(57)【要約】【課題】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できる回転電気機械を提供する。【解決手段】固定子ヨーク部と各歯部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を変更する磁気抵抗変更機構を設け、かつ各歯部の回転子側端部における周方向の両側に一対の側方突出部を設ける。各歯部の回転子側端面の形状を、その周方向中間から周方向端部に至るに従って、回転子の外周面との間隙が連続的または段階的に大きくなるように設定する。これにより、歯部の回転子側端部側で形成される短絡磁気回路Ｃが、周方向一端部で形成される第二短絡磁気回路Ｃ２から隣り合う側方突出部間で形成される第三短絡磁気回路Ｃ３に切り替わる際および前記第三短絡磁気回路Ｃ３から前記第二短絡磁気回路Ｃ２に切り替る際に、第二短絡磁気回路Ｃ２を、短絡磁気回路の総磁気抵抗の変化率を抑制する緩衝回路として機能させる。【選択図】図６
2014036547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子本体の外周縁部に複数の永久磁石が配置された回転子と、
前記回転子本体の半径方向外側に配置された固定子とを備えた回転電気機械であって、
前記固定子は、
周方向に所定間隔に配置された複数の歯部と、
前記複数の歯部の外側に配置された固定子ヨーク部と、
前記固定子ヨーク部と前記各歯部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を変更する磁気抵抗変更機構とを備え、
前記各歯部は、その回転子側端部における前記周方向の両側に側方突出状に延出した一対の側方突出部を有し、
隣り合う一対の歯部における隣り合う一対の側方突出部の間隙で形成される磁路の磁気抵抗が、
ａ）前記磁気抵抗変更機構が、前記固定子磁路の磁気抵抗値を最小値またはその近傍値となるように前記固定子磁路を変更した第一状態において、隣り合う一対の永久磁石における一方の永久磁石から出た磁束が他方の永久磁石に至る主たる磁路が、前記一対の永久磁石に対応する隣り合う一対の歯部および前記固定子ヨーク部を主として経由する磁路で形成される一方、
ｂ）前記磁気抵抗変更機構が、前記固定子磁路の磁気抵抗値を最大値またはその近傍値となるように前記固定子磁路を変更した第二状態において、前記主たる磁路が、前記歯部の回転子側端部側を主として経由する短絡磁路で形成されるような値を有するように設定されると共に、
更に、前記磁気抵抗変更機構が前記第二状態にあるときに、
隣り合う一対の永久磁石における隣り合う端部が前記各歯部の前記回転子側端部における周方向中間部に位置した第一相対位置において、前記周方向中間部を主たる磁路とする短絡磁路を構成する短絡磁気回路Ｃを第一短絡磁気回路Ｃ１と定義し、
前記永久磁石における隣り合う端部が前記歯部の前記回転子側端部における周方向のいずれか一方の周方向端部に位置した第二相対位置において、前記周方向端部を主たる磁路とする短絡磁路を構成する短絡磁気回路Ｃを第二短絡磁気回路Ｃ２と定義し、
前記永久磁石における隣り合う端部が前記隣り合う一対の側方突出部に対応して位置する第三相対位置において、前記隣り合う一対の側方突出部の間隙を主たる磁路とする短絡磁路を構成する短絡磁気回路Ｃを第三短絡磁気回路Ｃ３と定義した場合に、
前記第二短絡磁気回路Ｃ２は、前記第一短絡磁気回路Ｃ１の総磁気抵抗値と前記第三短絡磁気回路Ｃ３の総磁気抵抗値との間の総磁気抵抗値を有し、前記回転子の前記固定子に対する相対回転移動に伴って前記短絡磁気回路Ｃが前記第二短絡磁気回路Ｃ２から前記第三短絡磁気回路Ｃ３に切り替わる際および前記第三短絡磁気回路Ｃ３から前記第二短絡磁気回路Ｃ２に切り替わる際における前記短絡磁気回路Ｃの総磁気抵抗値の変化率を抑制するように構成されている、ことを特徴とする回転電気機械。
【請求項２】
前記各歯部の回転子側端部の回転子対向端面における前記周方向の両端部が、横断面形状において、前記回転子の外周面に最も近接する前記回転子対向端面における回転子最近接部位を通過する、前記回転子の回転軸を中心とする曲率半径Ｒ０を有する第一仮想曲線Ａと、該第一仮想曲線Ａの前記曲率半径Ｒ０と同一の曲率半径Ｒ０を有し、前記第一仮想線Ａと前記回転子最近接部位において接する、前記回転子の外周面に向かって凸状の第２仮想曲線Ｂとの間に位置することを特徴とする、請求項１に記載の回転電気機械。
【請求項３】
前記各歯部の回転子側端部の回転子対向端面が、横断面形状において、前記第一仮想曲線Ａの曲率半径Ｒ０より大きな曲率半径を有する、前記回転子の外周面に向かって凹状の曲線に形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の回転電気機械。
【請求項４】
前記各歯部の回転子側端部の回転子対向端面が、横断面形状において、その周方向の中間点から端部に至る従って、前記各歯部の回転子側端部の回転子対向端面と前記回転子の外周面との間隙が連続的又は段階的に大きくなるように形成されている、請求項１に記載の回転電気機械。
【請求項５】
前記各歯部の回転子側端部の回転子対向端面が、横断面形状において、前記回転子の外周面に向かって凸状の鈍角をなす角状に形成されている、請求項１に記載の回転電気機械。
【請求項６】
前記複数の歯部を構成する各歯部は、前記半径方向に複数個に分割され、前記半径方向の最も内側に位置して前記回転子本体の外周縁部に対向するように配置された第一分割歯部と、前記半径方向の最も外側に位置して前記固定子ヨーク部に連結された第二分割歯部とを含む複数の分割歯部を有し、
前記各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前記周方向に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、前記各歯部における前記複数の分割歯部で形成される磁路の磁気抵抗が相対的に異なる第一位置と第二位置との間で移動自在となされている、請求項１に記載の回転電気機械。
【請求項７】
前記各歯部は、前記半径方向に２分割されて、前記回転子本体の前記外周縁部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、該第一歯部の前記半径方向外側に間隙を介して配置された第二歯部とを含み、
前記第二歯部が、前記第一歯部に対して前記周方向に相対移動自在となされている、請求項６に記載の回転電気機械。
【請求項８】
前記第一位置は、前記複数の分割歯部が前記半径方向に整列してこれら分割歯部で構成される磁路の磁気抵抗が最小になる磁気抵抗最小位置として定義されると共に、
前記第二位置は、前記可動分割歯部が他の分割歯部に対して前記周方向に相対移動してこれら分割歯部で構成される磁路の磁気抵抗が最大になる磁気抵抗最大位置として定義され、
前記可動分割歯部が前記磁気抵抗最小位置と前記磁気抵抗最大位置との間の任意の位置で連続的または不連続的に相対移動可能となされている、請求項６に記載の回転電気機械。
【請求項９】
前記永久磁石は、ネオジウム磁石である、請求項１に記載の回転電気機械。
【請求項１０】
前記複数の永久磁石は、前記回転子本体の外周縁部内に埋め込み状態に配置されている、請求項１に記載の回転電気機械。
【請求項１１】
前記複数の永久磁石は、前記回転子本体の外周縁部に外部露出状態に配置されている、請求項１に記載の回転電気機械。
【請求項１２】
請求項１に記載の回転電気機械を備えた乗り物。
【請求項１３】
請求項１に記載の回転電気機械を備えた電気製品。
【請求項１４】
円柱状の回転子本体の外周縁部に周方向に所定間隔で配置された複数の永久磁石を有し、回転軸を中心に回転する回転子と、
前記回転子の半径方向の外側に、間隙を隔てて配置された円筒状の固定子とを備えた回転電気機械であって、
前記固定子は、
周方向に間隔を隔てて配置された複数の歯部と、
該複数の歯部の外側に配置された円筒状の固定子ヨーク部とを備え、
前記複数の歯部を構成する各歯部は、前記半径方向に複数個に分割され、前記半径方向の最も内側に位置して前記回転子本体の外周縁部に対向するように配置された第一分割歯部と、前記半径方向の最も外側に位置して前記固定子ヨーク部に連結された第二分割歯部とを含む複数の分割歯部を有し、
前記各歯部は、前記第一分割歯部の回転子側端部における前記周方向の両側に側方突出状に延出した一対の側方突出部を備え、
前記各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前記周方向に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、前記各歯部における前記複数の分割歯部で形成される磁路の磁気抵抗が相対的に異なる第一位置と第二位置との間で移動自在となされ、前記第一位置における前記磁気抵抗が前記第二位置における前記磁気抵抗よりも相対的に小さいものであり、
隣り合う一対の前記永久磁石における一方の永久磁石から出た磁束が他方の永久磁石に至る際に、これら一対の永久磁石に対応する隣り合う一対の歯部および前記固定子ヨーク部を経由する磁路を主たる磁路とする磁気回路を主磁気回路ＭＧと定義する一方、前記固定子の回転子側端部側を経由する磁路を主たる磁路とする磁気回路を短絡磁気回路Ｃと定義する一方、    
前記短絡磁気回路Ｃを、更に、
隣り合う一対の永久磁石における隣り合う端部が前記歯部の前記回転子側端部における周方向中間部に位置した第一相対位置において、前記周方向中間部を主たる磁路とする短絡磁路を構成する短絡磁気回路Ｃを第一短絡磁気回路Ｃ１と定義し
前記永久磁石における隣り合う端部が前記歯部の前記回転子側端部における周方向のいずれか一方の端部に位置した第二相対位置において、前記周方向一端部を主たる磁路とする短絡磁路を構成する短絡磁気回路Ｃを第二短絡磁気回路Ｃ２と定義し、
前記永久磁石における隣り合う端部が前記隣り合う一対の側方突出部に対応して位置する第三相対位置において、前記隣り合う一対の側方突出部の間隙を主たる磁路とする短絡磁路を構成する短絡磁気回路Ｃを第三短絡磁気回路Ｃ３と定義した場合に、
前記可動分割歯部が前記第一位置に配置された状態において、
（前記主磁気回路ＭＧの総磁気抵抗値）＜（前記第三短絡磁気回路Ｃ３の総磁気抵抗値）
の関係式を満たす一方、
前記可動分割歯部が前記第二位置に配置された状態において、
（前記第三短絡磁気回路Ｃ３の総磁気抵抗値）＜（前記主磁気回路ＭＧの総磁気抵抗値）
の関係式を満たすと共に、
（第一短絡磁気回路Ｃ１の総磁気抵抗値）＜（第三短絡磁気回路Ｃ３の総磁気抵抗値）
の関係式を満たし、かつ
前記第二短絡磁気回路Ｃ２が、前記第一短絡磁気回路Ｃ１の総磁気抵抗値と前記第三短絡磁気回路Ｃ３の総磁気抵抗値との間の総磁気抵値を有し、前記回転子の前記固定子に対する相対回転移動に伴って前記短絡磁気回路Ｃが前記第二短絡磁気回路Ｃ２から前記第三短絡磁気回路Ｃ３に切り替わる際および前記第三短絡磁気回路Ｃ３から前記第二短絡磁気回路Ｃ２に切り替わる際における前記短絡磁気回路Ｃの総磁気抵抗値の変化率を抑制するように構成されていることを特徴とする、回転電気機械。
【請求項１５】
前記各歯部の回転子側端部の回転子対向端面における前記周方向の両端部が、横断面形状において、前記回転子の外周面に最も近接する前記回転子対向端面における回転子最近接部位を通過する、前記回転子の回転軸を中心とする曲率半径Ｒ０を有する第一仮想曲線Ａと、該第一仮想曲線Ａの前記曲率半径Ｒ０と同一の曲率半径Ｒ０を有し、前記第一仮想線Ａと前記回転子最近接部位において接する、前記回転子の外周面に向かって凸状の第２仮想曲線Ｂとの間に位置することを特徴とする、請求項１４に記載の回転電気機械。
【請求項１６】
前記各歯部の回転子側端部の回転子対向端面が、横断面形状において、前記第一仮想曲線の曲率半径Ｒ０より大きな曲率半径を有する、前記回転子の外周面に向かって凹状の曲線に形成されていることを特徴とする、請求項１４に記載の回転電気機械。
【請求項１７】
前記各歯部の回転子側端部の回転子対向端面が、横断面形状において、その周方向の中間点から端部に至る従って、前記各歯部の回転子側端部の回転子対向端面と前記回転子の外周面との間隙が連続的又は段階的に大きくなるように形成されている、請求項１４に記載の回転電気機械。
【請求項１８】
前記各歯部の回転子側端部の回転子対向端面が、横断面形状において、前記回転子の外周面に向かって凸状の鈍角をなす角状に形成されている、請求項１４に記載の回転電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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ＤＶＤ等の各種電気製品における駆動源に用いられる電動モータとして、永久磁石を備え回転軸を中心に回転する回転子と、その回転子に対してそ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固定子とを備えた回転電気機械が広く知られている。
【０００３】
ところで、近年、電動自動二輪車その他の車両の駆動源用電動モータとして、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。
【０００４】
しかしながら、電動モータは、その特性上、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るという特性がある。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電動モータの印加電圧と等しくなり、固定子巻線に電流を流せなくなって、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誘起電圧を低減することが行われている。
【０００５】
この弱め界磁制御は、前記誘起電圧を打ち消すための電流を固定子巻線に供給するものである。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、外部からの電力供給がなされず、バッテリーに蓄積された電力のみ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。そのため、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別途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。
【０００６】
そこで、本発明者は、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、回転子に設けられた永久磁石の磁束の影響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。
【０００７】
ところで、この種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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１９１７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
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、かつ永久磁石に生ずるジュール損の発生を抑制することができる、いわゆるラジアルギャップ型回転電気機械を提供することを目的とするものである。
更に、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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、回転子本体の外周縁部に複数の永久磁石が配置された回転子と、前記回転子本体の半径方向外側に配置された固定子とを備えている。
【００１２】
前記固定子は、周方向に所定間隔に配置された複数の歯部と、前記複数の歯部の外側に配置された固定子ヨーク部と、前記固定子ヨーク部と前記各歯部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を変更する磁気抵抗変更機構とを備えている。
【００１３】
前記各歯部は、その回転子側端部における前記周方向の両側に側方突出状に延出した一対の側方突出部を有している。
【００１４】
周方向に隣り合う一対の歯部における隣り合う一対の側方突出部の間隙で形成される磁路の磁気抵抗が、ａ）前記磁気抵抗変更機構が、前記固定磁路の磁気抵抗値を最小値またはその近傍値となるように前記固定子磁路を変更した第一状態において、隣り合う一対の永久磁石における一方の永久磁石から出た磁束が他方の永久磁石に至る主たる磁路が、前記一対の永久磁石に対応する隣り合う一対の歯部および前記固定子ヨーク部を主として経由する磁路で形成される一方、ｂ）前記磁気抵抗変更機構が、前記固定子磁路の磁気抵抗値を最大値またはその近傍値となるように前記固定子磁路を変更した第二状態において、前記主たる磁路が、前記歯部の回転子側端部側を主として経由する短絡磁路で形成されるような値を有するように設定されている。
【００１５】
更に、前記磁気抵抗変更機構が前記第二状態にあるときに、
隣り合う一対の永久磁石における隣り合う端部が前記各歯部の前記回転子側端部における周方向中間部に位置した第一相対位置において、前記周方向中間部を主たる磁路とする短絡磁路を構成する短絡磁気回路Ｃを第一短絡磁気回路Ｃ１と定義し、
前記永久磁石における隣り合う端部が前記歯部の前記回転子側端部における周方向のいずれか一方の周方向端部に位置した第二相対位置において、前記周方向端部を主たる磁路とする短絡磁路を構成する短絡磁気回路Ｃを第二短絡磁気回路Ｃ２と定義し、
前記永久磁石における隣り合う端部が前記隣り合う一対の側方突出部に対応して位置する第三相対位置において、前記隣り合う一対の側方突出部の間隙を主たる磁路とする短絡磁路を構成する短絡磁気回路Ｃを第三短絡磁気回路Ｃ３と定義した場合に、
前記第二短絡磁気回路Ｃ２は、前記第一短絡磁気回路Ｃ１の総磁気抵抗値と前記第三短絡磁気回路Ｃ３の総磁気抵抗値との間の総磁気抵抗値を有し、前記回転子の前記固定子に対する相対回転移動に伴って前記短絡磁気回路Ｃが前記第二短絡磁気回路Ｃ２から前記第三短絡磁気回路Ｃ３に切り替わる際および前記第三短絡磁気回路Ｃ３から前記第二短絡磁気回路Ｃ２に切り替わる際における前記短絡磁気回路Ｃの総磁気抵抗値の変化率を抑制するように構成されている。
【００１６】
前記各歯部の回転子側端部の回転子対向端面における前記周方向の両端部が、横断面形状において、前記回転子の外周面に最も近接する前記回転子対向端面における回転子最近接部位を通過する、前記回転子の回転軸を中心とする曲率半径Ｒ０を有する第一仮想曲線Ａと、該第一仮想曲線Ａの前記曲率半径Ｒ０と同一の曲率半径Ｒ０を有し、前記第一仮想曲線Ａと前記回転子最近接部位において接する、前記回転子の外周面に向かって凸状の第２仮想曲線Ｂとの間に位置するようになされたものでも良い。
【００１７】
前記各歯部の回転子側端部の回転子対向端面は、横断面形状において、前記第一仮想曲線Ａの曲率半径Ｒ０より大きな曲率半径を有する、前記回転子の外周面に向かって凹状の曲線に形成されたものでも良い。
【００１８】
前記各歯部の回転子側端部の回転子対向端面は、横断面形状において、その周方向の中間点から端部に至る従って、前記各歯部の回転子側端部の回転子対向端面と前記回転子の外周面との間隙が連続的又は段階的に大きくなるように形成されたものでも良い。
【００１９】
前記各歯部の回転子側端部の回転子対向端面は、横断面形状において、前記回転子の外周面に向かって凸状の鈍角をなす角状に形成されても良い。
【００２０】
前記複数の歯部を構成する各歯部は、前記半径方向に複数個に分割され、前記半径方向の最も内側に位置して前記回転子本体の外周縁部に対向するように配置された第一分割歯部と、前記半径方向の最も外側に位置して前記固定子ヨーク部に連結された第二分割歯部とを含む複数の分割歯部を有し、
前記各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前記周方向に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、前記各歯部における前記複数の分割歯部で形成される磁路の磁気抵抗が相対的に異なる第一位置と第二位置との間で移動自在に構成されたものであっても良い。
【００２１】
更に好ましくは、前記各歯部は、前記半径方向に２分割されて、前記回転子本体の前記外周縁部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、該第一歯部の前記半径方向外側に間隙を介して配置された第二歯部とを含み、
前記第二歯部が、前記第一歯部に対して前記周方向に相対移動自在となされたものとしても良い。
【００２２】
好ましくは、前記第一位置は、前記複数の分割歯部が前記半径方向に整列してこれら分割歯部で構成される磁路の磁気抵抗が最小になる磁気抵抗最小位置として定義されると共に、
前記第二位置は、前記可動分割歯部が他の分割歯部に対して前記周方向に相対移動してこれら分割歯部で構成される磁路の磁気抵抗が最大になる磁気抵抗最大位置として定義され、
前記可動分割歯部が前記磁気抵抗最小位置と前記磁気抵抗最大位置との間の任意の位置で連続的または不連続的に相対移動可能とする。
【００２３】
前記永久磁石として、ネオジウム磁石を用いても良い。
【００２４】
前記永久磁石は、前記回転子本体の外周縁部内に埋め込み状態に配置されているものであっても良く、また前記回転子本体の外周面に露出状態に固定されたものであっても良い。
【００２５】
この発明の他の側面によると、前記回転電気機械を備えた乗り物を提供することができる。
【００２６】
この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を提供することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の好ましい実施形態によれば、磁気抵抗変更機構が前記固定子磁路の磁気抵抗値を最大値またはその近傍値となるように前記固定子磁路を変更した第二状態において、第二短絡磁気回路Ｃ２が回転子の回転に伴う短絡磁気回路Ｃの総磁気抵抗値の変化率を抑制する緩衝回路として機能する。従って、第二状態において回転子が高速で回転しても固定子巻線に誘起される誘起電圧のピーク値を抑制することができ、ひいては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、機械的な磁気抵抗変更機構を採用したことにより、従来の弱め界磁制御における界磁制御のための電力を不要ないしは低減することが可能な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。しかも第二状態における回転子の高速回転時における磁束の変化を抑制することができるので、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。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】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要部断面図である。
【図２】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で示す斜視図である。
【図３】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】図４Ａは、図３の４−４線に沿って切断した拡大断面図であり、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（第一状態）を示す。
【図４Ｂ】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（第二状態）を示す。
【図５】図５は、歯部の回転子側端部付近を示す拡大断面図である。
【図６】図６は、固定子の歯部の回転子側端部と回転子の周縁部付近を断面で示す説明図であり、（Ａ）は、隣り合う一対の永久磁石における隣り合う端部が前記歯部の前記回転子側端部における周方向中間部に位置した第一相対位置における短絡磁気回路Ｃ１を示し、（Ｂ）は、前記回転子が前記第一相対位置から前記周方向に回転し、前記永久磁石における隣り合う端部が前記歯部の前記回転子側端部における周方向一端部側に位置した第二相対位置における短絡磁気回路Ｃ２を示し、（Ｃ）は、前記回転子が前記第二相対位置から更に前記周方向に回転し、前記永久磁石における隣り合う端部が前記隣り合う一対の側方突出部に対応して位置する第三相対位置における短絡磁気回路Ｃ３を示す。
【図７】図７は、この発明の第２の実施形態を示す図５に対応する拡大断面図である。
【図８】図８は、この発明の第３の実施形態を示す図５に対応する拡大断面図である。
【図９】図９は、この発明の第４の実施形態を示す図５に対応する拡大断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、比較例を示す図４Ａに対応する断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、上記比較例を示す図４Ｂに対応する断面図である。
【図１１】図１１は、上記比較例における固定子の歯部の回転子側端部と回転子の周縁部付近を断面で示す説明図であり、（Ａ）は、隣り合う一対の永久磁石における隣り合う端部が前記歯部の前記回転子側端部における周方向中間部に位置した第一相対位置における短絡磁気回路Ｃ１を示し、（Ｂ）は、前記回転子が前記第一相対位置から前記周方向に回転し、前記永久磁石における隣り合う端部が前記歯部の前記回転子側端部における周方向一端部側に位置した第二相対位置における短絡磁気回路Ｃ２を示し、（Ｃ）は、前記回転子が前記第二相対位置から更に前記周方向に回転し、前記永久磁石における隣り合う端部が前記隣り合う一対の側方突出部に対応して位置する第三相対位置における短絡磁気回路Ｃ３を示し、（Ｄ）は、前記回転子が前記第三相対位置から更に前記周方向に回転し、前記永久磁石における隣り合う端部が、隣の歯部における回転子側端部の側方突出部が形成された周方向一端部側に位置した第二相対位置における短絡磁気回路Ｃ２を示す。
【図１２Ａ】図１２Ａは、第１実施形態と比較例における、第一状態（分割歯部が第一位置）にあるときの固定子のコイルに鎖交する回転子の永久磁石の磁束の変化を比較して示すグラフである。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、第１実施形態と比較例における、第一状態（分割歯部が第一位置）にあるときにおける、インバータ回路の電池側端子に発生する電圧を比較して示すグラフである。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、実施形態１と比較例における、第二状態（分割歯部が第二位置）にあるときの固定子巻線に鎖交する回転子の永久磁石の磁束の変化を比較して示すグラフである。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、第１実施形態と比較例における、第二状態（分割歯部が第二位置）にあるときにおける、インバータ回路の電池側端子に発生する電圧を比較して示すグラフである。
【図１３Ａ】図１３Ａは、第２実施形態と比較例における、第一状態（分割歯部が第一位置）にあるときの固定子巻線に鎖交する回転子の永久磁石の磁束の変化を比較して示すグラフである。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、第２実施形態と比較例における、第一状態（分割歯部が第一位置）にあるときにおける、インバータ回路の電池側端子に発生する電圧を比較して示すグラフである。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、第２実施形態と比較例における、第二状態（分割歯部が第二位置）にあるときの固定子のコイルに鎖交する回転子の永久磁石の磁束の変化を比較して示すグラフである。
【図１３Ｄ】図１３Ｄは、第２実施形態と比較例における、第二状態（分割歯部が第二位置）にあるときにおける、インバータ回路の電池側端子に発生する電圧を比較して示すグラフである。
【図１４】図１４は、この発明の実施形態に係る回転電気機械を装備した車輌を示す概略説明図である。
【図１５】図１５は、この発明の実施形態に係る回転電気機械を装備した電気製品の概略説明図である。
【図１６】図１６は、この発明の実施形態に係る回転電気機械を駆動する電気回路の概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面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１４参照）。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における駆動源としての電動モータＲとしても好適に用いられるものである（図１５参照）。
【００３０】
先ず、本発明の開発経緯について説明する。市場においては、より一層高性能な回転電気機械が望まれている。そこで本発明者は、例えばネオジム磁石のような、より強力な磁力を有する永久磁石片を採用することにより、更なる性能の向上を試みた。すなわち、本発明者は、いわゆるラジアルギャップ型回転電気機械において、前記永久磁石ＭＧとして強力な永久磁石を採用すべく種々実験と研究を行った。具体的には、このラジアルギャップ型回転電気機械は、図１０Ａび図１０Ｂに示すように、回転軸１０１を中心に回転する円筒状の回転子本体１１０の周縁部に複数個の永久磁石ＭＧを周方向に一定の間隔を隔てて埋め込み状態に配置した回転子１０２と、その回転子１０２の外周縁部の半径方向外側に間隙を介して対向するように配置された円筒状の固定子１０３とで構成されたものを提案した。具体的には以下のような構成を有するものとした。
【００３１】
前記永久磁石片ＭＧとして、軸方向に沿ってのびた断面矩形状の板状に形成されたものを用いた。この永久磁石片ＭＧを、前記回転子本体１１０の外周縁部にその外周面から半径方向に所定距離だけ内側に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んだ状態で埋設固定した。従って、永久磁石片ＭＧは、回転子本体１１０がその回転軸１０１を中心に高速で回転しても、スリットＳ内に固定されて遠心力で半径方向外側に飛び出さないようにされている。
【００３２】
前記固定子１０３を、前記回転子１０２の半径方向外側に該回転子の外周縁から所定の間隙を介して対向するように同軸状に配置した。前記固定子１０３は、前記回転子１０２の半径方向外側に前記間隙を隔てた状態で、前記回転子１０２の周方向に沿って所定間隔で配置された複数の歯部１３０を有するものとした。各歯部１３０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、半径方向に分割して２つの分割歯部、即ち前記回転子側に近い第一歯部１３１とその外側に配置された第二歯部１３２とを有するものとした。これら第一歯部１３１と第二歯部１３２とは、周方向に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。
【００３３】
前記各第一歯部１３１は、その回転子側端部の回転子対向端面を回転子１０２の外周形状に対応した円弧状に形成（即ち、間隙が周方向に一定となるように形成）すると共に、その回転子側の端部の周方向の両側部にそれぞれ周方向に沿って延びた側方突出部１３１ａ、１３１ａを一体的に形成した。前記各第一歯部１３１には、それぞれ巻線（図示略）を施した。
【００３４】
そして、図１０Ａに示すように第一歯部１３１と第二歯部１３２とが半径方向に一致して正対する位置と、図１０Ｂに示すように、第二歯部１３２が周方向に隣り合う一対の第一歯部１３１、１３１の中間に位置する位置との間で、可動分割歯部としての第二歯部１３２を第一歯部１３１に対する相対位置を連続的に自在に変更することができるものとした。
【００３５】
これによって、図１０Ａに示すように、第一歯部１３１と第二歯部１３２とが半径方向に一致してこれら歯部相互間の磁気抵抗が小さい第一位置では、隣り合う永久磁石ＭＧの一方から出た磁束が他方に至る磁路が、一対の隣り合う歯部１３０および固定子ヨーク部１５０を主として経由する主磁気回路Ｍを形成する。一方、図１０Ｂに示すように、可動分割歯部としての第二歯部１３２およびこれが一体的に固定された固定子ヨーク部１５０が周方向に移動して第一歯部１３１と第二歯部１３２との間の磁気抵抗が大きな第二位置では、隣り合う永久磁石ＭＧの一方から出た磁束が他方に至る磁路が、隣り合う歯部の隣り合う側方突出部１３１ａ、１３１ａの間隙を主として経由する磁気短絡回路Ｃを形成する。
【００３６】
このように第二歯部１３２が第二位置にある状態において、固定子の回転子側端部に磁気短絡回路Ｃが形成されるため、回転子１０２が高速で回転してもその磁束によって固定子巻線に誘起される誘起起電力を低く抑えることができ、ひいては回転子１０２の回転数を上昇させることができると考えた。
【００３７】
上記構成の電動モータを用いて前記可動分割歯部としての第二歯部１３２を周方向に移動させて第一歯部１３１に対する相対位置を変更してシュミレーション解析を行った。その結果、可動分割歯部の第一歯部１３１に対する相対位置を変更することによって、従来の弱め界磁制御における界磁制御のための電力を必要とすることなく、高速度回転領域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ことを確認した。
【００３８】
本発明者は、上述の改良された回転電気機械において、更に高速度回転領域の上限を拡大して運転可能領域を拡大することを目的として、更なる実験、研究を行った。この実験、研究では、固定子の各歯部における回転子側端部の形状に着目した。その結果、発明者は、固定子の各歯部の回転子側端部の形状を工夫することにより、高速度回転領域の上限を拡大して運転可能領域を拡大することを知見するに至り、本発明を完成するに至ったのである。
【００３９】
即ち、発明者による上述の提案に係る改良された回転電気機械においては、可動分割歯部（第二歯部）１３２を周方向に移動させて、第一歯部１３２と第二歯部１３１との間の磁気抵抗が大きくなった状態においては、前述したとおり、隣り合う永久磁石の磁束は、固定子の回転子側端部を主として経由する磁路を磁気短絡回路Ｃとするものである。従って、固定子の第一歯部１３１の回転子側端部の回転子対向端面は、横断面において、回転子本体１１０の外周の形状に沿うような対応形状に形成（即ち、第一歯部１３１の回転子対向端面と固定子本体１１０の外周との間隙を周方向に一定に形成）して歯部の回転子対向端面と回転子本体の外周との間隙を可及的小さく設定することが望ましいと考えていた。しかし、本発明者による更なる実験と研究によれば、固定子１３０の各歯部の回転子側端部の形状をその周方向の一端から他端に至るまで、回転子本体の外周縁の形状に完全に対応する形状（即ち、前記間隙が周方向に一定な形状）とすると、高速回転領域の上限をむしろ制限することになることを知見するに至った。
【００４０】
即ち、可動分割歯部（第二歯部）１３２を周方向に移動させて、図１０Ｂに示すように、第一歯部１３１と第二歯部１３２との間の磁気抵抗が大きくなった状態においては、回転子１０２の隣り合う永久磁石ＭＧ、ＭＧの隣り合う端部が、固定子の第一歯部１３１の周方向中間部に位置する図１１（Ａ）に示す状態においては、短絡磁気回路Ｃ１は、歯部（第一歯部１３１）の回転子側端部の周方向中央部を主として経由する回路となる。この状態から、回転子１０２が反時計方向に回転して、回転子１０２の隣り合う永久磁石ＭＧ、ＭＧの隣り合う端部が、固定子の第一歯部１３１の周方向左端部に位置する図１１（Ｂ）に示す状態においても、図１１（Ａ）の状態と同様に、短絡磁気回路Ｃ２は、歯部（第一歯部１３１）の回転子側端部の一端部（側方突出部）１３１ａを主として経由する回路となっている。従って、図１１（Ａ）の状態から図１１（Ｂ）の状態に変化しても、固定子の歯部（第一歯部１３１）の回転子側端部と回転子本体１１０の外周縁との間の間隙Ｇは一定であり、従って短絡磁気回路Ｃ１およびＣ２の磁気抵抗に大きな変化は生じない。
【００４１】
しかし、図１１（Ｂ）に示す状態から、回転子１０２が更に反時計方向に回転すると、短絡磁気回路Ｃ３が、隣り合う第一歯部１３１、１３１の隣り合う側方突出部１３１ａ、１３１ａの間隙を主として経由する回路となる。この状態においては、隣り合う側方突出部１３１ａ、１３１ａの間隙が短絡磁気回路Ｃの一部を構成することになるため、短絡磁気回路Ｃ３の総磁気抵抗は、図１１（Ａ）や図１１（Ｂ）の状態における場合と較べて、大きいものとなる。
【００４２】
そして、図１１（Ｃ）に示す状態から、更に回転子１０２が更に反時計方向に回転すると、短絡磁気回路Ｃが、再び固定子の歯部１３１の回転子側端部（側方突出部）を経由する回路となる。従って、この短絡磁気回路Ｃ２の総磁気抵抗は、図１１（Ｂ）の状態における場合と同様の値となり、図１１（Ｃ）の状態における総磁気抵抗と較べて、再び小さくなる。
【００４３】
このように、特に図１１（Ｂ）の状態から図１１（Ｃ）の状態に変化する際、および図１１（Ｃ）から図１１（Ｄ）の状態に変化する際に、短絡磁気回路Ｃの総磁気抵抗が急激に変化する。この急激な短絡磁気回路Ｃの磁気抵抗の変化に伴って固定子巻線に鎖交する、回転子１０２の永久磁石ＭＧ、ＭＧの磁束数が急激に変化する。すると、この急激な鎖交磁束数の変化に伴って固定子巻線に発生する誘起電圧のピーク値が上昇する。従って、回転子１０２の回転数の更なる上昇が妨げられる。
【００４４】
本発明者は、上記知見に基づいて、固定子の各歯部の回転子側端部の形状を工夫することにより短絡磁気回路の磁気抵抗の変化率を低減させることにより、固定子巻線に発生する誘起電圧を低減することができ、ひいては回転子の回転数を更に上昇することができることを確認し、これに基づいて本発明を完成するに至ったのである。
以下、この発明を具体的な実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００４５】
（第１実施形態）
図１ないし図６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電動モータを示す概略説明図である。これら図面に示すように、このラジアルギャップ型電動モータは、主要構成部材として、複数個の永久磁石片ＭＧを外周縁部に周方向に一定の間隔を隔てて配置され、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３２を相対移動させるための回動機構４とを備えている。
【００４６】
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ＭＧが周方向に沿って一定間隔を隔てて合計６個配置されている。
【００４７】
この各永久磁石片ＭＧ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。本発明者は、特にこのような強力な永久磁石を用いた場合、その永久磁石ＭＧ、回転子２および固定子３の形状や配置如何によっては、前記永久磁石ＭＧにジュール損が発生して発熱し、効率が大幅に低下し、また永久磁石ＭＧの保磁力が低減してモータの特性が悪化することがあることを見出した。もっともこのような問題は、必ずしも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た場合にも程度の差こそあれ生ずるものである。本件発明に係る回転電気機械においては、後述する新たな構造に係る提案により、上記問題点が解消されるようになされている。
【００４８】
図２に示すように、前記永久磁石片ＭＧ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る。この永久磁石片ＭＧは、図３に示すように、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断面横長矩形状スリット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ＭＧ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内に固定されて遠心力で半径方向外側に飛び出さないようになされている。
【００４９】
前記スリットＳの幅寸法は、例えば図４Ａに示すように、永久磁石片ＭＧの幅寸法より若干長く形成されており、永久磁石片ＭＧをはめ込んだ状態において該永久磁石片ＭＧの両端にエアギャップＳ１が形成され、フラックスバリアを構成するものとなされている。
【００５０】
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。この点は、後述する固定子３０および固定子ヨーク部５０も同様である。
【００５１】
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に示すように、この固定子３は、前記回転子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。
【００５２】
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。
【００５３】
これら第一歯部３１と第二歯部３２とは、周方向に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の回転子対向端面と回転子２の外周縁との間隔よりも小さく設定されている。即ち、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する状態における両歯部間の磁気抵抗Ｒｋ１は、第一歯部３１の回転子対向端面と回転子２の外周縁との間の最小磁気抵抗Ｒｈよりも小さく設定されている。
【００５４】
前記各第一歯部３１は、図５に拡大して示すように、その回転子側端部の回転子対向端面が、その横断面形状において、回転子２の外周縁の曲率半径よりも大きい曲率半径Ｒ１を有する、回転子に向かって凹状の円弧状に形成されている。より詳細には、第一歯部３１の回転子側端部の回転子対向端面が、その横断面形状において、回転子２の外周面に最も近接する前記回転子対向端面における回転子最近接部位を通過する、回転子２の回転軸を中心とする曲率半径Ｒ０を有する第一仮想曲線Ａと、その第一仮想曲線Ａの曲率半径Ｒ０と同一の曲率半径Ｒ０を有し、前記第一仮想曲線Ａと前記回転子最近接部位において接する、回転子２の外周面に向かって凸状の第二仮想曲線Ｂとの間に位置するものとなされている。また、第一歯部３１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部３１ａ、３１ａが一体的に形成されている。
【００５５】
隣り合う第一歯部３１、３１の側方突出部３１ａ、３１ａ相互間の間隔は、図４Ａに示すように、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Ｒｋ１の２倍の磁気抵抗２Ｒｋ１よりも大きくなるように、前記側方突出部３１ａ、３１ａ相互間の間隔が設定されている（図４Ａ参照）。
【００５６】
図１に示すように、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。
【００５７】
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の内周面から内側突出状に一体的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とは別構造として形成し、第二歯部３２を固定子ヨーク部５０に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。
【００５８】
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。
【００５９】
前記駆動モータ４ａは、コントローラＣ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非連続的に変更することができる。
【００６０】
而して、前記駆動モータ４ａをコントローラＣによって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が最小値Ｒｋ１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が隣り合う一対の第一歯部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が最大値Ｒｋ２となる磁気抵抗最大位置との間の任意の位置で、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。
【００６１】
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）が移動するようにコントローラＣで制御される。
【００６２】
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設定し、これら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。
【００６３】
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の最も近くに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。
【００６４】
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把握したが、例えば第一歯部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が形成されたものとして、該固定子ヨーク部５０を歯部（第一歯部３１）に対して周方向に移動自在な構成として把握しても良い。この場合、歯部３０は半径方向に分割されていない構成として把握される。要するに、本件発明においては、前記固定子ヨーク部５０と前記各歯部３０、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を変更する磁気抵抗変更機構を備えたものであれば、他の如何なる構成をも許容するものである。例えば、磁気抵抗変更機構の変形例として、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であっても良い。
【００６５】
前記可動分割歯部としての第二歯部３２が、前記第一位置に配置された第一状態において、以下の関係式を満たすように構成されている（図４Ａ参照）。
主磁気回路Ｍの総磁気抵抗（２Ｒｈ＋２Ｒｋ１）＜短絡磁気回路Ｃの総磁気抵抗（２Ｒｈ＋Ｒｊ））
上記関係式において、Ｒｈは、第一歯部３１の回転子対向端面と回転子２の外周面との間の磁気抵抗、Ｒｋ１は、第一歯部３１と第二歯部３２との間の磁気抵抗、Ｒｊは、隣り合う側方突出部３１ａの間の磁気抵抗である。
また、前記可動分割歯部としての第二歯部３２が、前記第二位置に配置された第二状態おいて、以下の関係式を満たすように構成されている（図４Ｂ参照）。
短絡磁気回路Ｃの総磁気抵抗（２Ｒｈ＋Ｒｊ）＜主磁気回路Ｍの総磁気抵抗（２Ｒｈ＋２Ｒｋ２））
上記関係式において、Ｒｈは、第一歯部３１の回転子対向端面と回転子２の外周面との間の磁気抵抗、Ｒｋ２は、第一歯部３１と第二歯部３２との間の磁気抵抗、Ｒｊは、隣り合う側方突出部３１ａの間の磁気抵抗である。  ここに、主磁気回路Ｍ、短絡磁気回路Ｃは、それぞれ以下のように定義される。
【００６６】
前記主磁気回路Ｍは、図４Ａに示すように、前記隣り合う一対の永久磁石片ＭＧ、ＭＧのうちの一方の永久磁石片ＭＧの一方の磁極（図では半径方向外側の磁極）から、隣り合う一対の前記歯部３０、３０のうちの一方の歯部３０から前記固定子ヨーク部５０を経て前記隣り合う一対の歯部３０、３０のうちの他方の歯部３０、および前記一対の永久磁石ＭＧ、ＭＧのうちの他方の永久磁石ＭＧを経て、前記一方の永久磁石ＭＧの他方の磁極（図では半径方向内側の磁極）に至る磁路を主たる磁路とする磁気回路として定義される。
【００６７】
一方、主磁気回路Ｍは、図４Ｂに示すように、前記可動分割歯部３２が時計方向に移動して隣り合う第一歯部３１、３１の間に位置した第二位置にある場合には、前記隣り合う一対の永久磁石片ＭＧ、ＭＧのうちの一方の永久磁石片ＭＧの一方の磁極から、隣り合う一対の前記歯部３０、３０のうちの一方の歯部３０の第一歯部３１、該第一歯部３１の固定子ヨーク部側端部、これに対応する第二歯部３２の端部、同第二歯部３２、同第二歯部３２の反対側の端部、前記隣り合う一対の歯部３０、３０のうちの他方の歯部３０の第一歯部３１の固定子ヨーク部側の端部、該第一歯部３１、前記一対の永久磁石ＭＧ、ＭＧのうちの他方の永久磁石ＭＧを経て、前記一方の永久磁石ＭＧの他方の磁極に至る磁路を主たる磁路とする磁気回路として定義される。
【００６８】
勿論、永久磁石ＭＧの磁束は、第二歯部３２の位置如何に拘わらず、前記磁路以外にも漏れ磁束として、例えば隣り合う第一歯部３１、３１間をも通過するものであるが、この発明においては、主たる磁束経路をもって磁気回路を定義している。これは、主磁気回路Ｍのみならず、短絡磁気回路Ｃにも当てはまるものとして理解されるべきである。
【００６９】
前記短絡磁気回路Ｃは、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、前記隣り合う一対の永久磁石片ＭＧ、ＭＧのうちの一方の永久磁石片ＭＧの一方の磁極から、主として歯部３０の回転子側端部側を経由して、前記一方の永久磁石ＭＧの他方の磁極に至る磁路を主たる磁路とする磁気回路として定義される。
【００７０】
前記短絡磁気回路Ｃは、例えば図４Ａおよび図４Ｂに示すように、隣り合う永久磁石ＭＧ、ＭＧの隣り合う端部が、隣り合う歯部３０、３０における第一歯部３１、３１の隣り合う側方突出部３１ａ、３１ａに対応する位置にある場合には、前記隣り合う一対の永久磁石片ＭＧ、ＭＧのうちの一方の永久磁石片ＭＧの一方の磁極から、隣り合う一対の前記歯部３０、３０のうちの一方の歯部３０の前記第一歯部３１の回転子側の端部、該回転子側の端部の一方の前記側方突出部３１ａ、該一方の側方突出部３１ａに隣り合う、前記隣り合う一対の歯部３０、３０のうちの他方の歯部３０の前記第一歯部３１の前記側方突出部３１ａ、該他方の歯部３０の第一歯部３１の前記回転子側の端部、前記隣り合う一対の永久磁石片ＭＧ、ＭＧのうちの他方の前記永久磁石片ＭＧを経て、前記一方の永久磁石片ＭＧの他方の磁極に至る磁路を主たる磁路とする磁気回路Ｃとして定義される。
【００７１】
このように短絡磁気回路Ｃは、回転子２の永久磁石ＭＧと、固定子２の第一歯部３１との相対位置によってその磁路は若干異なるが、前述したとおり、前記隣り合う一対の永久磁石片ＭＧ、ＭＧのうちの一方の永久磁石片ＭＧの一方の磁極から、前記第一歯部３１の回転子側端部および前記側方突出部３１ａを除いた前記半径方向外側の部分を経由することなく、前記隣り合う一対の永久磁石ＭＧ、ＭＧのうちの他方の前記永久磁石ＭＧを経て、前記一方の永久磁石ＭＧの他方の磁極に至る磁路を主たる磁路とする磁気回路として定義されるものである。
【００７２】
この実施形態に係る電動モータにあっては、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した第一位置にある状態（図４Ａ参照）と、前記第二歯部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（図４Ｂ参照）とでは、回転子２が回転した場合における前記永久磁石片ＭＧの一方の磁極から出て他方の磁極に至る磁束の流れが異なる。
【００７３】
先ず、可動分割歯部としての第一歯部３２が第一歯部３１と半径方向に一致して正対した第一位置にある状態（図４Ａ参照）において、回転子２が回転した場合における前記永久磁石片ＭＧの一方の磁極から出て他方の磁極に至る磁束の流れについて説明する。
【００７４】
この状態においては、上述のとおり、（主磁気回路Ｍの総磁気抵抗）（２Ｒｈ＋２Ｒｋ１））＜（短絡磁気回路Ｃの総磁気抵抗（２Ｒｈ＋Ｒｊ））という関係式を満たすものである。即ち、回転子２の回転位置如何に拘わらず、主磁気回路ＭＧの総磁気抵抗（２Ｒｈ＋２Ｒｋ１）が小さいものであるため、前記永久磁石片ＭＧ（図４Ａにおいて右側の永久磁石片ＭＧ）の一方の磁極（同図において上側の磁極）から出た磁束の大半は、以下の磁路を経て他方の磁極（同図において下側の磁極）に戻る。
【００７５】
即ち、図４Ａにおける右側の永久磁石片ＭＧに着目すると、該永久磁石片ＭＧの一方の磁極（同図において上側の磁極）から出た磁束は、左右一対の固定子３０、３０のうちの一方の固定子３０（同図において上部中央に位置した固定子３０）の第一歯部３１、この外側に正対した第二歯部３２、固定子ヨーク部５０、他方の固定子３０（同図において周方向左側に位置する固定子３０）の第二歯部３２（同図において周方向左側に位置した第二歯部３２）、該第二歯部３２に正対した前記一対の固定子３０、３０のうちの他方の固定子３０（同図において左側に位置した固定子３０）の第一歯部３１、そして左側に隣り合って配置された永久磁石片ＭＧを経由して、他方の磁極（同図において下側の磁極）に戻る。
【００７６】
勿論、上記磁路以外にも、例えば隣り合う歯部３０、３０相互間、特に隣り合う第一歯部３１、３１の側方突出部３１ａ、３１ａ相互間にも漏れ磁束が存在するが、これら相互間の磁気抵抗は主磁気回路Ｍにおける歯部３０、３０と固定子ヨーク部５０との間の磁気抵抗２Ｒｋ１よりも遥かに大きいものであるため主磁気回路Ｍの磁束流に大きな影響を与えるものではない。また、前記永久磁石片ＭＧの両端には、永久磁石片ＭＧの上下の鉄心部分を連結する連結壁９が一体的に形成されている（例えば図５参照）。従ってこの連結壁９にも常に磁束流が存在するが、この磁束流は飽和状態で安定しているため主磁気回路Ｍの磁束流に大きな影響を与えるものではない。
【００７７】
従って、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した第一位置にある状態（図４Ａ参照）において、回転子２が回転した場合、前記永久磁石片ＭＧの一方の磁極から出て他方の磁極に至る磁束の流れは安定しており、従って、永久磁石片ＭＧ内の磁束の変化は少ない。その結果、該永久磁石片ＭＧで発生するジュール損も小さいものとなっている。
【００７８】
次に、前記第二歯部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（図４Ｂ参照）において、回転子２が回転した場合における前記永久磁石片ＭＧの一方の磁極から出て他方の磁極に至る磁束の流れについて説明する。
【００７９】
この状態においては、上述のとおり、短絡磁気回路Ｍの総磁気抵抗（２Ｒｈ＋Ｒｊ）＜（主磁気回路Ｍの総磁気抵抗）（２Ｒｈ＋２Ｒｋ２）という関係式を満たすものである。即ち、この第二位置の状態においては、回転子２の回転位置如何に拘わらず、短絡磁気回路Ｃの総磁気抵抗（２Ｒｈ＋Ｒｊ）が主磁気回路Ｍの総磁気抵抗（２Ｒｈ＋２Ｒｋ２）よりも小さいものである。このため、前記永久磁石片ＭＧ（図４Ｂにおいて右側の永久磁石片ＭＧ）の一方の磁極（同図において上側の磁極）から出た磁束の大半は、短絡磁気回路Ｃの磁路を経て他方の磁極（同図において下側の磁極）に戻ることになる。
【００８０】
ところで、この実施形態においては、図５に示すように、各固定子３０（第一歯部３１）の回転子側端部の回転子対向端面が、その横断面形状において、回転子２の外周面に最も近接する回転子対向端面における回転子最近接部位（周方向の中間の部位）を通過する、回転子２の回転軸を中心とする曲率半径Ｒ０を有する第一仮想曲線Ａよりも曲率半径が大きな、回転子本体３に向かって凹状に形成された曲率半径Ｒ１の曲線に形成されている。
【００８１】
即ち、この形状においては、固定子３０（第一歯部３１）と回転子２（回転子本体１０）との間の間隙が、固定子の回転子側端部の周方向中間部から周方向端部に至るに従って連続的に徐々に大きくなっている。換言すると、両者の間の磁気抵抗Ｒｈが周方向中間部から周方向端部に至るに従って連続的に徐々に大きくなっている。もっとも、固定子３０（第一歯部３１）の回転子側端部の回転子対向端面の形状は、この実施形態のように連続的かつ徐々に変化するものであることに限定されるものではなく、不連続的に段階状に変化するものであっても良い。
【００８２】
この実施形態において、可動分割歯部（第二歯部）３２を周方向に移動させて、図４Ｂに示すように、第一歯部３１と第二歯部３２との間の磁気抵抗が大きくなった第二状態においては、回転子２の隣り合う永久磁石ＭＧ、ＭＧの隣り合う端部が、固定子の歯部３０の周方向中間部に位置する図６（Ａ）に示す第一相対位置においては、短絡磁気回路Ｃ１は、歯部３０（第一歯部３１）の回転子側端部の周方向中央部を経由する回路となる。この状態から、回転子１０２が反時計方向に回転して、回転子２の隣り合う永久磁石ＭＧ、ＭＧの隣り合う端部が、固定子の歯部３１の周方向左端部に位置する図６（Ｂ）に示す第二相対位置においては、図６（Ａ）の状態と同様に、短絡磁気回路Ｃ２は、歯部３０（第一歯部３１）の回転子側端部の一端部（側方突出部）３１ａを主として経由する回路となっている。従って、図６（Ａ）の状態から図６（Ｂ）の状態に変化した場合、固定子の歯部３０（第一歯部３１）の回転子側端部と回転子本体１０の外周縁との間の間隙Ｇは若干増大しているが、短絡磁気回路Ｃ１およびＣ２の磁気抵抗に急激な大きな変化は生じない。
【００８３】
次に、図６（Ｂ）に示す状態から、回転子２が更に反時計方向に回転すると、短絡磁気回路Ｃ３が、隣り合う第一歯部３１、３１の隣り合う側方突出部３１ａ、３１ａの間隙を主として経由する回路となる。この第三相対位置においては、隣り合う側方突出部３１ａ、３１ａの間隙が短絡磁気回路Ｃ３の一部を構成することになるため、短絡磁気回路Ｃ３の総磁気抵抗は、図６（Ａ）や図６（Ｂ）の状態における場合と較べて、大きいものとなっている。
【００８４】
換言すると、第二短絡磁気回路Ｃ２は、第一短絡磁気回路Ｃ１の総磁気抵抗値と前記第三短絡磁気回路Ｃ３の総磁気抵抗値との間の総磁気抵値を有し、回転子２の前記固定子３に対する相対回転移動に伴って前記短絡磁気回路Ｃが前記第二短絡磁気回路Ｃ２から前記第三短絡磁気回路Ｃ３に切り替わる際、および前記短絡磁気回路Ｃが前記第三短絡磁気回路Ｃ３から前記第二短絡磁気回路Ｃ２に切り替わる際における前記短絡磁気回路Ｃの総磁気抵抗値の変化率を抑制する緩衝回路として機能するように構成されている。
【００８５】
即ち、各歯部３０（第一歯部３１）の回転子側端部の回転子対向端面が、固定子本体１０の外周面に対応した曲面、即ち間隙が周方向に沿って一定に形成されている曲面を有するものである比較例の場合（図１０Ａおよび図１０Ｂ参照）には、第一短絡磁気回路Ｃ１と第二短絡磁気回路Ｃ２との総磁気抵抗に大きな差はないが、第二短絡磁気回路Ｃ２と第三短絡磁気回路Ｃ３との総磁気抵抗には大きな差がある。従って、回転子２が周方向に回転した場合、回転子２の各歯部３０に対する相対位置の変化によって短絡磁気回路が第一短絡磁気回路Ｃ１、第二短絡磁気回路Ｃ２、第三短絡磁気回路Ｃ３と変化する。この変化に伴って、短絡磁気回路が、第二短絡磁気回路Ｃ２から第三短絡磁気回路Ｃ３に切り替わる際および第三短絡磁気回路Ｃ３から第二短絡磁気回路Ｃ２に切り替わる際に、磁気抵抗が急変し、ひいては永久磁石ＭＧの固定子巻線に鎖交する漏れ磁束鎖交数が変化して同固定子巻線に誘起される誘起電圧のピーク値が大きくなる。従って、回転子２の回転数の上限値が制限される。
【００８６】
これに対して、本実施形態においては、上述のとおり、各歯部３０（第一歯部３１）の回転子側端部の回転子対向端面が、固定子本体１０の外周面に対応した曲面よりも曲率が若干大きく設定された曲面に形成されているものである。従って、第一短絡磁気回路Ｃ１の総磁気抵抗よりも、第二短絡磁気回路Ｃ２の総磁気抵抗は大きい。また、第二短絡磁気回路Ｃ２は、第一短絡磁気回路Ｃ１の総磁気抵抗値と前記第三短絡磁気回路Ｃ３の総磁気抵抗値との間の総磁気抵値を有する。従って、短絡磁気回路が、第二短絡磁気回路Ｃ２から第三短絡磁気回路Ｃ３に切り替わる際、また第三短絡磁気回路Ｃ３から第二短絡磁気回路Ｃ２に切り替わる際に、磁気抵抗の変化率が前記比較例の場合より小さくなり、ひいては永久磁石ＭＧの固定子巻線に鎖交する漏れ磁束鎖交数が変化して同固定子巻線に誘起される誘起電圧のピーク値も前記比較例の場合よりも小さくなる。従って、比較例と較べて、回転子２の回転数の上限値を更に上昇させることができる。
【００８７】
なお、この第１実施形態において、記各歯部３０の回転子側端部の回転子対向端面における周方向の両端部は、図５に示すように、横断面形状において、前記回転子２の外周面に最も近接する前記回転子対向端面における回転子最近接部位（この実施形態では周方向の中間部位）を通過する、前記回転子２の回転軸を中心とする曲率半径Ｒ０の第一仮想曲線Ａと、この第一仮想曲線Ａの前記曲率半径Ｒ０と同一の曲率半径Ｒ０を有し、前記第一仮想線Ａと前記回転子最近接部位において接する、前記回転子２の外周面に向かって凸状の第２仮想曲線Ｂとの間に位置するものとなされている（図５参照）。
【００８８】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る回転電気機械も、第１実施形態と同様に、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電動モータである。この第２実施形態に係るラジアルギャップ型電動モータは、前記第１実施形態に係る電動モータと基本的な構成はほぼ同一である。
【００８９】
この第２実施形態においては、図７に示すように、各歯部３０（第一歯部３１）の回転子側端部の回転子対向端面が、その横断面形状において、前記回転子２（回転子本体１０）の外周面に向かって凸状の鈍角をなす全体として矢印形を呈する角状に形成されている。この実施形態においても、第一短絡磁気回路Ｃ１の総磁気抵抗よりも、第二短絡磁気回路Ｃ２の総磁気抵抗は大きい。また、第二短絡磁気回路Ｃ２は、第一短絡磁気回路Ｃ１の総磁気抵抗と前記第三短絡磁気回路Ｃ３の総磁気抵抗との間の総磁気抵値を有する。従って、この実施形態においても、短絡磁気回路が、第二短絡磁気回路Ｃ２から第三短絡磁気回路Ｃ３に切り替わる際、また第三短絡磁気回路Ｃ３から第二短絡磁気回路Ｃ２に切り替わる際に、磁気抵抗の変化率が前記比較例の場合より小さくなり、ひいては永久磁石ＭＧの固定子巻線に鎖交する漏れ磁束鎖交数が変化して同固定子巻線に誘起される誘起電圧のピーク値も前記比較例の場合よりも小さくなる。従って、比較例と較べて、回転子２の回転数の上限値を更に上昇させることができる。他の構成は、前記第１実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００９０】
なお、この第２実施形態においても、記各歯部３０の回転子側端部の回転子対向端面における周方向の両端部が、横断面形状において、前記回転子２の外周面に最も近接する回転子対向端面における回転子最近接部位（この実施形態においても周方向の中間部位）を通過する、前記回転子２の回転軸を中心とする曲率半径Ｒ０を有する第一仮想曲線Ａと、該第一仮想曲線Ａの前記曲率半径Ｒ０と同一の曲率半径Ｒ０を有し、前記第一仮想線Ａと前記回転子最近接部位において接する、前記回転子の外周面に向かって凸状の第２仮想曲線Ｂとの間に位置するものとなされている（図７参照）。
【００９１】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る回転電気機械も、第１実施形態と同様に、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電動モータである。この第３実施形態に係るラジアルギャップ型電動モータは、前記第１実施形態に係る電動モータと基本的な構成はほぼ同一である。
【００９２】
この第３実施形態においては、図８に示すように、各歯部３０（第一歯部３１）の回転子側端部の回転子対向端面が、その横断面形状において、前記回転子２（回転子本体１０）の外周面に最も近接する回転子対向端面における回転子最近接部位（周方向の中間の部位）を通過する、回転子２の回転軸を中心とする曲率半径Ｒ０を有する、前記回転子の外周面に向かって凹状の第一仮想曲線Ａと、前記曲率半径Ｒ０と同一の曲率半径を有し、前記歯部３０（第一歯部３１）の回転子最近接部位において前記第一仮想線Ａと接する、前記回転子２（回転子本体１０）の外周面に向かって凸状の第２仮想曲線Ｂとの間において、前記回転子２（回転子本体１０）の外周面に向かって連続的に変化する凸状に形成されたものである。
【００９３】
この実施形態においても、第一短絡磁気回路Ｃ１の総磁気抵抗よりも、第二短絡磁気回路Ｃ２の総磁気抵抗は大きい。また、第二短絡磁気回路Ｃ２は、第一短絡磁気回路Ｃ１の総磁気抵抗と前記第三短絡磁気回路Ｃ３の総磁気抵抗との間の総磁気抵値を有する。従って、この実施形態においても、短絡磁気回路が、第二短絡磁気回路Ｃ２から第三短絡磁気回路Ｃ３に切り替わる際、また第三短絡磁気回路Ｃ３から第二短絡磁気回路Ｃ２に切り替わる際に、磁気抵抗の変化率が前記比較例の場合より小さくなり、ひいては永久磁石ＭＧの固定子巻線に鎖交する漏れ磁束鎖交数が変化して同固定子巻線に誘起される誘起電圧のピーク値も前記比較例の場合よりも小さくなる。従って、比較例と較べて、回転子２の回転数の上限値を更に上昇させることができる。他の構成は、前記第１実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００９４】
なお、この第３実施形態においても、各歯部３０の回転子側端部の回転子対向端面における周方向の両端部が、横断面形状において、回転子２の外周面に最も近接する回転子対向端面における回転子最近接部位（この実施形態においても周方向の中間部位）を通過する、回転子２の回転軸を中心とする曲率半径Ｒ０を有する第一仮想曲線Ａと、該第一仮想曲線Ａの前記曲率半径Ｒ０と同一の曲率半径Ｒ０を有し、前記第一仮想線Ａと前記回転子最近接部位において接する、前記回転子の外周面に向かって凸状の第２仮想曲線Ｂとの間に位置するものとなされている（図８参照）。
【００９５】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態に係る回転電気機械も、第１実施形態と同様に、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電動モータである。この第２実施形態に係るラジアルギャップ型電動モータは、前記第１実施形態に係る電動モータと基本的な構成はほぼ同一である。
【００９６】
この第４実施形態においては、図９に示すように、各歯部３０（第一歯部３１）の回転子側端部が、その横断面形状において、周方向の中間部から周方向端部に至るに従って、段階状に前記回転子２（回転子本体１０）の外周面からの距離が大きくなるように形成されている。
【００９７】
この実施形態においても、第一短絡磁気回路Ｃ１の総磁気抵抗よりも、第二短絡磁気回路Ｃ２の総磁気抵抗は大きい。また、第二短絡磁気回路Ｃ２は、第一短絡磁気回路Ｃ１の総磁気抵抗と前記第三短絡磁気回路Ｃ３の総磁気抵抗との間の総磁気抵値を有する。従って、この実施形態においても、短絡磁気回路が、第二短絡磁気回路Ｃ２から第三短絡磁気回路Ｃ３に切り替わる際、また第三短絡磁気回路Ｃ３から第二短絡磁気回路Ｃ２に切り替わる際に、磁気抵抗の変化率が前記比較例の場合より小さくなり、ひいては永久磁石ＭＧの固定子巻線に鎖交する漏れ磁束鎖交数が変化して同固定子巻線に誘起される誘起電圧のピーク値も前記比較例の場合よりも小さくなる。従って、比較例と較べて、回転子２の回転数の上限値を更に上昇させることができる。他の構成は、前記第１実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００９８】
なお、この第４実施形態においても、歯部３０の回転子側端部の回転子対向端面における周方向の両端部が、横断面形状において、回転子２の外周面に最も近接する前記回転子対向端面における回転子最近接部位（この実施形態においても周方向の中間部位）を通過する、回転子２の回転軸を中心とする曲率半径Ｒ０を有する第一仮想曲線Ａと、該第一仮想曲線Ａの前記曲率半径Ｒ０と同一の曲率半径Ｒ０を有し、前記第一仮想線Ａと前記回転子最近接部位において接する、前記回転子の外周面に向かって凸状の第２仮想曲線Ｂとの間に位置するものとなされている（図９参照）。
【００９９】
（実施例１）
図１ないし図６に示す第１実施形態に係る回転電気機械（各歯部の回転子側端部の回転子対向端面が、回転子２の外周面に最も近接する回転子対向端面における回転子最近接部位を通過する、回転子２の回転軸を中心とする曲率半径Ｒ０を有する第一仮想曲線Ａの曲率半径よりも大きな曲率半径Ｒ１に設定されている）を用いた。この回転電気機械に、図１６に示すように、駆動源として電池および３相インバータ回路を備えた電源を接続し、可動分割歯部としての第二歯部３２を第一位置および第二位置にそれぞれ移動させた第一状態および第二状態において、回転子２を回転させた。
【０１００】
そして、各位置における固定子３０（第一歯部３１）のＵ相の固定子巻線に鎖交する磁束および図１６に示すインバータ回路の電池側の端子電圧を調べた。また、比較例として、図１０Ａおよび図１０Ｂに示す回転電気機械を用いて、同様に各位置における固定子３０（第一歯部３１）のＵ相の固定子巻線に鎖交する磁束および同インバータ回路の電池側の端子電圧を調べた。これらの結果を、それぞれ図１２Ａないし図１２Ｄに示すグラフに示した。なお、比較例における固定子３０（第一歯部３１）の回転子側端部の曲率を１とした場合、第１実施形態においては、固定子３０（第一歯部３１）の回転子側端部の曲率を０．４に設定した。
【０１０１】
これらの結果から、特に可動分割歯部が周方向に移動して主磁気回路Ｍの磁気抵抗が大きくなった第二位置（第二状態）において、図１２Ｃに示すように、固定子巻線に鎖交する磁束の波形の局部的な変化率が抑制され、波形が滑らかになっていることがわかる。このため、図１２Ｄに示すように、インバータ回路の電池側の端子に誘起される誘起電圧（電池側端子電圧）のピーク値が、比較例より低下している。このことより、固定子巻線に誘起される誘起電圧のピーク値を抑え、ひいては回転子２の回転数の上限値を、比較例よりも更に上昇させることができることを確認した。
【０１０２】
（実施例２）
図７に示すように、固定子３０の歯部３０（第一歯部３１）の回転子側端部が、回転子２に向かって凸の鈍角をなす角状に形成され、他の構成は第１実施形態と同じの回転電気機械を用いて、実施例１と同様に図１６に示すように、駆動源として電池および３相インバータ回路を備えた電源を接続し、その可動分割歯部としての第二歯部３２を第一位置および第二位置にそれぞれ移動させた第一状態および第二状態において、回転子２を回転させた。そして、各位置における固定子３０（第一歯部３１）のＵ相の固定子巻線に鎖交する磁束および同インバータ回路の電池側の端子電圧を調べた。また、比較例として、図１０Ａおよび図１０Ｂに示す回転電気機械を用いて、同様に各位置における固定子３０（第一歯部３１）のＵ相の固定子巻線に鎖交する磁束およびインバータ回路の電池側の端子を調べた。これらの結果を、それぞれ図１３Ａないし図１３Ｄに示すグラフに示した。
【０１０３】
これらの結果から、特に可動分割歯部が周方向に移動して主磁気回路Ｍの磁気抵抗が大きくなった第二位置において、図１３Ｃに示すように、固定子巻線に鎖交する磁束の波形の局部的な変化率が抑制され、波形が滑らかになっていることがわかる。このため、図１３Ｄに示すように、インバータ回路の電池側の端子に誘起される誘起電圧（電池側端子電圧）のピーク値が、比較例より低下している。このことより、固定子巻線に誘起される誘起電圧のピーク値を抑え、ひいては回転子２の回転数の上限値を、比較例よりも更に上昇させることができることを確認した。
【０１０４】
なお、上記いずれの実施形態においても、永久磁石片ＭＧとして断面矩形状に形成されたものを用い、これに対応するスリットを回転子本体の周縁部に形成して、該スリットに永久磁石をはめ込んだものを例示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば回転子本体の外周に対応する断面弧状に形成した永久磁石を用い、この永久磁石を回転子本体の外周面に固定した構造のものをも許容するものである。この場合、回転子の回転に伴って永久磁石が遠心力で回転子本体から外れないようにしっかり固定しなければならないことは言うまでもない。
【０１０５】
また、本件発明は、従来の弱め界磁制御に変わるものとして用いることができるものであるが、もとより弱め界磁制御との併用を妨げるものではない。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
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あるいは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。
【符号の説明】
【０１１０】
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
５０     固定子ヨーク部
５１     ギア部
Ｃ        コントローラ  
ＭＧ     永久磁石
Ｒ        回転電気機械（電動モータ）
Ｖ        車両（電動自動二輪車）
Ｍ        主磁気回路      
Ｃ        短絡磁気回路    
Ｃ１     短絡磁気回路
Ｃ２     短絡磁気回路
Ｃ３     短絡磁気回路    
Ｒｈ     回転子の外周縁部と歯部の第一歯部との間の磁気抵抗
Ｒｋ１  第一位置における第一歯部と第二歯部との間の磁気抵抗
Ｒｋ２  第二位置における第一歯部と第二歯部との間の磁気抵抗
Ｒｊ     周方向に隣り合う一対の第一歯部における隣り合う側方突出部相互間の磁気抵抗
【図２】
2014036547.tif 000003
【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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