(57)【要約】【課題】磁石式電動機の運転領域を拡大する。【解決手段】回転子３０ａおよび３０ｂは、共通の回転軸４０に取り付けられる。位相差設定機構５０は、回転子３０ａ，３０ｂに装着された界磁用磁石３５ａ，３５ｂ間の回転位相差θを、モータ静止時に最大値とするとともにモータトルクの増大に従って減少させる。モータ静止状態および低トルク状態では、界磁用磁石３５ａ，３５ｂに作用する磁気吸引力Ｆｍのスラスト方向成分であるスラスト力Ｆｓがさらばね５３による付勢力より小さいので、回転子間に磁極ずれが発生される。これにより、機械的に界磁が減少されて高速回転域での誘起電圧の上昇が抑制される。一方、高トルク状態では、スラスト力Ｆｓの増大によりさらばね５３による付勢力が打ち消されて、回転子間に磁極ずれは解消されて、鎖交磁束量を確保した高出力が可能となる。【選択図】図５
2007097284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の固定子磁極および、電流の供給を受けて該固定子磁極に回転磁界を発生するための固定子巻線を有する固定子と、
共通の回転軸に取り付けられ、各々に磁石が装着された第１および第２の回転子とを備え、
前記第１および第２の回転子は、前記複数の固定子磁極と前記磁石との間に作用する磁気吸引力によって回転可能であり、かつ、前記磁気吸引力が前記回転軸に沿ったスラスト方向成分を有するように設けられ、
前記スラスト方向成分によるスラスト力に応じて、前記第１および第２の回転子の前記磁石間の回転位相差を設定する位相差設定手段をさらに備える、磁石式電動機。
【請求項２】
前記位相差設定手段は、前記スラスト力の増加に応じて前記回転位相差を減少させる、請求項１記載の磁石式電動機。
【請求項３】
前記位相差設定手段は、
前記第１および第２の回転子間に前記回転位相差を与えるように付勢する付勢手段と、
前記付勢手段への反力として与えられる前記スラスト力を、前記回転位相差を減少させる方向に作用する力に変換する変換手段とを含む、請求項１または２記載の磁石式電動機。
【請求項４】
前記保持手段は、前記スラスト力が零であるときに前記回転位相差を前記初期値とする付勢力を発生するように、前記第１および第２の回転子の間に設けられた弾性体を含み、
前記変換手段は、前記付勢力と反対方向に印加される前記スラスト力に応じて、前記回転位相差が減少する方向に前記第１および第２の回転子を回転させる力を発生させるように構成されたカム機構を含む、請求項３記載の磁石式電動機。
【請求項５】
前記位相差設定手段は、
前記スラスト力の印加に応じて、前記回転位相差を減少させる方向に弾性変形するように構成された弾性変形手段を含み、
前記弾性変形手段は、弾性変形前の状態において、前記第１および第２の回転子間に前記回転位相差を与えるように構成される、請求項１または２記載の磁石式電動機。
【請求項６】
複数の固定子磁極および、電流の供給を受けて該固定子磁極に回転磁界を発生するための固定子巻線を有する固定子と、
共通の回転軸に取り付けられ、各々に磁石が装着された第１および第２の回転子とを備え、
前記第１および第２の回転子は、前記複数の固定子磁極と前記磁石との間に作用する磁気吸引力によって回転可能であり、
前記電動機の出力トルクに応じて、前記第１および第２の回転子の前記磁石間の回転位相差を設定するように構成された位相差設定手段をさらに備え、
前記位相差設定手段は、前記出力トルクの増加に従って前記回転位相差を減少させる、磁石式電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁石式電動機に関し、より特定的には、界磁用磁石を装着した回転子（ロータ）を備える磁石式電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁石式電動機として、界磁用の永久磁石を回転子に装着して、インバータからの交流電流によって固定子に回転磁界を発生させることによって回転駆動させる永久磁石型同期機が知られている。このような永久磁石型同期機は、他の形式の同期機に比較して高出力でコンパクト化を実現できるので、信頼性および小型軽量化が要求される車両用回転電機に用いられている。
【０００３】
車両用回転電機は回転数の変化範囲が広いため、永久磁石型同期機等の磁石式電動機を車両用回転電機として用いると、高速回転時には固定子巻線に過大な誘起電圧が発生してしまう。このため、高速回転時には電流位相を進めることによって誘起電圧を低く押える「弱め界磁制御」という手法を用いることが一般的である。しかしながら、弱め界磁制御によればモータ損失が増大してしまうという問題がある。
【０００４】
これに対して、特開平１０−１５５２６２号公報（特許文献１）では、回転子による遠心力が大きい領域で、回転子からの界磁を機械的に弱める構造を備えた電動機の回転子構造が開示されている。具体的には、回転子をそれぞれの表面に界磁磁石が装着された２つの回転子コアに分割し、これらの回転子コアの磁極間に位相差を設けるための磁極ずれ機構としてガバナ機構を設けている。このガバナ機構は、ロータの遠心力により変形するばねによって、回転子コア間に回転位相差を設けるものである。これにより、電動機の高速回転領域において、回転子からの発生磁束が固定子側の界磁用巻線（固定子巻線）に到達する鎖交磁束量を減ずることができるので、界磁を減少させて固定子巻線の誘起電圧の上昇を抑えることが可能となる。
【０００５】
また、特開２００４−２４２４６１号公報（特許文献２）には、磁石型回転子である固定回転子と回転軸に回動自在に嵌め込まれた磁石型回転子である可動回転子とを設けた上で、可動回転子を遠心力により固定回転子に対して相対回動させる相対回動機構を設ける構造が開示されている。電動機の動作中には、上記相対回動機構は、回転子の回転数変化に応じて固定回転子と可動回転子との相対角度を変更することにより、磁極ずれを発生させる。この結果回転子からの合成磁束量が変更されて、特許文献１と同様の原理により、電動機の高速回転領域において固定子巻線の誘起電圧の上昇を抑えることができる。
【特許文献１】特開平１０−１５５２６２号公報
【特許文献２】特開２００４−２４２４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された構成では、ガバナ機構においてガバナが閉状態となるような遠心力が発生する回転数に達するまでは、磁極のずれを発生させることができない。同様に、特許文献２に開示される構成でも、可動回転子に対応する遠心力によるつるまきバネの変形によって可動回転子と固定回転子との間に位相のずれを与える機構であるため、遠心力が作用するまでの間は、磁極のずれを発生させることができない。
【０００７】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、磁石装着型の回転子を備えた磁石式電動機において、低トルク領域で機械的に界磁を減少させる機構を備えることにより、電動機の運転領域を高速回転域へ拡大することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明による磁石式電動機は、固定子と、第１および第２の回転子と。位相差設定手段とを備える。固定子と、複数の固定子磁極および固定子巻線を有し、固定子巻線は、電流の供給を受けて上記固定子磁極に回転磁界を発生する。第１および第２の回転子は、共通の回転軸に取り付けられ、各々には磁石が装着される。さらに、第１および第２の回転子は、装着された磁石と複数の固定子磁極との間に作用する磁気吸引力によって回転可能であり、かつ、磁気吸引力が回転軸に沿ったスラスト方向成分を有するように設けられる。位相差設定手段は、スラスト方向成分によるスラスト力に応じて、第１および第２の回転子の磁石間の回転位相差を設定する。
【０００９】
上記磁石式電動機によれば、モータトルクに応じて変化する磁気吸引力のスラスト方向成分に応じて、第１および第２の回転子に装着された磁石間に回転位相差（すなわち磁極ずれ）を発生させることができる。したがって、電動機の回転数に関係なく、電動機の出力トルクに応じて磁極ずれを発生させることにより、機械的に界磁を減少させて固定子巻線での誘起電圧上昇を抑制できる。これにより、出力トルクを考慮した電動機の運転領域拡大を図ることができる。
【００１０】
好ましくは、この発明による磁石式電動機では、位相差設定手段は、スラスト力の増加に応じて回転位相差を減少させる。
【００１１】
上記磁石式電動機によれば、スラスト力の大きい、すなわち電動機の出力トルクが高い領域では、回転子間の磁極ずれを減少させて鎖交磁束量を大きくすることができる。高トルク領域でモータ出力を確保できる。
【００１２】
あるいは好ましくは、位相差設定手段は、付勢手段と、変換手段とを含む。付勢手段は、第１および第２の回転子間に回転位相差を与えるように付勢する。変換手段は、付勢手段への反力として与えられるスラスト力を、回転位相差を減少させる方向に作用する力に変換する。
【００１３】
上記磁石式電動機によれば、スラスト力の小さい、すなわち電動機の出力トルクが低い領域では、付勢手段の付勢力によって回転子間の磁極ずれを発生させて、機械的に界磁を減少できる。この結果、低トルク領域では誘起電圧の上昇を抑制して高速回転域での運転領域を拡大することができる。
【００１４】
特にこのような構成では、保持手段は弾性体を含み、変換手段はカム機構を含む。弾性体は、スラスト力が零であるときに上記回転位相差を初期値とする付勢力を発生するように、第１および第２の回転子の間に設けられる。カム機構は、付勢力と反対方向に印加されるスラスト力に応じて、上記回転位相差が減少する方向に第１および第２の回転子を回転させる力を発生させるように構成される。
【００１５】
上記磁石式電動機によれば、カム機構によって、モータトルクに従って発生される磁気吸引力に応じて、回転子間の位相差（すなわち、磁極ずれの量）を調節することができる。
【００１６】
また好ましくは、位相差設定手段は、スラスト力の印加に応じて、回転位相差を減少させる方向に弾性変形するように構成された弾性変形手段を含む。この弾性変形手段は、弾性変形前の状態において、第１および第２の回転子間に回転位相差を与えるように構成される。
【００１７】
上記磁石式電動機によれば、カム機構を用いることなく位相差設定手段をコンパクトに構成可能である。
【００１８】
この発明による磁石式電動機は、固定子と、第１および第２の回転子と。位相差設定手段とを備える。固定子は、複数の固定子磁極および固定子巻線を有し、固定子巻線は、電流の供給を受けて該固定子磁極に回転磁界を発生する。第１および第２の回転子は、第１および第２の回転子は、共通の回転軸に取り付けられ、各々には磁石が装着される。さらに、第１および第２の回転子は、装着された磁石と複数の固定子磁極との間に作用する磁気吸引力によって回転可能であるように設けられる。位相差設定手段は、電動機の出力トルクに応じて、第１および第２の回転子の磁石間の回転位相差を設定するように構成される。特に、位相差設定手段は、出力トルクの増加に従って回転位相差を減少させる。
【００１９】
上記磁石式電動機によれば、電動機の出力トルクの増加に従って、第１および第２の回転子間の磁極ずれを減少させるので、相対的に高トルク領域では鎖交磁束量を大きくして電動機出力を確保するとともに、低トルク領域では、磁極ずれを発生させて界磁を減少させることにより、高速回転領域での誘起電圧の上昇を抑制することができる。この結果、高トルク領域での運転領域を縮小させることなく、低トルク領域では高速回転域での運転領域を拡大できる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の磁石式電動機によれば、高トルク領域では鎖交磁束量を確保して高出力を可能とする一方で、低トルク領域では機械的に界磁を減少させる機構によって、電動機の運転領域を高速回転域で拡大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下において、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰返さないものとする。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態による磁石式電動機の概略構成を示す概念図である。
図１を参照して、磁石式電動機１０は、固定子２０と、回転子３０ａ，３０ｂと、回転軸４０と、位相差設定機構５０とを備える。
【００２３】
固定子２０には、複数の固定子磁極２１が設けられ、固定子磁極には界磁用巻線（固定子巻線）２２が巻回されている。固定子巻線２２には、モータ制御回路６０から回転磁界を発生させるためのモータ電流が供給される。代表的には、モータ制御回路６０は、三相インバータを含んで構成され、モータ制御回路６０は、動作指令（たとえば、モータトルク指令値やモータ回転数指令値）に従って磁石式電動機１０を回転駆動するように制御した三相電流を、上記モータ電流として固定子巻線２２へ供給する。
【００２４】
この発明の実施の形態による磁石式電動機１０では、共通の回転軸４０に対し複数の回転子３０ａ，３０ｂが取り付けられる。各回転子３０ａ，３０ｂは、強磁性の回転子コア３２と、該回転子コアに装着された界磁用磁石３５とを含んで構成される。界磁用磁石３５は、回転子３０ａ，３０ｂの外周面の回転方向に交互に等間隔で異なった磁極が形成されるように配置される。あるいは、各回転子３０ａ，３０ｂの外周面にリング状磁石を装着することによって界磁用磁石３５を構成することも可能である。
【００２５】
回転軸４０には、センサ磁石４５が装着される。センサ磁石４５は、回転軸４０の回転位相を示すためのものであり、回転軸４０に固定されているとともに、その外周面に磁極パターンを形成したセンサ磁石が装着されている。
【００２６】
回転子３０ａ，３０ｂは、ともに狭いエアギャップ２５を隔てて固定子磁極２１に対向配置されており、固定子磁極２１に発生される回転磁界と、各回転子に装着される界磁用磁石３５との間に作用する磁気吸引力により回転可能である。回転子３０ａ，３０ｂに発生する回転力は、回転軸４０の回転力として出力される。
【００２７】
位相差設定機構５０は、モータトルクに応じて、回転子３０ａ，３０ｂの対応する界磁用磁石間の相対角度を設定するために設けられる。以下ではこの相対角度を回転位相差θと称する。したがって、回転子３０ａ，３０ｂは、位相差設定機構５０により設定された位相差θの磁極ずれが発生した状態で共に回転する。
【００２８】
図２には、回転子３０ａに装着された界磁用磁石３５ａおよび回転子３０ｂに装着された界磁用磁石３５ｂのうち、対応する１個ずつを例示している。また、固定子磁極２１についても代表的に１個のみが記載されている。θ＝０の場合には磁極ずれは発生せず、回転子３０ａ，３０ｂ間で磁極の位相は一致することになる。位相差設定機構５０によって回転位相差が設定されると（θ＞０）、界磁用磁石３５ａ，３５ｂの間に磁極ずれが発生される。
【００２９】
図３は、回転子間の回転位相差と固定子巻線に到達する鎖交磁束量との関係を説明する概念図である。
【００３０】
図３（ａ）に示されるように、θ＝０の場合には、界磁用磁石３５ａおよび３５ｂの位相は一致している。この場合には、単一の回転子が設けられる通常の構造と同様に、界磁用磁石によって発生される磁束φは、基本的に全量が固定子巻線２２へ導かれる。したがって、各界磁用磁石３５ａ，３５ｂによる発生磁束をφとすると、１組の各界磁用磁石３５ａ，３５ｂからの固定子巻線へ到達する鎖交磁束量Ψ＝２φとなる。
【００３１】
これに対して、位相差設定機構によって、回転子３０ａ，３０ｂに回転位相差が付与された場合（θ＞０）には、界磁用磁石３５ａ，３５ｂからそれぞれ発生される磁束φの一部のみが固定子巻線２２を通過する。この場合における鎖交磁束量Ψ＝２φ・ｃｏｓ（θ／２）となり、位相差無（θ＝０）の場合よりも小さくなる。したがって、位相差設定機構５０によって回転位相差θを設けることにより、鎖交磁束量、すなわち界磁を減少させて、固定子巻線２２の誘起電圧の上昇を抑えることが可能となる。
【００３２】
次に、位相差設定機構５０の構成について詳細に説明する。
図４は、図２におけるＩＶ−ＩＶ断面図である。
【００３３】
図４を参照して、位相差設定機構５０は、共通の回転軸４０に装着された回転子３０ａ，３０ｂの間に設けられ、「変換手段」として機能する、カム機構５１およびアウトプットディスク５２を含む。さらに、図４の断面図には現れないが、位相差設定機構５０は、初期状態（モータ静止状態）で回転子３０ａ，３０ｂに初期値となる所定の回転位相差θｉを付与するための「付勢手段」として機能するさらばねをさらに有する。
【００３４】
図５は、図４に示した位相差設定機構５０の動作を詳細に説明する図である。図５（ａ），（ｂ）は、図２をＶＩ方向から見た平面図である。
【００３５】
図５（ａ）には、モータ静止状態から低トルク状態における位相差設定機構５０の動作が示される。
【００３６】
図５（ａ）を参照して、カム機構５１およびさらばね５３は、アウトプットディスク５２と回転子３０ａ，３０ｂとの間に設けられる。特に、回転子３０ａ，３０ｂに作用するモータ回転軸４０に沿った方向のスラスト力Ｆｓ＝０のとき、すなわち、さらばね５３の弾性変形量＝０である状態で、回転子３０ａ，３０ｂの間に初期位相差θｉが付与されるように、カム機構５１およびさらばね５３は設けられる。
【００３７】
カム機構５１は、さらばね５３による付勢と反対方向に印加されるスラスト力Ｆｓを、回転位相差θが初期位相差θｉから減少する方向にアウトプットディスク５２を回転させる回転力（位相変換力）Ｆｔに変換するように構成される。すなわち、スラスト力Ｆｓによるさらばね５３の弾性変形に伴うスラスト方向の変位は、カム機構５１によって、回転位相差θが初期位相差θｉから減少する方向のアウトプットディスク５２の回転変位に変換される。
【００３８】
ここで、スラスト力Ｆｓは、回転子３０ａ，３０ｂに装着された界磁用磁石３５ａ，３５ｂに作用する、固定子磁極２１への磁気吸引力Ｆｍのうちの回転軸４０に沿った方向の成分である。磁石式電動機１０では、このようなスラスト力Ｆｓは、複数の回転子３０ａ，３０ｂを共通の固定子磁極２１および固定子巻線２２に対向配置することにより、両者の中心軸が不一致となることにより発生される。
【００３９】
モータ静止状態においては、固定子巻線２２へモータ電流が供給されていないため、固定子磁極２１への磁気吸引力は、界磁用磁石３５ａ，３５ｂに作用しない。このため、回転子３０ａ，３０ｂに作用するスラスト力Ｆｓ＝０である。したがって、回転子３０ａ，３０ｂの間には、アウトプットディスク５２を介してさらばね５３による付勢力のみが作用して、両者の回転位相差θは所定の初期値θｉとされる。
【００４０】
モータ運転が開始されると、モータトルクに応じたモータ電流が固定子巻線２２に供給され、複数の固定子磁極に回転磁界が発生される。これにより、回転子３０ａ，３０ｂに設けられた界磁用磁石３５ａ，３５ｂには、固定子磁極２１への磁気吸引力Ｆｍが発生する。磁気吸引力Ｆｍのスラスト方向成分であるスラスト力Ｆｓは、さらばね５３の付勢力と反対方向に作用して、さらばね５３を弾性変形させる。カム機構５１は、スラスト力Ｆｓに応じて、回転位相差θを減ずる方向にアウトプットディスク５２を回転させる位相変換力Ｆｔを発生させる。すなわち、この実施の形態では、さらばね５３は、モータトルクの増加に伴って弾性変形される弾性体の代表例として示される。
【００４１】
モータトルクの増大に従って、固定子磁極２１に発生する回転磁界を大きくするようにモータ電流が増大される。このため、回転子３０ａ，３０ｂの界磁用磁石３５ａ，３５ｂに作用する磁気吸引力Ｆｍは、モータトルクが大きくなるにつれて大きくなり、そのスラスト方向成分（スラスト力Ｆｓ）についても、モータトルクの増大につれて大きくなる。
【００４２】
この結果、磁石式電動機１０のモータトルクが増加するにつれてスラスト力Ｆｓも増大する。カム機構５１によって、スラスト力Ｆｓの増大に応じてアウトプットディスク５２が回転されて、回転子３０ａ，３０ｂ間の回転位相差θが初期値θｉから減少していく。すなわち、位相差設定機構５０は、回転子３０ａ，３０ｂに装着された界磁用磁石３５ａ，３５ｂ間の回転位相差θを、モータ静止時に最大値とするとともにモータトルクの増大に従って減少させる。モータ静止状態および低トルク状態では、スラスト力Ｆｓが、さらばね５３による付勢力より小さいので、回転子３０ａ，３０ｂ間に磁極ずれが発生される。
【００４３】
そして、図５（ｂ）に示すように、高トルク状態でスラスト力ＦｓがＦｓｍに達すると、カム機構５１によって発生される位相変換力ＦｔがＦｔｍに達して、回転子３０ａ，３０ｂ間の回転位相差θ＝０となる。
【００４４】
このように、磁石式電動機１０では、回転子に装着された界磁用磁石に作用する磁気吸引力の増大に応じて回転子３０ａ，３０ｂ間の回転位相差θを減少させる構造とすることにより、高トルク領域では回転子間の磁極ずれを解消する一方で、低トルク領域では回転子に磁極ずれを発生することができる。
【００４５】
この結果、回転位相差θが付与される低トルク領域では、磁極ずれの発生による鎖交磁束量の減少により（図３（ｂ））固定子巻線へ誘起される誘起電圧が過大にならないように抑制できる。これにより、図６に示されるように、θ＝θｉ（最大値）の際の磁石式電動機１０の運転領域１００は、高速回転域で確保される。
【００４６】
一方、回転位相差θが解消される高トルク領域では、鎖交磁束量の確保により（図３（ａ））、モータを効率よく駆動して高出力を得ることが可能となる。これにより、θ＝０の際の磁石式電動機１０の運転領域は、高トルク領域で確保される。また、最大値である回転位相差θ＝θｉから、回転位相差θが徐々に減少していく過程では、中間領域１２０での磁石式電動機１０の運転が可能となる。
【００４７】
このように、本発明による磁石式電動機によれば、モータトルクに応じて回転子間の磁極ずれを設定することにより、高トルク領域において界磁を確保する一方で低トルク領域において機械的に界磁を減少させる機構を実現できる。この結果、磁石式電動機について、高トルク領域ではモータ出力を確保して運転領域を縮小させることなく、低トルク−高速回転域で運転領域を拡大することができる。
【００４８】
なお、図６に示されるように、磁石式電動機１０の運転領域は、モータトルク＝０のときの初期値である回転位相差θｉと、スラスト力Ｆｓに対する回転位相差θの減少レートによって決定される。初期値θｉは、カム機構５１およびさらばね５３の取付け形態によって決定され、回転位相差θの減少レートは、カム機構５１の外溝形状や、さらばね５３の弾性係数によって設計される。すなわち、磁石式電動機の運転領域は、これらの要素によって調整可能である。
【００４９】
（実施の形態の変形例１）
図７に示すように、アウトプットディスク５２および回転子３０ａ，３０ｂの間に、さらばね５３に代えてコイルスプリング７０を設ける構成としても、カム機構５１およびコイルスプリング７０によって、上記と同様の位相差設定機構５０を得ることができる。
【００５０】
なお、図８に示すように、コイルスプリング７０は、長手方向に圧縮されるような力Ｆを受けると、両端には円周方向に広がる力Ｒが作用する特性を有する。この特性を利用して、図９に示すように、コイルスプリング７５のみによって位相差設定機構５０を構成することも可能である。
【００５１】
図９を参照して、コイルスプリング７５は、両端８１および８２は、回転子３０ａおよびアウトプットディスク８１と接続され、かつ、磁気吸引力Ｆｍのスラスト方向成分であるスラスト力Ｆｓによって、長手方向（図８のＦ方向）に圧縮されるように取付けられる。さらに、コイルスプリング７５が弾性変形していない状態で、回転子３０ａおよびアウトプットディスク８１の間に所定の初期位相差が設けられるように、両端８１および８２の取付けは調整される。
【００５２】
このような構成とすることにより、コイルスプリング７５は、スラスト力Ｆｓに応じて、回転子３０ａおよびアウトプットディスク８１の間の位相差を減少させる方向に弾性変形する。すなわち、上記位相差は、スラスト力Ｆｓ＝０の状態で所定の初期値となり、スラスト力Ｆｓの増大に従って減少する。
【００５３】
したがって、回転子３０ｂおよびアウトプットディスク８１の間にも、図９と同様にコイルスプリングを設けることにより、カム機構を省略して位相差設定機構をコンパクトに構成することができる。
【００５４】
（実施の形態の変形例２）
また、図１〜９では、カム機構および／または弾性体を用いた位相差設定機構を例示したが、本発明による磁石式電動機において、位相差設定機構は、モータトルクに応じて変化するスラスト力Ｆｓを回転子３０ａ，３０ｂ間の回転位相差を変化する力に変換することが可能であれば、任意の機構を適用することができる。
【００５５】
変形例の一例として、図１０に示すように、油圧系により位相差設定機構５０を構成することも可能である。
【００５６】
図１０を参照して、位相差設定機構５０は、回転子３０ａとアウトプットディスク５２の間に設けられた、シリンダ５４ａおよびピストン５５ａ，５６ａを有する。さらに、位相差設定機構５０は、回転子３０ｂおよびアウトプットディスク５２の間に設けられた、シリンダ５４ｂおよびピストン５５ｂ，５６ｂを有する。
【００５７】
図１０では記載を省略しているが、図１０の位相差設定機構においても、回転子３０ａ，３０ｂに初期値となる所定の回転位相差θｉを付与するための「付勢手段（代表的には、図５（ａ）に示したさらばね５３）」が設けられている。
【００５８】
ピストン５５ａは、回転子３０ａに作用する磁気吸引力のスラスト方向成分（スラスト力）Ｆｓを受ける。ピストン５５ａに印加されたスラスト力Ｆｓは、シリンダ５４ａ内の油圧を媒介してピストン５６ａに伝搬され、アウトプットディスク５２と回転子３０ａとの間の回転力Ｆｔとして作用する。上記のように、この回転力Ｆｔは、さらばね５３によって付勢された回転位相差θを減ずる方向にさらばね５３を弾性変形させるように作用する。
【００５９】
同様に、回転子３０ｂに作用するスラスト力Ｆｓは、ピストン５５ｂ、シリンダ５４ｂおよびピストン５６ｂを介して、アウトプットディスク５２と回転子３０ｂとの間の回転力Ｆｔへ変換される。この回転力Ｆｔも、さらばね５３によって付勢された回転位相差θを減ずる方向にさらばね５３を弾性変形させるように作用する。
【００６０】
このように、図９に示したような油圧系によっても、高トルク領域において界磁を確保する一方で低トルク領域において機械的に界磁を減少させるように、モータトルクに応じて回転子３０ａ，３０ｂ間の回転位相差を設定する位相差設定機構を構成することができる。
【００６１】
また、図１〜１０では、回転位相差を制御可能な２個の回転子３０ａ，３０ｂを備える磁石式電動機の構成を説明したが、回転子は、３以上の複数個設けることも可能である。
【００６２】
図１１には、３個の回転子３０ｘ，３０ｙ，３０ｚを設けた磁石式電動機の構成が例示される。
【００６３】
図１１を参照して、回転子３０ｘおよび３０ｙの間、ならびに回転子３０ｘおよび３０ｚの間には、位相差設定機構５０ａ，５０ｂがそれぞれ設けられる。
【００６４】
図１１の構成では、回転子３０ｘは固定され、回転子３０ｙ，３０ｘは、回転子３０ｘに対して磁極ずれを発生可能に配置される。さらに、回転子３０ｘに対する回転子３０ｙの回転位相差θｙが位相差設定機構５０ａによってモータトルクに応じて設定されるとともに、回転子３０ｘに対する回転子３０ｚの回転位相差θｚは位相差設定機構５０ｂによってモータトルクに応じて設定される。
【００６５】
位相差設定機構５０ａ，５０ｂには、これまで説明した位相差設定機構５０が適用されるの。これにより、高トルク領域では、回転子３０ｘ，３０ｙ，３０ｚ間の回転位相差θｙ,θｚ＝０となって鎖交磁束量が確保される一方で、低トルク領域では回転位相差θｙ,θｚを設けて磁極ずれを発生させることにより機械的に界磁を減少させることができる。この結果、３以上の複数個の回転子を備えた構成の磁石式電動機についても、高トルク領域でモータ出力を確保して運転領域を縮小させることなく、低トルク−高速回域で運転領域を拡大することができる
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態による磁石式電動機の概略構成を示す概念図である。
【図２】回転子間の回転位相差を説明する概念図である。
【図３】回転子間の回転位相差と固定子巻線に到達する鎖交磁束量との関係を説明する概念図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】位相差設定機構の動作を詳細に説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態による磁石式電動機の運転領域を示す図である。
【図７】コイルスプリングを用いた位相差設定機構の変形例（その１）を説明する図である。
【図８】コイルスプリングの特性を説明する概念図である。
【図９】コイルスプリングを用いた位相差設定機構の変形例（その２）を説明する図である。
【図１０】油圧系による位相差設定機構の変形例を説明する図である。
【図１１】回転子構成の変形例を説明する図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  磁石式電動機、２０  固定子、２１  固定子磁極、２２  固定子巻線、２５  エアギャップ、３０ａ，３０ｂ，３０ｘ，３０ｙ，３０ｚ  回転子（分割）、３２  回転子コア、３５，３５ａ，３５ｂ  界磁用磁石、４０  モータ回転軸、４５  センサ磁石、５０，５０ａ，５０ｂ  位相差設定機構、５１  カム機構、５２  アウトプットディスク、５４ａ，５４ｂ  シリンダ、５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂ  ピストン、６０  モータ制御回路、７０，７５  コイルスプリング、８１，８２  両端部（コイルスプリング）、１００  運転領域（θ＝０：高トルク時）、１１０  運転領域（θ＝θｉ：モータ静止時）、１２０  中間領域、Ｆｍ  磁気吸引力、Ｆｓ  スラスト力、Ｆｔ  位相変換力（回転力）、θ，θｙ、θｚ  回転子間位相差、θｉ  位相差初期値、φ  界磁用磁石発生磁束量、Ψ  鎖交磁束量。
【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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