２との間に反発力を発生させるための弾性体４８が配置される。
【００３１】
第２部材４２は、図６の正面図及び裏面図並びに図７の断面図に示すように、ほぼ円盤形状の部材４２ａ，４２ｂを２つ重ね合わせて構成される。なお、図７は、図６のラインＣ−Ｃ及びラインＤ−Ｄに沿った断面図を示す。
【００３２】
部材４２ａ，４２ｂは、それぞれ円盤状の部材であり、その少なくとも一部が磁性材料によって構成される。部材４２ａ，４２ｂは、中心部に回転軸２４に嵌め合わされる中心穴６０ａ，６０ｂを有する。部材４２ａ，４２ｂは、部材４２ａの裏面と部材４２ｂの表面とを繋ぐ軸６２ａ〜６２ｄを備える。軸６２ａ〜６２ｄは、第１部材４０に設けられた孔５２ａ〜５２ｄにそれぞれ対応する位置に設けられる。図１０に示すように、軸６２ａ〜６４ｄを孔５２ａ〜５２ｄに通した状態とすることによって、第１部材４０と第２部材４２とは、第１部材４０と第２部材４２とが回転軸２４を中心として相対的に回転することなく一緒に回転し、第２部材４２が第１部材４０に対して回転軸２４の方向に沿って相対的に移動できるように組み合わされる。
【００３３】
また、第２部材４２の部材４２ｂの裏面には、爪部６４ａ，６４ｂが設けられる。爪部６４ａ，６４ｂは、部材４２ｂの裏面から突出した凸部である。爪部６４ａは、軸６２ａと軸６２ｄの間に配置される。爪部６４ｂは、軸６２ｂと軸６２ｃの間に配置される。なお、本実施の形態では、爪部６４ａと爪部６４ｂとは対称の位置、すなわち１８０°の角度で設けられる。また、爪部６４ａは、軸６２ａから１５°の角度の位置から３０°の幅の凸部とする。爪部６４ｂは、軸６２ｃから１５°の角度の位置から３０°の幅の凸部とする。ただし、これに限定されるものではなく、トルク非伝達状態において第３部材４４が第１部材４０に対して適切な角度で回転することを許容すると共に、トルク伝達状態において第３部材４４が第１部材４０に対して適切な角度で固定されるものであればよい。
【００３４】
また、部材４２ｂの表面には、凹部６６が設けられる。本実施の形態では、凹部６６は、中心穴６０と同軸に、中心穴６０よりも大きな径で設けられる。凹部６６には、第１部材４０と第２部材４２との間に反発力を発生させるための弾性体４８が配置される。
【００３５】
第３部材４４は、図８の正面図及び裏面図並びに図９の断面図に示すように、ほぼ円盤形状の部材で構成される。なお、図９は、図８のラインＥ−Ｅ及びラインＦ−Ｆに沿った断面図を示す。
【００３６】
第３部材４４は、中心部に回転軸２４に嵌め合わされる中心穴７０を有する。第３部材４４は、中心穴７０に回転軸２４が貫通するように通されるが、トルク非伝達状態では回転軸２４と一体に回転せず、トルク伝達状態では回転軸２４と一体に回転するように配置される。なお、第３部材４４は副ロータ２０ｂと一体に構成してもよい。
【００３７】
また、第３部材４４の表面には爪部７２ａ，７２ｂが設けられる。爪部７２ａ，７２ｂは、第３部材４４の表面から突出した凸部である。本実施の形態では、爪部７２ａと爪部７２ｂとは対称の位置、すなわち１８０°の角度で設けられる。また、爪部７２ａ，７２ｂは、１５°の幅の凸部とする。ただし、これに限定されるものではなく、トルク非伝達状態において第３部材４４が第１部材４０に対して適切な角度で回転することを許容すると共に、トルク伝達状態において第３部材４４が第１部材４０に対して適切な角度で固定されるものであればよい。
【００３８】
電磁石４６は、磁性材料の芯のまわりにコイルを巻回し、当該コイルに通電することによって磁力を発生させる。本実施の形態では、電磁石４６に通電すると、図１０（ａ）に示すように、電磁石４６からの磁力によって回転軸２４の軸方向に沿って第２部材４２が電磁石４６側に吸引されてトルク非伝達状態となる。また、電磁石４６への通電を止めると、図１０（ｂ）に示すように、電磁石４６からの磁力がなくなり、第１部材４０と第２部材４２との間に設けられた弾性体４８の弾性力によって回転軸２４の軸方向に沿って第２部材４２が電磁石４６の反対側に押されてトルク非伝達状態となる。
【００３９】
以下、図１１を参照して、本実施の形態における回転電機１００の作用を説明する。図１１は、第１部材４０、第２部材４２及び第３部材４４を組み合わせた状態において図４，図６，図８の周方向にラインＧ−Ｇに沿った断面図を示す。また、図１１には、主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとにそれぞれ設けられた永久磁石２２ａ，２２ｂの極の位相を併せて示す。永久磁石２２ａ，２２ｂの極は、ステータコア１０に対してＮ極が向いた極とＳ極が向いた極とを異なるハッチングで示している。
【００４０】
上記のように、第１部材４０と第２部材４２とは、孔５２ａ〜５２ｄに軸６２ａ〜６２ｄが通されることによって、互いに一体に回転すると共に、回転軸２４の軸方向に沿って相対的に移動可能に組み合わされる。また、第１部材４０は、主ロータ２０ａと共に回転する回転軸２４と共に第１部材４０と第２部材４２が回転するように回転軸２４に固定される。一方、第３部材４４は、爪部７２ａ，７２ｂが第２部材４２の爪部６４ａ，６４ｂと向き合うように配置される。第３部材４４は、副ロータ２０ｂと共に回転するように副ロータ２０ｂに固定される。また、第２部材４２が第１部材４０に対して回転軸２４の軸方向に沿って相対的に移動可能であるため、第２部材４２は第３部材４４に対しても回転軸２４の軸方向に沿って相対的に移動可能とされる。
【００４１】
初期状態において、図１１（ａ）に示すように、主ロータ２０ａの永久磁石２２ａと副ロータ２０ｂの永久磁石２２ｂとは互いに逆極となっている状態とする。すなわち、主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとにおいて逆極の永久磁石２２ａと永久磁石２２ｂとが回転軸２４方向に重なり合う状態となっている。
【００４２】
また、電磁石４６はオフ状態とされ、図１０（ｂ）に示したように弾性体４８の弾性力によって第２部材４２が第３部材４４に対して押し付けられている。このとき、第３部材４４の爪部７２ａが第１部材４０の爪部５４ｂと第２部材４２の爪部６４ｂとの間に位置する。そして、第２部材４２の爪部６４ｂが第３部材４４に対して押し付けられていることによって、第３部材４４の爪部７２ａが第１部材４０の爪部５４ｂと第２部材４２の爪部６４ｂとの間に挟まれて、第１部材４０と第３部材４４とが回転軸２４を回転中心として相対的に回転することなく一緒に回転するトルク伝達状態となる。第１部材４０は主ロータ２０ａに固定されており、第３部材４４は副ロータ２０ｂに固定されているので、トルク伝達状態では副ロータ２０ｂは主ロータ２０ａと一体となって回転する。したがって、副ロータ２０ｂによって生ずるトルクが主ロータ２０ａによって生ずるトルクと共に回転軸２４に伝達される。
【００４３】
次に、電磁石４６をオン状態とすることによって、図１０（ａ）に示したように磁性材を含んで構成される第２部材４２が電磁石４６側に吸引される。これによって、図１１（ｂ）に示すように、第２部材４２は、回転軸２４の方向に沿って第３部材４４から離れる方向に移動する。このとき、第３部材４４の爪部７２ａは第１部材４０の爪部５４ｂと第２部材４２の爪部６４ｂとの間に位置するが、第２部材４２の爪部６４ｂと第３部材４４の爪部７２ａとの係合状態が解放される。これによって、第３部材４４の第１部材４０に対する相対的な回転が第２部材４２によって阻害されなくなり、第１部材４０と第３部材４４とが回転軸２４を回転中心として相対的に回転可能なトルク非伝達状態となる。このとき、副ロータ２０ｂは、主ロータ２０ａ及び回転軸２４とは独立しており、副ロータ２０ｂによって生ずるトルクは回転軸２４に伝達されない。
【００４４】
トルク非伝達状態では、主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとの相対的な回転速度の差に応じて主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとが相対的に回転する。これに伴って、図１１（ｃ）に示すように、第３部材４４が第１部材４０及び第２部材４２に対して相対的に回転する。ただし、回転拘束機構１０８では、第１部材４０に爪部５４ｂ，５４ｃが設けられているので、図１１（ｄ）に示すように、第３部材４４の爪部７２ａが可動できる範囲は爪部５４ｂと爪部５４ｃとの間の範囲に限定される。
【００４５】
図１１（ｄ）の状態において、電磁石４６をオフ状態とすると、弾性体４８の弾性力によって第２部材４２が第３部材４４に対して押し付けられる。第３部材４４の爪部７２ａが第１部材４０の爪部５４ｃと第２部材４２の爪部６４ｂとの間に位置している状態で第３部材４４の爪部７２ａが第１部材４０の爪部５４ｃと第２部材４２の爪部６４ｂとの間に挟まれ、第１部材４０と第３部材４４とが回転軸２４を回転中心として相対的に回転することなく一緒に回転するトルク伝達状態となる。
【００４６】
このとき、図１１（ａ）の逆極状態に対して主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとは相対的に４５°（電気角１８０°）だけ回転した状態、すなわち主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとにおいて同極の永久磁石２２ａと永久磁石２２ｂとが回転軸２４方向に重なり合う同極状態となる。
【００４７】
以上のように、本実施の形態における回転電機１００では、電磁石４６によって第２部材４２を回転軸２４方向に沿って移動させることによって、第１部材４０と第３部材４４とが回転軸２４を回転中心として相対的に回転可能なトルク非伝達状態と、第１部材４０と第３部材４４とが回転軸２４を回転中心として一緒に回転するトルク伝達状態と、を切り替えることができる。そして、トルク非伝達状態において、第１部材４０及び第２部材４２と第３部材４４とを相対的に回転させることによって主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとの回転位相を変更することで、主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとを同極状態と逆極状態に切り替えることができる。
【００４８】
例えば、エンジン始動時や車輌走行開始時において、主ロータ２０ａを副ロータ２０ｂに対してエンジンの正回転方向に回転させることによって、主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂが逆極状態から同極状態とすることができる。
【００４９】
また、第１部材４０に設けられた爪部５４ａ〜５４ｄによって第３部材４４の爪部７２ａ，７２ｂの相対的な回転許容範囲が最大で電気角１８０°（本実施の形態では４５°）とされる。これによって主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとが相対的な回転できる角度が限定されるので、主ロータ２０ａがエンジンや車輪等に対して不必要に逆回転することを防ぐことができる。
【００５０】
なお、図４，６，８，１１に示すように、第２部材４２の爪部６４ａ，６４ｂ及び第３部材４４の爪部７２ａ，７２ｂの周方向の端部をテーパ形状とすることが好適である。これによって、トルク非伝達状態において第１部材４０及び第２部材４２と第３部材４４とを相対的に回転させる際に爪部６４ａ，６４ｂと爪部７２ａ，７２ｂの段差を吸収して相対的な回転をスムーズにすることができる。
【００５１】
また、第１部材４０の爪部５４ａ〜５４ｄ、第２部材４２の爪部６４ａ，６４ｂ及び第３部材４４の爪部７２ａ，７２ｂの当たり面に樹脂等を設けて、これらの部材同士が当った時に衝撃を緩和させるようにすることも好適である。これにより、第１部材４０、第２部材４２及び第３部材４４の破損を防ぎ、接触時の音の発生を抑制したり音を小さくしたりすることができる。
【００５２】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態における回転電機２００は、図１２に示すように、回転拘束機構１０８に代えて回転拘束機構１１０を備える。回転拘束機構１１０は、回転拘束機構１０８と同様に第１部材４１、第２部材４３、第３部材４５及びワンウェイクラッチ４９を含んで構成される。
【００５３】
第１の実施の形態の回転拘束機構１０８では、トルク非伝達状態において第１部材４０の爪部５４ａ〜５４ｄによって第３部材４４の爪部７２ａ，７２ｂの可動範囲を制限して主ロータ２０ａが不必要に逆回転することを防止した。一方、第２の実施の形態では、ワンウェイクラッチ４９によって主ロータ２０ａが逆回転することを防止する構成としている。
【００５４】
第１部材４１は、図１３の正面図及び裏面図並びに図１４の断面図に示すように、ほぼ円盤形状の部材で構成される。なお、図１４は、図１３のラインＡ−Ａ及びラインＢ−Ｂに沿った断面図を示す。
【００５５】
第１部材４１は、中心部に回転軸２４に嵌め合わされる中心穴５１を有する。第１部材４１は、中心穴５１に回転軸２４が貫通するように通されて、回転軸２４と一体に回転するように回転軸２４に固定される。なお、第１部材４１を回転軸２４と一体に構成してもよい。
【００５６】
また、第１部材４１には、表面から裏面を貫くように孔５３ａ〜５３ｄが設けられる。孔５３ａ〜５３ｄは、後述する第２部材４３に軸６３ａ〜６３ｄが設けられる位置に対応して、軸６３ａ〜６３ｄがそれぞれ貫通できる大きさで設けられる。なお、本実施の形態では、４つの孔５３ａ〜５３ｄを設けた構成としたが、数はこれに限定されものではなく、第２部材４３が第１部材４１に対して回転軸２４の方向に相対的に移動する際に機械的に十分に支持できるものであればよい。また、第１部材４１には、爪部５５が設けられる。爪部５５は、第１部材４１の裏面の外周端に沿って突出した凸部である。爪部５５は、第１部材４１の裏面において全周に亘って設けられる。
【００５７】
さらに、第１部材４１の裏面には、凹部５７が設けられる。本実施の形態では、凹部５７は、中心穴５１と同軸に、中心穴５１よりも大きな径で設けられる。凹部５７には、図１９の組立図に示すように、第１部材４１と第２部材４３との間に反発力を発生させるための弾性体４８が配置される。
【００５８】
第２部材４３は、図１５の正面図及び裏面図並びに図１６の断面図に示すように、ほぼ円盤形状の部材４３ａ，４３ｂを２つ重ね合わせて構成される。なお、図１６は、図１５のラインＣ−Ｃ及びラインＤ−Ｄに沿った断面図を示す。
【００５９】
部材４３ａ，４３ｂは、それぞれ円盤状の部材であり、その少なくとも一部が磁性材料によって構成される。部材４３ａ，４３ｂは、中心部に回転軸２４に嵌め合わされる中心穴６１ａ，６１ｂを有する。また、本実施の形態では、部材４３ａの径は第１部材４１の径と略同じされ、部材４３ｂの径は部材４３ａよりも爪部５５の幅だけ小さくされる。
【００６０】
部材４３ａ，４３ｂは、部材４３ａの裏面と部材４３ｂの表面とを繋ぐ軸６３ａ〜６３ｄを備える。軸６３ａ〜６３ｄは、第１部材４１に設けられた孔５３ａ〜５３ｄにそれぞれ対応する位置に設けられる。図１９に示すように、軸６３ａ〜６３ｄを孔５３ａ〜５３ｄに通した状態とすることによって、第１部材４１と第２部材４３とは、第１部材４１と第２部材４３とが回転軸２４を中心として相対的に回転することなく一緒に回転し、第２部材４３が第１部材４１に対して回転軸２４の方向に沿って相対的に移動できるように組み合わされる。
【００６１】
また、第２部材４３の部材４３ｂの裏面には、爪部６５ａ〜６５ｈが設けられる。爪部６５ａ〜６５ｈは、部材４３ｂの裏面から突出した凸部である。爪部６５ａ〜６５ｈは、それぞれ４５°（電気角１８０°）の間隔で配置される。ただし、これに限定されるものではなく、トルク非伝達状態において第３部材４５が第１部材４１に対して適切な角度で回転することを許容すると共に、トルク伝達状態において第３部材４５が第１部材４１に対して適切な角度で固定されるものであればよい。
【００６２】
また、部材４３ｂの表面には、凹部６７が設けられる。本実施の形態では、凹部６７は、中心穴６１と同軸に、中心穴６１よりも大きな径で設けられる。凹部６７には、第１部材４１と第２部材４３との間に反発力を発生させるための弾性体４８が配置される。
【００６３】
第３部材４５は、図１７の正面図及び裏面図並びに図１８の断面図に示すように、ほぼ円盤形状の部材で構成される。なお、図１８は、図１７のラインＥ−Ｅ及びラインＦ−Ｆに沿った断面図を示す。
【００６４】
第３部材４５は、中心部に回転軸２４に嵌め合わされる中心穴７１を有する。第３部材４５は、中心穴７１に回転軸２４が貫通するように通されるが、トルク非伝達状態では回転軸２４と一体に回転せず、トルク伝達状態では回転軸２４と一体に回転するように配置される。なお、第３部材４５は副ロータ２０ｂと一体に構成してもよい。
【００６５】
また、第３部材４５の表面には爪部７３ａ，７３ｂが設けられる。爪部７３ａ，７３ｂは、第３部材４５の表面から突出した凸部である。本実施の形態では、爪部７３ａと爪部７３ｂとは対称の位置、すなわち１８０°の角度で設けられる。ただし、これに限定されるものではなく、トルク非伝達状態において第３部材４５が第１部材４１に対して適切な角度で回転することを許容すると共に、トルク伝達状態において第３部材４５が第１部材４１に対して適切な角度で固定されるものであればよい。
【００６６】
本実施の形態では、電磁石４６に通電すると、図１９（ａ）に示すように、電磁石４６からの磁力によって回転軸２４の軸方向に沿って第２部材４３が電磁石４６側に吸引されてトルク非伝達状態となる。また、電磁石４６への通電を止めると、図１９（ｂ）に示すように、電磁石４６からの磁力がなくなり、第１部材４１と第２部材４３との間に設けられた弾性体４８の弾性力によって回転軸２４の軸方向に沿って第２部材４３が電磁石４６の反対側に押されてトルク非伝達状態となる。
【００６７】
以下、図２０を参照して、本実施の形態における回転電機２００の作用を説明する。図２０は、第１部材４１、第２部材４３及び第３部材４５を組み合わせた状態において図１３，図１５，図１７の周方向に沿ったラインＧ−Ｇに沿った断面図を示す。また、図２０には、主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとにそれぞれ設けられた永久磁石２２ａ，２２ｂの極の位相を併せて示す。
【００６８】
上記のように、第１部材４１と第２部材４３とは、孔５３ａ〜５３ｄに軸６３ａ〜６３ｄが通されることによって、互いに一体に回転すると共に、回転軸２４の軸方向に沿って相対的に移動可能に組み合わされる。また、第１部材４１は、主ロータ２０ａと共に回転する回転軸２４と共に第１部材４１と第２部材４３が回転するように回転軸２４に固定される。一方、第３部材４５は、爪部７３ａ，７３ｂが第２部材４３の爪部６５ａ〜６５ｈと向き合うように配置される。第３部材４５は、副ロータ２０ｂと共に回転するように副ロータ２０ｂに固定される。また、第２部材４３が第１部材４１に対して回転軸２４の軸方向に沿って相対的に移動可能であるため、第２部材４３は第３部材４５に対しても回転軸２４の軸方向に沿って相対的に移動可能とされる。
【００６９】
また、本実施の形態では、主ロータ２０ａは副ロータ２０ｂに対してワンウェイクラッチ４９によって一方向のみに回転可能とされる。すなわち、ワンウェイクラッチ４９は、一方向移動許容手段として機能し、回転軸２４を回転中心として主ロータ２０ａを副ロータ２０ｂに対して正方向には回転させ、逆方向には回転させないように作用する。ワンウェイクラッチ４９は、ラチェット等としてもよい。本実施の形態では、主ロータ２０ａ（第１部材４１及び第２部材４３）が副ロータ２０ｂ（第３部材４５）に対して図２０の日左から右にのみ回転できるものとして説明する。
【００７０】
初期状態において、図２０（ａ）に示すように、主ロータ２０ａの永久磁石２２ａと副ロータ２０ｂの永久磁石２２ｂとは互いに逆極となっている状態とする。すなわち、主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとにおいて逆極の永久磁石２２ａと永久磁石２２ｂとが回転軸２４方向に重なり合う状態となっている。
【００７１】
また、電磁石４６はオフ状態とされ、図１９（ｂ）に示したように弾性体４８の弾性力によって第２部材４３が第３部材４５に対して押し付けられている。このとき、第３部材４５の爪部７３ａは第２部材４３の爪部６５ｄと爪部６５ｅとの間に位置し、爪部７３ａが爪部６５ｅに当接した状態で維持される。これによって、第１部材４１と第３部材４５とが回転軸２４を回転中心として相対的に回転することなく一緒に回転するトルク伝達状態となる。第１部材４１は主ロータ２０ａに固定されており、第３部材４５は副ロータ２０ｂに固定されているので、トルク伝達状態では副ロータ２０ｂは主ロータ２０ａと一体となって回転する。すなわち、副ロータ２０ｂによって生ずるトルクが主ロータ２０ａによって生ずるトルクと共に回転軸２４に伝達される。
【００７２】
次に、電磁石４６をオン状態とすることによって、図１９（ａ）に示したように磁性材を含んで構成される第２部材４３が電磁石４６側に吸引される。これによって、図２０（ｂ）に示すように、第２部材４３は、回転軸２４の方向に沿って第３部材４５から離れる方向に移動する。このとき、第３部材４５の爪部７３ａは第２部材４３の爪部６５ｄと爪部６５ｅとの間に位置に位置するが、第２部材４３の爪部６５ｅと第３部材４５の爪部７３ａとの係合状態が解放される。これによって、第３部材４５の第１部材４１に対する相対的な回転が第２部材４３によって阻害されなくなり、第１部材４１と第３部材４５とが回転軸２４を回転中心として相対的に回転可能なトルク非伝達状態となる。
【００７３】
この状態においてステータ１０２のコイル１２に電流を流すことによって主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとに回転速度の差を生じさせ、これによって主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとが相対的に回転する。ただし、主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとの相対的な回転方向はワンウェイクラッチ４９によって制限されており、副ロータ２０ｂは主ロータ２０ａに対して図中の右から左にのみ回転する。これに伴って、図２０（ｃ）に示すように、第３部材４５が第１部材４１及び第２部材４３に対して相対的に回転する。ここで、第３部材４５の爪部７３ａが第２部材４３の爪部６５ｅを超えたタイミングで電磁石４６をオフ状態とすることによって、弾性体４８の弾性力によって第２部材４２が第３部材４４に対して押し付けられるが、第３部材４５は爪部７３ａが第２部材４３の爪部６５ｆに当接するまで回転する。
【００７４】
図２０（ｄ）の状態において、第３部材４５の爪部７３ａが第２部材４３の爪部６５ｆに当接した位置で止り、第１部材４１と第３部材４５とが回転軸２４を回転中心として相対的に回転することなく一緒に回転するトルク伝達状態となる。
【００７５】
このとき、図２０（ａ）の逆極状態に対して主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとは相対的に４５°（電気角１８０°）だけ回転した状態、すなわち主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとにおいて同極の永久磁石２２ａと永久磁石２２ｂとが回転軸２４方向に重なり合う同極状態となる。
【００７６】
以上のように、本実施の形態における回転電機２００では、電磁石４６によって第２部材４３を回転軸２４方向に沿って移動させることによって、第１部材４１と第３部材４５とが回転軸２４を回転中心として相対的に回転可能なトルク非伝達状態と、第１部材４１と第３部材４５とが回転軸２４を回転中心として一緒に回転するトルク伝達状態と、を切り替えることができる。そして、トルク非伝達状態において、第１部材４１及び第２部材４３と第３部材４５とを相対的に回転させることによって主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとの回転位相を変更することで、主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとを同極状態と逆極状態に切り替えることができる。
【００７７】
また、ワンウェイクラッチ４９を設けることによって、主ロータ２０ａと副ロータ２０ｂとが相対的な回転できる方向が制限されるので、主ロータ２０ａがエンジンや車輪等に対して逆回転することを防ぐことができる。
【００７８】
＜変形例１＞
上記第１の実施の形態では、電磁石４６による吸引力のみを利用したが、電磁石４６による反発力を利用するようにしてもよい。
【００７９】
例えば、図２１に示すように、第２部材４２の電磁石４６に対向する位置に磁石８０を設けることによって、電磁石４６と磁石８０との相互作用により第２部材４２に対して吸引力及び反発力を作用させることができる。
【００８０】
具体的には、第２部材４２が電磁石４６に対して吸引されている状態では、第２部材４２は第３部材４４の第１部材４０に対する相対的な回転を阻害せず、第１部材４０と第３部材４４とが最大で電気角１８０°の回転が許容されるトルク非伝達状態となる。一方、第２部材４２が電磁石４６に反発している状態では、第２部材４２は第３部材４４の第１部材４０に対する相対的な回転を阻害し、第１部材４０と第３部材４４とが一緒に回転するトルク伝達状態となる。
【００８１】
また、第２の実施の形態においても同様の構成とすることができる。また、電磁石４６によって第２部材４２が吸引されている状態においてトルク伝達状態となり、反発している状態においてトルク非伝達状態となるような構成としてもよい。なお、当該構成を採用した場合、弾性体４８は不要となる。
【００８２】
＜変形例２＞
また、図２２に示すように、第２部材４２に対して回転軸２４の径方向に電磁石４６を配置した構成としてもよい。また、第２の実施の形態及び上記変形例１においても同様の構成を採用することができる。
【００８３】
この場合、第１及び第２の実施の形態並びに変形例１と同様に、電磁石４６によって第２部材４２に対して磁力を作用させることができるが、回転電機の回転軸２４の方向に沿った装置のサイズを小さくすることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１０  ステータコア、１２  コイル、２０  ロータコア、２０ａ  主ロータ、２０ｂ  副ロータ、２２（２２ａ，２２ｂ）  永久磁石、２４  回転軸、３０  ベアリング、３２  ベアリング、４０  第１部材、４１  第１部材、４２（４２ａ，４２ｂ）  第２部材、４３（４３ａ，４３ｂ）  第２部材、４４  第３部材、４５  第３部材、４６  電磁石、４８  弾性体、４９  ワンウェイクラッチ、５０，５１  中心穴、５２ａ−５２ｄ，５３ａ−５３ｄ  孔、５４ａ−５４ｄ，５５  爪部、５６，５７  凹部、６０（６０ａ，６０ｂ），６１（６１ａ，６１ｂ）  中心穴、６２ａ−６２ｄ，６３ａ−６３ｄ  軸、６４ａ，６４ｂ，６５ａ−６５ｈ  爪部、６６，６７  凹部、７０，７１  中心穴、７２ａ，７２ｂ，７３ａ，７３ｂ  爪部、８０  磁石、１００，２００  回転電機、１０２  ステータ、１０４  ロータ、１０６  ケース、１０８，１１０  回転拘束機構。
【図１】
0006318097.tif 000002
【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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