(57)【要約】【課題】電動機が複雑化することを抑制しつつ、容易かつ適切に誘起電圧定数を可変とすることで、運転可能な回転数範囲およびトルク範囲を拡大し、運転効率を向上させると共に高効率での運転可能範囲を拡大する。【解決手段】外周側回転子１２を、回転軸Ｏと同軸の中心軸を有する略板状の底部３１ａと、底部３１ａの外周端において周方向に所定間隔をおいた位置から略軸方向に向かい伸びる複数の周壁片３１ｂ，…，３１ｂとを備える略有底筒型の外周側ロータ鉄心３１と、外周側ロータ鉄心３１の各周壁片３１ｂの外周面３１Ｂ上に配置された略長方形板状の外周側永久磁石１２ａと、各外周側永久磁石１２ａの外周面に当接する内周面を有する略円筒状の外周側保持部材３２と、外周側軸部材３３とを備えて構成した。【選択図】図１
2007244062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に沿って配置された内周側永久磁石を具備する内周側回転子および周方向に沿って配置された外周側永久磁石を具備する外周側回転子の互いの回転軸が同軸に配置され、少なくとも前記内周側回転子および前記外周側回転子の何れか一方を前記回転軸周りに回動させることによって前記内周側回転子と前記外周側回転子との間の相対的な位相を変更可能な回動手段を備える電動機であって、
前記外周側回転子は、前記回転軸と同軸の中心軸を有する底部と、該底部の外周端から前記回転軸に略平行な方向に向かい伸びる周壁部とを備える略有底筒型に形成され、
前記外周側永久磁石は前記周壁部に支持されていることを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記底部と一体に固定された出力軸部材を備え、
前記出力軸部材は、前記外周側回転子の駆動力を外部に出力する出力軸に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記外周側永久磁石は、前記周壁部の表面上に配置されていること特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機。
【請求項４】
前記周壁部の表面上に配置された前記外周側永久磁石を、前記周壁部の前記表面とによって径方向の両側から挟み込んで保持する略円環状の保持部材を備えることを特徴とする請求項３に記載の電動機。
【請求項５】
前記周壁部は、複数の各前記外周側永久磁石毎に対応する周壁片を備え、複数の前記周壁片は周方向に所定間隔を置いて配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つに記載の電動機。
【請求項６】
前記周壁片は、前記外周側永久磁石の周方向位置に対する位置決め部を備えることを特徴とする請求項５に記載の電動機。
【請求項７】
前記周壁部は、外力が作用していない状態で軸方向先端部が軸方向基端部よりも径方向内方にずれた位置に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の電動機。
【請求項８】
前記保持部材は、前記周壁部の軸方向基端部側から軸方向先端部側に向かい伸びることに伴い、径方向の厚さが増大傾向に変化するように形成されていることを特徴とする請求項４に記載の電動機。
【請求項９】
前記外周側永久磁石が内部に埋め込まれた環状の外周側鉄心を備え、前記周壁部は、該周壁部の外周部の外径に対して所定の締め代を備える内径を有する前記外周側鉄心の内周部に圧入されて、締まりばめされた状態で固定されていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば電動機の回転軸の周囲に同心円状に設けた第１および第２回転子を備え、電動機の回転速度に応じて、あるいは、固定子に発生する回転磁界の速度に応じて第１および第２回転子の周方向の相対位置つまり位相差を制御する電動機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この電動機では、例えば電動機の回転速度に応じて第１および第２回転子の位相差を制御する場合には、遠心力の作用により径方向に沿って変位する部材を介して第１および第２回転子の周方向の相対位置を変更するようになっている。また、例えば固定子に発生する回転磁界の速度に応じて第１および第２回転子の位相差を制御する場合には、各回転子が慣性により回転速度を維持する状態で固定子巻線に制御電流を通電して回転磁界速度を変更することによって、第１および第２回転子の周方向の相対位置を変更するようになっている。
【特許文献１】特開２００２−２０４５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記従来技術の一例に係る電動機において、例えば電動機の回転速度に応じて第１および第２回転子の位相差を制御する場合には、電動機の作動状態つまり回転速度に応じた遠心力が作用する状態でのみ第１および第２回転子の位相差を制御可能であり、電動機の停止状態を含む適宜のタイミングで位相差を制御することができないという問題が生じる。また、この電動機を駆動源として車両に搭載した場合等のように、この電動機に外部からの振動が作用し易い状態においては、遠心力の作用のみによって第１および第２回転子の位相差を適切に制御することが困難であるという問題が生じる。しかも、この場合には、モータに対する電源での電源電圧の変動に拘わらずに位相差が制御されることから、例えば電源電圧と電動機の逆起電圧との大小関係が逆転してしまうという不具合が生じる虞がある。
また、例えば固定子に発生する回転磁界の速度に応じて第１および第２回転子の位相差を制御する場合には、回転磁界速度が変更されることから、電動機の制御処理が複雑化してしまうという問題が生じる。
また、第１および第２回転子の位相差を制御して電動機の誘起電圧定数を変更する際には、第１回転子に具備される永久磁石と第２回転子に具備される永久磁石との間の相対的な距離に応じた誘起電圧定数の可変幅を増大させて、界磁制御の内容を多様化させることが望まれている。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電動機が複雑化することを抑制しつつ、容易かつ適切に誘起電圧定数を可変とすることで、運転可能な回転数範囲およびトルク範囲を拡大し、運転効率を向上させると共に高効率での運転可能範囲を拡大することが可能な電動機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の電動機は、周方向に沿って配置された内周側永久磁石（例えば、実施の形態での内周側永久磁石１１ａ）を具備する内周側回転子（例えば、実施の形態での内周側回転子１１）および周方向に沿って配置された外周側永久磁石（例えば、実施の形態での外周側永久磁石１２ａ）を具備する外周側回転子（例えば、実施の形態での外周側回転子１２）の互いの回転軸が同軸に配置され、少なくとも前記内周側回転子および前記外周側回転子の何れか一方を前記回転軸周りに回動させることによって前記内周側回転子と前記外周側回転子との間の相対的な位相を変更可能な回動手段（例えば、実施の形態での位相制御装置１５）を備える電動機であって、前記外周側回転子は、前記回転軸と同軸の中心軸を有する底部（例えば、実施の形態での底部３１ａ）と、該底部の外周端から前記回転軸に略平行な方向に向かい伸びる周壁部（例えば、実施の形態での周壁片３１ｂ，…，３１ｂ）とを備える略有底筒型に形成され、前記外周側永久磁石は前記周壁部に支持されていることを特徴としている。
【０００６】
上記構成の電動機によれば、外周側回転子は、例えば単一の部材に対する曲げ成形等によって、回転軸と同軸の中心軸を有する底部と、この底部の外周端から回転軸に略平行な方向に向かい伸びる周壁部とを備える略有底筒型に形成され、周壁部に外周側永久磁石が支持（例えば、周壁部の表面上に固定、あるいは、周壁部の内部に収容等）されることから、例えば底部と周壁部とが個別の独立した部材であって締結部材等により接続されて略有底筒型に形成される場合に比べて、所望の剛性を確保しつつ、底部および周壁部の厚さ、特に周壁部の径方向厚さが増大してしまうことを防止することができる。
これにより、周壁部に支持される外周側永久磁石と、内周側回転子の内周側永久磁石との間の距離が増大してしまうことを抑制し、誘起電圧定数の可変幅を増大させることができる。
【０００７】
そして、例えば外周側永久磁石の界磁磁束に対する内周側永久磁石の界磁磁束による界磁強め状態では、電動機のトルク定数（つまり、トルク／相電流）を相対的に高い値に設定することができ、電動機運転時の電流損失を低減すること無しに、または、固定子巻線への通電を制御するインバータの出力電流の最大値を変更すること無しに、電動機が出力する最大トルク値を増大させることができ、電動機の運転効率の最大値を増大させ、運転効率が所定効率以上となる高効率領域を拡大させることができる。
しかも、界磁強め状態と界磁弱め状態との間の状態変化を連続的に設定することができ、電動機の誘起電圧定数を適宜の値に連続的に変化させることができる。これにより、電動機の運転可能な回転数およびトルクの値を連続的に変更することができると共に、運転可能な回転数およびトルクの範囲を拡大させることができる。
【０００８】
さらに、請求項２に記載の発明の電動機は、前記底部と一体に固定された出力軸部材（例えば、実施の形態での外周側軸部材３３）を備え、前記出力軸部材は、前記外周側回転子の駆動力を外部に出力する出力軸に接続されていることを特徴としている。
上記構成の電動機によれば、出力軸部材を介して底部を出力軸に接続することにより、底部自体の厚さ寸法を増大させる必要無しに、外周側回転子の駆動力を適切に出力軸に伝達するために要する所望の剛性を確保することができる。
【０００９】
さらに、請求項３に記載の発明の電動機では、前記外周側永久磁石は、前記周壁部の表面（例えば、実施の形態での外周面３１Ｂ）上に配置されていること特徴としている。
上記構成の電動機によれば、外周側回転子の構成が複雑化することを防止しつつ、外周側永久磁石と内周側永久磁石との間の距離が増大してしまうことを抑制し、誘起電圧定数の可変幅を増大させることができる。
【００１０】
さらに、請求項４に記載の発明の電動機では、前記周壁部の表面上に配置された前記外周側永久磁石を、前記周壁部の前記表面とによって径方向の両側から挟み込んで保持する略円環状の保持部材（例えば、実施の形態での外周側保持部材３２）を備えることを特徴としている。
上記構成の電動機によれば、外周側回転子の構成が複雑化することを防止しつつ、外周側永久磁石を適切に保持することができる。
【００１１】
さらに、請求項５に記載の発明の電動機では、前記周壁部は、複数の各前記外周側永久磁石毎に対応する周壁片（例えば、実施の形態での周壁片３１ｂ）を備え、複数の前記周壁片は周方向に所定間隔を置いて配置されていることを特徴としている。
上記構成の電動機によれば、周方向に所定間隔を置いて配置された各周壁片毎に単一の外周側永久磁石が支持される。つまり、周方向で隣り合う周壁片間に、いわばスリットが設けられていることから、例えば単一の部材に対する曲げ成形によって容易に周壁部を形成することができる。
【００１２】
さらに、請求項６に記載の発明の電動機では、前記周壁片は、前記外周側永久磁石の周方向位置に対する位置決め部（例えば、実施の形態での位置決め突部３１ｃ）を備えることを特徴としている。
上記構成の電動機によれば、周壁片の所定位置に外周側永久磁石を容易に配置することができる。
【００１３】
さらに、請求項７に記載の発明の電動機では、前記周壁部は、外力が作用していない状態で軸方向先端部（例えば、実施の形態での軸方向先端部β）が軸方向基端部（例えば、実施の形態での軸方向基端部α）
上記構成の電動機によれば、外周側回転子の回転時に周壁部および外周側永久磁石に作用する遠心力に応じた保持部材の径方向の変位量および応力は、底部の外周端に近接していることで相対的に剛性が高い軸方向基端部から相対的に剛性が低い軸方向先端部に向かうことに伴い、増大傾向に変化する。
これに対して、周壁部は、軸方向基端部から軸方向先端部に向かい伸びることに伴い、径方向内方に向かい傾斜するように形成されることで、この周壁部が圧入される略円環状の保持部材の内周部が周壁部に対して有する圧入しろは、周壁部の軸方向基端部から軸方向先端部に向かうことに伴い、減少傾向に変化する。これにより、周壁部が圧入された際に保持部材に発生する応力は、例えば外力が作用していない状態（つまり、保持部材の内周部に圧入されていない状態）で周壁部が回転軸に平行となるように形成される場合に比べて、周壁部の軸方向基端部側ではより大きくなり、周壁部の軸方向先端部側ではより小さくなる。
【００１４】
つまり、周壁部の軸方向基端部から軸方向先端部に向かうことに伴い、遠心力に起因して増大傾向に変化する保持部材の応力の増大分を相殺するようにして、圧入に起因して減少傾向に変化する保持部材の応力の減少分を設定することができ、外周側回転子の回転時において保持部材に発生する応力の軸方向分布が均一状態となるように設定することができる。
これにより、特に外周側回転子の最大回転時に保持部材に発生する応力の軸方向分布が均一状態となるように設定することで、保持部材に対する許容応力の軸方向分布を均一状態に設定することができると共に、外周側回転子の最大回転時に周壁部に支持される外周側永久磁石が回転軸に平行となるように設定することができ、所望の回転性能を確保した外周側回転子を容易に作製することができる。
【００１５】
さらに、請求項８に記載の発明の電動機では、前記保持部材は、前記周壁部の軸方向基端部（例えば、実施の形態での軸方向基端部α）側から軸方向先端部（例えば、実施の形態での軸方向先端部β）側に向かい伸びることに伴い、径方向の厚さが増大傾向に変化するように形成されていることを特徴としている。
【００１６】
上記構成の電動機によれば、周壁部の剛性の軸方向分布が、底部の外周端に近接していることで相対的に剛性が高い軸方向基端部から相対的に剛性が低い軸方向先端部に向かうことに伴い、低下傾向に変化することに対して、略円環状の保持部材の径方向の厚さが増大傾向に変化、つまり保持部材の剛性の軸方向分布が増大傾向に変化するように設定することで、外周側回転子の回転時において保持部材に発生する応力の軸方向分布が均一状態となるように設定することができる。
これにより、特に外周側回転子の最大回転時に保持部材に発生する応力の軸方向分布が均一状態となるように設定することで、保持部材に対する許容応力の軸方向分布を均一状態に設定することができると共に、外周側回転子の最大回転時に周壁部に支持される外周側永久磁石が回転軸に平行となるように設定することができ、所望の回転性能を確保した外周側回転子を容易に作製することができる。
【００１７】
さらに、請求項９に記載の発明の電動機は、前記外周側永久磁石が内部に埋め込まれた環状の外周側鉄心（例えば、実施の形態での軸方向基端部α）を備え、前記周壁部は、該周壁部の外周部の外径に対して所定の締め代を備える内径を有する前記外周側鉄心の内周部に圧入されて、締まりばめされた状態で固定されていることを特徴としている。
【００１８】
上記構成の電動機によれば、周壁部は、外周側永久磁石が内部に埋め込まれた外周側鉄心の内周部に圧入されることから、外周側回転子の構成が複雑化することを防止しつつ、所望の剛性を確保した状態で、略有底筒型に形成された底部および周壁部と、外周側ロータ鉄心とを一体に固定することができる。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の発明の電動機によれば、例えば底部と周壁部とが個別の独立した部材であって締結部材等により接続されて略有底筒型に形成される場合に比べて、所望の剛性を確保しつつ、底部および周壁部の厚さ、特に周壁部の径方向厚さが増大してしまうことを防止することができる。これにより、周壁部に支持（例えば、周壁部の表面上に固定、あるいは、周壁部の内部に収容等）される外周側永久磁石と、内周側回転子の内周側永久磁石との間の距離が増大してしまうことを抑制し、誘起電圧定数の可変幅を増大させることができる。
【００２０】
さらに、請求項２に記載の発明の電動機によれば、出力軸部材を介して底部を出力軸に接続することにより、底部自体の厚さ寸法を増大させる必要無しに、外周側回転子の駆動力を適切に出力軸に伝達するために要する所望の剛性を確保することができる。
さらに、請求項３に記載の発明の電動機によれば、外周側回転子の構成が複雑化することを防止しつつ、外周側永久磁石と内周側永久磁石との間の距離が増大してしまうことを抑制し、誘起電圧定数の可変幅を増大させることができる。
【００２１】
さらに、請求項４に記載の発明の電動機によれば、外周側回転子の構成が複雑化することを防止しつつ、外周側永久磁石を適切に保持することができる。
さらに、請求項５に記載の発明の電動機によれば、周方向で隣り合う周壁片間に、いわばスリットが設けられていることから、例えば単一の部材に対する曲げ成形によって容易に周壁部を形成することができる。
【００２２】
さらに、請求項６に記載の発明の電動機によれば、周壁片の所定位置に外周側永久磁石を容易に配置することができる。
さらに、請求項７に記載の発明の電動機によれば、外周側回転子の最大回転時に保持部材に作用する応力の軸方向分布が均一状態となるようにして、周壁部を、外力が作用していない状態で軸方向先端部が軸方向基端部よりも径方向内方にずれた位置に配置されるように形成することで、外周側回転子の最大回転時での保持部材に対する許容応力の軸方向分布を均一状態に設定することができ、周壁部に支持される外周側永久磁石が回転軸に平行となるように設定することができ、所望の回転性能を確保した外周側回転子を容易に作製することができる。
【００２３】
さらに、請求項８に記載の発明の電動機によれば、外周側回転子の最大回転時に保持部材に作用する応力の軸方向分布が均一状態となるようにして、保持部材を、周壁部の軸方向基端部側から軸方向先端部側に向かい伸びることに伴い、径方向の厚さが増大傾向に変化するように形成することで、保持部材に対する許容応力の軸方向分布を均一状態に設定することができ、周壁部に支持される外周側永久磁石が回転軸に平行となるように設定することができ、所望の回転性能を確保した外周側回転子を容易に作製することができる。
さらに、請求項９に記載の発明の電動機によれば、外周側回転子の構成が複雑化することを防止しつつ、所望の剛性を確保した状態で、略有底筒型に形成された底部および周壁部と、外周側ロータ鉄心とを一体に固定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の電動機の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による電動機１０は、例えば図１〜図５に示すように、周方向に沿って配置された各永久磁石１１ａ，１２ａを具備する略円環状の各内周側回転子１１および外周側回転子１２と、内周側回転子１１および外周側回転子１２を回転させる回転磁界を発生する複数相の固定子巻線（図示略）を有する固定子（図示略）と、内周側回転子１１および外周側回転子１２に接続され、内周側回転子１１と外周側回転子１２との間の相対的な位相を制御する位相制御装置１５とを備えたブラシレスＤＣモータであって、例えばハイブリッド車両や電動車両等の車両に駆動源として搭載され、この電動機１０の出力軸はトランスミッション（図示略）の入力軸に接続され、電動機１０の駆動力がトランスミッションを介して車両の駆動輪（図示略）に伝達されるようになっている。
【００２５】
また、車両の減速時に駆動輪側から電動機１０に駆動力が伝達されると、電動機１０は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）として回収する。さらに、例えばハイブリッド車両においては、この電動機１０の出力軸が内燃機関（図示略）のクランクシャフトに連結されており、内燃機関の出力が電動機１０に伝達された場合にも電動機１０は発電機として機能して発電エネルギーを発生する。
【００２６】
内周側回転子１１は、例えば珪素鋼板等の電磁鋼板が積層されてなる略円筒状の内周側ロータ鉄心２１と、この内周側ロータ鉄心２１の外周部で周方向に所定間隔をおいて配置された複数の内周側永久磁石１１ａ，…，１１ａと、円環板状の内周側端面板２２，２２と、内周側軸部材２３とを備えて構成されている。
【００２７】
内周側ロータ鉄心２１の外周部には、複数の内周側磁石装着部２１ａ，…，２１ａが周方向に所定間隔をおいて設けられ、周方向で隣り合う内周側磁石装着部２１ａ，２１ａ間において内周側ロータ鉄心２１の外周面２１Ａ上には、電動機１０の回転軸Ｏに平行に伸びる凹溝２１ｂが形成されている。
内周側磁石装着部２１ａは、例えば回転軸Ｏに平行に貫通する内周側磁石装着孔２４を備え、この内周側磁石装着孔２４は回転軸Ｏに平行な方向（軸方向）に対する断面が、略周方向が長手方向かつ略径方向が短手方向の略長方形状に形成され、この内周側磁石装着孔２４には回転軸Ｏに平行に伸びる略長方形板状の内周側永久磁石１１ａが装着されている。
【００２８】
内周側磁石装着孔２４に装着される内周側永久磁石１１ａは、厚さ方向（つまり内周側回転子１１の径方向）に磁化され、周方向で隣り合う各内周側磁石装着孔２４，２４に装着される内周側永久磁石１１ａ，１１ａは互いに磁化方向が異方向となるように設定されている。すなわち外周側がＮ極とされた内周側永久磁石１１ａが装着された内周側磁石装着部２１ａには、外周側がＳ極とされた内周側永久磁石１１ａが装着された内周側磁石装着部２１ａが、凹溝２１ｂを介して周方向で隣接するようになっている。
【００２９】
円環板状の内周側端面板２２は、例えば内周側ロータ鉄心２１の外径よりも僅かに小さく、かつ、内周側ロータ鉄心２１の内周側磁石装着孔２４の内周面よりも大きな径の外径と、内周側ロータ鉄心２１の内周側磁石装着孔２４の内周面よりも小さく、かつ、内周側ロータ鉄心２１の内径よりも僅かに大きな径の内径を有し、内周側ロータ鉄心２１の内周側磁石装着孔２４に装着された内周側永久磁石１１ａの軸方向端部に当接する。つまり、内周側磁石装着孔２４に装着された内周側永久磁石１１ａを軸方向の両側から挟み込むように配置される２つの内周側端面板２２，２２によって、内周側永久磁石１１ａが軸方向に沿って変位することが規制されている。
【００３０】
内周側軸部材２３は、例えば内周側ロータ鉄心２１の内周部の内径よりも僅かに大きな外径を有する略有底筒型に形成され、内周側ロータ鉄心２１の内周部に圧入されて、締まりばめされた状態で固定されている。この内周側軸部材２３は、軸方向に沿って底部を貫通する複数の内周側締結孔２３ａ，…，２３ａに、例えばリベットやボルト等の内周側締結部材２５が挿入されて位相制御装置１５に締結されることで、位相制御装置１５に接続されている。
【００３１】
外周側回転子１２は、回転軸Ｏと同軸の中心軸を有する略板状の底部３１ａと、この底部３１ａの外周端において周方向に所定間隔をおいた位置から略軸方向に向かい伸びる複数の周壁片３１ｂ，…，３１ｂとを備える略有底筒型の外周側ロータ鉄心３１と、この外周側ロータ鉄心３１の各周壁片３１ｂの外周面３１Ｂ上に配置された略長方形板状の外周側永久磁石１２ａと、各外周側永久磁石１２ａの外周面に当接する内周面を有する略円筒状の外周側保持部材３２と、外周側軸部材３３とを備えて構成されている。
【００３２】
外周側ロータ鉄心３１は、例えば単一の部材に対する曲げ成形によって略有底筒型に形成されている。
また、各周壁片３１ｂの周方向両端部には、周壁片３１ｂの外周面３１Ｂ上から径方向外方に向かい突出する位置決め突部３１ｃ，３１ｃが設けられている。そして、周壁片３１ｂの外周面３１Ｂ上に配置された外周側永久磁石１２ａは、周壁片３１ｂの２つの位置決め突部３１ｃ，３１ｃによって周方向の両側から挟み込まれるようにして位置決めされ、周方向に沿った変位が規制されている。
【００３３】
各周壁片３１ｂに支持される外周側永久磁石１２ａは、厚さ方向（つまり外周側回転子１２の径方向）に磁化され、周方向で隣り合う各周壁片３１ｂ，３１ｂに支持される外周側永久磁石１２ａ，１２ａは互いに磁化方向が異方向となるように設定されている。すなわち外周側がＮ極とされた外周側永久磁石１２ａを支持する周壁片３１ｂには、外周側がＳ極とされた外周側永久磁石１２ａを支持する周壁片３１ｂが、所定周方向幅のスリット３１ｄを介して周方向で隣接するようになっている。
【００３４】
そして、各周壁片３１ｂによって外周側永久磁石１２ａを支持する外周側ロータ鉄心３１は、各外周側永久磁石１２ａの外周面によって設定される外径に対して所定の締め代を備える内径の内周面を有する外周側保持部材３２の内周部に圧入されて、締まりばめされた状態で固定されている。これにより、各外周側永久磁石１２ａは、外周側保持部材３２の内周面と、各周壁片３１ｂの外周面３１Ｂとによって、径方向の両側から挟み込まれるようにして固定されている。
なお、外周側保持部材３２は、例えば軸方向での適宜の位置の径方向厚さが所定の均一の厚さとなる略円筒状に形成されている。
【００３５】
この外周側ロータ鉄心３１は、例えば図６に示す実施例のように、外周側保持部材３２の内周部に圧入されるよりも前の状態（圧入前）、つまり自然状態において、外周側保持部材３２の内径が軸方向に沿って均一となるように形成されていることに対して、各周壁片３１ｂが軸方向基端部αから軸方向先端部βに向かい伸びることに伴い、各周壁片３１ｂが径方向内方に向かい傾斜するように形成され、各周壁片３１ｂの軸方向先端部βが軸方向基端部αよりも径方向内方にずれた位置に配置されている。
【００３６】
つまり、圧入前において、外周側ロータ鉄心３１の各周壁片３１ｂの外周面によって設定される外径は、各周壁片３１ｂの軸方向基端部αから軸方向先端部βに向かうことに伴い、減少傾向に変化するテーパ状に設定されている。
これにより、外周側ロータ鉄心３１の各周壁片３１ｂによって支持された外周側永久磁石１２ａの外周面によって設定される外径に対して、外周側保持部材３２の内周部の内径が有する締め代は、各周壁片３１ｂの軸方向基端部αから軸方向先端部βに向かうことに伴い、減少傾向に変化するようになっている。
【００３７】
そして、この外周側ロータ鉄心３１が外周側保持部材３２の内周部に圧入された後の状態（圧入後）では、例えば図６に示す比較例のように各周壁片３１ｂが軸方向に対して平行となるように設定されている場合に比べて、圧入に起因して外周側保持部材３２に発生する応力は、各周壁片３１ｂの軸方向基端部αではより大きくなり、各周壁片３１ｂの軸方向先端部βではより小さくなる。
【００３８】
そして、外周側回転子１２の回転時においては、各周壁片３１ｂに作用する遠心力に応じた外周側保持部材３２の径方向の変位量および応力は、外周側ロータ鉄心３１の底部３１ａの外周端に近接していることで相対的に剛性が高い各周壁片３１ｂの軸方向基端部αから相対的に剛性が低い各周壁片３１ｂの軸方向先端部βに向かうことに伴い、増大傾向に変化する。
【００３９】
このとき、外周側回転子１２の最大回転時に対して、例えば図６に示す比較例のように各周壁片３１ｂが軸方向に対して平行となるように設定されていることで、この遠心力に応じた応力と圧入に応じた応力とが加算されて得られる外周側保持部材３２の応力の軸方向に沿った分布が不均一となる場合であっても、実施例のように、各周壁片３１ｂの軸方向基端部αから軸方向先端部βに向かうことに伴い、遠心力に起因して増大傾向に変化する外周側保持部材３２の応力の増大分を相殺するようにして、圧入に起因して減少傾向に変化する外周側保持部材３２の応力の減少分を設定することができ、外周側回転子１２の回転時、特に最大回転時において外周側保持部材３２に発生する応力の軸方向分布が均一状態となるように設定することができる。
これにより、外周側回転子１２の最大回転時において、外周側保持部材３２および各周壁片３１ｂおよび外周側永久磁石１２ａが軸方向に平行となるように設定することができ、外周側回転子１２の最大回転時での外周側保持部材３２に対する許容応力の軸方向分布を均一状態に設定することができる。
【００４０】
なお、例えば図７に示すように、各周壁片３１ｂに作用する遠心力は、回転数ωと、質量ｍと、半径ｒとに応じて変化することから、例えば図６に示す比較例のように各周壁片３１ｂが軸方向に対して平行となるように設定されている場合においては、例えば図８に示すように、各周壁片３１ｂおよび外周側永久磁石１２ａに作用する遠心力の軸方向分布は均一状態となる。ただし、各周壁片３１ｂの軸方向基端部αから軸方向先端部βに向かうことに伴い、剛性が低下傾向に変化することから、遠心力に起因する外周側保持部材３２の径方向の変位量および応力の軸方向分布は、各周壁片３１ｂの軸方向基端部αから軸方向先端部βに向かうことに伴い、増大傾向に変化し、不均一状態となる。
【００４１】
外周側軸部材３３は、例えば外周側ロータ鉄心３１の底部３１ａと一体に固定される略円環板状に形成され、外周側回転子１２の駆動力を外部に出力する出力軸（図示略）に接続されている。また、この外周側軸部材３３は、例えば略有底筒型の外周側ロータ鉄心３１の内部に配置され、軸方向に沿って外周側軸部材３３を貫通する複数の外周側締結孔３３ａ，…，３３ａと、各外周側締結孔３３ａ，…，３３ａに臨んで連通するようにして外周側ロータ鉄心３１の底部３１ａを貫通する複数の外周側貫通孔３１ｅ，…，３１ｅとに、例えばリベットやボルト等の外周側締結部材３４が締結されることで、位相制御装置１５に接続されている。
【００４２】
そして、内周側回転子１１は、例えば略有底筒型の外周側ロータ鉄心３１の内部に配置され、内周側回転子１１と外周側回転子１２とは、互いの回転軸が電動機１０の回転軸Ｏと同軸となるように配置されている。そして、内周側回転子１１の各内周側磁石装着孔２４，…，２４と、外周側回転子１２の各周壁片３１ｂ，…，３１ｂとは、各回転子１１，１２の径方向で互いに対向配置可能となるように形成されている。
これにより、内周側回転子１１と外周側回転子１２との回転軸Ｏ周りの相対位置に応じて、電動機１０の状態を、内周側回転子１１の内周側永久磁石１１ａと外周側回転子１２の外周側永久磁石１２ａとの同極の磁極同士が対向配置（つまり、内周側永久磁石１１ａと外周側永久磁石１２ａとが対極配置）される弱め界磁状態から、内周側回転子１１の内周側永久磁石１１ａと外周側回転子１２の外周側永久磁石１２ａとの異極の磁極同士が対向配置（つまり、内周側永久磁石１１ａと外周側永久磁石１２ａとが同極配置）される強め界磁状態に亘る適宜の状態に設定可能とされている。
特に、弱め界磁状態および強め界磁状態においては、軸方向に対する断面において、内周側永久磁石１１ａの長辺と外周側永久磁石１２ａの長辺とが対向するように設定されている。
【００４３】
位相制御装置１５は、例えば略有底筒型の内周側軸部材２３の内部に配置され、電動あるいは油圧駆動等によって、少なくとも内周側回転子１１および外周側回転子１２の何れか一方を回転軸Ｏ周りに回動させることによって内周側回転子１１と外周側回転子１２との間の相対的な位相を変更するアクチュエータを備えている。
【００４４】
また、固定子（図示略）は、例えば外周側回転子１２の外周部に対向配置される略円筒型に形成され、例えば車両のトランスミッションのハウジング（図示略）等に固定されている。
【００４５】
上述したように、本実施の形態による電動機１０によれば、外周側回転子１２は、例えば単一の部材に対する曲げ成形等によって、回転軸Ｏと同軸の中心軸を有する底部３１ａと、この底部３１ａの外周端から回転軸Ｏに略平行な方向に向かい伸びる複数の周壁片３１ｂ，…，３１ｂとを備える略有底筒型に形成され、各周壁片３１ｂに外周側永久磁石１２ａが支持されることから、例えば底部３１ａと各周壁片３１ｂとが個別の独立した部材であって締結部材等により接続されて略有底筒型に形成される場合に比べて、所望の剛性を確保しつつ、底部３１ａおよび周壁片３１ｂの厚さ、特に周壁片３１ｂの径方向厚さが増大してしまうことを容易に防止することができる。
しかも、外周側ロータ鉄心３１は外周側軸部材３３を介して底部３１ａが出力軸Ｏに接続されることから、底部３１ａ自体の厚さを増大させる必要無しに、外周側回転子１２の駆動力を適切に出力軸Ｏに伝達するために要する所望の剛性を確保することができる。
これにより、周壁片３１ｂに支持される外周側永久磁石１２ａと、内周側回転子１１の内周側永久磁石１１ａとの間の距離が増大してしまうことを抑制し、誘起電圧定数の可変幅を増大させることができる。
【００４６】
また、外周側回転子１２において、周方向で隣り合う各周壁片３１ｂ，３１ｂ間に所定周方向幅のスリット３１ｄを設けたことにより、互いに対向配置の関係に無い内周側回転子１１の内周側永久磁石１１ａと外周側回転子１２の外周側永久磁石１２ａとの磁極同士間で磁路短絡が発生することを抑制することができる。
【００４７】
さらに、内周側ロータ鉄心２１において周方向で隣り合う内周側永久磁石１１ａ，１１ａ間に透磁率が相対的に小さな凹溝２１ｂを備えることにより、互いに対向配置の関係に無い内周側永久磁石１１ａと外周側永久磁石１２ａとの磁極同士間（例えば、凹溝２１ｂを跨ぐようにして配置される内周側永久磁石１１ａと外周側永久磁石１２ａとの磁極同士間等）で磁路短絡が発生することを抑制することができる。
【００４８】
また、外周側回転子１２の最大回転時に外周側保持部材３２に作用する応力の軸方向分布が均一状態となるようにして、各周壁片３１ｂを、外力が作用していない状態で軸方向先端部βが軸方向基端部αよりも径方向内方にずれた位置に配置されるように形成することで、外周側回転子１２の最大回転時での外周側保持部材３２に対する許容応力の軸方向分布を均一状態に設定することができ、各周壁片３１ｂに支持される外周側永久磁石１２ａが回転軸Ｏに平行となるように設定することができ、所望の回転性能を確保した外周側回転子１２を容易に作製することができる。
【００４９】
そして、内周側回転子１１および外周側回転子１２には周方向に沿って略長方形板状の各永久磁石１１ａ，１２ａが配置され、各永久磁石１１ａ，１２ａは、回転軸Ｏに平行な方向に対する断面において各回転子１１，１２の径方向に沿って互いに対向配置可能となるように設定されていることにより、各永久磁石１１ａ，１２ａの磁束が周辺の磁気回路（例えば、各ロータ鉄心２１，３１等）に放射されてしまうことを抑制することができる。これにより、鉄損の発生を抑制し、例えば外周側回転子１２の外周側永久磁石１２ａによる界磁磁束が固定子の固定子巻線を鎖交する鎖交磁束量を、内周側回転子１１の内周側永久磁石１１ａによる界磁磁束によって効率よく増大あるいは低減させることができる。そして、界磁強め状態では、電動機１０のトルク定数（つまり、トルク／相電流）を相対的に高い値に設定することができ、電動機１０の運転時の電流損失を低減すること無しに、または、固定子巻線への通電を制御するインバータ（図示略）の出力電流の最大値を変更すること無しに、電動機１０が出力する最大トルク値を増大させることができる。
【００５０】
しかも、固定子巻線１３ａを鎖交する界磁磁束の大きさを連続的に変化させることができ、電動機１０の誘起電圧定数を適宜の値に連続的に変化させることができる。これにより、電動機１０の運転可能な回転数およびトルクの値を連続的に変更することができると共に、運転可能な回転数およびトルクの範囲を拡大させることができる。さらに、電動機１０の運転効率の最大値を増大させ、運転効率が所定効率以上となる高効率領域を拡大させることができる。
【００５１】
なお、上述した実施の形態において、外周側永久磁石１２ａは周壁片３１ｂの外周面３１Ｂ上に配置されるとしたが、これに限定されず、例えば周壁片３１ｂの内部で軸方向に伸びる磁石装着孔に装着されてもよい。
【００５２】
また、上述した実施の形態において、略円筒状の外周側保持部材３２は、径方向の厚さの軸方向分布が均一状態となるように形成されるとしたが、これに限定されず、例えば軸方向に沿って、各周壁片３１ｂの軸方向基端部α側から軸方向先端部β側に向かい伸びることに伴い、径方向の厚さが増大傾向に変化するように、つまり剛性が増大傾向に変化するように形成されてもよい。
この変形例においては、例えば図９に示す実施例のように、外周側保持部材３２の内周部に圧入されるよりも前の状態（圧入前）つまり自然状態において、各周壁片３１ｂが軸方向に平行となるように形成されている。
【００５３】
そして、外周側ロータ鉄心３１が外周側保持部材３２の内周部に圧入された後の状態（圧入後）では、例えば図６に示す比較例のように外周側保持部材３２の径方向の厚さが軸方向に平行な方向に沿った適宜の位置で所定の均一の厚さとなるように形成された場合に比べて、圧入に起因して外周側保持部材３２に発生する応力は、各周壁片３１ｂの軸方向基端部αではより大きくなり、各周壁片３１ｂの軸方向先端部βではより小さくなる。
【００５４】
そして、外周側回転子１２の回転時においては、各周壁片３１ｂに作用する遠心力に応じた外周側保持部材３２の径方向の変位量および応力は、外周側ロータ鉄心３１の底部３１ａの外周端に近接していることで相対的に剛性が高い各周壁片３１ｂの軸方向基端部αから相対的に剛性が低い各周壁片３１ｂの軸方向先端部βに向かうことに伴い、増大傾向に変化する。
このとき、外周側回転子１２の最大回転時に対して、例えば図９に示す比較例のように外周側保持部材３２の径方向の厚さが軸方向に沿った適宜の位置で所定の均一の厚さとなるように設定されていることで、この遠心力に応じた応力と圧入に応じた応力とが加算されて得られる外周側保持部材３２の応力の軸方向分布が不均一状態となる場合であっても、実施例のように、各周壁片３１ｂの軸方向基端部αから軸方向先端部βに向かうことに伴い、遠心力に起因して増大傾向に変化する外周側保持部材３２の応力の増大分を相殺するようにして、圧入に起因して減少傾向に変化する外周側保持部材３２の応力の減少分を設定することができ、外周側回転子１２の回転時、特に最大回転時において外周側保持部材３２に発生する応力の軸方向分布が均一状態となるように設定することができる。
これにより、外周側回転子１２の最大回転時において、各周壁片３１ｂおよび外周側永久磁石１２ａが軸方向に平行となるように設定することができ、外周側回転子１２の最大回転時での外周側保持部材３２に対する許容応力の軸方向分布を均一状態に設定することができる。
【００５５】
なお、上述した実施の形態においては、各周壁片３１ｂが軸方向基端部αから軸方向先端部βに向かい伸びることに伴い、各周壁片３１ｂが径方向内方に向かい傾斜するように形成されると共に、各周壁片３１ｂの軸方向基端部α側から軸方向先端部β側に向かうことに伴い、外周側保持部材３２の径方向の厚さが増大傾向に変化するように、つまり剛性が増大傾向に変化するように形成されて、外周側回転子１２の回転時、特に最大回転時において外周側保持部材３２に発生する応力の軸方向分布が均一状態となるように設定されてもよい。
【００５６】
なお、上述した実施の形態においては、周方向で隣り合う周壁片３１ｂ，３１ｂ間にスリット３１ｄを設けるとしたが、これに限定されず、例えば周方向で隣り合う周壁片３１ｂ，３１ｂの軸方向先端部β，β間が接続されていてもよい。つまり、この変形例では、外周側回転子１２は、回転軸Ｏと同軸の中心軸を有する略板状の底部３１ａと、この底部３１ａの外周端から略軸方向に向かい伸びる筒状の周壁部と、この周壁部の周面上において周方向に所定間隔をおいた位置で径方向に貫通すると共に軸方向基端部から軸方向先端部に向かい伸びる長穴とを備え、周方向で隣り合う長穴間の周壁部に外周側永久磁石１２ａが支持される。
これにより、各周壁片３１ｂの軸方向先端部β側での剛性を増大させることができる。
【００５７】
なお、上述した実施の形態においては、外周側永久磁石１２ａは外周側ロータ鉄心３１の周壁片３１ｂの外周面３１Ｂ上に配置されるとしたが、これに限定されず、例えば外周側保持部材３２を省略し、外周側ロータ鉄心３１の各周壁片３１ｂ，…，３１ｂの外周面３１Ｂによって設定される外径に対して所定の締め代を備える内径の内周面を有する略円筒状のロータ鉄心の内周部に周方向に所定間隔をおいて複数の外周側永久磁石１２ａ，…，１２ａを装着し、このロータ鉄心の内周部に外周側ロータ鉄心３１の各周壁片３１ｂ，…，３１ｂを圧入してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動機の内周側回転子および外周側回転子の要部を分解して示す要部斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電動機の内周側回転子および外周側回転子の要部を分解して示す要部斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電動機の内周側回転子および外周側回転子の要部斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る電動機の内周側回転子および外周側回転子の要部斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る電動機の内周側回転子および外周側回転子の断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る電動機の実施例での外周側保持部材および周壁片の形状および変位状態と外周側保持部材の応力の軸方向分布の一例と、比較例での外周側保持部材および周壁片の形状および変位状態と外周側保持部材の応力の軸方向分布の一例を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る電動機に対する比較例での周壁片および外周側永久磁石に作用する遠心力の電動機の回転数ωに応じた変化の一例を示すグラフ図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る電動機に対する比較例での周壁片の剛性の軸方向分布と、電動機の回転時に周壁片および外周側永久磁石に作用する遠心力の軸方向分布と、周壁片および外周側永久磁石に作用する遠心力に応じた外周側保持部材の径方向変位の軸方向分布と、外周側保持部材の応力の軸方向分布との各一例を示すグラフ図である。
【図９】本発明の一実施形態の変形例に係る電動機の実施例での外周側保持部材および周壁片の形状および変位状態と外周側保持部材の応力の軸方向分布の一例と、比較例での外周側保持部材および周壁片の形状および変位状態と外周側保持部材の応力の軸方向分布の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  電動機
１１  内周側回転子
１１ａ  内周側永久磁石
１２  外周側回転子
１２ａ  外周側永久磁石
１５  位相制御装置（回動手段）
３１ａ  底部
３１ｂ  周壁片（周壁部）
３１Ｂ  外周面（表面）
３２  外周側保持部材（保持部材）
３３  外周側軸部材（出力軸部材）
【図１】
2007244062.tif 000003
【図２】
2007244062.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007244062.tif 000006
【図５】
2007244062.tif 000007
【図６】
2007244062.tif 000008
【図７】
2007244062.tif 000009
【図８】
2007244062.tif 000010
【図９】
2007244062.tif 000011