JP2007068389A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な作業でロータの界磁用磁石とステータの離間距離を正確に設定することが出来る回転電機を提供する。
【解決手段】回転電機２０は、クランクシャフト５１の軸線周りに回転可能なフライホイール５６に対して軸線周りの相対的な回転が不能に取り付けられるロータ２１と、ロータ２１に対向配置され、ケースカバー１９に対して軸線周りの相対的な回転が不能に取り付けられるステータ３０と、を含み、ロータ２１又はステータ３０のいずれか一方は、それが取り付けられるフライホイール５６あるいはケースカバー１９に対して、軸線の方向への移動が不能に取り付けられ、他方は軸線の方向への移動が可能に取り付けられ、ステータ３０は、ステータ３０とロータ２１との離間距離が一定となるように、ロータ２１を支持する支持部を備えることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は回転電機、及び回転電機を取り付けたエンジン、回転電機を搭載した車両に関し、特に回転電機の取付構造、及び、当該回転電機の取付構造により回転電機を取り付けたエンジン及び車両に関する。

従来、自動二輪車をはじめとする鞍乗型車両において、エンジンの駆動力を補助するために駆動したり、単体で駆動したりする回転電機を搭載する車両が開発されている（例えば、特許文献１参照）。このような鞍乗型車両で使用される回転電機の一つに、アキシャルギャップ型の回転電機、すなわち軸線方向にロータとステータが離れて配置される形式の回転電機がある。アキシャルギャップ型回転電機は、界磁用磁石が接合された円盤状のロータと、当該ロータに対して軸線方向に対向しコイルが巻回されるステータとを有している。そして、ロータは一般的には回転軸自体や該回転軸とともに回転するよう固定されたフライホイール等の各種回転部材に固定されている。一方、ステータはケースなどの固定部材に固定されている。また、アキシャルギャップ型回転電機の他の例として、ステータが固定部材に固定される一方で、その出力特性を変化させるために、ロータとステータの相対位置を変化させる機構を備えるものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

このようなアキシャルギャップ型回転電機の出力特性は、ロータとステータの離間距離に大きく影響される。すなわち、ロータとステータの離間距離は、ロータの界磁用磁石とステータとの間に生じる磁束量に大きく作用し、回転電機の最高回転速度や最大トルクに大きな影響を与える。従って、ロータとステータの離間距離は、組み立て工程等において正確に設定される必要がある。
特開２０００−０１３９１３号公報 国際公開第２００４／０８８８２６号パンフレット

ところが、従来の回転電機では、ロータとステータがそれぞれ回転部材と固定部材とに固定されている。そのため、ロータの界磁用磁石とステータの離間距離は、固定部材の形状や回転部材の位置によって影響を受け、正確に設定するのは困難であった。また、ロータとステータの相対位置を変化させる回転電機においても、ロータは高速で回転しており、ロータとステータの離間距離を正確に設定することは困難であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡易な作業でロータの界磁用磁石とステータの離間距離を正確に設定することが出来る回転電機、当該回転電機を取り付けたエンジン及び車両を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る回転電機は、軸線周りに回転可能な回転部材に対して少なくとも前記軸線周りの相対的回転が不能に取り付けられ、該回転部材とともに前記軸線周りに回転するロータと、前記ロータに対して前記軸線の方向に対向配置され、固定部材に対して少なくとも前記軸線周りの相対的回転が不能に取り付けられるステータと、を含み、前記ロータ又は前記ステータのいずれか一方は、それが取り付けられる前記回転部材又は前記固定部材に対して、前記軸線方向への移動が不能に取り付けられ、他方は、前記軸線方向への移動が可能に取り付けられ、前記ステータの前記ロータに対向する対向面には、磁束発生手段が埋設される円環状の磁束発生領域が設けられ、前記ステータは、前記磁束発生領域に対向する前記ロータの対向面と前記磁束発生領域との離間距離が一定となるように、前記ロータを支持する支持部を備えることを特徴とする。

ここで、回転部材は、例えば、クランクシャフトや、フライホイール、クラッチハウジング、無段変速機のシーブなど、軸線周りに回転する部材である。また、固定部材は、回転電機を覆うカバーや、クランクケース、エンジンから後車輪に至る駆動力伝達機構、例えば、チェーンやベルト、シャフトを覆う伝動ケース、などである。

本発明によれば、回転部材や固定部材の形状、位置に多少の誤差があった場合でも、ロータとステータの離間距離は正確に設定される。なお、ロータとステータは、いずれか一方が界磁用磁石を備え、他方がコイルなどを備えるものである。また磁束発生手段は、コイルや界磁用磁石などである。

また、本発明の一態様では、前記ロータ又は前記ステータのうち、前記他方は、それが取り付けられる前記回転部材又は前記固定部材に対して、スライド手段により前記軸線方向への移動が可能に取り付けられ、前記スライド手段は、前記回転部材又は前記固定部材に形成され、前記軸線方向に延伸する係合部と、前記ロータ又は前記ステータに形成され、前記係合部に係合し、該係合部に沿って前記軸線方向にスライドする被係合部と、を含むことを特徴とする。この態様によれば、回転部材や固定部材の形状、位置に多少の誤差があった場合でも、ロータとステータの離間距離は正確に設定される。なお、ここで係合部は、例えば軸線方向に延伸する凹状部や挿通孔などであり、被係合部は、例えば凸状に形成されるピンや、ボルト、樹脂や金属等により凸状に成形されている部位である。

また、本発明の一態様では、前記ステータの前記支持部は、前記ロータと直接的に又は間接的に接して、当該ロータを回動可能に支持することを特徴とする。この態様によれば、回転部材や固定部材の形状、位置に多少の誤差があった場合でも、ロータとステータの離間距離を正確に設定することができる。

また、この態様では、前記ステータの前記支持部は、軸受けを介して、前記ロータを回動可能に支持してもよい。この態様によれば、ロータはステータに対して円滑に相対的な回転が可能に支持される。

また、この態様では、前記ステータは、前記磁束発生領域を有する前記対向面を有し、前記ロータに対向する断面円環状のロータ対向部を有し、前記支持部は、前記ロータ対向部の内周面又は外周面に設けられるようにしてもよい。ロータ対向部の磁束発生領域には発生磁束発生手段が埋設されている。そのため、ロータ対向部は、軸線方向の幅を有する内周面及び外周面を有している。この態様によれば、ロータ対向部の内周面又は外周面に、すなわち磁束発生領域から軸線方向に離間した位置に支持部が形成され、この支持部がロータを支持するので、磁束発生領域とロータとの離間距離が小さく設定される。

また、この態様では、前記ステータの前記支持部又は前記軸受けに接する前記ロータの被支持部の少なくとも一方は、樹脂により成形されてもよい。ロータ又はステータは、コイルや、鉄心からなるティース、界磁用磁石などを備える。軸受けがこれらの部材に直接的に接することなく、樹脂により形成される部位に接することにより、軸受けの磨耗等が抑制される。

本発明に係るエンジンは、上記いずれかの回転電機に連結することを特徴とする。上記いずれかの回転電機は、ロータとステータの離間距離が正確に設定されているので、その出力特性を正確に制御することができる。そのため、回転電機によりエンジンの駆動をアシストする場合には、アシスト制御を正確に行うことが出来る。

本発明に係る車両は、上記いずれかに記載の回転電機を備えることを特徴とする。上記いずれかの回転電機は、ロータとステータの離間距離が正確に設定されているので、その出力特性を正確に制御することができる。そのため、上記回転電機を駆動させて車両を走行させる場合には、車両の走行制御を正確に行うことが出来る。なお、車両とは、例えば、自動二輪車（電動機付き自転車（モータバイク）・スクータを含む）、四輪バギー（全地形型車両）、スノーモービル、２人乃至４人乗り用の四輪バギー（全地形型車両）等を含む。

以下、本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る回転電機を搭載した自動二輪車１の側面図であり、図２は、当該自動二輪車１後部の側面図であり、図３は、図２のIII−III線断面図であり、図４は、図３に示す回転電機２０の拡大図であり、図５は、回転電機２０のロータ２５がクランクシャフト５１の軸線方向にスライド移動可能であることを示す図であり、図６は回転電機２０の概略の分解斜視図である。なお、図２においては消音器及び車体カバーなどの記載を省略している。

図１に示すように、自動二輪車１は、車体前方下部に前車輪３を備え、前車輪３はフロントフォーク５の下端部にて回転可能に軸支されている。フロントフォーク５の上端部には上方に延伸するステアリング軸７が連結されている。ステアリング軸７の上端部には車幅方向に延伸するハンドル９が取り付けられている。ハンドル９の両端部にはグリップ１１が取り付けられている。ステアリング軸７の中央部には、車体フレーム１０が取り付けられている。

車体フレーム１０は、車体後部に向けて斜め下方に延伸した後、屈曲し水平に延伸している。その後、さらに屈曲して、真っ直ぐに延伸している。車体フレーム１０の後部上方にはシート１３が配置されている。車体フレーム１０の後端部にはリヤサスペンション１５の上端部が接続されている。リヤサスペンション１５の下端部は、リヤアーム１６の後端部１６ａに接続されている（図２参照）。リヤアーム１６は、後車輪１７を回転可能に支持している。後車輪１７は、ベルト式無段変速機などの駆動力伝達機構を介してエンジン５０の駆動力が伝達されて回転駆動する。エンジン５０は車体フレーム１０の中央部下方に配置されている。

エンジン５０の中心部にはシリンダ５０ａが備えられ、当該シリンダ５０ａにはピストン５０ｂが収容されている。ピストン５０ｂにはコンロッド５０ｃの上端部が取り付けられ、コンロッド５０ｃの下端部にはクランクシャフト５１が取り付けられている。

エンジン５０の車幅方向外側（図３に示すαの方向）には回転電機２０が配置されている。回転電機２０はクランクシャフト５１に取り付けられている（図３参照）。この回転電機２０は、エンジン５０の駆動力をアシストして車両を走行させたり、単体で車両を走行させたりすることができる。また、回転電機２０は、バッテリ（不図示）の蓄電量が所定の値より低い場合などにおいては、発電機としても機能する。

図３又は図４に示すように、クランクシャフト５１は軸受け５２によって回転可能に支持されている。軸受け５２はクランクケース５０ｄを側方から覆うケースカバー１９に保持されている。また、クランクシャフト５１は、その中心側において、クランクケース５０ｄに保持されている含油軸受け５３により回転可能に支持される。クランクシャフト５１の端部５１ｃには、軸受け５２の車幅方向外側からシール部材５４が嵌められている。

クランクシャフト５１には、クランクシャフト５１の中心側（コンロッド５０ｃが連結される側）から端部５１ｃに向けて、順に始動用減速ギア６１と、ワンウェイクラッチ５５と、フライホイール５６と、回転電機２０とが取り付けられている。

まず、始動用減速ギア６１及びワンウェイクラッチ５５について説明する。セルモータ６０の出力軸にはギア６２が噛み合い、当該ギア６２には始動用減速ギア６１が噛み合っている。エンジン始動時には、始動用減速ギア６１はセルモータ６０の駆動力をワンウェイクラッチ５５に伝達する。ワンウェイクラッチ５５に伝達された駆動力は、当該ワンウェイクラッチ５５とともに回転するフライホイール５６を介してクランクシャフト５１へ伝達される。一方、エンジン５０の始動が終了した後にはセルモータ６０の駆動が停止するとともに、ワンウェイクラッチ５５は始動用減速ギア６１に対して独立して回転し、エンジン５０の駆動力はセルモータ６０へ伝達されないようになっている。なお、始動用減速ギア６１は、クランクシャフト５１に対しては空転するようになっている。

次に、フライホイール５６（回転部材）について説明する。フライホイール５６は円盤状の円盤部５６ａと、筒状の大径筒部５６ｂと、筒状の小径筒部５６ｃとを有している。円盤部５６ａの中心部にはクランクシャフト５１が挿通される挿通孔が設けられている。大径筒部５６ｂは、円盤部５６ａの外周の縁部からクランクシャフト５１の軸線方向（以下、回転軸方向とする）において回転電機２０側に立ち上がっている。小径筒部５６ｃは、円盤部５６ａの挿通孔の縁部から回転軸方向において回転電機２０に側に延伸している。

フライホール５６の円盤部５６ａにおける所定半径の位置には、周方向に複数のボルト締め用の孔が形成されている。ワンウェイクラッチ５５には、円盤部５６ａの孔に対応する位置に、ボルト締め用のボルト孔が形成されている。円盤部５６ａの孔とワンウェイクラッチ５５のボルト孔とがボルト締めされて、フライホイール５６はワンウェイクラッチ５５に固定されている。

フライホイール５６の小径筒部５６ｃの内周面には回転軸方向に直線状に延伸する溝状の凹状部５６ｄが形成されている。一方、クランクシャフト５１の側周面には、フライホイール５６の内周面に対向する位置に、当該側周面を半円形状に掘るようにして形成される凹部が形成されている。この凹部には、その形状に相応する係合部材６５が嵌められている。係合部材６５の縁部はクランクシャフト５１の側周面から突出しており、小径筒部５６ｃの凹状部５６ｄと係合している。このように、係合部材６５がフライホイール５６とクランクシャフト５１の双方に係合することにより、フライホイール５６はクランクシャフト５１とともに回転することが出来る。

また、フライホイール５６の小径筒部５６ｃの内周面は、クランクシャフト５１の端部５１ｃに向かうにつれて径が小さくなっている。クランクシャフト５１には端部５１ｃに向かうにつれて径が小さくなるテーパ部５１ｂが設けられている。クランクシャフト５１がフライホイール５６の小径筒部５６ｃに嵌められて、テーパ部５１ｂの外周面にフライホイール５６の小径筒部５６ｃの内周面が接する。これにより、フライホイール５６がテーパ部５１ｂよりクランクシャフト５１の中心側に移動することが制限され、クランクシャフト５１の軸上でのフライホール５６の位置が決められている。クランクシャフト５１には端部５１ｃ側からナット５７が嵌められている。このナット５７はフライホイール５６をクランクシャフト５１の中心側に押圧し、テーパ部５１ｂの外周面にフライホイール５６の小径筒部５６ｃの内周面を圧接している。これにより、フライホイール５６はクランクシャフト５１に摩擦締結している。

フライホイール５６の大径筒部５６ｂの内周面には、回転軸方向に直線状に延伸する溝状の凹状部５６ｅが複数形成されている。これら凹状部５６ｅにヨーク２２が係合して、ロータ２１はフライホイール５６とともに回転する。なお、ヨーク２２とフライホイール５６の係合については、後において詳説する。

次に、回転電機２０について説明する。回転電機２０は、クランクシャフト５１の中心側から順にロータ２１と、ステータ２５とを備えている。ここでは、ステータ２５として、ロータ２１と対向配置される固定ステータ３０と、ロータ２１とは反対側において固定ステータ３０と対向配置される可動ステータ４０とを備えるものが採用されている。後述するように、この構成により、ステータ２５が発生する界磁を任意に変化させることができる。

ロータ２１は概略円盤状のヨーク２２と界磁用磁石２３とを備えている。ヨーク２２は円盤状の円盤部２２ａと、筒状の内筒部２２ｂとを有している。円盤部２２ａの中心部には、クランクシャフト５１が挿通される挿通孔が形成され、内筒部２２ｂは当該挿通孔の縁部から回転軸方向に固定ステータ３０側に向かって立設している。

内筒部２２ｂの内径は、フライホイール５６の小径筒部５６ｃの外径より僅かに大径に形成されており、内筒部２２ｂには、クランクシャフト５１とフライホイール５６の小径筒部５６ｃとが挿通されている。内筒部２２ｂの内周面と、フライホイール５６の小径筒部５６ｃの外周面との間には、２つの円環状の弾性部材５８，５８が嵌められている。この弾性部材５８，５８は、内筒部２２ｂの内周面とフライホイール５６の小径筒部５６ｃの外周面との間の隙間をシールして、例えば回転電機２０の駆動時にロータ２１が振動するのを抑制している。なお、複数の界磁用磁石２３は円環状に配置され、それぞれ円盤部２２ａの固定ステータ３０側の面に接合されている。

図４又は図５に示すように、ロータ２１は、回転軸方向への移動が可能となるようにフライホイール５６に取り付けられている。具体的には、ヨーク２２の円盤部２２ａの外径は、フライホイール５６の大径筒部５６ｂの内径と概ね等しくなるよう形成されている。円盤部２２ａの外周部には、フライホイール５６の凹状部５６ｅ（係合部）と同数の径方向外方に突出する凸状部２２ｃ（被係合部）が形成されている。凸状部２２ｃは凹状部５６ｅに係合して、当該凹状部５６ｅに沿って回転軸方向にスライド可能となっている。これにより、ロータ２１はフライホイール５６に対する相対的な回転が不能となりつつも、回転軸方向への移動は可能となるように、当該フライホイール５６に取り付けられている。なお、凹状部５６ｅは、大径筒部５６ｂの円盤部５６ａ側の端部５６ｈから、大径筒部５６ｂの回転電機２０側の端部５６ｇまで延伸している。これにより、当該端部５６ｇから、ワンウェイクラッチ５５にフライホイール５６を固定するボルトの頭部にあたらない範囲内で、ロータ２１は回転軸方向にスライド移動できる。

ここで、ステータ２５について説明する。上述したように、ステータ２５は固定ステータ３０と可動ステータ４０とを備えている。図３又は図４に示すように、固定ステータ３０は、鉄心で構成される複数の固定ティース３４を備えている。複数の固定ティース３４はクランクシャフト５１を囲むように円環状に配置されている。固定ティース３４のロータ２１側の端面３４ａ（磁束発生領域）は、ロータ２１の界磁用磁石２３に対向している。各固定ティース３４には、通電されると磁束を発生するコイル３１が巻回されている。これら複数の固定ティース３４とコイル３１は、潤滑剤を包含する樹脂からなる樹脂部３６によりモールドされている。この樹脂部３６はクランクシャフト５１の軸線を中心とするように円環状に形成されている。この樹脂部３６は複数のコイル３１からなるコイル群より径方向内方（複数のコイル３１よりクランクシャフト５１の軸線側）に略筒状の内周部３６ａを有している（図３参照）。また、樹脂部３６はコイル群の径方向外方には略筒状の外周部３６ｂを有している。

外周部３６ｂはケースカバー１９（固定部材）に固定されている。具体的には、筒状の外周部３６ｂはケースカバー１９側に向かって延びており、そのケースカバー１９側の縁部には複数の係止部３７が形成されている。係止部３７は、外周部３６ｂのケース１９側の縁部から径方向外方に立ち上がっている（図６参照）。各係止部３７にはボルト締め用の孔が形成されている。一方、ケースカバー１９には、係止部３７に対応する位置に、ボルト締め用のボルト孔５９が形成されている。係止部３７の孔とボルト孔５９とにボルトが嵌められることで、固定ステータ３０は、回転軸方向の移動及びクランクシャフト５１の軸線周り（以下、回転軸周りとする）の回転が不能となるように、ケースカバー１９に固定されている。

図４又は図６に示すように、固定ティース３４と内周部３６ａと外周部３６ｂは円環状のロータ対向部３２を構成している。このロータ対向部３２はロータ２１に対向し、クランクシャフト５１の軸線を囲むように形成されている（図４参照）。すなわち、固定ティース３４の端面３４ａと、外周部３６ｂのロータ２１側の端面はヨーク２２の円盤部２２ａと対向している。また、内周部３６ａはヨーク２２の内筒部２２ｂと対向している。このロータ対向部３２の内周面に軸受け６３が取り付けられ、ロータ対向部３２は軸受け６３を介してロータ２１を回転可能に支持している。

具体的には、内周部３６ａには軸受け支持部３６ｉが形成されている。この軸受け支持部３６ｉは、円環状の軸受け支持面３６ｃと、軸受け接触面３６ｊとを有している。軸受け支持面３６ｃは、ロータ２１に対向するように、クランクシャフト５１に対して垂直に形成され、内周部３６ａにおけるロータ２１側の端部と可動ステータ４０側の端部との中間位置近傍に位置している。軸受け接触面３６ｊは軸受け６３の外周面６３ａに接している。

また、ヨーク２２の内筒部２２ｂのクランクシャフト５１の端部５１ｃ側には、軸受け被支持部２２ｅが形成されている。この軸受け被支持部２２ｅは、円環状に形成される軸受け被支持面２２ｄと、筒状に形成される軸受け接触面２２ｆとを有している。軸受け被支持面２２ｄは、内筒部２２ｄの回転軸方向の中間位置近傍において、固定ステータ３０に対向するようにクランクシャフト５１に対して垂直に形成されている。軸受け接触面２２ｆは軸受け６３の内周面６３ｂに接している。

固定ステータ３０の軸受け支持面３６ｃとヨーク２２の軸受け被支持面２２ｄとの間には軸受け６３が配置されている。上述したように、ロータ２１は回転軸方向にスライド可能となっており、界磁用磁石２３の磁力により固定ステータ３０側に引き寄せられている。そして、軸受け支持面３６ｃは軸受け６３を介して軸受け被支持面２２ｄをクランクシャフト５１の中心側に押圧し、この吸引力（磁力）に抗してヨーク２２を支持している。これにより、界磁用磁石２３の固定ステータ３０に対向する対向面２３ａが、固定ティース３４の界磁用磁石２３に対向する端面３４ａから距離ｈだけ離間している。この距離ｈは、固定ステータ３０における軸受け支持面３６ｃの位置と、軸受け６３の回転軸方向の幅と、ヨーク２２における軸受け被支持面２２ｄの位置とによって決められる。

また、軸受け６３は、固定ステータ３０の軸受け接触面３６ｊと、ヨーク２２の軸受け接触面２２ｆの双方に接している。これにより、ヨーク２２は径方向に揺動することなく回転軸回りを回転し、ロータ対向部３２は軸受け６３を介してロータ２１を回動可能に支持している。なお、図６において、コイル３１及び固定ティース３４の記載は省略している。

固定ステータ３０の可動ステータ４０側の形状について説明する。固定ステータ３０が有する内周部３６ａの可動ステータ４０側には、円環状に形成される軸受け支持面３６ｆと、円環状に形成される凸状部３６ｇが形成されている。軸受け支持面３６ｆは可動ステータ４０に対向するようにクランクシャフト５１に対して垂直に形成されている。凸状部３６ｇは、軸受け支持面３６ｆの内周縁から可動ステータ４０側に立設している。この凸状部３６ｇの外周面には、軸受け６４の内周面が接している。軸受け支持面３６ｆは、軸受け６４を支持し、可動ステータ４０と固定ステータ３０との間に離間距離を確保している。軸受け支持面３６ｆによる離間距離の確保については後において詳説する。

可動ステータ４０は、上述したように、ロータ２１と反対側であって固定ステータ３０と対向して配置されている。この可動ステータ４０は、固定ティース３４と同数の可動ティース４１と、円環状の基台４２とを備えている。基台４２は、クランクシャフト５１の軸線を中心とする円環状に配置されるように可動ティース４１を支持している。基台４２と可動ティース４１は、潤滑剤を包含する樹脂からなる樹脂部４３によりモールドされている。樹脂部４３は、複数の可動ティース４１及び基台４２の径方向内方（クランクシャフト５１の軸線側）に、円環状の内周部４３ｅを有している。

この内周部４３ｅには、固定ステータ３０に対向するようにクランクシャフト５１に対して垂直に形成される軸受け支持面４３ａが設けられている。軸受け支持面４３ａが軸受け６４に支持されることで、可動ティース４１の端面４１ａは固定ティース３４の端面３４ｂから距離ｋだけ離間している。

具体的には、可動ティース４１は鉄心から構成されており、コイル３１の通電による磁力によって、固定ティース３４側へ吸引されている。軸受け支持面４３ａと固定ステータ３０の軸受け支持面３６ｆとの間には軸受け６４が配置されている。軸受け支持面３６ｆは、吸引力に抗して、軸受け６４を介して軸受け支持面４３ａをケースカバー１９側に支持している。これにより、可動ティース４１の端面４１ａが固定ティース３４の端面３４ｂから距離ｋだけ離間している。

なお、可動ステータ４０の内周部４３ｅの内周面は、軸受け６４の外周面と接する接触面４３ｂを有している。この接触面４３ｂは、軸受け６４の外周面の全周に接しており、可動ステータ４０は、径方向への移動も規制されつつ、回転軸周りに回転する。

以上説明した回転電機２０によれば、固定ステータ３０は回転軸方向への移動が不能となるようにケースカバー１９に固定されている。一方、ロータ２１は、回転軸方向への移動が可能となるようにフライホイール５６に取り付けられている。さらに、固定ステータ３０は軸受け支持部３６ｉを有し、この軸受け支持部３６ｉに軸受け６３が取り付けられている。このため、ケースカバー１９の形状やフライホイール５６の取り付け位置に誤差が生じた場合でも、ロータ２１はスライドすることで、固定ステータ３０の軸受け支持部３６ｉによって回転可能に支持される。そして、界磁用磁石２３の対向面２３ａと固定ティース３４の端面３４ａとの間に正確な離間距離が確保される。

なお、回転電機２０は、可動ステータ４０が回転軸回りに固定ステータ３０に対して相対的に回転することで、その出力特性を変化させ、高トルク低速回転で駆動したり、低トルク高速回転で駆動したりする。

図７は、可動ステータ４０が固定ステータ３０に対して相対的に回転する様子を示す図である。なお、説明のため、同図において、図３に示す固定ステータ３０の樹脂部３６と、可動ステータ４０の樹脂部４３と、クランクシャフト５１と、コイル３１の記載を省略している。また、この図において、図３と同一箇所には同一符号を付している。

図７（ａ）は、固定ステータ３０の固定ティース３４に対して、可動ステータ４０の可動ティース４１が正対している状態を示している。この状態では、固定ティース３４の可動ティース側の端面３４ｂと、可動ティース４１の固定ティース３４側の端面４１ａとの離間距離が最も小さい値ｋとなっている（図４参照）。このとき、固定ティース３４及び可動ティース４１、基台４２、界磁用磁石２３に磁束流が発生している。この磁束流は、固定ティース３４の界磁用磁石２３側の端面３４ａから反対側の端面３４ｂまで流れている。すなわち、この場合には、磁束流はコイル３１の内側を流れている。

後述するモータ６６の駆動により可動ステータ４０は回転する。可動ステータ４０は、図７（ｂ）に示す中間位置を経て、図７（ｃ）に示す位置、すなわち可動ティース４１が固定ティース３４とそれに隣接する固定ティース３４との間の中間位置まで回転する。このとき、固定ティース３４の可動ティース４１側の端面３４ｂと、可動ティース４１の固定ティース３４側の端面４１ａとの離間距離が拡大する。そのため、可動ティース４１には磁束流が流れず、固定ティース３４におけるロータ２１近傍と界磁用磁石２３とに磁束流が流れる。この磁束流は、コイル３１の内側を流れていないため、図７（ａ）に示す場合の磁束流より弱い磁束流となっている。図７（ｃ）に示す状態では、磁束流が弱いため、回転電機２０は低トルク高速回転型の回転電機となっている。一方、図７（ａ）に示す状態では、磁束流はコイル３１の内側を流れることにより、図７（ｃ）に示す状態より強力な磁束流となっており、回転電機２０は高トルク低速回転型の回転電機となっている。

なお、可動ステータ４０のこのような回転は、モータ６６の駆動により可能となっている。すなわち、可動ステータ４０の樹脂部４３の外周面の一部は径方向外方に張り出し、回転電機２０の径方向外方に配置されるギアと噛み合っている。このギアには、ワイヤー６６ａが巻かれており、ワイヤー６６ａはモータ６６に連結している（図２参照）。モータ６６が正方向又は逆方向に回転することにより、可動ステータ４０は回転軸回りに固定ステータ３０に対して相対的に回転する。

なお、本発明は、以上説明した回転電機２０に限られず種々の変形が可能である。例えば、回転電機２０では、フライホイール５６の大径筒部５６ｂの内周面に凹状部５６ｅが形成されていたが、フライホイール５６の円盤部５６ａに回転電機２０側に突出する複数の凸部が形成されてもよい。そして、ヨーク２２の円盤部２２ａには、当該フライホイール５６の凸部に対応して挿通孔又は凹部が形成され、その挿通孔又は凹部にフライホイール５６の凸部が、抜き取り自在となるように嵌められてもよい。こうすることにより、ロータ２１は回転軸方向への移動が可能となるように、且つ相対的な回転が不能となるようにフライホイール５６に取り付けられる。

また、以上説明した回転電機２０では、ロータ２１が、回転軸方向への移動が可能となるようにフライホイール５６に取り付けられているが、固定ステータ３０が回転軸方向への移動が可能となるようにケースカバー１９に取り付けられてもよい。図８は、この形態に係る回転電機２０ａの断面図であり、図９は図８の拡大図である。これらの図において、回転電機２０と同一箇所には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

回転電機２０ａにおいて、ロータ７０はクランクシャフト５１（回転部材）に対する相対的な回転が不能となるように、且つ、回転軸方向への移動も不能となるように、当該クランクシャフト５１に取り付けられる。また、固定ステータ３０は、当該回転軸方向への移動が可能となるようにケースカバー１９に取り付けられている。

まず、ロータ７０について説明する。ロータ７０は、略椀状のヨーク７１を備えている。ヨーク７１は、円盤状の円盤部７１ａと、筒状の外筒部７１ｂと、筒状の内筒部７１ｃとを有している。円盤部７１ａの中心部には、クランクシャフト５１が挿通される挿通孔が形成されている。内筒部７１ｃは、当該挿通孔の縁部から回転軸方向に立設している。外筒部７１ｂは、円盤部７１ａの周縁部から回転軸方向において固定ステータ３０側に立設している。

ヨーク７１の内筒部７１ｃの内周面は、クランクシャフト５１の端部５１ｃに向かうにつれて、その径が小さくなるように形成されている。一方、クランクシャフト５１には、テーパ部５１ｂが形成されている。クランクシャフト５１にはナット５７が嵌められており、ナット５７はヨーク７１をクランクシャフト５１の中心側へ押圧している。そして、テーパ部５１ｂの外周面にヨーク７１の内筒部７１ｃの内周面が圧接され、ヨーク７１はクランクシャフト５１に対する相対的な回転が不能となるように、且つ、回転軸方向への移動も不能となるようにクランクシャフト５１に摩擦締結している。

なお、ヨーク７１は、上述したフライホイール５６と同様に、クランクシャフト５１のテーパ部５１ｂに係合する係合部材６５に係合している。すなわち、ヨーク７１の内筒部７１ｃの内周面には回転軸方向に直線状に延伸する溝状の凹状部７１ｉが形成されている。一方、クランクシャフト５１のテーパ部５１ｂの側周面には、当該側周面を半円形状に掘るようにして形成される凹部が設けられている。この凹部に係合部材６５が嵌められるとともに、係合部材６５の縁部はヨーク７１の凹状部７１ｉに係合している。こうして、ヨーク７１のクランクシャフト５１に対する相対的な回転は規制されている。

なお、ヨーク７１の円盤部７１ａには、複数のボルト締め用の孔が形成されている。一方、ワンウェイクラッチ５５の円盤部７１ａの孔に対応する位置には、ボルト締め用のボルト孔が形成されている。円盤部７１ａの孔と、ワンウェイクラッチ５５のボルト孔とがボルト締めされて、ヨーク７１は、ワンウェイクラッチ５５に対しても固定されている。なお、外筒部７１ｂはヨーク７１の質量を増すために肉厚に形成されており、ヨーク７１はフライホイールとしても機能するようになっている。

次に、固定ステータ３０について説明する。固定ステータ３０は回転軸方向に延びるピン３８（被係合部）を有している。ケースカバー１９には固定ステータ３０側に開口する凹部５９ａ（係合部）が設けられている。ピン３８が抜き取り自在となるように凹部５９ａ（係合部）に嵌め込まれることで、固定ステータ３０は、回転軸方向への移動が可能となるようにケースカバー１９に取り付けられている。

具体的には、固定ステータ３０の外周部３６ｂのケースカバー１９側の縁部には、複数の係止部３７が形成されている。係止部３７には、ケースカバー１９側に開口する凹部が設けられ、この凹部にピン３８の頭部が嵌め込まれている。ケースカバー１９の係止部３７に対応する位置に凹部５９ａが形成されている。この凹部５９ａは、ピン３８のケースカバー１９側の先端部より僅かに大径に形成され、当該ピン３８の先端部が抜き取り自在となるように凹部５９ａに挿入されている。こうして、固定ステータ３０は、回転軸回りの回転が不能となるようにケースカバー１９に取り付けられるものの、回転軸方向へは移動できるようになっている。

なお、この形態においても、固定ステータ３０の内周部３６ａは軸受け支持部３６ｉを有し、固定ステータ３０はロータ７０を回動可能に支持している。具体的には、ヨーク７１の内筒部７１ｃは軸受け被支持部７１ｅを有し、当該軸受け被支持部７１ｅには、軸受け被支持面７１ｄと軸受け接触面７１ｆとが形成されている。一方、内周部３６ａの軸受け支持部３６ｉには、軸受け支持面３６ｃと軸受け接触面３６ｊとが形成されている。そして、軸受け６３は、ヨーク７１の軸受け被支持面７１ｄと、固定ステータ３０の軸受け支持面３６ｃとの間に配置されている。このため、固定ステータ３０は界磁用磁石２３の磁力によりロータ７０側に引き寄せられているが、軸受け６３を介してロータ７０に接することのないよう支持されている。また、ヨーク７１の軸受け接触面７１ｆは軸受け６３の内周面に接し、固定ステータ３０の軸受け接触面３６ｊは軸受け６３の外周面に接している。これにより、固定ステータ３０はロータ７０を回転可能に支持している。

なお、図８及び図９では、ケースカバー１９には、回転電機２０ａ側に立設し、回転軸方向を中心とする筒状の筒状部１９ａが形成されている。そして、固定ステータ３０の内周面には、筒状に形成される接触面３６ｅが形成されている。接触面３６ｅが筒状部１９ａの外周面の全周に接することで、回転電機２０ａの駆動時における固定ステータ３０の振動が抑制されている。

また、可動ステータ４０の樹脂部４３の内周面４３ｄも、筒状部１９ａの外周面に接している。この内周面４３ｄが、筒状部１９ａの外周面の全周に接することで、可動ステータ４０の振動も抑制されている。

また、図８及び図９に示す回転電機２０ａでは、固定ステータ３０と可動ステータ４０との間に軸受けが配置されることなく、固定ステータ３０と可動ステータ４０とが直接的に当接することで、離間距離が確保されている。

具体的には、固定ステータ３０が有する内周部３６ａの可動ステータ４０側の端面３６ｈは、可動ステータ４０に対向するようにクランクシャフト５１に対して垂直に形成されている。一方、可動ステータ４０の内周部４３ｅには、端面３６ｈに対向するように、クランクシャフト５１に対して垂直な対向面４３ｃが形成されている。この対向面４３ｃと内周部３６ａの端面３６ｈとが接することにより、固定ティース３４の端面３４ｂが、可動ティース４１の端面４１ａから距離ｋだけ離間している。

以上説明した、回転電機２０ａでは、ロータ７０は回転軸方向への移動が不能となるようにクランクシャフト５１に固定されている。一方、固定ステータ３０は、回転軸方向への移動が可能となるようにケースカバー１９に取り付けられている。これにより、ケースカバー１９の形状やクランクシャフト５１の取り付け位置に誤差が生じた場合でも、固定ステータ３０が回転軸方向に移動することで、界磁用磁石２３の対向面２３ａと固定ティース３４の端面３４ａとの離間距離が正確に設定される。また、ロータ７０と固定ステータ３０との間に軸受けが設けられることにより、固定ステータ３０はロータ７０を回転可能に支持している。

なお、以上説明した回転電機２０，２０ａでは、回転軸回りの回転が不能な固定ステータ３０に加え、固定ステータ３０に対して相対的に回転する可動ステータ４０が備えられている。しかしながら、可動ステータ４０が備えられることなく、回転軸回りの回転が不能な固定ステータ３０のみが備えられるようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る回転電機を搭載した自動二輪車の側面図である。 上記自動二輪車後部の側面図である。 図２のIII−III線断面図である。 図３の拡大図である。 回転電機のロータがフライホイールに対してスライドする様子を示す図である。 回転電機の概略分解斜視図である。 上記回転電機の可動ステータが固定ステータに対して相対的に回転する様子を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る回転電機の断面図である。 図８の拡大図である。

符号の説明

１ 自動二輪車、３ 前車輪、５ フロントフォーク、７ ステアリング軸、９ ハンドル、１１ グリップ、１３ シート、１５ リヤサスペンション、１６ リヤアーム、１７ 後車輪、１９ ケースカバー、２０ 回転電機、２１ ロータ、２２ ヨーク、２３ 界磁用磁石、３０ 固定ステータ、３１ コイル、３２ ロータ対向部、３４ 固定ティース、３６ａ 固定ステータの内周部、３６ｂ 固定ステータの外周部、３７ 係止部、４０ 可動ステータ、４１ 可動ティース、４２ 基台、４３ 樹脂部、５０ エンジン、５１ クランクシャフト、５２ 軸受け、５３ 含油軸受け、５４ シール部材、５５ ワンウェイクラッチ、５６ フライホイール、５７ ナット、５９ ボルト孔、６０ セルモータ、６１ 始動用減速ギア、６２ ギア、６３ 軸受け、６４ 軸受け、６５ 係合部材、６６ モータ、７０ ロータ、７１ ヨーク。

Claims (8)

1. 軸線周りに回転可能な回転部材に対して少なくとも前記軸線周りの相対的回転が不能に取り付けられ、該回転部材とともに前記軸線周りに回転するロータと、
   前記ロータに対して前記軸線の方向に対向配置され、固定部材に対して少なくとも前記軸線周りの相対的回転が不能に取り付けられるステータと、を含み、
   前記ロータ又は前記ステータのいずれか一方は、それが取り付けられる前記回転部材又は前記固定部材に対して、前記軸線方向への移動が不能に取り付けられ、他方は、前記軸線方向への移動が可能に取り付けられ、
   前記ステータの前記ロータに対向する対向面には、磁束発生手段が埋設される円環状の磁束発生領域が設けられ、
   前記ステータは、前記磁束発生領域に対向する前記ロータの対向面と前記磁束発生領域との離間距離が一定となるように前記ロータを支持する支持部を備える、
   ことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記ロータ又は前記ステータのうち、前記他方は、それが取り付けられる前記回転部材又は前記固定部材に対して、スライド手段により前記軸線方向への移動が可能に取り付けられ、
   前記スライド手段は、前記回転部材又は前記固定部材に形成され、前記軸線方向に延伸する係合部と、前記ロータ又は前記ステータに形成され、前記係合部に係合し、該係合部に沿って前記軸線方向にスライドする被係合部と、を含む、
   ことを特徴とする回転電機。
3. 請求項１又は２に記載の回転電機において、
   前記ステータの前記支持部は、前記ロータと直接的に又は間接的に接して、当該ロータを回動可能に支持する、
   ことを特徴とする回転電機。
4. 請求項３に記載の回転電機において、
   前記ステータの前記支持部は、軸受けを介して、前記ロータを回動可能に支持する、
   ことを特徴とする回転電機。
5. 請求項３又は４に記載の回転電機において、
   前記ステータは、前記磁束発生領域を有する前記対向面を有し、前記ロータに対向する断面円環状のロータ対向部を有し、
   前記支持部は、前記ロータ対向部の内周面又は外周面に設けられる、
   ことを特徴とする回転電機。
6. 請求項４に記載の回転電機において、
   前記ステータの前記支持部又は前記軸受けに接する前記ロータの被支持部の少なくとも一方は、樹脂により成形される、
   ことを特徴とする回転電機。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の回転電機に連結するエンジン。
8. 請求項１乃至６のいずれかに記載の回転電機を備える車両。
   

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