JP5840253B2 - 回転電気機械 - Google Patents

Description

本発明は、例えば電動自動二輪車その他電動車両や各種電気機械における駆動源用の電動モータとして好適に用いられる回転電気機械に関する。

従来、例えば電動自動二輪車その他電動車両用の駆動源に用いられる電動モータ、あるいは電気製品における各種駆動源に用いられる電動モータとして、ラジアルギャップ型とアキシャルギャップ型の回転電気機械が広く知られている。ラジアルギャップ型回転電気機械は、永久磁石を備え回転軸を中心に回転する回転子と、その回転子の半径方向に間隙を隔てて配置された、固定子巻線を備えた円筒状の固定子とを備えたものである。一方、アキシャルギャップ型回転電気機械は、固定子巻線を有する固定子と、その固定子の軸方向の一端部に間隙を隔てて配置された、永久磁石を有する円板状の回転子とを備えたものである。

ところで、近年、電動自動二輪車その他の車両用駆動源として用いられる電動モータとして、小型かつ高性能なものが求められている。この種の電動モータにおいて、高トルク低速回転領域から低トルク高速回転領域までの運転可能領域が広ければ、内燃機関の車両で通常必要とされる変速機を用いることなく、走行に必要な駆動力を得ることが可能である。また車両に搭載することを考慮すると、電動モータの大きさはできるだけ小さいものであることが望ましい。従って、小型かつ高性能な電動モータとするために、固定子の限られた巻線配置可能領域に、できるだけ多くの巻線を配置することが望ましく、種々提案がなされている。この種の提案によれば、巻線の占積率が向上され、小型でありながら、高いトルクを発生する電動モータを提供することができる、とされている。

しかしながら、モータの特性上、低速度領域では高いトルクを発生することができるものの、高速度領域では回転速度の上限が制限されてしまうという難がある。即ち、電動モータにおいては、その回転数が低い領域では高いトルクを発生することができるものの、回転数が上昇すると回転子に設けられた永久磁石の磁束によって固定子に配置された固定子巻線に生じる誘起電圧（逆起電力）が増加する。そして、回転速度が上昇してある速度に達すると、固定子巻線に誘起される誘起電圧がモータの印加電圧と等しくなってしまい、固定子巻線に電流を流せなくなり、それ以上回転数を上げることができなくなる。この問題を解決するために、たとえば弱め界磁制御を行って逆起電力を低減することが行われている。

しかし、この弱め界磁制御方法は、誘起電圧を打ち消すための新たな電力を必要とするものである。従って、外部から電力を供給できる状況で用いられる製品用の電動モータであれば、消費電力の増大が駆動可能時間の短縮をもたらすことはない。しかし、例えば電動自動二輪車のようにバッテリーで駆動される電動モータを備えたものにあっては、そのバッテリー容量が有限であるため、固定子巻線に誘起される誘起電圧を打ち消すための電流を供給するとその分消費電力が増大し、それだけ駆動可能時間が短縮してしまう。従って、できるだけ消費電力を減らしたいという要請がある。

そこで、本願発明者は、新たな電力消費を招く弱め界磁制御に代わる方法として、固定子の構造を工夫する方法を提案した。即ち、固定子における巻線が配置される歯部を少なくとも２つの歯部に分割し、その分割された２つの歯部を相対移動可能として、その相対移動によって磁束の流れを変えて高速回転時に固定子巻線に鎖交する回転子の磁束を減少させることを提案した。この提案によれば、高速回転時には固定子巻線の磁束鎖交数を物理的手段によって調整することができるので、弱め界磁制御の際に必要な電力を低減ないしは不要とすることができ、ひいては電力損失を低減することができる回転電気機械を提供することができた。

ところで、上記構成の回転電気機械においても、高トルク低速回転領域から低トルク高速回転領域までの運転可能領域をより一層拡大することが望まれていた。

特開２００６−１９１７８２号公報

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、高トルク低回転速度から低トルク高回転速度に至る運転可能領域をより一層拡大することができる回転電気機械を提供することを目的とするものである。

本発明は、他の側面によると、回転子の永久磁石として強力な永久磁石を用いた場合であっても、高トルク低回転速度から低トルク高回転速度に至る運転可能領域を拡大することができ、かつ効率よく制御することができる回転電気機械を提供することを目的とするものである。

さらに、この発明のその他の目的及び利点は、以下の好ましい実施形態から明らかになるであろう。

以下に、本発明に係る回転電気機械の構成について説明する。

本発明に係る回転電気機械は、永久磁石を備え、回転軸を中心に回転する回転子と、前記回転子に間隙を隔てて対向するように配置された固定子とを備えたものであって、前記固定子は、前記回転子に対して前記間隙を介して配置された歯部を有する。前記歯部は、その回転子側の端部から反対側の端部に至る方向に複数個に分割され、前記回転子に前記間隙を介して対向するように配置された第一歯部と、前記反対側端部に配置された第二歯部とを含む複数の分割歯部を有するものとなされている。前記固定子は、更に、前記第二歯部が固定された固定子ヨーク部と、前記歯部と前記固定子ヨーク部とで囲まれた巻線配置可能領域内にその少なくとも一部を占めるように配置された１または複数の巻線とを有する。また、前記歯部における前記複数の分割歯部のうちの少なくともいずれか１の分割歯部が、他の分割歯部に対して相対移動自在な可動分割歯部を構成している。前記可動分割歯部は、前記歯部における前記分割歯部で構成される磁路の磁気抵抗が小さい第一位置と、該第一位置における前記磁気抵抗よりも相対的に磁気抵抗が大きい第二位置との間で相対移動自在となされている。前記１または複数の巻線は、前記可動分割歯部が前記第二位置に配置された状態で通電される通電巻線を有する。前記巻線配置可能領域における、前記通電巻線の固定子ヨーク部側端から前記巻線配置可能領域の回転子側端までの領域が、前記歯部における前記分割歯部の並び方向の中間位置を境にして前記回転子側に位置する第一領域と前記固定子ヨーク部側に位置する第二領域とに分けられ、前記第一領域の断面積に対する、該第一領域内に存在する前記通電巻線の実際の巻線総断面積の比で定義される通電巻線占積率が、前記第二領域の断面積に対する、該第二領域内に存在する前記通電巻線の実際の巻線総断面積の比で定義される通電巻線占積率より相対的に小さく設定されている。

この回転電気機械において、例えば、前記通電巻線の前記回転子側端が、前記巻線配置可能領域の前記回転子側端から前記固定子側に所定距離隔てた位置に配置され、前記巻線配置可能領域における前記回転子側の所定の領域に前記通電巻線が形成されていないものとして構成することができる。

また前記通電巻線の前記回転子側端と、前記巻線配置可能領域の前記回転子側端との間に、前記巻線を固定する巻線固定部材を設けるようにしても良い。また、前記回転電気機械において、前記１又は複数の巻線を、全体的に前記固定子ヨーク部側に偏在した状態で形成しても良い。更には、前記１又は複数の巻線を、前記巻線配置可能領域において前記回転子側端から前記固定子ヨーク部側端に向かうに従って巻数が増大するように形成しても良い。

上述したいずれの回転電気機械においても、前記回転子が、円柱状の回転子本体と、該回転子本体の外周縁部に配置された前記永久磁石とを備え、
前記固定子が、前記第一歯部を有する円筒状の第一固定子部と、前記第二歯部と前記固定子ヨーク部とを有し前記第一固定子部の外側に配置された円筒状の第二固定子部と、前記歯部の周囲に形成された巻線配置可能領域内に、その少なくとも一部を占めるように配置された前記１または複数の巻線とを備え、
前記第二固定子部が前記第一固定子部に対してこれら固定子部の周方向に相対移動自在となされた、いわゆるラジアルギャップ型として構成することもできる。

或いは、前記回転子が、回転軸を中心に回転可能となされた円板状の回転子本体と、該回転子本体の片面に配置された前記永久磁石とを備え、前記固定子が、前記回転子本体に対して前記回転軸の方向に対向配置された、いわゆるアキシャルギャップ型のものとして構成することもできる。

前記ラジアルギャップ型の回転電気機械において、前記回転子が、前記回転子本体の外周縁部に複数個の前記永久磁石が周方向に沿って所定間隔を隔てて埋め込み状態に配置されたものを採用することができる。

前記アキシャルギャップ型の回転電気機械において、前記回転子が、前記回転子本体の片面に複数個の前記永久磁石が周方向に沿って所定間隔を隔てて外部露出状態に配置されたものを採用することができる。

前記ラジアルギャップ型およびアキシャルギャップ型のいずれの型式の回転電気機械においても、前記永久磁石として、ネオジム磁石を用いても良い。

前記ラジアルギャップ型およびアキシャルギャップ型のいずれの型式の回転電気機械においても、前記第一歯部が、胴部と、該胴部の回転子側の端部における前記回転子の周方向の両側に側方突出状に延びた一対の側方突出縁部とを備えているものを採用することができる。

上記回転電気機械において、前記可動分割歯部が前記第一位置に配置された状態で、隣接する一対の歯部の一方の歯部の前記回転子側の端部から前記固定子ヨーク部を介して前記隣接する一対の歯部の他方の歯部の前記回転子側の端部に至る磁気抵抗が、前記隣接する一対の歯部の隣接する一対の側方突出縁部間の磁気抵抗よりも小さくなるように設定する一方、前記可動分割歯部が前記第二位置に配置された状態で、隣接する一対の歯部の一方の歯部の前記回転子側端部から同歯部の固定子ヨーク部側を介して前記隣接する一対の歯部の他方の歯部の前記回転子端部に至る磁気抵抗が、前記隣接する一対の歯部の隣接する一対の側方突出縁部間の磁気抵抗よりも大きくなるように設定すれば、前記可動分割歯部の相対移動によって前記回転子の永久磁石の磁束の流れを変更することができる。

本発明の更に他の側面によると、前記回転電気機械を備えた乗り物が提供される。

本発明の更に他の側面によると、前記回転電気機械を備えた電気製品が提供される。

本発明によれば、高速度回転領域における回転速度の上限を拡大して運転可能領域をより一層拡大することを可能とした回転電気機械を提供することができる。また、従来の弱め界磁制御における界磁制御のための電力を低減ないしは不要とすることを可能とした回転電気機械を提供することができる。更には強力な永久磁石を採用した場合においても、低速回転領域で高いトルクを得ることができると共に、高速度回転領域における回転速度の上限を拡大して運転可能領域を拡大することができる。しかも永久磁石に生ずるジュール損の発生を低減して効率の低下を抑制すると共に、ジュール損による発熱に起因する永久磁石自体の保磁力の低下を抑制し、ひいては電動モータの効率の低下を抑制することができる回転電気機械を提供することが可能となる。

図１は、この発明の第１実施形態に係る回転電気機械の概略構成を示す断面図である。 図２は、前記回転電気機械の主要構成部材を順次軸方向に引き出した状態を示す斜視図である。 図３は、前記回転電気機械の固定子と回転子の断面図である。 図４Ａは、図３の４−４線に沿って切断した断面図であり、第二歯部が第一歯部に対して正対した第一位置にある状態を示す。 図４Ｂは、図４Ａに対応する断面図であり、第二歯部が第一歯部に対して相対移動して第二位置にある状態を示す。 図５Ａは、図４Ａに示した第一位置状態における、巻線が配置された歯部付近を拡大して示した部分拡大断面図である。 図５Ｂは、図４Ｂに示した第二位置状態における、巻線が配置された歯部付近を拡大して示した部分拡大断面図である。 図６Ａは、この発明の第２実施形態に係る回転電気機械を示すものであり、図５Ａに対応する部分拡大断面図である。 図６Ｂは、前記第２実施形態に係る回転電気機械を示すものであり、図５Ｂに対応する部分拡大断面図である。 図７Ａは、この発明の第３実施形態に係る回転電気機械を示すものであり、図５Ａに対応する部分拡大断面図である。 図７Ｂは、前記第３実施形態に係る回転電気機械を示すものであり、図５Ｂに対応する部分拡大断面図である。 図８Ａは、この発明の第４実施形態に係る回転電気機械の主要構成部材の概略断面図である。 図８Ｂは、前記第４実施形態における巻線付近の部分拡大断面図である。 図９は、この発明の第５実施形態に係るアキシャルギゃプ型回転電気機械の主要構成部材の全体斜視図である。 図１０は、この発明に係る回転電気機械を装備した車輌を示す概略側面図である。 図１１は、この発明に係る回転電気機械を装備した電気製品の概略側面図である。

以下、本発明を図面に示す実施形態を参照しながら説明する。本発明の実施形態に係る回転電気機械としての電動モータは、高トルク・低速回転および低トルク・高速回転が要求される、例えば電動自動二輪車、その他の車輌を含む各種乗り物Ｖにおける主たる駆動源あるいは補助駆動源として好適に使用されるものである（図１０参照）。もっとも、この発明に係る回転電気機械は、このような車輌用の用途に限定されるものではなく、他に例えば、洗濯機等の家電製品やＤＶＤプレーヤ等のＯＡ機器等の電気製品Ｅにおけるモータ等としても好適に用いられるものである（図１１参照）。

（第１実施形態）
図１ないし図５は、本発明の第１実施形態に係る、電動自動二輪車用の電動モータとして好適に使用されるラジアルギャップ型モータを示す概略断面図である。これら図面に示すように、このラジアルギャップ型モータは、主要構成部材として、複数個の永久磁石Ｍが外周縁部に周方向に一定の間隔を隔てて埋め込み状態に配置され、回転軸１を中心に回転する円柱状の回転子２と、その回転子２の外周縁部の半径方向外側に間隙を隔てて対向するように配置された円筒状の固定子３と、この固定子３を構成する後述する可動分割歯部を相対移動させるための回動機構４とを備えている。

前記回転子２は、図２に示すように、軸心に前記回転軸１が設けられた円筒状の回転子本体１０を有する。この回転子本体１０の外周縁部には、断面矩形状の板状の永久磁石片Ｍが周方向に沿って一定間隔を隔てて埋め込み状態に合計６個配置されている。

この各永久磁石片Ｍとしては、強力な磁場を作ることができる、例えばネオジム（ネオジウム）磁石等を好適に用いることができる。このような強力な永久磁石を用いた場合、従来の電動モータであれば、モータとして高いトルクを発生することができるものの、高速回転時により大きな誘起電圧（逆起電力）が固定子巻線に誘起され、ひいては最高回転数の低下を招くことになる。しかし、本件発明に係る回転電気機械においては、後述する巻線配置構造により、その問題点が解消されるようになされている。

もっとも本件発明は、このような強力な永久磁石を用いる場合に限定されるものではなく、従来汎用されている通常の磁力を有する永久磁石を用いることをも許容するものである。また、永久磁石の材料、特性、寸法、個数等も特に限定されるものではない。

前記永久磁石片Ｍは、軸方向Ｘに沿ってのびた断面矩形状の板状に形成されたものであり、前記回転子本体１０の外周縁部に、その外周面から半径方向内側に所定距離だけ位置するような態様で形成された、対応断面形状のスリットＳ内に軸方向に沿ってはめ込まれた状態で埋設固定されている。従って、永久磁石片Ｍは、回転子本体１０がその回転軸１を中心に高速で回転しても、スリットＳ内に固定されているため、遠心力によっても半径方向外側に飛び出さないようになされている。前記回転子本体１０の外周面には、隣接する前記永久磁石片Ｍ間に、軸方向Ｘに沿って、断面略Ｖ字状の切り込み部１１が形成されている。

前記回転子本体１０は、例えば打ち抜き加工により所定形状に成形された多数枚の薄いケイ素鋼板を軸方向Ｘに沿って張り合わせることにより形成されたものであり、これにより回転子本体１０内の磁束の変化に起因する渦電流損の低減が図られている。

この実施形態においては、前述したとおり、前記各永久磁石片Ｍが回転子本体１０の外周縁部に埋め込み状態に配置されると共に、周方向に沿って複数個の永久磁石片Ｍが配置されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば複数個の永久磁石片Ｍが回転子本体１０の外周面上に配置され、回転子本体１０の回転に伴う遠心力によって半径方向外側に飛び出さないように、例えば筒状の抑え部材等で固定したものであっても良い。また、また複数個の分離独立した永久磁石片に代えて、円筒状に一体的に成型されて適宜着磁された一体構造の永久磁石を用いても良い。

前記固定子３は、前記回転子２の半径方向外側に所定の間隙を隔てて対向するように同軸状に配置されている。図２及び図３に示すように、この固定子３は、前記回転子本体２の外周に前記間隙を隔てて回転子２と同軸に配置された円筒状の第一固定子部３Ａと、その第一固定子部３Ａの半径方向外側に所定間隙を隔てて第一固定子部３Ａに対して周方向に相対移動可能な状態で、前記回転子２と同軸に配置された円筒状の第二固定子部３Ｂとを有する。

前記固定子３は、図４Ａに示すように、前記回転子２の半径方向外側に前記間隙を隔てた状態で、前記回転子２の周方向に沿って所定間隔で配置された複数の歯部３０を有する。各歯部３０は、その回転子側の端部とは反対側の端部に近い部位において、半径方向に分割されて２つの分割歯部、即ち前記回転子側に近い第一歯部３１とその外側に配置された第二歯部３２とを有する。

これら第一歯部３１と第二歯部３２とは、相対移動が可能となるように所定の間隙を隔てて配置されている。これら第一歯部３１と第二歯部３２との間隙は、第一歯部３１の回転子側の端縁と回転子２の外周縁との間隔よりも小さく設定されている。即ち、第一歯部３１と第二歯部３２とが半径方向に一致して正対する状態における両歯部間の磁気抵抗Ｒｋ（Ｒｋ１）は、第一歯部３１の回転子側の端縁と回転子２の外周縁との間の磁気抵抗Ｒｈよりも小さく設定されている（図５Ａ参照）。

前記各第一歯部３１は、その回転子側の端部の端縁が回転子２の外周形状に対応した円弧状に形成されると共に、その回転子側の端部の周方向の両側部にはそれぞれ周方向に沿って延びた側方突出縁部３１ａ、３１ａが一体的に形成されている。

隣り合う第一歯部３１、３１の側方突出縁部３１ａ、３１ａ相互間の間隔は、第一歯部３１と第二歯部３２との間隔よりも大きく設定されている。具体的には、隣り合う第一歯部３１、３１の側方突出縁部３１ａ、３１ａ間の磁気抵抗Ｒｊが、第一歯部３１と第二歯部３２とが半径方向に一致して正対する状態における両歯部間の磁気抵抗Ｒｋ（Ｒｋ１）の２倍の磁気抵抗２Ｒｋ（２Ｒｋ１）よりも大きくなるように、前記側方突出縁部３１ａ、３１ａ相互間の間隔が設定されている（図５Ａ参照）。

前記各第一歯部３１には、それぞれ巻線４０が施されている。図２に示すように、これら巻線４０が施された複数の第一歯部３１は樹脂モールドによって円筒状の第一固定子部３Ａを構成している。前記巻線４０としては、単一の巻線であっても良く、また複数の別個独立した巻線であっても良い。この実施形態では、単一の巻線が採用されている。前記巻線４０の配置構造については後述する。

前記各第二歯部３２は、図４Ａに示すように、円筒状の固定子ヨーク部５０の内周面から一体的に内側突出状に設けられたものであり、前記第一歯部３１と対応するように配置されている。この実施形態では、第二歯部３２は、固定子ヨーク部５０と一体構造となされているが、固定子ヨーク部５０とは別部材として形成し、第二歯部３２を固定子ヨーク部５０に適宜手段により連結固定するようにしても良い。図２に示すように、これら第二歯部３２と固定子ヨーク部５０は円筒状の第二固定子部３Ｂを構成している。

前記第二固定子部３Ｂを構成する前記固定子ヨーク部５０の外周面には、図２に示すように、周方向の一部の領域に、複数の歯からなるギア部５１が、固定子ヨーク部５０の長さ方向の全長に亘って形成されている。このギア部５１には、図１に示すように、前記回動機構４の駆動モータ４ａによって減速機構４ｂを介して回転駆動される歯車４ｃが噛み合わされている。

前記駆動モータ４ａは、図示しないコントローラによって正逆両方向に回転駆動するように構成されており、このモータの回転力が減速機構４ｂを介して歯車４ｃに伝達される。この歯車４ｃの回転は、固定子ヨーク部５０（第二固定子部３Ｂ）のギア部５１に伝達され、第二固定子部３Ｂが、第一固定子部３Ａに対して周方向に相対移動され、ひいては第二歯部３２が第一歯部３１に対して周方向に一定範囲で相対移動自在となされている。このように駆動モータ４ａを制御することによって、第一歯部３１と第二歯部３２との相対位置を任意かつ連続的または不連続的に変更することができる。

而して、前記駆動モータ４ａを制御することによって、図４Ａに示すように、第一歯部３１と第二歯部３２とが半径方向に一致して正対しこれら両歯部で構成される磁路の磁気抵抗Ｒｋ（Ｒｋ１）が最小となる磁気抵抗最小位置と、図４Ｂに示すように、第二歯部３２が隣接する一対の第一歯部３１、３１の中間に位置して両歯部３１、３２で構成される磁路の磁気抵抗Ｒｋ（Ｒｋ２）が最大となる磁気抵抗最大位置との間で、可動分割歯部としての第二歯部３２を第一歯部３１に対する相対位置を連続的または不連続的に自在に変更することができる。

図４Ａに示す磁気抵抗最小位置を第一位置とし、図４Ｂに示す磁気抵抗最大位置を第二位置とそれぞれ定義すると、それら第一位置と第二位置との間で、前記可動分割歯部（第二歯部３２）が移動するように制御される。

もっとも、この発明においては、第一位置および第二位置は、必ずしも磁気抵抗最小位置と磁気抵抗最大位置にそれぞれ完全に一致させることを必要とするものではない。例えば、本発明は、磁気抵抗最小位置と磁気抵抗最大位置との間の任意の二点を第一位置および第二位置とし、これら第一位置と第二位置との間で可動分割歯部（第二歯部）３２を移動制御するように構成することも許容するものである。また、この発明においては、請求項１で定義したように、固定子ヨーク部５０と歯部３０とで構成される固定子磁路の磁気抵抗が小さい状態を第一状態と定義すると共に、該第一状態よりも相対的に前記固定子磁路の磁気抵抗が大きい状態を第二状態と定義した場合に、固定子磁路が機械的に変更されて、第一状態と第二状態とが転換自在となされる場合も含むものである。以下、第一位置と第二位置という概念を用いて説明するが、これらを第一状態及び第二状態という概念で置き換えた場合においても、同様の作用効果を奏するものであると理解されるべきである。

この実施形態では、歯部３０が半径方向に二分割されたものを例示しているが、これに限定されるものではない。この発明では、歯部３０を、例えば半径方向に３つ以上に分割したものであっても良い。歯部３０が３つ以上に分割されたものである場合、前記回転子２に最も近く配置された分割歯部が第一歯部３１、その反対側の最も外側に配置された分割歯部が第二歯部３２として定義される。このように３分割あるいはそれ以上に分割されたものである場合、複数の分割歯部のうちの少なくともいずれか１の分割歯部を、他の分割歯部に対して相対移動自在な可動分割歯部として構成し、その相対移動によって分割歯部で構成される磁路の磁気抵抗を調整可能なものとすれば良い。

また、この実施形態では、各歯部を第一歯部３１と第二歯部３２とに分割したものとして説明しているが、以下のような構成としても把握することができる。即ち、第一歯部３１が歯部３０を構成し、第二歯部３２と固定子ヨーク部５０とが固定子ヨーク部を構成し、固定子ヨーク部の内周面に凹部５０ａ（図５Ａ参照）が形成され、該固定子ヨーク部５０が歯部（第一歯部３１）に対して周方向に移動自在となされた構成としても把握することができる。このように、歯部３０が半径方向に分割されていない構成として把握した場合、固定子３は、固定子ヨーク部５０と歯部３０とで構成される固定子磁路が機械的に変更されて該固定子磁路の磁気抵抗値が変更する磁気抵抗変更機構を備えたものであると把握することができる。このような把握の仕方如何に拘わらず、同じ作用効果を奏するものである。上記磁気抵抗変更機構は、この実施形態に示したような歯部を分割したタイプに限定されるものではなく、固定子ヨーク部５０と歯部３０とで構成される固定子磁路を機械的に変更して該固定子磁路の磁気抵抗値を変更することができるものであれば、他の如何なる構成を有するものであっても良い。例えば、磁気抵抗変更機構の他の具体例として、各歯部を分割することなく、固定子ヨーク部５０をその周方向に分割して固定子ヨーク部５０の一部に磁気ギャップを設け、この磁気ギャップの間隔を調整可能としたものを挙げることができる。

ところで、この種の回転電機機械の分野においては、従来から小型化を図りつつ性能を向上させるために、電動モータにあっては、その固定子にできるだけ多くの巻線を配置する工夫が種々提案されていた。例えば固定子に対する巻線の巻方や巻線自体の形状等を工夫することによって、単位面積あたりの巻線の占積率を向上させる工夫がなされていた。換言すると、従来においては、限られた巻線配置可能領域内に如何にして多くの巻線を配置するかという工夫が専らなされていたのである。

即ち、限られた巻線配置可能領域内に出来るだけ多くの巻線を配置することによって、モータ自体の大型化を抑制しつつ、トルクを向上させようとしていたのである。

しかしながら、本件発明者は、鋭意実験、研究の結果、上述の工夫では、モータ自体の大型化を抑制しつつトルクを向上させるという課題は達成することができるものの、高トルク低回転速度から低トルク高回転速度に至る運転可能領域を、より一層拡大するという課題を達成することは困難であることを知見するに至り、更に工夫が必要であることを認識して本件発明を完成させたのである。即ち、本件発明者は、従来とは視点を変えて、巻線の占積率を向上させるという従来の発想とは全く逆の発想をすることによって、従来のモータ開発技術者ではトルクが低下しかつ大型化を招くために全く考慮されなかった「巻線の占積率を下げる」という手段を敢えて採用することにしたのである。

しかも、この実施形態にかかる回転電気機械のように、歯部を複数の歯部に分割して、そのいずれか１の分割歯部を、他の分割歯部に対して相対移動自在とした構成を採用したものにおいて、「巻線の占積率」のバランスを変えるという手段を採用して、複数の歯部で構成される磁路の磁気抵抗が大きくなったときにおける、固定子巻線に鎖交する回転子の永久磁石の磁束と、同磁路の磁気抵抗が小さくなったときにおける、固定子巻線に鎖交する回転子の永久磁石の磁束との差を大きくすることによって、高トルク低回転速度から低トルク高回転速度に至る運転可能領域を、より一層拡大するという課題を達成させたのである。以下、具体的に説明する。

この実施形態においては、前記歯部３０は、前述のとおり、その周囲に巻線４０が配置されている。図５Ａに破線で示すように、隣接する一対の歯部３０、３０と固定子ヨーク部５０とで囲まれた領域であって、隣接する一対の歯部３０、３０の中間位置で略２等分された一方の部分を、実際に巻線を配置することができる巻線配置可能領域Ａとして定義する。

この実施例に係るモータにおいては、図５Ａ及び図５Ｂに示されているように、前記巻線配置可能領域Ａにおける一部分の領域のみに巻線４０が配置されている。即ち、巻線配置可能領域Ａにおける回転子側の端部Ａｉｎから固定子ヨーク部側に一定距離Ｌだけシフトした位置から第一歯部３１の外側端部に至る領域に巻線４０が配置されている。

この巻線４０は、図５Ａに示すように、第一歯部３１と第二歯部３２とが半径方向に一致して正対した第一位置において、その巻線４０の全ての部分が通電されて磁界を発生する通電巻線４０Ｅを構成するものとなされている。一方、図５Ｂに示すように、可動分割歯部としての第二歯部３２が周方向に移動して隣接する一対の第一歯部３１、３１間に配置された第二位置においても、その巻線４０の全ての部分が通電されて磁界を発生する通電巻線４０Ｅを構成するものとなされている。従って、この実施形態においては、第一位置における通電巻線４０Ｅと第二位置における通電巻線４０Ｅとは一致している。

図５Ｂに示すように、前記可動分割歯部３２が他の分割歯部３１に対して相対移動して両分割歯部３１、３２で構成される磁路の磁気抵抗Ｒｋ（Ｒｋ２）が大きい状態である前記第二位置にある場合において、前記巻線配置可能領域Ａ内における、第二位置において通電される通電巻線４０Ｅ（この実施形態においては全ての巻線）の固定子ヨーク部側端（即ち、外側端）Ａoutから前記巻線配置可能領域Ａの回転子側端（即ち、内側端）Ａinまでの領域を、前記歯部３０における前記分割歯部３１、３２の並び方向の中間位置を境にして、二点鎖線で示すように、前記回転子側に位置する第一領域Ａ１と、前記固定子ヨーク部側に位置する第二領域Ａ２とに分ける。

ここに「中間位置」とは、この発明においては、必ずしも幾何学的に厳密に２等分した位置のみを意味するものではなく、ある程度の幅をもって定義された半径方向の中間領域における任意の中間位置を意味するものである。例えばこの実施形態を例にとって説明すると、この実施形態では、固定子ヨーク部側端Ａoutの位置から前記巻線配置可能領域Ａの回転子側端Ａinの最も内側の位置の間の距離を二等分した位置を中間位置として定義しているが、このように厳密に二等分した位置以外に、前記両位置の間におけるある程度の幅を有する中間領域における半径方向の任意の位置を「中間位置」と定義することができる。換言すると、この発明における「中間位置」とは、幾何学的に厳密な中間位置のみならず、その前後のある程度の幅をもった常識的な意味におけるほぼ中間位置をも含むものであると理解されるべきである。後述する他の実施形態においても同様である。

前記第一領域Ａ１の断面積ＳＡ１に対する、該第一領域Ａ１に存在する前記通電巻線４０Ｅの実際の巻線総断面積Ｓ４０Ｅの比で定義される通電巻線占積率（Ｓ４０Ｅ/ＳＡ１）が、第二領域Ａ２の断面積ＳＡ２に対する、該第二領域Ａ２に存在する前記通電巻線４０Ｅの実際の巻線総断面積Ｓ４０Ｅの比で定義される通電巻線占積率（Ｓ４０Ｅ/ＳＡ２）より相対的に小さく設定されている。

本発明において、上述のように通電巻線占積率を設定した理由は以下のとおりである。即ち、図４Ａおよび図５Ａに示すように、可動分割歯部としての第二歯部３２が、第一歯部３１と半径方向に一致して正対する第一位置にある状態において、回転子２が低速度で回転している場合、その回転時に永久磁石片Ｍの磁束によって巻線４０に誘起電圧（逆起電力）が発生するが、回転数が低い場合には、その誘起電圧は巻線４０の印加電圧よりも相対的に小さいものであるため、更に回転数を上昇させることができる。

しかし、回転子２の回転数が上昇するにつれて、回転する永久磁石片Ｍの磁束によって巻線４０に発生する誘起電圧が徐々に大きくなる。そして、ある回転数に至ると、巻線４０に印加された電圧と巻線４０に発生した誘起電圧とが等しくなり、回転数の上限に達する。勿論、この場合、巻線４０に印加する電力を上昇させれば回転数の限界点は延びるが、そのための消費電力は著しく増大するため得策ではない。

このようなモータの回転特性の弱点を解消して回転数を上昇させる、即ち高トルク低速回転から低トルク高速回転に移行させる手段として、弱め界磁制御の方法が既知である。そして、この弱め界磁制御方法に代わる方法ないしはこれを補佐する方法として、機械的な構造によって磁束の流れを変更させることによって高速回転時に永久磁石の磁束の固定子巻線鎖交磁束数を低減させて誘起電圧を抑制する方法を提案したことは、上述のとおりである。

即ち、固定子における歯部を少なくとも２つに分割し、その分割歯部を相対移動させることによって、磁束の流れを変えて高速回転時における永久磁石の磁束の固定子巻線鎖交磁束を減少させることを提案した。しかし、より強力な永久磁石を採用した場合に、トルクを向上することができたものの、回転速度の上限が低下して運転可能領域のある程度以上の拡大を望むことができないという新たな問題を知見するに至った。

この新たな問題を解消するために、本件発明では、上述したように、巻線４０の配置構造を工夫したものである。即ち、前記第一領域Ａ１と前記第二領域Ａ２の断面積ＳＡ１、ＳＡ２に対する、各領域内に存在する前記通電巻線４０Ｅの実際の巻線総断面積Ｓ４０Ｅの比で定義される通電巻線占積率が、前記第二領域Ａ２より前記第一領域Ａ１の方が相対的に小さくなるように設定したのである。

即ち、図５Ａに示すように、第一歯部３１と第二歯部３２とが半径方向に一致して正対する第一位置にある状態においては、第一歯部３１と第二歯部３２との間の間隙の磁気抵抗Ｒｋ（Ｒｋ１）は、隣接する第一歯部３１、３１の回転子側の端部の側方突出縁部３１ａ、３１ａ間の磁気抵抗Ｒｊよりも相対的にかなり小さい（２Ｒｋ（Ｒｋ１）＜Ｒｊ）。従って、隣り合う一対の歯部３０、３０の一方の歯部３０から固定子ヨーク部５０を介して他方の歯部３０を経る磁気回路の総磁気抵抗２Ｒｋ（２Ｒｋ１）は、隣接する第一歯部３１、３１の回転子側の端部の側方突出縁部３１ａ、３１ａ間の磁気抵抗Ｒｊよりも小さい。このため回転子２の永久磁石Ｍからの磁束の大半は、隣り合う一対の歯部３０、３０の一方の歯部３０から固定子ヨーク部５０を介して他方の歯部３０を経る磁気回路を通過する。

一方、図５Ｂに示すように、可動分割歯部としての第二歯部３２が第一歯部３１に対して相対移動して第二位置にある状態においては、第一歯部３１と第二歯部３２との間の磁気抵抗Ｒｋ（Ｒｋ２）が、隣接する第一歯部３１、３１の回転子側の端部の側方突出縁部３１ａ、３１ａ間の磁気抵抗Ｒｊよりも相対的に大きくなる（Ｒｊ＜２Ｒｋ（Ｒｋ２））。従って、隣り合う一対の歯部３０、３０の一方の歯部３０から固定子ヨーク部側の端部を経て他方の歯部３０の固定子ヨーク部側の端部に至る磁気回路の総磁気抵抗２Ｒｋ（２Ｒｋ２）は、隣接する第一歯部３１、３１の側方突出縁部３１ａ、３１ａ間の磁気抵抗Ｒｊよりも大きくなる。従って、回転子２の永久磁石Ｍからの磁束は、隣り合う第一歯部３１、３１の一方の回転子側の端部、同回転子側の端部の側方突出縁部３１ａ、隣り合う第一歯部３１の他方の側方突出縁部３１ａ、同側方突出縁部３１ａの回転子側の端部を経る磁気回路を通過する。

このように可動分割歯部としての第二歯部３２を第一歯部３１に対して相対移動させることにより、主たる磁束の流れを変更することができる。

図５Ａに示すように、第一歯部３１と第二歯部３２とが半径方向に一致して正対する第一位置にある状態においては、上述のとおり、回転子２の永久磁石Ｍからの磁束の大半は、隣り合う一対の歯部３０、３０の一方の歯部３０から固定子ヨーク部５０を介して他方の歯部３０を経る磁気回路を通過する。従って、この第一位置の状態のままで、回転子２の回転数が上昇すると、永久磁石Ｍの磁束の大半が巻線４０を横切ることになるため、巻線４０に大きな誘起電圧が発生する。従って、第一位置の状態においては、回転子２をある一定速度を超えて高速回転させることができない。

これに対して、図５Ｂに示すように、第二歯部３２が第一歯部３１に対して相対移動して第二位置にある状態においては、隣接する永久磁石Ｍ、Ｍの一方の磁極から出た磁束は、隣り合う第一歯部３１、３１の一方の回転子側の端部、同回転子側の端部の側方突出縁部３１ａ、隣り合う第一歯部３１の他方の側方突出縁部３１ａ、同側方突出縁部３１ａの回転子側の端部を経る経路を主たる経路とする磁気回路を通過する。このように、永久磁石Ｍの磁束の大半が隣接する第一歯部３１の側方突出縁部３１ａ、３１ａ間の磁気抵抗Ｒｊを通過することになるため、巻線４０を横切る磁束が少なくなって同巻線４０に誘起される誘起電圧が大幅に抑制される。従って、回転子２の回転数の上限値を上昇させることができるものである。

ところで、本件発明者は、第二歯部３２が第一歯部３１に対して相対移動して第二位置にある状態において、永久磁石Ｍの磁束は、その全てが隣接する第一歯部３１、３１の側方突出縁部３１ａ、３１ａ間の磁気抵抗Ｒｊを通過するものではなく、磁束の一部が漏れ磁束として、隣接する第一歯部３１、３１の回転子側の端部間以外の部分、即ち隣接する歯部相互間をも通過し、この漏れ磁束により巻線４０に発生する誘起電圧が回転子２の回転数の上限値の上昇を妨げていることを知見した。従来は、前述したとおり、歯部３０の周囲の巻線配置可能領域内においてその回転子側の端部からその反対側の端部に至るまでの範囲に、できるだけ多くの巻線を配置して巻線占積率を向上させることが好ましいと考えられていたのである。

しかしながら、本件発明者は、歯部の周囲の巻線配置可能領域Ａ内における特に回転子側の端部の領域に巻かれた巻線４０に鎖交する漏れ磁束による影響が無視できないことを知見するに至り、巻線配置を工夫するに至ったのである。特に、永久磁石Ｍとして、例えばネオジム磁石のように強力な磁力を発生させるものを用いた場合には、回転子側の端部の領域に巻かれた巻線に鎖交する漏れ磁束も大きくなり、その影響が大きくなる。従って、そのような場合に本発明は特に顕著な効果を奏するものである。

上述のように定義した通電巻線占積率が、第二領域Ａ２より前記第一領域Ａ１の方が相対的に小さくなるように設定する具体的な方法としては、例えば、図４および図５に示すように、前記巻線４０を、歯部３０に対して前記固定子ヨーク部側にシフトした状態で形成して、回転子側の端部の所定の領域に巻線が形成されないようにする方法を採用することができる。この場合、巻線の形成されていない部分に巻線固定部材Ｆを設けるようにしても良い（図５Ａ参照）。更には、前述したように巻線４０を含む第一歯部３１を樹脂モールドで筒状に成形しても良い。

上述のように、第二歯部３２が第一歯部３１に対して相対移動して第二位置にある状態において、隣接する第一歯部３１、３１の間の漏れ磁束は、回転子側の端部の方が固定子ヨーク部５０側よりも多いものである。従って、前記通電巻線占積率が第二領域Ａ２より前記第一領域Ａ１の方が相対的に小さくなるように、巻線４０を配置することによって、第一領域Ａ１に存在する通電巻線４０Ｅが誘起する誘起電圧（逆起電力）を抑制することができる。従って、第二歯部３２の第一歯部３１に対する相対位置を制御することにより、巻線４０に誘起される誘起電圧（逆起電力）の大きさを制御することができ、ひいては誘起電圧（逆起電力）の大きさで定まる回転子２の最高回転速度を上昇させることができる。

このように第二歯部３２の第一歯部３１に対する位置制御で最高回転速度を上昇させて運転可能領域を拡大することができるので、弱め界磁制御の場合のように逆起電力抑制のために電力を供給する必要もない。よって、モータ全体としての消費電力を抑制することができる。

この発明においては、上記第二歯部３２の第一歯部３１に対する位置制御は、図５Ａに示す第一歯部３１と第二歯部３２とが正対する第一位置と、図５Ｂに示す第二歯部３２が第一歯部３１に対して相対移動した第二位置とを二者択一的に切り替えるように制御する場合に限定されるものではない。即ち、第一位置と第二位置との間で連続的または不連続的に第二歯部３２を第一歯部３１に対して相対移動するように制御する場合も含むものであり、このような連続的または不連続的な制御によって、回転数に応じて最も効率の良い状態でモータの性能を発揮することができる。

また、この実施形態においては、上記第二歯部３２の第一歯部３１に対する位置制御のみを行う場合について説明した。しかし、本発明は、言うまでもなく、上記位置制御と従来既知の弱め界磁制御との併用を妨げるものではない。

（第２実施形態）
図６Ａおよび図６Ｂは、この発明に係る第２実施形態にかかる電動モータにおける巻線部分近傍を拡大して示す、図５Ａおよび図５Ｂに対応する断面図である。この第２実施形態においては、巻線４０は、前記巻線配置可能領域Ａのうちの第一歯部３１に対応する領域に、第一歯部３１の回転子側の端部からその反対側の端部に向かうに従って巻数が漸次増大するように形成することによって巻線の占積率を変更している。

この実施形態においても、巻線４０は、図６Ａに示すように、第一歯部３１と第二歯部３２とが半径方向に一致して正対した第一位置において、その巻線４０の全ての部分が通電されて磁界を発生する通電巻線４０Ｅを構成するものとなされている。一方、図６Ｂに示すように、可動分割歯部としての第二歯部３２が移動して隣接する一対の第一歯部３１、３１間に配置された第二位置においても、その巻線４０の全ての部分が通電されて磁界を発生する通電巻線４０Ｅを構成するものとなされている。従って、この実施形態においては、第一位置における通電巻線４０Ｅと第二位置における通電巻線４０Ｅとは一致している。

図６Ｂに示すように、前記可動分割歯部３２が他の分割歯部３１に対して相対移動して両分割歯部３１、３２で構成される磁路の磁気抵抗Ｒｋ（Ｒｋ２）が大きい状態である前記第二位置にある場合において、前記巻線配置可能領域Ａ内における、第二位置において通電される通電巻線４０Ｅの固定子ヨーク部側端Ａoutから前記巻線配置可能領域Ａの回転子側端Ａinまでの領域を、前記歯部３０における前記分割歯部３１、３２の並び方向の中間位置を境にして、二点鎖線で示すように、前記回転子側に位置する第一領域Ａ１と前記固定子ヨーク部側に位置する第二領域Ａ２とに分ける。

前記第一領域Ａ１の断面積ＳＡ１に対する、該第一領域Ａ１に存在する前記通電巻線４０Ｅの実際の巻線総断面積Ｓ４０Ｅの比で定義される通電巻線占積率が、第二領域Ａ２の断面積ＳＡ２に対する、第二領域Ａ２に存在する前記通電巻線４０Ｅの実際の巻線総断面積Ｓ４０Ｅの比で定義される通電巻線占積率より相対的に小さく設定されている。

従って、この実施形態においても、第１実施形態の場合と同様に、第二歯部３２の第一歯部３１に対する位置制御で最高回転速度を上昇させて運転可能領域を拡大することができる。
他の構成および作用効果については、第一実施形態と同様であるので、対応箇所に同一符号を付してその説明を省略する。

（第３実施形態）
図７Ａおよび図７Ｂは、この発明に係る第３実施形態の電動モータにおける巻線部分近傍を拡大して示す、図５Ａおよび図５Ｂに対応する断面図である。この実施形態においては、巻線４０は、前記巻線配置可能領域Ａの回転子側端から第一歯部３１の固定子ヨーク部側端に至る範囲において巻数４０が可及的多く配置されている。

しかしながら、この実施形態は、前記実施形態とは異なって、巻線４０が、回転子端部側の第一巻線４０Ａと、固定子ヨーク部側の第二巻線４０Ｂとの２種類の巻線で構成されている。図７Ａに示す第一位置の状態においては、これら第一巻線４０Ａおよび第二巻線４０Ｂが共に通電されるようになされている。一方、図７Ｂに示す第二位置の状態においては、固定子ヨーク部側に位置する第二巻線４０Ｂは、通電される通電巻線４０Ｅを構成するが、回転子端部側に位置する第一巻線４０Ａは、通電されない非通電巻線を構成するものとなされている。

このように第一巻線４０Ａは、図示しない制御回路によって、所定のタイミングで、通電状態と非通電状態とに切り替え可能となされている。而して、図７Ｂに示すように、可動分割歯部としての第二歯部３２が第一歯部３１に対して相対移動して第二位置にある状態においては、前記通電巻線占積率が、第二領域Ａ２より前記第一領域Ａ１の方が相対的に小さくなる。このように巻線を複数の巻線で構成し、可動分割歯部と他の分割歯部との相対位置に応じて通電する巻線を選択することにより、前記通電巻線占積率を任意に変更することができ、回転子の高速回転時における逆起電力の発生を低減することができるものである。

この実施形態においては、巻線４０として、回転子端部側の第一巻線４０Ａと、固定子ヨーク部側の第二巻線４０Ｂとの２種類の巻線で構成されたものを例示したが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、巻線４０を、３あるいはそれ以上の巻線で構成しても良い。この場合、通電すべき巻線を適宜選択することによって任意に前記通電巻線占積率をより細かく設定することができる。
他の構成および作用効果については、第一実施形態と同様であるので、対応箇所に同一符号を付してその説明を省略する。

（第４実施形態）
図８Ａおよび図８Ｂは、この発明に係る第４実施形態の電動モータを示すものであり、図４Ａに対応する概略断面図である。前記第１ないし第３実施形態においては、回転子２が固定子３の内側に配置されているが、この第４実施形態にあっては回転子２が固定子３の外側に配置されている点が異なる。

図８Ａおよび図８Ｂには、各部の構成を第１実施形態と比較して分かり易く示すために、同一機能を果たす構成部分には、第１実施形態と同一の符号を付している。

これらの図に示すように、このラジアルギャップ型電動モータは、回転中心（図では１００）を中心に回転する円筒状の回転子２を備えており、その円筒状回転子２の内周面に周方向に複数個の永久磁石片Ｍが固定されている。前記回転子２の内側には、前記永久磁石片Ｍと所定の間隙を隔てて対向して複数の歯部３０が周方向に並んで配置されている。この歯部３０も前記各実施形態の場合と同様に、半径方向において分割されており、回転子側に位置する第一歯部３１と、その反対側に位置する第二歯部３２とを有する。第二歯部３２は固定子本体５０に一体形成されたものである。

上記電動モータにおいても、第二歯部３２が第一歯部３１に対して周方向に相対移動自在となされている。また、第一歯部３１の周囲には、巻線４０が配置されている。この巻線４０は、固定子ヨーク部５０側に寄せた状態で配置されている。また、この実施形態においても、本件発明で定義される第一領域Ａ１の断面積ＳＡ１に対する、該第一領域Ａ１に存在する前記通電巻線４０Ｅの実際の巻線総断面積Ｓ４０Ｅの比で定義される通電巻線占積率が、第二領域Ａ２の断面積ＳＡ２に対する、第二領域Ａ２に存在する前記通電巻線４０Ｅの実際の巻線総断面積Ｓ４０Ｅの比で定義される通電巻線占積率より相対的に小さく設定されている。

従って、この実施形態においても、前記各実施形態の場合と同様に、第二歯部３２の第一歯部３１に対する位置制御で最高回転速度を上昇させて運転可能領域を拡大することができる。他の構成および作用効果については、第一実施形態と同様であるので、対応箇所に同一符号を付してその説明を省略する。

（第５実施形態）
図９は、この発明に係る第５実施形態の電動モータの概略構成を示す斜視図である。この第５実施形態に係る電動モータは、アキシャルギャップ型の電動モータである。固定子巻線を有する固定子１０３と、その固定子の軸方向に間隙を隔てて配置された、永久磁石Ｍを有する円板状の回転子１０２とを備えたものである。

前記回転子１０２は、回転軸１０１を中心に回転するように構成されている。一方、前記固定子１０３は、前記回転子１０２の一側面側に間隙を隔てて対向するように、周方向に所定の間隔で配置された複数の歯部１３０を有する。この各歯部１３０は、軸方向に、回転子１０２に近い方の第一歯部１３１とその反対側の第二歯部１３２とに分割されている。また固定子１０３は、前記各第二歯部１３２を一側面側に固定した円盤状の固定子ヨーク部１５０を備えている。この固定子ヨーク部１５０は、第二歯部１３２と共に、前記第一歯部１３１に対して周方向に相対移動自在となされている。前記固定子ヨーク部１５０はその周縁の一部に複数の歯を有するギア部１５１を有する。

また、この電動モータは、駆動モータ１０４ａ、および複数のギアからなる減速機構１０４ｂを有する回動機構１０４を備えており、該減速機構１０４ｂのギア１０４ｃが前記ギア部１５１に噛み合うように配置されている。駆動モータ１０４ａは、電源ＰによりコントローラＣを介して正逆方向に回転駆動自在となされている。そして、駆動モータ１０４ａが回転駆動されることによって、その回転力が減速機構１０４ｂを介してギア１０４ｃに伝えられ、これに噛み合ったギア部１５１に伝達される。よって、固定子ヨーク部１５０、ひいては第二歯部１３２が第一歯部１３１に対して相対移動されるようになされている。

この実施形態においても、前記各実施例と同様に、第一歯部と第二歯部との間の磁気抵抗が最小となる磁気抵抗最小位置（第一位置）と、最大となる磁気抵抗最大位置（第二位置）との間で、第二歯部１３２が第一歯部１３１に対して相対移動自在となされている。

前記第一歯部１３１には、巻線１４０が配置されており、この巻線１４０は、第一歯部１３１の回転子側の端部から所定距離隔てた位置にシフトした状態（図面では下方に偏在した状態）で、第一歯部１３１に配置されている。従って、この実施形態においても、前記各実施形態で説明したように、第一領域Ａ１の断面積ＳＡ１に対する、該第一領域Ａ１に存在する通電巻線４０Ｅの実際の巻線総断面積Ｓ４０Ｅの比で定義される通電巻線占積率が、第二領域Ａ２の断面積ＳＡ２に対する、第二領域Ａ２に存在する通電巻線４０Ｅの実際の巻線総断面積Ｓ４０Ｅの比で定義される通電巻線占積率より相対的に小さく設定されている。

従って、この実施形態においても、前記各実施形態の場合と同様に、第二歯部１３２の第一歯部１３１に対する位置制御で最高回転速度を上昇させて運転可能領域を拡大することができる。
他の構成および作用効果については、前記各実施形態と同様であるので、対応箇所に対応符号を付してその説明を省略する。

なお、前記各実施形態においては、巻線４０、１４０を第一歯部３１、１３１の周囲のみに配置したものを例示して説明したが、勿論、第二歯部３２、１３２にも巻線を配置したものであっても良い。

ここに用いられた用語及び表現は、説明のために用いられたものであって限定的に解釈するために用いられたものではなく、ここに示され且つ述べられた特徴事項の如何なる均等物をも排除するものではなく、この発明のクレームされた範囲内における各種変形をも許容するものであると認識されなければならない。

本発明は、多くの異なった形態で具現化され得るものであるが、この開示は本発明の原理の実施例を提供するものと見なされるべきであって、それら実施例は、本発明をここに記載しかつ／または図示した好ましい実施形態に限定することを意図するものではないという了解のもとで、多くの図示実施形態がここに記載されている。

本発明の図示実施形態を幾つかここに記載したが、本発明は、ここに記載した各種の好ましい実施形態に限定されるものではなく、この開示に基づいていわゆる当業者によって認識され得る、均等な要素、修正、削除、組み合わせ（例えば、各種実施形態に跨る特徴の組み合わせ）、改良及び／又は変更を有するありとあらゆる実施形態をも包含するものである。クレームの限定事項はそのクレームで用いられた用語に基づいて広く解釈されるべきであり、本明細書あるいは本願のプロセキューション中に記載された実施例に限定されるべきではなく、そのような実施例は非排他的であると解釈されるべきである。例えば、この開示において、「好ましくは」という用語は非排他的なものであって、「好ましいがこれに限定されるものではない」ということを意味するものである。

この発明にかかる回転電気機械は、例えば電動二輪車等の車輌や各種電気機械における駆動源用の電動モータとして好適に用いられる。

１ 回転軸
２ 回転子
３ 固定子
４ 回動機構
３０ 歯部
３１ 第一歯部（分割歯部）
３２ 第二歯部（分割可動歯部）
４０ 巻線
４０Ｅ 通電巻線
５０ 固定子ヨーク部
５１ ギア部
１０１ 回転軸
１０２ 回転子
１０３ 固定子
１０４ 回動機構
１３０ 歯部
１３１ 第一歯部（分割歯部）
１３２ 第二歯部（分割可動歯部）
１４０ 巻線
１５０ 固定子ヨーク部
１５１ ギア部
Ａ 巻線配置可能領域
Ａ１ 第一領域
Ａ２ 第二領域
Ａｏｕｔ 通電巻線の固定子ヨーク部側端
Ａｉｎ 巻線配置可能領域の回転子側端
Ｃ コントローラ
Ｅ 電気製品
Ｆ 巻線固定部材
Ｍ 永久磁石
Ｐ 電源
Ｒ 回転電気機械（電動モータ）
ＳＡ１ 第一領域の断面積
ＳＡ２ 第二領域の断面積
Ｖ 車両（電動自動二輪車）

Claims (15)

1. 永久磁石を備え、回転軸を中心に回転する回転子と、
   前記回転子に間隙を隔てて対向するように配置された固定子とを備え、
   前記固定子は、
   前記回転子に対して前記間隙を介して配置された歯部を有し、
   前記歯部は、その回転子側の端部から反対側の端部に至る方向に複数個に分割され、前記回転子に前記間隙を介して対向するように配置された第一歯部と、前記反対側端部に配置された第二歯部とを含む複数の分割歯部を有するものとなされ、
   前記固定子は、更に、前記第二歯部が設けられた固定子ヨーク部と、前記歯部と前記固定子ヨーク部とで囲まれた巻線配置可能領域内にその少なくとも一部を占めるように配置された１または複数の巻線とを有し、
   前記歯部における前記複数の分割歯部のうちの少なくともいずれか１の分割歯部が、他の分割歯部に対して相対移動自在な可動分割歯部を構成し、
   前記可動分割歯部は、前記歯部における前記分割歯部で構成される磁路の磁気抵抗が小さい第一位置と、該第一位置における前記磁気抵抗よりも相対的に磁気抵抗が大きい第二位置との間で相対移動自在となされ、
   前記１または複数の巻線は、少なくとも前記可動分割歯部が前記第二位置に配置された状態で通電される通電巻線を有し、
   前記巻線配置可能領域における、前記通電巻線の固定子ヨーク部側端から前記巻線配置可能領域の回転子側端までの領域が、前記歯部における前記分割歯部の並び方向の中間位置を境にして前記回転子側に位置する第一領域と前記固定子ヨーク部側に位置する第二領域とに分けられ、
   前記第一領域の断面積に対する、該第一領域内に存在する前記通電巻線の実際の巻線総断面積の比で定義される通電巻線占積率が、前記第二領域の断面積に対する、該第二領域内に存在する前記通電巻線の実際の巻線総断面積の比で定義される通電巻線占積率より相対的に小さく設定されていることを特徴とする回転電気機械。
2. 前記通電巻線の前記回転子側端が、前記巻線配置可能領域の前記回転子側端から前記固定子側に所定距離隔てた位置に配置され、前記巻線配置可能領域における前記回転子側の所定の領域に前記通電巻線が形成されていない、請求項１に記載の回転電気機械。
3. 前記通電巻線の前記回転子側端と、前記巻線配置可能領域の前記回転子側端との間に、前記巻線を固定する巻線固定部材が設けられている、請求項１又は２に記載の回転電気機械。
4. 前記１又は複数の巻線は、前記固定子ヨーク部側に偏在させた状態で配置されている、請求項１ないし３のいずれか１つの請求項に記載の回転電気機械。
5. 前記１又は複数の巻線は、前記巻線配置可能領域において前記回転子側端から前記固定子ヨーク部側端に向かうに従って巻数が増大するように形成されている、請求項１ないし４のいずれか１つの請求項に記載の回転電気機械。
6. 前記回転子は、円柱状の回転子本体と、該回転子本体の外周縁部に配置された前記永久磁石とを備え、
   前記固定子は、前記第一歯部を有する円筒状の第一固定子部と、前記第二歯部と前記固定子ヨーク部とを有し、前記第一固定子部の外側に配置された円筒状の第二固定子部と、前記歯部の周囲に形成された巻線配置可能領域内に、その少なくとも一部を占めるように配置された前記１または複数の巻線とを備え、
   前記第二固定子が前記第一固定子に対してこれら固定子の周方向に相対移動自在となされている、請求項１ないし５のいずれか１つの請求項に記載の回転電気機械。
7. 前記回転子は、回転軸を中心に回転可能となされた円板状の回転子本体と、該回転子本体の片面に配置された前記永久磁石とを備え、
   前記固定子は、前記回転子本体に対して前記回転軸の軸方向に対向配置されている、請求項１ないし５のいずれか１つの請求項に記載の回転電気機械。
8. 前記回転子は、前記回転子本体の外周縁部に複数個の前記永久磁石が周方向に沿って所定間隔を隔てて埋め込み状態に配置されている、請求項１ないし６のいずれか１つの請求項に記載の回転電気機械。
9. 前記回転子は、前記回転子本体の片面に複数個の前記永久磁石が周方向に沿って所定間隔を隔てて外部露出状態に配置されている、請求項７に記載の回転電気機械。
10. 前記複数の永久磁石は、ネオジム磁石である、請求項１ないし９のいずれか１の請求項に記載の回転電気機械。
11. 前記第一歯部は、胴部と、該胴部の回転子側の端部における前記回転子の周方向の両側に側方突出状に延びた一対の側方突出縁部とを備えている、請求項１ないし１０のいずれか１の請求項に記載の回転電気機械。
12. 前記可動分割歯部が前記第一位置に配置された状態で、隣接する一対の歯部の一方の歯部の前記回転子側端部から前記固定子ヨーク部を介して前記隣接する一対の歯部の他方の歯部の前記回転子側端部に至る磁気抵抗が、前記隣接する一対の歯部の隣接する一対の側方突出縁部間の磁気抵抗よりも小さくなるように設定される一方、
    前記可動分割歯部が前記第二位置に配置された状態で、隣接する一対の歯部の一方の歯部の前記回転子側端部から同歯部の固定子ヨーク部側を介して前記隣接する一対の歯部の他方の歯部の前記回転子側端部に至る磁気抵抗が、前記隣接する一対の歯部の隣接する一対の側方突出縁部間の磁気抵抗よりも大きくなるように設定されている、請求項１ないし１１のいずれか１つの請求項に記載の回転電気機械。
13. 前記固定子は、前記固定子の周方向に沿って所定間隔で配置された複数の前記歯部を有しており、
    前記複数の前記歯部の回転子側の端部は、前記固定子の周方向において互いに離れている、請求項１ないし１２のいずれか１つの請求項に記載の回転電気機械。
14. 請求項１ないし１３のいずれか１つの請求項に記載の回転電気機械を備えた乗り物。
15. 請求項１ないし１３のいずれか１つの請求項に記載の回転電気機械を備えた電気製品。

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