JP2008289227A - 回転電機用ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】 回転電機のロータに発生する渦電流を最小限に抑えて発熱およびエネルギー損失を低減するとともに、ロータの量産性を向上させてコストダウンを図る。
【解決手段】 第１、第２フランジ部材３２，３３の外周部間を連結する円筒部材３４を非導電性の樹脂で構成し、その円筒部材３４に軟磁性体よりなる誘導磁極３９Ｌ，３９Ｒを支持したので、電流を流さない円筒部材３４で第１、第２フランジ部材３２，３３間を電気的に絶縁し、運転時に第１、第２フランジ部材３２，３３および円筒部材３４で構成される閉回路を流れる渦電流を低減することで、渦電流に伴う発熱やエネルギー損失を最小限に抑えることができる。しかも円筒部材３４を樹脂で成形する際に、その円筒部材３４に誘導磁極３９Ｌ，３９Ｒを一体化するので、円筒部材３４自体の部品点数を削減できるだけでなく、円筒部材３４に対する誘導磁極３９Ｌ，３９Ｒの固定部材が不要になるため、ロータ１３の量産性を向上させてコストダウンを図ることが可能となる。
【選択図】 図９

Description

本発明は、軸線まわりに回転する籠状に形成されて外周部に複数の誘導磁極を支持する回転電機用ロータに関する。

複数の電機子を有して回転磁界を発生する環状のステータをケーシングに固定し、外周に複数の永久磁石を支持する第１ロータをステータの内部に回転自在に支持し、複数の軟磁性体製の誘導磁極を支持する円筒状の第２ロータを前記ステータおよび前記第１ロータ間に回転自在に支持することで、第１ロータおよび第２ロータから別個に出力を取り出すことを可能とした二軸出力型電動機が、下記特許文献１により公知である。
特開平８−１１１９６３号公報

ところで、上記特許文献１に記載された二軸出力型電動機の第２ロータは、相互に対向するように配置された２枚の円板状の第１、第２ロータフレームの外周部から軸線方向に複数の誘導磁極支持部を一体的に突出させ、第１ロータフレームの誘導磁極支持部の先端と第２ロータフレームの誘導磁極支持部の先端との間に誘導磁極を挟んでボルトで固定する構造になっている。このため、第１、第２ロータフレームの形状が複雑化してしまい、量産性が低下してコストアップの要因となる問題があるだけでなく、その第２ロータは２枚のロータフレームと複数の誘導磁極支持部の両端との連結部が絶縁されていないため、運転時に発生する渦電流が一方のロータフレーム、固定部材、他方のロータフレームおよび固定部材で構成される閉回路を流れることで、大きな発熱やエネルギー損失が発生する可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、回転電機のロータに発生する渦電流を最小限に抑えて発熱およびエネルギー損失を低減するとともに、ロータの量産性を向上させてコストダウンを図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、共通の軸線まわりに回転可能に配置された第１フランジ部材および第２フランジ部材の外周部間を非導電性材料で構成した円筒部材で連結し、前記円筒部材に軟磁性体よりなる誘導磁極を前記軸線を中心とする周方向に所定間隔で支持したことを特徴とする回転電機用ロータが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記円筒部材は樹脂製であり、前記誘導磁極は前記円筒部材の成形時に該円筒部材に一体化されることを特徴とする回転電機用ロータが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記誘導磁極は前記円筒部材の外周面に露出することを特徴とする回転電機用ロータが提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記誘導磁極は前記円筒部材の内周面に露出することを特徴とする回転電機用ロータが提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、前記円筒部材は、前記第１、第２フランジ部材に固定される一対の環状の固定部と、前記軸線を中心とする周方向に所定間隔で配置されて前記一対の固定部を連結する複数の棒状の誘導磁極支持部とで構成され、隣接する誘導磁極支持部間に前記誘導磁極が支持されることを特徴とする回転電機用ロータが提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、請求項１〜請求項５の何れか１項の構成に加えて、前記円筒部材の外周に弱磁性体製のリングを配置したことを特徴とする回転電機用ロータが提案される。

また請求項７に記載された発明によれば、請求項６の構成に加えて、前記誘導磁極を前記軸線方向に所定間隔で複数配置するとともに、前記リングを前記軸線方向に隣接する前記複数の誘導磁極の間に配置したことを特徴とする回転電機用ロータが提案される。

また請求項８に記載された発明によれば、請求項１〜請求項７の何れか１項の構成に加えて、前記第１、第２フランジ部材を金属素材で構成したことを特徴とする回転電機用ロータが提案される。

尚、実施の形態の第１誘導磁極３９Ｌおよび第２誘導磁極３９Ｒは本発明の誘導磁極に対応する。

請求項１の構成によれば、軸線まわりに回転する第１フランジ部材および第２フランジ部材の外周部間を連結する円筒部材を非導電性材料で構成し、その円筒部材に軟磁性体よりなる誘導磁極を前記軸線を中心とする周方向に所定間隔で支持したので、電流を流さない円筒部材で第１、第２フランジ部材間を電気的に絶縁し、運転時に第１フランジ部材、第２フランジ部材および円筒部材で構成される閉回路を流れる渦電流を低減することで、渦電流に伴う発熱やエネルギー損失を最小限に抑えることができる。

また請求項２の構成によれば、円筒部材を樹脂で成形する際に、その円筒部材に誘導磁極を一体化するので、金型成形により円筒部材自体の部品点数を削減できるだけでなく、円筒部材に対する誘導磁極の固定部材が不要になるため、ロータの量産性を向上させてコストダウンを図ることが可能となる。

また請求項３の構成によれば、誘導磁極は円筒部材の外周面に露出するので、誘導磁極の外周面側のエアギャップを減少させて磁気効率を高めることができる。

また請求項４の構成によれば、誘導磁極は円筒部材の内周面に露出するので、誘導磁極の内周面側のエアギャップを減少させて磁気効率を高めることができる。

また請求項５の構成によれば、円筒部材の一対の環状の固定部を、周方向に所定間隔で配置された複数の棒状の誘導磁極支持部で連結し、隣接する誘導磁極支持部間に誘導磁極を支持するので、単純な形状の円筒部材で誘導磁極を確実かつ容易に支持することができる。

また請求項６の構成によれば、円筒部材の外周に弱磁性体製のリングを配置したので、ロータの回転に伴って円筒部材に作用する遠心力をリングで支持することで、円筒部材の変形を抑制することができる。

また請求項７の構成によれば、軸線方向に所定間隔で複数配置した誘導磁極の間にリングを配置したので、複数の誘導磁極に作用する遠心力をリングで効果的に支持して円筒部材の変形を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図１６は本発明の第１の実施の形態を示すもので、図１は第１の実施の形態の電動機を軸線方向に見た正面図（図２の１−１線矢視図）、図２は図１の２−２線断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は図２の４−４線断面図、図５は図３の５−５線矢視図、図６は図５の６−６線断面図、図７は図５の７−７線断面図、図８は図５の８−８線断面図、図９は電動機の分解斜視図、図１０はインナーロータの分解斜視図、図１１は電動機を円周方向に展開した模式図、図１２はインナーロータを固定した場合の作動説明図（その１）、図１３はインナーロータを固定した場合の作動説明図（その２）、図１４はインナーロータを固定した場合の作動説明図（その３）、図１５はアウターロータを固定した場合の作動説明図（その１）、図１６はアウターロータを固定した場合の作動説明図（その２）である。

図９に示すように、本実施の形態の電動機Ｍは、軸線Ｌ方向に短い八角筒形状を成すケーシング１１と、ケーシング１１の内周に固定された円環状の第１、第２ステータ１２Ｌ，１２Ｒと、第１、第２ステータ１２Ｌ，１２Ｒの内部に収納されて軸線Ｌまわりに回転する円筒状のアウターロータ１３と、アウターロータ１３の内部に収納されて軸線Ｌまわりに回転する円筒状のインナーロータ１４とで構成されるもので、アウターロータ１３およびインナーロータ１４は固定された第１、第２ステータ１２Ｌ，１２Ｒに対して相対回転可能であり、かつアウターロータ１３およびインナーロータ１４は相互に相対回転可能である。

図１および図２に示すように、ケーシング１１は有底八角筒状の本体部１５と、本体部１５の開口に複数本のボルト１６…で固定される八角板状の蓋部１７とで構成されており、本体部１５および蓋部１７には通気のための複数の開口１５ａ…，１７ａ…が形成される。

図１〜図４および図９に示すように、第１、第２ステータ１２Ｌ，１２Ｒは、同一構造のものを円周方向にずらして重ね合わせたものであり、その一方の第１ステータ１２Ｌを例にとって構造を説明する。第１ステータ１２Ｌは、積層鋼板よりなるコア１８の外周にインシュレータ１９を介してコイル２０を巻回した複数個（実施の形態では２４個）第１電機子２１Ｌ…を備えており、これらの第１電機子２１Ｌ…は全体として円環状を成すように円周方向に結合された状態で、リング状のホルダ２２で一体化される。ホルダ２２の軸線Ｌ方向一端から径方向に突出するフランジ２２ａ…が、ケーシング１１の本体部１５の内面の段部１５ｂ（図２参照）に複数本のボルト２３…で固定される。

第２ステータ１２Ｒは、上述した第１ステータ１２Ｌと同様に２４個の第２電機子２１Ｒ…を備えており、そのホルダ２２のフランジ２２ａ…がケーシング１１の本体部１５の内面の段部１５ｃ（図２参照）に複数本のボルト２４…で固定される。このとき、第１ステータ１２Ｌおよび第２ステータ１２Ｒの円周方向の位相は、インナーロータ１４の第１、第２永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…のピッチの半分だけ相互にずれている（図３および図４参照）。そして第１、第２ステータ１２Ｌ，１２Ｒの第１、第２電機子２１Ｌ…，２１Ｒ…に、ケーシング１１の本体部１５に設けた３個の端子２５，２６，２７（図１参照）から３相交流電流を供給することで、第１、第２ステータ１２Ｌ，１２Ｒに回転磁界を発生させることができる。

図２および図９に示すように、アウターロータ１３の籠状のロータボディ３１は、導電性材料である鉄あるいは鉄鋼で構成された円板状の第１、第２フランジ部材３２，３３と、非導電性の樹脂で構成された概略円筒状の円筒部材３４とを組み立てて構成される。第１フランジ部材３２の中心から軸線Ｌ上に突出する第１アウターロータシャフト３２ａがボールベアリング３５でケーシング１１の蓋部１７に回転自在に支持されるとともに、第２フランジ部材３３の中心から軸線Ｌ上に突出する第２アウターロータシャフト３３ａがボールベアリング３６でケーシング１１の本体部１５に回転自在に支持される。アウターロータ１３の出力軸となる第２アウターロータシャフト３３ａは、ケーシング１１の本体部１５を貫通して外部に延出する。

図９に示すように、円筒部材３４は、その両端に形成された一対の環状の固定部３４ａ，３４ａと、軸線Ｌ方向に延びて周方向に等間隔で配置され、それらの両端が前記両固定部３４ａ，３４ａに連結される複数本（実施の形態では２０本）の誘導磁極支持部３４ｂ…とを一体に備える。誘導磁極支持部３４ｂ…の両端に連結される一対の固定部３４ａ，３４ａには予めナット４１…がインサートされており、第１、第２フランジ部材３２，３３を貫通するボルト３７…をワッシャ３８…を介して前記ナット４１…に螺合することで、円筒部材３４と第１、第２フランジ部材３２，３３とが一体化された籠状のロータボディ３１が構成される。ボルト３７…およびナット４１…は弱磁性体で構成することが望ましい。その理由は、図５から明らかなように、前記ボルト３７…およびナット４１…が磁路を構成する部分にまで達しているからである。

このとき、円筒部材３４は非導電性の樹脂で構成されているため、第１、第２フランジ部材３２，３３は相互に電気的に絶縁される。よって第１フランジ部材３２、円筒部材３４の誘導磁極支持部３４ｂ…、第２フランジ部材３３および円筒部材３４の誘導磁極支持部３４ｂ…を介して構成される電気的な閉回路（図５の矢印参照）を確実に遮断することができ、これにより前記閉回路に渦電流が発生するのを防止して発熱やエネルギー損失を最小限に抑えることができる。

図５〜図９に示すように、円筒部材３４の２０本の誘導磁極支持部３４ｂ…の間には、軸線Ｌと平行に延びる２０本のスリットが形成され、各スリットに軟磁性体製の第１誘導磁極３９Ｌおよび第２誘導磁極３９Ｒと支持される。第１、第２誘導磁極３９Ｌ…，３９Ｒ…は、円筒部材３４を金型成形する際に一体にインサートされる。第１、第２誘導磁極３９Ｌ…，３９Ｒ…の外周面および内周面は、円筒部材３４の外周面および内周面から露出している。

図５および図８に示すように、第１、第２誘導磁極３９Ｌ，３９Ｒは、軸線Ｌ方向に積層された多数の鋼板で構成されるもので、軸線Ｌに沿う両側面には四角断面の凹部３９ａ，３９ａが形成されており、これらの凹部３９ａ，３９ａが、その両側に位置する円筒部材３４の誘導磁極支持部３４ｂ…の凸部３４ｃ，３４ｃに凹凸係合することで、第１、第２誘導磁極３９Ｌ，３９Ｒの径方向の脱落が防止される。

図５および図９に示すように、円筒部材３４の中央部外周に弱磁性体（非磁性体）の帯状金属板を環状に形成したリング４０が嵌合する。リング４０は 第１誘導磁極３９Ｌ…および第２誘導磁極３９Ｒ…の間に嵌合し、かつその側縁に９０°間隔で設けた４個の回り止め突起４０ａ…が隣接する第１誘導磁極３９Ｌ…間に係合することにより、周方向に回り止めされる。

図６および図７に示すように、アウターロータ１３が回転すると、第１、第２誘導磁極３９Ｌ…，３９Ｒ…に加わる遠心力で円筒部材３４…は径方向外側に撓もうとするが、円筒部材３４…の軸線Ｌ方向中央部をリング４０で径方向内向きに押さえることで、円筒部材３４…の変形を効果的に抑制してアウターロータ１３の高速回転を可能にすることができる。特に、リング４０を第１誘導磁極３９Ｌ…と第２誘導磁極３９Ｒ…との間に配置したので、重量の大きい第１、第２誘導磁極３９Ｌ…，３９Ｒ…に作用する遠心力を効果的に支持することができる。

図２に示すように、アウターロータ１３の第２アウターロータシャフト３３ａを囲むように、アウターロータ１３の回転位置を検出するための第１レゾルバ４２が設けられる。第１レゾルバ４２は、第２アウターロータシャフト３３ａの外周に固定されたレゾルバロータ４３と、このレゾルバロータ４３の周囲を囲むようにケーシング１１の蓋部１７に固定されたレゾルバステータ４４とで構成される。

図２〜図４および図１０に示すように、インナーロータ１４は、円筒状に形成されたロータボディ４５と、ロータボディ４５のハブ４５ａを貫通してボルト４６で固定されたインナーロータシャフト４７と、積層鋼板で構成されてロータボディ４５の外周に嵌合する円環状の第１、第２ロータコア４８Ｌ，４８Ｒと、ロータボディ４５の外周に嵌合する円環状のスペーサ４９とを備える。インナーロータシャフト４７の一端は軸線Ｌ上で第２アウターロータシャフト３３ａの内部にボールベアリング５０で回転自在に支持され、またインナーロータシャフト４７の他端は第１アウターロータシャフト３２ａの内部にボールベアリング５１で回転自在に支持されるとともに、第１アウターロータシャフト３２ａおよびケーシング１１の蓋部１７を貫通し、インナーロータ１４の出力軸としてケーシング１１の外部に延出する。

ロータボディ４５の外周に嵌合する第１、第２ロータコア４８Ｌ，４８Ｒは同一構造を有するもので、その外周面に沿って複数個（実施の形態では２０個）の永久磁石支持孔４８ａ…（図３および図４参照）を備えており、そこに第１、第２永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…が軸線Ｌ方向に圧入される。第１ロータコア４８Ｌの隣接する第１永久磁石５２Ｌ…の極性は交互に反転しており、第２ロータコア４８Ｒの隣接する第２永久磁石５２Ｒ…の極性は交互に反転しており、かつ第１ロータコア４８Ｌの第１永久磁石５２Ｌ…の円周方向の位相と、第２ロータコア４８Ｒの第２永久磁石５２Ｒ…の円周方向の位相とは、それらのピッチの半分だけ相互にずれている（図３および図４参照）。

そしてロータボディ４５の外周の軸線Ｌ方向中央に弱磁性体のスペーサ４９が嵌合し、その外側に第１、第２永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…を抜け止めする一対の内側永久磁石支持板５３，５３がそれぞれ嵌合し、その外側に第１、第２ロータコアロータコア４８Ｌ，４８Ｒがそれぞれ嵌合し、その外側に第１、第２永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…を抜け止めする一対の外側永久磁石支持板５４，５４がそれぞれ嵌合し、その外側に一対のストッパリング５５，５５が圧入によりそれぞれ固定される。

図２に示すように、インナーロータシャフト４７を囲むように、インナーロータ１４の回転位置を検出するための第２レゾルバ５６が設けられる。第２レゾルバ５６は、インナーロータシャフト４７の外周に固定されたレゾルバロータ５７と、このレゾルバロータ５７の周囲を囲むようにケーシング１１の蓋部１７に固定されたレゾルバステータ５８とで構成される。

しかして、図３および図４に示すように、アウターロータ１３の外周面に露出する第１誘導磁極３９Ｌ…の外周面に、僅かなエアギャップを介して第１ステータ１２Ｌの第１電機子２１Ｌ…の内周面が対向し、アウターロータ１３の内周面に露出する第１誘導磁極３９Ｌ…の内周面に、僅かなエアギャップを介してインナーロータ１４の第１ロータコア４８Ｌの外周面が対向する。同様に、アウターロータ１３の外周面に露出する第２誘導磁極３９Ｒ…の外周面に、僅かなエアギャップを介して第２ステータ１２Ｒの第２電機子２１Ｒ…の内周面が対向し、アウターロータ１３の内周面に露出する第２誘導磁極３９Ｒ…の内周面に、僅かなエアギャップを介してインナーロータ１４の第２ロータコア４８Ｒの外周面が対向する。

次に、上記構成を備えた第１の実施の形態の電動機Ｍの作動原理を説明する。

図１１は電動機Ｍを円周方向に展開した状態を模式的に示すものである。図１１の左右両側には、インナーロータ１４の第１、第２永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…がそれぞれ示される。第１、第２永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…は円周方向（図１１の上下方向）に所定のピッチＰでＮ極およびＳ極が交互に配置されるとともに、第１永久磁石５２Ｌ…と第２永久磁石５２Ｒ…とが所定のピッチＰの半分だけ、つまり半ピッチＰ／２だけずれて配置される。

図１１の中央部には第１、第２ステータ１２Ｌ，１２Ｒの第１、第２電機子２１Ｌ…，２１Ｒ…に対応する仮想永久磁石２１…が円周方向に所定のピッチＰで配置される。実際には、第１、第２ステータ１２Ｌ，１２Ｒの第１、第２電機子２１Ｌ…，２１Ｒ…の数は各２４個であり、インナーロータ１４の第１、第２永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…の数は各２０個であるため、第１、第２電機子２１Ｌ…，２１Ｒ…のピッチはインナーロータ１４の第１、第２永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…のピッチＰと一致していない。

しかしながら、第１、第２電機子２１Ｌ…，２１Ｒ…はそれぞれ回転磁界を形成するため、それら第１、第２電機子２１Ｌ…，２１Ｒ…を、ピッチＰで配置されて円周方向に回転する２０個の仮想永久磁石２１…で置き換えることができる。以下、第１、第２電機子２１Ｌ…，２１Ｒ…を、仮想永久磁石２１…の第１、第２仮想磁極２１Ｌ…，２１Ｒ…と呼ぶ。円周方向に隣接する仮想永久磁石２１…の第１、第２仮想磁極２１Ｌ…，２１Ｒ…の極性は交互に反転しており、かつ各仮想永久磁石２１…の第１仮想磁極２１Ｌ…と第２仮想磁極２１Ｒ…とは、円周方向に半ピッチＰ／２だけずれている。

第１、第２永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…と仮想永久磁石２１…との間に、アウターロータ１３の第１、第２誘導磁極３９Ｌ…，３９Ｒ…が配置される。第１、第２誘導磁極３９Ｌ…，３９Ｒ…は円周方向にピッチＰで配置されるとともに、第１誘導磁極３９Ｌ…と第２誘導磁極３９Ｒ…とは軸線Ｌ方向に整列している。

図１１に示すように、仮想永久磁石２１の第１仮想磁極２１Ｌの極性が、それに対向する（最も近い）第１永久磁石５２Ｌの極性と異なるときには、仮想永久磁石２１の第２仮想磁極２１Ｒの極性が、それに対向する（最も近い）第２永久磁石５２Ｒの極性と同じになる。また仮想永久磁石２１の第２仮想磁極２１Ｒの極性が、それに対向する（最も近い）第２永久磁石５２Ｒの極性と異なるときには、仮想永久磁石２１の第１仮想磁極２１Ｌの極性が、それに対向する（最も近い）第１永久磁石５２Ｌの極性と同じになる（図１３（Ｇ）参照）。

先ず、インナーロータ１４（第１、第２永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…）を回転不能に固定した状態で、第１、第２ステータ１２Ｌ，１２Ｒ（第１、第２仮想磁極２１Ｌ…，２１Ｒ…）に回転磁界を発生させることで、アウターロータ１３（第１、第２誘導磁極３９Ｌ…，３９Ｒ…）を回転駆動する場合の作用を説明する。この場合、図１２（Ａ）→図１２（Ｂ）→図１２（Ｃ）→図１２（Ｄ）→図１３（Ｅ）→図１３（Ｆ）→図１３（Ｇ）の順番で、固定された第１、第２永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…に対して仮想永久磁石２１…が図中下向きに回転することで、第１、第２誘導磁極３９Ｌ…，３９Ｒ…が図中下向きに回転する。

図１２（Ａ）に示すように、相対向する第１永久磁石５２Ｌ…および仮想永久磁石２１…の第１仮想磁極２１Ｌ…に対して第１誘導磁極３９Ｌ…が整列し、かつ相対向する第２仮想磁極２１Ｒ…および第２永久磁石５２Ｒ…に対して第２誘導磁極３９Ｒ…が半ピッチＰ／２ずれた状態から、仮想永久磁石２１…を同図の下方に回転させる。その回転の開始時においては、仮想永久磁石２１…の第１仮想磁極２１Ｌ…の極性は、それに対向する第１永久磁石５２Ｌ…の極性と異なるとともに、仮想永久磁石２１…の第２仮想磁極２１Ｒ…の極性は、それに対向する第２永久磁石５２Ｒ…の極性と同じになる。

第１誘導磁極３９Ｌ…が第１永久磁石５２Ｌ…および仮想永久磁石２１…の第１仮想磁極２１Ｌ…間に配置されているので、第１誘導磁極３９Ｌ…が第１永久磁石５２Ｌ…および第１仮想磁極２１Ｌ…によって磁化され、第１永久磁石５２Ｌ…、第１誘導磁極３９Ｌ…および第１仮想磁極２１Ｌ…間に第１磁力線Ｇ１が発生する。同様に、第２誘導磁極３９Ｒ…が第２仮想磁極２１Ｒ…および第２永久磁石５２Ｒ…間に配置されているので、第２誘導磁極３９Ｒ…が第２仮想磁極２１Ｒ…および第２永久磁石５２Ｒ…によって磁化され、第２仮想磁極２１Ｒ…、第２誘導磁極３９Ｒ…および第２永久磁石５２Ｒ…間に第２磁力線Ｇ２が発生する。

図１２（Ａ）に示す状態では、第１磁力線Ｇ１は、第１永久磁石５２Ｌ…、第１誘導磁極３９Ｌ…および第１仮想磁極２１Ｌ…を結ぶように発生し、第２磁力線Ｇ２は、円周方向に隣り合う各２つの第２仮想磁極２１Ｒ…と両者の間に位置する第２誘導磁極３９Ｒ…とを結ぶように、また円周方向に隣り合う各２つの第２永久磁石５２Ｒ…と両者の間に位置する第２誘導磁極３９Ｒ…とを結ぶように発生する。その結果、この状態では、図１２（Ａ）に示すような磁気回路が構成される。この状態では、第１磁力線Ｇ１が直線状であることにより、第１誘導磁極３９Ｌ…には、円周方向に回転させるような磁力は作用しない。また円周方向に隣り合う各２つの第２仮想磁極２１Ｒ…と第２誘導磁極３９Ｒ…との間の２つの第２磁力線Ｇ２の曲がり度合いおよび総磁束量が互いに等しく、同様に円周方向に隣り合う各２つの第２永久磁石５２Ｒ…と第２誘導磁極３９Ｒ…との間の２つの第２磁力線Ｇ２の曲がり度合いおよび総磁束量も、互いに等しくなってバランスしている。このため、第２誘導磁極３９Ｒ…にも、円周方向に回転させるような磁力は作用しない。

そして、仮想永久磁石２１…が図１２（Ａ）に示す位置から図１２（Ｂ）に示す位置に回転すると、第２仮想磁極２１Ｒ…、第２誘導磁極３９Ｒ…および第２永久磁石５２Ｒ…を結ぶような第２磁力線Ｇ２が発生するとともに、第１誘導磁極３９Ｌ…と第１仮想磁極２１Ｌ…との間の第１磁力線Ｇ１が曲がった状態になる。これに伴い、第１、第２の磁力線Ｇ１，Ｇ２によって、図１４（Ｂ）に示すような磁気回路が構成される。

この状態では、第１磁力線Ｇ１の曲がり度合いは小さいものの、その総磁束量が多いため、比較的強い磁力が第１誘導磁極３９Ｌ…に作用する。これにより、第１誘導磁極３９Ｌ…は、仮想永久磁石２１…の回転方向、つまり磁界回転方向に比較的大きな駆動力で駆動され、その結果アウターロータ１３が磁界回転方向に回転する。また第２磁力線Ｇ２の曲がり度合いは大きいものの、その総磁束量が少ないため、比較的弱い磁力が第２誘導磁極３９Ｒ…に作用し、それにより第２誘導磁極３９Ｒ…は磁界回転方向に比較的小さな駆動力で駆動され、その結果アウターロータ１３は磁界回転方向に回転する。

次いで、仮想永久磁石２１が、図１２（Ｂ）に示す位置から、図１２（Ｃ），（Ｄ）および図１３（Ｅ），（Ｆ）に示す位置に順に回転すると、第１誘導磁極３９Ｌ…および第２誘導磁極３９Ｒ…は、それぞれ第１、第２の磁力線Ｇ１，Ｇ２に起因する磁力によって磁界回転方向に駆動され、その結果アウターロータ１３が磁界回転方向に回転する。その間、第１誘導磁極３９Ｌ…に作用する磁力は、第１磁力線Ｇ１の曲がり度合いが大きくなるものの、その総磁束量が少なくなることによって、徐々に弱くなり、第１誘導磁極３９Ｌ…を磁界回転方向に駆動する駆動力が徐々に小さくなる。また第２誘導磁極３９Ｒ…に作用する磁力は、第２磁力線Ｇ２の曲がり度合いが小さくなるものの、その総磁束量が多くなることによって徐々に強くなり、第２誘導磁極３９Ｒ…を磁界回転方向に駆動する駆動力が徐々に大きくなる。

そして、仮想永久磁石２１が図１３（Ｅ）に示す位置から図１３（Ｆ）に示す位置に回転する間、第２磁力線Ｇ２が曲がった状態になるとともに、その総磁束量が最多に近い状態になり、その結果、最強の磁力が第２誘導磁極３９Ｒ…に作用し、第２誘導磁極３９Ｒ…に作用する駆動力が最大になる。その後、図１３（Ｇ）に示すように、仮想永久磁石２１が当初の図１２（Ａ）の位置からピッチＰ分回転することにより、仮想永久磁石２１の第１、第２仮想磁極２１Ｌ…，２１Ｒ…がそれぞれ第１、第２永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…に対向する位置に回転すると、図１２（Ａ）の状態と左右が反転した状態となり、その瞬間だけアウターロータ１３を円周方向に回転させる磁力は作用しなくなる。

この状態から、仮想永久磁石２１が更に回転すると、第１、第２の磁力線Ｇ１，Ｇ２に起因する磁力によって、第１、第２誘導磁極３９Ｌ…，３９Ｒ…が磁界回転方向に駆動され、アウターロータ１３が磁界回転方向に回転する。その際、仮想永久磁石２１が再び図１２（Ａ）に示す位置まで回転する間、以上とは逆に、第１誘導磁極３９Ｌ…に作用する磁力は、第１磁力線Ｇ１の曲がり度合が小さくなるものの、その総磁束量が多くなることによって強くなり、第１誘導磁極３９Ｌ…に作用する駆動力が大きくなる。逆に、第２誘導磁極３９Ｒ…に作用する磁力は、第２磁力線Ｇ２の曲がり度合が大きくなるものの、その総磁束量が少なくなることによって弱くなり、第２誘導磁極３９Ｒ…に作用する駆動力が小さくなる。

また図１２（Ａ）と図１３（Ｇ）とを比較すると明らかなように、仮想永久磁石２１がピッチＰ分回転するのに伴って、第１、第２誘導磁極３９Ｌ…，３９Ｒ…が半ピッチＰ／２分しか回転しないので、アウターロータ１３は、第１、第２ステータ１２Ｌ、１２Ｒの回転磁界の回転速度の１／２の速度で回転する。これは、第１、第２磁力線Ｇ１，Ｇ２に起因する磁力の作用によって、第１、第２誘導磁極３９Ｌ…，３９Ｒ…が、第１磁力線Ｇ１で結ばれた第１永久磁石５２Ｌ…と第１仮想磁極２１Ｌ…との中間、および第２磁力線Ｇ２で結ばれた第２永久磁石５２Ｒ…と第２仮想磁極２１Ｒ…トの中間に、それぞれ位置した状態を保ちながら、回転するためである。

次に、図１５および図１６を参照しながら、アウターロータ１３を固定した状態で、インナーロータ１４を回転させる場合の電動機Ｍの作動について説明する。

先ず、図１５（Ａ）に示すように、各第１誘導磁極３９Ｌ…が各第１永久磁石５２Ｌ…に対向するとともに、各第２誘導磁極３９Ｒ…が隣り合う各２つの第２永久磁石５２Ｒ…の間に位置した状態から、第１、第２回転磁界を同図の下方に回転させる。その回転の開始時において、各第１仮想磁極２１Ｌ…の極性を、それに対向する各第１永久磁石５２Ｌ…の極性と異ならせるとともに、各第２仮想磁極２１Ｒ…の極性をそれに対向する各第２永久磁石５２Ｒ…の極性と同じにする。

この状態から、仮想永久磁石２１…が図１５（Ｂ）に示す位置に回転すると、第１誘導磁極３９Ｌ…と第１仮想磁極２１Ｌ…の間の第１磁力線Ｇ１が曲がった状態になり、かつ第２仮想磁極２１Ｒ…が第２誘導磁極３９Ｒ…に近づくことによって、第２仮想磁極２１Ｒ…、第２誘導磁極３９Ｒ…および第２永久磁石５２Ｒ…を結ぶような第２磁力線Ｇ２が発生する。その結果、第１、第２永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…、仮想永久磁石２１…および第１、第２誘導磁極３９Ｌ…，３９Ｒ…において、前述した図１４（Ｂ）に示すような磁気回路が構成される。

この状態では、第１永久磁石５２Ｌ…と第１誘導磁極３９Ｌ…との間の第１磁力線Ｇ１の総磁束量は高いものの、この第１磁力線Ｇ１がまっすぐであるため、第１誘導磁極３９Ｌ…に対して第１永久磁石５２Ｌ…を回転させるような磁力が発生しない。また第２永久磁石５２Ｒ…およびこれと異なる極性の第２仮想磁極２１Ｒ…の間の距離が比較的長いことにより、第２誘導磁極３９Ｒ…と第２永久磁石５２Ｒ…との間の第２磁力線Ｇ２の総磁束量は比較的少ないものの、その曲がり度合いが大きいことによって、第２永久磁石５２Ｒ…に、これを第２誘導磁極３９Ｒ…に近づけるような磁力が作用する。これにより、第２永久磁石５２Ｒ…は、第１永久磁石５２Ｌ…と共に、仮想永久磁石２１…の回転方向、即ち磁界回転方向と逆方向（図１２の上方）に駆動され、図１５（Ｃ）に示す位置に向かって回転する。また、これに伴い、インナーロータ１４が磁界回転方向と逆方向に回転する。

そして第１、第２永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…が図１５（Ｂ）に示す位置から図１５（Ｃ）に示す位置に向かって回転する間、仮想永久磁石２１…は、図１５（Ｄ）に示す位置に向かって回転する。以上のように、第２永久磁石５２Ｒ…が第２誘導磁極３９Ｒ…に近づくことにより、第２誘導磁極３９Ｒ…と第２永久磁石５２Ｒ…との間の第２磁力線Ｇ２の曲がり度合いは小さくなるものの、仮想永久磁石２１…が第２誘導磁極３９Ｒ…に更に近づくのに伴い、第２磁力線Ｇ２の総磁束量は多くなる。その結果、この場合にも、第２永久磁石５２Ｒ…に、これを第２誘導磁極３９Ｒ…側に近づけるような磁力が作用し、それにより、第２永久磁石５２Ｒ…が、第１永久磁石５２Ｌ…と共に、磁界回転方向と逆方向に駆動される。

また第１永久磁石５２Ｌ…が磁界回転方向と逆方向に回転するのに伴い、第１永久磁石５２Ｌ…と第１誘導磁極３９Ｌ…との間の第１磁力線Ｇ１が曲がることによって、第１永久磁石５２Ｌ…に、これを第１誘導磁極３９Ｌ…に近づけるような磁力が作用する。しかし、この状態では、第１磁力線Ｇ１に起因する磁力は、第１磁力線Ｇ１の曲がり度合いが第２磁力線Ｇ２よりも小さいことによって、上述した第２磁力線Ｇ２に起因する磁力よりも弱い。その結果、両磁力の差分に相当する磁力によって、第２永久磁石５２Ｒ…が第１永久磁石５２Ｌ…と共に、磁界回転方向と逆方向に駆動される。

そして、図１５（Ｄ）に示すように、第１永久磁石５２Ｌ…と第１誘導磁極３９Ｌ…との間の距離と、第２誘導磁極３９Ｒ…と第２永久磁石５２Ｒ…との間の距離が互いにほぼ等しくなったときには、第１永久磁石５２Ｌ…と第１誘導磁極３９Ｌ…との間の第１磁力線Ｇ１の総磁束量および曲がり度合いが、第２誘導磁極３９Ｒ…と第２永久磁石５２Ｒ…との間の第２磁力線Ｇ２の総磁束量および曲がり度合いとそれぞれほぼ等しくなる。

その結果、これらの第１、第２磁力線Ｇ１，Ｇ２に起因する磁力が互いにほぼ釣り合うことによって、第１、第２永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…が一時的に駆動されない状態になる。

この状態から、仮想永久磁石２１…が図１６（Ｅ）に示す位置まで回転すると、第１磁力線Ｇ１の発生状態が変化し、図１６（Ｆ）に示すような磁気回路が構成される。それにより、第１磁力線Ｇ１に起因する磁力が、第１永久磁石５２Ｌ…を第１誘導磁極３９Ｌ…に近づけるようにほとんど作用しなくなるので、第２磁力線Ｇ２に起因する磁力によって、第２永久磁石５２Ｒ…は、第１永久磁石５２Ｌ…とともに、図１６（Ｇ）に示す位置まで、磁界回転方向と逆方向に駆動される。

そして、図１６（Ｇ）に示す位置から、仮想永久磁石２１…が若干回転すると、以上とは逆に、第１永久磁石５２Ｌ…と第１誘導磁極３９Ｌ…との間の第１磁力線Ｇ１に起因する磁力が、第１永久磁石５２Ｌ…に、これを第１誘導磁極３９Ｌ…に近づけるように作用し、それにより、第１永久磁石５２Ｌ…が第２永久磁石５２Ｒ…と共に、磁界回転方向と逆方向に駆動され、インナーロータ１４が磁界回転方向と逆方向に回転する。そして仮想永久磁石２１…が更に回転すると、第１永久磁石５２Ｌ…と第１誘導磁極３９Ｌ…との間の第１磁力線Ｇ１に起因する磁力と第２誘導磁極３９Ｒ…と第２永久磁石５２Ｒ…との間の第２磁力線Ｇ２に起因する磁力の差分に相当する磁力によって、第１永久磁石５２Ｌ…が第２永久磁石５２Ｒ…と共に、磁界回転方向と逆方向に駆動される。その後、第２磁力線Ｇ２に起因する磁力が、第２永久磁石５２Ｒ…を第２誘導磁極３９Ｒ…に近づけるようにほとんど作用しなくなると、第１磁力線Ｇ１に起因する磁力によって、第１永久磁石５２Ｌ…が第２永久磁石５２Ｒ…と共に駆動される。

以上のように、第１、第２回転磁界の回転に伴い、第１永久磁石５２Ｌ…と第１誘導磁極３９Ｌ…との間の第１磁力線Ｇ１に起因する磁力と、第２誘導磁極３９Ｒ…と第２永久磁石５２Ｒ…との間の第２磁力線Ｇ２に起因する磁力と、これらの磁力の差分に相当する磁力とが、第１、第２永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…に、即ちインナーロータ１４に交互に作用し、それによりインナーロータ１４が磁界回転方向と逆方向に回転する。また、そのように磁力、即ち駆動力がインナーロータ１４に交互に作用することによって、インナーロータ１４のトルクはほぼ一定になる。

この場合、インナーロータ１４は、第１、第２回転磁界と同じ速度で逆回転する。これは、第１、第２磁力線Ｇ１，Ｇ２に起因する磁力の作用によって、第１、第２誘導磁極３９Ｌ…，３９Ｒ…が、第１永久磁石５２Ｌ…と第１仮想磁極２１Ｌ…との中間、および第２永久磁石５２Ｒ…と第２仮想磁極２１Ｒ…との中間にそれぞれ位置した状態を保ちながら、第１、第２永久磁石５２５Ｌ…，５２Ｒ…が回転するためである。

以上、インナーロータ１４を固定してアウターロータ１３を磁界回転方向に回転させる場合と、アウターロータ１３を固定してインナーロータ１４を磁界回転方向と逆方向に回転させる場合とを別個に説明したが、勿論インナーロータ１４およびアウターロータ１３の両方を相互に逆方向に回転させることも可能である。

以上のように、インナーロータ１４およびアウターロータ１３のいずれか一方、あるいはインナーロータ１４およびアウターロータ１３の両方を回転させる場合に、インナーロータ１４およびアウターロータ１３の相対的な回転位置に応じて、第１、第２誘導磁極３９Ｌ…，３９Ｒ…の磁化の状態が変わり、滑りを生じることなく回転させることが可能であり、同期機として機能するので、効率を高めることができる。また第１仮想磁極２１Ｌ…、第１永久磁石５２Ｌ…および第１誘導磁極３９Ｌ…の数が互いに同じに設定されるとともに、第２仮想磁極２１Ｒ…、第２永久磁石５２Ｒ…および第２誘導磁極３９Ｒ…の数が互いに同じに設定されているので、インナーロータ１４およびアウターロータ１３のいずれを駆動する場合にも、電動機Ｍのトルクを十分に得ることができる。

しかして、本実施の形態によれば、アウターロータ１３の円筒部材３４を樹脂で一体に金型成形するので、その円筒部材３４自体の部品点数を削減できるだけでなく、円筒部材３４を金型成形する際に、その内部に第１、第２誘導磁極３９Ｌ…，３９Ｒ…を埋め込んで固定するので、円筒部材３４に対して第１、第２誘導磁極３９Ｌ…，３９Ｒ…を固定するための特別の固定部材が不要になり、アウターロータ１３の量産性を向上させてコストダウンを図ることが可能となる。

また第１、第２誘導磁極は３９Ｌ…，３９Ｒ…は円筒部材３４の外周面および内周面に露出するので、第１、第２ステータ１２Ｌ，１２Ｒの第１、第２電機子２１Ｌ…，２１Ｒ…との間のエアギャップ、あるいはインナーロータ１４の第１、第２永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…との間のエアギャップを減少させて磁気効率を高めることができる。

次に、図１７に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態では、円筒部材３４の隣接する誘導磁極支持部３４ｂ…間に支持された第１、第２誘導磁極３９Ｌ…，３９Ｒ…の外周面および内周面が露出していたが、第２の実施の形態では第１、第２誘導磁極３９Ｌ…，３９Ｒ…の外周面および内周面が隣接する誘導磁極支持部３４ｂ…間を架橋する薄い樹脂膜３４ｄ…で完全に覆われて外部から目視不能になっている。この構造により、第１、第２誘導磁極３９Ｌ…，３９Ｒ…が遠心力で外側に飛び出す虞がなくなり、誘導磁極支持部３４ｂ…および第１、第２誘導磁極３９Ｌ…，３９Ｒ…を凹凸係合させる必要がなくなる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では電動機Ｍを例示したが、本発明はアウターロータおよびインナーロータの一方を固定して他方を回転させることでステータに起電力を発生させる発電機や、ステータに永久磁石を設け、アウターロータ、インナーロータおよびステータの三つの部材間で駆動力を伝達する、いわゆる磁気歯車にも適用することができる。

また実施の形態では径方向外側に配置したステータ１２Ｌ，１２Ｒに電機子２１Ｌ…，２１Ｒ…を設け、径方向内側に配置したインナーロータ１４に永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…を設けているが、電機子２１Ｌ…，２１Ｒ…および永久磁石５２Ｌ…，５２Ｒ…の位置関係を逆にしても良い。

また実施の形態ではアウターロータ１３の円筒部材３４に樹脂を用いているが，樹脂以外の任意の非導電性材料を採用することができる。

また実施の形態では第１、第２フランジ部材３２，３３と円筒部材３４…とをボルト３７…で固定しているが、固定手段はボルト３７…に限定されず、カシメ、圧入、リベット、クリップ、溶着等の任意の手段を採用することができる。

第１の実施の形態の電動機を軸線方向に見た正面図（図２の１−１線矢視図） 図１の２−２線断面図 図２の３−３線断面図 図２の４−４線断面図 図３の５−５線矢視図 図５の６−６線断面図 図５の７−７線断面図 図５の８−８線断面図 電動機の分解斜視図 インナーロータの分解斜視図 電動機を円周方向に展開した模式図 インナーロータを固定した場合の作動説明図（その１） インナーロータを固定した場合の作動説明図（その２） インナーロータを固定した場合の作動説明図（その３） アウターロータを固定した場合の作動説明図（その１） アウターロータを固定した場合の作動説明図（その２） 第２の実施の形態に係る、前記図８に対応する図

符号の説明

３２ 第１フランジ部材
３３ 第２フランジ部材
３４ 円筒部材
３４ａ 固定部
３４ｂ 誘導磁極支持部
３９Ｌ 第１誘導磁極
３９Ｒ 第２誘導磁極
４０ リング
Ｌ 軸線

Claims (7)

1. 共通の軸線（Ｌ）まわりに回転可能に配置された第１フランジ部材（３２）および第２フランジ部材（３３）の外周部間を非導電性材料で構成した円筒部材（３４）で連結し、前記円筒部材（３４）に軟磁性体よりなる誘導磁極（３９Ｌ，３９Ｒ）を前記軸線（Ｌ）を中心とする周方向に所定間隔で支持したことを特徴とする回転電機用ロータ。
2. 前記円筒部材（３４）は樹脂製であり、前記誘導磁極（３９Ｌ，３９Ｒ）は前記円筒部材（３４）の成形時に該円筒部材（３４）に一体化されることを特徴とする、請求項１に記載の回転電機用ロータ。
3. 前記誘導磁極（３９Ｌ，３９Ｒ）は前記円筒部材（３４）の外周面に露出することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の回転電機用ロータ。
4. 前記誘導磁極（３９Ｌ，３９Ｒ）は前記円筒部材（３４）の内周面に露出することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の回転電機用ロータ。
5. 前記円筒部材（３４）は、前記第１、第２フランジ部材（３２，３３）に固定される一対の環状の固定部（３４ａ）と、前記軸線（Ｌ）を中心とする周方向に所定間隔で配置されて前記一対の固定部（３４ａ）を連結する複数の棒状の誘導磁極支持部（３４ｂ）とで構成され、隣接する誘導磁極支持部（３４ｂ）間に前記誘導磁極（３９Ｌ，３９Ｒ）が支持されることを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の回転電機用ロータ。
6. 前記円筒部材（３４）の外周に弱磁性体製のリング（４０）を配置したことを特徴とする、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の回転電機用ロータ。
7. 前記誘導磁極（３９Ｌ，３９Ｒ）を前記軸線（Ｌ）方向に所定間隔で複数配置するとともに、前記リング（４０）を前記軸線（Ｌ）方向に隣接する前記複数の誘導磁極（３９Ｌ，３９Ｒ）の間に配置したことを特徴とする、請求項６に記載の回転電機用ロータ。

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