JP4547259B2

JP4547259B2 - 回転電機

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Publication number: JP4547259B2
Application number: JP2004528890A
Authority: JP
Inventors: 真也内藤; 陽至日野; 弘之石原; 圭子室田; 潤史寺田; 朋寛小野
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2002-08-16
Filing date: 2003-08-15
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2023-08-15
Also published as: AU2003254943A1; US20060103263A1; EP1536542A4; TW200409436A; CN1685585B; EP1536542B1; JPWO2004017488A1; TWI228855B; WO2004017488A1; EP1536542A1; CN1685585A; ES2392821T3

Description

本発明は、アキシャルギャップ型の回転電機に関する。

電動二輪車等の駆動源や他の一般の電動モータに用いられるラジアルギャップ型回転電機としてラジアルギャップ型電動モータは、その軸受に支持された回転軸を有する回転子のヨーク（回転子側ヨーク）と固定子のヨーク（固定子側ヨーク）とが互いに対向し、かつその対向面が回転軸に平行な構造を有している。そして、回転子側ヨークの対向面には、円筒状に界磁用磁石が配設され、固定子側の対向面には、この円筒面に対向して複数のティースが放射状に配設されており、それぞれのティースにコイルが巻回されている。すなわち、ラジアルギャップ型電動モータでは、磁石およびティースの互いの対向面は回転軸に平行であり、かつその対向面間のギャップは回転軸に沿って円筒状に形成される。

一方、近年では、上記ラジアルギャップ型回転電機に加えてアキシャルギャップ型回転電機にも注目が集められている。

このアキシャルギャップ型回転電機としての例えばアキシャルギャップ型電動モータは、その軸受に支持された回転軸を有する円板状の回転子側ヨークと、例えば円板状の鋼板をモータの回転軸に沿って積層して成る固定子側ヨークとが互いに対向し、かつその対向面が回転軸に直交する構造を有している。

そして、回転子側ヨークの対向面には、例えば円形状（あるいは円環状）に界磁用磁石が配設され、固定子側ヨークの対向面には、回転軸に対する放射方向（半径方向）に沿って複数のティースが配設されており、磁石およびティースの互いの対向面は回転軸に直交し、かつその対向面間のギャップは回転軸に垂直な平面状に形成される。

すなわち、アキシャルギャップ型モータにおいては、回転子と固定子との間において磁気回路が形成されており、固定子の各ティースに巻回されたコイルを介して各ティースに対する励磁を、回転子側磁石のＮ極、Ｓ極に合わせて順次切り替えることにより、回転子側磁石の各ティースの励磁に対する吸引力および反発力を利用して、回転子を回転させている。

上記アキシャルギャップ型電動モータにおいては、コイルへの通電によりティースから固定子側ヨークへ流れる磁束は、回転子側の磁石が回転するため、その向きや大きさが変化する。

このとき、上記ティースから固定子側ヨークへ流れる磁束の内、ティース側面から固定子側ヨークへ漏れ出た磁束は、固定子側ヨークの回転子側対向面に垂直に進入する。

固定子側ヨークは、その対向面が回転軸に直交しており、その鋼板積層方向は回転軸に沿った方向であるため、固定子側ヨークに直交方向に進入した磁束成分に対して渦状に生じた誘導電流は、各鋼板に沿って流れる。

すなわち、固定子側ヨーク内においては、漏れ磁束により生じた誘導電流を遮るものがなく、大きな誘導電流が流れてしまう。

この誘導電流によりジュール熱が発生し、そのジュール熱に基づく損失（鉄損）が増加し、電動モータの駆動効率の低下を招いていた。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、漏れ磁束に起因した渦電流の発生を抑制し、渦電流鉄損を低減させることである。

上記目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る回転電機は、界磁用磁石と、前記界磁用磁石に対して所定間隙をあけて対向するように配置され、かつ前記磁石の磁束の方向に平行に積層されて成るティースと、前記ティースの少なくとも一部を内部に収容したコイルと、前記界磁用磁石に対向するように配置され、かつ前記ティースの積層方向と異なる方向に積層されて成るヨークとを備え、前記界磁用磁石と対向する前記ティースの対向面が前記ヨークの回転軸に直交するアキシャルギャップ型の回転電機であって、前記ヨークは、略切り欠き円環状を有しており前記切り欠き円環状の中心軸に沿って積層されて成り、前記ヨークは、前記界磁用磁石に対向する面から反対側の面にむけて設けられた開口部を更に含み、前記ティースは、前記開口部に挿入された第１の部位と、前記コイルが巻回される第２の部位とを有し、前記ティースの積層方向が前記切り欠き円環状の前記中心軸の放射方向に一致しており、前記ティースと前記ヨークは、前記第１の部位が前記開口部に挿入された状態で互いに固定され、前記コイルが通電された際に前記第１の部位に発生する磁力線に対して垂直な断面の断面積は、前記第２の部位に発生する磁力線に対して垂直な断面の断面積よりも大きいことを要旨とする。

上記本発明の第１の側面に係る回転電機によれば、コイルが通電された際にヨークの開口部に挿入されたティースに発生する磁力線に対して垂直な断面積を、上記ティースの前記コイル内部に収容された部位における磁力線に対して垂直な断面積よりも大きく形成したので、上記コイル内部に収容された部位から漏れ出た磁力線（磁束）は、ヨークに挿入されたティースに進入することになる。

この結果、上記漏れ磁束がヨークに直接進入した場合と比較して、ヨークの開口部に挿入されたティースの絶縁抵抗により、漏れ磁束に起因した渦電流の発生を抑制することが可能になる。

したがって、渦電流に基づく鉄損を低減させることができ、回転電機の効率を向上させることができる。

本発明に係る回転電機の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係わる回転電機として、アキシャルギャップ型回転電機が搭載された装置の一例である電動二輪車１の側面図である。

図１に示すように、電動二輪車１は、その車体前方上部にヘッドパイプ２を備え、このヘッドパイプ内には、車体方向変更用の図示しないステアリング軸が回動自在に挿通されている。このステアリング軸の上端には、ハンドル３ａが固定されたハンドル支持部３が取り付けられており、このハンドル３ａの両端にはグリップ４が取り付けられている。また、不図示の右側（図１の奥側）のグリップ６は回動可能なスロットルグリップを構成している。

そして、ヘッドパイプ２の下端から下方に向けて、左右一対のフロントフォーク５が取り付けられている。フロントフォーク５それぞれの下端には、前輪６が前車軸７を介して取り付けられており、前輪６は、フロントフォーク５により緩衝懸架された状態で前車軸７により回転自在に軸支されている。ハンドル支持部３のハンドル３ａの前方にはメータ８が配置され、ハンドル支持部３におけるメータ８の下方には、ヘッドランプ９が固定されており、そのヘッドランプ９の両側方には、フラッシャランプ１０（図１には一方のみ図示）がそれぞれ設けられている。

ヘッドパイプ２から側面視で略Ｌ字形を成す左右一対の車体フレーム１１が車体後方に向かって延設されている。この車体フレーム１１は、丸パイプ状であり、ヘッドパイプ２から車体後方に向けて斜め下方に延びた後、後方に向かって水平に延びて側面視略Ｌ字状を成している。

この一対の車体フレーム１１の後方側端部には、その後方側端部から後方に向けて斜め上方に左右一対のシートレール１２が延設されており、このシートレール１２の後方側端部１２ａは、シート１３の形状に沿って後方側に屈曲されている。

そして、この左右一対のシートレール１２の間には、バッテリ１４が着脱自在に配設されており、このバッテリ１４は、充電可能な複数の２次電池を収納して構成されている。

左右一対のシートレール１２の屈曲部分近傍には、逆Ｕ字状を成すシートステー１５が車体前方に向かって斜め上方に傾斜して溶着されており、このシートステー１５と左右のシートレール１２で囲まれる部分に上記シート１３が開閉可能、すなわち、シート１３の前端部を介して上下に回動可能に配置されている。

シートレール１２の後端部にはリヤフェンダ１６が取り付けられており、このリヤフェンダ１６の後面には、テイルランプ１７が取り付けられている。さらに、テイルランプ１７の左右には、フラッシュランプ（図１においては一方のみ図示）１８が取り付けられている。

一方、左右一対の車体フレーム１１のシート１３下方の水平部には、リヤアームブラケット１９（図１には一方のみ図示）がそれぞれ溶着されており、左右一対のリヤアームブラケット１９には、リヤアーム２０の前端がピボット軸２１を介して揺動自在に支持されている。そして、このリヤアーム２０の後端部２０ａには駆動輪である後輪２２が回転自在に軸支されており、このリヤアーム２０および後輪２２は、リヤクッション２３により緩衝懸架されている。

左右一対の車体フレーム１１の水平部下方には、左右一対のフートステップ２４（図１には一方のみ図示）がそれぞれ配設されており、また、フートステップ２４の後方側には、サイドスタンド２５が軸２６を介して回動可能に左側のリヤアーム２０に支持されており、サイドスタンド２５は、リターンスプリング２７により閉じ側に付勢されている。

そして、リヤアーム２０の後端部２０ａ内には、後輪２２に連結され、その後輪２２を回転駆動させるためのアキシャルギャップ型電動モータ２８（以下、単に電動モータ２８と略記することもある）を含む駆動ユニット２９が取り付けられている。

図２は、リヤアーム２０の後端部２０ａの内部を説明するための図１におけるＩＩ−ＩＩ矢視断面図（一部側面図）である。なお、後輪２２は図示していない。

図２に示すように、リヤアーム２０の後端部２０ａの右側側面には、ギヤカバー３５が被着され、その内部に形成された空間内に、駆動ユニット２９を構成する電動モータ２８、遊星ギヤ減速機３６およびコントローラ３７等が一体的に組み込まれている。

アキシャルギャップ型電動モータ２８は、図２に示すように、リヤアーム２０の後端部２０ａに対して、軸受３８ａ、３８ｂを介して、その軸受３８ａ、３８ｂの中心軸線ＢＯを中心に回動可能に支持された回転子（ロータ）４０と、この回転子４０に対向してリヤアーム後端部２０ａの内面に固定された略円環（ドーナッツ）状の固定子（ステータ）４１とを備えている。

回転子４０は、図２に示すように、回転子側ヨーク４２を有し、この回転子側ヨーク４２は、リヤアーム２０の後端部２０ａへ向かって凸の略駒形を成している。

すなわち、回転子側ヨーク４２は、固定子４１に対向する円環状の円環部４２ａと、この円環部４２ａの内周縁部からリヤアーム２０の後端部２０ａへ向かって略テーパー状（略円錐台状）に延在するテーパー部４２ｂと、このテーパー部４２ｂのリヤアーム後端部２０ａ側周縁部から後端部２０ａに向かって中心軸線ＢＯに沿って凸状に延在する第１の円筒部４２ｃと、この円筒部４２ｃのリヤアーム後端部２０ａ側周縁部からその内側に向かって径方向に延在する円環部４２ｄと、この円環部４２ｄの内周縁部から後端部２０ａに向かって中心軸線ＢＯに沿って凸状に延在する第２の円筒部４２ｅとを備えている。

そして、この第２の円筒部４２ｅが軸受３８ａ、３８ｂを介して中心軸線ＢＯを中心に回動可能に支持されており、回転子４０の回転軸を構成している。したがって、回転子４０の回転軸４２ｅの回転軸中心が軸受３８ａ、３８ｂの中心軸線ＢＯに対応している。

また、回転子４０は、回転子側ヨーク４２の円環部４２ａにおける固定子側対向面に固設されており、中心軸線ＢＯに対して同軸な円環形状を有する界磁用磁石（マグネット）４５を備えている。

磁石４５は、その周方向に沿って交互に配置されたＮ極とＳ極とを有している。

回転子４０の回転軸４２ｅにおける後輪側端部には、この回転子４０（回転軸４２ｅ）と同軸状に回転軸４６が接続されており、この回転軸４６は、回転子４０と一体に回転可能になっている。

一方、遊星ギヤ減速機３６は、回転軸４６に連結されており、回転子側ヨーク４２のテーパー部４２ｂ内に組み込まれている。この遊星ギヤ減速機３６と電動モータ２８とは車幅方向において部分的にオーバーラップしている。

遊星ギヤ減速機３６は、回転軸４６と同軸状に配置された後車軸４７に連結されており、電動モータ２８の回転（回転軸４６の回転）を減速して後車軸４７に伝達する機能を有している。後車軸４７のギヤカバー３５から突出する先端部４７ａにはナット５０が着脱自在に螺着されており、後輪２２は、後車軸４７に嵌合された状態においてナット５０の螺着により取り付けられている。

図３は、図１および図２に示す自動二輪車１の電動モータ２８の一部としてリヤアーム２０の後端部２０ａに取り付けられた使用状態の固定子４１の後輪側から見た状態を示す図である。

図２および図３に示すように、固定子４１は、リヤアーム２０の後端部２０ａに固設され、軸受３８ａ、３８ｂの中心軸線ＢＯを中心とした略切り欠き円（円環）状（略Ｃ字状）の鋼板が中心軸方向に沿って積層されて成る積層体構造の固定子側ヨーク（ステータヨーク）６０と、磁石４５に対して所定間隙をあけて対向しており、それぞれが鋼板の積層体から成る複数のティース６１とを備えている。

この複数のティース６１は、固定子側ヨーク６０の磁石４５に対する対向面側に軸受３８ａ、３８ｂの中心軸線ＢＯを中心とした略切り欠き円状（略Ｃ字状）に配置されている。

なお、本実施形態における“切り欠き円”とは、一部が切り欠かれた略真円形あるいは略楕円形を意味する。

すなわち、本実施形態における略切り欠き円状（略Ｃ字状）に配置された複数のティース６１は、周方向に沿って一定間隔（周方向ピッチ）で固定子側ヨーク６０に配置されており、複数のティース６１が真円状に配置された場合と比較して、３相分（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対応する３つのティースが欠缺されている。

なお、周方向ピッチとは、隣接するティース６１それぞれの磁石対向面の中心とそれぞれ中心から対向面に沿って軸受３８ａ、３８ｂの中心軸線ＢＯとを結ぶ線分間の角度を表している。

また、固定子４１は、各ティース６１に巻回されたコイル６２（図２参照）と、ステータヨーク６０、各ティース６１およびコイル６２をモールドして一体化するモールド部６３と、このモールド部６３の外周面に複数個形成されており、各ティース６１およびコイル６２を含むモールド部６３をリヤアーム２０の後端部２０ａに取り付けるためのフランジ６４とを備えており、フランジ６４は、リヤアーム後端部２０ａに対してボルト６５により螺設されている。

また、固定子側ヨーク６０上のティース切り欠き部位（ティース欠缺部位）ＴＷには、コントローラ３７およびこのコントローラ３７および各コイル６２に電気的に接続されており、コントローラ３７の制御に基づいてコイル６２（Ｕ相コイル、Ｖ相コイルＷ相コイル）に対して電流を切替ながら流すためのインバータ７０が配置されている。なお、符号７１は、回転子４０の回転位置を検出するためのエンコーダ基板であり、７１ａ、７１ｂ、７１ｃは、各相に対応したホールＩＣである。

さらに、図３に示すように、固定子側ヨーク６０の切り欠き部位ＴＷ側両端部６０ａ１および６０ａ２の対向する内周部を連結ヨーク７３により連結している。

ここで、図４は、図３に示す固定子の要部の概略構成を示す斜視図である。

図４に示すように、固定子側ヨーク６０には、それぞれのティース６１を挿入（嵌入）固定するための矩形状の挿入穴７５が上記周方向ピッチで略切り欠き円状（略Ｃ字状）に貫設されており、この挿入穴７５の一対の短手側の内側面７５ａ、７５ｂは、それぞれ中心軸線ＢＯを向く（固定子側ヨーク６０の半径方向に直交する）ようになっている。

さらに、各挿入穴７５の短手側内側面７５ａ、７５ｂにおける固定子側ヨーク６０の外周面６０ａ側の内側面７５ｂには、その内側面７５ｂと外周面６０ａとの間の鋼板部分を切断して挿入穴７５を固定子側ヨーク６０の外側に連通させるスリット７６が放射状に貫設されている。

一方、各ティース６１は、図４、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、略Ｉ字状の鋼板８０を複数枚積層して構成されている。

すなわち、各鋼板８０は、その鋼板８０の短手方向に沿って所定の幅Ｗ３を有し、かつ鋼板８０の長手方向に沿って所定の長さを有する一端部８０ａと、この一端部８０ａから上記長手方向に沿って所定の長さ延在し、かつ上記短手方向に沿って一端部８０ａの幅よりも狭い（短い）幅Ｗ２を有する中間部８０ｂと、この中間部８０ｂの一端部８０ａとは反対側の端部から上記長手方向に沿って延在し、かつ上記短手方向に沿って所定の幅Ｗ１を有する他端部８０ｃとを備えている。

また、鋼板８０の他端部８０ｃの幅Ｗ１は、挿入穴７５の短手側内側面の長さに略一致している。なお、幅Ｗ１およびＷ３は、同一であっても異なっていてもよい。

そして、ティース６１を構成する複数の鋼板８０の他端部８０ｃを積層して成る部分は、積層方向に沿って略矩形状の断面を有しており、その積層方向が放射方向と一致する向きで固定子側ヨーク６０の挿入穴７５に挿入（例えば圧入）固定されている。このティース６１における他端部８０ｃを積層して成る部分がヨーク挿入部８１を構成する。

また、ティース６１を構成する複数の鋼板８０の中間部８０ｂを積層して成る部分は、積層方向に沿って略矩形状の断面を有し、コイル６２の内部に配設される部位（すなわち、コイル６２が巻回される部位）であり、コイル内配設部８２を構成する。

さらに、ティース６１を構成する複数の鋼板８０の一端部８０ａが積層して成る部分は、コイル６２の外部に配設され、かつ磁石４５に対して所定間隙を介して対向する矩形状の対向面を含む部位であり、ティース６１における所定間隙側（磁石対向側）端部８３を構成する。

すなわち、本構成においては、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、各ティース６１のヨーク挿入部８１における、コイル６２が通電された際に発生する磁力線（磁束Ｂ１方向）に対して垂直な断面積（矩形状断面の面積）Ｓ１は、コイル内配設部８２における上記磁力線（磁束Ｂ１方向）に対して垂直な断面積（矩形状断面の面積）Ｓ２よりも大きく形成されている。

そして、本構成において、複数のティース６１は、それぞれに対応するコイル６２が通電された際に、その複数のティース６１それぞれのコイル内配設部８２に発生する磁力線（磁束Ｂ１方向）が略平行な状態で、固定子側ヨーク６０に取付けられている。

次に、上述した構成を有する電動モータ２８の作用について、固定子４１の構成に基づく作用を中心に説明する。

電動モータ２８においては、回転子４０と固定子４１との間で磁気回路が形成されており、回転子４０のマグネット４５のＮ極から出た磁束Ｂ１は、ティース６１の磁石対向側端部８３、コイル内配設部８２およびヨーク挿入部８１を介して固定子側ヨーク６０へ流れ、他のティース６１を介して磁石４５のＳ極へ流れている。

このとき、例えばティース６１の幾何学形状や上記ヨーク挿入部の磁気抵抗の増大等の理由から、上記磁束Ｂ１の他に、ティース６１のコイル内配設部８２の積層方向視（矢印ＡＲ１参照）における両側面８２ａから固定子側ヨーク６０へ向けて漏れ磁束Ｂ２が発生する。

この点、例えば、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、ティース１８０のヨーク挿入部１８１の積層方向視における短手方向に沿った幅Ｗ１Ａがコイル内配設部１８２における対応する幅Ｗ２Ａ以下である場合には、漏れ磁束Ｂ２は、固定子側ヨーク１６０の回転子側対向面に垂直に進入する。

このとき、固定子側ヨーク１６０の鋼板積層方向は回転軸に沿った方向であるため、固定子側ヨーク１６０に直交方向に進入した磁束成分に対して渦状に生じた誘導電流ＩＣは、固定子側ヨーク１６０内において遮られず、この結果、大きな誘導電流が流れてしまう。

しかしながら、本実施形態によれば、ヨーク挿入部８１の磁力線Ｂ１に直交する断面積Ｓ１（積層方向視における短手方向に沿った幅Ｗ１）がコイル内配設部８２の磁力線Ｂ１に直交する断面積Ｓ２（積層方向視における短手方向に沿った幅Ｗ２）よりも大きい（長い）ため、ティース６１のコイル内配設部８２の積層方向視における両側面８２ａから漏れ出た磁束Ｂ２は、固定子側ヨーク６０ではなく、上記幅Ｗ１を有するヨーク挿入部８１に垂直に進入する。

このとき、ヨーク挿入部８１を含むティース６１の積層方向は、上記磁束Ｂ２に直交する方向であるため、磁束成分Ｂ２に対して渦状に生じる誘導電流は、ヨーク挿入部８１の積層方向に沿って流れようとする（図５Ｂにおける紙面の表から裏、および裏から表へ向かう方向）。

しかしながら、この誘導電流は、積層した鋼板８０間の絶縁抵抗により遮られるため、誘導電流は、ほとんど発生しない。

このように漏れ磁束Ｂ２に起因した誘導電流の発生が抑制された状態において、所定のティース６１のコイル６２へ通電すると、そのコイル６２を介して所定のティース６１が励磁され、励磁された所定のティース６１と磁石４５との間で吸引反発作用が引き起こされる。

したがって、コントローラ３７およびインバータ７０等を介して励磁するティース６１を順次切り換えることにより、励磁されるティース６１を順次移動させて、磁石４５とともに回転子４０を回転させることができる。

以上述べたように、本実施形態によれば、漏れ磁束に起因した渦電流（誘導電流）の発生を抑制することができるため、電動モータ２８における渦電流鉄損を低減させることができ、電動モータ２８の駆動効率を向上させることができる。

（第２の実施の形態）
図８Ａは、本実施形態に係わるティース９１および固定子側ヨーク９２のティース設置部位の概略構成をそれぞれ示す斜視図、図８Ｂは、図８Ａにおけるティース９１を積層方向から見た場合の図である。

なお、ティース９１および固定子側ヨーク９２以外の構成要素については、第１実施形態と略同様であるため、その説明は省略または簡略化する。

図８Ａに示すように、固定子側ロータ９２には、それぞれのティース９１を挿入（嵌入）固定するための矩形状の挿入穴９３が所定の周方向ピッチで略切り欠き円状（略Ｃ字状）に貫設されており、この挿入穴９３の一対の長手の内側面９３ａ、９３ｂは、それぞれ中心軸線ＢＯを向くようになっている。

さらに、各挿入穴９３の長手側内側面９３ａ、９３ｂにおける固定子側ヨーク９２の外周面９１ａ側の内側面９３ｂには、その内側面９３ｂとヨーク外周面９２ａとの間の鋼板部分を切断して挿入穴９３を固定子側ヨーク９２の外側に連通させるスリット（図示せず）が放射状に貫設されている。

一方、各ティース９１は、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、略Ｉ字状の鋼板９５を複数枚積層して構成されている。

すなわち、各鋼板９５は、その鋼板９５の短手方向に沿って所定の幅Ｗ６を有し、かつ鋼板９５の長手方向に沿って所定の長さを有する一端部９５ａと、この一端部９５ａから上記長手方向に沿って所定の長さ延在し、かつ上記短手方向に沿って一端部９５ａの幅よりも狭い幅Ｗ５を有する中間部９５ｂと、この中間部９５ｂの一端部９５ａとは反対側の端部から所定の長さ延在し、かつ上記短手方向に沿って所定の幅Ｗ４を有する他端部９５ｃとを備えている。

また、鋼板９５の他端部９５ｃの幅Ｗ４は、挿入穴９３の短手側内側面の長さに略一致している。なお、幅Ｗ４およびＷ６は、同一であっても異なっていてもよい。

そして、本実施形態においては、ティース９１を構成する複数の鋼板９５の他端部９５ｃを積層して成る部分は、積層方向に沿って略矩形状の断面を有しており、その積層方向が放射方向と直交する向きで固定子側ヨーク９２の挿入穴９３に挿入固定されている。このティース９１における他端部９５ｃを積層して成る部分がヨーク挿入部９６を構成する。

また、ティース９１を構成する複数の鋼板９５の中間部９５ｂを積層して成る部分は、積層方向に沿って略矩形状の断面を有しており、コイル６２の内部に配設される部位であり、コイル内配設部９７を構成する。

さらに、ティース９１を構成する複数の鋼板９５の一端部９５ａが積層して成る部分は、コイル６２の外部に配設され、かつ磁石４５に対して所定間隙を介して対向する矩形状の対向面を含む部位であり、ティース９１における磁石対向側端部９８を構成する。

そして、本構成においても、第１実施形態と同様に、各ティース９１のヨーク挿入部９６における、コイル６２が通電された際に発生する磁力線（磁束Ｂ３方向）に対して垂直な断面積Ｓ４は、コイル内配設部９７における上記磁力線（磁束Ｂ３方向）に対して垂直な断面積Ｓ５よりも大きく形成されている。

また、本構成においても、第１実施形態と同様に、複数のティース９１は、それぞれに対応するコイル６２が通電された際に、その複数のティース９１それぞれのコイル内配設部９７に発生する磁力線（磁束Ｂ３方向）が略平行な状態で固定子側ヨーク９２に取付けられており、モールド部６３により一体に固定されている。

第１実施形態と同様に、本実施形態においても、コイル内配設部９７に発生する磁束Ｂ３の他に、ティース９１のコイル内配設部９７の積層方向視（矢印ＡＲ１参照）における両側面９７ａから固定子側ヨーク９２へ向けて漏れ磁束Ｂ４が発生する。

このとき、本実施形態によれば、ヨーク挿入部９６の磁束Ｂ３に直交する断面積Ｓ４（積層方向視における短手方向に沿った幅Ｗ４）がコイル内配設部９７の磁束Ｂ３に直交する断面積Ｓ５（積層方向視における短手方向に沿った幅Ｗ５）よりも大きい（長い）ため、ティース９１のコイル内配設部９７の積層方向視における両側面９７ａから漏れ出た磁束Ｂ４は、固定子側ヨーク９２ではなく、上記幅Ｗ４を有するヨーク挿入部９６に垂直に進入する。

このとき、ヨーク挿入部９６を含むティース９１の積層方向は、上記磁束Ｂ４に直交する方向であるため、磁束成分Ｂ４に対して渦状に生じる誘導電流は、ヨーク挿入部９６の積層方向に沿って流れようとする（図８Ｂにおける紙面の表から裏、および裏から表へ向かう方向）。

しかしながら、この誘導電流は、積層した鋼板９５間の絶縁抵抗により遮られるため、誘導電流は、ほとんど生じることがない。

この結果、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、漏れ磁束に起因した渦電流（誘導電流）の発生を抑制することができるため、電動モータ２８における渦電流鉄損を低減させることができ、電動モータ２８の駆動効率を向上させることができる。

（第３の実施の形態）
図９Ａは、本発明の第３の実施形態に係わるティースおよび固定子側ヨークのティース設置部位の概略構成をそれぞれ示す斜視図、図９Ｂは、図９Ａにおけるティースを積層方向から見た場合の図である。

なお、ティース１０１以外の構成要素については、第１実施形態と略同様であるため、その説明は省略または簡略化する。

本実施形態においては、図９Ａおよび図９Ｂに示すように、各ティース１０１は、略逆Ｔ字状の鋼板１０２を複数枚積層して構成されている。

各鋼板１０２は、その鋼板１０２の短手方向に沿って所定の幅Ｗ７を有し、かつ鋼板１０２の長手方向に沿って所定の長さを有する一端部１０２ａと、この一端部１０２ａから上記長手方向に沿って所定の長さ延在し、かつ上記短手方向に沿って一端部９５ａの幅と同一の幅Ｗ７を有する中間部１０２ｂと、この中間部１０２ｂの一端部１０２ａとは反対側の端部から上記長手方向に沿って所定の長さ延在し、かつ上記短手方向に沿って上記幅Ｗ７よりも長い所定の幅Ｗ８を有する他端部１０２ｃとを備えている。

また、鋼板１０２の他端部１０２ｃの幅Ｗ８は、挿入穴７５の短手側内側面の長さに略一致している。

そして、本実施形態においては、ティース１０１を構成する複数の鋼板１０２の他端部１０２ｃを積層して成る部分は、積層方向に沿って略矩形状の断面を有しており、その積層方向が放射方向に沿って固定子側ヨーク６０の挿入穴７５に挿入固定されている。このティース１０１における他端部１０１ｃを積層して成る部分がヨーク挿入部１０６を構成する。

また、ティース１０１を構成する複数の鋼板１０２の中間部１０２ｂを積層して成る部分は、積層方向に沿って略矩形状の断面を有し、コイル６２の内部に配設される部位であり、コイル内配設部１０７を構成する。

さらに、ティース１０１を構成する複数の鋼板１０２の一端部１０２ａが積層して成る部分は、コイル６２の外部に配設され、かつ磁石４５に対して所定間隙を介して対向する矩形状対向面を含む部位であり、ティース１０１における磁石対向側端部１０８を構成する。

そして、本構成においても、第１実施形態と同様に、各ティース１０１のヨーク挿入部１０６における、コイル６２が通電された際に発生する磁力線（磁束Ｂ５方向）に対して垂直な断面積Ｓ８は、コイル内配設部１０７における上記磁力線（磁束Ｂ５方向）に対して垂直な断面積Ｓ７よりも大きく形成されている。

また、本構成においては、各ティース１０１の磁石４５に対向する磁石対向側端部１０８は、コイル６２が通電された際に発生する磁力線（磁束Ｂ５方向）に対して垂直な断面積Ｓ７がコイル内配設部１０７における、そのコイル内配設部１０７に発生する磁力線（磁束Ｂ５方向）に対して垂直な断面積Ｓ７と等しくなるように形成されている。

ここで、図１０Ａは、このティース１０１を含む固定子４１の組み立て工程（１つのティース部分のみ）を示す分解斜視図である。

図１０Ａに示すように、挿入穴７５およびスリット７６が予め形成された固定子側ヨーク６０における上記挿入穴７５に対して、ティース１０１のヨーク挿入部１０６を、そのヨーク挿入部１０６が正確に挿入穴７５に対応するように位置合わせをしながら該挿入穴７５に挿入（例えば圧入）して固定する。

次いで、絶縁材から成る中空状ボビン１１０を、その中空部内にティース１０１のコイル内配設部１０７が配置されるように固定子側ヨーク６０上に載置し、このボビン１１０の外周側面にコイル６２を巻回し（あるいは、予め巻回されたコイル６２をボビン外周側面に付け）、このコイル６２、ボビン１１０、ティース１０１および固定子側ヨーク６０を樹脂モールド部６３で固定することにより、固定子４１を組み立てている。

一方、本構成においても、第１実施形態と同様に、複数のティース１０１は、それぞれに対応するコイル６２が通電された際に、その複数のティース１０１それぞれのコイル内配設部１０７に発生する磁力線（磁束Ｂ５方向）が略平行な状態で、固定子側ヨーク６０に取付けられている。

第１実施形態と同様に、コイル内配設部１０７に発生する磁束Ｂ５の他に、ティース１０１のコイル内配設部１０７の積層方向視（矢印ＡＲ１参照）における両側面１０７ａから固定子側ヨーク６０へ向けて漏れ磁束Ｂ６が発生する。

このとき、本実施形態によれば、ヨーク挿入部１０６の磁束Ｂ５に直交する断面積Ｓ８（積層方向視における短手方向に沿った幅Ｗ８）がコイル内配設部１０７の磁束Ｂ５に直交する断面積Ｓ７（積層方向視における短手方向に沿った幅Ｗ７）よりも大きい（長い）ため、ティース１０１のコイル内配設部１０７の積層方向視における両側面１０７ａから漏れ出た磁束Ｂ６は、固定子側ヨーク６０ではなく、上記幅Ｗ８を有するヨーク挿入部１０６に垂直に進入する。

このとき、ヨーク挿入部１０６を含むティース１０１の積層方向は、上記磁束Ｂ６に直交する方向であるため、磁束成分Ｂ６に対して渦状に生じる誘導電流は、ヨーク挿入部１０６の積層方向に沿って流れようとする（図９Ｂにおける紙面の表から裏、および裏から表へ向かう方向）。

しかしながら、この誘導電流は、積層した鋼板１０２間の絶縁抵抗により遮られるため、誘導電流はほとんど生じることがない。

また、本実施形態における固定子４１の各ティース１０１においては、図９Ａおよび図９Ｂに示したように、コイル６２の外部に配設される磁石対向側端部１０８の面積Ｓ７および幅Ｗ７とコイル内配設部１０７の面積Ｓ７および幅Ｗ７とがそれぞれ等しくなっている。

この点、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、ティース１８０の磁石対向側端部１８３の積層方向視における短手方向に沿った幅Ｗ３Ａがコイル内配設部１８２における対応する幅Ｗ２Ａよりも長い場合には、図１０Ｂに示すように、このティース１８０を、外周面にコイル１９１が巻回されたボビン１９０にボビンフランジ１９２を介して挿入し、ティース１８０が挿入されたボビン１９０を、ティース１８０のヨーク挿入部１８１が固定子側ヨーク１６０の挿入穴１７５に挿入（圧入）されるように、固定子側ヨーク６０に設置している。

しかしながら、上記組み立てでは、磁石対向側端部１８３の上方からティース１８０を介して固定子側ヨーク６０を見た場合、上記磁石対向側端部１８３が邪魔をして、固定子側ヨーク１６０の挿入穴１７５を正確に認識することが困難となる可能性があった。

したがって、ティース１８０のヨーク挿入部１８１を、挿入穴１７５に対して位置合わせをすることが困難となる可能性があり、組み立て作業を複雑化する可能性があった。

しかしながら、本実施形態の構成によれば、コイル６２の外部に配設される磁石対向側端部１０８の面積Ｓ７および幅Ｗ７とコイル内配設部１０７の面積Ｓ７および幅Ｗ７とがそれぞれ等しくなっているため、その磁石対向側端部１０８の上方からティース１０１を介して固定子側ヨーク６０を見た場合、その固定子側ヨーク６０の挿入穴７５を正確に認識することができる。

したがって、ティース１０１のヨーク挿入部１０６を、その挿入穴７５に正確に位置合わせした状態で挿入（圧入）固定することができ、次いで、ボビン１１０、コイル６２等を順番にティース１０１の上方側から配置することができる。

この結果、固定子４１の組み立て工程をさらに簡単化することができる。

なお、本実施形態においては、各ティース１０１におけるコイル６２の外部に配設される磁石対向側端部１０８の面積Ｓ７および幅Ｗ７とコイル内配設部１０７の面積Ｓ７および幅Ｗ７とをそれぞれ等しくしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、各ティース１０１におけるコイル６２の外部に配設される磁石対向側端部１０８の面積Ｓ７および幅Ｗ７を、コイル内配設部１０７の面積および幅よりも小さくしてもよい。

また、本実施形態においては、各ティース１０１にそれぞれコイル６２を巻回したが、結線作業を容易にするため、図１１に示すように、予め全てのティース１０１に対応するコイル６２を結線・連結し、ティース１０１全体の配置形状（切り欠き円状）に対応する切り欠き円状のティース取付穴１２０を形成するように樹脂モールドで一体に固定されたモールド一体型コイル１２１を用いてもよい。

この構成においては、図１２に示すように、モールド一体型コイル１２１を、その各ティース取付穴１２０に各ティース１０１のコイル内配設部１０７が挿入されるように固定子側ヨーク６０上に取付けることにより、固定子４１の組み立てを行うことができる。

この結果、コイル結線作業や複数のティース間の位置合わせ等の困難な作業を行うことなく、コイルの取付を容易に行うことができ、固定子４１の組み立て工程をさらに簡略化することができる。

さらに、本実施形態の変形例として、図１３に示すように、モールド一体型コイル１２１の各ティース取付穴１２０を構成する内周壁部における、各ティース１０１の磁石対向側端部１０８の積層方向視における側面に当接かつ対向する部位にコア（鉄心）１２２を挿着している。

この図１３に示す構成によれば、上記モールド一体型コイル１２１ａが、その各ティース取付穴１２０に各ティース１０１のコイル内配設部１０７が挿入されるように固定子側ヨーク６０上に取付けられた際に、上記コア１２２が各ティース１０１の磁石対向側端部１０８と一体に磁石対向面として機能するため、図９に示す構成に比べて、磁石４５から発生する磁束（磁力線）を多く導くことができる。

この結果、上記モールド一体型コイル１２１ａを含む固定子４１に基づく電動モータ２８の高トルク化および小型化に寄与することができる。

なお、上述した各実施形態においては、ティースのヨーク挿入部の幅をコイル内配設部の幅よりも長くしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ヨーク挿入部における、対応するコイルが通電された際に発生する磁力線に対して垂直な断面積がコイル内配設部の上記磁力線に直交する断面積よりも大きくなる構成であれば、ティース自体の形状を問わず適用可能である。

また、第３の実施の形態においては、ティースの磁石対向側端部の幅をコイル内配設部の幅と等しくしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、磁石対向側端部における、対応するコイルが通電された際に発生する磁力線に対して垂直な断面積がコイル内配設部の上記磁力線に直交する断面積以下になる構成であれば、ティース自体の形状を問わず適用可能である。

さらに、上述した各実施の形態においては、本発明に係わるアキシャルギャップ型回転電機である電動モータを、自動二輪車に搭載した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の装置／機器に搭載することも可能であり、上述した効果が得られる。

そして、上述した各実施の形態においては、本発明に係わるアキシャルギャップ型回転電機として、アキシャルギャップ型電動機(電動モータ）について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、回転子を外部から回転させることにより、コイルに起電力を生じさせる、いわゆる発電機としても利用することが可能である。

上述した各実施の形態においては、本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機としてマグネット側を回転子、コイル側を固定子として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、マグネット側を固定子、コイル側を回転子として構成することが可能であり、上述した各実施の形態と略同様に効果を得ることができる。

また、上述した各実施の形態においては、本発明に係わる回転電機として、アキシャルギャップ型回転電機（電動モータ）について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ラジアルギャップ型回転電機、すなわち、磁石および複数のティースの互いの対向面は回転軸に平行であり、かつその対向面間のギャップは回転軸に沿って円筒状に形成されており、複数のティースそれぞれに発生する磁力線が放射状になるラジアルギャップ型回転電機に対しても適用可能である。

なお、本発明は前述した各実施の形態に限定されることなく、その発明の要旨に基づく範囲内において適宜な変更を行うことによりその他の態様で実施し得るものである。

本発明の第１の実施の形態に係わるアキシャルギャップ型回転電機が搭載された装置の一例である電動二輪車の側面図である。図１に示すリヤアームの後端部の内部を説明するための図１におけるＩＩ−ＩＩ矢視断面図（一部側面図）である。図１および図２に示す自動二輪車の電動モータの一部としてリヤアームの後端部に取り付けられた使用状態の固定子の後輪側から見た状態を示す図である。図３に示す固定子の要部の概略構成を示す斜視図である。図５Ａは、第１の実施形態に係わるティースおよび固定子側ヨークのティース設置部位の概略構成をそれぞれ示す斜視図である。図５Ｂは、図５Ａにおけるティースを積層方向から見た場合の図である。図６Ａは、は、図５に示すティースのヨーク挿入部における、コイルが通電された際に発生する磁力線に対して垂直な断面積を示す図である。図６Ｂは、図５に示すティースのコイル内配設部における上記磁力線に対して垂直な断面積を示す図である。図７Ａは、ヨーク挿入部の積層方向視における短手方向に沿った幅がコイル内配設部における対応する幅以下であるティースおよび該ティースの固定子側ヨークにおけるティース設置部位の概略構成をそれぞれ示す斜視図である。図７Ｂは、図７Ａにおけるティースを積層方向から見た場合の図である。図８Ａは、本発明の第２の実施形態に係わるティースおよび固定子側ヨークのティース設置部位の概略構成をそれぞれ示す斜視図である。図８Ｂは、図８Ａにおけるティースを積層方向から見た場合の図である。図９Ａは、本発明の第３の実施形態に係わるティースおよび固定子側ヨークのティース設置部位の概略構成をそれぞれ示す斜視図である。図９Ｂは、図９Ａにおけるティースを積層方向から見た場合の図である。図１０Ａは、図９に示すティースを含む固定子の組み立て工程（１つのティース部分のみ）を示す分解斜視図である。図１０Ｂは、図７に示すティースを含む固定子の組み立て工程（１つのティース部分のみ）を示す分解斜視図である。本発明の３の実施の形態に係わるモールド一体型コイルの概略構成を示す斜視図である。図１１に示すモールド一体型コイルを用いた固定子組み立て工程を示す分解斜視図である。本発明の３の実施の形態の変形例に係わるモールド一体型コイルの概略構成を示す斜視図である。

Claims

界磁用磁石と、
前記界磁用磁石に対して所定間隙をあけて対向するように配置され、かつ前記界磁用磁石の磁束の方向に平行に積層されて成るティースと、
前記ティースの少なくとも一部を内部に収容したコイルと、
前記界磁用磁石に対向するように配置され、かつ前記ティースの積層方向と異なる方向に積層されて成るヨークとを備え、
前記界磁用磁石と対向する前記ティースの対向面が前記ヨークの中心軸に直交するアキシャルギャップ型の回転電機であって、
前記ヨークは、略切り欠き円環状を有しており、前記切り欠き円環状の中心軸に沿って積層されて成り、
前記ヨークは、前記界磁用磁石に対向する面から反対側の面にむけて設けられた開口部を更に含み、
前記ティースは、前記開口部に挿入された第１の部位と、前記コイルが巻回される第２の部位とを有し、前記ティースの積層方向が前記ヨークの前記中心軸の放射方向に一致しており、
前記ティースと前記ヨークは、前記第１の部位が前記開口部に挿入された状態で互いに固定され、
前記コイルが通電された際に前記第１の部位に発生する磁力線に対して垂直な断面の断面積は、前記第２の部位に発生する磁力線に対して垂直な断面の断面積よりも大きいことを特徴とする回転電機。
前記ティースは、前記第１の部位と、前記第２の部位とを有し、
前記第１の部位と前記第２の部位とが互いに一体成形された鋼板を複数枚積層して形成され、
前記第１の部位の前記界磁用磁石の磁束に対して垂直な方向の長さが、前記第２の部位の前記界磁用磁石の磁束に対して垂直な方向の長さよりも大きいことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
前記ティースは複数であり、当該複数のティースは、前記コイルが通電された際に当該複数のティースそれぞれの前記第２の部位に発生する磁力線が互いに略平行な状態で前記ヨークに取り付けられたことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
前記コイルが通電された際に、前記ティースの前記界磁用磁石に対向する磁石対向側端部において、前記ティースに発生する磁力線に対して垂直な断面の断面積は、前記第１の部位に発生する磁力線に対して垂直な断面の断面積以下であることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
前記コイルは複数であり、前記複数のティースは、その少なくとも一部が前記複数のコイルの内部にそれぞれ収容され、
前記複数のコイルは、その複数のコイルが通電された際に前記複数のティースそれぞれの前記第２の部位に発生する磁力線が互いに略平行な状態となるように一体的にモールドされていることを特徴とする請求項４記載の回転電機。
前記複数のティースそれぞれの前記界磁用磁石に対向する磁石対向側端部は当該複数のコイルの外部にそれぞれ位置し、
前記複数のティースそれぞれの前記界磁用磁石に対向する磁石対向側端部に近接して配置された複数のコアを備え、
前記複数のコアおよび前記複数のコイルは一体的にモールドされていることを特徴とする請求項５記載の回転電機。