JP2004072978A

JP2004072978A - Electric motor

Info

Publication number: JP2004072978A
Application number: JP2002233052A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Hasebe; 長谷部　正広; Satoru Tanaka; 田中　悟; Akira Mizuno; 水野　晃
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-09
Also published as: JP4225001B2

Abstract

【課題】低回転域では高トルクを得ることができ、かつ高回転域まで回転し得る電動機を提供する。
【解決手段】電動機２０では、回転子２３は、内回転子２４と当該内回転子２４に対し回転軸同心かつ回転径方向外側に位置する外回転子２６とを有する２重構造とし、内回転子２４には内永久磁石２５ａ、２５ｂを、また外回転子２６には外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２を、それぞれ保持する。そして、内回転子支持部３１、外回転子支持部３２、ベアリング３４、３５、作動油３９、油圧回路、制御装置等からなる回転子位相制御機構は、外回転子２６の、内回転子２４に対する回転方向の位相を変更可能な構成をとる。
【選択図】　図１Provided is an electric motor that can obtain a high torque in a low rotation range and can rotate to a high rotation range.
In a motor, a rotor has a double structure having an inner rotor and an outer rotor positioned concentrically on a rotation axis and radially outward with respect to the inner rotor. The child 24 holds the inner permanent magnets 25a, 25b, and the outer rotor 26 holds the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2. The rotor phase control mechanism including the inner rotor support portion 31, the outer rotor support portion 32, the bearings 34 and 35, the hydraulic oil 39, the hydraulic circuit, the control device, and the like is used to control the inner rotor 24 of the outer rotor 26. The configuration is such that the phase in the rotation direction with respect to is changed.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動機として、例えば、コイルを円筒型の固定子と、この固定子円筒の内側に永久磁石を埋め込まれた回転子と、からなる構造を採る永久磁石モータ（以下「ＰＭモータ」と称する。）と呼ばれるタイプのモータがある。この種のＰＭモータは、固定子に複数配置されたコイルに順次電流を流すことで、コイルに発生した回転磁界と回転子の永久磁石による磁界との相互作用により、回転子を回転させる。このようなＰＭモータでは、電流を流すコイルを順次切り替えていく速度に応じて回転数を制御している。
【０００３】
ところで、このようなＰＭモータにおいては、永久磁石を備えた回転子の回転により回転子の回転数に応じた誘導起電圧が固定子のコイルに生じ、それが固定子コイルに外部から印加される電圧を打ち消す方向に発生する。そのため、モータの最大回転数は、かかる誘導起電圧が外部からコイルに印加する電圧以下となるような回転数に制限される。
【０００４】
一方、永久磁石を備えた回転子の回転に伴う誘導起電圧の大きさを小さくするように、発生する磁力の小さい永久磁石を回転子に埋め込むことにより、モータの最大回転数を上げることができるが、この場合には、モータにより発生可能な最大トルクが小さくなってしまう。即ち、ＰＭモータにおいては、得られる最大トルクと最大回転数とが互いにトレードオフの関係にあるといえる。
【０００５】
そこで、ＰＭモータにおいて、高回転化（例えば６０００ｒｐｍ　以上）を実現させるため、固定子のコイルに、回転子の永久磁石による磁力を打ち消す電流を流して誘導起電圧を下げる「弱め界磁制御」と呼ばれているモータ制御方法が提案されている。
【０００６】
また、回転子に永久磁石を有することなく、固定子の磁極と相対する回転子の表面に鉄の突起（突極）を設け、固定子のコイルが発生する磁力によってこの回転子突極が引き付けられる力（以下「リラクタンストルク」と称する）により回転子を回転させる、リラクタンスモータと呼ばれるタイプのモータがある。
【０００７】
このリラクタンスモータは、回転子が発生する誘導起電圧が小さいので、ＰＭモータと比較して高回転が可能であるという利点を備えるが、低回転時（例えば３０００ｒｐｍ　以下）に発生できるトルクは、コイルの磁界と永久磁石の磁界との相互作用を利用するＰＭモータには遥かに及ばないという欠点を持つ。
【０００８】
また、近年、回転子が発生する磁力を可変可能な構成を持つことにより、高トルク、高回転を実現するモータとして、例えば特開平１０−１５５２６２公報に開示される「磁石式ブラシレス電動機」が提案されている。この電動機では、永久磁石を表面に配置した回転子を軸方向に２分割し、低回転時は同位相（２分割した回転子部分の永久磁石の磁極が軸方向にそろっている状態）とし、高回転時は位相をずらすことにより、局部的な短絡が多く生じ、固定子に到達する鎖交磁束を減少させることができ、この鎖交磁束による誘導起電圧を低減できることから、高回転を実現できるとしている。
【０００９】
さらに、同様の先行技術として、特開２００１−２５１８２４公報に開示される「永久磁石回転機の励磁方法」が提案されている。この励磁方法では、回転子を軸方向に２分割し、一方に永久磁石を、他方に電磁石を配置し、回転に応じて電磁石へ流す電流を制御することにより、ギャップ磁束（回転子と固定子の間の隙間を通過する磁束で鎖交磁束とも呼ばれる）を制御でき、高回転を実現できるとしている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の電動機等によると、ＰＭモータにおける「弱め界磁制御」においては、界磁コイルを利用して弱め界磁を発生しているためトルクに関与しない弱め界磁を発生させるための電流をコイルに印加する必要があり、ＰＭモータ全体の電力効力の悪化を招いているという問題がある。
【００１１】
また、前述の公報に開示される電動機等においては、回転子が発生する磁力を制御し、鎖交磁束（ギャップ磁束）を増減させるものでは、鎖交磁束を低減することで、ある程度までは高回転を実現することできるが、永久磁石が回転子の表面に配置されている。そのため、効果的に鎖交磁束を低減することができないという問題がある。
【００１２】
さらに、前述の公報に開示される電動機等においては、回転子を軸方向に分割し、分割された各々の部分が固定子と対向し、各々固定子と対向している回転子部分同士の相互作用で回転子全体の磁力を制御する構造であることから、分割された各々の部分が発生する磁束の一部が必ず鎖交磁束となって固定子に到達する。そのため、回転子により生ずる誘導起電圧を効果的に低減することはできないという問題がある。
【００１３】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、低回転域では高トルクを得ることができ、かつ高回転域まで回転し得る電動機を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段および発明の作用・効果】
上記目的を達成するため、請求項１の電動機では、コイルを有する固定子と、第１の永久磁石を保持する内回転子、および該内回転子に対し回転軸同心かつ回転径方向外側に位置し第２の永久磁石を保持する外回転子、を有し、前記内回転子および前記外回転子が一体となって回転する回転子と、前記外回転子の、前記内回転子に対する回転方向の位相を変更する回転子位相制御機構と、を備えることを技術的特徴とする。ここに、「前記外回転子の、前記内回転子に対する回転方向の位相」とは、内回転子に対して、回転子回転軸を中心として外回転子が相対的にずれる角度をいう。この位相を変更することで、内回転子が保持する第１の永久磁石と、外回転子が保持する第２の永久磁石の回転方向の相対位置を変更することができる。
【００１５】
また、請求項２の電動機では、請求項１において、前記外回転子には、少なくとも２つ以上からなる１組の前記第２の永久磁石によって回転子磁極が構成され、所定数の前記回転子磁極が、当該回転子の回転方向に順次異なった極性を有するように配置され、各回転子磁極を構成する前記１組の第２の永久磁石は、前記第１の永久磁石の回転子周方向の幅と略同等の間隔をもって前記外回転子に配置されることを技術的特徴とする。
【００１６】
さらに、請求項３の電動機では、請求項２において、前記内回転子が保持する第１の永久磁石は、当該内回転子の回転方向に順次異なった磁極の極性を有するように配置され、前記回転子位相制御機構は、前記回転子の回転数に応じて、前記第１の永久磁石を、前記１組の第２の永久磁石の間に、回転子磁極と回転径方向に同じ極性となる同極性位置から、逆の極性となる逆極性位置まで、変更可能であることを技術的特徴とする。
【００１７】
請求項１の発明では、回転子は、内回転子と当該内回転子に対し回転軸同心かつ回転径方向外側に位置する外回転子とを有する２重構造とし、内回転子には第１の永久磁石を、また外回転子には第２の永久磁石を、それぞれ保持する。そして、回転子位相制御機構は、外回転子の、内回転子に対する回転方向の位相、つまり外回転子と内回転子との相対位置を変更可能な構成をとる。これにより、回転子全体が発生する磁力は、内回転子が保持する第１の永久磁石および外回転子が保持する第２の永久磁石がそれぞれ発生する磁力の合成によるが、内回転子と外回転子との相対位置（位相）を回転子位相制御機構により変えることで、内回転子の第１の永久磁石による磁力と外回転子の第２の永久磁石による磁力との合力を可変とすることができる。
【００１８】
また、請求項２の発明では、外回転子には、少なくとも２つ以上からなる１組の第２の永久磁石によって回転子磁極が構成され、所定数の回転子磁極が、当該回転子の回転方向に順次異なった極性を有するように配置される。そして、この１組の第２の永久磁石は、第１の永久磁石の回転子周方向の幅と略同等の間隔をもって外回転子に配置される。即ち、各回転子磁極では、２つ以上の永久磁石が、その間に所定の間隔を有して配置される構造となる。この第２の永久磁石の間隔を有しての配置により、回転子の内側に配置される第１の永久磁石の磁力を有効に固定子へ到達させることができ、また、第２の永久磁石とともに回転子内で閉じた磁束を形成させることができる。
【００１９】
さらに、請求項３の発明では、内回転子が保持する第１の永久磁石は、当該内回転子の回転方向に順次異なった磁極の極性を有するように配置され、回転子位相制御機構は、回転子の回転数に応じて、第１の永久磁石を、１組の第２の永久磁石の間に、回転子磁極と回転径方向に同じ極性となる同極性位置から、逆の極性となる逆極性位置まで、変更可能とすることができる。即ち、上記同極性位置では、第１の永久磁石と、１組の第２の永久磁石が磁力を強め合い、固定子に作用する磁力を増大することができる。また上記逆極性位置では、第１の永久磁石と１組の第２の永久磁石との磁力が互いに引き合い、双方の永久磁石が発生させる磁力線が固定子内で閉じるように形成され、その結果、回転子が固定子へ及ぼす磁力を弱めることができる。そして回転子位相制御機構は、同極性位置から逆極性位置まで、第１の永久磁石および第２の永久磁石の相対位置を変更することができるので、結果回転子が固定子へ及ぼす磁力を可変とすることが可能となる。
【００２０】
例えば、低回転時では、内回転子の第１の永久磁石および外回転子の第２の永久磁石が互いに磁力を強め合うところに位置するように回転子位相制御機構により内回転子と外回転子との相対位置（位相）を制御する。一方、高回転時では、内回転子の第１の永久磁石および外回転子の第２の永久磁石が互いに磁力を打ち消し合うところに位置するように回転子位相制御機構により内回転子と外回転子との相対位置を制御する。これにより、低回転時においては、回転子全体が発生する磁力としては、第１、第２の永久磁石による磁力が互いに強め合った合力と固定子のコイルが発生する磁力との相互作用で、高トルクを得ることができる。一方、高回転させるときには、第１、第２の永久磁石による磁力が互いに打ち消し合い、回転子全体に発生する磁束の大半を回転子の内部に閉じこめることで、回転子から固定子へ向かう磁束を大幅に削減することができるので、回転子全体が発生する磁力としては、低回転時よりも遥かに弱めることができる。したがって、回転子全体の高回転に伴う誘導起電圧の発生を抑制することができるので、高回転域まで回転させることができる。
【００２１】
また、上記目的を達成するため、請求項４の電動機では、コイルを有する固定子と、永久磁石および電磁石を有する回転子と、からなる電動機であって、前記回転子には、少なくとも２つ以上からなる１組の前記永久磁石によって回転子磁極が構成され、所定数の前記回転子磁極が、当該回転子の回転方向に順次異なった極性を有するように配置され、前記電磁石は、前記回転子磁極ごとに、前記１組の永久磁石の間で、かつ前期永久磁石よりも前記回転子の回転径方向内側に配置されていることを技術的特徴とする。
【００２２】
請求項４の発明では、回転子は永久磁石および電磁石を有し、少なくとも２つ以上からなる１組の永久磁石は、回転子磁極を構成し、所定数の回転子磁極が当該回転子の回転方向に順次異なった極性を有するように配置されている。また電磁石は、回転子磁極ごとに、１組の永久磁石の間で、かつ永久磁石よりも回転子の回転径方向内側に配置されている。つまり、永久磁石と電磁石とを１組として回転子の磁極を構成していることから、当該電磁石へ流す電流を制御することで、低回転時には、磁極を構成する永久磁石と電磁石とが発生する磁力が互いに強め合うように電磁石へ電流を流し、高回転時には、磁極を構成する永久磁石と電磁石とが発生する磁力が互いに弱め合うように電磁石へ電流を流すように励磁電流を制御する。これにより、低回転時においては、回転子全体が発生する磁力としては、永久磁石および電磁石による磁力が互いに強め合った合力と固定子のコイルが発生する磁力との相互作用で、高トルクを得ることができる。一方、高回転させるときには、永久磁石および電磁石による磁力が互いに打ち消し合い、回転子全体に発生する磁束の大半を回転子の内部に閉じこめることで、回転子から固定子へ向かう磁束を大幅に削減することができる。そして、励磁電流量を連続的に可変することにより、低回転から高回転に到るまで、きめ細かな弱め界磁を制御することができるので、回転子全体が発生する磁力としては、低回転時よりも遥かに弱め、さらに弱め界磁を連続的に自在に制御することができる。したがって、回転子全体の高回転に伴う誘導起電圧の発生を抑制することができるので、高回転域まで回転させることができる。
【００２３】
なお、請求項４の発明では、このように回転子が有している電磁石を用いて弱め界磁を発生させることができるため、従来のＰＭモータにおける「弱め界磁制御」にように、回転子を回転させるためのコイルを利用して弱め界磁を発生させるものに比べて、効率良く弱め界磁を発生させることができる。そのため、当該電磁石を構成する界磁用巻線の巻き数の設定により弱め界磁に要する消費電力を十分に抑えることができるので、無駄な電力諸費を抑制し電動機全体の電力効率を向上することができる。
【００２４】
さらに、上記目的を達成するため、請求項５の電動機では、コイルを有する固定子と、永久磁石を保持する外回転子、および該外回転子に対して回転軸同心かつ回転径方向内側に位置し該外回転子の永久磁石に対して短絡磁路を形成し得る強磁性体を回転方向に非連続に有する内回転子、を有し、前記外回転子および前記内回転子が一体となって回転する回転子と、前記外回転子の、前記内回転子に対する回転方向の位相を変更する回転子位相制御機構と、を備えることを技術的特徴とする。
【００２５】
また、請求項６の電動機では、請求項５において、前記内回転子は強磁性体からなり、当該内回転子の外周には、回転径方向外側に突出する突極部と回転外周上内側に窪む空孔部とを交互に有し、前記外回転子には、少なくとも２つ以上からなる１組の前記永久磁石によって回転子磁極が構成され、所定数の前記回転子磁極が、当該回転子の回転方向に順次異なった極性を有するように配置され、前記１組の永久磁石は、前記内回転子が有する突極部の回転方向幅と略同等の間隔をもって前記外回転子に配置されることを技術的特徴とする。
【００２６】
請求項５および請求項６の発明では、回転子は、外回転子と当該外回転子に対し回転軸同心かつ回転径方向外側に位置する内回転子とを有する２重構造とし、外回転子には永久磁石を、また内回転子には外回転子の永久磁石に対して短絡磁路を形成し得る強磁性体を回転方向に非連続に有する。そして、回転子位相制御機構は、外回転子の、内回転子に対する回転方向の位相、つまり外回転子と内回転子との相対位置を変更可能な構成をとる。つまり、強磁性体が位置しないところは非磁性（磁束を通さない）になるので、内回転子を回転させることで、外回転子の永久磁石と内回転子の強磁性体との相対位置を変え、もって永久磁石の磁束の経路を変化させることができる。これにより、低回転時においては磁束が固定子へより達するように、また高回転時においては回転子内に磁束が通るように内外回転子の相対回転を制御することによって、低回転時には高トルクを得ることができ、高回転時には回転子全体が発生する磁力としては、低回転時よりも遥かに弱めることができる。したがって、回転子全体の高回転に伴う誘導起電圧の発生を抑制することができるので、高回転域まで回転させることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電動機の実施形態について図を参照して説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の電動機の第１実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。なお、図１には、本第１実施形態に係る電動機の固定子および回転子の構成を示す径方向断面図、図２には、電動機の構成を示す軸方向断面図、がそれぞれ図示されている。
【００２８】
図１および図２に示すように、本第１実施形態に係る電動機２０は、主に、界磁用のコイル２２を有する固定子２１、永久磁石を有する回転子２３およびこれらを収容するハウジング３０等から構成されている。
【００２９】
固定子２１は、円環状に形成された強磁性体からなる積層鋼板を回転軸Ｊの方向に積み重ねた円筒形状に構成されており、その内周には回転界磁を発生させるコイル２２を巻回するため、複数のスロット２１ａが回転軸Ｊ方向に形成されている。また図２に示すように、この固定子２１は、ハウジング３０の内周壁３０ａのほぼ全周に亘って固定されている。なお、スロット２１ａとスロット２１ａとの間に位置する固定子２１の内周部分は、固定子磁極を構成し、回転子２３に対して回転磁界を発生し得るように構成されている。
【００３０】
図１および図２に示すように、固定子１０に対して回転する回転子２３は、内回転子２４と、内回転子２４に対し回転軸Ｊに同心かつ回転軸Ｊの径方向外側に位置する外回転子２６と、回転軸Ｊを形成する回転子シャフト２９と、からなり、内回転子２４および外回転子２６は、ともに固定子２１と同様に、円環状に形成された強磁性体からなる積層鋼板を回転軸Ｊの方向に積み重ねた円筒形状に構成されており、所定数の永久磁石を保持している。
【００３１】
即ち、図１に示すように、円筒形状の内回転子２４は、その外周側内部に、磁極の極性が交互になるように永久磁石（以下「内永久磁石」という。）２５ａ、２５ｂが配置され埋設されている。つまり、内永久磁石２５ａ、２５ｂは、内回転子２４の回転方向に順次異なった磁極の極性を有するように配置されている。本第１実施形態では、回転軸Ｊの径方向外側にＮ極、径方向内側にＳ極が位置する内永久磁石２５ａと、回転軸Ｊの径方向外側にＳ極、径方向内側にＮ極が位置する内永久磁石２５ｂと、が回転軸Ｊの周方向に交互かつ等間隔に４個づつの合計８個、内回転子２４に埋め込まれている。
【００３２】
また、円筒形状の外回転子２６は、その内部に、回転軸Ｊの径方向外側に向かって、２つの永久磁石が１組で「ハの字形状」に配置されて１つの回転子磁極を構成するように埋設（保持）されている（以下、外回転子に埋設されている永久磁石を「外永久磁石」と称する）。１つの回転子磁極を構成する１組の外永久磁石は同じ極性を互いに向かい合わせて配置されている。即ち「ハの字形状に配置」とは回転子磁極を構成する１組の外永久磁石を、回転子半径方向を対称軸として同じ磁極面を対向させ、かつ、対向させた１組の外永久磁石間の間隔を回転子半径方向内側から外側に向かって漸増するように配置することを意味する。そしてそのような回転子磁極が、外回転子２６の周方向に極性を交互にして等間隔に所定数配置されている。図１では外永久磁石２７ａ２と２７ｂ１の１組で１つの磁極を構成し、この磁極はＮ極を外回転子２６の周外側に向けて配置されている。そして外永久磁石２７ａ２と２７ｂ１とで構成される磁極の隣には、外永久磁石２７ａ１と２７ｂ２とが１組でＳ極を周方向外側に向けて他の磁極を構成するよう配置されている。そして図１では合計８極の磁極が構成されている。
【００３３】
また、回転子磁極を構成する１組の外永久磁石２７ａ２と２７ｂ１は、内永久磁石２５ａの周方向幅とほぼ同じ長さの間隔を隔てて配置されている。他の回転子磁極を構成する外永久磁石２７ｂ１と２７ａ２も同様である。このように回転子磁極を構成する１組の外永久磁石を所定間隔をもって配置することにより、内外の永久磁石が強め合うように位置する場合は、内永久磁石が発生する磁界を外永久磁石に遮られることなく、固定子へ到達できるように磁路を確保することがでる。また内外の永久磁石が弱め合うように位置する場合は、この１組の外永久磁石の間の領域が、内永久磁石から外永久磁石へと達する磁路の役目を果たすようになる。即ち、この領域により内外永久磁石間で通じる磁束を回転子内で閉じさせることが可能となる。
【００３４】
このように構成される内回転子２４と外回転子２６とは、回転子シャフト２９を同一の軸（同軸）として配置され、両者が一体となって回転子２３全体を構成している。即ち、内回転子２４は、内回転子支持部３１に支持されており、この内回転子支持部３１は、ベアリング３４を介して回転子シャフト２９に回動自在に取り付けられている。これにより、内回転子２４は、回転子シャフト２９に対して回動自在に軸支されている。なお、回転子シャフト２９は、軽量化を考慮して中空のパイプ状に構成されているが、必ずしも中空である必要はなく、円柱部材であっても良い。
【００３５】
一方、外回転子２６は、外回転子支持部３２に支持されており、この外回転子支持部３２は、回転子シャフト２９に直接固定されている。なお、この回転子シャフト２９はベアリング３５を介してハウジング３０に回動自在に取り付けられているため、外回転子２６はハウジング３０に対して回動自在に軸支されていることになる。これにより、固定子２１のコイル２２により発生する回転磁界によって外回転子２６が回転する回転力を、回転子シャフト２９から回転トルクとして取り出すことができる。
【００３６】
また、外回転子２６の、内回転子２４に対する回転方向の位相を変更できるようにするため、内回転子２４と外回転子２６とは、図２に示すように、回転子位相制御機構によって相対的に回転が可能なように構成されている。つまり、当該回転子位相制御機構は、回転子２３の回転数に基づいて、外回転子２６の外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２による磁極の極性と内回転子２４の内永久磁石２５ａ、２５ｂによる磁極の極性とが、回転径方向に同じ極性となる同極性位置から逆の極性となる逆極性位置まで、変更する可能なように構成されている。例えば、回転子位相制御機構は、エンジンのバルブタイミング調整装置に用いられている、いわゆる揺動モータと同等の構成を採用したもので、特開２０００−４８１５号公報に開示された構成を採る。
【００３７】
本第１実施形態では、図３（Ａ）　、（Ｂ）　に示すように、内回転子支持部３１は、回転軸Ｊ方向の断面形状が凹溝３１ａに形成され、さらに当該凹溝３１ａを径方向に仕切るベーン部３１ｂが形成されている。そして、外回転子支持部３２には、内回転子支持部３１の凹溝３１ａ内を仕切る壁部３２ａが形成されている。これにより、内回転子支持部３１内の凹溝３１ａは、そのベーン部３１ｂと外回転子支持部３２の壁部３２ａとによって進角油室と遅角油室とに２分割されるため、外部から一方の油室に作動油３９を供給し、他方の油室から作動油を排出することにより、内回転子支持部３１を回転軸Ｊを中心に回動させることができる。
【００３８】
即ち、外部から進角油室に作動油３９ａが供給され、遅角油室から作動油３９ｂが外部に排出されることによって、内回転子支持部３１のベーン部３１ｂが時計回り方向に押されるため、外回転子支持部３２に対して内回転子支持部３１を相対的に時計回り方向に回転させることができる。一方、外部から遅角油室に作動油３９ｂが供給され、進角油室から作動油３９ａが外部に排出されることによって、内回転子支持部３１のベーン部３１ｂが反時計回り方向に押されるため、外回転子支持部３２に対して内回転子支持部３１を相対的に反時計回り方向に回転させることができる。なお、回転子位相制御機構は、本例に限られることなく電動式の揺動モータ等を利用することでも実現することができる。
【００３９】
なお、内回転子２４および外回転子２６が相対的に回転可能であるとは、回転子２３全体が電動機２０として回転している間、常に拘束なしに相対回転できるということではなく、外回転子２６に配置した外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２に対する、内回転子２４に配置した内永久磁石２５ａ、２５ｂの位置が、両回転子の回転軸Ｊを中心に所定角度だけ移動することが可能であるということである。
【００４０】
このように構成される回転子２３の回転子シャフト２９を、ハウジング３０に取り付けられた固定子２１に対して、回転軸Ｊが同心に位置するように、ベアリング３５を介してハウジング３０に取り付けることにより、電動機２０が構成される。なお、図１および図２に示すように、固定子２１と回転子２３との間は、両者が接することなく、所定間隔のエアギャップＧを形成するように、固定子２１の内径および回転子２３の外径が設定されている。なお、回転子２３全体として発生する磁力は内回転子２４および外回転子２６に配置されたすべての永久磁石（内永久磁石２５ａ、２５ｂ、外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２）の磁力の合力によって決定される。
【００４１】
ここで、回転子２３を構成する、内回転子２４と外回転子２６との関係を図４および図５に基づいて説明する。なお、図４には、電動機２０の径方向断面図（４分の１）が図示され、また図５には、電動機２０の回転子２３から発生する磁束線の状態を計算機により磁場解析した結果を示す磁束線図が図示されている。
【００４２】
図４（Ａ）　に示すように、外回転子２６の、１つの回転子磁極を構成する１組の外永久磁石２７ａ２、２７ｂ１および内回転子２４の内永久磁石２５ａが、同一極（例えばＮ極）をお互いに向け合うような位置関係に、内回転子２４と外回転子２６とが位置する場合には、これらの永久磁石の磁力が互いに強め合う。その結果、図５（Ａ）　に示すように、外永久磁石２７ａ２、２７ｂ１および内永久磁石２５ａのＮ極から出た磁束が、回転径方向外側に向かい固定子２１を通って回転子２３に戻り、外回転子２６の隣接する外永久磁石２７ａ１、２７ｂ２のＳ極に通じていることがわかる。
【００４３】
一方、図４（Ｂ）　に示すように、内回転子２４が４５度回転すると、外回転子２６の外永久磁石２７ａ２と外永久磁石２７ｂ１との間に、内回転子２４の内永久磁石２５ｂが位置することから、このような位置関係に内回転子２４と外回転子２６とが位置する場合には、これらの永久磁石の磁力が互いに弱め合う。その結果、図５（Ｂ）　に示すように、外永久磁石２７ａ２のＮ極から出た磁束が、回転径方向内側に向かい、内永久磁石２５ｂのＳ極、Ｎ極を通って、隣接する内永久磁石２５ａのＳ極、Ｎ極、さらには外永久磁石２７ａ２に隣接する外永久磁石２７ａ１のＳ極、Ｎ極を通り、外永久磁石２７ａ２のＳ極に戻ってくる閉磁路を回転子２３の内部で形成する。また外永久磁石２７ｂ１のＮ極から出た磁束が、回転径方向内側に向かい、内永久磁石２５ｂのＳ極、Ｎ極を通って、隣接する内永久磁石２５ａのＳ極、Ｎ極、さらには外永久磁石２７ｂ１に隣接する外永久磁石２７ｂ２のＳ極、Ｎ極を通り、外永久磁石２７ｂ１のＳ極に戻ってくる閉磁路を回転子２３の内部で形成する。つまり、回転子２３全体としての磁束は、固定子２１へは達せず、従ってこの場合は回転子２３としては固定子２１に磁力を及ぼさない。
【００４４】
即ち、図４（Ｂ）　、図５（Ｂ）　に示すように、回転子２３の内回転子２４が位置する場合には、回転子２３の永久磁石（内永久磁石２５ａ、２５ｂ、外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２）による回転子２３全体に発生する磁束の大半を回転子２３の内部に閉じ込めることができ、固定子２１のコイル２２に対する鎖交磁束の発生を大幅に削減することができる。これにより、回転子２３が回転しても、固定子２１に配置されたコイル２２に誘導起電圧が発生することを抑制できるので、電動機２０の回転子２３が高回転で回転しても固定子２１側には誘導起電圧が発生し難い。したがって、電動機２０を高回転域まで回転させることができる。
【００４５】
ところで、図５（Ｂ）　に示すように、回転子２３内の永久磁石（内永久磁石２５ａ、２５ｂ、外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２）が発生する磁束が完全に回転子２３内に閉じ込められる場合には、この電動機２０はリラクタンスモータと等価となるといえる。回転子２３内の永久磁石（内永久磁石２５ａ、２５ｂ、外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２）または回転子２３内に設けた空孔により、回転子２３の回転方向に透磁率が変化する構造となるため、リラクタンストルクが発生し得るからである。
【００４６】
また、各永久磁石の強さ、もしくは相対的な配置により、外回転子２６に配置した外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２と内回転子２４に配置した内永久磁石２５ａ、２５ｂの磁力の合力による磁束が、完全には回転子２３内に閉じ込められない場合でも、固定子２１へ通ずる磁束は図５（Ａ）　に示す磁束線図の状態より遥かに少なくすることができる。
【００４７】
次に、電動機２０の回転数と出力トルクとの関係を図６に基づいて説明する。図６（Ａ）　は、内回転子２４と外回転子２６を相対回転させない場合において、内回転子２４と外回転子２６との相対角度を固定したまま、回転数を増減させた場合の出力トルクの特性を示すものである。図６（Ａ）　に示す符号αによる破線は、前掲した図４（Ａ）　の状態、即ち、外回転子２６の外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２による磁力と、内回転子２４の内永久磁石２５ａ、２５ｂによる磁力とが互いに強め合う場合の内回転子２４および外回転子２６の位置関係における出力トルクの特性である。この場合、回転子２３全体が発生する磁力が強いので、低回転域においては高いトルクを発生することができるが、回転数の増加に伴い、固定子２１のコイル２２に発生する誘導起電圧が急激に増大するため、高回転域に到達することができないことが同図の特性αからわかる。
【００４８】
これに対し、図６（Ａ）　に示す符号γによる破線は、前掲した図４（Ｂ）　の状態、即ち、外回転子２６の外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２による磁力と、内回転子２４の内永久磁石２５ａ、２５ｂによる磁力とが互いに弱め合う場合の内回転子２４および外回転子２６の位置関係における出力トルクの特性である。この場合、回転子２３全体は、ほとんど磁力を発生しないので、高回転域に到達することができるが、逆に低回転域で高トルクを発生することができない。また、図６（Ａ）　に示す符号βによる破線は、前掲した図４（Ａ）　の状態と図４（Ｂ）　の状態との中間状態を仮定した場合における出力トルクの特性である。
【００４９】
このように本第１実施形態に係る電動機２０では、回転子２３の回転数に応じて、内回転子２４と外回転子２６とを相対回転させることで、図６（Ａ）　に示す符号α、β、γによるそれぞれの特性を全てを実現することができる。したがって、図略の回転数センサ等により検出した回転子２３の回転数に基づいて、内回転子２４に配した内永久磁石２５ａ、２５ｂと外回転子２６に配した外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２とが、磁力を強め合う位置から磁力を弱め合う位置まで、両者の相対回転角を制御することで、図６（Ｂ）　の太線で示したような特性を実現することが可能となる。
【００５０】
即ち、図６（Ｂ）　に示すように、回転子２３の回転数が０以上Ｋ１（例えば３０００ｒｐｍ　）以下においては、図４（Ａ）　に示す位置に内回転子２４の相対位置を設定する制御を前述の回転子位相制御機構に対して行い、回転子２３の回転数がＫ２（例えば６０００ｒｐｍ　）を超えた場合においては、図４（Ｂ）　に示す位置に内回転子２４の相対位置を設定する制御を回転子位相制御機構に対して行う。そして、回転子２３の回転数がＫ１を超えてＫ２以下の場合においては、図４（Ａ）　に示す位置と図４（Ｂ）　に示す位置との間に内回転子２４の相対位置を設定する制御を回転子位相制御機構に対して行う。なお、当該制御は、前述した進角油室および遅角油室に作動油３９を供給可能あるいは進角油室および遅角油室から作動油３９を排出可能な、油圧回路等に接続されたマイクロコンピュータをコアに構成された制御装置により行われる。
【００５１】
なお、本第１実施形態では、８組の永久磁石を、内回転子２４および外回転子２６に等間隔に配置したため、上述したように磁束を強め合う状態から弱めあう状態にするためには、内回転子２４と外回転子２６とを４５度相対回転させれば良かった。しかし、このような磁力を弱め合わせるために必要な内回転子２４の相対回転角度は、永久磁石の幾何学的配置により決定されるため、例えば、配置された永久磁石の組数が「６」である場合（即ち、回転子磁極が「６」の場合）には６０度、当該組数が「４」である場合は９０度になる。
【００５２】
以上説明したように、本第１実施形態によると、電動機２０は、「コイル２２を有する固定子２１」と、「内永久磁石２５ａ、２５ｂを保持する内回転子２４および該内回転子２４に対し回転軸同心かつ回転径方向外側に位置し外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２を保持する外回転子２６、を有する回転子２３」と、「回転方向に対し、外回転子２６と内回転子２４との相対位置を変更する回転子位相制御機構」と、を備える。
【００５３】
つまり、電動機２０では、回転子２３は、内回転子２４と当該内回転子２４に対し回転軸同心かつ回転径方向外側に位置する外回転子２６とを有する２重構造とし、内回転子２４には内永久磁石２５ａ、２５ｂを、また外回転子２６には外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２を、それぞれ保持する。そして、内回転子支持部３１、外回転子支持部３２、ベアリング３４、３５、作動油３９、油圧回路、制御装置等からなる回転子位相制御機構は、回転方向に対し、外回転子２６と内回転子２４との相対位置を変更可能な構成をとる。これにより、回転子２３全体が発生する磁力は、内回転子２４が保持する内永久磁石２５ａ、２５ｂおよび外回転子２６が保持する外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２がそれぞれ発生する磁力の合成により、内回転子２４と外回転子２６との相対位置（位相）を回転子位相制御機構により変えることで、内回転子２４の内永久磁石２５ａ、２５ｂによる磁力と外回転子２６の外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２による磁力との合力を可変することができる。
【００５４】
また、電動機２０は、内回転子２４が保持する内永久磁石２５ａ、２５ｂは、内回転子２４の回転方向に順次異なった磁極の極性を有するように配置され、外回転子２６が保持する外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２は、２つ１組（２７ａ２と２７ｂ１、および２７ａ１と２７ｂ２）で回転子磁極を構成し、各々の回転子磁極は外回転子２６の回転方向に順次異なった極性を有するように配置される。このとき１つの回転子磁極を構成する１組の外永久磁石は同じ磁極面を回転子外側に向け、かつ所定の間隔をもって配置される。そして、回転子位相制御機構は、回転子２３の回転数に基づいて、外回転子２６の外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２による磁極の極性と内回転子２４の内永久磁石２５ａ、２５ｂによる磁極の極性とが、回転径方向に同じ極性となる同極性位置から逆の極性となる逆極性位置まで、変更可能な構成をとる。これにより、内回転子２４の内永久磁石２５ａ、２５ｂおよび外回転子２６の外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２が互いに磁力を強め合うところに位置するように回転子位相制御機構により内回転子２４と外回転子２６との相対位置を制御することができ、また内回転子２４の内永久磁石２５ａ、２５ｂおよび外回転子２６の外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２が互いに磁力を打ち消し合うところに位置するように回転子位相制御機構により内回転子２４と外回転子２６との相対位置を制御することができる。
【００５５】
そして、低回転時（例えば３０００ｒｐｍ　以下）では、内回転子２４の内永久磁石２５ａ、２５ｂおよび外回転子２６の外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２が互いに磁力を強め合うところに位置するように回転子位相制御機構により内回転子２４と外回転子２６との相対位置を制御する。一方、高回転時（例えば６０００ｒｐｍ　以上）では、内回転子２４の内永久磁石２５ａ、２５ｂおよび外回転子２６の外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２が互いに磁力を打ち消し合うところに位置するように回転子位相制御機構により内回転子２４と外回転子２６との相対位置を制御する。これにより、このような低回転時においては、回転子２３全体が発生する磁力としては、内永久磁石２５ａ、２５ｂ、外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２による磁力が互いに強め合った合力と固定子２１のコイル２２が発生する磁力との相互作用で、高トルクを得ることができる。一方、このような高回転させるときには、内永久磁石２５ａ、２５ｂ、外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２による磁力が互いに打ち消し合い、回転子２３全体に発生する磁束の大半を回転子２３の内部に閉じこめることで、回転子２３から固定子２１へ向かう磁束を大幅に削減することができるので、回転子２３全体が発生する磁力としては、低回転時よりも遥かに弱めることができる。したがって、回転子２３全体の高回転に伴う誘導起電圧の発生を抑制することができるので、高回転域まで回転させることができる。さらに、高回転時に回転子２３の内永久磁石２５ａ、２５ｂおよび外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２による磁力を相殺するために、固定子２１のコイル２２に電流を印加することなく、高回転を実現することができるので、効率のよい電動機を実現することができる。
【００５６】
［第２実施形態］
次に、本発明の電動機の第２実施形態を図７に基づいて説明する。
本第２実施形態に係る電動機１２０は、その回転子１２３を構成する外回転子１２６の構成が異なるほかは、前述した第１実施形態に係る電動機２０の構成と同様に構成されている。そのため、本第２実施形態の回転子１２３を構成する内回転子２４は、第１実施形態の電動機２０を構成する回転子２３と実質的に同一の構成であるから、電動機２０の内回転子２４と同一の符号を付してその構成の説明を省略し、また他の構成部分についてもそれらの構成の説明を省略する。
【００５７】
図７に示すように、本第２実施形態の電動機１２０は、その回転子１２３の外回転子２６に保持する外永久磁石１２７ａ１、１２７ａ２、１２７ｂ１、１２７ｂ２をその磁極面（磁石において、磁束が主に発生する面）が円筒円周方向を向くように配置している。
【００５８】
即ち、外回転子１２６は、円環状に形成された強磁性体からなる積層鋼板を回転軸Ｊの方向に積み重ねた円筒形状に構成されており、所定数の永久磁石を保持しているところまでは、第１実施形態の外回転子２６と同様であるが、本第２実施形態の当該外回転子１２６は、その内部に埋め込まれている外永久磁石１２７ａ１、１２７ａ２や外永久磁石１２７ｂ１、１２７ｂ２が、回転軸Ｊの径方向外側に向かって「ハ字形状」を形成するように２つ１組で構成されているのではなく、回転軸Ｊの径方向外側に向かって「ＩＩ字形状」を形成するように２つ１組で構成され、その組磁極の極性が交互になるように配置され埋設されている。
【００５９】
このように外回転子１２６の外永久磁石１２７ａ１、１２７ａ２、１２７ｂ１、１２７ｂ２を配置することで、回転子２３全体の磁束を弱める場合、内回転子２４に埋設した内永久磁石２５ａ、２５ｂが発生する磁束を、より回転子２３内に閉じ込めやすくすることができる。したがって、より高回転化に適した電動機１２０を実現することができる。
【００６０】
［第３実施形態］
続いて、本発明の電動機の第３実施形態を図８に基づいて説明する。
本第３実施形態に係る電動機２２０は、その回転子２２３を構成する内回転子２２４および外回転子２２６の構成が異なるほかは、前述した第１実施形態に係る電動機２０の構成と同様に構成されている。そのため、図８に示す回転子２２３以外は、第１実施形態の電動機２０を構成する回転子２３と実質的に同一の構成であるから、それらの構成の説明を省略する。
【００６１】
図８に示すように、本第３実施形態の電動機２２０は、第１実施形態の回転子２３と同様に、内回転子２２４と外回転子２２６とからなる回転子２２３を備えているが、内回転子２２４に保持される内永久磁石２２５ａ、２２５ｂが、合計６個の６極構成である点と、回転子磁極を構成する２個一組の外永久磁石２２７ａ、２２７ｂがそれぞれ隣り合う回転子磁極を構成する外永久磁石と共用されている点とが、第１実施形態の回転子２３と異なる。
【００６２】
このように外回転子２２６に配した外永久磁石２２７ａ、２２７ｂを隣接する磁極で共有して使用することによって、外回転子２２６に埋設する永久磁石の数を半減させることができ、より低コストに電動機２２０を実現することができる。なお、第１実施形態の電動機２０は、前述したように８極モータを構成しているので、電動機２０のような８極モータについて本第２実施形態を適用すると、外回転子の外永久磁石を８個（１６／２＝８）に減らすことができる。
【００６３】
上記第１〜第３の実施形態は、回転子内の永久磁石の配置についてのバリエーションを例示しており、コスト、要求されるモータ特性、加工のしやすさなどを考慮して、磁石のサイズ、数量、形状、極数などを選定することができる。例えば外永久磁石の容積を相対的に大きくすると回転子自体が固定子に対して発生する磁力を大きくすることができるので高トルクが実現できるが、一方、内永久磁石による外永久磁石の固定子に対する磁力を弱める力は相対的に減少するので、誘導起電力をゼロとすることはできず、高回転には不向きとなる。また、回転子磁極を構成する、ハの字状に対向配置された１組の外永久磁石を、回転子内側から外側に向けてよりその間隔が大きくなるように配置すると、外永久磁石が固定子に対して発生する磁力を大きくすることができるので高トルクが実現できる。しかしこのとき、内永久磁石による外永久磁石の固定子に対する磁力を弱める効果は相対的に減少するので高回転には不向きとなる。
【００６４】
［第４実施形態］
さらに続いて、本発明の電動機の第４実施形態を図９および図１０に基づいて説明する。
本第４実施形態に係る電動機３２０は、固定子と回転子については、その内回転子３２４の構成が異なるほかは、前述した第１実施形態に係る電動機２０の固定子２１および外回転子２６の構成と同様に構成されている。そのため、図９に示すように、固定子２１および回転子２３については、回転子３２３以外は、第１実施形態の電動機２０を構成する固定子２１および回転子２３と実質的に同一の構成であるから、それらの構成の説明を省略する。
【００６５】
図９および図１０に示すように、本第４実施形態の電動機３２０は、内回転子３２４が保持する磁石として永久磁石を用いるのではなく、電磁石３２５を使用して構成している点が、第１実施形態の電動機２０と異なる点である。
即ち、回転子３２３の２個１組の外永久磁石２７ａ１と２７ｂ２および２７ａ２と２７ｂ１はそれぞれ回転子磁極を構成し、各々の回転子磁極は回転子３２３の回転方向に順次異なった極性を有するように配置されている。また、回転子３２３の電磁石３２５は１組の外永久磁石により構成される回転子磁極ごとに、外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２よりも回転径方向内側に回転子３２３に配置されている。そのため、本第４実施形態においては、説明の便宜上、回転子３２３を内回転子３２４と外回転子２６に分けて構成しているが、本発明（請求項４）は、回転子を２以上に分けて構成するか否かにかかわらず成立する。
【００６６】
図９に示すように、回転子３２３の内回転子３２４は、第１〜第３実施形態の内回転子と同様、円環状に形成された強磁性体からなる積層鋼板を回転軸Ｊの方向に積み重ねた円筒形状に構成されている。そして、内回転子３２４の場合には、外回転子２６の外永久磁石２７ａ１と２７ｂ２の組および２７ａ２と２７ｂ１の組により構成される回転子磁極ごとに、つまり８極分の凸状の鉄心部３２４ａが回転径方向外側に向けて突設されている。この鉄心部３２４ａは、例えば、外永久磁石２７ｂ２と外永久磁石２７ａ１との間、または外永久磁石２７ａ２と外永久磁石２７ｂ１との間に位置するように、さらに鉄心部３２４ａの頂部が外回転子２６の内周壁に接するように設定されている。また、各回転子磁極を構成する外永久磁石の組の２つの永久磁石は鉄心部３２４ａの頂部の回転方向幅と略同等の間隔をもって配置されている。
【００６７】
そして、この鉄心部３２４ａには、界磁用のコイル３２４ｃが巻回されており、当該コイル３２４ｃの両端はスリップリング３４１ａ、３４１ｂにそれぞれ電気的に接続されている（図１０）。これにより、当該コイル３２４ｃに励磁電流を供給すると、鉄心部３２４ａに発生した磁束は殆ど減衰することなく、外回転子２６内を通過することができるので、鉄心部３２４ａとコイル３２４ｃとにより内回転子３２４内に電磁石が構成される。したがって、コイル３２４ｃに供給される励磁電流の極性や電流量を制御することにより、第１実施形態の電動機２０による内永久磁石２５ａ、２５ｂと同様、外回転子２６の外永久磁石２７ａ２、２７ｂ１とともに磁力を互いに強め合ったり、また弱め合ったりすることができる。
【００６８】
なお、鉄心部３２４ａと鉄心部３２４ａとの間には、空孔部３２４ｂが形成されているが、これは、空孔部３２４ｂにより非磁性部を構成することによって、隣り合う電磁石３２５との間で、磁束の干渉を防止するためである。
【００６９】
ここで、電動機３２０の構成を図１０を参照して説明する。なお、図１０に示す電動機３２０はハウジングの記載が省略されている。そのため、実際には、ベアリング３３５を介して図略のハウジングに回転子シャフト３２９が軸支されていることに留意されたい。
【００７０】
図１０に示すように、電動機３２０は、固定子２１、回転子３２３（外回転子２６、内回転子３２４）、回転子シャフト３２９および界磁電流制御装置３５０等から構成されている。このうち、固定子２１および外回転子２６は、第１実施形態の電動機２０のものと、実質的に同一の構成からなることは前述した通りである。回転子３２３を構成する内回転子３２４には、その鉄心部３２４ａにコイル３２４ｃが巻回されており、このコイル３２４ｃの端部は、一端側がスリップリング３４１ａに、また他端側がスリップリング３４１ｂに、それぞれ電気的に接続されている。
【００７１】
このスリップリング３４１ａ、３４１ｂは、回転子シャフト３２９の外周上、全周に亘って設けられた２本の環状凸部として、それぞれ形成されており、界磁電流制御装置３５０に接続されたブラシ３４３ａ、３４３ｂと電気的に接触可能に構成されている。これにより、界磁電流制御装置３５０から供給される励磁電流を、当該ブラシ３４３ａ、３４３ｂとスリップリング３４１ａ、３４１ｂとを介して鉄心部３２４ａのコイル３２４ｃに通電することができる。つまり、コイル３２４ｃに供給される励磁電流の極性や電流量を界磁電流制御装置３５０により制御することによって、前掲の図５（Ａ）　、図５（Ｂ）　で説明したように、電磁石３２５による電磁力と外回転子２６の外永久磁石２７ａ２、２７ｂ１による磁力との合成により、磁力を互いに強め合ったり、また弱め合ったりさせることができる。
【００７２】
本第４実施形態に係る電動機３２０によると、回転子３２３は外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２および電磁石３２５を有し、当該外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２は回転子３２３の回転方向に順次異なった極性を有するように回転子３２３に保持され、所定数の磁極を構成し、当該電磁石３２５は回転子３２３により構成される磁極ごとに、外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２よりも回転径方向内側に回転子３２３に保持されている。つまり、外永久磁石２７ａ２、２７ｂ１と電磁石３２５を１組として（および２７ａ１、２７ｂ２と電磁石３２５を１組として）回転子３２３の回転子磁極を構成していることから、当該電磁石３２５へ流す励磁電流を制御することで、低回転時には、回転子磁極を構成する外永久磁石２７ａ２、２７ｂ１と電磁石３２５（および２７ａ１、２７ｂ２と電磁石３２５）とが発生する磁力が互いに強め合うように電磁石３２５へ励磁電流を流し、高回転時には、回転子磁極を構成する外永久磁石２７ａ２、２７ｂ１と電磁石３２５（および２７ａ１、２７ｂ２と電磁石３２５）とが発生する磁力が互いに弱め合うように電磁石３２５へ励磁電流を流すように、界磁電流制御装置３５０を制御する。
【００７３】
これにより、低回転時においては、回転子３２３全体が発生する磁力としては、外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２および電磁石３２５による磁力が互いに強め合った合力と固定子２１のコイル２２が発生する磁力との相互作用で、高トルクを得ることができる。一方、高回転させるときには、外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２および電磁石３２５による磁力が互いに打ち消し合い、回転子３２３全体に発生する磁束の大半を回転子の内部に閉じこめることで、回転子３２３から固定子２１へ向かう磁束を大幅に削減することができる。そして、界磁電流制御装置３５０によって、電磁石３２５の励磁電流量を連続的に可変することにより、低回転から高回転に到るまで、きめ細かな弱め界磁を制御することができるので、回転子３２３全体が発生する磁力としては、低回転時よりも遥かに弱め、さらに弱め界磁を連続的に自在に制御することができる。したがって、回転子３２３全体の高回転に伴う誘導起電圧の発生を抑制することができるので、高回転域まで回転させることができる。
【００７４】
なお、電動機３２０では、このように弱め界磁専用の電磁石３２５を回転子３２３が有しているので、従来のＰＭモータにおける「弱め界磁制御」にように、回転子を回転させるためのコイルを利用して弱め界磁を発生させるものに比べて、効率良く弱め界磁を発生させることができる。そのため、当該電磁石３２５を構成するコイル３２４ｃの巻き数の設定により弱め界磁に要する消費電力を十分に抑えることができるので、無駄な電力諸費を抑制し電動機全体の電力効率を向上することができる。
【００７５】
［第５実施形態］
最後に、本発明の電動機の第５実施形態を図１１および図１２に基づいて説明する。
本第５実施形態に係る電動機４２０は、その回転子４２３を構成する内回転子４２４の構成が異なるほかは、前述した第１実施形態に係る電動機２０の構成と同様に構成されている。そのため、本第５実施形態の回転子４２３を構成する外回転子２６は、第１実施形態の電動機２０を構成する回転子２３と実質的に同一の構成であるから、電動機２０の外回転子２６と同一の符号を付してその構成の説明を省略し、また他の構成部分についてもそれらの構成の説明を省略する。
【００７６】
図１１に示すように、本第５実施形態の電動機４２０は、その内回転子４２４において、第１実施形態の内回転子２４に埋設された内永久磁石２５ａ、２５ｂの部分を、空孔部４２４ｂとした構造を採っている点が、第１実施形態の電動機２０と異なるところである。
【００７７】
即ち、電動機４２０は、「コイル２２を有する固定子２１」と、「外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２を保持する外回転子２６、および該外回転子２６に対して回転軸同心かつ回転径方向内側に位置し該外回転子２６の外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２に対して短絡磁路を形成し得る強磁性体を回転方向に非連続に有する内回転子４２４、を有し、外回転子２６および内回転子４２４が一体となって回転する回転子４２３」と、「外回転子２６の、内回転子４２４に対する回転方向の位相を変更する回転子位相制御機構」と、を備える。
【００７８】
また、この内回転子４２４は強磁性体からなり、当該内回転子４２４の外周には、回転径方向外側に突出する突極部４２４ａと回転外周上内側に窪む空孔部４２４ｂとを交互に有する。したがって、内回転子４２４はその回転方向に突極部４２４ａと空孔部４２４ｂとが交互に配置される形状となっている。さらに外回転子２６は、外永久磁石２７ａ１と２７ｂ２、および２７ａ２と２７ｂ１の２つ１組で回転子磁極が構成され、所定数の前記回転子磁極が、当該回転子の回転方向に順次異なった極性を有するように配置され、回転子磁極を構成する１組の外永久磁石２７ａ１と２７ｂ２（および２７ａ２と２７ｂ１）は突極部４２４ａの回転方向幅と同等の間隔をもって外回転子２６に配置されている。そして突極部４２４ａの頂部は外回転子２６と接触しており、そのため外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２が発する磁束はこの接触部を通してない回転子４２４まで達する。
【００７９】
このように構成することで、図１１（Ａ）　に示すように、外回転子２６の２つで一対一組の外永久磁石２７ｂ２と外永久磁石２７ａ１とが構成する回転子磁極において、その外永久磁石２７ｂ２、２７ａ１の間に内回転子４２４の空孔部４２４ｂが配置された状態においては、２つで一対一組の外永久磁石２７ｂ２、２７ａ１が発生する磁束は、この空孔部４２４ｂによって内回転子４２４へ通ずることができず、したがって２つで一対一組の外永久磁石２７ｂ２、２７ａ１が発生する磁束はその殆どが固定子２１へ達する（図１２（Ａ）　参照のこと）。即ち、回転子４２３に埋設された外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２の磁力の大部分が、固定子２１に備えられたコイル２２によって発生する磁力と相互作用を生ずることができ、高トルクを得ることができる。
【００８０】
一方、図１１（Ｂ）　に示すように、内回転子４２４が外回転子２６に対して相対回転し、外回転子２６の２つで一対一組の外永久磁石２７ｂ２と外永久磁石２７ａ１とが構成する磁極のその外永久磁石２７ｂ２、２７ａ１の間に内回転子４２４の突極部４２４ａが配置された状態においては、２つで一対一組の外永久磁石２７ｂ２、２７ａ１が発生する磁束の一部は、この突極部４２４ａを通して内回転子４２４を通り循環することとなる。したがって、外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２が発生する磁束のうち、内回転子４２４を通る分だけ、固定子２１へ達する磁束が減じられるため、固定子２１のコイル２２に発生する誘導起電圧を減少させることができる。よって、電動機４２０の高回転を実現することができる。
【００８１】
本第５実施形態に係る電動機４２０によると、回転子４２３は、外回転子２６と当該外回転子２６に対し回転軸同心かつ回転径方向外側に位置する内回転子とを有する２重構造とし、外回転子２６には外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２を、また内回転子４２４には外回転子２６の外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２とともに短絡磁路を形成し得る強磁性体を回転方向に非連続に有する。そして、回転子位相制御機構は、回転方向に対し、外回転子２６と内回転子との相対位置を変更可能な構成をとる。つまり、強磁性体が位置しないところは非磁性（磁束を通さない）になるので、内回転子４２４を回転させることで、外回転子２６の外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２と内回転子４２４の強磁性体との相対位置を変え、もって外永久磁石２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２の磁束の経路を変化させることができる。
【００８２】
これにより、低回転時においては磁束が固定子２１へより達するように、また高回転時においては回転子４２４内に磁束が通るように、内外回転子の相対回転を制御することによって、低回転時には高トルクを得ることができ、高回転時には回転子４２３全体が発生する磁力としては、低回転時よりも遥かに弱めることができる。したがって、回転子４２３全体の高回転に伴う誘導起電圧の発生を抑制することができるので、高回転域まで回転させることができる。
【００８３】
なお、第１、第２、第３および第５の実施形態では内回転子と外回転子が相対回転可能であることが特徴であるが、内回転子の内周と外回転子の外周は相対回転に支障のない程度に接触している（即ち、摺動抵抗が相対回転に支障なき程度に接触している）代わりに磁束が通過するのに支障のない程度のエアギャップを介して対峙するように構成してもよい。
【００８４】
また、外回転子には２つ１組の永久磁石により回転子磁極を構成するようにしたが２つ以上の外永久磁石により回転子磁極を構成してもよい。即ち、１つの回転子磁極が複数の外永久磁石により一対一組で構成され、当該一対の外永久磁石が所定の間隔をもって配置されて回転子磁極を構成し、当該所定の間隔とは、内回転子に配置された内永久磁石もしくは電磁石の周方向幅と略同等の長さであれば、一対の外永久磁石が２つでなくとも４つ、６つ等で構成されていても本発の効果を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電動機の固定子および回転子の構成を示す径方向断面図である。
【図２】本第１実施形態に係る電動機の構成を示す軸方向断面図である。
【図３】図２に示すＩＩＩ　−ＩＩＩ　線断面による説明図で、図３（Ａ）　は回転子の内回転子が進角方向に移動した場合のもの、図３（Ｂ）　は回転子の内回転子が遅角方向に移動した場合のものである。
【図４】本第１実施形態に係る電動機の径方向１／４断面図で、図４（Ａ）　は内回転子の内永久磁石が磁力を強め合う位置ある場合のもの、図４（Ｂ）　は内回転子の内永久磁石が磁力を弱め合う位置ある場合のものである。
【図５】本第１実施形態に係る電動機の回転子から発生する磁束線の状態を計算機により磁場解析した結果を示す磁束線図で、図５（Ａ）　は内回転子が図４（Ａ）　に示す位置にある場合のもの、図５（Ｂ）　は内回転子が図４（Ｂ）　に示す位置にある場合のものである。
【図６】本第１実施形態に係る電動機の回転数と出力トルクとの関係を模式的に示した特性図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る電動機を構成する回転子の構成概要を示す径方向断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る電動機を構成する回転子の構成概要を示す径方向断面図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る電動機の構成を示す径方向断面図である。
【図１０】本第４実施形態に係る電動機の構成を示す軸方向断面図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係る電動機の構成を示す径方向断面図である。
【図１２】本第５実施形態に係る電動機の回転子から発生する磁束線の状態を計算機により磁場解析した結果を示す磁束線図で、図１２（Ａ）　は内回転子が図１１（Ａ）　に示す位置にある場合のもの、図１２（Ｂ）　は内回転子が図１１（Ｂ）　に示す位置にある場合のものである。
【符号の説明】
２０　　　　電動機
２１　　　　固定子
２２　　　　コイル
２３　　　　回転子
２４　　　　内回転子
２５ａ　　　内永久磁石　　（第１の永久磁石）
２５ｂ　　　内永久磁石　　（第１の永久磁石）
２６　　　　外回転子
２７ａ１　　　外永久磁石　　（第２の永久磁石、永久磁石）
２７ａ２　　　外永久磁石　　（第２の永久磁石、永久磁石）
２７ｂ１　　　外永久磁石　　（第２の永久磁石、永久磁石）
２７ｂ２　　　外永久磁石　　（第２の永久磁石、永久磁石）
２９　　　　回転子シャフト
３０　　　　ハウジング
３１　　　　内回転子支持部（回転子位相制御機構）
３２　　　　外回転子支持部（回転子位相制御機構）
３４　　　　ベアリング　　（回転子位相制御機構）
３５　　　　ベアリング　　（回転子位相制御機構）
３９　　　　作動油　　　　（回転子位相制御機構）
１２０、２２０、３２０、４２０　　電動機
１２３、２２３、３２３、４３２　　回転子
１２４、２２４、３２４、４３４　　内回転子
１２５ａ、２２５ａ　　　　　　　　内永久磁石（第１の永久磁石）
１２５ｂ、２２５ｂ　　　　　　　　内永久磁石（第１の永久磁石）
１２６、２２６　　　　　　　　　　外回転子
１２７ａ１、２２７ａ　　　　　　　　外永久磁石（第２の永久磁石）
１２７ａ２　　　　　　　　　　　　　外永久磁石（第２の永久磁石）
１２７ｂ１、２２７ｂ　　　　　　　　外永久磁石（第２の永久磁石）
１２７ｂ２　　　　　　　　　　　　　外永久磁石（第２の永久磁石）
３２４ａ　　　　　　　　　　　　　鉄心部
３２４ｂ　　　　　　　　　　　　　空孔部
３２５　　　　　　　　　　　　　　電磁石
３５０　　　　　　　　　　　　　　界磁電流制御装置
４２４ａ　　　　　　　　　　　　　突極部
４２４ｂ　　　　　　　　　　　　　空孔部
Ｊ　　　　　　　　　　　　　　　　回転軸
Ｇ　　　　　　　　　　　　　　　　エアギャップ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric motor.
[0002]
[Prior art]
As a conventional electric motor, for example, a permanent magnet motor (hereinafter, referred to as a “PM motor”) having a structure including a stator having a cylindrical coil and a rotor having a permanent magnet embedded inside the stator cylinder. ) Is a type of motor. In this type of PM motor, a current is sequentially passed through a plurality of coils arranged on a stator, and the rotor is rotated by an interaction between a rotating magnetic field generated in the coil and a magnetic field generated by a permanent magnet of the rotor. In such a PM motor, the number of revolutions is controlled in accordance with the speed at which the coils through which current flows are sequentially switched.
[0003]
By the way, in such a PM motor, an induced electromotive voltage corresponding to the rotation speed of the rotor is generated in the stator coil by the rotation of the rotor having the permanent magnet, and is applied to the stator coil from the outside. It occurs in the direction to cancel the voltage. Therefore, the maximum rotation speed of the motor is limited to such a rotation speed that the induced electromotive voltage is equal to or lower than the voltage applied to the coil from the outside.
[0004]
On the other hand, the maximum rotational speed of the motor can be increased by embedding a permanent magnet having a small magnetic force in the rotor so as to reduce the magnitude of the induced electromotive voltage accompanying the rotation of the rotor having the permanent magnet. However, in this case, the maximum torque that can be generated by the motor decreases. That is, in the PM motor, the obtained maximum torque and the maximum rotation speed are in a trade-off relationship with each other.
[0005]
Therefore, in order to realize a high rotation speed (for example, 6000 rpm or more) in the PM motor, a current for canceling the magnetic force generated by the permanent magnet of the rotor is applied to the stator coil to reduce the induced electromotive force. Motor control methods have been proposed.
[0006]
Also, without having a permanent magnet in the rotor, an iron protrusion (salient pole) is provided on the surface of the rotor facing the magnetic pole of the stator, and the rotor salient pole is attracted by the magnetic force generated by the coil of the stator. There is a type of motor called a reluctance motor that rotates a rotor by a force (hereinafter, referred to as “reluctance torque”).
[0007]
This reluctance motor has an advantage that the rotor can generate a high rotation because the induced electromotive voltage generated by the rotor is small, but the torque that can be generated at a low rotation (for example, 3000 rpm or less) is lower than that of the PM motor. It has a disadvantage that it is far inferior to a PM motor that utilizes the interaction between the magnetic field of the permanent magnet and the magnetic field of the permanent magnet.
[0008]
In recent years, as a motor that realizes high torque and high rotation by having a configuration in which the magnetic force generated by a rotor can be varied, for example, a “magnet type brushless electric motor” disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-155262 has been proposed. Have been. In this electric motor, a rotor having a permanent magnet disposed on the surface is divided into two parts in the axial direction, and at the time of low rotation, the phases are the same (a state in which the magnetic poles of the permanent magnet of the divided rotor part are aligned in the axial direction), By shifting the phase at high rotation, many local short circuits occur, and the flux linkage reaching the stator can be reduced, and the induced electromotive voltage due to the linkage flux can be reduced, resulting in high rotation. I can do it.
[0009]
Further, as a similar prior art, there has been proposed a "excitation method for a permanent magnet rotating machine" disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-251824. In this excitation method, the rotor is divided into two parts in the axial direction, a permanent magnet is arranged on one side, and an electromagnet is arranged on the other side. By controlling the current flowing to the electromagnet according to the rotation, the gap magnetic flux (rotor and stator (Referred to as linkage magnetic flux by the magnetic flux passing through the gap between the two), and high rotation can be realized.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to such conventional motors and the like, in the "weak field control" in the PM motor, the field coil is used to generate the field weakening, so that the field weakening is not involved in the torque. It is necessary to apply a current to the coil, which causes a problem that the power efficiency of the entire PM motor is deteriorated.
[0011]
In the motors and the like disclosed in the above-mentioned publications, the magnetic force generated by the rotor is controlled to increase or decrease the interlinkage magnetic flux (gap magnetic flux). Rotation can be achieved, but permanent magnets are placed on the surface of the rotor. For this reason, there is a problem that the flux linkage cannot be effectively reduced.
[0012]
Further, in the electric motor and the like disclosed in the above-mentioned publication, the rotor is divided in the axial direction, and each of the divided portions faces the stator, and the rotor portions facing each other are mutually separated. Since the structure controls the magnetic force of the entire rotor by the action, a part of the magnetic flux generated by each of the divided portions always reaches the stator as a linkage magnetic flux. Therefore, there is a problem that the induced electromotive voltage generated by the rotor cannot be effectively reduced.
[0013]
The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide an electric motor that can obtain a high torque in a low rotation range and can rotate to a high rotation range. It is in.
[0014]
Means for Solving the Problems and Actions and Effects of the Invention
In order to achieve the above object, in the electric motor according to the first aspect, a stator having a coil, an inner rotor holding a first permanent magnet, and a rotating shaft concentric with the inner rotor and positioned radially outward with respect to the rotating shaft. An outer rotor for holding a second permanent magnet, wherein the inner rotor and the outer rotor rotate integrally, and a rotation direction of the outer rotor with respect to the inner rotor. And a rotor phase control mechanism for changing the phase of the rotor. Here, "the phase of the outer rotor in the rotation direction with respect to the inner rotor" refers to an angle at which the outer rotor relatively shifts with respect to the inner rotor about a rotor rotation axis. By changing this phase, the relative position in the rotation direction of the first permanent magnet held by the inner rotor and the second permanent magnet held by the outer rotor can be changed.
[0015]
Further, in the electric motor according to the second aspect, in the first aspect, the outer rotor has a rotor magnetic pole constituted by a set of at least two second permanent magnets, and a predetermined number of the rotors. The magnetic poles are arranged so as to have sequentially different polarities in the direction of rotation of the rotor, and the set of second permanent magnets constituting each rotor magnetic pole is arranged in the circumferential direction of the rotor of the first permanent magnet. It is a technical feature that the outer rotor is disposed at an interval substantially equal to the width of the outer rotor.
[0016]
Further, in the electric motor according to claim 3, in claim 2, the first permanent magnet held by the inner rotor is disposed so as to have sequentially different polarities of magnetic poles in the rotation direction of the inner rotor. The rotor phase control mechanism causes the first permanent magnet to have the same polarity as the rotor magnetic pole in the radial direction between the pair of second permanent magnets according to the rotation speed of the rotor. A technical feature is that it can be changed from the same polarity position to a reverse polarity position having the opposite polarity.
[0017]
According to the first aspect of the present invention, the rotor has a double structure including an inner rotor and an outer rotor that is concentric with the rotation axis of the inner rotor and located outside in the rotation radial direction. , And the outer rotor holds a second permanent magnet. The rotor phase control mechanism is configured to change the phase of the outer rotor in the rotation direction with respect to the inner rotor, that is, the relative position between the outer rotor and the inner rotor. As a result, the magnetic force generated by the entire rotor depends on the combination of the magnetic forces generated by the first permanent magnet held by the inner rotor and the second permanent magnet held by the outer rotor. By changing the relative position (phase) with the rotor by the rotor phase control mechanism, the resultant force of the magnetic force by the first permanent magnet of the inner rotor and the magnetic force by the second permanent magnet of the outer rotor is made variable. be able to.
[0018]
According to the second aspect of the invention, the outer rotor has a rotor magnetic pole constituted by a set of at least two or more second permanent magnets, and a predetermined number of the rotor magnetic poles are used to rotate the rotor. They are arranged so as to have sequentially different polarities in the directions. The set of second permanent magnets is arranged on the outer rotor with a spacing substantially equal to the width of the first permanent magnet in the rotor circumferential direction. That is, each rotor magnetic pole has a structure in which two or more permanent magnets are arranged at a predetermined interval therebetween. With the arrangement of the second permanent magnets at intervals, the magnetic force of the first permanent magnets disposed inside the rotor can effectively reach the stator, and the second permanent magnets In addition, a closed magnetic flux can be formed in the rotor.
[0019]
Further, in the invention according to claim 3, the first permanent magnet held by the inner rotor is arranged so as to have sequentially different polarities of magnetic poles in the rotation direction of the inner rotor, and the rotor phase control mechanism includes: In accordance with the rotation speed of the rotor, the first permanent magnets have the same polarity between the pair of second permanent magnets and have the same polarity in the rotation radial direction as the rotor magnetic poles, and have the opposite polarity. Up to the reverse polarity position, it can be changeable. That is, at the same polarity position, the first permanent magnet and the set of second permanent magnets strengthen the magnetic force, and the magnetic force acting on the stator can be increased. In the reverse polarity position, the magnetic force of the first permanent magnet and the magnetic force of the pair of second permanent magnets are attracted to each other, and the lines of magnetic force generated by both permanent magnets are formed to close in the stator. As a result, The magnetic force exerted on the stator by the rotor can be reduced. The rotor phase control mechanism can change the relative positions of the first permanent magnet and the second permanent magnet from the same polarity position to the opposite polarity position, so that the magnetic force exerted on the stator by the rotor can be changed. It becomes possible.
[0020]
For example, at the time of low rotation, the inner rotor and the outer rotor are controlled by the rotor phase control mechanism such that the first permanent magnet of the inner rotor and the second permanent magnet of the outer rotor are positioned so as to strengthen each other. Controls the relative position (phase) with the child. On the other hand, at the time of high rotation, the inner rotor and the outer rotor are controlled by the rotor phase control mechanism such that the first permanent magnet of the inner rotor and the second permanent magnet of the outer rotor cancel each other out. Controls the position relative to the child. Thereby, at the time of low rotation, the magnetic force generated by the first and second permanent magnets is an interaction between the magnetic force generated by the first and second permanent magnets and the magnetic force generated by the stator coil. High torque can be obtained. On the other hand, when the rotor is rotated at a high speed, the magnetic forces of the first and second permanent magnets cancel each other out, and most of the magnetic flux generated in the entire rotor is confined inside the rotor, thereby reducing the magnetic flux from the rotor to the stator. Since it can be greatly reduced, the magnetic force generated by the entire rotor can be made much weaker than at the time of low rotation. Therefore, it is possible to suppress the generation of the induced electromotive voltage due to the high rotation of the entire rotor, and it is possible to rotate the rotor to a high rotation range.
[0021]
In order to achieve the above object, the electric motor according to claim 4 is a motor comprising a stator having a coil and a rotor having a permanent magnet and an electromagnet, wherein the rotor has at least two or more. A rotor magnetic pole is constituted by one set of the permanent magnets, and a predetermined number of the rotor magnetic poles are arranged so as to have sequentially different polarities in the rotation direction of the rotor. It is a technical feature that the magnetic poles are arranged between the pair of permanent magnets and inside the rotor in the rotation radial direction of the rotor relative to the permanent magnets.
[0022]
According to the invention of claim 4, the rotor has a permanent magnet and an electromagnet, and one set of at least two permanent magnets constitutes a rotor magnetic pole, and a predetermined number of rotor magnetic poles rotate the rotor. They are arranged so as to have sequentially different polarities in the directions. In addition, the electromagnet is disposed between a set of permanent magnets for each rotor magnetic pole and inside the rotor in the rotation radial direction of the rotor. In other words, since the permanent magnet and the electromagnet constitute one set to form the magnetic pole of the rotor, by controlling the current flowing through the electromagnet, the permanent magnet and the electromagnet forming the magnetic pole are generated at low rotation. An exciting current is controlled so that a current flows through the electromagnet so that the magnetic forces reinforce each other, and at a high rotation speed, a current flows through the electromagnet so that the magnetic forces generated by the permanent magnet and the electromagnet constituting the magnetic pole weaken each other. Thereby, at the time of low rotation, a high torque is obtained as the magnetic force generated by the permanent magnet and the electromagnet as the magnetic force generated by the stator coil and the magnetic force generated by the stator coil. be able to. On the other hand, when rotating at high speed, the magnetic force of the permanent magnet and the electromagnet cancel each other out, and most of the magnetic flux generated in the entire rotor is confined inside the rotor, thereby greatly reducing the magnetic flux from the rotor to the stator. be able to. By continuously varying the amount of excitation current, fine field weakening can be controlled from low rotation to high rotation, so that the magnetic force generated by the entire rotor is It is possible to control the field weakening continuously and freely. Therefore, it is possible to suppress the generation of the induced electromotive voltage due to the high rotation of the entire rotor, and it is possible to rotate the rotor to a high rotation range.
[0023]
According to the fourth aspect of the present invention, the field weakening can be generated by using the electromagnets of the rotor as described above. The field-weakening field can be generated more efficiently than the field-weakening field using a coil for rotation. Therefore, the power consumption required for the field weakening can be sufficiently suppressed by setting the number of windings of the field winding constituting the electromagnet, so that unnecessary power costs are suppressed and the power efficiency of the entire motor is improved. Can be.
[0024]
Further, in order to achieve the above object, in the electric motor according to the fifth aspect, the stator having the coil, the outer rotor holding the permanent magnet, and the rotating shaft concentric with the outer rotor and located radially inward with respect to the rotating shaft. An inner rotor having a ferromagnetic material that can form a short-circuited magnetic path with respect to the permanent magnet of the outer rotor in a discontinuous manner in the rotation direction, wherein the outer rotor and the inner rotor are integrated. And a rotor phase control mechanism that changes the phase of the outer rotor in the rotation direction with respect to the inner rotor.
[0025]
Further, in the electric motor according to claim 6, in claim 5, the inner rotor is made of a ferromagnetic material, and a salient pole portion protruding outward in the rotation radial direction and a salient pole portion protruding outward in the rotation outer circumference are formed on the outer periphery of the inner rotor. The outer rotor has a rotor magnetic pole constituted by a set of at least two permanent magnets, and a predetermined number of the rotor magnetic poles are provided in the outer rotor. Are disposed so as to have sequentially different polarities in the rotation direction of the rotor, and the one set of permanent magnets is disposed on the outer rotor with an interval substantially equal to the rotation width of the salient pole portion of the inner rotor. Technical features.
[0026]
According to the fifth and sixth aspects of the present invention, the rotor has a double structure including an outer rotor and an inner rotor that is concentric with the outer rotor and is located radially outward with respect to the rotational axis. Has a permanent magnet, and the inner rotor has a ferromagnetic material that can form a short-circuit magnetic path with respect to the permanent magnet of the outer rotor in a discontinuous manner in the rotation direction. The rotor phase control mechanism is configured to change the phase of the outer rotor in the rotation direction with respect to the inner rotor, that is, the relative position between the outer rotor and the inner rotor. In other words, where the ferromagnetic material is not located, it becomes non-magnetic (impermeable to magnetic flux). By rotating the inner rotor, the relative position between the permanent magnet of the outer rotor and the ferromagnetic material of the inner rotor is changed. Thus, the path of the magnetic flux of the permanent magnet can be changed. By controlling the relative rotation of the internal and external rotors so that the magnetic flux reaches the stator at low rotation and the magnetic flux passes through the rotor at high rotation, high torque is achieved at low rotation. Can be obtained, and the magnetic force generated by the entire rotor at high rotation can be made much weaker than at low rotation. Therefore, it is possible to suppress the generation of the induced electromotive voltage due to the high rotation of the entire rotor, and it is possible to rotate the rotor to a high rotation range.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a motor of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
First, a first embodiment of the electric motor of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a radial cross-sectional view showing the configuration of the stator and the rotor of the electric motor according to the first embodiment, and FIG. 2 is an axial cross-sectional view showing the configuration of the electric motor. I have.
[0028]
As shown in FIGS. 1 and 2, the electric motor 20 according to the first embodiment mainly includes a stator 21 having a field coil 22, a rotor 23 having a permanent magnet, and a housing 30 for accommodating them. And so on.
[0029]
The stator 21 is formed in a cylindrical shape in which laminated steel sheets made of a ferromagnetic material formed in an annular shape are stacked in the direction of the rotation axis J, and a coil 22 for generating a rotating field is wound around the inner periphery thereof. For rotation, a plurality of slots 21a are formed in the rotation axis J direction. Further, as shown in FIG. 2, the stator 21 is fixed over substantially the entire circumference of the inner peripheral wall 30a of the housing 30. Note that the inner peripheral portion of the stator 21 located between the slots 21a constitutes a stator magnetic pole, and is configured to generate a rotating magnetic field with respect to the rotor 23.
[0030]
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the rotor 23 that rotates with respect to the stator 10 has an inner rotor 24 and a position that is concentric with the rotation axis J with respect to the inner rotor 24 and radially outward of the rotation axis J. An outer rotor 26 and a rotor shaft 29 forming a rotation axis J are formed. Are laminated in the direction of the rotation axis J, and hold a predetermined number of permanent magnets.
[0031]
That is, as shown in FIG. 1, the cylindrical inner rotor 24 has permanent magnets (hereinafter referred to as “internal permanent magnets”) 25a and 25b arranged inside the outer peripheral side so that the polarities of the magnetic poles are alternated. Is buried. That is, the inner permanent magnets 25a and 25b are arranged so as to have different magnetic pole polarities sequentially in the rotation direction of the inner rotor 24. In the first embodiment, the inner permanent magnet 25a has an N pole located radially outward of the rotation axis J and an S pole located radially inward, an S pole located radially outward of the rotation axis J, and an N pole located radially inward of the rotation axis J. Are embedded in the inner rotor 24, with four permanent magnets alternately and equally spaced in the circumferential direction of the rotation axis J.
[0032]
Further, in the cylindrical outer rotor 26, two permanent magnets are arranged in a set in a “C” shape toward the outside in the radial direction of the rotation axis J to form one rotor magnetic pole. It is buried (held) so as to constitute (hereinafter, the permanent magnet buried in the outer rotor is referred to as “outer permanent magnet”). One set of outer permanent magnets constituting one rotor magnetic pole are arranged with the same polarity facing each other. That is, “arranged in a C-shape” means that a pair of outer permanent magnets constituting a rotor magnetic pole are opposed to each other with the same magnetic pole surface facing the rotor in the radial direction as a symmetry axis, and a pair of outer permanent magnets facing each other. This means that the gap between the magnets is arranged so as to gradually increase from the radially inner side to the outer side in the rotor direction. A predetermined number of such rotor magnetic poles are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the outer rotor 26 with alternating polarities. In FIG. 1, one magnetic pole is constituted by one set of the outer permanent magnets 27a2 and 27b1, and this magnetic pole is arranged with the N pole facing the outer periphery of the outer rotor 26. Next to the magnetic pole formed by the outer permanent magnets 27a2 and 27b1, one set of the outer permanent magnets 27a1 and 27b2 is arranged so that the S pole faces outward in the circumferential direction to form another magnetic pole. In FIG. 1, a total of eight magnetic poles are formed.
[0033]
The pair of outer permanent magnets 27a2 and 27b1 constituting the rotor magnetic poles are arranged at intervals substantially equal to the circumferential width of the inner permanent magnet 25a. The same applies to the outer permanent magnets 27b1 and 27a2 constituting the other rotor magnetic poles. By arranging a pair of outer permanent magnets constituting the rotor magnetic poles at predetermined intervals in this way, when the inner and outer permanent magnets are positioned so as to reinforce each other, the magnetic field generated by the inner permanent magnets is applied to the outer permanent magnets. A magnetic path can be secured so that the stator can be reached without being interrupted. When the inner and outer permanent magnets are positioned so as to weaken each other, the area between the pair of outer permanent magnets serves as a magnetic path from the inner permanent magnet to the outer permanent magnet. That is, this region allows the magnetic flux passing between the inner and outer permanent magnets to be closed in the rotor.
[0034]
The inner rotor 24 and the outer rotor 26 configured as described above are arranged so that the rotor shaft 29 is the same axis (coaxial), and the two constitute an integral part of the rotor 23. That is, the inner rotor 24 is supported by the inner rotor support 31, and the inner rotor support 31 is rotatably attached to the rotor shaft 29 via the bearing 34. Thereby, the inner rotor 24 is rotatably supported on the rotor shaft 29. Although the rotor shaft 29 is formed in a hollow pipe shape in consideration of weight reduction, it is not necessarily required to be hollow, and may be a cylindrical member.
[0035]
On the other hand, the outer rotor 26 is supported by an outer rotor support 32, which is directly fixed to the rotor shaft 29. Since the rotor shaft 29 is rotatably attached to the housing 30 via the bearing 35, the outer rotor 26 is rotatably supported by the housing 30. Thus, the rotational force that causes the outer rotor 26 to rotate due to the rotating magnetic field generated by the coil 22 of the stator 21 can be extracted from the rotor shaft 29 as rotational torque.
[0036]
In order to change the phase of the outer rotor 26 in the rotation direction with respect to the inner rotor 24, the inner rotor 24 and the outer rotor 26 are connected by a rotor phase control mechanism as shown in FIG. It is configured to be relatively rotatable. That is, the rotor phase control mechanism determines the polarity of the magnetic pole by the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2 of the outer rotor 26 and the inner permanent magnets 25a of the inner rotor 24 based on the rotation speed of the rotor 23. The configuration is such that the polarity of the magnetic pole according to 25b can be changed from the same polarity position having the same polarity in the rotation radial direction to the opposite polarity position having the opposite polarity. For example, the rotor phase control mechanism adopts a configuration equivalent to a so-called swing motor used in an engine valve timing adjusting device, and adopts a configuration disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-4815.
[0037]
In the first embodiment, as shown in FIGS. 3A and 3B, the inner rotor support portion 31 has a groove 31 a having a cross-sectional shape in the direction of the rotation axis J, and further includes a groove 31 a. A vane portion 31b that partitions in the radial direction is formed. The outer rotor support portion 32 is formed with a wall portion 32a that partitions the inside of the concave groove 31a of the inner rotor support portion 31. Accordingly, the concave groove 31a in the inner rotor support portion 31 is divided into an advance oil chamber and a retard oil chamber by the vane portion 31b and the wall portion 32a of the outer rotor support portion 32. By supplying the hydraulic oil 39 to one oil chamber from the outside and discharging the hydraulic oil from the other oil chamber, the inner rotor support 31 can be rotated about the rotation axis J.
[0038]
That is, the working oil 39a is supplied from the outside to the advance oil chamber, and the working oil 39b is discharged to the outside from the retard oil chamber, whereby the vane portion 31b of the inner rotor support portion 31 is pushed clockwise. Therefore, the inner rotor support 31 can be rotated clockwise relative to the outer rotor support 32. On the other hand, the working oil 39b is supplied from the outside to the retard oil chamber, and the working oil 39a is discharged from the advance oil chamber to the outside, so that the vane portion 31b of the inner rotor support portion 31 is pressed in the counterclockwise direction. Therefore, the inner rotor support 31 can be rotated counterclockwise relative to the outer rotor support 32. The rotor phase control mechanism is not limited to this example, but can be realized by using an electric swing motor or the like.
[0039]
The fact that the inner rotor 24 and the outer rotor 26 are relatively rotatable does not mean that the inner rotor 24 and the outer rotor 26 can be relatively rotated without restriction while the entire rotor 23 is rotating as the electric motor 20, but that the outer rotor can be relatively rotated. The position of the inner permanent magnets 25a, 25b arranged on the inner rotor 24 relative to the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2 arranged on the child 26 moves by a predetermined angle about the rotation axis J of both rotors. Is possible.
[0040]
The rotor shaft 29 of the rotor 23 thus configured is mounted on the housing 30 via the bearing 35 so that the rotation axis J is concentric with the stator 21 mounted on the housing 30. Thus, the electric motor 20 is configured. As shown in FIGS. 1 and 2, the inner diameter of the stator 21 and the rotor 23 are set so that an air gap G is formed between the stator 21 and the rotor 23 at a predetermined interval without contact therebetween. 23 are set. The magnetic force generated by the rotor 23 as a whole is the magnetic force of all the permanent magnets (the inner permanent magnets 25a and 25b and the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, and 27b2) disposed on the inner rotor 24 and the outer rotor 26. Determined by the resultant force.
[0041]
Here, the relationship between the inner rotor 24 and the outer rotor 26 constituting the rotor 23 will be described with reference to FIGS. FIG. 4 shows a radial cross section (a quarter) of the electric motor 20, and FIG. 5 shows a result of magnetic field analysis of a state of magnetic flux lines generated from the rotor 23 of the electric motor 20 by a computer. Is shown in FIG.
[0042]
As shown in FIG. 4A, a pair of outer permanent magnets 27a2 and 27b1 constituting one rotor magnetic pole of the outer rotor 26 and an inner permanent magnet 25a of the inner rotor 24 have the same pole (for example, N When the inner rotor 24 and the outer rotor 26 are positioned so that the poles are directed toward each other, the magnetic forces of these permanent magnets reinforce each other. As a result, as shown in FIG. 5A, the magnetic fluxes from the N poles of the outer permanent magnets 27a2, 27b1 and the inner permanent magnet 25a return to the rotor 23 through the stator 21 toward the outside in the rotation radial direction. It can be seen that the outer rotor 26 communicates with the S poles of the adjacent outer permanent magnets 27a1 and 27b2.
[0043]
On the other hand, as shown in FIG. 4B, when the inner rotor 24 rotates 45 degrees, the inner permanent magnet 25b of the inner rotor 24 is placed between the outer permanent magnet 27a2 and the outer permanent magnet 27b1 of the outer rotor 26. When the inner rotor 24 and the outer rotor 26 are located in such a positional relationship, the magnetic forces of these permanent magnets weaken each other. As a result, as shown in FIG. 5B, the magnetic flux emitted from the N pole of the outer permanent magnet 27a2 goes inward in the rotational radial direction, passes through the S pole and the N pole of the inner permanent magnet 25b, and passes through the adjacent inner magnet. The closed magnetic path that passes through the S pole and N pole of the permanent magnet 25a and the S pole and N pole of the outer permanent magnet 27a1 adjacent to the outer permanent magnet 27a2 and returns to the S pole of the outer permanent magnet 27a2 Formed internally. Also, the magnetic flux emitted from the N pole of the outer permanent magnet 27b1 goes inward in the rotational radial direction, passes through the S pole and N pole of the inner permanent magnet 25b, and the S pole and N pole of the adjacent inner permanent magnet 25a, and furthermore, A closed magnetic path that passes through the S pole and N pole of the outer permanent magnet 27b2 adjacent to the outer permanent magnet 27b1 and returns to the S pole of the outer permanent magnet 27b1 is formed inside the rotor 23. That is, the magnetic flux of the entire rotor 23 does not reach the stator 21, and therefore, in this case, the rotor 23 does not exert a magnetic force on the stator 21.
[0044]
That is, as shown in FIGS. 4B and 5B, when the inner rotor 24 of the rotor 23 is located, the permanent magnets (the inner permanent magnets 25a and 25b, 27a1, 27a2, 27b1, 27b2), most of the magnetic flux generated in the entire rotor 23 can be confined inside the rotor 23, and the generation of linkage magnetic flux to the coil 22 of the stator 21 can be greatly reduced. it can. As a result, even if the rotor 23 rotates, generation of an induced electromotive voltage in the coil 22 disposed on the stator 21 can be suppressed. An induced electromotive voltage hardly occurs on the 21 side. Therefore, the electric motor 20 can be rotated to a high rotation range.
[0045]
Meanwhile, as shown in FIG. 5B, the magnetic flux generated by the permanent magnets (inner permanent magnets 25a, 25b, outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2) in the rotor 23 completely enters the rotor 23. When confined, the electric motor 20 can be said to be equivalent to a reluctance motor. The magnetic permeability changes in the rotation direction of the rotor 23 due to the permanent magnets (the inner permanent magnets 25a, 25b, the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2) in the rotor 23 or the holes provided in the rotor 23. This is because such a structure can generate reluctance torque.
[0046]
Also, depending on the strength or relative arrangement of each permanent magnet, the magnetic force of the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2 arranged on the outer rotor 26 and the inner permanent magnets 25a, 25b arranged on the inner rotor 24 is determined. Even when the magnetic flux due to the resultant force is not completely confined in the rotor 23, the magnetic flux passing to the stator 21 can be made much smaller than the state of the magnetic flux diagram shown in FIG.
[0047]
Next, the relationship between the rotation speed of the electric motor 20 and the output torque will be described with reference to FIG. FIG. 6A shows the output when the number of rotations is increased or decreased while the relative angle between the inner rotor 24 and the outer rotor 26 is fixed when the inner rotor 24 and the outer rotor 26 are not relatively rotated. This shows the characteristics of torque. The dashed line indicated by the symbol α shown in FIG. 6A indicates the state shown in FIG. 4A, that is, the magnetic force generated by the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, and 27b2 of the outer rotor 26 and the inner rotor 24. This is a characteristic of the output torque in the positional relationship between the inner rotor 24 and the outer rotor 26 when the magnetic forces of the permanent magnets 25a and 25b reinforce each other. In this case, since the magnetic force generated by the entire rotor 23 is strong, a high torque can be generated in a low rotation range, but the induced electromotive voltage generated in the coil 22 of the stator 21 increases as the rotation speed increases. It can be seen from the characteristic α in FIG. 7 that the rotation speed does not reach the high rotation range because of the rapid increase.
[0048]
On the other hand, the broken line indicated by the reference numeral γ shown in FIG. 6A indicates the state shown in FIG. 4B, that is, the magnetic force generated by the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2 of the outer rotor 26, and the inner rotation This is a characteristic of the output torque in the positional relationship between the inner rotor 24 and the outer rotor 26 when the magnetic forces of the inner permanent magnets 25a and 25b of the child 24 weaken each other. In this case, the rotor 23 as a whole hardly generates a magnetic force, so that the rotor 23 can reach a high rotation range. On the contrary, a high torque cannot be generated in a low rotation range. The broken line indicated by the reference numeral β shown in FIG. 6A is a characteristic of the output torque when an intermediate state between the state shown in FIG. 4A and the state shown in FIG. 4B is assumed.
[0049]
As described above, in the electric motor 20 according to the first embodiment, the inner rotor 24 and the outer rotor 26 are relatively rotated in accordance with the rotation speed of the rotor 23, so that the reference symbol α shown in FIG. , Β, and γ can be realized. Therefore, based on the rotation speed of the rotor 23 detected by a rotation speed sensor or the like, not shown, the inner permanent magnets 25a and 25b disposed on the inner rotor 24 and the outer permanent magnets 27a1 and 27a2 disposed on the outer rotor 26, By controlling the relative rotation angle between 27b1 and 27b2 from the position where the magnetic force is strengthened to the position where the magnetic force is weakened, it is possible to realize the characteristic shown by the thick line in FIG. Become.
[0050]
That is, as shown in FIG. 6B, when the rotational speed of the rotor 23 is 0 or more and K1 or less (for example, 3000 rpm), the control for setting the relative position of the inner rotor 24 to the position shown in FIG. Is performed on the above-described rotor phase control mechanism, and when the rotation speed of the rotor 23 exceeds K2 (for example, 6000 rpm), the relative position of the inner rotor 24 is set to the position shown in FIG. Is performed on the rotor phase control mechanism. When the rotation speed of the rotor 23 exceeds K1 and is equal to or lower than K2, the relative position of the inner rotor 24 is set between the position shown in FIG. 4A and the position shown in FIG. Is performed on the rotor phase control mechanism. The control is connected to a hydraulic circuit or the like that can supply the hydraulic oil 39 to the advance oil chamber and the retard oil chamber described above, or discharge the hydraulic oil 39 from the advance oil chamber and the retard oil chamber. The control is performed by a control device having a microcomputer as a core.
[0051]
In the first embodiment, since the eight sets of permanent magnets are arranged at equal intervals on the inner rotor 24 and the outer rotor 26, as described above, in order to change from a state in which magnetic flux is strengthened to a state in which magnetic flux is weakened, It suffices that the inner rotor 24 and the outer rotor 26 be rotated relative to each other by 45 degrees. However, since the relative rotation angle of the inner rotor 24 required to weaken such a magnetic force is determined by the geometric arrangement of the permanent magnets, for example, the number of arranged permanent magnets is “6”. (Ie, when the rotor magnetic pole is “6”), the angle is 60 degrees, and when the number of pairs is “4”, the angle is 90 degrees.
[0052]
As described above, according to the first embodiment, the electric motor 20 includes the “stator 21 having the coil 22”, the “inner rotor 24 holding the inner permanent magnets 25a and 25b, and the inner rotor 24”. A rotor 23 having an outer rotor 26 that is concentric with the rotation axis and is located radially outward in the rotation direction and holds the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, and 27b2. " A rotor phase control mechanism for changing a relative position with respect to the rotor 24.
[0053]
In other words, in the electric motor 20, the rotor 23 has a double structure including the inner rotor 24 and the outer rotor 26 that is concentric with the rotation axis of the inner rotor 24 and located on the outer side in the rotation radial direction. Hold inner permanent magnets 25a, 25b, and the outer rotor 26 holds outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2. The rotor phase control mechanism including the inner rotor support portion 31, the outer rotor support portion 32, the bearings 34 and 35, the hydraulic oil 39, the hydraulic circuit, the control device, etc. The configuration is such that the relative position with respect to the inner rotor 24 can be changed. As a result, the magnetic force generated by the entire rotor 23 is equal to the magnetic force generated by the inner permanent magnets 25a, 25b held by the inner rotor 24 and the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2 held by the outer rotor 26, respectively. By changing the relative position (phase) between the inner rotor 24 and the outer rotor 26 by the combination using a rotor phase control mechanism, the magnetic force generated by the inner permanent magnets 25 a and 25 b of the inner rotor 24 and the outer rotor 26 The resultant force with the magnetic force by the permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2 can be varied.
[0054]
In the electric motor 20, the inner permanent magnets 25a and 25b held by the inner rotor 24 are arranged so as to have sequentially different magnetic pole polarities in the rotation direction of the inner rotor 24, and the outer permanent magnets 25a and 25b held by the outer rotor 26. The permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, and 27b2 constitute rotor magnetic poles in pairs (27a2 and 27b1, and 27a1 and 27b2), and each rotor magnetic pole is sequentially different in the rotation direction of the outer rotor 26. It is arranged to have polarity. At this time, a pair of outer permanent magnets constituting one rotor magnetic pole are arranged at a predetermined interval with the same magnetic pole surface facing the outside of the rotor. The rotor phase control mechanism determines the polarities of the magnetic poles of the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2 of the outer rotor 26 and the inner permanent magnets 25a, 25b of the inner rotor 24 based on the rotation speed of the rotor 23. And the polarity of the magnetic pole can be changed from the same polarity position having the same polarity in the rotation radial direction to the opposite polarity position having the opposite polarity. Thus, the inner rotation is performed by the rotor phase control mechanism such that the inner permanent magnets 25a and 25b of the inner rotor 24 and the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1 and 27b2 of the outer rotor 26 are located at locations where the magnetic forces are mutually strengthened. The relative position between the rotor 24 and the outer rotor 26 can be controlled, and the inner permanent magnets 25a, 25b of the inner rotor 24 and the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2 of the outer rotor 26 exert a magnetic force on each other. The relative position between the inner rotor 24 and the outer rotor 26 can be controlled by the rotor phase control mechanism so as to be positioned at the positions where they cancel each other.
[0055]
Then, at the time of low rotation (for example, 3000 rpm or less), the inner permanent magnets 25a, 25b of the inner rotor 24 and the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2 of the outer rotor 26 are positioned so as to strengthen each other's magnetic force. The relative position between the inner rotor 24 and the outer rotor 26 is controlled by the rotor phase control mechanism. On the other hand, at the time of high rotation (for example, 6000 rpm or more), the inner permanent magnets 25a, 25b of the inner rotor 24 and the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2 of the outer rotor 26 are positioned so as to cancel each other out of magnetic force. The relative position between the inner rotor 24 and the outer rotor 26 is controlled by the rotor phase control mechanism. As a result, at such a low rotation, the magnetic force generated by the rotor 23 as a whole is fixed to a combined force in which the magnetic forces of the inner permanent magnets 25a, 25b and the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2 are strengthened with each other. High torque can be obtained by interaction with the magnetic force generated by the coil 22 of the child 21. On the other hand, when rotating at such a high speed, the magnetic forces of the inner permanent magnets 25a, 25b and the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2 cancel each other out, and most of the magnetic flux generated in the entire rotor 23 Since the magnetic flux from the rotor 23 to the stator 21 can be greatly reduced by confining the rotor 23, the magnetic force generated by the entire rotor 23 can be made much weaker than at low rotation. Therefore, the generation of the induced electromotive voltage due to the high rotation of the entire rotor 23 can be suppressed, and the rotor 23 can be rotated to a high rotation region. Furthermore, in order to cancel the magnetic force generated by the inner permanent magnets 25a and 25b and the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1 and 27b2 of the rotor 23 at the time of high rotation, high current is applied without applying a current to the coil 22 of the stator 21. Therefore, an efficient electric motor can be realized.
[0056]
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the electric motor of the present invention will be described with reference to FIG.
The electric motor 120 according to the second embodiment has the same configuration as the electric motor 20 according to the above-described first embodiment except that the configuration of an outer rotor 126 constituting the rotor 123 is different. Therefore, the inner rotor 24 constituting the rotor 123 of the second embodiment has substantially the same configuration as the rotor 23 constituting the electric motor 20 of the first embodiment. The same reference numerals as those in FIG. 24 denote the same components, and a description of the configuration will be omitted. Descriptions of those components will also be omitted for other components.
[0057]
As shown in FIG. 7, the electric motor 120 according to the second embodiment is configured such that the outer permanent magnets 127 a 1, 127 a 2, 127 b 1, and 127 b 2 held by the outer rotor 26 of the rotor 123 have their magnetic pole surfaces (in the magnet, magnetic flux is mainly generated). Are generated so as to face in the circumferential direction of the cylinder.
[0058]
That is, the outer rotor 126 is formed in a cylindrical shape in which laminated steel sheets made of a ferromagnetic material formed in an annular shape are stacked in the direction of the rotation axis J, and the outer rotor 126 holds a predetermined number of permanent magnets. Are the same as the outer rotor 26 of the first embodiment, but the outer rotor 126 of the second embodiment has outer permanent magnets 127a1, 127a2 and 127b1, 127b2 embedded therein. However, instead of being formed as a pair so as to form a “C-shape” outward in the radial direction of the rotation axis J, a “II-shape” is formed outward in the radial direction of the rotation axis J. Are formed in pairs, and are arranged and embedded so that the polarities of the magnetic poles of the pairs are alternated.
[0059]
By arranging the outer permanent magnets 127a1, 127a2, 127b1, and 127b2 of the outer rotor 126 in this way, when the magnetic flux of the entire rotor 23 is weakened, the inner permanent magnets 25a and 25b embedded in the inner rotor 24 are generated. The magnetic flux can be more easily confined in the rotor 23. Therefore, the electric motor 120 suitable for higher rotation can be realized.
[0060]
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the electric motor of the present invention will be described with reference to FIG.
The motor 220 according to the third embodiment has the same configuration as the configuration of the electric motor 20 according to the above-described first embodiment except that the configurations of an inner rotor 224 and an outer rotor 226 constituting the rotor 223 are different. Have been. Therefore, components other than the rotor 223 shown in FIG. 8 are substantially the same as those of the rotor 23 constituting the electric motor 20 of the first embodiment, and the description of those components will be omitted.
[0061]
As shown in FIG. 8, the electric motor 220 according to the third embodiment includes a rotor 223 including an inner rotor 224 and an outer rotor 226, like the rotor 23 according to the first embodiment. The inner permanent magnets 225a and 225b held by the inner rotor 224 have a total of six 6-pole configurations, and the pair of outer permanent magnets 227a and 227b that constitute the rotor magnetic poles are adjacent to each other. The difference from the rotor 23 of the first embodiment is that the rotor 23 is used in common with the outer permanent magnet constituting the child magnetic pole.
[0062]
As described above, by using the outer permanent magnets 227a and 227b arranged on the outer rotor 226 so as to be shared by adjacent magnetic poles, the number of permanent magnets embedded in the outer rotor 226 can be reduced by half, and lower cost can be achieved. In addition, the electric motor 220 can be realized. Since the electric motor 20 of the first embodiment constitutes an 8-pole motor as described above, if the second embodiment is applied to an 8-pole motor like the electric motor 20, the outer permanent magnet of the outer rotor Can be reduced to eight (16/2 = 8).
[0063]
The first to third embodiments exemplify variations in the arrangement of the permanent magnets in the rotor, and take into consideration the cost, required motor characteristics, ease of machining, etc., and determine the size of the magnets. , Quantity, shape, number of poles, etc. can be selected. For example, when the volume of the outer permanent magnet is relatively large, the rotor itself can increase the magnetic force generated on the stator, so that a high torque can be realized. , The induced electromotive force cannot be reduced to zero, and is not suitable for high rotation. Further, when a pair of outer permanent magnets, which constitute the rotor magnetic poles and are arranged opposite to each other in a U-shape, are arranged so that the interval becomes larger from the inside to the outside of the rotor, the outside permanent magnets are fixed. Since the magnetic force generated on the element can be increased, high torque can be realized. However, at this time, the effect of weakening the magnetic force of the outer permanent magnet on the stator by the inner permanent magnet is relatively reduced, and is not suitable for high rotation.
[0064]
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the electric motor of the present invention will be described with reference to FIGS.
The electric motor 320 according to the fourth embodiment includes a stator 21 and an outer rotor 26 of the electric motor 20 according to the above-described first embodiment, except that the configuration of an inner rotor 324 is different between a stator and a rotor. Is configured in the same manner as the above. Therefore, as shown in FIG. 9, the stator 21 and the rotor 23 have substantially the same configuration as the stator 21 and the rotor 23 constituting the electric motor 20 of the first embodiment except for the rotor 323. Therefore, description of those components is omitted.
[0065]
As shown in FIGS. 9 and 10, the electric motor 320 according to the fourth embodiment uses an electromagnet 325 instead of using a permanent magnet as the magnet held by the inner rotor 324. This is different from the electric motor 20 of the first embodiment.
That is, the pair of outer permanent magnets 27a1 and 27b2 and 27a2 and 27b1 of the rotor 323 constitute rotor magnetic poles, respectively, and each rotor magnetic pole has a different polarity sequentially in the rotation direction of the rotor 323. Are located in In addition, the electromagnet 325 of the rotor 323 is disposed on the rotor 323 in the rotation radial direction inside the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, and 27b2 for each rotor magnetic pole constituted by a set of outer permanent magnets. . For this reason, in the fourth embodiment, the rotor 323 is divided into the inner rotor 324 and the outer rotor 26 for convenience of description, but the present invention (Claim 4) uses two or more rotors. This is true regardless of whether or not it is configured separately.
[0066]
As shown in FIG. 9, the inner rotor 324 of the rotor 323 is formed by moving a laminated steel plate made of an annularly formed ferromagnetic material in the direction of the rotation axis J, similarly to the inner rotor of the first to third embodiments. Are configured in a cylindrical shape. In the case of the inner rotor 324, each of the rotor magnetic poles constituted by the set of the outer permanent magnets 27a1 and 27b2 and the set of 27a2 and 27b1 of the outer rotor 26, that is, a convex core portion for eight poles 324a is protruded outward in the rotation radial direction. The core portion 324a is, for example, located between the outer permanent magnet 27b2 and the outer permanent magnet 27a1 or between the outer permanent magnet 27a2 and the outer permanent magnet 27b1 so that the top of the iron core portion 324a has an outer rotor. 26 is set to be in contact with the inner peripheral wall. Further, the two permanent magnets of the set of outer permanent magnets constituting each rotor magnetic pole are arranged at an interval substantially equal to the rotational width of the top of the iron core 324a.
[0067]
A coil 324c for the field is wound around the iron core 324a, and both ends of the coil 324c are electrically connected to the slip rings 341a and 341b, respectively (FIG. 10). Thus, when the exciting current is supplied to the coil 324c, the magnetic flux generated in the iron core 324a can pass through the outer rotor 26 without being attenuated, and thus the inner rotation is performed by the iron core 324a and the coil 324c. An electromagnet is formed in the child 324. Therefore, by controlling the polarity and amount of the exciting current supplied to the coil 324c, the inner permanent magnets 25a and 25b of the electric motor 20 of the first embodiment are used together with the outer permanent magnets 27a2 and 27b1 of the outer rotor 26. Magnetic forces can be strengthened or weakened with each other.
[0068]
A hole 324b is formed between the iron core 324a and the iron core 324a. The hole 324b forms a non-magnetic portion between the core 324a and the adjacent electromagnet 325. This is to prevent interference of magnetic flux.
[0069]
Here, the configuration of the electric motor 320 will be described with reference to FIG. It should be noted that the housing of the electric motor 320 shown in FIG. 10 is omitted. Therefore, it should be noted that the rotor shaft 329 is actually supported by a housing (not shown) via the bearing 335.
[0070]
As shown in FIG. 10, the electric motor 320 includes a stator 21, a rotor 323 (the outer rotor 26 and the inner rotor 324), a rotor shaft 329, a field current control device 350, and the like. Among them, the stator 21 and the outer rotor 26 have substantially the same configuration as that of the electric motor 20 of the first embodiment, as described above. A coil 324c is wound around an iron core 324a of the inner rotor 324 that constitutes the rotor 323. One end of the coil 324c is connected to the slip ring 341a, and the other end is connected to the slip ring 341b. Are electrically connected to each other.
[0071]
The slip rings 341 a and 341 b are formed as two annular convex portions provided on the outer circumference of the rotor shaft 329 over the entire circumference, respectively, and the brushes 343 a connected to the field current control device 350 are provided. , 343b. Thus, the exciting current supplied from the field current control device 350 can be supplied to the coil 324c of the iron core 324a via the brushes 343a and 343b and the slip rings 341a and 341b. That is, by controlling the polarity and amount of the exciting current supplied to the coil 324c by the field current control device 350, as described with reference to FIGS. 5A and 5B, the electromagnet 325 is used. The combination of the electromagnetic force and the magnetic force by the outer permanent magnets 27a2, 27b1 of the outer rotor 26 allows the magnetic force to be strengthened or weakened mutually.
[0072]
According to the electric motor 320 according to the fourth embodiment, the rotor 323 has the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2 and the electromagnet 325, and the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2 rotate the rotor 323. The electromagnet 325 is held by the rotor 323 so as to have sequentially different polarities in the directions and forms a predetermined number of magnetic poles. It is held by the rotor 323 on the inner side in the rotation radial direction. That is, since the outer permanent magnets 27a2, 27b1 and the electromagnet 325 constitute one set (and the 27a1, 27b2 and the electromagnet 325 constitute one set), the rotor magnetic pole of the rotor 323 is formed. At low rotation, the excitation current is applied to the electromagnet 325 so that the magnetic forces generated by the outer permanent magnets 27a2, 27b1 and the electromagnet 325 (and the electromagnets 325, 27a1, 27b2) constituting the rotor magnetic poles are strengthened with each other. When the motor rotates at a high speed, an exciting current is supplied to the electromagnet 325 so that the magnetic forces generated by the outer permanent magnets 27a2 and 27b1 and the electromagnet 325 (and the electromagnets 325 and 27a1 and 27b2) constituting the rotor magnetic poles weaken each other. Next, the field current control device 350 is controlled.
[0073]
As a result, at the time of low rotation, as the magnetic force generated by the entire rotor 323, the resultant force of the magnetic force generated by the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2 and the electromagnet 325 and the coil 22 of the stator 21 are generated. High torque can be obtained by the interaction with the magnetic force. On the other hand, at the time of high rotation, the magnetic force of the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2 and the electromagnet 325 cancel each other, and most of the magnetic flux generated in the entire rotor 323 is confined inside the rotor. From the magnetic flux toward the stator 21 can be greatly reduced. Then, by continuously varying the amount of excitation current of the electromagnet 325 by the field current control device 350, fine field weakening can be controlled from low rotation to high rotation. The magnetic force generated by the entire H.323 is much weaker than at the time of low rotation, and the field weakening can be continuously and freely controlled. Therefore, generation of an induced electromotive voltage due to high rotation of the entire rotor 323 can be suppressed, and the rotor 323 can be rotated to a high rotation region.
[0074]
In the electric motor 320, since the rotor 323 has the electromagnet 325 dedicated to the field weakening in this way, a coil for rotating the rotor is used as in "field weakening control" in the conventional PM motor. The field weakening can be generated more efficiently than the field weakening. Therefore, by setting the number of turns of the coil 324c constituting the electromagnet 325, the power consumption required for the field-weakening can be sufficiently suppressed, so that unnecessary power costs can be suppressed and the power efficiency of the entire motor can be improved. .
[0075]
[Fifth Embodiment]
Finally, a fifth embodiment of the electric motor of the present invention will be described with reference to FIGS.
The electric motor 420 according to the fifth embodiment has the same configuration as that of the electric motor 20 according to the above-described first embodiment except that the configuration of an inner rotor 424 constituting the rotor 423 is different. Therefore, the outer rotor 26 of the rotor 423 of the fifth embodiment has substantially the same configuration as the rotor 23 of the electric motor 20 of the first embodiment. The same reference numerals as in 26 denote the same components, and a description of the configuration will be omitted, and a description of the configuration will be omitted for other components.
[0076]
As shown in FIG. 11, the electric motor 420 of the fifth embodiment has an inner rotor 424 in which inner permanent magnets 25 a and 25 b embedded in the inner rotor 24 of the first embodiment are replaced with holes. The difference from the electric motor 20 of the first embodiment lies in that the structure of the motor 424b is adopted.
[0077]
That is, the electric motor 420 includes the “stator 21 having the coil 22”, the “outer rotor 26 holding the outer permanent magnets 27 a 1, 27 a 2, 27 b 1, 27 b 2”, and the rotation shaft concentric and rotating with respect to the outer rotor 26. An inner rotor 424 that has a ferromagnetic material that is radially inward and that can form a short-circuit magnetic path with respect to the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, and 27b2 of the outer rotor 26 in a discontinuous manner in the rotation direction. And a “rotor 423 in which the outer rotor 26 and the inner rotor 424 rotate integrally” and a “rotor phase control mechanism that changes the phase of the outer rotor 26 in the rotation direction with respect to the inner rotor 424”. , Is provided.
[0078]
The inner rotor 424 is made of a ferromagnetic material, and salient pole portions 424a protruding outward in the rotation radial direction and holes 424b recessed inward on the outer circumference of rotation are alternately provided on the outer circumference of the inner rotor 424. To have. Therefore, the inner rotor 424 has a shape in which salient pole portions 424a and hole portions 424b are alternately arranged in the rotation direction. Further, in the outer rotor 26, the rotor magnetic poles are configured by two pairs of the outer permanent magnets 27a1 and 27b2 and the outer permanent magnets 27a2 and 27b1, and a predetermined number of the rotor magnetic poles are sequentially different in the rotation direction of the rotor. A pair of outer permanent magnets 27a1 and 27b2 (and 27a2 and 27b1) which are arranged so as to have a polarity and constitute a rotor magnetic pole are arranged on the outer rotor 26 at an interval equivalent to the width of the salient pole portion 424a in the rotation direction. ing. The top of the salient pole portion 424a is in contact with the outer rotor 26, so that the magnetic flux generated by the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2 reaches the rotor 424 which does not pass through the contact portion.
[0079]
With this configuration, as shown in FIG. 11 (A), in the rotor magnetic poles formed by one pair of outer permanent magnets 27b2 and 27a1 by two outer rotors 26, When the holes 424b of the inner rotor 424 are arranged between the permanent magnets 27b2 and 27a1, the magnetic flux generated by the pair of two outer permanent magnets 27b2 and 27a1 is generated by the holes 424b. Most of the magnetic flux generated by the pair of two outer permanent magnets 27b2 and 27a1 cannot reach the inner rotor 424, and most of the magnetic flux reaches the stator 21 (see FIG. 12A). That is, most of the magnetic force of the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, and 27b2 embedded in the rotor 423 can interact with the magnetic force generated by the coil 22 provided on the stator 21 and a high torque Can be obtained.
[0080]
On the other hand, as shown in FIG. 11B, the inner rotor 424 rotates relative to the outer rotor 26, and the two outer rotors 26 form a pair of outer permanent magnets 27b2 and 27a1. In the state where the salient pole portion 424a of the inner rotor 424 is disposed between the outer permanent magnets 27b2 and 27a1 of the magnetic poles constituted by the magnetic poles, the magnetic flux generated by the pair of outer permanent magnets 27b2 and 27a1 A part of the air circulates through the inner rotor 424 through the salient pole 424a. Therefore, of the magnetic fluxes generated by the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2, the magnetic flux reaching the stator 21 is reduced by the amount that passes through the inner rotor 424, so that the induction voltage generated in the coil 22 of the stator 21 is reduced. The voltage can be reduced. Therefore, high rotation of the electric motor 420 can be realized.
[0081]
According to the electric motor 420 according to the fifth embodiment, the rotor 423 has a double structure including the outer rotor 26 and the inner rotor that is concentric with the rotation axis of the outer rotor 26 and located radially outward with respect to the rotation axis. The outer rotor 26 has outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, and 27b2, and the inner rotor 424 has a strength capable of forming a short-circuit magnetic path together with the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, and 27b2 of the outer rotor 26. The magnetic material is discontinuous in the rotation direction. The rotor phase control mechanism has a configuration that can change the relative position between the outer rotor 26 and the inner rotor with respect to the rotation direction. That is, since the portion where the ferromagnetic material is not located becomes non-magnetic (impermeable to magnetic flux), by rotating the inner rotor 424, the inner permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2 of the outer rotor 26 and the inner rotor are rotated. By changing the relative position of the child 424 to the ferromagnetic material, the path of the magnetic flux of the outer permanent magnets 27a1, 27a2, 27b1, 27b2 can be changed.
[0082]
Thereby, the relative rotation of the inner and outer rotors is controlled so that the magnetic flux reaches the stator 21 at the time of low rotation and the magnetic flux passes through the rotor 424 at the time of high rotation. At times, a high torque can be obtained, and the magnetic force generated by the entire rotor 423 at a high rotation can be made much weaker than at a low rotation. Therefore, generation of an induced electromotive voltage due to high rotation of the entire rotor 423 can be suppressed, and the rotor 423 can be rotated to a high rotation region.
[0083]
The first, second, third, and fifth embodiments are characterized in that the inner rotor and the outer rotor can rotate relative to each other, but the inner circumference of the inner rotor and the outer circumference of the outer rotor are different. Instead of contacting to such an extent that it does not hinder relative rotation (that is, contacting the sliding resistance so as not to hinder relative rotation), it faces each other via an air gap that does not hinder the passage of magnetic flux. May be configured.
[0084]
Further, the outer rotor has a rotor magnetic pole constituted by a pair of permanent magnets, but a rotor magnetic pole may be constituted by two or more outer permanent magnets. That is, one rotor magnetic pole is constituted by a plurality of outer permanent magnets in a one-to-one pair, and the pair of outer permanent magnets is arranged at a predetermined interval to constitute a rotor magnetic pole. As long as the length is substantially equal to the circumferential width of the inner permanent magnet or electromagnet disposed on the rotor, even if the pair of outer permanent magnets is composed of four, six, etc. It is possible to obtain the effect of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a radial sectional view showing a configuration of a stator and a rotor of an electric motor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an axial sectional view showing a configuration of the electric motor according to the first embodiment.
FIG. 3 is an explanatory view taken along a line III-III shown in FIG. 2, wherein FIG. 3 (A) shows a case where an inner rotor of the rotor moves in an advance direction, and FIG. This is when the inner rotor moves in the retard direction.
FIG. 4 is a radial 径 sectional view of the electric motor according to the first embodiment, and FIG. 4 (A) shows a case where the inner permanent magnets of the inner rotor are located at positions where the magnetic forces are strengthened, and FIG. ) Indicates the case where the inner permanent magnet of the inner rotor is at a position where the magnetic force is weakened.
FIG. 5 is a magnetic flux diagram showing a result of a magnetic field analysis performed by a computer on a state of magnetic flux lines generated from a rotor of the electric motor according to the first embodiment. FIG. FIG. 5B shows the case where the inner rotor is at the position shown in FIG. 4B.
FIG. 6 is a characteristic diagram schematically showing a relationship between a rotation speed and an output torque of the electric motor according to the first embodiment.
FIG. 7 is a radial cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a rotor constituting a motor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a radial cross-sectional view illustrating a configuration outline of a rotor constituting a motor according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a radial cross-sectional view illustrating a configuration of an electric motor according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an axial sectional view showing a configuration of a motor according to a fourth embodiment.
FIG. 11 is a radial cross-sectional view illustrating a configuration of a motor according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a magnetic flux diagram showing a result of a magnetic field analysis performed by a computer on a state of magnetic flux lines generated from a rotor of the electric motor according to the fifth embodiment, wherein FIG. FIG. 12B shows the case where the inner rotor is at the position shown in FIG. 11B.
[Explanation of symbols]
20 electric motor
21 Stator
22 coils
23 Rotor
24 inner rotor
25a Inner permanent magnet (first permanent magnet)
25b Inner permanent magnet (first permanent magnet)
26 Outer rotor
27a1 External permanent magnet (second permanent magnet, permanent magnet)
27a2 Outside permanent magnet (second permanent magnet, permanent magnet)
27b1 Outside permanent magnet (second permanent magnet, permanent magnet)
27b2 Outside permanent magnet (second permanent magnet, permanent magnet)
29 Rotor shaft
30 Housing
31 Inner rotor support (rotor phase control mechanism)
32 Outer rotor support (rotor phase control mechanism)
34 Bearing (rotor phase control mechanism)
35 Bearing (rotor phase control mechanism)
39 Hydraulic oil (rotor phase control mechanism)
120, 220, 320, 420 motor
123, 223, 323, 432 rotor
124, 224, 324, 434 Inner rotor
125a, 225a Internal permanent magnet (first permanent magnet)
125b, 225b Internal permanent magnet (first permanent magnet)
126, 226 Outer rotor
127a1, 227a Outer permanent magnet (second permanent magnet)
127a2 Outer permanent magnet (second permanent magnet)
127b1, 227b Outer permanent magnet (second permanent magnet)
127b2 Outer permanent magnet (second permanent magnet)
324a Iron core
324b void
325 electromagnet
350 Field current control device
424a salient pole
424b hole
J rotation axis
G air gap

Claims

A stator having a coil;
An inner rotor that holds a first permanent magnet; and an outer rotor that is concentric with the rotation axis and located radially outward with respect to the inner rotor and holds a second permanent magnet. And a rotor in which the outer rotor rotates integrally,
A rotor phase control mechanism that changes the phase of the outer rotor in the rotation direction with respect to the inner rotor,
An electric motor comprising:

In the outer rotor, a rotor magnetic pole is configured by a set of the second permanent magnets composed of at least two or more,
A predetermined number of the rotor magnetic poles are arranged so as to have sequentially different polarities in the rotation direction of the rotor,
The one set of second permanent magnets constituting each rotor magnetic pole is arranged on the outer rotor at an interval substantially equal to the width of the first permanent magnet in the circumferential direction of the rotor. The electric motor according to claim 1.

The first permanent magnet held by the inner rotor is arranged so as to have sequentially different polarities of magnetic poles in the rotation direction of the inner rotor,
The rotor phase control mechanism may be arranged such that the first permanent magnet has the same polarity as the rotor magnetic pole in the rotational radial direction between the pair of second permanent magnets, according to the rotation speed of the rotor. 3. The electric motor according to claim 2, wherein the electric motor can be changed from a position having the same polarity to a position having a reverse polarity having the opposite polarity.

A motor having a stator having a coil and a rotor having a permanent magnet and an electromagnet,
In the rotor, a rotor magnetic pole is configured by a set of the permanent magnets including at least two or more,
A predetermined number of the rotor magnetic poles are arranged so as to have sequentially different polarities in the rotation direction of the rotor,
The electric motor according to claim 1, wherein the electromagnet is disposed between the pair of permanent magnets and for each rotor magnetic pole, in the rotation radial direction inside of the rotor with respect to the permanent magnet.

A stator having a coil;
An outer rotor that holds a permanent magnet, and a ferromagnetic body that is positioned concentric with the rotation axis and radially inward of the rotation axis of the outer rotor and that can form a short-circuit magnetic path with respect to the permanent magnet of the outer rotor. Having an inner rotor discontinuously in the direction, a rotor in which the outer rotor and the inner rotor rotate integrally,
A rotor phase control mechanism that changes the phase of the outer rotor in the rotation direction with respect to the inner rotor,
An electric motor comprising:

The inner rotor is made of a ferromagnetic material, and has, on the outer periphery of the inner rotor, salient pole portions protruding outward in the radial direction of rotation and void portions depressed inward on the outer periphery of rotation, alternately.
In the outer rotor, a rotor magnetic pole is configured by one set of the permanent magnets including at least two or more,
A predetermined number of the rotor magnetic poles are arranged so as to have sequentially different polarities in the rotation direction of the rotor,
The electric motor according to claim 5, wherein the one set of permanent magnets is arranged on the outer rotor with a spacing substantially equal to a width of the salient pole portion of the inner rotor in the rotation direction.