(57)【要約】【課題】  回転軸の回転数の増減に伴い、斜面部材を錘が移動することによって移動部材が動き、ロータとステータ間の磁束が変化することにより出力特性を変化させることのできる回転電機及び電動車両を提供する。【解決手段】  移動部材４５を移動部材５１とともにロータ５３と一体的に構成したことで、この構成には摺動部や可動部が存在せず、よってがたつきなどがなくなるので、電動モータ２８の特性を精度良く変化させることができる。また、錘４３とステータ２９とを軸方向において互いに重ならないように配置したことで、軽い錘４３であっても回転半径を大きくして高い遠心力を得ることができ、それにより、モータの特性を変化させることができるので、電動モータが低回転型であっても軽量化が可能になる。【選択図】  図２
2005223993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸に接続されたロータと、
前記ロータに対し軸方向の間隔を介して対向するステータと、
前記ロータの回転力で回転する錘と、
前記回転軸に接続され、前記錘が遠心力の増減により上り下りする斜面を形成した斜面部材と、
前記斜面に対し軸方向に前記錘を介して対向し、前記錘が斜面を上り下りしたときに前記ロータを軸方向に移動させる移動部材と
を備えたことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記移動部材と前記ロータを一体的に構成したことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
前記錘と前記ステータとを軸方向において互いに重ならないように配置したことを特徴とする請求項１または２記載の回転電機。
【請求項４】
軸方向における前記ロータと前記錘の間に前記ステータを配置したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の回転電機。
【請求項５】
前記斜面を傾斜角度の異なる多段に形成したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の回転電機。
【請求項６】
前記移動部材と前記斜面部材とを同期回転させる機構を斜面よりも外側に有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の回転電機。
【請求項７】
前記錘が斜面を上るを妨げる向きの力を生じさせる前記ステータとロータの間の磁力の分布が、前記錘が１回転する間において不均一になるように構成したことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の回転電機。
【請求項８】
前記ロータの回転数が１の回転数に達するまで前記間隔が一定であり、前記ロータの回転数が前記１の回転数に達したときに前記錘が斜面を上るまたは下りることにより前記間隔が変化することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の回転電機。
【請求項９】
前記ロータの回転数が１の回転数とその前後を含む回転数範囲において当該１の回転数のときに限って前記錘が斜面を上るまたは下りることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の回転電機。
【請求項１０】
前記錘が斜面を上るときの回転数が斜面を下りるときの回転数よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の回転電機。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の回転電機を駆動源として用いたことを特徴とする電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸の回転数の増減に伴い、斜面部材を錘が移動することによって移動部材が動き、ロータとステータ間の磁束が変化することにより出力特性を変化させることのできる回転電機およびこの回転電機を用いた電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来において、錘の遠心力により特性が変化する回転電機として、下記の特許文献１〜３に記載のものがある。
【０００３】
特許文献１記載の回転電機では、図９において、回転軸１０１の回転数が増大すると、錘１０３が遠心力で斜面１０５を上ると、錘１０３は、移動部材１０７と、軟磁性体でできた補助ヨーク１０９を上方へ移動させる。補助ヨーク１０９は、永久磁石１１１を備えるヨーク１１３に設けられた間隙１１５に挿入され、これによりヨーク１１３の磁気抵抗を減少させる。
【０００４】
特許文献２記載の回転電機では、図１０において、回転軸１２１の回転数が増大すると錘１２３が遠心力で回転軸１２１から離れる方向に移動する。リンク１２５は折れ曲がり、それによりロータ１２７がステータ１２９から抜け出る方向に移動して、ロータ１２７とステータ１２９からなる磁気回路の磁気抵抗を増加させる。
【０００５】
特許文献３記載の回転電機では、図１１において、回転軸１３１の回転数が増大すると、錘１３３が遠心力で外側に移動する。これにより軸１３５に支持されたアーム１３５がの推力板１３９を左方向に移動させる。これにより圧縮ばね１４１が圧縮され、ロータ１４３がステータ１４５から抜け出る方向に移動して、ロータ１４３とステータ１４５からなる磁気回路の磁気抵抗を増加させる。
【０００６】
また、これらの回転電機では、回転軸の回転数が減少すると、上記した作用の逆の作用により、特性が逆に変化する。
【特許文献１】特開平１１−１２２８８６号公報
【特許文献２】実開平２−１４６９７５号公報
【特許文献３】特開昭６４−５０７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の回転電機では、補助ヨーク１０９は軟磁性体であるので、ヨーク１１３との間に隙間があると磁化しにくく、したがって、補助ヨーク１０９とヨーク１１３とを隙間無く摺動させる必要がある。また、少しでも隙間があると、隙間の幅により磁気抵抗が変わるため、精度良い特性変化が得られない可能性がある。したがって、補助ヨーク１０９や間隙１１５の加工には高い精度が要求される。
【０００８】
また、特許文献２記載の回転電機では、可動部であるリンク１２５のがたつきにより、ロータ１２７とステータ１２９との距離が定まらず、そのため、精度良い特性変化が得られない可能性がある。
【０００９】
また、特許文献３記載の回転電機では、可動部である軸１３５のがたつきにより、ロータ１４３とステータ１４５との距離が定まらず、そのため、精度良い特性変化が得られない可能性がある。
【００１０】
また、錘の遠心力により特性変化を得る技術を低回転型の回転電機、例えば、電動車両の駆動源である電動モータに用いる場合は、遠心力を高めるために錘を重くしなければならず、そのため、回転電機（電動モータ）や電動車両が重くなり、ひいては大型化してしまう。
【００１１】
特に、特許文献１記載のラジアルギャップ式の回転電機では、補助ヨーク１０９の移動量に対する磁気抵抗の変化が小さく、この変化を大きくしようとした場合は、補助ヨーク１０９の移動量を大きくしなければならず、そのため回転電機が大型化するので電動車両に用いることは難しい。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、回転軸の回転数の増減に伴い、斜面部材を錘が移動することによって移動部材が動き、ロータとステータ間の磁束が変化することにより出力特性を変化させることのできる回転電機およびこの回転電機を用いた電動車両を提供することを目的とする。
【００１３】
また、錘の遠心力によって特性を精度良く変化させることができ、しかも低回転型であっても軽量化が可能な回転電機およびこの回転電機を用いた電動車両を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、請求項１の回転電機は、回転軸と、前記回転軸に接続されたロータと、前記ロータに対し軸方向の間隔を介して対向するステータと、前記ロータの回転力で回転する錘と、前記回転軸に接続され、前記錘が遠心力の増減により上り下りする斜面を形成した斜面部材と、前記斜面に対し軸方向に前記錘を介して対向し、前記錘が斜面を上り下りしたときに前記ロータを軸方向に移動させる移動部材とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項１の回転電機によれば、回転軸と、回転軸に接続されたロータと、ロータに対し軸方向の間隔を介して対向するステータと、ロータの回転力で回転する錘と、回転軸に接続され、錘が遠心力の増減により上り下りする斜面を形成した斜面部材と、斜面に対し軸方向に錘を介して対向し、錘が斜面を上り下りしたときにロータを軸方向に移動させる移動部材とを備えたことで、間隔を可変できるので、ロータとステータ間の磁束が変化することにより出力特性を変化させることのできる回転電機を得ることができる。
【００１６】
また、請求項２の回転電機は、請求項１記載の回転電機において、前記移動部材と前記ロータを一体的に構成したことを特徴とする。
【００１７】
請求項２の回転電機によれば、ロータを移動させる移動部材とロータを一体的に構成したことで、この構成には摺動部や可動部が存在せず、よってがたつきなどがなくなるので、特性を精度良く変化させることができる。
【００１８】
また、請求項３の回転電機は、請求項１または２記載の回転電機において、前記錘と前記ステータとを軸方向において互いに重ならないように配置したことを特徴とする。
【００１９】
請求項３の回転電機によれば、錘とステータとを軸方向において互いに重ならないように配置したことで、軽い錘であっても回転半径を大きくして高い遠心力を得ることができるので、回転電機が低回転型であっても軽量化が可能になる。特に、アキシャルギャップ式の回転電機の場合は、ステータの径が大きく、つまり錘の回転半径を大きくできるので錘をより軽くできる。よって、アキシャルギャップ式の回転電機の場合はより高い効果が得られる。
【００２０】
また、請求項４の回転電機は、請求項１ないし３のいずれかに記載の回転電機において、軸方向における前記ロータと前記錘の間に前記ステータを配置したことを特徴とする。
【００２１】
請求項４の回転電機によれば、ロータと錘の間にステータを配置したことで、重いステータを中央として重量バランスを好適にできるので、この回転電機を、ひいてはこの回転電機を駆動源として用いる電動車両の左右の安定性を高めることができる。
【００２２】
また、請求項５の回転電機は、請求項１ないし４のいずれかに記載の回転電機において、前記斜面を傾斜角度の異なる多段に形成したことを特徴とする。
【００２３】
この請求項５の回転電機によれば、斜面を多段に形成したので、回転電機の特性を多段階に変化させることができる。また、回転数の増減に対し、斜面同士の境目で錘の移動が一旦止まる多段にすることで、無段階の特性変化により近い特性変化を得ることができる。また、多段に形成した斜面は、回転数の増減に対し、錘が常に回転半径を変化させる、いわゆる無段階の特性変化を得るための湾曲面よりも製造が容易である。また、斜面同士の境目を定めることで特性を定めることができるので回転電機の制御が容易である。
【００２４】
また、請求項６の回転電機は、請求項１ないし５のいずれかに記載の回転電機において、前記移動部材と前記斜面部材とを同期回転させる機構を斜面よりも外側に有することを特徴とする。
【００２５】
請求項６の回転電機によれば、移動部材と前記斜面部材とを同期回転させる機構を斜面よりも外側に設けたことで、加工バラツキによる当該部材同士の回転方向の位置ずれをより少なくできるので、当該部材同士に挟まれた錘の変形や摩耗を低減できる。
【００２６】
また、請求項７の回転電機は、請求項１ないし６のいずれかに記載の回転電機は、前記錘が斜面を上るを妨げる向きの力を生じさせる前記ステータとロータの間の磁力の分布が、前記錘が１回転する間において不均一になるように構成したことを特徴とする。
【００２７】
請求項７の回転電機によれば、錘が斜面を上るを妨げる向きの力を生じさせるステータとロータの間の磁力の分布が、錘が１回転する間において不均一になるように構成したことで、錘に半径方向の振動を与えて斜面との摩擦係数を小さくすることができるので、滑らかに特性を変化させることができる。
【００２８】
また、請求項８の回転電機は、請求項１ないし７のいずれかに記載の回転電機は、前記ロータの回転数が１の回転数に達するまで前記間隔が一定であり、前記ロータの回転数が前記１の回転数に達したときに前記錘が斜面を上るまたは下りることにより前記間隔が変化することを特徴とする。
【００２９】
請求項８の回転電機によれば、１の回転数に達するまで間隔が一定であり、１の回転数に達したときに錘が斜面を上るまたは下りることにより間隔を変化させることで段階的な特性変化が可能になる。
【００３０】
また、請求項９の回転電機は、請求項１ないし８のいずれかに記載の回転電機において、前記ロータの回転数が１の回転数とその前後を含む回転数範囲において当該１の回転数のときに限って前記錘が斜面を上るまたは下りることを特徴とする。
【００３１】
請求項９の回転電機によれば、ロータの回転数が１の回転数のときに限って錘が斜面を上るまたは下りるようにしたことで、錘の動いている時間を短くできるので、錘及び斜面の摩耗を低減することができる。
【００３２】
また、請求項１０の回転電機は、請求項１ないし９のいずれかに記載の回転電機は、前記錘が斜面を上るときの回転数が斜面を下りるときの回転数よりも大きいことを特徴とする。
【００３３】
請求項１０の回転電機によれば、錘が斜面を上るときの回転数が斜面を下りるときの回転数よりも大きいので、特性変化にヒステリシスを持たせることができる。また、この回転電機を電動車両を駆動する電動モータに用いれば、回転数のわずかな変化で錘が動くことがなくなり、乗員の意に反する変速を防止でき、それにより、滑らかな走行を実現できる。
【００３４】
また、請求項１１の電動車両は、請求項１から１０のいずれかに記載の回転電機を駆動源として用いたことを特徴とする。
【００３５】
請求項１０の電動車両によれば、錘の遠心力によって特性を精度良く変化させることができ、しかも低回転型であっても軽量化が可能な回転電機で駆動して走行することができる電動車両を提供することができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、回転軸と、回転軸に接続されたロータと、ロータに対し軸方向の間隔を介して対向するステータと、ロータの回転力で回転する錘と、回転軸に接続され、錘が遠心力の増減により上り下りする斜面を形成した斜面部材と、斜面に対し軸方向に錘を介して対向し、錘が斜面を上り下りしたときにロータを軸方向に移動させる移動部材とを備えたことで、間隔を可変できるので、ロータとステータ間の磁束が変化することにより出力特性を変化させることのできる回転電機を得ることができる。
【００３７】
また、ロータを移動させる移動部材とロータを一体的に構成したことで、この構成には摺動部や可動部が存在せず、よってがたつきなどがなくなるので、特性を精度良く変化させることができ、しかも、錘とステータとを軸方向において互いに重ならないように配置したことで、ステータが邪魔されず回転半径を大きくできるため、軽い錘であっても回転半径を大きくすることにより高い遠心力を得ることができるので、回転電機が低回転型であっても軽量化が可能になる。特に、アキシャルギャップ式の回転電機の場合は、ステータの径が大きく、つまり錘の回転半径を大きくできるので錘をより軽くできる。よって、アキシャルギャップ式の回転電機の場合はより高い効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３９】
図１は、本発明に係る電動モータを適用した電動二輪車の側面図である。
【００４０】
図１に示す電動二輪車１は、その車体前方上部にヘッドパイプ２を備え、該ヘッドパイプ２内には不図示のステアリング軸が回動自在に挿通している。そして、このステアリング軸の上端にはハンドル３が取り付けられている。そして、ハンドル３の両端にはグリップ４が取り付けられており、不図示の右側（図１の奥側）のグリップ４は回動可能なスロットルグリップを構成している。
【００４１】
ヘッドパイプ２の下部には左右一対のフロントフォーク５の上部が取り付けられており、各フロントフォーク５の下端には前輪６が前車軸７によって回転自在に軸支されている。尚、前記ハンドル３の中央上にはメータ８が配置され、該メータ８の下方には、ヘッドランプ９が配され、その両側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。
【００４２】
ヘッドパイプ２からは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。車体フレーム１１は丸パイプ状であり、ヘッドパイプ２から車体後方に向かって斜め下方に延びた後、後方に向かって円弧状に曲げられて車体後方に略水平に延びたものである。各車体フレーム１１の後端部からは、斜め上方に向けて、左右一対の車体フレーム１２が延設され、シート１３の後方で互いに接続されている。左右一対の車体フレーム１２の間にはバッテリ１４が配置されている。
【００４３】
上記左右の車体フレーム１２には、逆Ｕ字状を成すシートステー（図示せず）が接続され、左右一対のステー１５（一方のみ図示）で支持されている。シートステーには前記シート１３が開閉可能に配置されている。
【００４４】
そして、車体フレーム１２の後端に取り付けられたリヤフェンダ１６の後面にはテイルランプ１７が取り付けられており、その左右にはフラッシャランプ１８（一方のみ図示）が配されている。
【００４５】
一方、左右の車体フレーム１１の後端部には左右一対のリヤアームブラケット１９（一方のみ図示）がそれぞれ溶着されており、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にて上下揺動自在に支持されている。そして、このリヤアーム２０の後端には駆動輪である後輪２２が回転自在に軸支されており、リヤアーム２０と後輪２２はリヤクッション２３によって車体フレーム１２に懸架されている。
【００４６】
又、左右の車体フレーム１１の下方にはフートステップ２４（一方のみ図示）がそれぞれ取り付けられており、リヤアーム２０の下部にはサイドスタンド２５が軸２６によって回動可能に軸支されて設けられており、サイドスタンド２５はリターンスプリング２７によって閉じ側に付勢されている。
【００４７】
リヤアーム２０の後端の略円形の部分には車幅方向に扁平な薄型のアキシャルギャップ式の電動モータ２８が収容されている。
【００４８】
図２は、図１のＡＡ線矢視断面図である。図３は、図２のＢＢ線矢視の方向での電動モータ２８の断面図である。
【００４９】
リヤアーム２０の後端部における筐体であるケース２０ａにはカバー２０ｂが取り付けられる。ケース２０ａの中央部内側には軸受２０ｃおよび２０ｄが設けられ、カバー２０ｂの中央部内側には軸受２０ｅ、２０ｅが設けられている。軸受２０ｅ、２０ｅには後車軸２０ｆが回転可能に軸支されている。後車軸２０ｆにはホイル２２ａが挿通され、外側からナット２０ｇによりに、後車軸２０ｆとともに回転可能に支持されている。ホイル２２ａの外周部にはタイヤ２２ｂが取り付けられている。
【００５０】
また、ケース２０ａには  電動モータ２８を構成するステータ２９が固定されている。ステータ２９は、ケース２０ａに固定された円環状のステータヨーク２９ａと、ステータヨーク２９ａにおいて略円形に施された複数の嵌合孔に挿入固定された複数のティース２９ｂと、各ティース２９ｂにボビン（インシュレータ）２９ｃを介して巻回されたコイル２９ｄとからなり、樹脂等でモールドされている。
【００５１】
図３に示すように、ステータ２９は、一部を除いた円の弧上に複数のティース２９ｂを配置してなり、その除かれた部分にはステータ２９と一体的に樹脂で成形されたエンコーダ基板取り付け部２９ｅ、２９ｅが延びている。エンコーダ基板取り付け部２９ｅ、２９ｅにはロータの回転の状態を検出するエンコーダ基板３０が載置されてボルトにより固定されている。
【００５２】
ケース２０ａには、ステータ２９に電気的に接続されたインバータ３１が図示しない弾性材を介して固定されている。
【００５３】
図２に戻り、軸受２０ｃには、円柱状に形成されたロータ軸（回転軸ともいう）３３の下端部が、回転可能に且つ軸方向には不動に軸支されている。ロータ軸３３の下端部より上方では周囲の全体にわたり軸方向に伸びた凸部が形成されており、軸受２０ｄは凸部の下部に嵌合している。
【００５４】
軸受２０ｄの上方においては、筒状を有し上部にフランジを有した支持部材３５が設けられている。支持部材３５は、その内周部にロータ軸３３の凸部に嵌合する溝が形成されてロータ軸３３の外周部に嵌合している。
【００５５】
支持部材３５の上方においては、ロータ軸３３の凸部に嵌合する凹部を内周部に有する円環状の斜面部材３７がロータ軸３３の外周部に嵌合し、支持部材３５のフランジにネジ止めされている。
【００５６】
図４（ａ）は、図２のＣＣ線矢視の方向での斜面部材３７の平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＤＤ線矢視断面図である。
【００５７】
斜面部材３７は、１枚の板から、絞りや切削により、その全てを一体に形成されている。斜面部材３７の中央には、ロータ軸３３の中心軸（単に軸ともいう）に垂直な円環状の基底部３７ａが形成され、その内周部にはロータ軸３３の凸部に嵌合する凹部が形成されている。基底部３７ａには支持部材３５のフランジとのネジ止めに使用されるネジ孔が設けられている。
【００５８】
基底部３７ａの周囲には、軸に垂直な基底部３７ａに対して傾斜角度θ１（＞０）で傾斜する円環状の第１斜面部３７ｂが形成されている。第１斜面部３７ｂの周囲には、基底部３７ａに対して傾斜角度θ２（＞θ１）で傾斜する円環状の第２斜面部３７ｃが形成されている。第２斜面部３７ｃの周囲には、軸に平行な筒状部３７ｄが形成されている。
【００５９】
基底部３７ａは、円周方向に均等な３箇所において、筒状部３７ｄよりも外側まで延びており、その先端は外側に開いたコの字状部３７ｅが形成されている。
【００６０】
図２に戻り、斜面部材３７の上方では、ロータ軸３３の凸部に嵌合する円筒状の円筒部材３９がロータ軸３３の外周部に嵌合している。
【００６１】
この円筒部材３９の下端部では、円筒部材３９の外周部に嵌合する円筒状の円筒部材４１が円筒部材３９の外周部に嵌合している。
【００６２】
斜面部材３７の基底部３７ａは、円周方向に均等な１２箇所に円柱状の錘４３が配置され、錘４３は円筒部材４１の外周部に接している。また、錘４３は基底部３７ａに接している。
【００６３】
錘４３の上方では、円環状の移動部材４５が、円筒部材３９に貫通され、そして、斜面部材３７に対し軸方向に錘４３を介して対向している。移動部材４５は、その外周部において斜面部材３７に係止されている。
【００６４】
図５（ａ）は、図２のＥＥ矢視の方向での移動部材４５の平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＦＦ矢視断面図である。また、図６（ａ）は、図５（ａ）のＧＧ矢視断面図であり、図６（ｂ）は、図５（ａ）のＨＨ矢視断面図である。
【００６５】
移動部材４５の中央には、円筒部材３９の外径よりも少し大きい径の貫通孔４５ａが形成されている。貫通孔４５ａの周囲には、軸に垂直な円環部４５ｂが形成され、円環部４５ｂには、後述する移動部材５１とのネジ止めに使用されるネジ孔が設けられている。
【００６６】
また、円環部４５ｂには、１２個の錘４３が回転方向に移動するのを阻止し且つ、それら錘４３を、軸方向に垂直な径方向に案内する案内壁４５ｃが立設され、２つの案内壁４５ｃに挟まれた案内路４５ｄが形成されている。
【００６７】
また、円環部４５ｂは、円周方向における均等な３箇所において、さらに径方向に延びており、その先端には、斜面部材３７のコの字状部３７ｅに係止される柱４５ｅが軸方向に立設されている。
【００６８】
図７（ａ）は、コの字状部３７ｅと柱４５ｅの間に挟まれる緩衝材４７の平面図であり、図７（ｂ）は、その側面図である。
【００６９】
斜面部材３７及び移動部材４５は別々に製造されるので、コの字状部３７ｅと柱４５ｅの間に回転方向の隙間を無くすことは難しい。回転方向の隙間ができると、斜面部材３７と移動部材４５とを正確に回転同期させることができない。
【００７０】
これに対し、緩衝材４７をプラスチックで構成し、緩衝材４７の溝４７ａをコの字状部３７ｅで回転方向に挟み込み、緩衝材４７の凹部４７ｂで柱４５ｅを回転方向に挟み込むことにより、斜面部材３７と移動部材４５とを正確に同期して回転させることができ、回転方向の位置ずれや振動の発生を防止することができる。
【００７１】
図２に戻り、移動部材４５の上方では、移動部材５１に含油軸受４９が圧入されており、含油軸受４９と円筒部材３９は軸方向に摺動自由に挿入されている。そして、移動部材５１の下のフランジが移動部材４５にネジ止めされることで、移動部材４５と移動部材５１とが一体的に構成されている。
【００７２】
移動部材５１の上方では、電動モータ２８を構成し、ロータ軸３３とともに回転するロータ５３が設けられている。ロータ５３では、ロータ軸３３の凸部に嵌合する凹部を内周部に有した円環状のロータヨーク５３ａがロータ軸３３の外周部に嵌合している。ロータヨーク５３ａが移動部材５１の上のフランジ部にネジ止めされることで、ロータヨーク５３ａと移動部材５１とが一体的に構成されている。
【００７３】
ロータヨーク５３ａは、その下面の外周部には、複数の磁極を有し且つその極性が交互になるように形成されたリング状のマグネット５３ｂが固定されている。マグネット５３ｂは、ステータ２９のティース２９ｂに対し軸方向のギャップ（間隔）Ｇを介して対向している。
【００７４】
ロータヨーク５３ａの上方では、ロータ軸３３の周囲に、ロータ軸３３の回転速度を減速して駆動力を後車軸２０ｆに伝える遊星ギヤ減速機５５が設けられている。
【００７５】
遊星ギヤ減速機５５は、カバー２０ｂに収納された筐体５５ａと、筐体５５ａの内側に設けたリングギヤ５５ｂと、ロータ軸３３の外周部の凸部とリングギヤ５５ｂとに噛み合って自転および公転する遊星ギヤ５５ｃと、この遊星ギヤ５５ｃを支持する支持板５５ｄとで構成され、支持板５５ｄは後車軸２０ｆの下部と一体の構成になっている。
【００７６】
遊星ギヤ減速機５５の上方では、ロータ軸３３の上端部が、軸受２０ｈで後車軸２０ｆの下部に回転自在に且つ軸方向には不動に軸支されている。
【００７７】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００７８】
図８は、電動モータ２８の回転数と錘の位置の関係を示す図である。
【００７９】
電動二輪車１が始動すると、インバータ３１がバッテリ１４の電力をステータ２９へ与え、そのコイル２９ｄに電流が流れる。すると、ティース２９ｂがマグネット５３ｂに対して、吸引力及び反発力を発生することにより、それによりロータヨーク５３ａが回転を始める。
【００８０】
ロータヨーク５３ａが回転すると、それに伴いロータ軸３３が回転し、遊星ギヤ減速機５５が回転数を減速し、これにより後車軸２０ｆが減速後の回転数で回転する。後車軸２０ｆが回転すると、ホイル２２ａとタイヤ２２ｂが回転し、電動二輪車１は走行を始める。
【００８１】
また、ロータ軸３３が回転すると支持部材３５、斜面部材３７、円筒部材３９及び円筒部材４１が回転する。また、ロータヨーク５３ａの回転に伴い移動部材５１と移動部材４５が回転する。移動部材４５が回転すると、その案内壁が錘４３に回転方向の力を与え、これにより錘４３が軸回りに回転する。
【００８２】
ここで、斜面部材３７はロータ軸３３の凸部に内周側を支持されて回転し、移動部材４５は移動部材５１とロータヨーク５３ａを介して、同様にロータ軸３３の凸部に内周側を支持されて回転する。したがって、その内周側の凸部とこの凸部に嵌合する部分との間でがたつきがあると、斜面部材３７と移動部材４５との間に回転方向の位置ずれが生じる。しかも、そのずれは軸から離れる程大きくなる。したがって、錘４３が当初位置する基底部３７ａや錘４３が上り下りする第１斜面部３７ｂや第２斜面部３７ｃでの位置ずれは軸近傍の位置ずれより大きくなる。
【００８３】
しかし、斜面部材３７と移動部材４５の回転を同期させる機構であるロータ軸３３の凸部は、軸との距離が短いロータ軸３３の外周部に形成されていることから、その寸法公差を極端には低減できないので、基底部３７ａや第１斜面部３７ｂや第２斜面部３７ｃでの位置ずれは低減できない。
【００８４】
本実施の形態では、移動部材４５と斜面部材３７とを斜面よりも外側で同期させる、コの字状部３７ｅ、柱４５ｅ及び緩衝材４７を設けたので、斜面部材３７と移動部材４５の間の位置ずれをより少なくできる。これにより、斜面部材３７と移動部材４５に挟まれた錘４３の変形や摩耗や負荷を低減でき、変速の精度を高めるとともに経時劣化を低減することができる。また、移動部材４５を斜面部材３７に対し斜面よりも外周側で係止したことで、凸部とこれに嵌合する凹部の加工に高い精度を必要としないので、製造コストの低減が可能となる。
【００８５】
さて、錘４３が回転すると、錘４３は遠心力により斜面部材３７の基底部３７ａから第１斜面部３７ｂへ乗り上げようとするが、ティース２９ｂとマグネット５３ｂの間に吸引力が働くことで、ロータヨーク５３ａ、移動部材５１及び移動部材４５は下方向に付勢されており、さらに、錘４３には斜面部材３７との摩擦力が働くので、遠心力が摩擦力と吸引力に勝る回転数に達するまでは、錘４３は基底部３７ａの外周部に留まり、ギャップＧも一定に保たれている。このときの電動モータ２８は第１速の状態にあり、低回転／高トルクの特性を有している。
【００８６】
ここで、回転数が上がり、第１の回転数を越えて第２の回転数に達すると力の均衡が崩れ、これにより、錘４３は第１斜面部３７ｂへと乗り上げる。そして、一旦、第１斜面部３７ｂへ乗り上げると、錘４３は移動部材４５、移動部材５１及びロータヨーク５３ａを上方へ移動させ、それによりギャップＧが広くなる。吸引力はギャップＧの２乗に反比例するので、ギャップＧが一旦広くなると吸引力は急激に減っていく。これにより錘４３は、第１斜面部３７ｂと第２斜面部３７ｃとの境目まで一気に到達する。つまり、電動モータ２８は高回転側へ１段階変速して第２速の状態となる。そして、さらに回転数が上がっても力が均衡するので、錘４３はこの境目に留まり、ギャップＧも一定に保たれる。このときの電動モータ２８は、中回転／中トルクの特性を有していることになる。
【００８７】
このように、本実施の形態では、回転数が第２の回転数（あるいは後述する第３、第１の回転数）に達したときに錘４３が斜面を上る、または後述するように下りることにより間隔を変化させるので、段階的な特性変化が可能になる。
【００８８】
また、回転数が、第２の回転数（あるいは後述する第３、第１の回転数）とその前後を含む回転数範囲において当該回転数のときに限って錘が斜面を上るまたは下りる構成としたことで、錘４３の動いている時間を短くできるので、錘４３及び斜面の摩耗を低減することができる。
【００８９】
また、移動部材４５は、斜面に対し軸方向に錘４３を挟んで対向し、錘４３が斜面を上ったとき、または後述するように斜面を下りたときにロータ５３を軸方向に移動させるものであるが、この移動部材４５を移動部材５１とともにロータ５３と一体的に構成したことで、かかる一体の構成においては摺動部や可動部が存在せず、がたつきなどがなくなるので、電動モータ２８の特性を精度良く変化させることができる。
【００９０】
また、軸方向において移動部材４５をステータ２９よりも下に配置させることにより、錘４３とステータ２９とを軸方向において互いに重ならないように配置したことで、軽い錘４３であっても回転半径を大きくして高い遠心力を得ることができ、それにより、モータの特性を変化させることができるので、電動モータが低回転型であっても軽量化が可能になる。また、錘４３とステータ２９を重ならないように配置したことで設計の自由度が向上する。
【００９１】
ところで、アキシャルギャップ式とラジアルギャップ式を比較した場合、同じ出力の電動モータでは、アキシャルギャップ式の方がステータの外径が大きくなる。また、回転電機のケースは、最も大きい部品であるステータに応じた大きさに作られる。したがって、錘とステータとを軸方向において互いに重ならないように配置すれば、ケースに錘を収容したまま、錘の回転半径をより大きくして錘をより軽くできるので、アキシャルギャップ式の場合にはより高い効果を得ることができる。
【００９２】
また、ステータは電動モータの中でも重い部品であり、このステータをロータと錘の間に配置したので、重いステータを中央として回転電機の重量バランスを好適にできる。特に、電動二輪車にあっては、左右のバランスが保たれ、その直進安定性を高めることができる。また、右への転回時の感触と左への転回時の感触に差異が生じにくい。これにより、総合的にバランスのとれた電動二輪車を提供できる。
【００９３】
さて、回転数がさらに上がり、第３の回転数に達すると力の均衡が崩れ、これにより、錘４３は第２斜面部３７ｃへと乗り上げる。そして、一旦、第２斜面部３７ｃへ乗り上げると、錘４３は移動部材４５、移動部材５１及びロータヨーク５３ａを上方へ移動させ、それによりギャップＧが広くなる。また吸引力は急激に減っていく。それにより錘は、筒状部３７ｄへ一気に到達する。つまり、電動モータ２８は、高回転側へさらに１段階変速し、第３速の状態となる。そして、さらに回転数が上がっても力が均衡するので、錘４３はこの箇所に留まり、ギャップＧも一定に保たれる。このときの電動モータは、高回転／低トルクの特性を有している。
【００９４】
逆に回転数が下がり、回転数が第４の回転数まで下がると、力の均衡が崩れ、それにより、錘４３は第２斜面部３７ｃを下り始める。そして、一旦、第２斜面部３７ｃを下り始めると、ロータヨーク５３ａが下方へ移動し、それによりギャップＧが狭くなる。吸引力は急激に増加するので、錘４３は第１斜面部３７ｂと第２斜面部３７ｃとの境目へ一気に到達する。つまり、電動モータ２８は第２速へ減速したことになる。そして、さらに回転数が下がっても力が均衡するので、錘４３はこの箇所に留まり、ギャップＧも一定に保たれる。
【００９５】
さらに、回転数が第５の回転数まで下がると力の均衡が崩れ、それにより、錘４３は第１斜面部３７ｂを下り始める。そして、一旦、第１斜面部３７ｂを下り始めると、ロータヨーク５３ａが下方へ移動し、それによりギャップＧが狭くなる。吸引力は急激に増加するので、錘４３は基底部３７ａ一気に到達する。つまり、電動モータ２８は第１速へ減速したことになる。そして、さらに回転数が下がっても力が均衡するので、錘４３は基底部３７ａに留まり、ギャップＧも一定に保たれる。
【００９６】
ここで、斜面を上るときの回転数と、その斜面を下りるときの回転数を比較すると、前者の方が後者よりも大きくなる。これは、斜面を上りきった後には、ギャップＧが広くなり吸引力が低下するからである。したがって、例えば、回転数がわずかに変化したとしても、一段下の斜面を上ったときの回転数まで回転数を下げなければ、錘は斜面を下りて行かない。つまり、本実施の形態では、特性変化にヒステリシスを持たせることができる。その結果、乗員の意に反する変速を防止できる良好な変速特性が得られ、それにより、滑らかな走行が可能となる。
【００９７】
例えば、電動二輪車では、アクセルの開度を一定にして走行しているつもりでも、開度は常に微小に変化する。それにより電動モータの回転数も常に変化し、ギャップＧも常に変化する。そのため、変速特性にヒステリシスがないと、滑らかな走行ができなくなるが、本実施の形態では、変速特性にヒステリシスをもたせたことにより、かかる不都合を防止して、滑らかな走行を実現できる。
【００９８】
また、電動二輪車においては、下り坂などで、後車軸によってロータが回転し、これにより発生した逆起電力でインバータに逆の電流が流れる。そのため、この電流によりインバータの破損を防止する機構として、後車軸から電動モータへ加わる力を機械的に遮断するワンウェイクラッチなどを装備する必要がある。
【００９９】
これに対し、本実施の形態では、後車軸によってロータが過回転になっても、ギャップＧを急激に広くすることが可能になるので、逆起電圧の発生を防ぐことができ、それによりワンウェイクラッチなどの特別な機構が不要となる。
【０１００】
また、一旦広がったギャップＧは、変速比のヒステリシスを利用することにより、インバータにとって安全な回転数まで低下しないと狭くならないので、その回転数になるまで逆起電圧の発生を防ぐことができ、それによりインバータを確実に保護することができる。
【０１０１】
また、このような構成を発電機に適用すると、過回転による高電圧の発生を防ぐことができるので好適であり、このような電動モータと発電機の機能を同時に持たせた回転電機を電動二輪車に利用すれば省スペース化が可能となるのでより好適である。
【０１０２】
ところで、無断階に変速可能な電動モータを構成する場合は、錘が斜面を一気に移動しないように、斜面に代えて、内周側から外周部へと傾斜角度が連続的に大きくなる湾曲面を形成しなければならない。
【０１０３】
しかし、湾曲面は斜面に比べて製造が容易でなく、それにより製造コストの低減が困難である。また、湾曲面を用いた場合は、斜面を用いた場合よりも、常にモータ特性が変化するため、電動モータの制御が難しい。また、湾曲面を用いた場合は、回転数が変化している間は常に錘が湾曲面を移動するので湾曲面や錘の摩耗が大きい。
【０１０４】
特に、本実施の形態のようなアキシャルギャップ式の場合は、吸引力がラジアルギャップ式の場合よりも大きく、ギャップが大きくなったときの吸引力の低下の程度は、ラジアルギャップ式の場合のものよりも大きい。つまり、吸引力は、ラジアルギャップ式の場合よりも急激に低下する。また、ギャップの変化に対する特性変化が、ラジアルギャップ式の場合よりも大きいので、ラジアルギャップ式の場合よりも精密にギャップを制御しなければならないが、こうした制御には困難を要する。
【０１０５】
こうした様々な理由により、錘の遠心力で変速可能なアキシャルギャップ式電動モータを実現することができなかった。
【０１０６】
これに対して、本実施の形態では、湾曲面でなく単なる斜面を用いているので、その形状が単純で製造しやすく、それにより低コストで電動モータを製造できる。また、傾斜角度の変化する位置、つまり斜面同士の境目の位置だけで変速特性が決まるので、電動モータの設計および制御が容易に行え、設計の自由度が大きくなる。
【０１０７】
また、斜面を組み合わせているので、その境目において、遠心力に対向する力が強くなり、それにより錘を簡単に止めることができる。これにより、ギャップが急激に広がるのを防止するバネなどが不要になる。
【０１０８】
また、本実施の形態では、電動モータを３段階で変速させることができ、斜面をさらに増やせば、４段階以上の変速も可能である。
【０１０９】
つまり、本実施の形態では、斜面を多段とすることで、無断階に変速可能な電動モータに近い出力特性を、簡単な構成で安価に、しかも簡単な制御により得ることができる。
【０１１０】
ところで、図３に示したように、ステータ２９は、一部を除いた円の弧上に複数のティース２９ｂを配置してなり、すなわち、円弧の一部では、ティース２９ｂ（及びコイル２９ｄ）が除かれている。つまり、錘４３が斜面を上るを妨げる向きの力を生じさせるステータ２９とロータ５３の間の磁力の分布が不均一になっており、磁力を生じない部分では吸引力が生じない。よって、その部分でロータヨーク５３ａが上方向に傾き、このロータヨーク５３ａに移動部材５１を介して接続された移動部材４５も傾くことになる。
【０１１１】
一方、ロータ軸３３は、ロータヨーク５３ａの傾きによる力を受けるが、上下で軸受２０ｈと軸受２０ｃに軸支されているので、ロータ軸３３自体が傾くことはない。したがって、ロータ軸３３に接続された斜面部材３７も同様に傾くことはない。
【０１１２】
このため、錘４３がティース２９ｂのない箇所へ回転移動すると、移動部材４５は上方にわずかに傾き、そこからティース２９ｂのある箇所へ回転移動すると、移動部材４５は下方にわずかに傾く。すると、上下に振動する移動部材４５とロータ軸３３に対し傾きのない斜面部材３７とに挟まれる錘４３は、ロータヨーク５３ａの回転数と同じ振動数で回転半径方向に微振動している。
【０１１３】
ここで、錘４３が、第１斜面部３７ｂまたは第２斜面部３７ｃへと乗り上げるときの遠心力に対向する摩擦力は、錘４３が微振動していることから動摩擦係数で決まる。これに対し、例えば、ステータ２９とロータ５３の間の磁力の分布が均一であれば、微振動は生じないので、摩擦力は、動摩擦係数よりも大きい静止摩擦係数で決まる。つまり、本実施の形態における摩擦力は、ステータ２９とロータ５３の間の磁力の分布が均一である場合よりも小さくなるので、錘４３を軽くすることができる。また、急激にアクセス操作した場合でも回転物の重量を軽くすることが可能なので迅速な変速を行うことができる。すなわち、アクセス操作に対する変速動作の追従性を高めることができる。
【０１１４】
なお、本実施の形態では、円弧の一部でティース（及びコイル）を除いた構成としたが、コイルの巻き数、コイルの電流値、コイルの電流の位相、ティースからの磁力方向などを不均一にしてもよい。また、マグネットの一部を取り除いた構成としてもよい。また、磁極の着磁、磁極からの磁力方向などを不均一にしてもよい。
【０１１５】
また、本実施の形態では、移動部材４５と斜面部材３７とを同期回転させる機構を３箇所に設けたが、この数や位置に限定する必要はない。また、移動部材４５に斜面を形成してもよい。
【０１１６】
また、本実施の形態では、第４の回転数を第２の回転数よりも大きくしたが、第４の回転数を第２の回転数以下にしてもよい。
【０１１７】
また、本発明は、本実施の形態のような電動二輪車だけでなく、３輪以上の電動車両に適用できる。また、駆動輪は後輪でなくともよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る電動二輪車の側面図である。
【図２】図１のＡＡ線矢視断面図である。
【図３】図２のＢＢ線矢視の方向での電動モータ２８の断面図である
【図４】図４（ａ）は、図２のＣＣ線矢視の方向での斜面部材３７の平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＤＤ線矢視断面図である。
【図５】図５（ａ）は、図２のＥＥ矢視の方向での移動部材４５の平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＦＦ矢視断面図である。
【図６】図６（ａ）は、図５（ａ）のＧＧ矢視断面図であり、図６（ｂ）は、図５（ａ）のＨＨ矢視断面図である。
【図７】図７（ａ）は、緩衝材４７の平面図であり、図７（ｂ）は、その側面図である。
【図８】電動モータ２８の回転数と錘の位置の関係を示す図である。
【図９】従来の回転電機の一構成を示す図である。
【図１０】従来の回転電機の他の一構成を示す図である。
【図１１】従来の回転電機のさらに他の一構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１…電動二輪車
２０…リヤアーム
２０ａ…ケース
２０ｂ…カバー
２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｈ…軸受
２０ｆ…後車軸
２２…後輪
２２ａ…ホイル
２２ｂ…タイヤ
２８…電動モータ
２９…ステータ
２９ａ…ステータヨーク
２９ｂ…ティース
２９ｄ…コイル
３１…インバータ
３３…ロータ軸（回転軸）
３５…支持部材
３７…斜面部材
３７ａ…基底部
３７ｂ…第１斜面部
３７ｃ…第２斜面部
３７ｄ…筒状部
３７ｅ…コの字状部
３９，４１…円筒部材
４３…錘
４５，５１…移動部材
４５ａ…貫通孔
４５ｂ…円環部
４５ｃ…案内壁
４５ｄ…案内路
４５ｅ…柱
４７…緩衝材
４９…含油軸受
５３…ロータ
５３ａ…ロータヨーク
５３ｂ…マグネット
５５…遊星ギヤ減速機
【図１】
2005223993.tif 000003
【図２】
2005223993.tif 000004
【図３】
2005223993.tif 000005
【図４】
2005223993.tif 000006
【図５】
2005223993.tif 000007
【図６】
2005223993.tif 000008
【図７】
2005223993.tif 000009
【図８】
2005223993.tif 000010
【図９】
2005223993.tif 000011
【図１０】
2005223993.tif 000012
【図１１】
2005223993.tif 000013