モータとその制御装置
【課題】モータの負荷が低いときに、ステータとロータの界磁極の対向面積を減少させたときも、モータ効率が良いモータとその制御装置を提供する。
【解決手段】モータ１００Ａは、ロータ１２０Ａと、ステータコイル１１１を巻回するためのコアとして用いられるティース１１０ｂを有するステータ１１０Ａと、を備えている。ロータ１２０Ａは、回転中心軸方向に界磁極領域１２０ａと鉄心領域１２０ｂから構成され、回転中心軸に沿って一方側に相対的に移動可能である。界磁極領域１２０ａは、永久磁石１２３が周方向に等間隔で埋め込まれ、鉄心領域１２０ｂは、永久磁石１２３の周方向の配置に対し、電気角を４５°遅角させる形状である。ロータ１２０Ａが一方側に移動してステータ１１０Ａと界磁領域１２０ａとの回転中心軸方向の重なりが減少したとき、鉄心領域１２０ｂがステータ１１０Ａとの回転中心軸方向の重なりを補償する。
【解決手段】モータ１００Ａは、ロータ１２０Ａと、ステータコイル１１１を巻回するためのコアとして用いられるティース１１０ｂを有するステータ１１０Ａと、を備えている。ロータ１２０Ａは、回転中心軸方向に界磁極領域１２０ａと鉄心領域１２０ｂから構成され、回転中心軸に沿って一方側に相対的に移動可能である。界磁極領域１２０ａは、永久磁石１２３が周方向に等間隔で埋め込まれ、鉄心領域１２０ｂは、永久磁石１２３の周方向の配置に対し、電気角を４５°遅角させる形状である。ロータ１２０Ａが一方側に移動してステータ１１０Ａと界磁領域１２０ａとの回転中心軸方向の重なりが減少したとき、鉄心領域１２０ｂがステータ１１０Ａとの回転中心軸方向の重なりを補償する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用の電動機および発電機として使用できるモータに関し、特に、ステータとロータとを、回転中心軸の方向に沿って相対的に移動可能なモータと、そのモータのステータとロータとの回転中心軸方向の相対位置を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ステータとロータとを、回転中心軸の方向に沿って相対的に移動可能なモータが知られている。例えば、特許文献１には、エンジン回転速度の増大に伴って、ステータに対するロータの対向部面積が減少する電動機兼用発電機付きエンジンおよびその制御装置の技術が開示されている。
そして、モータが車両駆動用モータとして用いられたときに、定速走行状態では、モータは高速回転で低出力トルクであることが求められる。そのような場合に、モータの高速回転を許容した上、弱め制御するための電流を減少させることが可能なように、モータとロータの回転中心軸方向の重なりを減少させる技術が特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２００４−１０４９４３号公報（図１参照）
【特許文献２】特開平５−３３６７００号公報（段落［００２３］，［００２４］参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されたような構成のラジアルモータにおいて、ステータおよびロータともに電磁鋼板を積層したものとし、ロータに永久磁石を固定して界磁曲を形成した永久磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）を適用する。そして、モータの出力トルクが低くて良いときに、ロータを回転中心軸に沿ってステータとオフセットするように移動させた対向部面積を減少させた状態で回転させると、ステータとロータとの重なりが無い回転軸方向領域では、ステータで発生した磁束を受ける部分が無くモータ効率が落ちていることになる。
【０００５】
本発明は、前記した従来の課題を解決するものであり、モータの負荷が低いときに、ステータとロータの界磁極の対向面積を減少させたときも、モータ効率が良いモータとその制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明のモータは、回転中心軸の周りに回転可能なロータと、ロータの外周面または内周面と対向配置され、コイルを巻回するためのコアとして用いられるティースを有するステータと、を備え、ロータに永久磁石を固定して界磁極を構成するモータであって、ロータは、界磁極を前記回転中心軸に沿って一方側に相対的に移動させられるとき、ステータと対向するロータの外周面または内周面と、ティースのロータと対向する内周面または外周面との間の磁束をやり取りする面積を縮小し、一方側の部分に界磁極を形成する第１の永久磁石を有する界磁極領域とし、一方側と反対側の他方側の部分を鉄心領域とすることを特徴とする。
【０００７】
ロータの界磁極を回転中心軸に沿って一方側に相対的に移動させ、ロータの外周面または内周面とティースの内周面または外周面との間の磁束をやり取りする面積を縮小可能とするモータにあっては、低負荷状態などには、ステータとロータ間の磁束量を減少させてモータ効率を向上することが求められる。
請求項１に記載の発明によれば、ロータの界磁極領域とティースのそれぞれの対向する周面の回転中心軸方向の重なりを減少させても、ロータの鉄心領域とティースのそれぞれの対向する周面が重なっているので、コイルに低電流を流す低負荷の場合や、弱め界磁制御（以下、「弱め制御」と称する）をして、さらに、ステータとロータ間の磁束量を減少させる場合に、ロータの界磁極領域とステータのそれぞれの対向する周面の重なりが減少しても、このロータの鉄心領域がステータとの間にリラクタンストルクを発生させるので、モータが発生するトルクとステータコイルの電流値との比（以下、「モータのトルク定数」と称する）が向上し、前記した従来技術よりも低負荷時のモータ効率が向上する。
【０００８】
請求項２に記載の発明のモータは、請求項１に記載の発明の構成に加え、ロータの界磁極領域の第１の永久磁石は、周方向に等間隔で埋め込まれ、ロータの鉄心領域には、第１の永久磁石と同じ周方向の配置の位相で、第１の永久磁石より弱い磁力を有する第２の永久磁石を周方向に等間隔に埋め込まれて配置されることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、コイルに低電流を流す低負荷の場合や、弱め制御をしてさらにステータとロータ間の磁束量を減少させる場合に、ロータの界磁極領域とステータとの重なりが減少しても、このロータの鉄心領域の第２の磁石によるステータとロータ間の磁束量は、ロータの界磁極領域とステータ間の磁束量より小さいので、モータのトルク定数が向上し、前記した従来技術よりも低負荷時のモータ効率が向上する。
【００１０】
請求項３に記載の発明のモータは、請求項１に記載の発明の構成に加え、ロータの界磁極領域の第１の永久磁石は、周方向に等間隔で埋め込まれ、ロータの鉄心領域は、第１の永久磁石の周方向の配置に対し、電気角を４５°遅角させる形状とすることを特徴とする。
【００１１】
本発明が適用されている永久磁石同期モータでは、ステータが形成する回転磁界とロータとの間では、回転子（ロータ）の永久磁石による磁界と回転磁界が吸引反発して発生する磁石トルクと、回転磁界に回転子の突極部が吸引されて発生するリラクタンストルクが発生する。そして、ステータの回転磁界に吸引されるだけのロータの鉄心領域の発生するリラクタンストルクはサイン波でその電流位相は、永久磁石による界磁極を形成した界磁極領域の場合のコサイン波である磁石トルクの電流位相の半周期の位相である。
請求項３に記載の発明によれば、ロータの鉄心領域は、第１の永久磁石の周方向の配置に対し、電気角を４５°遅角させる形状とするので、鉄心領域に発生するリラクタンストルクと、界磁極領域に発生する進角０°の場合の磁石トルクとの合力が最大になり、モータ効率が向上する。
【００１２】
請求項４に記載の発明のモータは、請求項３に記載の発明の構成に加え、鉄心領域は、スリット型リラクタンスコアであることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、鉄心領域は、スリット型リラクタンスコアであるのでロータが一方側に相対移動しない場合は、単なる鉄心であり、一方側に相対移動して、ステータのティースの内周面と対向し、ステータの回転磁界が貫通したときにリラクタンストルクを発生する。従って、ステータのティースの内周面と対向していない場合は、なんらトルクを発生せず、フリクションロスの原因にならない。
【００１４】
請求項５に記載の発明のモータは、請求項３に記載の発明の構成に加え、鉄心領域は、突極型リラクタンスコアであることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、鉄心領域は、突極型リラクタンスコアであるのでロータが一方側に相対移動しない場合は、単なる鉄心であり、一方側に相対移動して、ステータのティースの内周面と対向し、ステータの回転磁界が貫通したときにリラクタンストルクを発生する。従って、ステータのティースの内周面と対向していない場合は、なんらトルクを発生せず、フリクションロスの原因にならない。また、突極型リラクタンスコアは、磁石入り鉄心や、スリット型リラクタンスコアに比較して、ロータの鉄心領域における切り欠き量が多いので、ロータのモーメント量を小さくでき、モータ回転時の影響が少ない。
【００１６】
請求項６に記載の発明のモータは、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発明の構成に加え、ステータが、回転中心軸に垂直な面で、回転中心軸方向に前記一方側の端から順に、一方側端部と、中央部と、他方側端部とに３区分され、ステータの一方側端部および他方側端部は、電気絶縁皮膜で覆われた磁性材の粒子を圧粉して固めた圧粉材で構成され、ステータの中央部は、電磁鋼板を積層して構成されることを特徴とする。
また、ステータの他方側端部のティースは、回転中心軸に沿って一方側にロータを相対的に最大量移動させたとき、ステータの中央部のティースに渦電流を生じさせないだけの回転中心軸方向の厚さを有することが望ましい。
【００１７】
請求項６に記載の発明によれば、ステータの一方側端部および他方側端部は、電気絶縁皮膜で覆われた磁性材の粒子を圧粉して固めた圧粉材で構成され、ステータの中央部は、電磁鋼板を積層して構成されているので、ロータが回転中心軸方向のどの相対移動位置にあっても、ロータの回転中心軸方向端部のいずれかからステータの側面方向に漏れる磁束により、ステータを構成する電磁鋼板に発生する渦電流を抑制できる。
この結果、ステータの中央部は、渦電流の発生が抑制され、モータの鉄損が減少する。その結果、モータのフリクショントルクを低減でき、効率の良いモータを構成できる。
【００１８】
請求項７に記載の発明のモータは、請求項６に記載の発明の構成に加え、ステータの一方側端部のバックヨークを、一方側に延出させ、ステータの他方側端部のバックヨークを一方側と反対側の他方側に延出させることを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、ロータを一方側に所定量移動してモータを運転するときに、ステータの一方側にはみ出したロータの界磁極領域からステータの側面（回転中心軸方向）に貫通する磁束が、圧粉材で構成されたステータの一方側端部を迂回してステータの中央部に到るのを抑制でき、ステータの中央部は、渦電流の発生を抑制され、モータの鉄損が減少する。さらに、ロータの界磁極領域からの磁束がステータのみならず、モータケースとの間に渦電流を生じさせてフリクショントルクを生じることを抑制できる。
また、ロータを他方側に移動してモータを運転するときに、ステータの他方側にはみ出したロータの鉄心領域からステータの側面（回転中心軸方向）に貫通する磁束が、圧粉材で構成されたステータの他方側端部を迂回してステータの中央部に到るのを抑制でき、ステータの中央部は、渦電流の発生を抑制され、モータの鉄損が減少する。さらに、鉄心領域からの磁束がステータのみならず、モータケースとの間に渦電流を生じさせてフリクショントルクを生じることを抑制できる。
その結果、請求項６に記載の発明のモータよりもモータのフリクショントルクを低減でき、効率の良いモータを構成できる。
また、ロータの回転中心軸に沿った移動の有無に拘わらず、バックヨークにおける磁路拡大効果により鉄損を低減することができる。
【００２０】
請求項８に記載の発明のモータは、請求項６または請求項７に記載の発明の構成に加え、ステータの一方側端部と中央部との間、およびステータの他方側端部と中央部との間に、それぞれ非磁性材を介設させたことを特徴とする。
【００２１】
請求項８に記載の発明によれば、ロータを一方側に所定量移動してステータとロータの界磁極領域との磁束をやり取りする面積を縮小して用いる。このとき、ステータの一方側にはみ出したロータの界磁極領域からステータの側面（回転中心軸方向）に貫通する磁束が、電磁鋼板で構成されたステータの中央部に貫通するのを、圧粉材で構成されたステータの一方側端部と非磁性材とで抑制する。この結果、電磁鋼板を積層して構成されたステータの中央部は、渦電流の発生を抑制され、モータの鉄損が減少する。
【００２２】
同様に、ロータを他方側に所定量移動してステータとロータの界磁極領域との磁束をやり取りする面積を最大にして用いる。このとき、ステータの他方側にはみ出したロータの鉄心領域からステータの側面（回転中心軸方向）に貫通する磁束が、電磁鋼板で構成されたステータの中央部に貫通するのを、圧粉材で構成されたステータの他方側端部と非磁性材とで抑制する。この結果、電磁鋼板を積層して構成されたステータの中央部は、渦電流の発生を抑制され、モータの鉄損が減少する。
その結果、モータのフリクショントルクを低減でき、効率の良いモータを構成できる。
【００２３】
特に、ステータの一方側端部とステータの中央部との間、および、ステータの他方側端部とステータの中央部との間に、それぞれ磁気抵抗の非常に高い非磁性材を介設させることにより、電磁鋼板で構成されたステータの中央部にステータの側面（回転中心軸方向）に貫通する磁束が到達するのを抑制できるとともに、圧粉材で構成されたステータの一方側端部および他方側端部のティースの回転中心軸方向の厚さを低減でき、モータをコンパクトに構成できる。非磁性材の磁気抵抗が非常に高い場合は、磁束が貫通しにくいので、非磁性材の回転中心軸方向の厚さも薄くできる。
【００２４】
請求項９に記載の発明のモータは、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の発明の構成に加え、ロータの回転中心軸に沿った相対位置移動は、油圧によりなされることを特徴とする。
【００２５】
請求項９に記載の発明によれば、ロータの回転中心軸に沿った相対位置移動は、油圧によりなされるので、モータに要求される出力トルク、発電作用による回生トルクに応じたフリクショントルクの小さい、効率の良い運転状態にモータを維持することができる。
【００２６】
請求項１０に記載の発明のモータの制御装置は、請求項９に記載のモータを車両駆動用モータとして使用し、ロータの回転中心軸に沿った相対位置の移動を制御する位置制御手段と、車両の走行状態を取得する走行状態取得手段と、を備え、位置制御手段は、走行状態取得手段が取得した車両の走行状態を示す信号にもとづいて相対位置移動を制御することを特徴とする。
【００２７】
請求項１０に記載の発明によれば、位置制御手段が、走行状態取得手段が取得した車両の走行状態を示す信号にもとづいて相対位置移動を制御するので、車両の走行状態に対応したモータの出力トルクまたは発電作用による回生トルクを実現するときに、モータの効率の良い状態で運転できる。
【００２８】
請求項１１に記載の発明のモータの制御装置は、請求項１０に記載の発明の構成に加え、位置制御手段は、前記車両の走行状態としてモータ回転角速度および必要トルクのうちの少なくとも１つを用いて前記相対位置移動を制御することを特徴とする。
【００２９】
請求項１１に記載の発明によれば、モータ回転角速度および必要トルクのうちの少なくとも１つを用いてロータの相対位置の移動を制御するので、車両の走行状態に対応したモータの出力トルクまたは発電作用による回生トルクを実現するときに、モータの効率の良い状態で運転できる。特に、車両が定速走行している場合は、モータに要求される出力トルク（必要トルク）は小さく、車両の加速時に要求される最大出力トルクの数分の１である。そして、そのような場合、モータの回転速度は、高速である。逆に、モータに要求される出力トルクや回生トルク（必要トルク）が大きいのは、モータの回転速度が低い車両の低速走行状態や、加速時などである。
従って、モータの回転速度の低い場合や、モータに要求される出力トルクや回生トルクである必要トルクが大きい場合は、ロータの界磁極領域の外周面とティースの内周面との間の磁束をやり取りする面積を最大にし、必要な動力を供給する。逆に、モータの回転速度のより高い場合や、モータに要求される出力トルクや回生トルクである必要トルクが小さい場合は、前記面積を縮小して、かつ、縮小した分をロータの鉄心領域の外周面とティースの内周面との間でリラクタンストルクを発生させて、モータのトルク定数を向上し、回転時の引きずり損失を低減し、モータを効率の良い状態で運転できる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、ステータに対するロータの界磁極の対向部面積を減少可能であって、トルクとコイルの電流値との比の大きいモータと、その制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態のモータとその制御装置の全体構成図である。
【図２】図１におけるステータとロータの断面拡大図であり、（ａ）は、ロータが回転中心軸方向の「最大負荷位置」にある場合のステータとロータの回転中心軸方向の拡大断面図、（ｂ）は、ロータが回転中心軸方向の「最小負荷位置」にある場合のステータとロータの回転中心軸方向の拡大断面図である。
【図３】（ａ）は、図２の（ｂ）におけるＹ−Ｙ矢視断面図、図３の（ｂ）は、図２の（ｂ）におけるＺ−Ｚ矢視断面図、（ｃ）は、第１の実施形態の変形例のモータにおける図２の（ｂ）におけるＺ−Ｚ矢視断面図に対応する断面図である。
【図４】モータのモータ回転速度−モータトルク運転マップにおける使用可能領域と実際的な使用領域の説明図である。
【図５】比較例のモータにおけるロータをステータに対して相対的に回転中心軸方向に移動可能な永久磁石同期モータの説明図である。
【図６】磁石トルク、リラクタンストルクの電流位相差βに対する変化の説明図である。
【図７】コイル電流Ｉａと出力トルクＴｑの関係を示す説明図である。
【図８】（ａ）は、図２の（ｂ）のＹ−Ｙ矢視断面図に相当する第２の実施形態のステータとロータの断面図、図８の（ｂ）は、図２の（ｂ）のＺ−Ｚ矢視断面図に相当する第２の実施形態のステータとロータの断面図、（ｃ）は、図２の（ｂ）のＺ−Ｚ矢視断面図に相当する第２の実施形態の第１の変形例のステータとロータの断面図である。
【図９】図２の（ｂ）のＺ−Ｚ矢視断面図に相当する第２の実施形態の第２の変形例のステータとロータの断面図である。
【図１０】第３の実施形態におけるステータとロータの回転中心軸方向の拡大断面図であり、（ａ）は、ロータが回転中心軸方向の「最大負荷位置」にある場合のステータとロータの回転中心軸方向の拡大断面図、（ｂ）は、ロータが回転中心軸方向の「最小負荷位置」にある場合のステータとロータの回転中心軸方向の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
《第１の実施形態》
以下、本発明の実施の形態に係るモータとその制御装置を、図面を参照しながら説明する。図１から図３は本発明の第１の実施形態に係るモータを車両モータとして適用した場合のモータとその制御装置を示し、図１は、実施形態のモータとその制御装置の全体構成図ある。
【００３３】
（全体構成）
図１に示すように、永久磁石を用いた同期モータ（ＩＰＭＳＭ（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor））であるモータ１００Ａは、図示しないエンジンのクランク軸と、図示しないトランスミッションの入力軸の間に直列に配置され、ロータ軸２の左右端でそれぞれと接続されている。例えば、図１においてロータ軸２の左端で、図示しないフライホイール付きダンパを介してエンジンのクランクの右端に接続され、図１においてロータ軸２の右端で、図示しない接続構造を介してトランスミッションの入力軸の左端に接続されている。
【００３４】
このモータ１００Ａのステータ１１０Ａは、周知のように環状のバックヨーク１１０ａから磁極のコアを形成するように径方向内方側に突出したティース１１０ｂを多数周方向に突起させ形成され、周方向に隣接するティース１１０ｂ同士の間に形成されたスロットを用いて、各ティース１１０ｂにＵ，Ｖ，Ｗ相を構成するステータコイル（コイル）１１１が、所定の手順で巻回されている。
そして、詳細な構成は後記するが、ロータ１２０Ａが固定される環状体のロータ基部７ａをロータ軸２から支持するロータディスク７は、ロータ軸２の回転中心軸Ｌの方向に沿って油圧により移動可能に、ボールスプライン３５を用いたスプライン係合構造によってロータ軸２に取り付けられている。
ステータ１１０Ａおよびロータ１２０Ａの詳細な構成については後記する。
【００３５】
モータ１００Ａのステータコイル１１１の電流制御のためにインバータ部１３０が設けられている。インバータ部１３０は、バッテリ１３３からの直流電力を三相交流電流に変換し、モータ１００Ａを力行作用する電動機として制御するスイッチング素子で構成された電動機制御部１３０ａと、モータ１００Ａを発電機として作用させ、発電された三相交流電力を直流に変換し、バッテリ１３３に充電するスイッチング素子で構成された発電機制御部１３０ｂとから構成されている。
【００３６】
そして、インバータ部１３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェースなどを有するマイクロコンピュータを含んでおり、制御システムとして上位のエンジン制御ＥＣＵ２０１と通信回線で接続しており、エンジン制御ＥＣＵ２０１からのモータ１００Ａへの要求トルク指令を受けて、前記したマイクロコンピュータが、モータ１００Ａのモータ回転角を検出するモータ回転角センサ２１１からのモータ回転角を示す信号およびモータ回転角センサ２１１からのモータ回転角を示す信号を時間微分して得られるモータ回転角速度にもとづいて、電動機制御部１３０ａと発電機制御部１３０ｂのスイッチング素子をスイッチング動作させて、例えば、ｄ軸電流およびｑ軸電流の制御をする。
なお、モータ１００Ａはロータ軸２がエンジンのクランク軸と直結しているので、モータ回転角速度として、エンジン回転速度を使用しても良い。
【００３７】
エンジン制御ＥＣＵ２０１には、インバータ部１３０で算出されたモータ回転角速度、アクセル開度センサ２１３ 、エンジンの回転速度を検出するためのクランクパルスセンサ２１５、車速センサ２１７およびブレーキペダルセンサ２１８などからのブレーキ踏み込み量の信号が入力される。エンジン制御ＥＣＵ２０１のロータ位置制御部２０１ａは、前記各センサからの信号にもとづいて油圧制御ユニット２０３に後記する目標位置の制御信号を出力する。油圧制御ユニット２０３は、ロータディスク７の回転中心軸Ｌ方向の位置（以下、単に「軸方向位置」と称する）を検出する位置センサ２１４からの信号と、前記したロータ位置制御部２０１ａからの目標位置の制御信号にもとづいてロータディスク７の軸方向位置を制御する。
エンジン制御ＥＣＵ２０１の具体的な作用については、ロータディスク７の位置制御のところで詳細に説明する。
【００３８】
（ロータディスクの構造）
次に、図１を参照しながらロータディスクの構造を説明する。図１においてロータ軸２の回転中心軸Ｌの下半部および上半部は、それぞれ、ロータディスク７の回転中心軸Ｌに沿った移動量が最小（図１において左方向端）の状態（以下、この軸方向位置を「最大負荷位置」と称する）、および移動量が最大（図１において右方向端）の状態（以下、この軸方向位置を「最小負荷位置」と称する）を示している。
前記したロータディスク７の軸方向位置が「最大負荷位置」のとき、ロータ１２０の外周面と、それに対向するステータ１１０のティース１１０ｂの内周面とは、正対し、回転中心軸方向に１００％重なっており、磁束をやり取りする面積が最大状態である。それに対し、ロータディスク７が図１において右方向側（一方側）に移動すると、ロータ１２０の外周面と、それに対向するステータ１１０のティース１１０ｂの内周面とは、オフセットし、磁束をやり取りする面積が縮小する。そして、ロータディスク７の軸方向位置が「最小負荷位置」のとき、回転中心軸方向の重なりは、例えば、最小の５０％に重なる。
ちなみに、本実施形態におけるロータディスク７がステータ１１０に対して、回転中心軸方向に相対的に右方向側への移動は、特許請求の範囲に記載の「一方側に相対的に移動」に対応し、特許請求の範囲に記載の「一方側の反対側である他方側」とは、本実施形態の図１の左方向側に対応する。
【００３９】
モータ１００Ａのロータ軸２は、その回転中心軸方向の左端部が図示省略の左ケーシングにボールベアリング３２を介して支持されるとともに、右端部近くが図示省略の右ケーシングにボールベアリング３４を介して支持される。
【００４０】
ロータディスク７は、ボールスプライン３５を介してロータ軸２の外周に、回転中心軸方向に摺動自在かつ相対回転不能に支持される。ロータディスク７の右側面に対向するように、ロータ軸２の外周にピストン部材３６が固定され、さらに、ピストン部材３６の右側面に対向するように内側シリンダ部材３７が、ロータ軸２の外周に固定される。
【００４１】
ロータディスク７の外周部右側面には外側シリンダ部材３８が固定されており、ピストン部材３６の外周に設けたシール部材３９が、外側シリンダ部材３８の内周面に摺動自在に当接する。そして、ロータディスク７、ピストン部材３６およびロータ軸２の間に第１のディスク油室８が画成される。第１のディスク油室８には、ロータディスク７を図１において左方向に向けて付勢するスプリング４０が圧縮状態で収納される。
また外側シリンダ部材３８の内周に設けたシール部材４１が、内側シリンダ部材３７の外周面に摺動自在に当接する。その結果、ピストン部材３６、外側シリンダ部材３８、内側シリンダ部材３７およびロータ軸２の間に第２のディスク油室４３が画成される。
【００４２】
ロータ軸２の内部には、その右端面に開口する盲孔状のシャフト内油室２ａが回転中心軸Ｌに同軸に形成されており、シャフト内油室２ａを仕切るようにロータ軸２の右端開口から圧入された概略円柱状の第１のプラグ４２がロータ軸２の段部に当接する位置に油密に固定される。
【００４３】
また、ボールベアリング３４の右側、つまり、右ケーシングの外側に、断面がＥの字形で開口側が径方向内方を向いた環状の油圧供給リング４４が、ロータ軸２の外周に３条所定の間隔を取って周方向に設けられた溝に位置決めされ、油圧供給リング４４の内周縁４４ａ，４４ｂ，４４ｃとそれぞれに対応する溝との間に環状のシール４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃを介設させて油密に、かつ、ロータ軸２と油圧供給リング４４が相対的に回転可能に取り付けられている。ロータ軸２の外周と油圧供給リング４４の内周面との間には、シール４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃで油密された油室４９Ａ、４９Ｂが形成され、油圧供給リング４４の外周面から油室４９Ａに連通する油路４４ｄ、油圧供給リング４４の外周面から油室４９Ｂに連通する油路４４ｅが設けられている。そして、油路４４ｄには、油圧制御ユニット２０３からの圧力調節管５０Ａが、油路４４ｅには、油圧制御ユニット２０３からの圧力調節管５０Ｂが、それぞれ接続され、油圧制御ユニット２０３にて調圧された油圧が供給されたり、油圧が抜かれたりする。
【００４４】
ロータ軸２の内部には、シャフト内油室２ａを仕切るようにロータ軸２の右端開口から圧入された概略円柱状の第２のプラグ４８が、ロータ軸２の段部に当接する位置に油密に固定される。第２のプラグ４８の中心に形成した盲の油孔４８ａが、シール部材４７Ｂを介してシャフト内油室２ａを回転中心軸方向に伸びるフィードパイプ４６の右端と嵌合する。油孔４８ａは、径方向に、例えば、１２０°間隔で放射状に延びる３本の油孔４８ｂ，…により、第２のプラグ４８の外周に周方向に形成された環状の油溝４８ｃに連通している。第２のプラグ４８の環状の油溝４８ｃは、ロータ軸２を径方向に貫通する複数の油孔２ｂ，…を介して油室４９Ａに連通する。
【００４５】
フィードパイプ４６の左端は、前記第１のプラグ４２の中心に形成された盲の油孔４２ａにシール部材４７Ａを介して嵌合する。第１のプラグ４２は、油孔４２ａから１２０°間隔で放射状に延びる３本の油孔４２ｂ，…と、これら３本の油孔４２ｂ，…の外端に連通する環状の油溝４２ｃと、を有している。第１のプラグ４２の環状の油溝４２ｃは、ロータ軸２を径方向に貫通する複数の油孔２ｃ，…と、ロータディスク７の筒状部を半径方向に貫通する複数の油孔７ｂ，…とを介して第１のディスク油室８に連通する。
【００４６】
シャフト内油室２ａは、ロータ軸２を径方向に貫通する複数の油孔２ｄ，…を介して第２のディスク油室４３に連通するとともに、ロータ軸２を径方向に貫通する複数の油孔２ｅ，…を介して油圧供給リング４４の油室４９Ｂに連通する。
【００４７】
（エンジン制御ＥＣＵにおけるロータディスクの位置制御）
次に、エンジン制御ＥＣＵ２０１におけるモータ１００Ａの制御を具体的に説明する。エンジン制御ＥＣＵ２０１は、アクセル開度センサ２１３からの運転者のアクセル踏み込み量（アクセル開度）、クランクパルスセンサ２１５からのエンジン回転速度、車速センサ２１７からの車速、ブレーキペダルセンサ２１８からのブレーキ踏み込み量の各信号にもとづいて、エンジン回転速度、アクセル開度、車速、ブレーキ踏み込み量の多次元マップを参照して、エンジンへのエンジン要求トルクとモータ１００Ａへのモータ要求トルクの演算をする。
【００４８】
そして、算出したエンジン要求トルクとエンジン回転速度に応じて、例えば、燃料噴射やエンジン吸入空気量を制御し、算出したモータ要求トルクをモータ要求トルク指令としてインバータ部１３０へ出力する。算出されたモータ要求トルクが正値の場合は、モータ１００Ａを電動機として力行させる電動機モードの場合であり、算出されたモータ要求トルクが負値の場合は、モータ１００Ａを発電機として作用させる回生発電モードの場合である。
ちなみに、エンジン回転速度、アクセル開度、車速、ブレーキ踏み込み量の多次元マップは、エンジン制御ＥＣＵ２０１のＲＯＭに予め格納されている。
【００４９】
そして、エンジン制御ＥＣＵ２０１のＣＰＵは、プログラムにより前記したロータディスク７の位置制御を実行する機能部としてのロータ位置制御部２０１ａを有している。ロータ位置制御部２０１ａは、インバータ部１３０で算出されたモータ回転角速度と、前記算出されたモータ要求トルクにもとづいて、ロータ位置マップを参照して、最も効率の良いロータ位置を算出し、油圧制御ユニット２０３に目標位置として出力する。
ちなみに、ロータ位置マップは、エンジン制御ＥＣＵ２０１のＲＯＭに予めモータ回転角速度およびモータ要求トルクの二次元マップの形で格納されている。
なお、エンジンのクランク軸とロータ軸２とが直結されている場合は、インバータ部１３０からのモータ回転角速度の代わりに、エンジン回転速度を用いることもできる。
ここで、ロータ位置制御部２０１ａ、油圧制御ユニット２０３および位置センサ２１４は、特許請求の範囲に記載の「位置制御手段」を構成しエンジン制御ＥＣＵ２０１におけるモータ要求トルクを演算する機能の部分、モータ回転角センサ２１１、アクセル開度センサ２１３、クランクパルスセンサ２１５、車速センサ２１７、ブレーキペダルセンサ２１８などは、特許請求の範囲に記載の「走行状態取得手段」に相当する。
【００５０】
（油圧制御ユニット）
次に、油圧制御ユニット２０３の概略を説明する。油圧制御ユニット２０３は油圧回路と、油圧回路に含まれるリニアソレノイドバルブなどを制御するＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インタフェース回路を含むマイクロコンピュータとを含んで構成され、前記したエンジン制御ＥＣＵ２０１と通信回線で接続している。そして、エンジン制御ＥＣＵ２０１のロータ位置制御部２０１ａで算出した目標位置を、油圧制御ユニット２０３が受信して、位置センサ２１４により検出した位置をフィードバックしてロータディスク７の軸方向位置を目標位置に調節する。
【００５１】
油圧制御ユニット２０３に含まれる図示しない油圧回路を簡単に説明する。油圧回路は、オイルタンク、オイルポンプ、第１のリニアソレノイド、高圧コントロールバルブ、高圧レギュレータバルブ、第２のリニアソレノイド、シフトコントロールバルブ、第１のシフトバルブ、第２のシフトバルブ、リリーフバルブ、オイルクーラ、フィルタを含んで構成されている。
オイルタンクからオイルポンプで汲み上げられ加圧された制御用オイルは、第１のリニアソレノイドにより作動する高圧コントロールバルブに接続された高圧レギュレータバルブにより調圧される。高圧に調圧された制御用オイルは、第２のリニアソレノイドにより作動するシフトコントロールバルブに接続された第１のシフトバルブにより、圧力調節管５０Ａ経由で油圧供給リング４４の油室４９Ａへの供給と、圧力調節管５０Ｂ経由で油圧供給リング４４の油室４９Ｂへの供給とに、流れ方向を切替え可能になっている。第１のシフトバルブが中立位置に保持されると、第１のシフトバルブに接続している圧力調節管５０Ａ，５０Ｂは、ともに制御用オイルの流れが遮断される。
なお、前記したシフトコントロールバルブは、後記する第２のシフトバルブにも接続され、第１のシフトバルブと第２のシフトバルブを連動して動作させる。
【００５２】
そして、圧力調節管５０Ａ，５０Ｂは、第２のシフトバルブにも接続し、前記したように第１のシフトバルブから圧力調節管５０Ａが高圧に調圧された制御用オイルの供給を受けているとき、圧力調節管５０Ｂ側は、第２のシフトバルブを介してリリーフバルブに接続し、オイルクーラおよびフィルタを経てオイルタンクに戻される。
逆に、前記したように第１のシフトバルブから圧力調節管５０Ｂが高圧に調圧された制御用オイルの供給を受けているとき、圧力調節管５０Ａ側は、第２のシフトバルブを介してリリーフバルブに接続し、オイルクーラおよびフィルタを経てオイルタンクに戻される。
第２のシフトバルブが中立位置に保持されると、第２のシフトバルブに接続している圧力調節管５０Ａ，５０Ｂは、ともに制御用オイルの流れが遮断される。
【００５３】
圧力調節管５０Ａ経由で油圧供給リング４４の油室４９Ａに供給された制御用の高圧オイルは、油孔２ｂ，…、油溝４８ｃ，油孔４８ｂ、油孔４８ａを介して、ロータ軸２のシャフト内油室２ａに収納されたフィードパイプ４６の内部を流れて第１のプラグ４２の油孔４２ａに流入し、そこから、油孔４２ａ、径方向の油孔４２ｂ，…および周方向の油溝４２ｃを通過し、さらに、ロータ軸２の油孔２ｃ，…およびロータディスク７の油孔７ｂ，…を経て第１のディスク油室８に供給される。
また、圧力調節管５０Ｂ経由で油圧供給リング４４の油室４９Ｂに供給された制御用の高圧オイルは、油孔２ｅ，…を介して、ロータ軸２のシャフト内油室２ａに供給され、さらに、油孔２ｄ，…を経て、ロータディスク７の第２のディスク油室４３に供給される。
【００５４】
このように、第１のディスク油室８と第２のディスク油室４３に供給される制御用オイルの量を制御することで、ロータディスク７を回転中心軸方向の移動可能範囲の中の任意の位置に移動して、かつ、保持することができる。
【００５５】
モータ１００Ａを発電機または電動機として最大回生トルクまたは最大出力トルクで機能させる場合は、ロータディスク７の第１のディスク油室８に作用する高圧オイルでロータディスク７は、図１において左方向端の「最大負荷位置」に移動させる。その結果、第２のディスク油室４３の容積が縮小して該第２のディスク油室４３内の制御用オイルがシャフト内油室２ａに押し出され、その制御用オイルは圧力調節管５０Ｂを介して油圧制御ユニット２０３の図示しないオイルタンクに回収される。
【００５６】
モータ１００Ａを発電機または電動機のいずれにも機能させず空転させる場合は、第２のディスク油室４３に作用する高圧オイルでロータディスク７は、図１において右方向端の「最小負荷位置」に移動させる。その結果、第１のディスク油室８の容積が縮小して該第１のディスク油室８内の制御用オイルがフィードパイプ４６に押し出され、その制御用オイルは圧力調節管５０Ａを介してオイルタンクに回収される。
【００５７】
なお、油圧制御ユニット２０３の故障、例えば、制御用オイル流出とかオイルポンプ故障などによりロータディスク７の回転中心軸方向の移動可能範囲内での位置制御が不可能な場合も、スプリング４０の付勢力により、ロータディスク７の位置が「最大負荷位置」に保持されるので、モータ１００Ａによるトルク補助や回生発電機能は維持できる。
【００５８】
（ロータおよびステータの構造）
次に、本実施形態におけるモータ１００Ａのステータ１１０Ａとロータ１２０Ａの詳細な構成について図１、図２を参照しながら説明する。
図２は、図１におけるステータとロータの断面拡大図であり、（ａ）は、ロータが回転中心軸方向の「最大負荷位置」にある場合のステータとロータの回転中心軸方向の拡大断面図、（ｂ）は、ロータが回転中心軸方向の「最小負荷位置」にある場合のステータとロータの回転中心軸方向の拡大断面図である。
図３の（ａ）は、図２の（ｂ）におけるＹ−Ｙ矢視断面図、図３の（ｂ）は、図２の（ｂ）におけるＺ−Ｚ断面図である。図３の（ｃ）は、第１の実施形態の変形例のモータにおける図２の（ｂ）におけるＺ−Ｚ矢視断面図に対応する断面図である。
【００５９】
本実施形態におけるモータ１００Ａは、前記したように永久磁石を用いた同期モータ（ＩＰＭＳＭ）であり、ステータ１１０Ａは、環状のバックヨーク１１０ａと、バックヨーク１１０ａから径方向内方側に延出されたティース１１０ｂとから構成され、周方向に隣接するティース１１０ｂ、１１０ｂの間に、ステータコイル１１１をティース１１０ｂに巻回できるように所定の形状のスロットが形成されている。通常の永久磁石同期モータと同様に、モータ１００Ａのステータ１１０Ａは、薄板の電磁鋼板１１３、例えば、珪素鋼板を回転中心軸方向に多数重ねて構成されている。
【００６０】
ロータ基部７ａ（図１参照）に固定された筒状体のロータ１２０Ａは、回転中心軸方向に図２において右方向側（一方側）の端から左方向側（他方側）に向かって界磁極領域１２０ａ、鉄心領域１２０ｂの順に構成されている。ロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａは、環状の薄板の電磁鋼板１２１、例えば、珪素鋼板を回転中心軸方向に多数重ねて構成され、界磁極領域１２０ａの外周表面から所定の深さの位置に、回転中心軸方向に孔があけられている。その回転中心軸方向の孔に永久磁石１２３を挿入固定してあり、界磁極を形成している。この永久磁石は、界磁極領域１２０ａの周方向に複数の界磁極を形成するように、周期的に規則的に離散配置されている。
【００６１】
図２、および図２の（ｂ）のＹ−Ｙ矢視断面図である図３の（ａ）に示すように、ロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａでは、回転中心軸方向に垂直な横断面で２つの永久磁石１２３をＶ字形に界磁極領域１２０ａの外周面より径方向内側に埋め込んで配置して１つの界磁極を形成している。そして、周方向に隣接する界磁極同士は、角度θ1で、例えば、４５°の等間隔で周方向に配置されている。Ｖ字形の永久磁石１２３，１２３に周方向に隣接するＶ字形の永久磁石１２３，１２３との間に、機械角で角度θ2、例えば、２２．５°ずれて、突極が形成されている。
【００６２】
図２、および図２の（ｂ）のＺ−Ｚ矢視断面図である図３の（ｂ）に示すように、鉄心領域１２０ｂは、環状の薄板の電磁鋼板１２５、例えば、珪素鋼板を回転中心軸方向に多数重ねて構成され、鉄心領域１２０ｂの外周表面から所定の深さの位置に、回転中心軸方向に複数の所定の形状の孔があけられ、１組のスリット１２６を形成している。この１組のスリット１２６が、鉄心領域１２０ｂの周方向に隣接する他の組のスリット１２６との間に突極を形成するように、周方向に周期的に規則的に離散配置されている。そして、図３の（ｂ）に示すように、周方向に隣接する突極同士は、角度θ1の半値である角度θ2だけ界磁極領域１２０ａの界磁極とずれて、角度θ1の間隔、例えば、４５°の等間隔で周方向に配置されている。このように構成された鉄心領域１２０ｂはスリット型リラクタンスコアと称される。
ちなみに、ステータ１１０Ａおよびロータ１２０Ａの電磁鋼板１１３，１２１，１２５として、珪素鋼板に限定されることは無く、珪素を用いない他の種類の電磁鋼板でも良い。
【００６３】
ロータ１２０Ａが、図２の（ａ）に示すように回転中心軸方向の前記した「最大負荷位置」にあるとき、ステータ１１０Ａのティース１１０ｂおよびロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａの対向する内周面と外周面とは、回転中心軸方向に１００％重なっており（ラップ代１００％）、ロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａの回転中心軸Ｌ（図１参照）に沿って左方向側（他方側）に配置した鉄心領域１２０ｂは、ステータ１１０Ａのティース１１０ｂの左側端面から左側にはみ出している。つまり、界磁極領域１２０ａ内の永久磁石１２３からティース１１０ｂへの図２の（ａ）中、矢印Ａで示すように磁束Ａは、ロータ１２０から径方向外方にティース１１０ｂに向かって貫通している。ちなみに、永久磁石の磁極が逆の場合は、磁束Ａの矢印Ａは逆向きになる。ロータ１２０Ａがこの回転中心軸方向の移動可能範囲における「最大負荷位置」にあるとき、モータ１００Ａは、磁石トルクもリラクタンストルクも合わせた、最大のトルクを引き出すことが可能となる。
そして、このような軸方向位置は、モータ１００Ａに高負荷が要求されるときに効率の良い位置である。
【００６４】
これに対し、図２の（ｂ）中の矢印Ｘで示すようにロータ１２０Ａが回転中心軸方向の移動可能範囲における前記した「最小負荷位置」に移動したとき、ステータ１１０Ａのティース１１０ｂとロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａの対向する内周面と外周面との回転中心軸方向の重なりは、例えば、約５０％（ラップ代５０％）に減少している。
【００６５】
しかし、ティース１１０ｂとロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａの回転中心軸方向の重なりを５０％に減少させても、ステータ１１０Ａのティース１１０ｂとロータ１２０Ａの鉄心領域１２０ｂの内周面と外周面とは回転中心軸方向に５０％重なっているので、ティース１１０ｂで発生された磁束を、ティース１１０ｂの内周面に対向している界磁極領域１２０ａと鉄心領域１２０ｂとで１００％受け取っている。コイルに低電流を流す低負荷の場合や、弱め制御をして、さらに、ステータ１１０Ａとロータ１２０Ａとの間の磁束量を減少させる場合に、ロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａとステータ１１０Ａとの回転中心軸方向の重なりが減少しても、このロータ１２０Ａの鉄心領域１２０ｂがステータ１１０Ａとの間にリラクタンストルクを発生させるので、モータ１００Ａのトルク定数が向上し、前記した従来技術よりも低負荷時のモータ効率が向上する。
そして、このような「最大負荷位置」より右方向側（一方側）にロータ１２０Ａがずれた位置は、通常走行におけるモータ１００Ａに要求される負荷が低いときに効率の良い位置である。
ロータ１２０Ａは、前記した「最大負荷位置」と「最小負荷位置」とを、移動可能範囲の両端として両端を含むその間の任意の軸方向位置に設定可能である。
【００６６】
図４は、モータのモータ回転速度−モータトルク運転マップにおける使用可能領域と実際的な使用領域の説明図である。図４を参照しながら、モータ１００Ａをエンジンの出力軸とトランスミッションの入力軸の間に配置し、車両に搭載して、エンジン出力のアシスト用および回生発電用に用いる場合のモータ１００Ａの使用領域について説明する。
縦軸はモータトルク（Ｎｍ）を示し、プラス（＋）で示した上側の領域は、電動機として力行運転する場合（電動機モード）における出力トルクを示し、マイナス（−）で示した下側の領域は、発電機として運転する場合（回生発電モード）における回生トルクを示す。
【００６７】
そして、領域Ｃがモータ１００Ａの使用可能領域を示し、その中でも符号Ｃ１で示した右斜線領域は、モータ１００Ａを同一電流に対して発生トルクまたは回生トルクを最大になるように制御する最大トルク電流制御を行う場合に実現される領域であり、強め領域Ｃ１と称する。ちなみに、強め領域Ｃ１でのモータ１００Ａの電流の制御は、リラクタンストルクを利用して効率の良い運転とするために、ｄ軸電流がゼロでない最大トルクを与える電流位相角とするのが普通である。
【００６８】
符号Ｃ２で示した左斜線領域は、モータ１００Ａにおいてｄ軸電流を積極的に流すようにし、永久磁石１２３の磁束を減磁する電流制御を行う場合に実現される領域であり、弱め制御領域Ｃ２（図４参照）と称する。
【００６９】
そして、符号Ｄで示した太線で囲った領域は、車両の実走行で高頻度にモータが使用される実際的な使用領域Ｄを示している。図４に示すように実際的な使用領域Ｄは、出力可能な最大トルクに比較して低負荷（低トルク）であり、ロータ１２０Ａを「最大負荷位置」より右方向側にずらして運転するのが効率的である。
【００７０】
図５は、比較例のモータにおけるロータをステータに対して相対的に回転中心軸方向に移動可能な永久磁石同期モータの説明図である。モータ１５０のステータ１１０は本実施形態におけるモータ１００Ａのステータ１１０Ａと同じ構成であるが、ロータ１４０は、ステータ１１０と同じ回転中心軸方向の長さを有し、本実施形態におけるロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａのみで構成されている。比較例のモータ１５０におけるステータ１１０とロータ１４０を、回転中心軸Ｌ（図１参照）方向に沿って右方向側に相対的にずらすと、図５の（ｂ）に示すようにラップ代が５０％に減少する。これは、永久磁石１２３とティース１１０ｂとの間の磁束Ａの量が減少して、磁石トルクが減少するだけでなく、リラクタンストルクも減少することになり、ティース１１０ｂで発生させた磁束をロータ１４０で受けることはできず無駄になっており効率的なモータになっていない。
【００７１】
しかし、本実施形態によれば、低負荷時にロータ１２０Ａを「最大負荷位置」より右方向側にずらしても、図２の（ｂ）に示したようにステータ１１０Ａのティース１１０ｂの周面と、ロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａおよび鉄心領域１２０ｂの外周面が対向しており、ステータ１１０Ａのティース１１０ｂにおいて発生された磁束が比較例の図５の（ｂ）に示したように無駄にならず、効率の良い運転が可能となる。
【００７２】
以下に、低負荷時にロータ１２０Ａを「最大負荷位置」より右方向側にずらした場合の、出力トルクＴｑについて、図６を参照しながら詳しく説明する。
図６は、磁石トルク、リラクタンストルクの電流位相差βに対する変化の説明図である。
図３の（ａ），（ｂ）に示すように、界磁極領域１２０ａにおける１つの界磁曲を形成するＶ字形の永久磁石１２３，１２３を、回転中心軸Ｌの周りに、例えば、図中ｄ軸の矢印で示した回転角の原点を基準にして、機械角θ1（４５°）で周期的に配置し、鉄心領域１２０ｂにおける周方向に隣接する２組のスリット１２６の間に形成される突極を、前記した界磁極に対して、例えば、図中ｄ軸の矢印で示した回転角の原点を基準にして、機械角θ2（２２．５°）ずらして、回転中心軸Ｌの周りに、機械角θ1（４５°）で周期的に配置してある。
【００７３】
電流位相差βは、回転磁界Φａを作るコイル電流Ｉａおよび回転磁界Φａと、ｑ軸との位相差であり、ＩａはベクトルとしてＩａ＝［Ｉｄ，Ｉｑ］Tと表わされる。
永久磁石同期モータの出力トルクＴｑ（図６における総合トルク）は次式（１）のように表わされる。
【数１】
ここで、Ｐ：ステータ１１０Ａの極対数
Φmag：永久磁石１２３による磁束
Ｎ：ステータコイルの巻数
Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス
Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス
Ｉｄ：ｄ軸電流（Ｉｄ＝Ｉａ・ｓｉｎβ）
Ｉｑ：ｑ軸電流（Ｉｑ＝Ｉａ・ｃｏｓβ）
【００７４】
式（１）の右辺の第１項は、磁石トルクを表わし、右辺の第２項がリラクタンストルクを表わしている。リラクタンストルクの項のＩｄ×Ｉｑは、｛（１／２）×（Ｉａ）2×ｓｉｎ（２β）｝と表わされ、電流位相の周期がβの１／２になる。隣接する２組のスリット１２６，１２６間に形成した突極が機械角θ2（図３の（ｂ）参照）だけｄ軸に対してずらして設定してあるので、図６に示すようにリラクタンストルクは、進角させてない磁石トルクに対して電流位相差（電気角）βを４５°遅角させたことになり、磁石トルクとリラクタンストルクの合力である総合トルク（出力トルクＴｑに対応）が電流位相差βで４５°弱の位相位置で最大値にすることができ、モータ効率が向上する。
その結果、ロータ１２０Ａを「最大負荷位置」より右方向側にずらして運転する場合は、界磁極領域１２０ａによる磁石トルクよりも鉄心領域１２０ｂによるリラクタンストルクが大きく寄与し、その合力である総合トルクは、電流位相差βで４５°の位相位置で最大値にすることができ、モータ効率が向上する。
【００７５】
また、ロータ１２０Ａを「最大負荷位置」より右方向側にずらして運転する場合に、回転磁界Φａが比較例のように無駄にならずリラクタンストルクを得ることができるので、出力トルクＴとコイル電流Ｉａの比、つまり、トルク定数が向上する。
【００７６】
なお、ロータ１２０Ａの鉄心領域１２０ｂの、ステータ１１０Ａのティース１１０ｂの内周面と対向していない部分は、なんらトルクを発生せず、フリクションロスの原因にならない。
【００７７】
図７は、コイル電流Ｉａと出力トルクＴｑの関係を示す説明図であり、曲線ｘは、本実施形態におけるロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａのラップ代が１００％（軸方向位置が「最大負荷位置」）の場合のコイル電流−出力トルク特性極線であり、曲線ｙは、本実施形態におけるロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａのラップ代が５０％（軸方向位置が「最小負荷位置」）の場合のコイル電流−出力トルク特性極線であり、曲線ｚは、図５に示した比較例におけるロータ１４０のラップ代が５０％（軸方向位置が「最小負荷位置」）の場合のコイル電流−出力トルク特性極線である。
ちなみに、曲線ｘは、図５に示した比較例におけるロータ１４０のラップ代が１００％（軸方向位置が「最大負荷位置」）の場合のコイル電流−出力トルク特性極線でもある。
【００７８】
図７を見て分かるように、本実施形態によれば、ステータ１１０Ａのティース１１０ｂとロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａのラップ代が１００％の場合に、出力トルクの値Ｔ1を得るためには、コイル電流Ｉａは値Ｉ1だけ流す必要があるのに対し、ステータ１１０Ａのティース１１０ｂとロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａのラップ代が５０％の場合は、コイル電流Ｉａは値Ｉ1より大きな値Ｉ2だけを流す必要がある。
それに対し、図５に示した比較例の場合は、ステータ１１０のティース１１０ｂとロータ１４０のラップ代が１００％の場合に、出力トルクの値Ｔ1を得るためには、コイル電流Ｉａは値Ｉ1流す必要に対し、ステータ１１０のティース１１０ｂとロータ１４０のラップ代が５０％の場合は、コイル電流Ｉａは値Ｉ2よりさらに大きな値Ｉ3を流す必要がある。従って、同じ出力トルクＴ1を得るのに本実施形態の場合、ΔＩだけ電流が低減できる。
【００７９】
前記したようにモータ回転角速度およびモータ要求トルク（必要トルク）をパラメータとした二次元マップを用いてロータの相対位置の移動を制御するので、車両の走行状態に対応したモータ１００Ａの出力トルクまたは発電作用による回生トルクを実現するときに、モータ１００Ａの効率の良い状態で運転できる。特に、車両が定速走行している場合は、モータ１００Ａに要求される出力トルク（必要トルク）は小さく、車両の加速時に要求される最大出力トルクの数分の１である。そして、そのような場合、モータ１００Ａの回転速度は、高速である。逆に、モータ１００Ａに要求される出力トルクや回生トルク（必要トルク）が大きいのは、モータ１００Ａの回転速度が低い車両の低速走行状態や、加速時などである。
【００８０】
まとめると、本実施形態によれば、モータ１００Ａの回転速度の低い場合や、モータ１００Ａに要求される必要トルクである出力トルクや回生トルクが大きい場合は、ロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａの外周面とティース１１０ｂの内周面との間の磁束をやり取りする面積を最大にして、必要な動力を供給したり、必要な回生トルクを吸収したりし、モータ１００Ａをモータ効率の良い状態で運転できる。また、モータ１００Ａの回転速度がより高いときや、モータ１００Ａに要求される必要トルクである出力トルクや回生トルクが小さい場合は、界磁極領域１２０ａの外周面とティース１１０ｂの内周面との間の磁束をやり取りする面積を縮小し、その分を鉄心領域１２０ｂの外周面とティース１１０ｂの内周面との間の磁束をやり取りする面積で補償して、モータ１００Ａをモータ効率の良い状態で運転できる。
【００８１】
（第１の実施形態の変形例）
第１の実施形態に係るモータ１００Ａにおいて、ロータ１２０Ａの鉄心領域１２０ｂをスリット型リラクタンスコアとしたがそれに限定されるものではない。図３の（ａ），（ｃ）を参照しながら第１の実施形態の変形例のモータ１００Ｂを説明する。図３の（ａ），（ｃ）に示すモータ１００Ｂは、第１の実施形態におけるモータ１００Ａとは、ロータ１２０Ａをロータ１２０Ｂに置き変えた点だけが異なり、他は第１の実施形態と同じである。
本変形例における第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８２】
モータ１００Ｂのロータ１２０Ｂの界磁極領域１２０ａは、第１の実施形態と同じ構成であり、鉄心領域１２０ｂだけが図３の（ｃ）に示すように、突極型リアクタンスコアの形状をして構成されている。図３の（ｃ）は、図２の（ｂ）のＺ−Ｚ矢視断面図に相当する本変形例のステータ１１０Ａとロータ１２０Ｂの断面図である。
図３の（ｃ）に示すように、鉄心領域１２０ｂは、ほぼ環状の薄板の電磁鋼板１２５、例えば、珪素鋼板を回転中心軸方向に多数重ねて構成され、鉄心領域１２０ｂの外周表面から所定の深さまで切り欠かれ、積層されることによって鉄心領域１２０ｂの回転中心軸方向全長にわたって凹部１２０ｂ2が形成される。この凹部１２０ｂ2は、鉄心領域１２０ｂの周方向に隣接する他の凹部１２０ｂ2と間に突部１２０ｂ1を残し、この突部１２０ｂ1が周方向に周期的に規則的に離散配置されている。この突部１２０ｂ1が突極型リラクタンスコアの突極に対応する。
【００８３】
そして、図３の（ｃ）に示すように、周方向に隣接する突極同士は、角度θ1の半値である角度θ2だけｄ軸とずれ、例えば、機械角４５°の等間隔で周方向に配置されている。
本変形例によれば、ロータ１２０Ｂを「最大負荷位置」より右方向側にずらして運転する場合は、界磁極領域１２０ａの磁石トルクよりも鉄心領域１２０ｂによるリラクタンストルクが大きく寄与し、その合力である総合トルクは、電流位相差βで４５°の位相位置で最大値にすることができ、モータ効率が向上する。
また、ロータ１２０Ｂを「最大負荷位置」より右方向側にずらして運転する場合に、回転磁界Φａが比較例のように無駄にならずリラクタンストルクを得ることができるので、出力トルクＴとコイル電流Ｉａの比、つまり、トルク定数が向上する。
【００８４】
なお、ロータ１２０Ｂの鉄心領域１２０ｂの、ステータ１１０Ａのティース１１０ｂの内周面と対向していない部分は、なんらトルクを発生せず、フリクションロスの原因にならない。
【００８５】
《第２の実施形態》
第１の実施形態に係るモータ１００Ａのロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａにおいて、１つの界磁極を形成する永久磁石配置は、永久磁石１２３をＶ字形に２つ配置するものとしたがそれに限定されるものでは無い。他の配置で界磁極を形成しても良い。
図８の（ａ），（ｂ）を参照しながら本発明の第２の実施形態のモータ１００Ｃについて説明する。図８の（ａ），（ｂ）に示すモータ１００Ｃは、第１の実施形態におけるモータ１００Ａとは、ロータ１２０Ａをロータ１２０Ｃに置き変えた点だけが異なり、他は第１の実施形態と同じである。
本実施形態における第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８６】
図８の（ａ）は、図２の（ｂ）のＹ−Ｙ矢視断面図に相当する第２の実施形態のステータとロータの断面図、図８の（ｂ）は、図２の（ｂ）のＺ−Ｚ矢視断面図に相当する第２の実施形態のステータとロータの断面図である。
ロータ１２０Ｃは、その界磁極領域１２０ａの界磁極が、回転中心軸方向の横断面が矩形の１枚の平板形状の永久磁石１２３を電磁鋼板１２１にあけた孔に回転中心軸方向に挿入固定して構成されている点が、第１の実施形態におけるロータ１２０Ａと異なるだけであり、他は第１の実施形態におけるロータ１２０Ａと同じである。
【００８７】
ロータ基部７ａ（図１参照）に固定された筒状体のロータ１２０Ｃは、回転中心軸方向に図１において右方向側（一方側）の端から界磁極領域１２０ａ、鉄心領域１２０ｂの順に構成されている。ロータ１２０Ｃの界磁極領域１２０ａは、環状の薄板の電磁鋼板１２１、例えば、珪素鋼板を回転中心軸方向に多数重ねて構成され、界磁極領域１２０ａの外周表面から所定の深さの位置に、回転中心軸方向の横断面が矩形の孔があけられている。その回転中心軸方向の孔に回転中心軸方向の横断面が矩形の平板形状の永久磁石１２３を挿入固定してあり、界磁極を形成している。そして、周方向に隣接する界磁極同士は、角度θ1で、例えば、４５°の等間隔で周方向に配置されている。そして、回転中心軸方向の横断面が矩形の平板形状の永久磁石１２３に周方向に隣接する永久磁石１２３との間に、機械角で角度θ2、例えば、２２．５°ずれて、突極が形成されている。
【００８８】
ロータ１２０Ｃの鉄心領域１２０ｂは、前記したロータ１２０Ａにおける鉄心領域１２０ｂと同じ構成のスリット型リラクタンスコアであり、隣接する２組のスリット１２６同士は回転中心軸Ｌに対し、機械角で角度θ1の間隔で周方向に配置され、隣接する２組のスリット１２６同士の間に形成される突極は、図８の（ａ），（ｂ）に示すように、界磁極の突極と同位相に配置されている。
【００８９】
（第２の実施形態の第１の変形例）
なお、ロータ１２０Ｃの鉄心領域１２０ｂは、スリット型リラクタンスコアに限定されるものではない。図８の（ａ），（ｃ）に第２の実施形態の第１の変形例のモータ１００Ｄを説明する。
図８の（ｃ）は、図２の（ｂ）のＺ−Ｚ矢視断面図に相当する本変形例のステータ１１０Ａとロータ１２０Ｄの断面図である。図８の（ａ），（ｃ）に示すモータ１００Ｄは、第２の実施形態におけるモータ１００Ｂとは、ロータ１２０Ｃをロータ１２０Ｄに置き変えた点だけが異なる。
【００９０】
モータ１００Ｄのロータ１２０Ｄの界磁極領域１２０ａは、第２の実施形態と同じ構成であり、鉄心領域１２０ｂだけが図８の（ｃ）に示すように、前記した第１の実施形態の変形例におけるロータ１２０Ｂにおける鉄心領域１２０ｂと同じ突極型リアクタンスコアの形状である。
従って、同じ構成には同じ符号を付し重複する説明を省略する。
【００９１】
第２の実施形態におけるモータ１００Ｃおよび第１の変形例におけるモータ１００Ｄによれば、ロータ１２０Ｃまたはロータ１２０Ｄを「最大負荷位置」より右方向側にずらして運転する場合は、界磁極領域１２０ａの磁石トルクよりも鉄心領域１２０ｂによるリラクタンストルクが大きく寄与し、その合力である総合トルクは、電流位相差βで４５°の位相位置で最大値にすることができ、モータ効率が向上する。
また、ロータ１２０Ｃまたはロータ１２０Ｄを「最大負荷位置」より右方向側にずらして運転する場合に、回転磁界Φａが比較例のように無駄にならずリラクタンストルクを得ることができるので、出力トルクＴとコイル電流Ｉａの比、つまり、トルク定数が向上する。
【００９２】
なお、ロータ１２０Ｃまたはロータ１２０Ｄの鉄心領域１２０ｂの、ステータ１１０Ａのティース１１０ｂの内周面と対向していない部分は、なんらトルクを発生せず、フリクションロスの原因にならない。
【００９３】
（第２の実施形態の第２の変形例）
次に、図８の（ａ），図９を参照しながら第２の実施形態の第２の変形例のモータ１００Ｅを説明する。
図９は、図２の（ｂ）のＺ−Ｚ矢視断面図に相当する第２の実施形態の第２の変形例のステータとロータの断面図である。図８の（ａ）および図９に示すモータ１００Ｅは、第２の実施形態におけるモータ１００Ｂとは、ロータ１２０Ｃをロータ１２０Ｅに置き変えた点だけが異なる。
【００９４】
モータ１００Ｅのロータ１２０Ｅの界磁極領域１２０ａは、第２の実施形態と同じ構成であり、鉄心領域１２０ｂだけが図９に示すように、前記した第１の実施形態におけるロータ１２０Ａにおける界磁極領域１２０ａと同じように永久磁石（第２の永久磁石）１２７をＶ字形に２つ配置し、１つの界磁極を形成し、界磁極を機械角で角度θ1で等間隔に周方向に配置し、周方向に隣接する界磁極同士の間に突極を形成させ、突極を界磁極と機械角で角度θ2だけずらし、角度θ1で等間隔に周方向に配置したものである。ここで、永久磁石１２７は前記した永久磁石１２３よりも磁力の弱いものとしたところが、ロータ１２０Ａにおける界磁極領域１２０ａと異なる構成である。
従って、同じ構成には同じ符号を付し重複する説明を省略する。
【００９５】
第２の実施形態の第２の変形例におけるモータ１００Ｅによれば、ロータ１２０Ｅを「最大負荷位置」より右方向側にずらして運転する場合は、界磁極領域１２０ａの磁石トルクに加えて鉄心領域１２０ｂの磁石トルクも加わり、さらに、鉄心領域１２０ｂによるリラクタンストルクも寄与し、その合力である総合トルクは、電流位相差βで４５°の位相位置で最大値にすることができ、モータ効率が向上する。
また、ロータ１２０Ｅを「最大負荷位置」より右方向側にずらして運転する場合に、回転磁界Φａが比較例のように無駄にならず磁石トルクおよびリラクタンストルクを得ることができるので、出力トルクＴとコイル電流Ｉａの比、つまり、トルク定数が向上する。
【００９６】
《第３の実施形態》
次に、図１０を参照しながら本発明の第３の実施形態におけるモータ１００Ｆについて説明する。
図１０は、第３の実施形態におけるステータとロータの回転中心軸方向の拡大断面図であり、（ａ）は、ロータが回転中心軸方向の「最大負荷位置」にある場合のステータとロータの回転中心軸方向の拡大断面図、（ｂ）は、ロータが回転中心軸方向の「最小負荷位置」にある場合のステータとロータの回転中心軸方向の拡大断面図である。
【００９７】
本実施形態におけるモータ１００Ｆは、前記したように永久磁石を用いた同期モータ（ＩＰＭＳＭ）であり、ステータ１１０Ｂは、環状のバックヨーク１１０ａと、バックヨーク１１０ａから径方向内方側に延出されたティース１１０ｂとから構成され、周方向に隣接するティース１１０ｂ、１１０ｂの間に、ステータコイル１１１をティース１１０ｂに巻回できるように所定の形状のスロットが形成されている。モータ１００Ｆのステータ１１０Ｂは、図１０の（ａ）に示すように左方向側の端から左側端部（ステータの他方側端部）１１０ｄ、中央部（ステータの中央部）１１０ｃ、右側端部（ステータの一方側端部）１１０ｅの順に区切られている。中央部１１０ｃは、通常の永久磁石同期モータのように薄板の電磁鋼板１１３、例えば、珪素鋼板を回転中心軸方向に多数重ねて構成されているが、左側端部１１０ｄおよび右側端部１１０ｅは、通常の永久磁石同期モータと異なり、所定回転中心軸方向の長さに亘って、鉄などの磁性粉に樹脂などの電気絶縁材でコーティングした粒子（電気絶縁皮膜で覆われた磁性材の粒子）をさらに樹脂をバインダとして圧縮成型した圧粉材１１５で形成されている。
【００９８】
そして、圧粉材１１５のバックヨーク部分である圧粉材バックヨーク部１１５ａ，１１５ａは、電磁鋼板１１３のティース部分および圧粉材ティース部１１５ｂ、１１５ｂを合わせてティース１１０ｂを構成し、ティース１１０ｂをコアとして巻回されたステータコイル１１１の左方向側（他方側）および右方向側（一方側）の外形端部まで、回転中心軸ｌ（図１参照）に沿って延出させてある。
ちなみに、ステータ１１０Ｂの中央部１１０ｃと左側端部１１０ｄ、および中央部１１０ｃと右側端部１１０ｅとは、対向する面に接着材を塗布して接着させてからティース１１０ｂをコアとしてステータコイル１１１を巻回することにより、互いに固く一体化される。
【００９９】
左側端部１１０ｄの圧粉材ティース部１１５ｂの回転中心軸方向の厚さは、ロータ１２０の図１０における左方向側への回転中心軸方向の移動量が最大状態（軸方向位置が「最大負荷位置」にある状態）のとき、圧粉材ティース部１１５ｂの図１０の（ａ）において左側側面（回転中心軸方向）からの磁束Ｂ１が電磁鋼板１１３に到達する前に減衰するに十分な厚さとする。また、右側端部１１０ｅの圧粉材ティース部１１５ｂの回転中心軸方向の厚さは、ロータ１２０の図１０における右方向側への回転中心軸方向の移動量が最大状態（軸方向位置が「最小負荷位置」にある状態）のとき、圧粉材ティース部１１５ｂの図１０の（ｂ）において右側側面（回転中心軸方向）からの磁束Ｂ２が電磁鋼板１１３に到達する前に減衰するに十分な厚さとする。
【０１００】
ロータ基部７ａ（図１参照）に固定された筒状体のロータ１２０は、前記したロータ１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ，１２０Ｄ，１２０Ｅのいずれでも良い。図１０においては、代表的にロータ１２０Ａを示している。
従って、前記したモータ１００Ａ〜１００Ｅまでのロータ１２０Ａ〜１２０Ｅの構成の構成についての説明は省略する。
以下では、図１０では、ロータ１２０は（ ）内に表示したように前記したロータ１２０Ａを例示している。
【０１０１】
ロータ１２０が図１０の（ａ）に示すように回転中心軸方向の前記した「最大負荷位置」にあるとき、ステータ１１０Ｂのティース１１０ｂおよびロータ１２０の界磁極領域１２０ａの対向する内周面と外周面とは回転中心軸方向に１００％重なっている（ラップ代１００％）。そして、ロータ１２０の鉄心領域１２０ｂが左側（他方側）にはみ出している。ロータ１２０内の永久磁石１２３からティース１１０ｂへの図１０の（ａ）中、矢印Ａで示すように磁束Ａは、ロータ１２０から径方向外方にティース１１０ｂに向かって貫通しており、ロータ１２０の界磁極領域１２０ｂの外周面とティース１１０ｂの内周面との磁束をやり取りする面積は１００％である。
【０１０２】
しかしながら、永久磁石１２３から鉄心領域１２０ｂにわずかに漏れる磁束が矢印Ｂ１で示したように、ステータ１１０Ｂの左側端部１１０ｄの側面（回転中心軸方向）から入る。これは、ロータ１２０としてロータ１２０Ｅを用いる場合は、特に、鉄心領域１２０ｂに含まれる永久磁石１２７からの磁束によって大きな磁束Ｂ１が生じる。磁束Ｂ１は、左側端部１１０ｄの圧粉材バックヨーク部１１５ａによって、ステータ１１０Ｂの中央部１１０ｃの電磁鋼板１１３のバックヨーク部への磁束の回り込みも阻止され、圧粉材ティース部１１５ｂを貫通する磁束も、圧粉材１１５に隣接する電磁鋼板１１３を回転中心軸方向に貫通しないように減衰されてしまう。
【０１０３】
さらに、左側端部１１０ｄの圧粉材バックヨーク部１１５ａは、モータ１００Ｆのステータ１１０Ｂを固定するモータケースが、導電部材で構成されている場合に、磁束がモータケースを貫通しないように規制するので、モータケースとの間に渦電流を生じさせてフリクショントルクを生じることを抑制できる。
ちなみに、永久磁石の磁極が逆の場合は、磁束Ａの矢印Ａは逆向きになる。
【０１０４】
ロータ１２０がこの移動可能範囲における「最大負荷位置」にあるとき、圧粉材１１５より磁束流れが良い中央部１１０ｃの電磁鋼板１１３で構成された部分の能力を最大限に利用することができる。
そして、このような軸方向位置は、モータ１００Ｆに高負荷が要求されるときに効率の良い位置である。
【０１０５】
これに対し、図１０の（ｂ）中の矢印Ｘで示すようにロータ１２０が回転中心軸方向の移動可能範囲における前記した「最小負荷位置」にあるとき、ステータ１１０Ｂのティース１１０ｂとロータ１２０の界磁極領域１２０ａの対向する内周面と外周面との回転中心軸方向の重なりは、例えば、約５０％に減少し（ラップ代５０％）、重なりが減少した界磁極領域１２０ａの代わりに鉄心領域１２０ｂが補償している。
【０１０６】
そして、図１０の（ｂ）に示すように重なり部分の界磁極領域１２０ａ内の永久磁石１２３からティース１１０ｂへの磁束Ａは、矢印Ａで示すように、ロータ１２０から径方向外方にティース１１０ｂに向かって貫通しているが、図１０の（ｂ）においてティース１１０ｂの内周面と対向して重ならない回転中心軸方向に右側にはみ出した界磁極領域１２０ａの永久磁石１２３からティース１１０ｂへの磁束Ｂ２は、ステータ１１０Ｂの右側端部１１０ｅの圧粉材バックヨーク部１１５ａによって、中央部１１０ｃの電磁鋼板１１３のバックヨーク部への磁束の回り込みを阻止され、右側端部１１０ｅの圧粉材ティース部１１５ｂを貫通する磁束も、圧粉材１１５に隣接する中央部１１０ｃの電磁鋼板１１３を回転中心軸方向に貫通しないように減衰されてしまう。
【０１０７】
さらに、右側端部１１０ｅの圧粉材バックヨーク部１１５ａは、モータ１００Ｆのステータ１１０Ｂを固定するモータケースが、導電部材で構成されている場合に、磁束がモータケースを貫通しないように規制するので、モータケースとの間に渦電流を生じさせてフリクショントルクを生じることを抑制できる。
【０１０８】
また、左側端部１１０ｄおよび右側端部１１０ｅが、電気絶縁皮膜で覆われた磁性材の粒子を圧粉して固めた圧粉材１１５で構成されているので、磁束が磁性材の粒子にどの方向から貫通して、その強さが変化しても渦電流特性が方向性を持たない。
さらに、ロータ１２０の回転中心軸に沿った移動の有無に拘わらず、圧粉材バックヨーク部１１５ａにおける磁路拡大効果により、鉄損を低減することができる。
その結果、ロータ１２０が回転中心軸方向に「最大負荷位置」から右方向のどの位置に移動しても、ステータ１１０Ｂの中央部１１０ｃの電磁鋼板１１３に回転中心軸方向から貫通する磁束が、ほぼゼロに抑制され、その状態でモータ１００Ｆが無負荷で空転されても、つまり、エンジンによる連れ回しを受けても、渦電流を電磁鋼板１１３に生じることによる鉄損でのフリクショントルクの発生が抑制できる。つまり、モータ１００Ｆの連れ回り時のフリクショントルクを低減するので、車両の燃費向上に寄与する。
そして、このような「最大負荷位置」より右方向側にロータ１２０がずれた位置は、通常走行におけるモータ１００Ｆに要求される負荷が低いときに効率の良い位置である。
【０１０９】
まとめると、本実施形態によれば、モータ１００Ｆの回転速度の低い場合や、モータ１００Ｆに要求される必要トルクである出力トルクや回生トルクが大きい場合は、ロータ１２０の界磁極領域１２０ａの外周面とティース１１０ｂの内周面との間の磁束をやり取りする面積を最大にして、必要な動力を供給したり、必要な回生トルクを吸収したりし、モータ１００Ｆをモータ効率の良い状態で運転できる。モータ１００Ｆの回転速度がより高い場合や、モータ１００Ｆに要求される必要トルクである出力トルクや回生トルクが小さい場合は、前記面積を縮小して、回転時の引きずり損失を低減し、モータ１００Ｆをモータ効率の良い状態で運転できる。
【０１１０】
（第３の実施形態の変形例）
なお、本実施形態のモータ１００Ｆのステータ１１０Ｂは、電磁鋼板１１３を積層して構成された中央部１１０ｃと、圧粉材１１５で構成された左側端部１１０ｄおよび右側端部１１０ｅそれぞれとの間に非磁性材として、磁気抵抗の非常に高い材料、例えば、非磁性ステンレス鋼板を介設させても良い。このようにステータ１１０Ｂにおいて非磁性材を挟み込むことにより、中央部１１０ｃの電磁鋼板１１３に回転中心軸方向から貫通する可能性のある磁束を効率よく抑制できる。その結果、ステータ１１０Ｂの圧粉材ティース部１１５ｂの回転中心軸方向の厚さを低減でき、モータ１００Ｆを回転中心軸方向によりコンパクトに構成できる。
【０１１１】
《その他の変形例》
第１から第３の実施形態およびその変形例では、ロータ１２０をロータ軸２の外周に沿って回転中心軸方向に移動させ、ステータ１１０Ａ，１１０Ｂと回転中心軸方向に相対的にずらす構成とし、対向するロータ１２０Ａ〜１２０Ｅの界磁極領域１２０ａとの回転中心軸方向の重なり面積を可変としたが、それに限定されるものではない。ロータ１２０Ａ〜１２０Ｅはロータ軸２に固定し、モータ１００Ａ〜１００Ｆのケーシングに固定されたステータ１１０Ａ，１１０Ｂの方をボールベアリング３２，３４とともにロータ軸に沿って移動させる構成でも良い。
【０１１２】
さらに、第１から第３の実施形態およびその変形例におけるモータ１００Ａ〜１００Ｆのロータディスク７を回転中心軸方向に移動する油圧制御ユニット２０３を、トランスミッションを制御する油圧制御ユニットの一部としても良い。その場合、ロータ軸２の外周面に油圧供給リング４４を配置する代わりに、ロータ軸２をトランスミッションの入力軸と一体化して、トランスミッションの入力軸の右端側から、特開平１０−２５２８５０号公報の図２に記載されているように、トランスミッションのカバーに油路を２つ設けて、油圧をシャフト内油室２ａと、フィードパイプ４６内に供給するようにしても良い。
【０１１３】
また、第１から第３の実施形態およびその変形例では、モータ１００Ａ〜１００Ｆを車両の駆動用に用いたとき、ロータ１２０（１２０Ａ〜１２０Ｅ）の軸方向位置の制御における目標位置を、エンジン制御ＥＣＵ２０１で算出したモータ要求トルク、およびモータ回転角速度にもとづいて、モータ要求トルクおよびモータ回転角速度の二次元マップを参照して算出したがそれに限定されるものではない。モータ要求トルク、またはモータ回転角速度（つまり、エンジン回転速度）にもとづいて、モータ要求トルクまたはモータ回転角速度の一次元マップを参照して目標位置を算出しても良い。
【０１１４】
さらに、エンジン制御ＥＣＵ２０１がトランスミッションを制御するトランスミッション制御ＥＣＵと通信回線で結ばれ、トランスミッションのシフト位置を検出するシフト位置検出センサからの信号を受信し、エンジン制御ＥＣＵ２０１が、シフト位置、アクセル開度、ブレーキペダルの踏み込み量、車速などから、エンジンブレーキ状態を判定し、モータ要求トルクとして最大の回生トルクを要求するため、ロータ位置制御部２０１ａにおいて、「最大負荷位置」を目標位置として、油圧制御ユニット２０３に出力させるようにしても良い。
この場合、シフト位置検出センサも、特許請求の範囲に記載の「走行状態取得手段」に含まれる。
【０１１５】
第１の実施形態から第３の実施形態およびその変形例においては、モータ１００Ａ〜１００Ｆは、インナロータ型のラジアルモータとしたが、それに限定されるものではなく、アウタロータ型のラジアルモータでも可能である。
【符号の説明】
【０１１６】
２ ロータ軸
２ａ シャフト内油室
２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，７ｂ，４２ａ，４２ｂ，４８ａ，４８ｂ 油孔
７ ロータディスク
７ａ ロータ基部
８ 第１のディスク油室
３５ ボールスプライン
３６ ピストン部材
３７ 内側シリンダ部材
３８ 外側シリンダ部材
４０ スプリング
４２ 第１のプラグ
４２ｃ，４８ｃ 油溝
４３ 第２のディスク油室
４４ 油圧供給リング
４４ａ，４４ｂ，４４ｃ 内周縁
４６ フィードパイプ
４８ 第２のプラグ
４９Ａ，４９Ｂ 油室
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ モータ
１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ ステータ
１１０ａ バックヨーク
１１０ｂ ティース
１１０ｃ 中央部
１１０ｄ 左側端部（他方側端部）
１１０ｅ 右側端部（一方側端部）
１１１ ステータコイル（コイル）
１１３，１２１，１２５ 電磁鋼板
１１５ 圧粉材
１１５ａ 圧粉材バックヨーク部
１１５ｂ 圧粉材ティース部
１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ，１２０Ｄ，１２０Ｅ ロータ
１２０ａ 界磁極領域
１２０ｂ 鉄心領域
１２０ｂ2 凹部
１２０ｂ1 突部
１２３，１２７ 永久磁石
１２６ スリット
１３０ インバータ部
１３０ａ 電動機制御部
１３０ｂ 発電機制御部
１３３ バッテリ
２０１ エンジン制御ＥＣＵ（走行状態取得手段）
２０１ａ ロータ位置制御部（位置制御手段）
２０３ 油圧制御ユニット（位置制御手段）
２１１ モータ回転角センサ（走行状態取得手段）
２１３ アクセル開度センサ（走行状態取得手段）
２１４ 位置センサ（位置制御手段）
２１５ クランクパルスセンサ（走行状態取得手段）
２１７ 車速センサ（走行状態取得手段）
２１８ ブレーキペダルセンサ（走行状態取得手段）
Ｌ 回転中心軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用の電動機および発電機として使用できるモータに関し、特に、ステータとロータとを、回転中心軸の方向に沿って相対的に移動可能なモータと、そのモータのステータとロータとの回転中心軸方向の相対位置を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ステータとロータとを、回転中心軸の方向に沿って相対的に移動可能なモータが知られている。例えば、特許文献１には、エンジン回転速度の増大に伴って、ステータに対するロータの対向部面積が減少する電動機兼用発電機付きエンジンおよびその制御装置の技術が開示されている。
そして、モータが車両駆動用モータとして用いられたときに、定速走行状態では、モータは高速回転で低出力トルクであることが求められる。そのような場合に、モータの高速回転を許容した上、弱め制御するための電流を減少させることが可能なように、モータとロータの回転中心軸方向の重なりを減少させる技術が特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２００４−１０４９４３号公報（図１参照）
【特許文献２】特開平５−３３６７００号公報（段落［００２３］，［００２４］参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されたような構成のラジアルモータにおいて、ステータおよびロータともに電磁鋼板を積層したものとし、ロータに永久磁石を固定して界磁曲を形成した永久磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）を適用する。そして、モータの出力トルクが低くて良いときに、ロータを回転中心軸に沿ってステータとオフセットするように移動させた対向部面積を減少させた状態で回転させると、ステータとロータとの重なりが無い回転軸方向領域では、ステータで発生した磁束を受ける部分が無くモータ効率が落ちていることになる。
【０００５】
本発明は、前記した従来の課題を解決するものであり、モータの負荷が低いときに、ステータとロータの界磁極の対向面積を減少させたときも、モータ効率が良いモータとその制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明のモータは、回転中心軸の周りに回転可能なロータと、ロータの外周面または内周面と対向配置され、コイルを巻回するためのコアとして用いられるティースを有するステータと、を備え、ロータに永久磁石を固定して界磁極を構成するモータであって、ロータは、界磁極を前記回転中心軸に沿って一方側に相対的に移動させられるとき、ステータと対向するロータの外周面または内周面と、ティースのロータと対向する内周面または外周面との間の磁束をやり取りする面積を縮小し、一方側の部分に界磁極を形成する第１の永久磁石を有する界磁極領域とし、一方側と反対側の他方側の部分を鉄心領域とすることを特徴とする。
【０００７】
ロータの界磁極を回転中心軸に沿って一方側に相対的に移動させ、ロータの外周面または内周面とティースの内周面または外周面との間の磁束をやり取りする面積を縮小可能とするモータにあっては、低負荷状態などには、ステータとロータ間の磁束量を減少させてモータ効率を向上することが求められる。
請求項１に記載の発明によれば、ロータの界磁極領域とティースのそれぞれの対向する周面の回転中心軸方向の重なりを減少させても、ロータの鉄心領域とティースのそれぞれの対向する周面が重なっているので、コイルに低電流を流す低負荷の場合や、弱め界磁制御（以下、「弱め制御」と称する）をして、さらに、ステータとロータ間の磁束量を減少させる場合に、ロータの界磁極領域とステータのそれぞれの対向する周面の重なりが減少しても、このロータの鉄心領域がステータとの間にリラクタンストルクを発生させるので、モータが発生するトルクとステータコイルの電流値との比（以下、「モータのトルク定数」と称する）が向上し、前記した従来技術よりも低負荷時のモータ効率が向上する。
【０００８】
請求項２に記載の発明のモータは、請求項１に記載の発明の構成に加え、ロータの界磁極領域の第１の永久磁石は、周方向に等間隔で埋め込まれ、ロータの鉄心領域には、第１の永久磁石と同じ周方向の配置の位相で、第１の永久磁石より弱い磁力を有する第２の永久磁石を周方向に等間隔に埋め込まれて配置されることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、コイルに低電流を流す低負荷の場合や、弱め制御をしてさらにステータとロータ間の磁束量を減少させる場合に、ロータの界磁極領域とステータとの重なりが減少しても、このロータの鉄心領域の第２の磁石によるステータとロータ間の磁束量は、ロータの界磁極領域とステータ間の磁束量より小さいので、モータのトルク定数が向上し、前記した従来技術よりも低負荷時のモータ効率が向上する。
【００１０】
請求項３に記載の発明のモータは、請求項１に記載の発明の構成に加え、ロータの界磁極領域の第１の永久磁石は、周方向に等間隔で埋め込まれ、ロータの鉄心領域は、第１の永久磁石の周方向の配置に対し、電気角を４５°遅角させる形状とすることを特徴とする。
【００１１】
本発明が適用されている永久磁石同期モータでは、ステータが形成する回転磁界とロータとの間では、回転子（ロータ）の永久磁石による磁界と回転磁界が吸引反発して発生する磁石トルクと、回転磁界に回転子の突極部が吸引されて発生するリラクタンストルクが発生する。そして、ステータの回転磁界に吸引されるだけのロータの鉄心領域の発生するリラクタンストルクはサイン波でその電流位相は、永久磁石による界磁極を形成した界磁極領域の場合のコサイン波である磁石トルクの電流位相の半周期の位相である。
請求項３に記載の発明によれば、ロータの鉄心領域は、第１の永久磁石の周方向の配置に対し、電気角を４５°遅角させる形状とするので、鉄心領域に発生するリラクタンストルクと、界磁極領域に発生する進角０°の場合の磁石トルクとの合力が最大になり、モータ効率が向上する。
【００１２】
請求項４に記載の発明のモータは、請求項３に記載の発明の構成に加え、鉄心領域は、スリット型リラクタンスコアであることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、鉄心領域は、スリット型リラクタンスコアであるのでロータが一方側に相対移動しない場合は、単なる鉄心であり、一方側に相対移動して、ステータのティースの内周面と対向し、ステータの回転磁界が貫通したときにリラクタンストルクを発生する。従って、ステータのティースの内周面と対向していない場合は、なんらトルクを発生せず、フリクションロスの原因にならない。
【００１４】
請求項５に記載の発明のモータは、請求項３に記載の発明の構成に加え、鉄心領域は、突極型リラクタンスコアであることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、鉄心領域は、突極型リラクタンスコアであるのでロータが一方側に相対移動しない場合は、単なる鉄心であり、一方側に相対移動して、ステータのティースの内周面と対向し、ステータの回転磁界が貫通したときにリラクタンストルクを発生する。従って、ステータのティースの内周面と対向していない場合は、なんらトルクを発生せず、フリクションロスの原因にならない。また、突極型リラクタンスコアは、磁石入り鉄心や、スリット型リラクタンスコアに比較して、ロータの鉄心領域における切り欠き量が多いので、ロータのモーメント量を小さくでき、モータ回転時の影響が少ない。
【００１６】
請求項６に記載の発明のモータは、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発明の構成に加え、ステータが、回転中心軸に垂直な面で、回転中心軸方向に前記一方側の端から順に、一方側端部と、中央部と、他方側端部とに３区分され、ステータの一方側端部および他方側端部は、電気絶縁皮膜で覆われた磁性材の粒子を圧粉して固めた圧粉材で構成され、ステータの中央部は、電磁鋼板を積層して構成されることを特徴とする。
また、ステータの他方側端部のティースは、回転中心軸に沿って一方側にロータを相対的に最大量移動させたとき、ステータの中央部のティースに渦電流を生じさせないだけの回転中心軸方向の厚さを有することが望ましい。
【００１７】
請求項６に記載の発明によれば、ステータの一方側端部および他方側端部は、電気絶縁皮膜で覆われた磁性材の粒子を圧粉して固めた圧粉材で構成され、ステータの中央部は、電磁鋼板を積層して構成されているので、ロータが回転中心軸方向のどの相対移動位置にあっても、ロータの回転中心軸方向端部のいずれかからステータの側面方向に漏れる磁束により、ステータを構成する電磁鋼板に発生する渦電流を抑制できる。
この結果、ステータの中央部は、渦電流の発生が抑制され、モータの鉄損が減少する。その結果、モータのフリクショントルクを低減でき、効率の良いモータを構成できる。
【００１８】
請求項７に記載の発明のモータは、請求項６に記載の発明の構成に加え、ステータの一方側端部のバックヨークを、一方側に延出させ、ステータの他方側端部のバックヨークを一方側と反対側の他方側に延出させることを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、ロータを一方側に所定量移動してモータを運転するときに、ステータの一方側にはみ出したロータの界磁極領域からステータの側面（回転中心軸方向）に貫通する磁束が、圧粉材で構成されたステータの一方側端部を迂回してステータの中央部に到るのを抑制でき、ステータの中央部は、渦電流の発生を抑制され、モータの鉄損が減少する。さらに、ロータの界磁極領域からの磁束がステータのみならず、モータケースとの間に渦電流を生じさせてフリクショントルクを生じることを抑制できる。
また、ロータを他方側に移動してモータを運転するときに、ステータの他方側にはみ出したロータの鉄心領域からステータの側面（回転中心軸方向）に貫通する磁束が、圧粉材で構成されたステータの他方側端部を迂回してステータの中央部に到るのを抑制でき、ステータの中央部は、渦電流の発生を抑制され、モータの鉄損が減少する。さらに、鉄心領域からの磁束がステータのみならず、モータケースとの間に渦電流を生じさせてフリクショントルクを生じることを抑制できる。
その結果、請求項６に記載の発明のモータよりもモータのフリクショントルクを低減でき、効率の良いモータを構成できる。
また、ロータの回転中心軸に沿った移動の有無に拘わらず、バックヨークにおける磁路拡大効果により鉄損を低減することができる。
【００２０】
請求項８に記載の発明のモータは、請求項６または請求項７に記載の発明の構成に加え、ステータの一方側端部と中央部との間、およびステータの他方側端部と中央部との間に、それぞれ非磁性材を介設させたことを特徴とする。
【００２１】
請求項８に記載の発明によれば、ロータを一方側に所定量移動してステータとロータの界磁極領域との磁束をやり取りする面積を縮小して用いる。このとき、ステータの一方側にはみ出したロータの界磁極領域からステータの側面（回転中心軸方向）に貫通する磁束が、電磁鋼板で構成されたステータの中央部に貫通するのを、圧粉材で構成されたステータの一方側端部と非磁性材とで抑制する。この結果、電磁鋼板を積層して構成されたステータの中央部は、渦電流の発生を抑制され、モータの鉄損が減少する。
【００２２】
同様に、ロータを他方側に所定量移動してステータとロータの界磁極領域との磁束をやり取りする面積を最大にして用いる。このとき、ステータの他方側にはみ出したロータの鉄心領域からステータの側面（回転中心軸方向）に貫通する磁束が、電磁鋼板で構成されたステータの中央部に貫通するのを、圧粉材で構成されたステータの他方側端部と非磁性材とで抑制する。この結果、電磁鋼板を積層して構成されたステータの中央部は、渦電流の発生を抑制され、モータの鉄損が減少する。
その結果、モータのフリクショントルクを低減でき、効率の良いモータを構成できる。
【００２３】
特に、ステータの一方側端部とステータの中央部との間、および、ステータの他方側端部とステータの中央部との間に、それぞれ磁気抵抗の非常に高い非磁性材を介設させることにより、電磁鋼板で構成されたステータの中央部にステータの側面（回転中心軸方向）に貫通する磁束が到達するのを抑制できるとともに、圧粉材で構成されたステータの一方側端部および他方側端部のティースの回転中心軸方向の厚さを低減でき、モータをコンパクトに構成できる。非磁性材の磁気抵抗が非常に高い場合は、磁束が貫通しにくいので、非磁性材の回転中心軸方向の厚さも薄くできる。
【００２４】
請求項９に記載の発明のモータは、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の発明の構成に加え、ロータの回転中心軸に沿った相対位置移動は、油圧によりなされることを特徴とする。
【００２５】
請求項９に記載の発明によれば、ロータの回転中心軸に沿った相対位置移動は、油圧によりなされるので、モータに要求される出力トルク、発電作用による回生トルクに応じたフリクショントルクの小さい、効率の良い運転状態にモータを維持することができる。
【００２６】
請求項１０に記載の発明のモータの制御装置は、請求項９に記載のモータを車両駆動用モータとして使用し、ロータの回転中心軸に沿った相対位置の移動を制御する位置制御手段と、車両の走行状態を取得する走行状態取得手段と、を備え、位置制御手段は、走行状態取得手段が取得した車両の走行状態を示す信号にもとづいて相対位置移動を制御することを特徴とする。
【００２７】
請求項１０に記載の発明によれば、位置制御手段が、走行状態取得手段が取得した車両の走行状態を示す信号にもとづいて相対位置移動を制御するので、車両の走行状態に対応したモータの出力トルクまたは発電作用による回生トルクを実現するときに、モータの効率の良い状態で運転できる。
【００２８】
請求項１１に記載の発明のモータの制御装置は、請求項１０に記載の発明の構成に加え、位置制御手段は、前記車両の走行状態としてモータ回転角速度および必要トルクのうちの少なくとも１つを用いて前記相対位置移動を制御することを特徴とする。
【００２９】
請求項１１に記載の発明によれば、モータ回転角速度および必要トルクのうちの少なくとも１つを用いてロータの相対位置の移動を制御するので、車両の走行状態に対応したモータの出力トルクまたは発電作用による回生トルクを実現するときに、モータの効率の良い状態で運転できる。特に、車両が定速走行している場合は、モータに要求される出力トルク（必要トルク）は小さく、車両の加速時に要求される最大出力トルクの数分の１である。そして、そのような場合、モータの回転速度は、高速である。逆に、モータに要求される出力トルクや回生トルク（必要トルク）が大きいのは、モータの回転速度が低い車両の低速走行状態や、加速時などである。
従って、モータの回転速度の低い場合や、モータに要求される出力トルクや回生トルクである必要トルクが大きい場合は、ロータの界磁極領域の外周面とティースの内周面との間の磁束をやり取りする面積を最大にし、必要な動力を供給する。逆に、モータの回転速度のより高い場合や、モータに要求される出力トルクや回生トルクである必要トルクが小さい場合は、前記面積を縮小して、かつ、縮小した分をロータの鉄心領域の外周面とティースの内周面との間でリラクタンストルクを発生させて、モータのトルク定数を向上し、回転時の引きずり損失を低減し、モータを効率の良い状態で運転できる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、ステータに対するロータの界磁極の対向部面積を減少可能であって、トルクとコイルの電流値との比の大きいモータと、その制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態のモータとその制御装置の全体構成図である。
【図２】図１におけるステータとロータの断面拡大図であり、（ａ）は、ロータが回転中心軸方向の「最大負荷位置」にある場合のステータとロータの回転中心軸方向の拡大断面図、（ｂ）は、ロータが回転中心軸方向の「最小負荷位置」にある場合のステータとロータの回転中心軸方向の拡大断面図である。
【図３】（ａ）は、図２の（ｂ）におけるＹ−Ｙ矢視断面図、図３の（ｂ）は、図２の（ｂ）におけるＺ−Ｚ矢視断面図、（ｃ）は、第１の実施形態の変形例のモータにおける図２の（ｂ）におけるＺ−Ｚ矢視断面図に対応する断面図である。
【図４】モータのモータ回転速度−モータトルク運転マップにおける使用可能領域と実際的な使用領域の説明図である。
【図５】比較例のモータにおけるロータをステータに対して相対的に回転中心軸方向に移動可能な永久磁石同期モータの説明図である。
【図６】磁石トルク、リラクタンストルクの電流位相差βに対する変化の説明図である。
【図７】コイル電流Ｉａと出力トルクＴｑの関係を示す説明図である。
【図８】（ａ）は、図２の（ｂ）のＹ−Ｙ矢視断面図に相当する第２の実施形態のステータとロータの断面図、図８の（ｂ）は、図２の（ｂ）のＺ−Ｚ矢視断面図に相当する第２の実施形態のステータとロータの断面図、（ｃ）は、図２の（ｂ）のＺ−Ｚ矢視断面図に相当する第２の実施形態の第１の変形例のステータとロータの断面図である。
【図９】図２の（ｂ）のＺ−Ｚ矢視断面図に相当する第２の実施形態の第２の変形例のステータとロータの断面図である。
【図１０】第３の実施形態におけるステータとロータの回転中心軸方向の拡大断面図であり、（ａ）は、ロータが回転中心軸方向の「最大負荷位置」にある場合のステータとロータの回転中心軸方向の拡大断面図、（ｂ）は、ロータが回転中心軸方向の「最小負荷位置」にある場合のステータとロータの回転中心軸方向の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
《第１の実施形態》
以下、本発明の実施の形態に係るモータとその制御装置を、図面を参照しながら説明する。図１から図３は本発明の第１の実施形態に係るモータを車両モータとして適用した場合のモータとその制御装置を示し、図１は、実施形態のモータとその制御装置の全体構成図ある。
【００３３】
（全体構成）
図１に示すように、永久磁石を用いた同期モータ（ＩＰＭＳＭ（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor））であるモータ１００Ａは、図示しないエンジンのクランク軸と、図示しないトランスミッションの入力軸の間に直列に配置され、ロータ軸２の左右端でそれぞれと接続されている。例えば、図１においてロータ軸２の左端で、図示しないフライホイール付きダンパを介してエンジンのクランクの右端に接続され、図１においてロータ軸２の右端で、図示しない接続構造を介してトランスミッションの入力軸の左端に接続されている。
【００３４】
このモータ１００Ａのステータ１１０Ａは、周知のように環状のバックヨーク１１０ａから磁極のコアを形成するように径方向内方側に突出したティース１１０ｂを多数周方向に突起させ形成され、周方向に隣接するティース１１０ｂ同士の間に形成されたスロットを用いて、各ティース１１０ｂにＵ，Ｖ，Ｗ相を構成するステータコイル（コイル）１１１が、所定の手順で巻回されている。
そして、詳細な構成は後記するが、ロータ１２０Ａが固定される環状体のロータ基部７ａをロータ軸２から支持するロータディスク７は、ロータ軸２の回転中心軸Ｌの方向に沿って油圧により移動可能に、ボールスプライン３５を用いたスプライン係合構造によってロータ軸２に取り付けられている。
ステータ１１０Ａおよびロータ１２０Ａの詳細な構成については後記する。
【００３５】
モータ１００Ａのステータコイル１１１の電流制御のためにインバータ部１３０が設けられている。インバータ部１３０は、バッテリ１３３からの直流電力を三相交流電流に変換し、モータ１００Ａを力行作用する電動機として制御するスイッチング素子で構成された電動機制御部１３０ａと、モータ１００Ａを発電機として作用させ、発電された三相交流電力を直流に変換し、バッテリ１３３に充電するスイッチング素子で構成された発電機制御部１３０ｂとから構成されている。
【００３６】
そして、インバータ部１３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェースなどを有するマイクロコンピュータを含んでおり、制御システムとして上位のエンジン制御ＥＣＵ２０１と通信回線で接続しており、エンジン制御ＥＣＵ２０１からのモータ１００Ａへの要求トルク指令を受けて、前記したマイクロコンピュータが、モータ１００Ａのモータ回転角を検出するモータ回転角センサ２１１からのモータ回転角を示す信号およびモータ回転角センサ２１１からのモータ回転角を示す信号を時間微分して得られるモータ回転角速度にもとづいて、電動機制御部１３０ａと発電機制御部１３０ｂのスイッチング素子をスイッチング動作させて、例えば、ｄ軸電流およびｑ軸電流の制御をする。
なお、モータ１００Ａはロータ軸２がエンジンのクランク軸と直結しているので、モータ回転角速度として、エンジン回転速度を使用しても良い。
【００３７】
エンジン制御ＥＣＵ２０１には、インバータ部１３０で算出されたモータ回転角速度、アクセル開度センサ２１３ 、エンジンの回転速度を検出するためのクランクパルスセンサ２１５、車速センサ２１７およびブレーキペダルセンサ２１８などからのブレーキ踏み込み量の信号が入力される。エンジン制御ＥＣＵ２０１のロータ位置制御部２０１ａは、前記各センサからの信号にもとづいて油圧制御ユニット２０３に後記する目標位置の制御信号を出力する。油圧制御ユニット２０３は、ロータディスク７の回転中心軸Ｌ方向の位置（以下、単に「軸方向位置」と称する）を検出する位置センサ２１４からの信号と、前記したロータ位置制御部２０１ａからの目標位置の制御信号にもとづいてロータディスク７の軸方向位置を制御する。
エンジン制御ＥＣＵ２０１の具体的な作用については、ロータディスク７の位置制御のところで詳細に説明する。
【００３８】
（ロータディスクの構造）
次に、図１を参照しながらロータディスクの構造を説明する。図１においてロータ軸２の回転中心軸Ｌの下半部および上半部は、それぞれ、ロータディスク７の回転中心軸Ｌに沿った移動量が最小（図１において左方向端）の状態（以下、この軸方向位置を「最大負荷位置」と称する）、および移動量が最大（図１において右方向端）の状態（以下、この軸方向位置を「最小負荷位置」と称する）を示している。
前記したロータディスク７の軸方向位置が「最大負荷位置」のとき、ロータ１２０の外周面と、それに対向するステータ１１０のティース１１０ｂの内周面とは、正対し、回転中心軸方向に１００％重なっており、磁束をやり取りする面積が最大状態である。それに対し、ロータディスク７が図１において右方向側（一方側）に移動すると、ロータ１２０の外周面と、それに対向するステータ１１０のティース１１０ｂの内周面とは、オフセットし、磁束をやり取りする面積が縮小する。そして、ロータディスク７の軸方向位置が「最小負荷位置」のとき、回転中心軸方向の重なりは、例えば、最小の５０％に重なる。
ちなみに、本実施形態におけるロータディスク７がステータ１１０に対して、回転中心軸方向に相対的に右方向側への移動は、特許請求の範囲に記載の「一方側に相対的に移動」に対応し、特許請求の範囲に記載の「一方側の反対側である他方側」とは、本実施形態の図１の左方向側に対応する。
【００３９】
モータ１００Ａのロータ軸２は、その回転中心軸方向の左端部が図示省略の左ケーシングにボールベアリング３２を介して支持されるとともに、右端部近くが図示省略の右ケーシングにボールベアリング３４を介して支持される。
【００４０】
ロータディスク７は、ボールスプライン３５を介してロータ軸２の外周に、回転中心軸方向に摺動自在かつ相対回転不能に支持される。ロータディスク７の右側面に対向するように、ロータ軸２の外周にピストン部材３６が固定され、さらに、ピストン部材３６の右側面に対向するように内側シリンダ部材３７が、ロータ軸２の外周に固定される。
【００４１】
ロータディスク７の外周部右側面には外側シリンダ部材３８が固定されており、ピストン部材３６の外周に設けたシール部材３９が、外側シリンダ部材３８の内周面に摺動自在に当接する。そして、ロータディスク７、ピストン部材３６およびロータ軸２の間に第１のディスク油室８が画成される。第１のディスク油室８には、ロータディスク７を図１において左方向に向けて付勢するスプリング４０が圧縮状態で収納される。
また外側シリンダ部材３８の内周に設けたシール部材４１が、内側シリンダ部材３７の外周面に摺動自在に当接する。その結果、ピストン部材３６、外側シリンダ部材３８、内側シリンダ部材３７およびロータ軸２の間に第２のディスク油室４３が画成される。
【００４２】
ロータ軸２の内部には、その右端面に開口する盲孔状のシャフト内油室２ａが回転中心軸Ｌに同軸に形成されており、シャフト内油室２ａを仕切るようにロータ軸２の右端開口から圧入された概略円柱状の第１のプラグ４２がロータ軸２の段部に当接する位置に油密に固定される。
【００４３】
また、ボールベアリング３４の右側、つまり、右ケーシングの外側に、断面がＥの字形で開口側が径方向内方を向いた環状の油圧供給リング４４が、ロータ軸２の外周に３条所定の間隔を取って周方向に設けられた溝に位置決めされ、油圧供給リング４４の内周縁４４ａ，４４ｂ，４４ｃとそれぞれに対応する溝との間に環状のシール４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃを介設させて油密に、かつ、ロータ軸２と油圧供給リング４４が相対的に回転可能に取り付けられている。ロータ軸２の外周と油圧供給リング４４の内周面との間には、シール４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃで油密された油室４９Ａ、４９Ｂが形成され、油圧供給リング４４の外周面から油室４９Ａに連通する油路４４ｄ、油圧供給リング４４の外周面から油室４９Ｂに連通する油路４４ｅが設けられている。そして、油路４４ｄには、油圧制御ユニット２０３からの圧力調節管５０Ａが、油路４４ｅには、油圧制御ユニット２０３からの圧力調節管５０Ｂが、それぞれ接続され、油圧制御ユニット２０３にて調圧された油圧が供給されたり、油圧が抜かれたりする。
【００４４】
ロータ軸２の内部には、シャフト内油室２ａを仕切るようにロータ軸２の右端開口から圧入された概略円柱状の第２のプラグ４８が、ロータ軸２の段部に当接する位置に油密に固定される。第２のプラグ４８の中心に形成した盲の油孔４８ａが、シール部材４７Ｂを介してシャフト内油室２ａを回転中心軸方向に伸びるフィードパイプ４６の右端と嵌合する。油孔４８ａは、径方向に、例えば、１２０°間隔で放射状に延びる３本の油孔４８ｂ，…により、第２のプラグ４８の外周に周方向に形成された環状の油溝４８ｃに連通している。第２のプラグ４８の環状の油溝４８ｃは、ロータ軸２を径方向に貫通する複数の油孔２ｂ，…を介して油室４９Ａに連通する。
【００４５】
フィードパイプ４６の左端は、前記第１のプラグ４２の中心に形成された盲の油孔４２ａにシール部材４７Ａを介して嵌合する。第１のプラグ４２は、油孔４２ａから１２０°間隔で放射状に延びる３本の油孔４２ｂ，…と、これら３本の油孔４２ｂ，…の外端に連通する環状の油溝４２ｃと、を有している。第１のプラグ４２の環状の油溝４２ｃは、ロータ軸２を径方向に貫通する複数の油孔２ｃ，…と、ロータディスク７の筒状部を半径方向に貫通する複数の油孔７ｂ，…とを介して第１のディスク油室８に連通する。
【００４６】
シャフト内油室２ａは、ロータ軸２を径方向に貫通する複数の油孔２ｄ，…を介して第２のディスク油室４３に連通するとともに、ロータ軸２を径方向に貫通する複数の油孔２ｅ，…を介して油圧供給リング４４の油室４９Ｂに連通する。
【００４７】
（エンジン制御ＥＣＵにおけるロータディスクの位置制御）
次に、エンジン制御ＥＣＵ２０１におけるモータ１００Ａの制御を具体的に説明する。エンジン制御ＥＣＵ２０１は、アクセル開度センサ２１３からの運転者のアクセル踏み込み量（アクセル開度）、クランクパルスセンサ２１５からのエンジン回転速度、車速センサ２１７からの車速、ブレーキペダルセンサ２１８からのブレーキ踏み込み量の各信号にもとづいて、エンジン回転速度、アクセル開度、車速、ブレーキ踏み込み量の多次元マップを参照して、エンジンへのエンジン要求トルクとモータ１００Ａへのモータ要求トルクの演算をする。
【００４８】
そして、算出したエンジン要求トルクとエンジン回転速度に応じて、例えば、燃料噴射やエンジン吸入空気量を制御し、算出したモータ要求トルクをモータ要求トルク指令としてインバータ部１３０へ出力する。算出されたモータ要求トルクが正値の場合は、モータ１００Ａを電動機として力行させる電動機モードの場合であり、算出されたモータ要求トルクが負値の場合は、モータ１００Ａを発電機として作用させる回生発電モードの場合である。
ちなみに、エンジン回転速度、アクセル開度、車速、ブレーキ踏み込み量の多次元マップは、エンジン制御ＥＣＵ２０１のＲＯＭに予め格納されている。
【００４９】
そして、エンジン制御ＥＣＵ２０１のＣＰＵは、プログラムにより前記したロータディスク７の位置制御を実行する機能部としてのロータ位置制御部２０１ａを有している。ロータ位置制御部２０１ａは、インバータ部１３０で算出されたモータ回転角速度と、前記算出されたモータ要求トルクにもとづいて、ロータ位置マップを参照して、最も効率の良いロータ位置を算出し、油圧制御ユニット２０３に目標位置として出力する。
ちなみに、ロータ位置マップは、エンジン制御ＥＣＵ２０１のＲＯＭに予めモータ回転角速度およびモータ要求トルクの二次元マップの形で格納されている。
なお、エンジンのクランク軸とロータ軸２とが直結されている場合は、インバータ部１３０からのモータ回転角速度の代わりに、エンジン回転速度を用いることもできる。
ここで、ロータ位置制御部２０１ａ、油圧制御ユニット２０３および位置センサ２１４は、特許請求の範囲に記載の「位置制御手段」を構成しエンジン制御ＥＣＵ２０１におけるモータ要求トルクを演算する機能の部分、モータ回転角センサ２１１、アクセル開度センサ２１３、クランクパルスセンサ２１５、車速センサ２１７、ブレーキペダルセンサ２１８などは、特許請求の範囲に記載の「走行状態取得手段」に相当する。
【００５０】
（油圧制御ユニット）
次に、油圧制御ユニット２０３の概略を説明する。油圧制御ユニット２０３は油圧回路と、油圧回路に含まれるリニアソレノイドバルブなどを制御するＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インタフェース回路を含むマイクロコンピュータとを含んで構成され、前記したエンジン制御ＥＣＵ２０１と通信回線で接続している。そして、エンジン制御ＥＣＵ２０１のロータ位置制御部２０１ａで算出した目標位置を、油圧制御ユニット２０３が受信して、位置センサ２１４により検出した位置をフィードバックしてロータディスク７の軸方向位置を目標位置に調節する。
【００５１】
油圧制御ユニット２０３に含まれる図示しない油圧回路を簡単に説明する。油圧回路は、オイルタンク、オイルポンプ、第１のリニアソレノイド、高圧コントロールバルブ、高圧レギュレータバルブ、第２のリニアソレノイド、シフトコントロールバルブ、第１のシフトバルブ、第２のシフトバルブ、リリーフバルブ、オイルクーラ、フィルタを含んで構成されている。
オイルタンクからオイルポンプで汲み上げられ加圧された制御用オイルは、第１のリニアソレノイドにより作動する高圧コントロールバルブに接続された高圧レギュレータバルブにより調圧される。高圧に調圧された制御用オイルは、第２のリニアソレノイドにより作動するシフトコントロールバルブに接続された第１のシフトバルブにより、圧力調節管５０Ａ経由で油圧供給リング４４の油室４９Ａへの供給と、圧力調節管５０Ｂ経由で油圧供給リング４４の油室４９Ｂへの供給とに、流れ方向を切替え可能になっている。第１のシフトバルブが中立位置に保持されると、第１のシフトバルブに接続している圧力調節管５０Ａ，５０Ｂは、ともに制御用オイルの流れが遮断される。
なお、前記したシフトコントロールバルブは、後記する第２のシフトバルブにも接続され、第１のシフトバルブと第２のシフトバルブを連動して動作させる。
【００５２】
そして、圧力調節管５０Ａ，５０Ｂは、第２のシフトバルブにも接続し、前記したように第１のシフトバルブから圧力調節管５０Ａが高圧に調圧された制御用オイルの供給を受けているとき、圧力調節管５０Ｂ側は、第２のシフトバルブを介してリリーフバルブに接続し、オイルクーラおよびフィルタを経てオイルタンクに戻される。
逆に、前記したように第１のシフトバルブから圧力調節管５０Ｂが高圧に調圧された制御用オイルの供給を受けているとき、圧力調節管５０Ａ側は、第２のシフトバルブを介してリリーフバルブに接続し、オイルクーラおよびフィルタを経てオイルタンクに戻される。
第２のシフトバルブが中立位置に保持されると、第２のシフトバルブに接続している圧力調節管５０Ａ，５０Ｂは、ともに制御用オイルの流れが遮断される。
【００５３】
圧力調節管５０Ａ経由で油圧供給リング４４の油室４９Ａに供給された制御用の高圧オイルは、油孔２ｂ，…、油溝４８ｃ，油孔４８ｂ、油孔４８ａを介して、ロータ軸２のシャフト内油室２ａに収納されたフィードパイプ４６の内部を流れて第１のプラグ４２の油孔４２ａに流入し、そこから、油孔４２ａ、径方向の油孔４２ｂ，…および周方向の油溝４２ｃを通過し、さらに、ロータ軸２の油孔２ｃ，…およびロータディスク７の油孔７ｂ，…を経て第１のディスク油室８に供給される。
また、圧力調節管５０Ｂ経由で油圧供給リング４４の油室４９Ｂに供給された制御用の高圧オイルは、油孔２ｅ，…を介して、ロータ軸２のシャフト内油室２ａに供給され、さらに、油孔２ｄ，…を経て、ロータディスク７の第２のディスク油室４３に供給される。
【００５４】
このように、第１のディスク油室８と第２のディスク油室４３に供給される制御用オイルの量を制御することで、ロータディスク７を回転中心軸方向の移動可能範囲の中の任意の位置に移動して、かつ、保持することができる。
【００５５】
モータ１００Ａを発電機または電動機として最大回生トルクまたは最大出力トルクで機能させる場合は、ロータディスク７の第１のディスク油室８に作用する高圧オイルでロータディスク７は、図１において左方向端の「最大負荷位置」に移動させる。その結果、第２のディスク油室４３の容積が縮小して該第２のディスク油室４３内の制御用オイルがシャフト内油室２ａに押し出され、その制御用オイルは圧力調節管５０Ｂを介して油圧制御ユニット２０３の図示しないオイルタンクに回収される。
【００５６】
モータ１００Ａを発電機または電動機のいずれにも機能させず空転させる場合は、第２のディスク油室４３に作用する高圧オイルでロータディスク７は、図１において右方向端の「最小負荷位置」に移動させる。その結果、第１のディスク油室８の容積が縮小して該第１のディスク油室８内の制御用オイルがフィードパイプ４６に押し出され、その制御用オイルは圧力調節管５０Ａを介してオイルタンクに回収される。
【００５７】
なお、油圧制御ユニット２０３の故障、例えば、制御用オイル流出とかオイルポンプ故障などによりロータディスク７の回転中心軸方向の移動可能範囲内での位置制御が不可能な場合も、スプリング４０の付勢力により、ロータディスク７の位置が「最大負荷位置」に保持されるので、モータ１００Ａによるトルク補助や回生発電機能は維持できる。
【００５８】
（ロータおよびステータの構造）
次に、本実施形態におけるモータ１００Ａのステータ１１０Ａとロータ１２０Ａの詳細な構成について図１、図２を参照しながら説明する。
図２は、図１におけるステータとロータの断面拡大図であり、（ａ）は、ロータが回転中心軸方向の「最大負荷位置」にある場合のステータとロータの回転中心軸方向の拡大断面図、（ｂ）は、ロータが回転中心軸方向の「最小負荷位置」にある場合のステータとロータの回転中心軸方向の拡大断面図である。
図３の（ａ）は、図２の（ｂ）におけるＹ−Ｙ矢視断面図、図３の（ｂ）は、図２の（ｂ）におけるＺ−Ｚ断面図である。図３の（ｃ）は、第１の実施形態の変形例のモータにおける図２の（ｂ）におけるＺ−Ｚ矢視断面図に対応する断面図である。
【００５９】
本実施形態におけるモータ１００Ａは、前記したように永久磁石を用いた同期モータ（ＩＰＭＳＭ）であり、ステータ１１０Ａは、環状のバックヨーク１１０ａと、バックヨーク１１０ａから径方向内方側に延出されたティース１１０ｂとから構成され、周方向に隣接するティース１１０ｂ、１１０ｂの間に、ステータコイル１１１をティース１１０ｂに巻回できるように所定の形状のスロットが形成されている。通常の永久磁石同期モータと同様に、モータ１００Ａのステータ１１０Ａは、薄板の電磁鋼板１１３、例えば、珪素鋼板を回転中心軸方向に多数重ねて構成されている。
【００６０】
ロータ基部７ａ（図１参照）に固定された筒状体のロータ１２０Ａは、回転中心軸方向に図２において右方向側（一方側）の端から左方向側（他方側）に向かって界磁極領域１２０ａ、鉄心領域１２０ｂの順に構成されている。ロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａは、環状の薄板の電磁鋼板１２１、例えば、珪素鋼板を回転中心軸方向に多数重ねて構成され、界磁極領域１２０ａの外周表面から所定の深さの位置に、回転中心軸方向に孔があけられている。その回転中心軸方向の孔に永久磁石１２３を挿入固定してあり、界磁極を形成している。この永久磁石は、界磁極領域１２０ａの周方向に複数の界磁極を形成するように、周期的に規則的に離散配置されている。
【００６１】
図２、および図２の（ｂ）のＹ−Ｙ矢視断面図である図３の（ａ）に示すように、ロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａでは、回転中心軸方向に垂直な横断面で２つの永久磁石１２３をＶ字形に界磁極領域１２０ａの外周面より径方向内側に埋め込んで配置して１つの界磁極を形成している。そして、周方向に隣接する界磁極同士は、角度θ1で、例えば、４５°の等間隔で周方向に配置されている。Ｖ字形の永久磁石１２３，１２３に周方向に隣接するＶ字形の永久磁石１２３，１２３との間に、機械角で角度θ2、例えば、２２．５°ずれて、突極が形成されている。
【００６２】
図２、および図２の（ｂ）のＺ−Ｚ矢視断面図である図３の（ｂ）に示すように、鉄心領域１２０ｂは、環状の薄板の電磁鋼板１２５、例えば、珪素鋼板を回転中心軸方向に多数重ねて構成され、鉄心領域１２０ｂの外周表面から所定の深さの位置に、回転中心軸方向に複数の所定の形状の孔があけられ、１組のスリット１２６を形成している。この１組のスリット１２６が、鉄心領域１２０ｂの周方向に隣接する他の組のスリット１２６との間に突極を形成するように、周方向に周期的に規則的に離散配置されている。そして、図３の（ｂ）に示すように、周方向に隣接する突極同士は、角度θ1の半値である角度θ2だけ界磁極領域１２０ａの界磁極とずれて、角度θ1の間隔、例えば、４５°の等間隔で周方向に配置されている。このように構成された鉄心領域１２０ｂはスリット型リラクタンスコアと称される。
ちなみに、ステータ１１０Ａおよびロータ１２０Ａの電磁鋼板１１３，１２１，１２５として、珪素鋼板に限定されることは無く、珪素を用いない他の種類の電磁鋼板でも良い。
【００６３】
ロータ１２０Ａが、図２の（ａ）に示すように回転中心軸方向の前記した「最大負荷位置」にあるとき、ステータ１１０Ａのティース１１０ｂおよびロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａの対向する内周面と外周面とは、回転中心軸方向に１００％重なっており（ラップ代１００％）、ロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａの回転中心軸Ｌ（図１参照）に沿って左方向側（他方側）に配置した鉄心領域１２０ｂは、ステータ１１０Ａのティース１１０ｂの左側端面から左側にはみ出している。つまり、界磁極領域１２０ａ内の永久磁石１２３からティース１１０ｂへの図２の（ａ）中、矢印Ａで示すように磁束Ａは、ロータ１２０から径方向外方にティース１１０ｂに向かって貫通している。ちなみに、永久磁石の磁極が逆の場合は、磁束Ａの矢印Ａは逆向きになる。ロータ１２０Ａがこの回転中心軸方向の移動可能範囲における「最大負荷位置」にあるとき、モータ１００Ａは、磁石トルクもリラクタンストルクも合わせた、最大のトルクを引き出すことが可能となる。
そして、このような軸方向位置は、モータ１００Ａに高負荷が要求されるときに効率の良い位置である。
【００６４】
これに対し、図２の（ｂ）中の矢印Ｘで示すようにロータ１２０Ａが回転中心軸方向の移動可能範囲における前記した「最小負荷位置」に移動したとき、ステータ１１０Ａのティース１１０ｂとロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａの対向する内周面と外周面との回転中心軸方向の重なりは、例えば、約５０％（ラップ代５０％）に減少している。
【００６５】
しかし、ティース１１０ｂとロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａの回転中心軸方向の重なりを５０％に減少させても、ステータ１１０Ａのティース１１０ｂとロータ１２０Ａの鉄心領域１２０ｂの内周面と外周面とは回転中心軸方向に５０％重なっているので、ティース１１０ｂで発生された磁束を、ティース１１０ｂの内周面に対向している界磁極領域１２０ａと鉄心領域１２０ｂとで１００％受け取っている。コイルに低電流を流す低負荷の場合や、弱め制御をして、さらに、ステータ１１０Ａとロータ１２０Ａとの間の磁束量を減少させる場合に、ロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａとステータ１１０Ａとの回転中心軸方向の重なりが減少しても、このロータ１２０Ａの鉄心領域１２０ｂがステータ１１０Ａとの間にリラクタンストルクを発生させるので、モータ１００Ａのトルク定数が向上し、前記した従来技術よりも低負荷時のモータ効率が向上する。
そして、このような「最大負荷位置」より右方向側（一方側）にロータ１２０Ａがずれた位置は、通常走行におけるモータ１００Ａに要求される負荷が低いときに効率の良い位置である。
ロータ１２０Ａは、前記した「最大負荷位置」と「最小負荷位置」とを、移動可能範囲の両端として両端を含むその間の任意の軸方向位置に設定可能である。
【００６６】
図４は、モータのモータ回転速度−モータトルク運転マップにおける使用可能領域と実際的な使用領域の説明図である。図４を参照しながら、モータ１００Ａをエンジンの出力軸とトランスミッションの入力軸の間に配置し、車両に搭載して、エンジン出力のアシスト用および回生発電用に用いる場合のモータ１００Ａの使用領域について説明する。
縦軸はモータトルク（Ｎｍ）を示し、プラス（＋）で示した上側の領域は、電動機として力行運転する場合（電動機モード）における出力トルクを示し、マイナス（−）で示した下側の領域は、発電機として運転する場合（回生発電モード）における回生トルクを示す。
【００６７】
そして、領域Ｃがモータ１００Ａの使用可能領域を示し、その中でも符号Ｃ１で示した右斜線領域は、モータ１００Ａを同一電流に対して発生トルクまたは回生トルクを最大になるように制御する最大トルク電流制御を行う場合に実現される領域であり、強め領域Ｃ１と称する。ちなみに、強め領域Ｃ１でのモータ１００Ａの電流の制御は、リラクタンストルクを利用して効率の良い運転とするために、ｄ軸電流がゼロでない最大トルクを与える電流位相角とするのが普通である。
【００６８】
符号Ｃ２で示した左斜線領域は、モータ１００Ａにおいてｄ軸電流を積極的に流すようにし、永久磁石１２３の磁束を減磁する電流制御を行う場合に実現される領域であり、弱め制御領域Ｃ２（図４参照）と称する。
【００６９】
そして、符号Ｄで示した太線で囲った領域は、車両の実走行で高頻度にモータが使用される実際的な使用領域Ｄを示している。図４に示すように実際的な使用領域Ｄは、出力可能な最大トルクに比較して低負荷（低トルク）であり、ロータ１２０Ａを「最大負荷位置」より右方向側にずらして運転するのが効率的である。
【００７０】
図５は、比較例のモータにおけるロータをステータに対して相対的に回転中心軸方向に移動可能な永久磁石同期モータの説明図である。モータ１５０のステータ１１０は本実施形態におけるモータ１００Ａのステータ１１０Ａと同じ構成であるが、ロータ１４０は、ステータ１１０と同じ回転中心軸方向の長さを有し、本実施形態におけるロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａのみで構成されている。比較例のモータ１５０におけるステータ１１０とロータ１４０を、回転中心軸Ｌ（図１参照）方向に沿って右方向側に相対的にずらすと、図５の（ｂ）に示すようにラップ代が５０％に減少する。これは、永久磁石１２３とティース１１０ｂとの間の磁束Ａの量が減少して、磁石トルクが減少するだけでなく、リラクタンストルクも減少することになり、ティース１１０ｂで発生させた磁束をロータ１４０で受けることはできず無駄になっており効率的なモータになっていない。
【００７１】
しかし、本実施形態によれば、低負荷時にロータ１２０Ａを「最大負荷位置」より右方向側にずらしても、図２の（ｂ）に示したようにステータ１１０Ａのティース１１０ｂの周面と、ロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａおよび鉄心領域１２０ｂの外周面が対向しており、ステータ１１０Ａのティース１１０ｂにおいて発生された磁束が比較例の図５の（ｂ）に示したように無駄にならず、効率の良い運転が可能となる。
【００７２】
以下に、低負荷時にロータ１２０Ａを「最大負荷位置」より右方向側にずらした場合の、出力トルクＴｑについて、図６を参照しながら詳しく説明する。
図６は、磁石トルク、リラクタンストルクの電流位相差βに対する変化の説明図である。
図３の（ａ），（ｂ）に示すように、界磁極領域１２０ａにおける１つの界磁曲を形成するＶ字形の永久磁石１２３，１２３を、回転中心軸Ｌの周りに、例えば、図中ｄ軸の矢印で示した回転角の原点を基準にして、機械角θ1（４５°）で周期的に配置し、鉄心領域１２０ｂにおける周方向に隣接する２組のスリット１２６の間に形成される突極を、前記した界磁極に対して、例えば、図中ｄ軸の矢印で示した回転角の原点を基準にして、機械角θ2（２２．５°）ずらして、回転中心軸Ｌの周りに、機械角θ1（４５°）で周期的に配置してある。
【００７３】
電流位相差βは、回転磁界Φａを作るコイル電流Ｉａおよび回転磁界Φａと、ｑ軸との位相差であり、ＩａはベクトルとしてＩａ＝［Ｉｄ，Ｉｑ］Tと表わされる。
永久磁石同期モータの出力トルクＴｑ（図６における総合トルク）は次式（１）のように表わされる。
【数１】
ここで、Ｐ：ステータ１１０Ａの極対数
Φmag：永久磁石１２３による磁束
Ｎ：ステータコイルの巻数
Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス
Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス
Ｉｄ：ｄ軸電流（Ｉｄ＝Ｉａ・ｓｉｎβ）
Ｉｑ：ｑ軸電流（Ｉｑ＝Ｉａ・ｃｏｓβ）
【００７４】
式（１）の右辺の第１項は、磁石トルクを表わし、右辺の第２項がリラクタンストルクを表わしている。リラクタンストルクの項のＩｄ×Ｉｑは、｛（１／２）×（Ｉａ）2×ｓｉｎ（２β）｝と表わされ、電流位相の周期がβの１／２になる。隣接する２組のスリット１２６，１２６間に形成した突極が機械角θ2（図３の（ｂ）参照）だけｄ軸に対してずらして設定してあるので、図６に示すようにリラクタンストルクは、進角させてない磁石トルクに対して電流位相差（電気角）βを４５°遅角させたことになり、磁石トルクとリラクタンストルクの合力である総合トルク（出力トルクＴｑに対応）が電流位相差βで４５°弱の位相位置で最大値にすることができ、モータ効率が向上する。
その結果、ロータ１２０Ａを「最大負荷位置」より右方向側にずらして運転する場合は、界磁極領域１２０ａによる磁石トルクよりも鉄心領域１２０ｂによるリラクタンストルクが大きく寄与し、その合力である総合トルクは、電流位相差βで４５°の位相位置で最大値にすることができ、モータ効率が向上する。
【００７５】
また、ロータ１２０Ａを「最大負荷位置」より右方向側にずらして運転する場合に、回転磁界Φａが比較例のように無駄にならずリラクタンストルクを得ることができるので、出力トルクＴとコイル電流Ｉａの比、つまり、トルク定数が向上する。
【００７６】
なお、ロータ１２０Ａの鉄心領域１２０ｂの、ステータ１１０Ａのティース１１０ｂの内周面と対向していない部分は、なんらトルクを発生せず、フリクションロスの原因にならない。
【００７７】
図７は、コイル電流Ｉａと出力トルクＴｑの関係を示す説明図であり、曲線ｘは、本実施形態におけるロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａのラップ代が１００％（軸方向位置が「最大負荷位置」）の場合のコイル電流−出力トルク特性極線であり、曲線ｙは、本実施形態におけるロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａのラップ代が５０％（軸方向位置が「最小負荷位置」）の場合のコイル電流−出力トルク特性極線であり、曲線ｚは、図５に示した比較例におけるロータ１４０のラップ代が５０％（軸方向位置が「最小負荷位置」）の場合のコイル電流−出力トルク特性極線である。
ちなみに、曲線ｘは、図５に示した比較例におけるロータ１４０のラップ代が１００％（軸方向位置が「最大負荷位置」）の場合のコイル電流−出力トルク特性極線でもある。
【００７８】
図７を見て分かるように、本実施形態によれば、ステータ１１０Ａのティース１１０ｂとロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａのラップ代が１００％の場合に、出力トルクの値Ｔ1を得るためには、コイル電流Ｉａは値Ｉ1だけ流す必要があるのに対し、ステータ１１０Ａのティース１１０ｂとロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａのラップ代が５０％の場合は、コイル電流Ｉａは値Ｉ1より大きな値Ｉ2だけを流す必要がある。
それに対し、図５に示した比較例の場合は、ステータ１１０のティース１１０ｂとロータ１４０のラップ代が１００％の場合に、出力トルクの値Ｔ1を得るためには、コイル電流Ｉａは値Ｉ1流す必要に対し、ステータ１１０のティース１１０ｂとロータ１４０のラップ代が５０％の場合は、コイル電流Ｉａは値Ｉ2よりさらに大きな値Ｉ3を流す必要がある。従って、同じ出力トルクＴ1を得るのに本実施形態の場合、ΔＩだけ電流が低減できる。
【００７９】
前記したようにモータ回転角速度およびモータ要求トルク（必要トルク）をパラメータとした二次元マップを用いてロータの相対位置の移動を制御するので、車両の走行状態に対応したモータ１００Ａの出力トルクまたは発電作用による回生トルクを実現するときに、モータ１００Ａの効率の良い状態で運転できる。特に、車両が定速走行している場合は、モータ１００Ａに要求される出力トルク（必要トルク）は小さく、車両の加速時に要求される最大出力トルクの数分の１である。そして、そのような場合、モータ１００Ａの回転速度は、高速である。逆に、モータ１００Ａに要求される出力トルクや回生トルク（必要トルク）が大きいのは、モータ１００Ａの回転速度が低い車両の低速走行状態や、加速時などである。
【００８０】
まとめると、本実施形態によれば、モータ１００Ａの回転速度の低い場合や、モータ１００Ａに要求される必要トルクである出力トルクや回生トルクが大きい場合は、ロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａの外周面とティース１１０ｂの内周面との間の磁束をやり取りする面積を最大にして、必要な動力を供給したり、必要な回生トルクを吸収したりし、モータ１００Ａをモータ効率の良い状態で運転できる。また、モータ１００Ａの回転速度がより高いときや、モータ１００Ａに要求される必要トルクである出力トルクや回生トルクが小さい場合は、界磁極領域１２０ａの外周面とティース１１０ｂの内周面との間の磁束をやり取りする面積を縮小し、その分を鉄心領域１２０ｂの外周面とティース１１０ｂの内周面との間の磁束をやり取りする面積で補償して、モータ１００Ａをモータ効率の良い状態で運転できる。
【００８１】
（第１の実施形態の変形例）
第１の実施形態に係るモータ１００Ａにおいて、ロータ１２０Ａの鉄心領域１２０ｂをスリット型リラクタンスコアとしたがそれに限定されるものではない。図３の（ａ），（ｃ）を参照しながら第１の実施形態の変形例のモータ１００Ｂを説明する。図３の（ａ），（ｃ）に示すモータ１００Ｂは、第１の実施形態におけるモータ１００Ａとは、ロータ１２０Ａをロータ１２０Ｂに置き変えた点だけが異なり、他は第１の実施形態と同じである。
本変形例における第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８２】
モータ１００Ｂのロータ１２０Ｂの界磁極領域１２０ａは、第１の実施形態と同じ構成であり、鉄心領域１２０ｂだけが図３の（ｃ）に示すように、突極型リアクタンスコアの形状をして構成されている。図３の（ｃ）は、図２の（ｂ）のＺ−Ｚ矢視断面図に相当する本変形例のステータ１１０Ａとロータ１２０Ｂの断面図である。
図３の（ｃ）に示すように、鉄心領域１２０ｂは、ほぼ環状の薄板の電磁鋼板１２５、例えば、珪素鋼板を回転中心軸方向に多数重ねて構成され、鉄心領域１２０ｂの外周表面から所定の深さまで切り欠かれ、積層されることによって鉄心領域１２０ｂの回転中心軸方向全長にわたって凹部１２０ｂ2が形成される。この凹部１２０ｂ2は、鉄心領域１２０ｂの周方向に隣接する他の凹部１２０ｂ2と間に突部１２０ｂ1を残し、この突部１２０ｂ1が周方向に周期的に規則的に離散配置されている。この突部１２０ｂ1が突極型リラクタンスコアの突極に対応する。
【００８３】
そして、図３の（ｃ）に示すように、周方向に隣接する突極同士は、角度θ1の半値である角度θ2だけｄ軸とずれ、例えば、機械角４５°の等間隔で周方向に配置されている。
本変形例によれば、ロータ１２０Ｂを「最大負荷位置」より右方向側にずらして運転する場合は、界磁極領域１２０ａの磁石トルクよりも鉄心領域１２０ｂによるリラクタンストルクが大きく寄与し、その合力である総合トルクは、電流位相差βで４５°の位相位置で最大値にすることができ、モータ効率が向上する。
また、ロータ１２０Ｂを「最大負荷位置」より右方向側にずらして運転する場合に、回転磁界Φａが比較例のように無駄にならずリラクタンストルクを得ることができるので、出力トルクＴとコイル電流Ｉａの比、つまり、トルク定数が向上する。
【００８４】
なお、ロータ１２０Ｂの鉄心領域１２０ｂの、ステータ１１０Ａのティース１１０ｂの内周面と対向していない部分は、なんらトルクを発生せず、フリクションロスの原因にならない。
【００８５】
《第２の実施形態》
第１の実施形態に係るモータ１００Ａのロータ１２０Ａの界磁極領域１２０ａにおいて、１つの界磁極を形成する永久磁石配置は、永久磁石１２３をＶ字形に２つ配置するものとしたがそれに限定されるものでは無い。他の配置で界磁極を形成しても良い。
図８の（ａ），（ｂ）を参照しながら本発明の第２の実施形態のモータ１００Ｃについて説明する。図８の（ａ），（ｂ）に示すモータ１００Ｃは、第１の実施形態におけるモータ１００Ａとは、ロータ１２０Ａをロータ１２０Ｃに置き変えた点だけが異なり、他は第１の実施形態と同じである。
本実施形態における第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８６】
図８の（ａ）は、図２の（ｂ）のＹ−Ｙ矢視断面図に相当する第２の実施形態のステータとロータの断面図、図８の（ｂ）は、図２の（ｂ）のＺ−Ｚ矢視断面図に相当する第２の実施形態のステータとロータの断面図である。
ロータ１２０Ｃは、その界磁極領域１２０ａの界磁極が、回転中心軸方向の横断面が矩形の１枚の平板形状の永久磁石１２３を電磁鋼板１２１にあけた孔に回転中心軸方向に挿入固定して構成されている点が、第１の実施形態におけるロータ１２０Ａと異なるだけであり、他は第１の実施形態におけるロータ１２０Ａと同じである。
【００８７】
ロータ基部７ａ（図１参照）に固定された筒状体のロータ１２０Ｃは、回転中心軸方向に図１において右方向側（一方側）の端から界磁極領域１２０ａ、鉄心領域１２０ｂの順に構成されている。ロータ１２０Ｃの界磁極領域１２０ａは、環状の薄板の電磁鋼板１２１、例えば、珪素鋼板を回転中心軸方向に多数重ねて構成され、界磁極領域１２０ａの外周表面から所定の深さの位置に、回転中心軸方向の横断面が矩形の孔があけられている。その回転中心軸方向の孔に回転中心軸方向の横断面が矩形の平板形状の永久磁石１２３を挿入固定してあり、界磁極を形成している。そして、周方向に隣接する界磁極同士は、角度θ1で、例えば、４５°の等間隔で周方向に配置されている。そして、回転中心軸方向の横断面が矩形の平板形状の永久磁石１２３に周方向に隣接する永久磁石１２３との間に、機械角で角度θ2、例えば、２２．５°ずれて、突極が形成されている。
【００８８】
ロータ１２０Ｃの鉄心領域１２０ｂは、前記したロータ１２０Ａにおける鉄心領域１２０ｂと同じ構成のスリット型リラクタンスコアであり、隣接する２組のスリット１２６同士は回転中心軸Ｌに対し、機械角で角度θ1の間隔で周方向に配置され、隣接する２組のスリット１２６同士の間に形成される突極は、図８の（ａ），（ｂ）に示すように、界磁極の突極と同位相に配置されている。
【００８９】
（第２の実施形態の第１の変形例）
なお、ロータ１２０Ｃの鉄心領域１２０ｂは、スリット型リラクタンスコアに限定されるものではない。図８の（ａ），（ｃ）に第２の実施形態の第１の変形例のモータ１００Ｄを説明する。
図８の（ｃ）は、図２の（ｂ）のＺ−Ｚ矢視断面図に相当する本変形例のステータ１１０Ａとロータ１２０Ｄの断面図である。図８の（ａ），（ｃ）に示すモータ１００Ｄは、第２の実施形態におけるモータ１００Ｂとは、ロータ１２０Ｃをロータ１２０Ｄに置き変えた点だけが異なる。
【００９０】
モータ１００Ｄのロータ１２０Ｄの界磁極領域１２０ａは、第２の実施形態と同じ構成であり、鉄心領域１２０ｂだけが図８の（ｃ）に示すように、前記した第１の実施形態の変形例におけるロータ１２０Ｂにおける鉄心領域１２０ｂと同じ突極型リアクタンスコアの形状である。
従って、同じ構成には同じ符号を付し重複する説明を省略する。
【００９１】
第２の実施形態におけるモータ１００Ｃおよび第１の変形例におけるモータ１００Ｄによれば、ロータ１２０Ｃまたはロータ１２０Ｄを「最大負荷位置」より右方向側にずらして運転する場合は、界磁極領域１２０ａの磁石トルクよりも鉄心領域１２０ｂによるリラクタンストルクが大きく寄与し、その合力である総合トルクは、電流位相差βで４５°の位相位置で最大値にすることができ、モータ効率が向上する。
また、ロータ１２０Ｃまたはロータ１２０Ｄを「最大負荷位置」より右方向側にずらして運転する場合に、回転磁界Φａが比較例のように無駄にならずリラクタンストルクを得ることができるので、出力トルクＴとコイル電流Ｉａの比、つまり、トルク定数が向上する。
【００９２】
なお、ロータ１２０Ｃまたはロータ１２０Ｄの鉄心領域１２０ｂの、ステータ１１０Ａのティース１１０ｂの内周面と対向していない部分は、なんらトルクを発生せず、フリクションロスの原因にならない。
【００９３】
（第２の実施形態の第２の変形例）
次に、図８の（ａ），図９を参照しながら第２の実施形態の第２の変形例のモータ１００Ｅを説明する。
図９は、図２の（ｂ）のＺ−Ｚ矢視断面図に相当する第２の実施形態の第２の変形例のステータとロータの断面図である。図８の（ａ）および図９に示すモータ１００Ｅは、第２の実施形態におけるモータ１００Ｂとは、ロータ１２０Ｃをロータ１２０Ｅに置き変えた点だけが異なる。
【００９４】
モータ１００Ｅのロータ１２０Ｅの界磁極領域１２０ａは、第２の実施形態と同じ構成であり、鉄心領域１２０ｂだけが図９に示すように、前記した第１の実施形態におけるロータ１２０Ａにおける界磁極領域１２０ａと同じように永久磁石（第２の永久磁石）１２７をＶ字形に２つ配置し、１つの界磁極を形成し、界磁極を機械角で角度θ1で等間隔に周方向に配置し、周方向に隣接する界磁極同士の間に突極を形成させ、突極を界磁極と機械角で角度θ2だけずらし、角度θ1で等間隔に周方向に配置したものである。ここで、永久磁石１２７は前記した永久磁石１２３よりも磁力の弱いものとしたところが、ロータ１２０Ａにおける界磁極領域１２０ａと異なる構成である。
従って、同じ構成には同じ符号を付し重複する説明を省略する。
【００９５】
第２の実施形態の第２の変形例におけるモータ１００Ｅによれば、ロータ１２０Ｅを「最大負荷位置」より右方向側にずらして運転する場合は、界磁極領域１２０ａの磁石トルクに加えて鉄心領域１２０ｂの磁石トルクも加わり、さらに、鉄心領域１２０ｂによるリラクタンストルクも寄与し、その合力である総合トルクは、電流位相差βで４５°の位相位置で最大値にすることができ、モータ効率が向上する。
また、ロータ１２０Ｅを「最大負荷位置」より右方向側にずらして運転する場合に、回転磁界Φａが比較例のように無駄にならず磁石トルクおよびリラクタンストルクを得ることができるので、出力トルクＴとコイル電流Ｉａの比、つまり、トルク定数が向上する。
【００９６】
《第３の実施形態》
次に、図１０を参照しながら本発明の第３の実施形態におけるモータ１００Ｆについて説明する。
図１０は、第３の実施形態におけるステータとロータの回転中心軸方向の拡大断面図であり、（ａ）は、ロータが回転中心軸方向の「最大負荷位置」にある場合のステータとロータの回転中心軸方向の拡大断面図、（ｂ）は、ロータが回転中心軸方向の「最小負荷位置」にある場合のステータとロータの回転中心軸方向の拡大断面図である。
【００９７】
本実施形態におけるモータ１００Ｆは、前記したように永久磁石を用いた同期モータ（ＩＰＭＳＭ）であり、ステータ１１０Ｂは、環状のバックヨーク１１０ａと、バックヨーク１１０ａから径方向内方側に延出されたティース１１０ｂとから構成され、周方向に隣接するティース１１０ｂ、１１０ｂの間に、ステータコイル１１１をティース１１０ｂに巻回できるように所定の形状のスロットが形成されている。モータ１００Ｆのステータ１１０Ｂは、図１０の（ａ）に示すように左方向側の端から左側端部（ステータの他方側端部）１１０ｄ、中央部（ステータの中央部）１１０ｃ、右側端部（ステータの一方側端部）１１０ｅの順に区切られている。中央部１１０ｃは、通常の永久磁石同期モータのように薄板の電磁鋼板１１３、例えば、珪素鋼板を回転中心軸方向に多数重ねて構成されているが、左側端部１１０ｄおよび右側端部１１０ｅは、通常の永久磁石同期モータと異なり、所定回転中心軸方向の長さに亘って、鉄などの磁性粉に樹脂などの電気絶縁材でコーティングした粒子（電気絶縁皮膜で覆われた磁性材の粒子）をさらに樹脂をバインダとして圧縮成型した圧粉材１１５で形成されている。
【００９８】
そして、圧粉材１１５のバックヨーク部分である圧粉材バックヨーク部１１５ａ，１１５ａは、電磁鋼板１１３のティース部分および圧粉材ティース部１１５ｂ、１１５ｂを合わせてティース１１０ｂを構成し、ティース１１０ｂをコアとして巻回されたステータコイル１１１の左方向側（他方側）および右方向側（一方側）の外形端部まで、回転中心軸ｌ（図１参照）に沿って延出させてある。
ちなみに、ステータ１１０Ｂの中央部１１０ｃと左側端部１１０ｄ、および中央部１１０ｃと右側端部１１０ｅとは、対向する面に接着材を塗布して接着させてからティース１１０ｂをコアとしてステータコイル１１１を巻回することにより、互いに固く一体化される。
【００９９】
左側端部１１０ｄの圧粉材ティース部１１５ｂの回転中心軸方向の厚さは、ロータ１２０の図１０における左方向側への回転中心軸方向の移動量が最大状態（軸方向位置が「最大負荷位置」にある状態）のとき、圧粉材ティース部１１５ｂの図１０の（ａ）において左側側面（回転中心軸方向）からの磁束Ｂ１が電磁鋼板１１３に到達する前に減衰するに十分な厚さとする。また、右側端部１１０ｅの圧粉材ティース部１１５ｂの回転中心軸方向の厚さは、ロータ１２０の図１０における右方向側への回転中心軸方向の移動量が最大状態（軸方向位置が「最小負荷位置」にある状態）のとき、圧粉材ティース部１１５ｂの図１０の（ｂ）において右側側面（回転中心軸方向）からの磁束Ｂ２が電磁鋼板１１３に到達する前に減衰するに十分な厚さとする。
【０１００】
ロータ基部７ａ（図１参照）に固定された筒状体のロータ１２０は、前記したロータ１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ，１２０Ｄ，１２０Ｅのいずれでも良い。図１０においては、代表的にロータ１２０Ａを示している。
従って、前記したモータ１００Ａ〜１００Ｅまでのロータ１２０Ａ〜１２０Ｅの構成の構成についての説明は省略する。
以下では、図１０では、ロータ１２０は（ ）内に表示したように前記したロータ１２０Ａを例示している。
【０１０１】
ロータ１２０が図１０の（ａ）に示すように回転中心軸方向の前記した「最大負荷位置」にあるとき、ステータ１１０Ｂのティース１１０ｂおよびロータ１２０の界磁極領域１２０ａの対向する内周面と外周面とは回転中心軸方向に１００％重なっている（ラップ代１００％）。そして、ロータ１２０の鉄心領域１２０ｂが左側（他方側）にはみ出している。ロータ１２０内の永久磁石１２３からティース１１０ｂへの図１０の（ａ）中、矢印Ａで示すように磁束Ａは、ロータ１２０から径方向外方にティース１１０ｂに向かって貫通しており、ロータ１２０の界磁極領域１２０ｂの外周面とティース１１０ｂの内周面との磁束をやり取りする面積は１００％である。
【０１０２】
しかしながら、永久磁石１２３から鉄心領域１２０ｂにわずかに漏れる磁束が矢印Ｂ１で示したように、ステータ１１０Ｂの左側端部１１０ｄの側面（回転中心軸方向）から入る。これは、ロータ１２０としてロータ１２０Ｅを用いる場合は、特に、鉄心領域１２０ｂに含まれる永久磁石１２７からの磁束によって大きな磁束Ｂ１が生じる。磁束Ｂ１は、左側端部１１０ｄの圧粉材バックヨーク部１１５ａによって、ステータ１１０Ｂの中央部１１０ｃの電磁鋼板１１３のバックヨーク部への磁束の回り込みも阻止され、圧粉材ティース部１１５ｂを貫通する磁束も、圧粉材１１５に隣接する電磁鋼板１１３を回転中心軸方向に貫通しないように減衰されてしまう。
【０１０３】
さらに、左側端部１１０ｄの圧粉材バックヨーク部１１５ａは、モータ１００Ｆのステータ１１０Ｂを固定するモータケースが、導電部材で構成されている場合に、磁束がモータケースを貫通しないように規制するので、モータケースとの間に渦電流を生じさせてフリクショントルクを生じることを抑制できる。
ちなみに、永久磁石の磁極が逆の場合は、磁束Ａの矢印Ａは逆向きになる。
【０１０４】
ロータ１２０がこの移動可能範囲における「最大負荷位置」にあるとき、圧粉材１１５より磁束流れが良い中央部１１０ｃの電磁鋼板１１３で構成された部分の能力を最大限に利用することができる。
そして、このような軸方向位置は、モータ１００Ｆに高負荷が要求されるときに効率の良い位置である。
【０１０５】
これに対し、図１０の（ｂ）中の矢印Ｘで示すようにロータ１２０が回転中心軸方向の移動可能範囲における前記した「最小負荷位置」にあるとき、ステータ１１０Ｂのティース１１０ｂとロータ１２０の界磁極領域１２０ａの対向する内周面と外周面との回転中心軸方向の重なりは、例えば、約５０％に減少し（ラップ代５０％）、重なりが減少した界磁極領域１２０ａの代わりに鉄心領域１２０ｂが補償している。
【０１０６】
そして、図１０の（ｂ）に示すように重なり部分の界磁極領域１２０ａ内の永久磁石１２３からティース１１０ｂへの磁束Ａは、矢印Ａで示すように、ロータ１２０から径方向外方にティース１１０ｂに向かって貫通しているが、図１０の（ｂ）においてティース１１０ｂの内周面と対向して重ならない回転中心軸方向に右側にはみ出した界磁極領域１２０ａの永久磁石１２３からティース１１０ｂへの磁束Ｂ２は、ステータ１１０Ｂの右側端部１１０ｅの圧粉材バックヨーク部１１５ａによって、中央部１１０ｃの電磁鋼板１１３のバックヨーク部への磁束の回り込みを阻止され、右側端部１１０ｅの圧粉材ティース部１１５ｂを貫通する磁束も、圧粉材１１５に隣接する中央部１１０ｃの電磁鋼板１１３を回転中心軸方向に貫通しないように減衰されてしまう。
【０１０７】
さらに、右側端部１１０ｅの圧粉材バックヨーク部１１５ａは、モータ１００Ｆのステータ１１０Ｂを固定するモータケースが、導電部材で構成されている場合に、磁束がモータケースを貫通しないように規制するので、モータケースとの間に渦電流を生じさせてフリクショントルクを生じることを抑制できる。
【０１０８】
また、左側端部１１０ｄおよび右側端部１１０ｅが、電気絶縁皮膜で覆われた磁性材の粒子を圧粉して固めた圧粉材１１５で構成されているので、磁束が磁性材の粒子にどの方向から貫通して、その強さが変化しても渦電流特性が方向性を持たない。
さらに、ロータ１２０の回転中心軸に沿った移動の有無に拘わらず、圧粉材バックヨーク部１１５ａにおける磁路拡大効果により、鉄損を低減することができる。
その結果、ロータ１２０が回転中心軸方向に「最大負荷位置」から右方向のどの位置に移動しても、ステータ１１０Ｂの中央部１１０ｃの電磁鋼板１１３に回転中心軸方向から貫通する磁束が、ほぼゼロに抑制され、その状態でモータ１００Ｆが無負荷で空転されても、つまり、エンジンによる連れ回しを受けても、渦電流を電磁鋼板１１３に生じることによる鉄損でのフリクショントルクの発生が抑制できる。つまり、モータ１００Ｆの連れ回り時のフリクショントルクを低減するので、車両の燃費向上に寄与する。
そして、このような「最大負荷位置」より右方向側にロータ１２０がずれた位置は、通常走行におけるモータ１００Ｆに要求される負荷が低いときに効率の良い位置である。
【０１０９】
まとめると、本実施形態によれば、モータ１００Ｆの回転速度の低い場合や、モータ１００Ｆに要求される必要トルクである出力トルクや回生トルクが大きい場合は、ロータ１２０の界磁極領域１２０ａの外周面とティース１１０ｂの内周面との間の磁束をやり取りする面積を最大にして、必要な動力を供給したり、必要な回生トルクを吸収したりし、モータ１００Ｆをモータ効率の良い状態で運転できる。モータ１００Ｆの回転速度がより高い場合や、モータ１００Ｆに要求される必要トルクである出力トルクや回生トルクが小さい場合は、前記面積を縮小して、回転時の引きずり損失を低減し、モータ１００Ｆをモータ効率の良い状態で運転できる。
【０１１０】
（第３の実施形態の変形例）
なお、本実施形態のモータ１００Ｆのステータ１１０Ｂは、電磁鋼板１１３を積層して構成された中央部１１０ｃと、圧粉材１１５で構成された左側端部１１０ｄおよび右側端部１１０ｅそれぞれとの間に非磁性材として、磁気抵抗の非常に高い材料、例えば、非磁性ステンレス鋼板を介設させても良い。このようにステータ１１０Ｂにおいて非磁性材を挟み込むことにより、中央部１１０ｃの電磁鋼板１１３に回転中心軸方向から貫通する可能性のある磁束を効率よく抑制できる。その結果、ステータ１１０Ｂの圧粉材ティース部１１５ｂの回転中心軸方向の厚さを低減でき、モータ１００Ｆを回転中心軸方向によりコンパクトに構成できる。
【０１１１】
《その他の変形例》
第１から第３の実施形態およびその変形例では、ロータ１２０をロータ軸２の外周に沿って回転中心軸方向に移動させ、ステータ１１０Ａ，１１０Ｂと回転中心軸方向に相対的にずらす構成とし、対向するロータ１２０Ａ〜１２０Ｅの界磁極領域１２０ａとの回転中心軸方向の重なり面積を可変としたが、それに限定されるものではない。ロータ１２０Ａ〜１２０Ｅはロータ軸２に固定し、モータ１００Ａ〜１００Ｆのケーシングに固定されたステータ１１０Ａ，１１０Ｂの方をボールベアリング３２，３４とともにロータ軸に沿って移動させる構成でも良い。
【０１１２】
さらに、第１から第３の実施形態およびその変形例におけるモータ１００Ａ〜１００Ｆのロータディスク７を回転中心軸方向に移動する油圧制御ユニット２０３を、トランスミッションを制御する油圧制御ユニットの一部としても良い。その場合、ロータ軸２の外周面に油圧供給リング４４を配置する代わりに、ロータ軸２をトランスミッションの入力軸と一体化して、トランスミッションの入力軸の右端側から、特開平１０−２５２８５０号公報の図２に記載されているように、トランスミッションのカバーに油路を２つ設けて、油圧をシャフト内油室２ａと、フィードパイプ４６内に供給するようにしても良い。
【０１１３】
また、第１から第３の実施形態およびその変形例では、モータ１００Ａ〜１００Ｆを車両の駆動用に用いたとき、ロータ１２０（１２０Ａ〜１２０Ｅ）の軸方向位置の制御における目標位置を、エンジン制御ＥＣＵ２０１で算出したモータ要求トルク、およびモータ回転角速度にもとづいて、モータ要求トルクおよびモータ回転角速度の二次元マップを参照して算出したがそれに限定されるものではない。モータ要求トルク、またはモータ回転角速度（つまり、エンジン回転速度）にもとづいて、モータ要求トルクまたはモータ回転角速度の一次元マップを参照して目標位置を算出しても良い。
【０１１４】
さらに、エンジン制御ＥＣＵ２０１がトランスミッションを制御するトランスミッション制御ＥＣＵと通信回線で結ばれ、トランスミッションのシフト位置を検出するシフト位置検出センサからの信号を受信し、エンジン制御ＥＣＵ２０１が、シフト位置、アクセル開度、ブレーキペダルの踏み込み量、車速などから、エンジンブレーキ状態を判定し、モータ要求トルクとして最大の回生トルクを要求するため、ロータ位置制御部２０１ａにおいて、「最大負荷位置」を目標位置として、油圧制御ユニット２０３に出力させるようにしても良い。
この場合、シフト位置検出センサも、特許請求の範囲に記載の「走行状態取得手段」に含まれる。
【０１１５】
第１の実施形態から第３の実施形態およびその変形例においては、モータ１００Ａ〜１００Ｆは、インナロータ型のラジアルモータとしたが、それに限定されるものではなく、アウタロータ型のラジアルモータでも可能である。
【符号の説明】
【０１１６】
２ ロータ軸
２ａ シャフト内油室
２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，７ｂ，４２ａ，４２ｂ，４８ａ，４８ｂ 油孔
７ ロータディスク
７ａ ロータ基部
８ 第１のディスク油室
３５ ボールスプライン
３６ ピストン部材
３７ 内側シリンダ部材
３８ 外側シリンダ部材
４０ スプリング
４２ 第１のプラグ
４２ｃ，４８ｃ 油溝
４３ 第２のディスク油室
４４ 油圧供給リング
４４ａ，４４ｂ，４４ｃ 内周縁
４６ フィードパイプ
４８ 第２のプラグ
４９Ａ，４９Ｂ 油室
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ モータ
１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ ステータ
１１０ａ バックヨーク
１１０ｂ ティース
１１０ｃ 中央部
１１０ｄ 左側端部（他方側端部）
１１０ｅ 右側端部（一方側端部）
１１１ ステータコイル（コイル）
１１３，１２１，１２５ 電磁鋼板
１１５ 圧粉材
１１５ａ 圧粉材バックヨーク部
１１５ｂ 圧粉材ティース部
１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ，１２０Ｄ，１２０Ｅ ロータ
１２０ａ 界磁極領域
１２０ｂ 鉄心領域
１２０ｂ2 凹部
１２０ｂ1 突部
１２３，１２７ 永久磁石
１２６ スリット
１３０ インバータ部
１３０ａ 電動機制御部
１３０ｂ 発電機制御部
１３３ バッテリ
２０１ エンジン制御ＥＣＵ（走行状態取得手段）
２０１ａ ロータ位置制御部（位置制御手段）
２０３ 油圧制御ユニット（位置制御手段）
２１１ モータ回転角センサ（走行状態取得手段）
２１３ アクセル開度センサ（走行状態取得手段）
２１４ 位置センサ（位置制御手段）
２１５ クランクパルスセンサ（走行状態取得手段）
２１７ 車速センサ（走行状態取得手段）
２１８ ブレーキペダルセンサ（走行状態取得手段）
Ｌ 回転中心軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転中心軸の周りに回転可能なロータと、前記ロータの外周面または内周面と対向配置され、コイルを巻回するためのコアとして用いられるティースを有するステータと、を備え、前記ロータに永久磁石を固定して界磁極を構成するモータであって、
前記ロータは、
前記界磁極を前記回転中心軸に沿って一方側に相対的に移動させられるとき、前記ステータと対向する前記ロータの外周面または内周面と、前記ティースの前記ロータと対向する内周面または外周面との間の磁束をやり取りする面積を縮小し、
前記一方側の部分に界磁極を形成する第１の永久磁石を有する界磁極領域とし、前記一方側と反対側の他方側の部分を鉄心領域とすることを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記ロータの界磁極領域の第１の永久磁石は、周方向に等間隔で埋め込まれ、
前記ロータの前記鉄心領域には、前記第１の永久磁石と同じ周方向の配置の位相で、前記第１の永久磁石より弱い磁力を有する第２の永久磁石を周方向に等間隔に埋め込まれて配置されることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記ロータの界磁極領域の第１の永久磁石は、周方向に等間隔で埋め込まれ、
前記ロータの鉄心領域は、前記第１の永久磁石の周方向の配置に対し、電気角を４５°遅角させる形状とすることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項４】
前記鉄心領域は、スリット型リラクタンスコアであることを特徴とする請求項３に記載のモータ。
【請求項５】
前記鉄心領域は、突極型リラクタンスコアであることを特徴とする請求項３に記載のモータ。
【請求項６】
前記ステータが、前記回転中心軸に垂直な面で、前記回転中心軸方向に前記一方側の端から順に、一方側端部と、中央部と、他方側端部とに３区分され、
前記ステータの一方側端部および他方側端部は、電気絶縁皮膜で覆われた磁性材の粒子を圧粉して固めた圧粉材で構成され、
前記ステータの中央部は、電磁鋼板を積層して構成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項７】
前記ステータの一方側端部のバックヨークを、前記一方側に延出させ、前記ステータの他方側端部のバックヨークを前記一方側と反対側の他方側に延出させることを特徴とする請求項６に記載のモータ。
【請求項８】
前記ステータの一方側端部と前記中央部との間、および前記ステータの他方側端部と前記中央部との間に、それぞれ非磁性材を介設させたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載のモータ。
【請求項９】
前記ロータの前記回転中心軸に沿った相対位置の移動は、油圧によりなされることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項１０】
請求項９に記載のモータを車両駆動用モータとして使用し、
前記ロータの前記回転中心軸に沿った相対位置の移動を制御する位置制御手段と、
車両の走行状態を取得する走行状態取得手段と、を備え、
前記位置制御手段は、前記走行状態取得手段が取得した車両の走行状態を示す信号にもとづいて前記相対位置移動を制御することを特徴とするモータの制御装置。
【請求項１１】
前記位置制御手段は、前記車両の走行状態としてモータ回転角速度および必要トルクのうちの少なくとも１つを用いて前記相対位置移動を制御することを特徴とする請求項１０に記載のモータの制御装置。
【請求項１】
回転中心軸の周りに回転可能なロータと、前記ロータの外周面または内周面と対向配置され、コイルを巻回するためのコアとして用いられるティースを有するステータと、を備え、前記ロータに永久磁石を固定して界磁極を構成するモータであって、
前記ロータは、
前記界磁極を前記回転中心軸に沿って一方側に相対的に移動させられるとき、前記ステータと対向する前記ロータの外周面または内周面と、前記ティースの前記ロータと対向する内周面または外周面との間の磁束をやり取りする面積を縮小し、
前記一方側の部分に界磁極を形成する第１の永久磁石を有する界磁極領域とし、前記一方側と反対側の他方側の部分を鉄心領域とすることを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記ロータの界磁極領域の第１の永久磁石は、周方向に等間隔で埋め込まれ、
前記ロータの前記鉄心領域には、前記第１の永久磁石と同じ周方向の配置の位相で、前記第１の永久磁石より弱い磁力を有する第２の永久磁石を周方向に等間隔に埋め込まれて配置されることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記ロータの界磁極領域の第１の永久磁石は、周方向に等間隔で埋め込まれ、
前記ロータの鉄心領域は、前記第１の永久磁石の周方向の配置に対し、電気角を４５°遅角させる形状とすることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項４】
前記鉄心領域は、スリット型リラクタンスコアであることを特徴とする請求項３に記載のモータ。
【請求項５】
前記鉄心領域は、突極型リラクタンスコアであることを特徴とする請求項３に記載のモータ。
【請求項６】
前記ステータが、前記回転中心軸に垂直な面で、前記回転中心軸方向に前記一方側の端から順に、一方側端部と、中央部と、他方側端部とに３区分され、
前記ステータの一方側端部および他方側端部は、電気絶縁皮膜で覆われた磁性材の粒子を圧粉して固めた圧粉材で構成され、
前記ステータの中央部は、電磁鋼板を積層して構成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項７】
前記ステータの一方側端部のバックヨークを、前記一方側に延出させ、前記ステータの他方側端部のバックヨークを前記一方側と反対側の他方側に延出させることを特徴とする請求項６に記載のモータ。
【請求項８】
前記ステータの一方側端部と前記中央部との間、および前記ステータの他方側端部と前記中央部との間に、それぞれ非磁性材を介設させたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載のモータ。
【請求項９】
前記ロータの前記回転中心軸に沿った相対位置の移動は、油圧によりなされることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項１０】
請求項９に記載のモータを車両駆動用モータとして使用し、
前記ロータの前記回転中心軸に沿った相対位置の移動を制御する位置制御手段と、
車両の走行状態を取得する走行状態取得手段と、を備え、
前記位置制御手段は、前記走行状態取得手段が取得した車両の走行状態を示す信号にもとづいて前記相対位置移動を制御することを特徴とするモータの制御装置。
【請求項１１】
前記位置制御手段は、前記車両の走行状態としてモータ回転角速度および必要トルクのうちの少なくとも１つを用いて前記相対位置移動を制御することを特徴とする請求項１０に記載のモータの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２０６９７２（Ｐ２０１０−２０６９７２Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５０６４２（Ｐ２００９−５０６４２）
【出願日】平成２１年３月４日（２００９．３．４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月４日（２００９．３．４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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