JP5335011B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、弱め界磁制御を用いることなく、高トルク低速回転から低トルク高速回転まで広い運転領域の出力特性が良い回転電機に関する。

従来、電動二輪車等の駆動源や他の一般の電動モータとして、ラジアルギャップ型回転電機として用いられる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、円筒状の内壁に円周方向に複数の界磁用磁石が配設され、固定子側ヨークの対向面には、回転子側ヨークの円筒状の対向面に対向して複数のティースが放射状に配設されている。そして、それら複数のティースには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においては、界磁用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。すなわち、ラジアルギャップ型の名の通り、ギャップは回転軸から輻射方向に形成されている。
また、ラジアルギャップ型電動モータではあるが、上記とは逆に、固定子側ヨークが円筒状に形成され、回転子側ヨークが円柱状で且つ固定子側ヨークの筒円内に配置される形状の電動モータもある。

他方、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、その回転軸の軸線を中心とする円板状の固定子側ヨークとが互いに対向して配置される。

そして、回転子側ヨークの対向面には、その円板状の周辺部に沿って、円形状（又は円環状）に複数の界磁用磁石が配設され、固定子側ヨークの対向面には、その円板状の周辺部に沿って、略円環状に複数のティースが配設される。そして、界磁用磁石およびティースの互いの対向面間にギャップを形成し、かつその対向面が回転軸に直交する（つまり回転軸に垂直な）面を形成している。すなわち、アキシャルギャップ型の名の通り、対向面間のギャップが回転軸に沿った方向つまり軸方向に形成されている。

このようなアキシャルギャップ型の電動モータにおいて、ロータ（界磁用磁石が配設された回転子側ヨーク）とそれに対向して配置されたステ一夕（固定子側ヨークに配設されたコイル捲着コア）のどちらかを、回転軸方向に変位させてロータとステータ間の距離を可変させ、つまり磁気抵抗を調節可能なギャップを可変させることにより、電動モータの出力特性を可変にする技術が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）

ＷＯ２００４／０８８８２６

ところで、上記従来技術の構成は、回転子と固定子の間の磁気抵抗を調節可能なギャップを可変させると、磁力線が曲がったり、漏れたりして、コイル内を通る鎖交磁束がばらつきやすく、出力特性の制御性が難しかった。
本発明の目的は、上記従来の実情に鑑み、安定して磁気抵抗を調節可能であり、それによって、出力特性の制御性が良い回転電機を提供することである。

以下に、本発明に係わる回転電機の構成を述べる。
本発明の回転電機は、磁石を備え、回転軸を中心に回転する回転子と、巻線を備え、該回転子に対向配置された固定子と、を有し、上記固定子が、上記回転子に対向する対向部を含む第１部位と当該対向部を含まない第２部位との少なくとも２つの部位に分割されており、上記第１部位と上記第２部位との間の磁気抵抗を調節可能に構成されている。さらに、この回転電機は、互いに隣接する一対の上記第１部位の対向部同士の間の磁気抵抗を各第１部位と上記第２部位との間の磁気抵抗よりも大きくし、上記磁石のＮ極とＳ極との間に形成される磁束を、上記互いに隣接する上記第１部位の対向部同士の間の空間を殆ど透過させずに上記第２部位を透過させ、上記第２部位を介して上記互いに隣接する一対の上記第１部位を流れる磁束流を形成する状態と、互いに隣接する一対の上記第１部位の対向部同士の間の磁気抵抗を各第１部位と上記第２部位との間の磁気抵抗よりも小さくし、上記磁石のＮ極とＳ極との間に形成される磁束を、上記第２部位に殆ど流入させずに上記互いに隣接する一対の上記第１部位の対向部同士の間の空間を透過させ、上記一対の上記第１部位の対向部および当該一対の上記第１部位の対向部同士の間の空間を透過する磁束流を形成する状態とに変更可能であり、上記第２部位が上記第１部位に対して移動して、上記第１部位と上記第２部位との間の磁気抵抗を調節可能に構成されている。

好ましくは、上記第１部位は、上記巻線を含み、上記第２部位は、上記巻線を含まない。また、上記第１部位は、その対向部側の第１端面と当該対向部とは反対側の第２端面との間に上記巻線を有することが好ましい。この場合に、上記第２端面が上記第２部位に対向していることが好ましい。
上記第１部位と上記第２部位とは、例えばそれらの両方を通る磁束流の方向に分割されていてもよい。また、例えば上記固定子は、上記巻線の外方で上記第１部位と上記第２部位とに分割されていてもよい。また、例えば、上記第１部位と上記第２部位とは、上記回転子と固定子が対向する方向に分割されていてもよい。

また、上記第２部位は、上記第１部位および上記第２部位の両方を通る磁束流の方向と交差する方向に移動可能であるよう構成されていてもよい。また、例えば、上記第２部位は、上記第１部位に対して上記回転子の回転方向へ位相のずれた位置に移動可能であるよう構成されていてもよい。
また、上記第１部位の対向部側の第１端面は、当該対向部とは反対側の第２端面よりも大きく形成されていることが好ましい。この場合に、上記互いに隣接する一対の上記第１部位の間の間隙が、上記第１端面では狭く、上記第２端面では広くなっていることが好ましい。また、上記互いに隣接する一対の上記第１部位の上記第１端面間の磁気抵抗が、当該隣接する一対の上記第１部位の上記第２端面間の磁気抵抗より小さいことが好ましい。さらに、上記互いに隣接する一対の上記第１部位の上記第１端面間の磁気抵抗が、上記第１端面と上記回転子との間の磁気抵抗より大きいことが好ましい。

本発明によれば、第１部位と第２部位との間の磁気抵抗を安定して調節可能であり、それによって、出力特性の制御性が良い回転電機を提供することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係わる回転電機であ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としての電動二輪車の側面図である。 本発明の基本となるアキシャルギャップ型電動モータ（電動モータ）の構成をリヤアームの後端部近傍の構成と共に示す断面図である。 電動モータの固定子とその周辺の後輪側から見た構成を示す図である。 固定子の要部の概略構成を固定子に対向配置される回転子とその回転軸と共に分かり易く分解した形状で対比的に示す斜視図である。 (a) 〜(f) はアキシャルギャップ型電動モータの駆動原理を説明する図である。 実際のＮ極の磁石とＳ極の磁石の近接した配列においてＮ極の磁石とＳ極の磁石に１つのティースが跨って対向する状態を示す図である。 通常のアキシャルギャップ型電動モータの回転速度に一定の限界がある理由を説明する図である。 通常のアキシャルギャップ型電動モータの回転速度を上げるために利用される弱め界磁制御の方法を模式的に示す図である。 第１の実施の形態におけるアキシャルギャップ型電動モータの構成をリヤアームの後端部近傍の構成と共に示す断面図である。 第１の実施の形態におけるアキシャルギャップ型電動モータの分解斜視図である。 第１の実施の形態におけるアキシャルギャップ型電動モータが組み上がった状態を回転制御系と共に示す斜視図である。 (a),(b),(c) は第１の実施の形態におけるアキシャルギャップ型電動モータの第２のステータにより回転子の回転方向に添って第１のステータに対して行われる往復移動の回転角と動作を説明する図である。 (a),(b) は第１の実施の形態におけるアキシャルギャップ型電動モータの高トルク低速回転から低トルク高速回転までの回転制御の原理を説明する図である。 (a) 〜(e) は磁気抵抗となるギャップについて説明する図である。 第２の実施の形態に係わるラジアルギャップ型電動モータの構成を示す断面図である。 第３の実施の形態に係わるラジアルギャップ型電動モータの構成を示す断面図である。 一参考形態に係わるアキシャルギャップ型電動モータの主要部の構成を示す斜視図である。 前記参考形態に係わるアキシャルギャップ型電動モータの構成において高速・低トルク回転時の第１の回転子と第２の回転子との回転位相のずれの関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（本発明の回転電機を搭載装備した電動二輪車）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係わる回転電機であ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としての電動二輪車の側面図である。図１に示すように、本例の電動二輪車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２内には、車体方向変更用の不図示の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３が固定されたハンドル支持部４が取り付けられており、上記のハンドル３の両端にはグリップ５が取り付けられている。また、図１では陰になって見えない右側（図１の紙面奥側）のグリップは、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６が取り付けられている。そのフロントフォーク６の下端に緩衝懸架された状態で、前輪７を回転自在に軸支する前車軸８が挟持されている。

上記のハンドル支持部４において、ハンドル３の前方には、メータ９が配置され、メータ９の下方には、ヘッドランプ１１が固定され、そして、そのヘッドランプ１１の両側方には、フラッシャランプ１２（右側つまり図１では紙面奥側のフラッシャランプ１２は陰になって見えない）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１３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１３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１３の後方側端部には、その後方側端部から、更に後方斜め上方に左右一対のシートレール１４が延設されている。このシートレール１４の後方側端部１４ａは、シート１５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１４の間に、バッテリ１６が着脱自在に配設されている。このバッテリ１６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。

また、左右一対のシートレール１４の上記の屈曲部分近傍には、逆Ｕ字形に形成されているシートステー１７が車体前方に向かって斜め上方に傾斜して溶着されている。このシートステー１７と左右のシートレール１４で囲まれる部分に、上記のシート１５がその前端部を上下に回動させて開閉可能に配置されている。
また、シートレール１４の後端部には、リヤフェンダ１８が取り付けられており、このリヤフェンダ１８の後面には、テイルランプ１９が取り付けられている。さらに、テイルランプ１９の左右には、フラッシュランプ２１（右側つまり図１では紙面奥側のフラッシャランプ２１は陰になって見えない）がそれぞれ設けられている。

一方、左右一対の車体フレーム１３のシート１５下方の水平部には、リヤアームブラケット２２（図１には紙面手前側のみ図示）がそれぞれ溶着されており、これら左右一対のリヤアームブラケット２２には、リヤアーム２３の前端がピボット軸２４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２３の略円形の後端部２３ａの中心に、駆動輪である後輪２５が回転自在に軸支されている。これらのリヤアーム２３及び後輪２５は、リヤクッション２６により緩衝懸架されている。

上記左右一対の車体フレーム１３の水平部下方には、これも左右一対のフートステップ２７（図１には紙面手前側のみ図示）がそれぞれ配設されている。また、フートステップ２７の後方側には、サイドスタンド２８が軸２９を介して回動可能に左側のリヤアーム２３に支持されている。このサイドスタンド２８は、リターンスプリング３１により閉じ側に付勢されている。

そして、リヤアーム２３の後端部２３ａ内には、後輪２５に連結され、その後輪２５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３２を含む駆動ユニットが取り付けられている。
ここで、本発明の基本となるアキシャルギャップ型電動モータの構成とその動作について説明した後、本発明の第１の実施の形態におけるアキシャルギャップ型電動モータ３２の構成とその動作について説明することにする。
（アキシャルギャップ型電動モータの基本構成）
図２は、上記本発明の基本となるアキシャルギャップ型電動モータ（以下、単に電動モータともいう）の構成をリヤアーム２３の後端部２３ａ近傍の構成と共に示す断面図である。尚、図２は、図１におけるＡ矢視断面図（一部側面図）を示している。ただし後輪２５は図示を省略している。

図２において、駆動ユニット３３は、リヤアーム２３の後端部２０ａの右側側面（図２では上方側面）に被着されているギアカバー３４の内部に形成された空間内に収容されている。駆動ユニット３３は、電動モータと、遊星ギア減速機３５およびコントローラ３６等が一体的に組み込まれて形成されている。
上記の電動モータは、図２において、リヤアーム２３の後端部２０ａに対して軸受３７ａ及び３７ｂを介して軸受３７ａ及び３７ｂの中心軸線ＢＯを中心に回転可能に支持された回転子３８と、この回転子３８に対向してリヤアーム後端部２３ａの内面に固定された略円環（又はドーナツ）状の固定子３９とを備えている。

回転子３８は、図２に示すように、回転子側ヨーク４１（４１ａ〜４１ｅ）を有し、この回転子側ヨーク４１は、リヤアーム２３の後端部２３ａ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４１は、固定子３９に対向する円環部４１ａ、この円環部４１ａの内周縁部からリヤアーム２３の後端部２３ａへ向かって略円錐台状に延在するテーパー部４１ｂ、このテーパー部４１ｂの延在端からリヤアーム２３の後端部２３ａ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４１ｃ、この円筒部４１ｃの延在端（図２では下端）から中心軸線ＢＯに向かって回転の径方向に延在する円環部４１ｄ、及びこの円環部４１ｄの内周縁部から後端部２３ａ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４１ｅを備えている。

そして、この第２の円筒部４１ｅが軸受３７ａ、３７ｂを介して中心軸線ＢＯを中心に回転可能に支持されており、回転子３８の回転軸を構成している。したがって、回転子３８の回転軸４３の回転軸中心が軸受３７ａ、３７ｂの中心軸線ＢＯに対応している。
また、回転子３８は、回転子側ヨーク４１の円環部４１ａにおける固定子側対向面に固設された複数の界磁用磁石４２を備えている。これらの界磁用磁石４２は円環部４１ａの周方向に沿って中心軸線ＢＯに対して同軸な円環形状に展開され、Ｎ極とＳ極とが交互に配置されている。尚、界磁用磁石４２は円板又は円環の同一面の周に沿って永久分極された誘電体の部位から成るＮ極とＳ極とが交互に着磁された１つの磁石で構成してもよい。

回転子３８の第２の円筒部（回転軸）４１ｅの後輪側端部には、回転子３８（第２の円筒部（回転軸）４１ｅ）と同軸状に歯付き回転軸４３が固設されており、この歯付き回転軸４３は、回転子３８と一体に回転するようになっている。
一方、遊星ギア減速機３５は、歯付き回転軸４３に連結されており、回転子側ヨーク４１のテーパー部４１ｂ内に組み込まれている。この遊星ギア減速機３５と電動モータ（回転子３８と固定子３９）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。

遊星ギア減速機３５は、歯付き回転軸４３と同軸状に配置された後車軸４４に連結されており、電動モータの回転（第２の円筒部（回転軸）４１ｅの回転）を減速して歯付き回転軸４３を介して後車軸４４に伝達する機能を有している。後車軸４４のギアカバー３４から突出する後車軸４４の先端部４４ａにはナット４５が着脱自在に螺着されており、図１に示す後輪２５は後車軸４４に嵌合された状態でナット４５の螺着により締め付けられ後車軸４４に固着するように取り付けられている。

図３は、上記電動モータの固定子３９とその周辺の後輪２５側から見た構成を示す図である。すなわち、図３は図面正面が電動二輪車１の車体右側、図面左が車体下側、図面上方が車体の後方、図面下方が車体前方に対応する。
図３（図２も参照）において、固定子３９は、リヤアーム２３の後端部２３ａに固設されており、例えば円環状鋼板が中心軸方向に積層されて成る積層体構造の固定子側ヨーク４６を備えている。固定子側ヨーク４６は、中心軸線ＢＯを中心とした逆向きＣ字形、換言すれば一部を切り欠かれた円の形状を有している。

固定子３９は、その固定子側ヨーク４６に３の倍数の数の略矩形のティース装着孔が周方向に沿って形成されており、そのティース装着孔に下部（図３では紙面向う側端部）を挿入されて固設され、固定子側ヨーク４６の周方向に沿って一定間隔（周方向ピッチ）で配列されたティース４７を備えている。ティース４７は、鋼板の積層体から成り、その上端面（図３では紙面手前側面）が、回転子３８の界磁用磁石４２に対して回転軸４３の軸方向に所定の間隙を空けて対向するように配置されている。

なお、周方向ピッチとは、隣接するティース４７それぞれの界磁用磁石４２との対向面となる上端面の中心と、その中心から上端面に沿って軸受３７ａ及び３７ｂの中心軸線ＢＯとを結ぶ線分間の角度を表している。
これらティース４７を固定して保持する固定子側ヨーク４６の形状が上述したように軸受３７ａ及び３７ｂの中心軸線ＢＯを中心とした一部を切り欠かれた円の形状を有しているために、上記３の倍数の数のティース４７の配列も一部を切り欠かれた円の形状に沿って配列されている。これにより、真円状に配列された場合と比較して、円の切り欠き部に対応する３相分（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の３つのティースが欠缺されている。以下、上記の円の切り欠き部をティース欠缺部位４８という。

また、固定子３９は、各ティース４７に巻回されたコイル４９（図２参照）、各ティース４７とコイル４９を樹脂等でモールドして一体化したモールド部５１、及びこのモールド部５１の外周面に複数個形成されたフランジ５２を備えている。
フランジ５２は、各ティース４７及びコイル４９を含むモールド部５１をリヤアーム２３の後端部２３ａに取り付けるためのボルト孔を備えている。このボルト孔に挿通されたボルト５３のリヤアーム２３の後端部２３ａへの螺合により、固定子３９がリヤアーム２３の後端部２３ａに固設される。

また、上記のティース欠缺部位４８には、固定子３９に電気的に接続されて固定子３９に給電可能なインバータ５４がゴム等から成る不図示の弾性材を介して固定されている。更にこのティース欠缺部位４８には、エンコーダ基板５５が配設され、このエンコーダ基板５５と上記のインバータ５４とは柔軟性を有する被覆付きのワイヤハーネス５６（フレキシブル基板等を用いてもよい）で電気的に接続されている。

上記のエンコーダ基板５５の表面には、ホールセンサ等の磁極検出素子５７ａ，５７ｂ及び５７ｃが搭載されており、これら磁極検出素子５７ａ、５７ｂ及び５７ｃは、電動モータにおけるＵ相、Ｖ相及びＷ相の電気角が１８０°のとき（例えばコイル電流が最大）を検出する位置にそれぞれ配置されている。
図４は、図３に示す固定子３９の要部の概略構成を固定子３９に対向配置される回転子３８とその回転軸４３と共に示す斜視図である。尚、図４には、図２に示したコイル４９、図２と図３に示したモールド部５１、図３に示したフランジ５２、インバータ５４、エンコーダ基板５５等の図示を省略している。

図４に示すように、固定子側ヨーク４６には、それぞれのティース４７が挿入されて固定される略矩形状に貫設された挿入孔５８が、上記周方向ピッチで、一部を切り欠かれた円の形状に配置されている。この挿入孔５８の一対の短手側の内側面５８ａ及び５８ｂは、それぞれ中心軸線ＢＯを向くようになっている。
さらに、各挿入孔５８において、固定子側ヨーク４６の外周面４６ａ側の内側面５８ｂには、その内側面５８ｂと外周面４６ａとの間の鋼板部分が切断されて形成され、挿入孔５８を固定子側ヨーク４６の外側に連通させるスリット５９が放射状に貫設されている。

固定子側ヨーク４６には、上述したように２極３相の交番電流が印加されるＵ相、Ｖ相及びＷ相の３個１組となっているティース４７が、ティース欠缺部位４８を除いて順次配置されている。この３個１組のティース４７の配置間隔に対応する所定の配置間隔で、回転子３８にはＮ極とＳ極の極対を有する界磁用磁石４２が偶数個配設されている。勿論、前述したように、界磁用磁石４２は円板又は円環の同一面の周に沿って永久分極された誘電体の部位から成るＮ極とＳ極とが交互に着磁された１つの磁石で構成してもよい。

すなわち、例えば６個のティース４７の配置間隔内に対して１極対を有する４個の界磁用磁石４２が常に対向して存在するか、あるいは４極対を有する１個の界磁用磁石が常に対向して存在するように配置する。また、９個のティース４７の配置間隔内に対しては１極対の６個の界磁用磁石４２又は６極対の１個の界磁用磁石が常に対向して存在するように配置する。

図４に示すティース４７は、合計１５個が配設されているが、これは本来１８個のティース４７で構成される固定子から、図３に示したエンコーダ基板５５を配置するために３個のティース４７を削除したものである。
したがって、この１５個のティース４７の配置間隔内（３個の削除箇所も含めて）に対しては、偶数個の界磁用磁石４２または１個の界磁用磁石いずれを用いるにせよ、１２極対の磁極が常に対向して存在するように構成されている。
（アキシャルギャップ型電動モータの駆動原理）
次に上記のように構成されるアキシャルギャップ型電動モータの駆動原理を説明する。

図５(a) 〜(f) は、アキシャルギャップ型電動モータの駆動原理を説明する図である。同図(a) において、矢印ａは、回転子３８の回転方向を示し、矢印ｂは、Ｎ極の界磁用磁石４２（以下、単に磁石４２ともいう）から出る磁束の向きをプラスとしＳ極の磁石４２から出る磁束の向きをマイナスとしたときの磁束のプラスの向きを示している。ただし、磁束の向きは全て矢印ｂのように真下を向くわけではなく斜め下向きにもなるが全体として下方向の向きという意味で示している。

また、５図(a) の矢印ｃは固定子３９の各ティース４７に巻回されたコイル４９への通電によって発生しコア材であるティース４７（４７ｕ、４７ｖ、４７ｗ）により励磁されたＮ極性の磁束の向きをプラスとしＳ極性の磁束の向きをマイナスとしたときの磁束のプラスの向きを示している。ただし、磁束の向きは全て矢印ｃのように真上を向くわけではなく斜め上向きにもなるが全体として上方向の向きという意味で示している。

また、図５(a) 〜(f) には、Ｕ相のティース４７を４７ｕで示し、Ｖ相のティース４７を４７ｖで示し、Ｗ相のティース４７を４７ｗで示している。
図５(a) は、Ｎ極の磁石４２がＵ相のティース４７ｕの真上に位置しており、Ｓ極の磁石４２がＶ相のティース４７ｖとＷ相のティース４７ｗの中間に位置しているときの状態を示している。

この状態でＵ相のティース４７ｕのコイル４９への電流は切断されており、ティース４７ｕとしての磁束は０であり、Ｎ極の磁石４２からの磁束のみがティース４７ｕ内を流れている。
Ｖ相のティース４７ｖのコイル４９にはＳ極性の磁束を発生させる電流が流れており、このＳ極性の磁束がティース４７ｖにより励磁される。そして、この励磁されたティース４７ｖのＳ極性の磁束により、同一極性のＳ極の磁石４２が矢印ａ方向に反発される。

他方、Ｗ相のティース４７ｗのコイル４９にはＮ極性の磁束を発生させる電流が流れており、このＮ極性の磁束がティース４７ｗにより励磁され、この励磁されたティース４７ｗのＮ極性の磁束により、反対極性のＳ極の磁石４２が矢印ａ方向に吸引される。
このような反発力と吸引力とによる矢印ａ方向へのトルクにより回転子３８が矢印ａ方向へ回転して図５(b) の状態になる。すなわち、Ｎ極の磁石４２がＵ相のティース４７ｕとＶ相のティース４７ｖの中間に位置しており、Ｓ極の磁石４２がＷ相のティース４７ｗの真上に位置する状態となる。

この状態で、Ｕ相のティース４７ｕのコイル４９にはＮ極性の磁束を発生させるように電流の向きが切り替わっており、このＮ極性の磁束がティース４７ｕにより励磁され、この励磁されたＮ極性の磁束により、同一極性のＮ極の磁石４２が矢印ａ方向に反発される。
他方、Ｖ相のティース４７ｖのコイル４９にはＳ極性の磁束を発生させるように電流が切り替わっており、このＳ極性の磁束がティース４７ｖにより励磁され、励磁されたＳ極性の磁束により、反対極性のＮ極の磁石４２が矢印ａ方向に吸引される。

また、この状態ではＷ相のティース４７ｗのコイル４９への電流は切断されており、ティース４７ｗとしての磁束は０であり、Ｓ極の磁石４２からの磁束のみがティース４７ｗ内を流れている。
そして、この場合も上記の反発力と吸引力とによる矢印ａ方向へのトルクにより回転子３８が矢印ａ方向へ回転して図５(c) の状態になる。この状態におけるティース４７と磁石４２との関係は図５(a) の状態と同様であるが、Ｎ極及びＳ極の磁石４２に対するティース４７の対応関係が、一つずつ矢印ａ方向にずれている。

すなわち、Ｎ極の磁石４２がＶ相のティース４７ｖの真上に位置し、Ｓ極の磁石４２がＷ相のティース４７ｗと、隣接の３相１組の中のＵ相のティース４７ｕとの中間に位置している。
この図５(c) の状態におけるティース４７ｖ、ティース４７ｗ、及び隣接のティース４７ｕにおける電流及びコイル４９から発生する磁束の極性は、図５(a) における３相１組のティース４７ｕ、ティース４７ｖ、及びティース４７ｗにおける電流及びコイル４９から発生する磁束の極性と同一である。

すなわち、この場合も反発力と吸引力とによる矢印ａ方向へのトルクが発生し、このトルクにより回転子３８が矢印ａ方向へ回転して図５(d) の状態になる。この状態におけるティース４７と磁石４２との関係は図５(b) の状態と同様であるが、この場合もＮ極及びＳ極の磁石４２に対するティース４７の対応関係が、一つずつ矢印ａ方向にずれている。
すなわち、Ｎ極の磁石４２がＶ相のティース４７ｖとＷ相のティース４７ｗの中間に位置しており、Ｓ極の磁石４２が隣接の３相１組の中のＵ相のティース４７ｕの真上に位置する状態となる。

この図５(d) の状態におけるティース４７ｖ、ティース４７ｗ、及び隣接のティース４７ｕにおける電流及びコイル４９から発生する磁束の極性は、図５(b) における３相１組のティース４７ｕ、ティース４７ｖ、及びティース４７ｗにおける電流及びコイル４９から発生する磁束の極性と同一である。
以下同様にして図５(e) の状態に遷移し、更に図５(f) の状態に遷移して、Ｎ極の磁石４２が、Ｗ相のティース４７ｗと隣接の３相１組の中のＵ相のティース４７ｕとの中間に位置して、図５(a) の左に示した３相１組のＵ相のティース４７ｕ、Ｖ相のティース４７ｖ、及びＷ相のティース４７ｗと、２個１対のＮ極の磁石４２及びＳ極の磁石４２との駆動関係が終了する。

そして、続いて再び図５(a) に示すように、図の左に示す３相１組のＵ相のティース４７ｕ、Ｖ相のティース４７ｖ、及びＷ相のティース４７ｗと、上記駆動関係が終了した２個１対のＮ極の磁石４２及びＳ極の磁石４２の回転方向上流側に隣接する２個１対のＮ極の磁石４２及びＳ極の磁石４２との駆動関係が、図５(a) 〜(f) に示したように開始される。

尚、図５(a) 〜(f) では、磁石４２とティース４７との位置関係を分かり易く６段階に分けて説明しているが、実際には、コイル４９への印加電流はサインカーブを描く電流が、２極３相１組となっている隣り合わせた３個のティース４７に、所定の位相差で順次印加されていき、その通電にコイル４９から発生する磁束は、回転子３８側の磁石４２が回転するため、その向きや大きさが変化する。

また、実際の配列における磁石４２のＮ極とＳ極の間隔は図５(a) 〜(f) に示す場合よりも近接しており、Ｎ極の磁石４２とＳ極の磁石４２に１つのティース４７が跨って対向する状態も発生する。尚、偶数個の磁石４２に代えて複数の極対が形成された１個の磁石を用いる場合は、Ｎ極とＳ極とは、間に間隔は無く接触している。
また、図５(a) 〜(f) に示した駆動関係は、全ての３相１組のティース４７と２個一対の磁石４２との間で、且つ隣接するティース及び磁石とも連携しながら、つまり３相１組のティース４７の中の２つのティースと隣接する３相１組のティース４７の中の１つのティースが次の３相１組となり、２個一対の磁石４２の中の１つの磁石と隣接する２個一対の磁石４２の中の１つの磁石が次に一対の磁石となって、順次回転方向へ遷移する。

そして上記コイルの磁束方向を切り替える電流の切替とその印加タイミングは、図３に示した磁極検出素子５７ａ，５７ｂ及び５７ｃによるＮ極の磁石４２及びＳ極の磁石４２の回転位置の検出と、この検出に基づくインバータ５４からの制御によって行われる。
このように、アキシャルギャップ型モータにおいては、回転子３８と固定子３９との間において磁気回路が形成されており、固定子３９の各ティース４７に巻回されたコイル４９を介して各ティース４７に対する励磁を、回転子３８側の磁石４２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３８側の磁石４２の各ティース４７の励磁に対する反発力と吸引力を利用して、回転子３８を回転させている。

図６は、実際のＮ極の磁石４２とＳ極の磁石４２の近接した配列において、Ｎ極の磁石４２とＳ極の磁石４２に１つのティース４７が跨って対向する状態を示す図である。同図も矢印ａは回転子３８の回転方向を示している。また、Ｎ極の磁石４２とＳ極の磁石４２間に流れる磁束の向きを矢印Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３で示している。また、この状態は、図５(a) 〜(f) と遷移するそれぞれの中間で発生する状態である。

図６において、固定子３９上のティース４７に巻回されているコイル４９には、矢印Ｅで示すように図の上から見て反時計回り方向に電流が流れており、これによりコイル４９内に発生しティース４７により励磁された磁束が矢印Ｇ４で示すように流れて、Ｎ極の磁石４２とＳ極の磁石４２間に流れる磁束と交錯する。この場合も、Ｎ極の磁石４２が反発し、Ｓ極の磁石４２が吸引されて、回転子３８に矢印ａ方向へのトルクが発生する。

図６で、ティース４７に対する磁石４２の位置が入れ替わり、左の磁石４２Ｎ極、右の磁石がＳとなった場合は、ティース４７に流される電流の向きは矢印Ｅと反対方向、すなわち図の上から見て時計回り方向に変化する。
ところで、上記の基本構成における電動モータには、回転速度において構成上からくる制約が発生し、ある限度以上には回転力が上昇しない。自動二輪車の速度に換算した場合図１に示す車両で走行に問題の無いトルクを出すためには、およそ毎時２０ｋｍ程度が限界である。ただし、これはタイヤの径、駆動系ギア系のギア比、モータの仕様等によって異なることは言うまでもない。

図７は、通常の電動モータの回転速度に一定の限界がある理由を説明する図である。図７に示す状態は、図５(c) に示したＮ極の磁石４２とＶ相のティース４７ｖとその近傍の位置状態を示している。尚、図７には、Ｖ相のティース４７ｖのコイル４９のみを示し、他のティースのコイルの図示は省略している。図５で述べたように、磁石４２がティース４７の真上にきているときには、コイル４９には電流は印加されない状態にある。

図７において、回転子３８、固定子３９、及びティース４７（４７ｕ、４７ｖ、４７ｗ）は軟磁性材であり、磁石４２とティース４７との対向面間の間隔ｄは極めて近接しているので、空間磁気抵抗は低い。そのためＮ極の磁石４２（Ｎ）とＳ極の磁石４２（Ｓ）間に流れる磁束は、一方は磁束流６１、他方は磁束流６２となって、磁石４２の磁極、回転子３８、ティース４７、及び固定子３９内を流れる。これにより、上記２つの磁束流６１及び６２が合流した大きな磁束量の磁束が、ティース４７ｖのコイル４９内に、コイル４９内に配置されたティース４７ｖを介して流れる。

回転子３８が矢印ａ方向に回転中は、上記の状態でコイル４９内を流れる磁束がコイル４９を横切るため、ファラデーの電磁誘導の法則により、コイル４９に電流が発生する。このコイル４９に発生する電流は上向きにＳ極性の磁束をコイル４９から発生させる。すなわち、このコイル４９に発生する電流によってコイル４９内すなわちティース４７ｖ内に形成されるＳ極性の磁束はＮ極の磁石４２（Ｎ）を吸引するように働く。

つまり、回転子３８の回転に抵抗力（磁気抵抗）が加わる。回転子３８の回転が早くなるほど、磁束流６１及び６２が合流したコイル４９内の磁束がコイル４９を横切る速度が速くなり、磁束がコイル４９を横切る速度が速くなるほどコイル４９には大きな電流が発生する。発生する電流が大きいほど、この電流によってティース４７ｖ内に形成されるＳ極性の磁束量は大きくなって回転子３８への磁気抵抗が大きくなる。

そして、やがて回転子３８の回転力の増加分と上記の磁気抵抗が均衡する。この均衡状態が上述した回転速度の限界点である。勿論、電力を上げれば限界点は延びるが、そのための消費電力は幾何級数的に増大するので得策ではない。
このようなアキシャルギャップ型電動モータの回転特性の弱点を解消して回転力をあげる、すなわ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知られている。

図８は、弱め界磁制御の方法を模式的に示す図である。図７で説明したように、Ｎ極の磁石４２（Ｓ極の磁石４２の場合も同様）がティース４７の真上にきているときにコイル４９に電流が印加されない状態では、回転子３８の回転が上がったときに、その回転に大きな抵抗が掛かる。
しかし、図のように、Ｎ極の磁石４２がティース４７の真上にきているときにコイル４９に矢印Ｅで示す方向（Ｓ極の磁石４２の場合は反対方向）に適度の電流を印加することにより、ティース４７に矢印Ｇ４で示す向き（Ｓ極の磁石４２の場合は反対向き）に、Ｎ極性の磁束が発生する。

このコイルから発生する磁束がＮ極の磁石４２からティース４７に矢印Ｇ２で示すように向うＮ極性の磁束を弱める働きをする。すなわち、図７に示した磁束流６１及び６２を弱める働きをするので、その分だけ、磁気抵抗が減少し、回転力が大きくなる。すなわち、低トルク高速回転が得られる。
この弱め界磁制御の方法は、図５に示した電磁石４２がティース４７真上にきたときに電流が０となるタイミングで印加するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のティース４７に印加する交番電流の位相に対し、それより位相のずれた新たな電流、すなわち電流が０となるタイミングのときに電磁石４２からコイルに向う磁束を弱める方向に、磁束を発生させるような電流を回転駆動用（トルク発生用）電流に更に加えてコイルに印加する。つまり回転トルクそのものには寄与しない電流を新たに印加している。

尚、上記のような電動モータの低トルク高速回転を得る方法として、回転子と固定子の回転軸方向の対向間隔を広げる、つまり回転子と固定子の間の磁気的ギャップを広げる方法もあることは前述した。
しかし、本願発明の発明者は、相対回転している回転子と固定子の間の磁気的ギャップでは磁束流の流れが不安定であることに気づいた。本願発明は、発明者が上記のように相対回転している回転子と固定子の間の磁気的ギャップでは磁束流の流れが不安定であることに気づいたことに始まる。

そして、発明者は、磁束流の流れが整っているところを見つけ出し、更にそこに変更可能な磁気的ギャップを形成すれば、磁束流の流れを制御できることを見出した。その結果、出力特性の制御性を向上することが可能となった。以下、これについて説明する。
（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電動モータの構成と動作）
次に、上記のようなアキシャルギャップ型電動モータの基本構成と駆動原理を踏まえた上で、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電動モータの構成と動作について説明する。

図９は、第１の実施の形態におけるアキシャルギャップ型電動モータの構成をリヤアームの後端部近傍の構成と共に示す断面図である。尚、図９には、図２と同一の構成部分には、図２と同一の番号を付与して示している。
図１０は、第１の実施の形態におけるアキシャルギャップ型電動モータの分解斜視図である。以下、図９及び図１０を用いて本例のアキシャルギャップ型電動モータ（以下、単に電動モータという）の構成を述べる。

本例の電動モータ７０は、先ず、回転子７１を備えている。回転子７１は回転軸７２を中心に円盤状に回転するように構成される。回転子７１は、図２及び図４の基本構成に示した回転子３８と同一の構成である。
すなわち、図１０において、回転子７１、回転軸７２、回転子側ヨーク７３、円環部７４、テーパー部７５、第１の円筒部７６、円環部７７、第２の円筒部７８、及び界磁用磁石７９は、図２及び図４に示した回転子３８、回転軸４１ｅ、回転子側ヨーク４１、円環部４１ａ、テーパー部４１ｂ、第１の円筒部４１ｃ、円環部４１ｄ、第２の円筒部（回転軸）４３、及び界磁用磁石４２と同一である。

この回転子７１に対して（より詳しくは複数の界磁用磁石７９が配置された面）に対して、固定子（ステータ）８８が対向して配置される。固定子８８は、第１のステータ８３と第２のステータ８７の２つの部位に分かれている。
第１のステータ８３は、不図示の保持部材で保持された複数の第１のティース８１を有する第１のステータコア８０を備えている。第１のティース８１は、一方の端面８１ａを回転軸７２の軸方向に沿って回転子７１に対向させて配置される。すなわち、第１のティース８１は、回転子７１に対向する対向部を有している。これらの第１のティース８１には、その両端面（８１ａ、８１ｂ）を除く側面周囲８１ｃに、巻線８２が施される。

尚、上記の第１のティース８１は、回転子７１に対向する対向部側の端面８１ａ（第１端面）が、前記対向部とは反対側の端面８１ｂ（第２端面）よりも大きく形成されている。これにより、互いに隣接する一対の第１のティース８１と８１間の間隙は、回転子７１に対向する対向部側の端面８１ａ（第１端面）側では狭く、対向部とは反対側の端面８１ｂ（第２端面）側では広くなっている。

この巻線８２が施された状態の複数の第１のティース８１は、巻線８２と一体にモールドされて、全体形状が円環状の第１のステータ８３を形成する。尚、この第１のステータ８３の第１のティース８１の各巻線（コイル）８２に印加されるトルク発生用の駆動電流の制御は、図５で説明したと同様の方法、すなわち、弱め界磁制御を行わない基本駆動方法による電流制御によって、この電動モータのトルク発生の制御が行われる。

また、第２のステータ８７は、回転子７１に対向する対向部を有しておらず、第１のティース８１と同数の第２のティース８４が保持部材８５に保持されて、それ自体が第２のステータコア（８７）を構成している。
この第２のステータ８７の第２のティース８４は、一方の端部８４ａを、上記第１のステータ８３の第１のティース８１の回転子７１に対向する対向部側の端面８１ａとは反対側の端面８１ｂ（第２端面）に対向して配置される。

この第２のティース８４の他方の端部８４ｂは、環状の保持部材８５に形成された複数の装着孔８６に、それぞれ圧入されて固設される。
これら第２のティース８４と、これら第２のティース８４を装着孔８６に圧入固定された保持部材８５とによって、第２のステータ８７が形成される。また、これらの第２のティース８４と保持部材８５とが一体にモールドされるのが好ましく、本例でもモールドされているが、図１０にはモールドは図示を省略している。

図１１は、上記構成の電動モータ７０が組み上がった状態を回転制御系と共に示す斜視図である。尚、図１１には、図１０と同一構成部分には図１０と同一の番号を付与して示している。また、図１１も、第１のステータ８３と第２のステータ８７のモールドは図示を省略している。また、図１１に示す第２のステータ８７の保持部材８５には、図１０では図示を省略したスリット８９（図４のスリット５９参照）を示している。

図１１に示すように、図１０の分解図に示した電動モータ７０は、回転子７１、第１のステータ８３、及び第２のステータ８７が、僅かの間隙を介して対向して回転軸方向に沿って順次配置されている。
第１のステータ８３は、その名の通り、特には図示しないが、モールド部に形成された係合部によって図２に示すリヤアーム２３の後端部２３ａに固定されている。これに対して、第２のステータ８７は、完全に固定されているわけではなく、詳しくは後述するが、第１のステータ８３に対してやや回動する。

その回動機構は、図１１に示すように、第２のステータ８７の保持部材８５周側面の一部に形成されているギア係合用歯部９０が、回転制御系の減速歯車９１の小径歯車に噛合することによって形成されている。
減速歯車９１の大径歯車は、次段の減速歯車９２の小径歯車に噛合し、この減速歯車９２の大径歯車は、三段目の減速歯車９３の小径歯車に噛合している。そして減速歯車９３の大径歯車はモータ９４の回転軸先端に固設されたウォームギア９５に噛合している。

モータ９４は、電源９６から回路駆動用電源を供給されるコントローラ９７の不図示の駆動パルス電圧出力端子に接続され、順逆両向きに回転駆動される。このモータ９４による順逆両向きの回転は、ウォームギア９５により回転軸を直角に変換され且つ減速されて減速歯車９３の大径歯車に伝達され、この減速歯車９３、９２及び９１を介し歯数比に応じて更に３段階に減速されて、第２のステータ８７の保持部材８５に形成されているギア係合用歯部９０に伝達される。

これにより、第２のステータ８７は、第１のステータ８３に対し回転子７１の回転方向に僅かに移動可能に構成されている。すなわち、第２のステータ８７は狭い回転角で無段階かつ間歇的に往復移動する。換言すれば、第２のステータ８７は回転子７１の回転方向に添って順逆両向きに無段階かつ間歇的に僅かに回動する。
図１２(a),(b),(c) は、上記第２のステータ８７により回転子７１の回転方向に添って第１のステータ８３に対して行われる往復移動の回転角と動作を説明する図である。尚、図１２(a),(b),(c) では、第１のステータ８３の第１のティース８１に対する第２のステータ８７の第２のティース８４の変位の状態を分かり易く示すため、図１１に示した巻線８２、スリット８９、ギア係合用歯部９０、回転制御系等の図示は省略している。

図１２(a) は、図１１に示した電動モータ７０の高トルク低速回転時に対応する第１のステータ８３の第１のティース８１に対する第２のステータ８７の第２のティース８４の位置関係を示している。本例では、この位置関係を基準位置としている。
第２のステータ８７の上述した回動によって、第２のティース８４は、図１２(a) に示す基準位置つまり第１のティース８１に対して正対する位置から、図１２(b) に示す中間位置を経て、図１２(c) に示す最大移動位置つまり第１のティース８１と８１の丁度中間の位置まで狭い角度内で、回転子７１の矢印ａで示す回転方向に沿って回動（往復移動）が可能である。尚、図１２(b) に示す中間位置は、無段階かつ間歇的な回動の或る任意の位置を示している。

図１３(a),(b) は、本例の電動モータ７０の高トルク低速回転から低トルク高速回転までの回転制御の原理を説明する図である。
尚、図１３(a),(b) には、説明を分かり易く図示するために、第１のティース８１に巻回されている巻線８２及びモールドの図示は省略している。同様に、第２のティース８４と保持部材８５のモールドも図示を省略している。

また、図１３(a) は図１２(a) に示した第２のティース８４が第１のティース８１に対して正対する位置にある高トルク低速回転時の状態を示し、図１３(b) は図１２(c) に示した第２のティース８４が互いに隣接する一対の第１のティース８１と８１の丁度中間の位置にある低トルク高速回転時の状態を示している。
また、図１３(a) は、回転子７１のｉ番目の磁石７９ｉが、固定子側の第１のステータ８３のｉ番目の第１のティース８１ｉと正対しており、且つその第１のティース８１ｉに対して固定子側の第２のステータ８７のｉ番目の第２のティース８４ｉが正対している状態を示している。すなわち、図１２(a) と同一の状態を示している。

また、図１３(b) は、回転子７１の磁石７９ｉと第１のステータ８３の第１のティース８１ｉとの位置関係は変わらずに、第２のステータ８７の第２のティース８４ｉが第１のステータ８３の第１のティース８１ｉとそれに隣接する別の第１のティース８１ｉ＋１との丁度中間に位置した状態を示している。すなわち、図１２(c) と同一の状態を示している。

図１３(a) において、回転子７１における回転子側ヨーク７３の円環部７４、第１のステータ８３の第１のティース８１（８１ｉ−１、８１ｉ、８１ｉ＋１）、第２のステータ８７の第２のティース８４（８４ｉ−１、８４ｉ、８４ｉ＋１）及び保持部材８５は、強透磁性であり、磁石７９（７９ｉ−１、７９ｉ、７９ｉ＋１）と第１のティース８１との対向面間の磁気抵抗ｈ及びこれら第１のティース８１と第２のティース８４との対向面間の磁気抵抗ｋは極めて近接しているので低い。

尚、前述したように、第１のティース８１の回転子７１に対向する対向部側の端面８１ａ（第１端面）は、他の端面８１ｂ（第２端面）よりも大きく形成されているので、互いに隣接する一対の第１のティース８１間において回転子７１に対向する端面８１ａ間（対向部間）には、他の端面間の磁気抵抗よりも極めて小さい磁気抵抗ｊが形成されるが、この磁気抵抗ｊは、上記の回転子７１との磁気抵抗ｈよりも大きい。すなわち、これらの磁気抵抗には「ｈ≒ｋ＜ｊ」の関係がある。

そのため磁石７９ｉ（Ｎ極とする）と隣接の磁石７９ｉ−１（Ｓ極となる）との間に形成される磁束は、磁気抵抗ｊを殆ど透過せず、磁気抵抗ｈ、第１のティース８１ｉ、磁気抵抗ｋ、第２のティース８４ｉ、保持部材８５、第２のティース８４ｉ−１、磁気抵抗ｋ、第１のティース８１ｉ−１、磁気抵抗ｈ、及び円環部７４を透過する強力な磁束流９８ａを形成する。すなわち、第２のステータ８７を介して、互いに隣接する一対の第１のティース８１ｉ，８１ｉ−１を流れる磁束流９８ａが形成される。

更に、磁石７９ｉ（Ｎ極）と他の隣接の磁石７９ｉ＋１（Ｓ極）間に形成される磁束も磁気抵抗ｊを殆ど透過せず、磁気抵抗ｈ、第１のティース８１ｉ、磁気抵抗ｋ、第２のティース８４ｉ＋１、保持部材８５、第２のティース８４ｉ＋１、磁気抵抗ｋ、第１のティース８１ｉ＋１、磁気抵抗ｈ、及び円環部７４を透過する強力な磁束流９８ｂを形成する。すなわち、第２のステータ８７を介して、互いに隣接する一対の第１のティース８１ｉ，８１ｉ＋１を流れる磁束流９８ｂが形成される。

これらの現象は、磁石７９ｉがＮ極の磁石ではなくＳ極の磁石である場合も、磁束流の向きが逆になるだけで、互いに関連する磁石７９、第１のティース８１、第２のティース８４、保持部材８５、円環部７４に流れる強力な磁束流が形成される点は同様である。
そして、この強力な磁束流が磁気抵抗となって、このままでは電動モータ７０が高トルク低速回転から低トルク高速回転に遷移することに早期に限界が生じることは前述した。また、その限界値を伸ばすために、弱め界磁制御の方法があることも前述した。

しかし、本例では、図１１及び図１２(a),(b),(c) で説明したように、第２のティース８４は、第１のティース８１に正対する基準位置から隣接する一対の第１のティース８１と８１の丁度中間の最大移動位置まで狭い角度内で回転子７１の矢印ａで示す回転方向に沿って回動（往復移動）が可能である。
いま第２のティース８４を、図１３(a) に示す基準位置から図１３(b) に示す最大移動位置まで回動させたとする。このとき第１のティース８１と第２のティース８４との対向部には、正対していたときの磁気抵抗ｋよりも大きな磁気抵抗ｍが形成され、更に第２のティース８４は保持部材８５よりも突設された形状で配置されているので、第１のティース８１と保持部材８５間には第１のティース８１と第２のティース８４と間の磁気抵抗ｍよりも大きな磁気抵抗ｎが形成される。

すなわち、これらには「ｍ＜ｎ」の関係がある。ｍに対してｎは無視することができ、したがって、図１３(b) に示す状態においては、第１のティース８１とこれに隣接する他の第１のティース８１との丁度中間位置に第２のティース８４が移動したとき、第２のティースと第１のティースの回転子７１に対向する対向部側の端面８１ａ（第１端面）とは反対側の端面８１ｂ（第２端面）との間に形成される磁気抵抗はｍであるということができる。

そして、前述したように、第１のティース８１の回転子７１に対向する対向部側の端面８１ａは、他の端面８１ｂよりも大きく形成されているので、隣接する一対の第１のティース８１間において回転子７１に対向する対向部間（端面８１ａ間）に形成される磁気抵抗ｊは極めて小さく、図１３(b) に示す状態においては、上記の磁気抵抗ｍとの間には「ｊ＜２ｍ」の関係が形成される。

すなわち、第２のティースと第１のティースの回転子７１に対向する対向部側の端面８１ａ（第１端面）とは反対側の端面８１ｂ（第２端面）との間に形成される最短距離（磁気抵抗ｍ）よりも、第１のティース８１の回転子７１に対向する端面８１ａ（対向部）と当該第１のティース８１に隣接する他の第１のティース８１の回転子７１に対向する端面８１ａ（対向部）との間に形成されている距離（磁気抵抗ｊ）が小さくなる、ということができる。

そして、この状態になることにより、すなわち各部材間の磁気抵抗が「ｈ＜ｊ＜ｍ＜ｎ」の関係を形成する状態となることにより、図１３(b) に示すように、磁石７９ｉ（Ｎ極）と他の隣接の磁石７９ｉ−１（Ｓ極）間に形成される磁束は、磁気抵抗ｍ及び磁気抵抗ｎによって、第１のティース８１ｉから第２のティース８４ｉ−１にも保持部材８５にも殆ど流れることなく、第１のティース８１ｉ、磁気抵抗ｊ、第１のティース８１ｉ−１、及び円環部７４を透過する弱い磁束流９９ａを形成する。つまり、隣接する一対の第１のティース８１ｉ，８１ｉ−１の対向部（端面８１ａ）および当該一対の第１のティース８１ｉ，８１ｉ−１の対向部（端面８１ａ）同士の間の空間を透過する磁束流９９ａが形成される。

また、磁石７９ｉ（Ｎ極）と他の隣接の磁石７９ｉ＋１（Ｓ極）間に形成される磁束も、磁気抵抗ｍ及び磁気抵抗ｎによって、第１のティース８１ｉから第２のティース８４ｉ＋１にも保持部材８５にも殆ど流れることなく、第１のティース８１ｉ、磁気抵抗ｊ、第１のティース８１ｉ＋１、及び円環部７４を透過する弱い磁束流９９ｂを形成する。つまり、隣接する一対の第１のティース８１ｉ，８１ｉ＋１の対向部（端面８１ａ）および当該一対の第１のティース８１ｉ，８１ｉ＋１の対向部（端面８１ａ）同士の間の空間を透過する磁束流９９ｂが形成される。

これによって、磁石７９からの磁束が第１のティース８１の図示を省略した巻線８２を殆ど横切ることがなく、この磁束が巻線８２を横切ることによる回転子７１の回転方向への磁気抵抗が解除されるので高速回転が可能となる。
また、同様に磁石７９からの磁束が第１のティース８１の巻線コア部に殆ど流入することがないので、巻線８２に通電されている第１のティース８１と磁石７９との間に発生する回転子７１へのトルクが低下する。すなわち、低トルク高速回転が実現する。

ここで、上述した磁気抵抗を形成する空間、つまり磁気抵抗となるギャップ（図１３のｊ、ｋ、ｍ、ｎ等）について説明する。磁気抵抗となるギャップとは、磁束の流れる経路の途中にある空気又は空気と同等の磁気抵抗空間のことである。この磁気抵抗となるギャップ（以下、単にギャップという）について更に説明する。
図１４(a) 〜(e) は、２部材間の磁気抵抗を変化させる接触面積とギャップとの違いを説明する図である。一般に、磁石から出た磁束流が、磁性体からなる２部材間を流れようとするときは、一部でも磁束の流れが確保されると、磁石は余剰分の磁束を出さなくなることが知られている。

そして、上記の２部材がギャップで完全に分断されたとき、磁石は、何とか磁束を流そうとして、一番流れ易いところ、つまりギャップの狭いところから流れるようになる。
図１４(a) は、断面がＬ字型の２つの磁性体１０１及び１０２が密着している状態を示している。磁性体１０１は、本体部の縦断面は面積Ａ、そして突出部の縦断面は面積Ｂである。また磁性体１０２は、本体部の縦断面は面積Ｄ、そして突出部の縦断面は面積Ｄ−Ｂである。そして、それら突出部の水平面の面積はそれぞれ同一の面積Ｃである。

ここで、面積Ａ＝面積Ｄ＝面積Ｃ＝２００S、及び面積Ｂ＝５０Sとする。そして、図外の磁石から出た磁束１０３は、磁性体１０１から磁性体１０２に向って流れているとする。
ここで２つの磁性体１０１及び１０２が、図１４(b) に示すように、水平面の面積Ｃ部分を摺接させたまま、縦断面の面積Ｂ部分、及び縦断面の面積Ｄ−Ｂ部分で相対的に距離ａ及びｂ（ａ＝ｂ）だけ離隔移動したものとする。

そうすると、磁性体１０１の面積Ａ＝２００Sの本体部に流入した磁束流１０３は、２つの磁性体１０１及び１０２間に距離ｂの隙間が生じているために、縦断面の面積Ｂ部分で飽和し、面積Ｂ＝５０Sを流れる磁束流のみとなる。この磁束流１０３は摺接面Ｃ１（面積Ｃ１＝１５０S、Ｂ＜Ｃ１）を経由して磁性体１０２に流入する。
次に、２つの磁性体１０１及び１０２が、図１４(c) に示すように、更に水平面の面積Ｃ部分を摺接させたまま、縦断面の面積Ｂ部分、及び縦断面の面積Ｄ−Ｂ部分で相対的に距離２ａ及び２ｂだけ離隔移動したものとする。この場合も縦断面の面積Ｂ部分で飽和した磁束流は、面積Ｂ＝５０Sを流れる磁束流のみとなって、摺接面Ｃ２（面積Ｃ２＝１００S、Ｂ＜Ｃ２）を経由して磁性体１０２に流入する。

すなわち、図１４(b) と図１４(c) で磁気抵抗に変化はない。つまり、２つの磁性体１０１及び１０２の磁束流方向に離隔する距離ａ、ｂ又は２ａ、２ｂの空間は、距離に変化があっても磁気抵抗に変化が無い（磁気抵抗を可変しない）のであるから磁気抵抗を形成する空間ではない。つまりギャップにはなっていない。
ここで、更に図１４(d) に示すように、２つの磁性体１０１及び１０２が、水平面の面積Ｃ部分を摺接させたまま、縦断面の面積Ｂ部分、及び縦断面の面積Ｄ−Ｂ部分で相対的に距離３．５ａ及び３．５ｂだけ離隔移動したものとする。このとき、水平面の面積Ｃ部分を摺接面Ｃ３＝２５Sである。すなわちＢ＞Ｃ３となる。したがって、磁束流１０３は摺接面Ｃ３で飽和し、面積２５S分だけ磁性体１０２側に流入する。

すなわち、２つの磁性体１０１及び１０２間の磁気抵抗は、磁性体１０１の突出部の縦断面の面積Ｂよりも摺接面Ｃの摺接面が小さくなったとき初めて変化する。すなわち２部材間の摺接面の面積の変化によって、磁気抵抗は変化する。
この図１４(c) から図１４(d) における磁気抵抗の変化は、摺接面Ｃの面積変化（Ｃ２→Ｃ３の変化）によるものであり、２部材間の離隔距離の変化（２ａと２ｂ→３．５ａと３．５ｂの変化）によるものではない。つまり、依然として２部材間の変化した離隔距離３．５ａ及び３．５ｂはギャップとはなっていない。

また、図１４(e）は、２つの磁性体１０１及び１０２が縦断面の面積Ｂ部分、及び縦断面の面積Ｄ−Ｂ部分で相対的に距離５ａ及び５ｂのように離隔して、図１４(d) に示す摺接面Ｃ３が摺接から完全に分断され、距離Ｃ４だけ離れた状態を示している。
前述したように、２部材がギャップで完全に分断されたとき、磁石の磁束流は一番流れ易いところ、すなわち一番狭い距離Ｃ４のところを流れる。つまり磁気抵抗は距離Ｃ４の部分に生じており、この距離Ｃ４が磁気抵抗ギャップである。すなわち磁気抵抗は距離Ｃ４の部分の距離の変化に応じて変化する。

換言すれば、距離Ｃ４は磁気抵抗を可変するギャップであるが、距離５ａ及び５ｂは磁気抵抗を可変する空間ではない、つまりギャップではない。本例において、ギャップとして説明しているものは上記のような距離Ｃ４を形成する部分である。
本実施の形態においては、上述したように、固定子を少なくとも２つの部位に分けて、一方の部位に対し他方の部位を、回転子の回転方向すなわち回転子から巻線の巻かれたコア内に流れる磁束流の方向と直角な方向に移動させることにより、可変ギャップを形成し、これにより、トルクに寄与しない電力を消費することなく回転電機の出力特性を大きく可変することができる。
（本発明の第２の実施の形態に係わるラジアルギャップ型電動モータの構成）
図１５は、第２の実施の形態に係わるラジアルギャップ型電動モータの構成を示す断面図である。

尚、同図には、各部の構成を第１の実施形態と比較して分かり易く示すため、図１０と同一機能の構成部分には図１０と同一の番号を付与して示している。
同図に示すように、このラジアルギャップ型電動モータは、回転軸（図では回転中心１１７で示す）を中心に回転する円筒状の回転子７３と、この回転子７３の円筒状の内側において、回転子７３に対し一方の端面８１ａを対向して配置され且つ両端面８１ａ及び８１ｂを除く側面周囲に巻線８２を施された複数の第１のティース８１を備えた円筒状の第１のステータコア８３を備えている。

更に、第１のステータコア８３の第１のティース８１の回転子７３に対向する端面とは反対側端面に一方の端部８４ａを対向して配置され且つ他方の端部８４ｂを保持部材８５に保持された複数の第２のティース８４を備えた第２のステータコア８７を有している。
このラジアルギャップ型電動モータにおいて、第２のステータコア８７は、第１のステータコア８３の巻線８２に通電されて発生して第１のティース８１内を透過する磁束流の方向と直交する方向、すなわち図の時計回り方向又は反時計回り方向に移動する。これにより、図１３(a),(b) に説明したと同様の界磁制御が可能となる。
（本発明の第３の実施の形態に係わるラジアルギャップ型電動モータの構成）
図１６は、第３の実施の形態に係わるラジアルギャップ型電動モータの構成を示す断面図である。

尚、同図においても、各部の構成を第１の実施形態と比較して分かり易く示すため、図１０と同一機能の構成部分には図１０と同一の番号を付与して示している。
同図に示すように、このラジアルギャップ型電動モータは、回転軸７２を中心に回転する円柱又は円筒状の回転子７３と、この回転子７３の輻射方向外側において、回転子７３に対し一方の端面８１ａを対向して配置され、且つ両端面８１ａ及び８１ｂを除く側面周囲に巻線８２を施された複数の第１のティース８１を備えた第１のステータコア８３を備えている。

更に、第１のステータコア８３の第１のティース８１の回転子７３に対向する端面８１ａとは反対側端面８１ｂに一方の端部８４ａを対向して配置され、且つ他方の端部８４ｂを保持部材８５に保持された複数の第２のティース８４を備えた第２のステータコア８７を有している。
このラジアルギャップ型電動モータにおいて、第２のステータコア８７は、第１のステータコア８３の巻線８２に通電されて発生して第１のティース８１内を透過する磁束流の方向と直交する方向、すなわち図の時計回り方向又は反時計回り方向に移動する。これにより、図１３(a),(b) に説明したと同様の界磁制御が可能となる。

図１７は、一参考形態に係わるアキシャルギャップ型電動モータの主要部の構成を示す図である。尚、図１７には、本例のアキシャルギャップ型電動モータの回転子のみを取り出して示している。
図１７に示すように本例の回転子１０８は、先ず、第１の回転子１０８−１の回転子ヨークの円環部１０９に固設された複数の磁性体１１１を備えている。

次に、これら磁性体１１１の回転面にほぼ摺接するように、磁性体１１１と同数の磁性体合体型磁石１１４が不図示の保持回転部材に配置されて、第１の回転子１０８−１と同一軸に係合し且つ第１の回転子１０８−１と連携して回転するように構成された第２の回転子１０８−２を備えている。
磁性体合体型磁石１１４は、磁性体１１１側に向けて対向配置された磁性体１１２と、図示を省略した固定子側に向けて対向配置された界磁用磁石１１３とが重ねられて形成されている。

この回転子１０８に対向して配置される固定子は、図３及び図４に示した固定子３９と同一の構成の固定子である。
これにより、界磁用磁石１１３の磁束は、一方の磁極からの磁束は合体型の磁性体１１２と、これに上方で対向する磁性体１１１とにより収束されて流れが整えられた後、円環部１０９及び隣接の磁性体１１１及びその磁性体１１１に下方で対向する磁性体１１２により収束されてここでも流れが整えられ、その磁性体１１２と合体型の界磁用磁石１１３に流れる。

そして界磁用磁石１１３の他方の磁極からの磁束は、界磁用磁石１１３に下方で対向する固定子のティースに流れ込んで、固定子側ヨークを介し、隣接するティースに流れる。
すなわち、界磁用磁石１１３の磁束は、合体型の磁性体１１２、磁性体１１１、円環部１０９、隣接の磁性体１１１、その磁性体１１１に対向する磁性体１１２、これと合体型の界磁用磁石１１３、固定子のティース、固定子側ヨーク、隣接のティース、これに対向する合体型の界磁用磁石１１３と流れて、固定子のティースに捲着されたコイル内を還流する。

この状態は、図１３(a) に示した磁束流の流れを同一の状態であり、これにより、低速・高トルク回転時の駆動状態が実現される。
図１８は、上記アキシャルギャップ型電動モータの構成において、高速・低トルク回転時の、第１の回転子１０８−１と第２の回転子１０８−２との回転位相のずれの関係を示す図である。図１８は、第１の回転子１０８−１と第２の回転子１０８−２との回転位相のずれが最大となっている状態を示している。

本例においては、第１の回転子１０８−１と第２の回転子１０８−２は、図１７に示す位相が一致した状態から図１８に示す位相が１５度ずれた状態まで、任意の位置にずれを形成することが可能である。
図１８に示す位相が１５度ずれた状態では、磁性体１１２と磁性体１１１との間の磁気ギャップが極めて大きい。したがって、磁性体１１２の磁束流は磁性体１１１へは殆ど流れず、遮断されている状態となる。

この状態は、図１３(b) に示した状態とやや異なるが、それまで磁束流が収束され整えられて流れていた部分でギャップが大きくなり、磁束流が遮断されて、固定子側のティースに磁束流が流れない状態では、同一の状態である。これにより、高速・低トルク回転時の駆動状態が実現される。
換言すれば、図１７の状態から図１８の状態まで、適宜の位置に、第１の回転子１０８−１と第２の回転子１０８−２との回転位相のずれを制御することにより、鎖交磁束の量を制御して、界磁制御のための無用の電力を使用することなく、回転速度と回転トルクの関係を制御することができる。

この明細書における以上の記述から、請求項に記載した特徴以外にも、以下のような特徴が把握される。
１．回転軸を中心に回転する回転子と、
該回転子に対向配置された固定子と、
を有し、
前記回転子又は前記固定子のいずれかが、対向部を含む第１部位と対向部を含まない第２部位の少なくとも２つの部位に分割され、前記第２部位が前記第１部位に対して移動して、前記第１部位と第２部位の間の磁気抵抗を調節可能なギャップを変更可能に構成される、ことを特徴とする回転電機。
２．前記第１部位と前記第２部位が、それぞれの内部を通る磁束流の方向に分割される、ことを特徴とする項１に記載の回転電機。
３．前記第１部位と前記第２部位は、コイルを備えた固定子であり前記コイルの外方で分割される、ことを特徴とする項２に記載の回転電機。
４．前記第１部位と前記第２部位は、前記回転子と前記固定子が対向する方向に分割される、ことを特徴とする項１、２または３に記載の回転電機。
５．前記第２部位は、前記第１部位に対して該第１部位の内部を通る磁束流の方向と交差する方向に移動する、ことを特徴とする項１または２に記載の回転電機。
６．前記第２部位は、前記第１部位に対して前記回転子の回転方向へ位相のずれた位置に移動する、ことを特徴とする項５に記載の回転電機。
７．同一回転中心を中心に回転する円環部を有し、位相のずれた位置に相対的に移動可能に構成された外側部位と内側部位の２つの部位を有する回転子と、
該回転子の前記内側部位に対し前記回転子の回転軸に直交する面で一方の端部を対向して配置され、両端部を除く側周面に巻線を施され、他方の端部を保持部材に保持された複数のティースを備えた固定子と、
を有し、
前記回転子の前記外側部位と前記内側部位の相対的移動方向は、前記巻線に通電されて発生し前記ティース内を透過する磁束流の方向と直交する方向である、ことを特徴とする回転電機。
８．同一回転中心を中心に回転する円環部を有し、位相のずれた位置に相対的に移動可能に構成された外側部位と内側部位の２つの部位を有する回転子と、
該回転子の前記内側部位に対し前記回転子の回転軸に平行する面で一方の端部を対向して配置され、両端部を除く側周面に巻線を施され、他方の端部を保持部材に保持された複数のティースを備えた固定子と、
を有し、
前記回転子の前記外側部位と前記内側部位の相対的移動方向は、前記巻線に通電されて発生し前記ティース内を透過する磁束流の方向と直交する方向である、ことを特徴とする回転電機。
９．同一回転中心を中心に回転する円環部を有し、位相のずれた位置に相対的に移動可能に構成された外側部位と内側部位の２つの部位を有する回転子と、
該回転子の前記外側部位に対し前記回転子の回転軸に平行する面で一方の端部を対向して配置され、両端部を除く側周面に巻線を施され、他方の端部を保持部材に保持された複数のティースを備えた固定子と、
を有し、
前記回転子の前記外側部位と前記内側部位の相対的移動方向は、前記巻線に通電されて発生し前記ティース内を透過する磁束流の方向と直交する方向である、ことを特徴とする回転電機。

１ 電動二輪車
２ ヘッドパイプ
３ ハンドル
４ ハンドル支持部
５ グリップ
６ フロントフォーク
７ 前輪
８ 前車軸
９ メータ
１１ ヘッドランプ
１２ フラッシャランプ
１３ 車休フレーム
１４ シートレール
１４ａ 後方側端部
１５ シート
１６ バッテリ
１７ シートステー
１８ リヤフェンダ
１９ テイルランプ
２１ フラッシュランプ
２２ リヤアームブラケット
２３ リヤアーム
２３ａ 後端部
２４ ピボット軸
２５ 後輪
２６ リヤクッション
２７ フートステップ
２８ サイドスタンド
２９ 軸
３１ リターンスプリング
３２ アキシャルギャップ型電動モータ
３３ 駆動ユニット
３４ ギアカバー
３５ 遊星ギア減速機
３６ コントローラ
３７ａ、３７ｂ 軸受
ＢＯ 回転中心軸線
３８ 回転子
３９ 固定子
４１ 回転子側ヨーク
４１ａ 円環部
４１ｂ テーパー部
４１ｃ 第１の円筒部
４１ｄ 円環部
４１ｅ 第２の円筒部
４２ 界磁用磁石（磁石）
４３ 歯付き回転軸
４４ 後車軸
４４ａ 先端部
４５ ナット
４６ 固定子側ヨーク
４６ａ 外周面
４７（４７ｕ、４７ｖ、４７ｗ） ティース
４８ ティース欠缺部位
４９ コイル
５１ モールド部
５２ フランジ
５３ ボルト
５４ インバータ
５５ エンコーダ基板
５６ ワイヤハーネス
５７ａ、５７ｂ、５７ｃ 磁極検出素子
５８ 挿入孔
５８ａ、５８ｂ 内側面
５９ スリット
６１、６２ 磁束流
７０ アキシャルギャップ型電動モータ（電動モータ）
７１ 回転子
７２ 回転軸
７３ 回転子側ヨーク
７４ 円環部
７５ テーパー部
７６ 第１の円筒部
７７ 円環部
７８ 第２の円筒部
７９ 界磁用磁石
８０ 第１のステータコア
８１ 第１のティース
８１ａ、８１ｂ 端面
８１ｃ 側面周囲
８２ 巻線
８３ 第１のステータ
８４ 第２のティース
８４ａ、８４ｂ 端部
８５ 保持部材
８６ 装着孔
８７ 第２のステータ（コア）
８８ 固定子（ステータ）
８９ スリット
９０ ギア係合用歯部
９１、９２、９３ 減速歯車
９４ モータ
９５ ウォームギア
９６ 電源
９７ コントローラ
９８ａ、９８ｂ 磁束流
９９ａ、９９ｂ 磁束流
１０１、１０２ 磁性体
１０３ 磁束
１０８ 回転子
１０８−１ 第１の回転子
１０８−２ 第２の回転子
１０９ 回転子ヨークの円環部
１１１ 磁性体
１１２ 磁性体
１１３ 界磁用磁石
１１４ 磁性体合体型磁石

Claims (11)

1. 磁石を備え、回転軸を中心に回転する回転子と、
   巻線を備え、該回転子に対向配置された固定子と、
   を有し、
   前記固定子が、前記回転子に対向する対向部を含む複数の第１部位と当該対向部を含まない第２部位との少なくとも２つの部位に分割されており、
   前記第１部位と前記第２部位との間の磁気抵抗を調節可能に構成されており、
   互いに隣接する一対の前記第１部位の対向部同士の間の磁気抵抗を各第１部位と前記第２部位との間の磁気抵抗よりも大きくし、前記磁石のＮ極とＳ極との間に形成される磁束を、前記互いに隣接する前記第１部位の対向部同士の間の空間を殆ど透過させずに前記第２部位を透過させ、前記第２部位を介して前記互いに隣接する一対の前記第１部位を流れる磁束流を形成する状態と、
   互いに隣接する一対の前記第１部位の対向部同士の間の磁気抵抗を各第１部位と前記第２部位との間の磁気抵抗よりも小さくし、前記磁石のＮ極とＳ極との間に形成される磁束を、前記第２部位に殆ど流入させずに前記互いに隣接する一対の前記第１部位の対向部同士の間の空間を透過させ、前記一対の前記第１部位の対向部および当該一対の前記第１部位の対向部同士の間の空間を透過する磁束流を形成する状態と
   に変更可能であり、
   前記第２部位が前記第１部位に対して移動して、前記第１部位と前記第２部位との間の磁気抵抗を調節可能に構成されている、ことを特徴とする回転電機。
2. 前記第１部位は、前記巻線を含み、前記第２部位は、前記巻線を含まない、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記第１部位は、その対向部側の第１端面と当該対向部とは反対側の第２端面との間に前記巻線を有する、請求項１または２に記載の回転電機。
4. 前記第２端面が前記第２部位に対向している、請求項３に記載の回転電機。
5. 前記第１部位と前記第２部位とが、それらの両方を通る磁束流の方向に分割されている、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転電機。
6. 前記固定子は、前記巻線の外方で前記第１部位と前記第２部位とに分割されている、ことを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
7. 前記第２部位は、前記第１部位および前記第２部位の両方を通る磁束流の方向と交差する方向に移動可能である、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転電機。
8. 前記第１部位の対向部側の第１端面は、当該対向部とは反対側の第２端面よりも大きく形成されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の回転電機。
9. 前記互いに隣接する一対の前記第１部位の間の間隙が、前記第１端面では狭く、前記第２端面では広くなっている、請求項８に記載の回転電機。
10. 前記互いに隣接する一対の前記第１部位の前記第１端面間の磁気抵抗が、当該隣接する一対の前記第１部位の前記第２端面間の磁気抵抗より小さい、請求項８または９に記載の回転電機。
11. 前記互いに隣接する一対の前記第１部位の前記第１端面間の磁気抵抗が、前記第１端面と前記回転子との間の磁気抵抗より大きい、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の回転電機。