專利名稱：旋轉(zhuǎn)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及小型旋轉(zhuǎn)電機，在該電機中，流經(jīng)線圈的電流不用于場磁體弱化控制 (field magnet weakening control)，從而提供了覆蓋高轉(zhuǎn)矩低速旋轉(zhuǎn)到低轉(zhuǎn)矩高速旋轉(zhuǎn) 的廣闊操作范圍，并易于高效地完成其控制。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，作為摩托車等的動力源而用作徑向間隙型旋轉(zhuǎn)電機的徑向間隙型電動機 和其他一般的電動機具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中轉(zhuǎn)子磁軛(轉(zhuǎn)子側(cè)磁軛，其具有由其軸承支撐 的旋轉(zhuǎn)軸)與定子磁軛(定子側(cè)磁軛)彼此相對，且轉(zhuǎn)子磁軛和定子磁軛的相對表面平行 于旋轉(zhuǎn)軸的軸線延伸。 轉(zhuǎn)子側(cè)磁軛的相對表面具有環(huán)繞布置在圓筒形內(nèi)壁上的多個場磁體，而定子側(cè)磁 軛的相對表面具有徑向布置以與轉(zhuǎn)子側(cè)磁軛的圓筒形相對表面相對的多個齒。線圈纏繞在 多個齒中每一個的周圍。 就是說，在徑向間隙型電動機中，場磁體和齒的相對表面平行于旋轉(zhuǎn)軸的軸線延 伸，并且相對表面之間沿著旋轉(zhuǎn)軸形成圓筒形間隙。即在所稱的徑向間隙型中，間隙被形成 為從旋轉(zhuǎn)軸徑向延伸。 此外，與之相反，存在另一種電動機，其盡管是一種徑向間隙型電動機，但具有這 樣的結(jié)構(gòu)，即定子側(cè)磁軛形成為圓筒形，而置于圓筒內(nèi)的轉(zhuǎn)子側(cè)磁軛是圓柱形。作為這種 類型的電動機之一，提出了一種電動機，其將圓筒形構(gòu)件置于定子鐵心側(cè)磁軛的定子鐵心 的各個突起端部的相對表面與轉(zhuǎn)子側(cè)磁軛的各永磁體的相對表面之間以防止出現(xiàn)嵌齒 (cogging)，同時在高速旋轉(zhuǎn)中實現(xiàn)低轉(zhuǎn)矩工作，其中在圓筒形構(gòu)件中交替布置導磁段與非 導磁段。(例如，參見專利文獻1)。 此外，類似地，作為這種類型的電動機(定子側(cè)磁軛形成圓筒形，并且轉(zhuǎn)子側(cè)磁軛 是置于圓筒內(nèi)的圓柱形)之一，為了減少高速旋轉(zhuǎn)中的定子漏磁通，提出另一種電動機，其 定子側(cè)磁軛的定子鐵心由圓筒形鐵心和在圓筒形鐵心內(nèi)往復運動的桿狀鐵心構(gòu)成，并且桿 狀鐵心在定子側(cè)線圈的徑向上相對于線圈移動，其中線圈環(huán)繞地纏在圓筒形鐵心的周圍。 (例如，參見專利文獻2)。 另一方面，最近除了徑向間隙型旋轉(zhuǎn)電機外，軸向間隙型旋轉(zhuǎn)電機吸引了許多關(guān)注。 例如，作為軸向間隙型旋轉(zhuǎn)電機之一， 一種軸向間隙型電動機具有布置為彼此相 對的盤狀轉(zhuǎn)子側(cè)磁軛和盤狀定子側(cè)磁軛，其中轉(zhuǎn)子側(cè)磁軛包括由其軸承支撐的旋轉(zhuǎn)軸，定 子側(cè)磁軛的中心與轉(zhuǎn)子側(cè)磁軛旋轉(zhuǎn)軸的軸線一致。 在轉(zhuǎn)子側(cè)磁軛的相對表面上，多個場磁體沿著其盤狀周邊部分布置成圓形(或環(huán)
3形)，而在定子側(cè)磁軛的相對表面上，沿著其盤狀周邊部分布置多個齒。此外，在場磁體和 齒的相對表面與另一相對表面之間形成間隙，所述另一相對表面限定以直角與旋轉(zhuǎn)軸相交 (即與旋轉(zhuǎn)軸垂直相交)的表面。也就是，在所稱的軸向間隙型中，間隙被形成為在沿著旋 轉(zhuǎn)軸的方向上，即在軸向上延伸。 在如此描述的軸向間隙型電動機中，作為改變其輸出特性的方法之一，已知一種 方法，其中轉(zhuǎn)子(具有場磁體的轉(zhuǎn)子側(cè)磁軛)或者布置為與轉(zhuǎn)子相對的定子(位于定子側(cè) 磁軛上的繞有線圈的鐵心)可在旋轉(zhuǎn)軸的方向上移動以控制轉(zhuǎn)子和定子之間的距離；由 此，控制場磁體和繞有線圈的鐵心之間流動的磁通量增加或減少。[專利文獻1]JP-A-2000-261988，早期公開申請公布(摘要、段
以及圖1 和圖2)[專利文獻2]JP-A-2004-166369，早期公開申請公布(摘要、段
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以 及圖l和圖3)

發(fā)明內(nèi)容
不過，上述傳統(tǒng)技術(shù)中的任何一種結(jié)構(gòu)，其整個設備的構(gòu)造可能較大，增加了機械 損耗。換言之，徑向間隙型電動機需要盡可能細，而軸向間隙型電動機需要盡可能??；但是， 這兩種需要不能都得到滿足。此外，在對增加轉(zhuǎn)矩沒有貢獻而浪費電能這點上沒有顯著的 進步。 考慮到這些情況，本發(fā)明的一個主題是提供一種旋轉(zhuǎn)電機，其中布置為與轉(zhuǎn)子相 對的定子被分成至少兩個部分，一個部分固定，另一個部分可在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向上相對于 固定部分運動以極大地改變通量流的流動，即定子的基座部分可旋轉(zhuǎn)(可運動)以控制場。
下文說明根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機的結(jié)構(gòu)。 首先，第一發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機包括繞旋轉(zhuǎn)軸的軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子、以及與轉(zhuǎn)子相對布 置的定子，其中轉(zhuǎn)子和定子之一沿著轉(zhuǎn)子和定子彼此相對的方向被分為至少兩個部分，所 分得兩個部分中的一個部分可在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向或反轉(zhuǎn)方向上相對于另一部分以這樣的 方式移動，使得在第一部分和第二部分之間形成磁阻的間隙是可變的。 例如，此旋轉(zhuǎn)電機被構(gòu)造為使一個部分相對于另一部分的移動是預定角度內(nèi)的往 復移動。 此外，旋轉(zhuǎn)電機可以以例如這樣的方式構(gòu)造，即所述一個部分和所述另一部分是
定子，所述另一部分是具有多個第一齒的第一定子鐵心，所述多個第一齒各自的一個端表
面與所述轉(zhuǎn)子相對，且繞組纏繞在每個所述第一齒的周邊側(cè)表面周圍，并且所述一個部分
是具有多個第二齒的第二定子鐵心，所述多個第二齒各自的一個端部與各相對端表面相
對，所述相對端表面相對于所述轉(zhuǎn)子對面的所述第一齒的所述一個端表面位于反面。 關(guān)于這一點，旋轉(zhuǎn)電機以例如這樣的方式構(gòu)造，即所述一個部分相對于所述另一
部分的旋轉(zhuǎn)角度小于由所述第二齒的兩個相鄰齒所限定的夾角。 此外，旋轉(zhuǎn)電機可以以例如這樣的方式構(gòu)造，即所述一個部分和所述另一部分是 轉(zhuǎn)子，所述另一部分是具有多個第一磁性構(gòu)件的第一轉(zhuǎn)子段，所述多個第一磁性構(gòu)件各自 的一個端表面與所述定子相對，并且所述一個部分是具有多個第二磁性構(gòu)件的第二轉(zhuǎn)子 段，所述多個第二磁性構(gòu)件各自的端部與所述第一磁性構(gòu)件的各另一端表面相對，所述另一端表面相對于所述定子對面的所述一個端表面位于反面。 關(guān)于這一點，旋轉(zhuǎn)電機以例如這樣的方式構(gòu)造，即所述一個部分相對于所述另一
部分的旋轉(zhuǎn)角度小于由所述第二磁性構(gòu)件的兩個相鄰磁性構(gòu)件所限定的夾角。
接著，第二發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機包括轉(zhuǎn)子，其具有繞旋轉(zhuǎn)軸的軸線旋轉(zhuǎn)的環(huán)形段；具
有多個第一齒的第一定子鐵心，每個所述第一齒都具有其一個端表面與所述環(huán)形段相對的
一個部分，且繞組纏繞在所述部分除了兩個端表面以外的周邊側(cè)表面周圍；和具有多個第
二齒的第二定子鐵心，所述多個第二齒各自的一個端部與所述第一定子鐵心的所述第一齒
的各另一端表面相對，所述另一端表面相對于所述轉(zhuǎn)子對面的所述一個端表面位于反面，
并且該旋轉(zhuǎn)電機構(gòu)造為使得第二定子鐵心可在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向或反轉(zhuǎn)方向上移動。 第二定子鐵心以例如這樣的方式構(gòu)造，即可在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向或反轉(zhuǎn)方向上移
動，也可在轉(zhuǎn)子的軸向上移動。 此外，每個第一齒以例如這樣的方式構(gòu)造，即在與每個所述第二齒的所述一個端
部相對的一個所述端表面處，具有緊靠在每個所述第二齒的側(cè)表面上的突出部分。 此旋轉(zhuǎn)電機以例如這樣的方式構(gòu)造，即與所述轉(zhuǎn)子的所述環(huán)形段相對的每個所述
第一齒的下部被分為其周邊表面上具有繞組的一個部分和其周邊表面上沒有繞組的另一
部分，并且所述第二齒包括與所述第一齒中所述周邊表面上具有所述繞組的所述部分相對
應的齒、以及與所述第一齒中所述周邊表面上沒有所述繞組的所述另一部分相對應的其他齒。 此外，轉(zhuǎn)子和第一齒的各相對表面可以被形成為以這樣的方式傾斜延伸，即所述 轉(zhuǎn)子的所述相對表面的更靠近旋轉(zhuǎn)軸軸線的內(nèi)側(cè)較厚而外側(cè)較薄。
第三發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機包括繞旋轉(zhuǎn)軸的軸線旋轉(zhuǎn)的圓筒形轉(zhuǎn)子；具有多個第一齒
的第一定子鐵心，所述第一齒的一個端表面位于所述圓筒形轉(zhuǎn)子的圓筒結(jié)構(gòu)內(nèi)部以與所述
轉(zhuǎn)子相對，且繞組纏繞在每個所述第一齒除了兩個端表面以外的周邊側(cè)表面周圍；和具有
多個第二齒的第二定子鐵心，所述多個第二齒各自的一個端部與所述第一定子鐵心的所述
第一齒的各另一端表面相對，所述另一端表面相對于所述轉(zhuǎn)子對面的所述一個端表面位于
反面，并且該旋轉(zhuǎn)電機構(gòu)造為使得第二定子鐵心可在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向或反轉(zhuǎn)方向上移動。
此外，第四發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機包括繞旋轉(zhuǎn)軸的軸線旋轉(zhuǎn)的圓柱或圓筒形轉(zhuǎn)子；具
有多個第一齒的第一定子鐵心，所述第一齒的一個端表面位于所述轉(zhuǎn)子的徑向外側(cè)以與所
述轉(zhuǎn)子相對，且繞組纏繞在每個所述第一齒除了兩個端表面以外的周邊側(cè)表面周圍；和具
有多個第二齒的第二定子鐵心，所述多個第二齒各自的一個端部與所述第一定子鐵心的所
述第一齒的各另一端表面相對，所述另一端表面相對于所述轉(zhuǎn)子對面的所述一個端表面位
于反面，且所述多個第二齒的各個另一端部由夾持器夾持，并且該旋轉(zhuǎn)電機構(gòu)造為使得第
二定子鐵心可在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向或反轉(zhuǎn)方向上移動。 第二、第三或第四發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機以例如這樣的方式構(gòu)造，即當所述第二齒定位 為與所述第一齒完全面對時，一個第一齒與完全面對該第一齒的一個第二齒之間存在的磁 阻小于該第一齒和與該第一齒相鄰的另一第一齒之間存在的磁阻，并且，當?shù)诙X移動而 使得該第二齒位于該第一齒與該另一第一齒之間的正中間位置時，通過該第二齒存在于該 第一齒和與該第一齒相鄰的該另一第一齒之間的磁阻大于該第一齒和與該第一齒相鄰的 另一第一齒之間存在的磁阻。
關(guān)于這一點，旋轉(zhuǎn)電機以例如這樣的方式構(gòu)造，即所述磁阻可通過該第一齒和與
該第一齒相鄰的另一第一齒之間的距離，或該第一齒與該第二齒之間的距離進行調(diào)整。 此外，第二、第三或第四發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機構(gòu)造為，例如包括移動驅(qū)動力傳遞機構(gòu)，
其用于在所述轉(zhuǎn)子的所述旋轉(zhuǎn)方向或所述反轉(zhuǎn)方向上移動所述第二定子鐵心。第二、第三
或第四發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機構(gòu)造為，例如使得第二定子鐵心相對于第一定子鐵心的移動是在轉(zhuǎn)
子旋轉(zhuǎn)方向或反轉(zhuǎn)方向上預定角度范圍內(nèi)的往復移動。第二、第三或第四發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機
構(gòu)造為，例如使得第二定子鐵心相對于第一定子鐵心的移動是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向上的間歇旋轉(zhuǎn)
移動。第二、第三或第四發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機構(gòu)造為，例如使得多個第一齒和繞組是一起整體模
制成型的。第二、第三或第四發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機構(gòu)造為，例如使得多個第二齒和繞組是一起整
體模制成型的。 根據(jù)本發(fā)明可以提供堅固的小型旋轉(zhuǎn)電機，其具有能夠改變輸出特性的機構(gòu)，而 不增大整體外形，不增加機械損耗，無需任何傳動裝置，也不消耗對增加轉(zhuǎn)矩沒有貢獻的電 力。


圖1是作為其上安裝有軸向間隙型旋轉(zhuǎn)電機的設備示例的摩托車的側(cè)視圖，該電 機作為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的旋轉(zhuǎn)電機。 圖2是將軸向間隙型電動機(電動機)結(jié)構(gòu)與后臂后端周圍的結(jié)構(gòu)一起示出的截 面圖。 圖3示出從后輪的側(cè)面看到的電動機定子及其周邊的結(jié)構(gòu)。 圖4為立體圖，簡單緊湊地示出定子的主要部分以及示為分解構(gòu)造的布置成與定 子相對的轉(zhuǎn)子及其旋轉(zhuǎn)軸的示意性結(jié)構(gòu)。 圖5(a)到(f)是用于說明軸向間隙型電動機驅(qū)動原理的示意圖。 圖6示出實際布置中一個齒與N極磁體和S極磁體兩者相對以使得N極磁體和S
極磁體彼此靠近。 圖7是說明普通軸向間隙型電動機轉(zhuǎn)速限值的原因的示意圖。 圖8示意性示出用于增加普通軸向間隙型電動機轉(zhuǎn)速的場磁體弱化控制方法。 圖9是將第一實施例中的軸向間隙型電動機與后臂后端周圍的結(jié)構(gòu)一同示出的
截面圖。 圖10是第一實施例的軸向間隙型電動機的分解立體圖。 圖11是示出第一實施例的軸向間隙型電動機與旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)一起完全組裝好的 情況的立體圖。 圖12(a) 、 (b)和(c)是用于說明第一實施例中軸向間隙型電動機的第二定子段沿
轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相對于第一定子段所做往復運動的樞轉(zhuǎn)角和操作的示意圖。 圖13(a)和(b)是用于說明在從高轉(zhuǎn)矩低速旋轉(zhuǎn)到低轉(zhuǎn)矩高速旋轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)，對
第一實施例的軸向間隙型電動機所進行的旋轉(zhuǎn)控制原理的示意圖。 圖14(a)到(e)是說明導致磁阻的間隙的示意圖。 圖15(a)和(b)示出第一實施例的軸向間隙型電動機可選方案(第一種)主要部 分的結(jié)構(gòu)。
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圖16(a)到(d)示出第一實施例的軸向間隙型電動機另一可選方案(第二種)主 要部分的結(jié)構(gòu)。 圖17(a)到(d)示出第二實施例中軸向間隙型電動機主要部分的結(jié)構(gòu)。 圖18(a)和(b)示出一種可選方案，其中轉(zhuǎn)子和定子的相對表面以及定子所分兩
部分的定子段的相對表面形成不同于水平表面的表面。 圖19是示出根據(jù)第三實施例的徑向間隙型電動機結(jié)構(gòu)的截面圖。 圖20是示出根據(jù)第四實施例的徑向間隙型電動機結(jié)構(gòu)的截面圖。 圖21是示出根據(jù)第五實施例的軸向間隙型電動機結(jié)構(gòu)的立體圖。 圖22示出根據(jù)第五實施例的軸向間隙型電動機結(jié)構(gòu)中，當轉(zhuǎn)子進行高速低轉(zhuǎn)矩
旋轉(zhuǎn)時，第一轉(zhuǎn)子段與第二轉(zhuǎn)子段之間旋轉(zhuǎn)相位的偏移關(guān)系。 圖23示出根據(jù)第六實施例的軸向間隙型電動機主要部分的結(jié)構(gòu)。 圖24示出根據(jù)第六實施例的軸向間隙型電動機結(jié)構(gòu)中，當轉(zhuǎn)子進行高速低轉(zhuǎn)矩
旋轉(zhuǎn)時，第一轉(zhuǎn)子段與第二轉(zhuǎn)子段之間旋轉(zhuǎn)相位的偏移關(guān)系。
具體實施例方式
下面參考附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。
(裝有本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機的摩托車) 圖1是作為其上有軸向間隙型旋轉(zhuǎn)電機的設備示例的摩托車的側(cè)視圖，該電機是
根據(jù)本發(fā)明第一實施例的旋轉(zhuǎn)電機。如圖l所示，此實施例的摩托車在其車身前頂部布置
有頭管2。用于改變車身方向的轉(zhuǎn)向軸(未示出)插入頭管2進行樞轉(zhuǎn)運動。 車把3所固定到的車把支撐部分4安裝在此轉(zhuǎn)向軸的頂端，并且手柄5安裝在車
把3的每一端。此外在圖1中，由于被遮擋而不可見的右手側(cè)手柄(圖1的背面)形成可
旋轉(zhuǎn)的油門手柄。 具有左右一對的前叉6與頭管2的底部耦合以向下延伸。這對前叉6之間具有處 于懸掛狀態(tài)的前軸8，用于減震和支承前輪旋轉(zhuǎn)。 前述車把支撐部分4具有布置在車把3前面的指示器9。頭燈11固定在指示器9 的下部。閃光燈12(閃光燈12之一位于右手側(cè)，即位于圖1的背面，由于被遮擋而不可見) 位于頭燈ll的兩側(cè)。 從側(cè)面看，每個都大體形成L形的一對左右車身框架13相對于車身向后延伸。每 個車身框架13都是向車身后下方傾斜延伸之后再向后水平延伸的圓管，從而從側(cè)面看形 成大體L形。 —對左右車座軌14與該對車身框架13各自的后側(cè)端耦合，以從車身框架13的各 后側(cè)端進一步向后上方傾斜延伸。每個車座軌14的后側(cè)端14a沿著車座15的外形向后彎 曲。 蓄電池16可拆卸地布置在該對左右車座軌14之間。蓄電池16被構(gòu)造為包括多 個可再充電的次級單格電池。倒U形的車座撐條17焊接到該對左右車座軌14中與前述彎 曲部分相鄰的部分，以相對于車身向前上方傾斜。前述車座置于由車座撐條17和該對左右 車座軌14圍繞的部分處，使得車座15可以隨著其前端垂直樞轉(zhuǎn)而在開啟和閉合位置之間 移動。
此外，后擋泥板18安裝在車座軌14的后端，并且尾燈19安裝在后擋泥板18的后 表面。另外，閃光燈21 (閃光燈21之一位于右手側(cè)，即圖1的背面，由于被遮擋而不可見) 位于尾燈19的兩側(cè)。 另一方面，后臂支架22(圖1中只示出了紙張正面的支架22)焊接到車座15下面 該對左右車身框架13各自的水平部分。后臂23的前端由該對左右后臂支架22支撐，以通 過樞轉(zhuǎn)軸24垂直擺動。 作為驅(qū)動輪的后輪25被支撐以在后臂23大體上形成圓形的后端23a的中心處旋 轉(zhuǎn)。后臂23和后輪25由后減震器懸掛以減震。 —對左右腳踏板27 (圖1只示出了紙張正面的腳踏板27)布置在該對左右車身框
架13各自的水平部分下方。此外，側(cè)支架28通過軸29由后臂23支撐在左手側(cè)，以在腳踏
板27后面進行樞轉(zhuǎn)運動。此側(cè)支架28由復位彈簧31壓向縮回位置。 后臂23的后端23a內(nèi)包括了驅(qū)動單元，其包括連接以驅(qū)動后輪25的軸向間隙型
電動機32。 現(xiàn)在說明作為本發(fā)明基礎(chǔ)的軸向間隙型電動機的結(jié)構(gòu)及其操作，之后說明根據(jù)本 發(fā)明第一實施例的軸向間隙型電動機32的結(jié)構(gòu)及其操作。
(軸向間隙型電動機的基本結(jié)構(gòu)) 圖2是將作為本發(fā)明基礎(chǔ)的軸向間隙型電動機(下文中可簡稱為電動機)的結(jié)構(gòu) 與后臂23的后端23a周圍的結(jié)構(gòu)一起示出的截面圖。附帶地，圖2是沿著圖l(局部側(cè)視 圖)的A-A線所取的截面圖。不過，后輪25沒有示出。 圖2中，驅(qū)動單元33并入安裝到齒輪罩34內(nèi)部限定的空間，該齒輪罩34位于后 臂23的后端23a右側(cè)(圖2中紙張正面)。驅(qū)動單元33包括一起整體內(nèi)置的電動機、行星 齒輪減速器35、控制器36等等。 如圖2所示，電動機包括繞軸承37a、37b的中心軸線B0旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子38，其由軸 承37a、37b支撐在后臂23的后端23a處；以及大體上是環(huán)形(或圈狀)的定子39，其固定 到后臂的后端23a的內(nèi)表面以與轉(zhuǎn)子38相對。 如圖2所示，轉(zhuǎn)子38具有轉(zhuǎn)子側(cè)磁軛41 (41a_41e)，其具有朝向后臂23的后端23a 的大體肘狀(gambrel-like)的凸起。 就是說，轉(zhuǎn)子側(cè)磁軛41包括與定子39相對的環(huán)形段41a ;大體上以截錐形從環(huán) 形段41a的內(nèi)周邊緣朝向后臂23的后端23a延伸的錐形段41b ;從錐形段41b的末端朝向 后臂23的后端23a沿著中心軸線BO凸出延伸的第一圓筒段41c ;在旋轉(zhuǎn)的徑向上從圓筒 段41c的末端(圖2中的底端)朝向中心軸線B0延伸的環(huán)形段41d ;以及從環(huán)形段41d的 內(nèi)周邊緣朝向后臂23的后端23a沿著中心軸線BO凸出延伸的第二圓筒段41e。
第二圓筒段41e由軸承37a、37b支撐繞中心軸線BO旋轉(zhuǎn)，形成轉(zhuǎn)子38的旋轉(zhuǎn)軸。 因而轉(zhuǎn)子38的旋轉(zhuǎn)軸43的旋轉(zhuǎn)中心與軸承37a、37b的中心軸線BO —致。
此外，轉(zhuǎn)子38具有多個場磁體42，其固定地位于轉(zhuǎn)子側(cè)磁軛41的環(huán)形段41a的 定子側(cè)相對表面上。這些場磁體42關(guān)于中心軸線B0環(huán)狀共軸并沿著環(huán)形段41a的周邊設 置。場磁體42以N極和S極交替出現(xiàn)的方式布置。或者，場磁體42可以由這樣的單個磁 體構(gòu)件制成，即具有交替磁化的N極和S極，二者都由電介質(zhì)體部分形成，該電介質(zhì)體部分 沿著盤形或環(huán)形的同一周邊表面永久極化。
帶齒旋轉(zhuǎn)軸43固定地安裝在轉(zhuǎn)子38的第二圓筒段(旋轉(zhuǎn)軸)41e的后輪側(cè)端部， 與轉(zhuǎn)子38(第二圓筒段(旋轉(zhuǎn)軸)41e)共軸延伸。此帶齒旋轉(zhuǎn)軸43與轉(zhuǎn)子38—起旋轉(zhuǎn)。
另一方面，行星齒輪減速器35與帶齒旋轉(zhuǎn)軸43耦合并安裝在轉(zhuǎn)子側(cè)磁軛41的錐 形段41b中。行星齒輪減速器35與電動機(轉(zhuǎn)子38和定子39)在車輛寬度方向上相互交 行星齒輪減速器35和與帶齒旋轉(zhuǎn)軸43共軸延伸的后軸44耦合，并具有降低電動 機旋轉(zhuǎn)(第二圓筒段(旋轉(zhuǎn)軸)41e的旋轉(zhuǎn))速度以及將旋轉(zhuǎn)通過帶齒旋轉(zhuǎn)軸43傳遞到后 軸44的功能。 螺母45可拆卸地擰緊在從后軸44的齒輪罩34凸出的后軸44的尖端44a上。圖 1所示后輪25由在后輪25被置于后軸44上的情況下被擰緊的螺母45緊固，以固定地安裝 到后軸44。 圖3是示出從后輪25的側(cè)面看到的電動機定子39及其周邊結(jié)構(gòu)的示意圖。艮P， 圖3中示意圖的正面對應于摩托車1的車身右手側(cè)，示意圖的左側(cè)對應于車身的下側(cè)，示意 圖的上側(cè)對應于車身的后側(cè)，示意圖的下側(cè)對應于車身的正面。 在圖3中(也參見圖2)，定子39固定地位于后臂23的后端23a，并包括定子側(cè)磁 軛46，該定子側(cè)磁軛46具有在中心軸方向上層積例如環(huán)形鋼片的疊片層結(jié)構(gòu)。定子側(cè)磁軛 46具有圍繞中心軸線B0的倒C形狀。換言之，定子側(cè)磁軛46被制成切去一部分的環(huán)形。
定子39的定子側(cè)磁軛46具有沿周邊延伸的大體矩形的容齒開口 (tooth receiving opening)，其數(shù)目是三的整數(shù)倍。定子39具有固定地位于各容齒開口中的齒 47，每個齒47的下部(圖3中片的側(cè)端)插入各凹入中，齒47以規(guī)則的間隔(周節(jié))沿周 邊排列在定子側(cè)磁軛46上。 每個齒47都是鋼片的疊片層，并被布置成使其頂端(圖3中的紙張正面的側(cè)表
面)與轉(zhuǎn)子38的各場磁體42在旋轉(zhuǎn)軸43的軸向上分開，而與場磁體42相對。 此外，周節(jié)指線段之間限定的角；該線段之一從齒47與相應場磁體42相對的相對
表面中心沿著上表面延伸到軸承37a和37b的中心軸線B0;該線段中另一個從相鄰齒47與
相應場磁體42相對的相對表面中心沿著上表面延伸到軸承37a和37b的中心軸線B0。 固定地夾持齒47的定子側(cè)磁軛46制成環(huán)形，其中心與軸承37a和37b的中心軸
線B0 —致，且其一部分如上所述被切去。這樣，數(shù)目是三的整數(shù)倍的齒47沿著切去一部分
的環(huán)形結(jié)構(gòu)排列。因此，對應于環(huán)形的切去部分的三相(U相、V相和W相)齒被省略了。下
文中，環(huán)形的切去部分被稱為齒省略部分(teeth omitted portion)48。此外，定子39包括纏繞各齒47的線圈49(見圖2);模制段51，其中各齒47和線
圈49用樹脂等模制成型；以及形成于模制段51外周表面上的多個凸緣52。 每個凸緣52具有用于將包括齒47和線圈49的模制段51安裝到后臂23的后端
23a的螺栓孔。插入螺栓孔的螺栓擰緊到后臂23的后端23a上以將定子39固定地定位于
后臂23的后端23a上。 此外，逆變器54通過由橡膠等制成的彈性材料(未示出)而被固定到齒省略部分 48，該逆變器54可通過電連接到定子39而向定子39供電。此外，編碼器基板55被置于齒 省略部分48中。此編碼器基板55和逆變器54通過束線(wire harness) 56相互電耦合， 該束線覆蓋有柔性涂層(可用柔性基板等取代束線)。
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例如霍爾傳感器的磁極檢測元件57a、57b和57c安裝在編碼器基板55上。磁極 檢測元件57a、57b和57c置于這樣的位置，即這些元件檢測到電動機的U相、V相和W相的 各電角度成為180度時(例如線圈電流最大)的瞬間。 圖4為立體圖，示出圖3的定子39的主要部分以及布置為與定子39相對的轉(zhuǎn)子 38及其旋轉(zhuǎn)軸43的示意性結(jié)構(gòu)。此外，從圖4中略去了圖2所示線圈49、圖2和圖3所示 模制部分51、圖3所示凸緣52、逆變器54、編碼器基板55等。 如圖4所示，在定子側(cè)磁軛46上，各凹入58被布置為環(huán)形結(jié)構(gòu)，其在周節(jié)處被部 分切去，每個凹入58形成大體矩形的形狀且各齒47插入并固定于凹入58中。每個插入孔 的一對較短側(cè)的內(nèi)表面58a、58b適于導向中心軸線B0。 此外，與各插入孔相鄰并位于定子側(cè)磁軛46外周表面46a與更靠近外周表面46a 的內(nèi)側(cè)表面58b之間的鋼薄片部分被切開，以形成徑向延伸的切口 59而使每個插入孔與外 側(cè)相通。 各齒47按順序安置于除齒省略部分48之外的定子側(cè)磁軛46上，三個齒形成一組 U相、V相和W相，并對該組施加兩極三相交流電。偶數(shù)個具有N極和S極的極性對的場磁 體42以與該組三相的間隔相對應的規(guī)則間隔布置在轉(zhuǎn)子38上。 當然如上所述，場磁體42可以由單個磁體構(gòu)件形成，該磁體構(gòu)件具有交替磁化的 N極和S極，二者都由電介質(zhì)體部分形成，該電介質(zhì)體部分沿著盤或環(huán)的同一周邊表面永久 極化。 就是說，例如，場磁體42布置為這樣一種方式，即各具有一個極對(polar pair) 的四個場磁體42或者具有四個極對的一個場磁體一直與包括了六個齒47的排列間隔的范 圍相對。場磁體42也布置為這樣一種方式，即各具有一個極對的六個場磁體42或者具有 六個極對的一個場磁體一直與包括了九個齒47的排列間隔的范圍相對。
附帶地，圖4總共示出了 15個齒47。定子原先可以有18個齒47 ;但是其中三個 被省略以在那里放置圖3的編碼器基板55。 這樣，電動機以這樣的方式構(gòu)成，即不管使用了奇數(shù)個場磁體42還是使用了 一個 場磁體， 一直存在場磁體42 (每個都具有12個極對)與包括了十五個齒47 (包括三個齒的 被省略部分)的排列間隔的范圍相對。
(軸向間隙型電動機的驅(qū)動原理) 接下來說明如上所述構(gòu)成的軸向間隙型電動機的驅(qū)動原理。 圖5(a)到(f)是用于說明軸向間隙型電動機驅(qū)動原理的示意圖。圖5(a)中，箭 頭"a"指示轉(zhuǎn)子38的旋轉(zhuǎn)方向，而當來自N極場磁體42 (以下簡稱為磁體42)的磁通方向 被確定為正并且來自S極磁體42的磁通方向被確定為負時，箭頭"b"指示磁通的正方向。 不過，不是所有的通量都如箭頭"b"指示的那樣向著正下方，其中一些是傾斜向下的。因此 標出箭頭"b"以表示磁通大體上是向下的。 同樣，當產(chǎn)生于線圈49(在向線圈49供應電流的情況下纏繞在定子39的各齒47 周圍)中并通過作為鐵心構(gòu)件的齒47(47u，47v和47w)退出的具有N極性的磁通方向被確 定為正，并且具有S極性的磁通方向被確定為負時，箭頭"c"指示磁通的正方向。不過，不 是所有的通量都如箭頭"c"指示的那樣向著正上方，其中一些是傾斜向上的。因此標出箭 頭"c"以表示磁通大體上是向上的。
10
此外在圖5(a)到(f)中，U相的齒47用標號47u，V相的齒47用47v，W相的齒47 用47w指示。 圖5(a)示出N極磁體42置于U相齒47u正上方，而S極磁體42置于各V相齒 47v和各W相齒47w之間的狀態(tài)。 在此狀態(tài)下，流向U相齒47u的線圈49的電流關(guān)斷，齒47u中沒有磁通產(chǎn)生，而只 有來自N極磁體42的磁通流經(jīng)齒47u?？僧a(chǎn)生具有S極性磁通的電流流經(jīng)V相齒47v的線圈49，齒47v激勵S極磁通。 齒47v的受激勵的S極磁通在箭頭"a"的方向上排斥S極磁體42，即相同磁極的磁體。
另一方面，可產(chǎn)生具有N極性磁通的電流流經(jīng)W相齒47w的線圈49，齒47w激勵N 極磁通。齒47w的受激勵的N極磁通在箭頭"a"的方向上吸引S極磁體42，即相反磁極的 磁體。 轉(zhuǎn)子38通過由排斥力和吸引力引起的朝向箭頭"a"方向的轉(zhuǎn)矩在箭頭"a"的方 向上旋轉(zhuǎn)，并轉(zhuǎn)變到圖5(b)所示狀態(tài)。就是說，N極磁體42位于各U相齒47u和各V相齒 47v之間，而S極磁體42位于W相齒47w正上方。 在此狀態(tài)下，電流方向改變?yōu)樵赨相齒47u的線圈49中產(chǎn)生N極磁通。齒47u激 勵N極磁通，受激勵的N極磁通在箭頭"a"的方向上排斥N極磁體42，即相同磁極的磁體。
另一方面，電流方向改變?yōu)樵赩相齒47v的線圈49中產(chǎn)生S極磁通。齒47u激勵 S極磁通，受激勵的S極磁通在箭頭"a"的方向上吸引N極磁體42，即相反磁極的磁體。
此外，流向W相齒47w的線圈49的電流關(guān)斷，齒47w中沒有磁通產(chǎn)生，而只有來自 S極磁體42的磁通流經(jīng)齒47w。 同樣在此狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子38通過由排斥力和吸引力引起的朝向箭頭"a"方向的轉(zhuǎn)矩 在箭頭"a"的方向上旋轉(zhuǎn)，并轉(zhuǎn)變到圖5(c)所示狀態(tài)。在此狀態(tài)下齒47與磁體42之間的 關(guān)系與圖5(a)中所示的相同。不過，各齒47與各N極和S極磁體42之間各自的關(guān)系在箭 頭"a"的方向上一個接一個地改變。 就是說，N極磁體42位于V相齒47v正上方，而S極磁體42位于各W相齒47w和
作為相鄰組三相之一的各U相齒47u之間。 在圖5(c)的狀態(tài)下，齒47v、齒47w和相鄰齒47u的電流以及線圈49中產(chǎn)生的磁 通極性分別與圖5 (a)的狀態(tài)下一組三相的齒47u、齒47v和齒47w的電流以及線圈49中產(chǎn) 生的磁通極性相同。 就是說，在此狀態(tài)下，箭頭"a"方向上的轉(zhuǎn)矩由排斥力和吸引力產(chǎn)生，該轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn) 子38在箭頭"a"的方向上旋轉(zhuǎn)并轉(zhuǎn)變到圖5(d)所示狀態(tài)。在此狀態(tài)下齒47與磁體42之 間的關(guān)系與圖5(b)中所示的相同。不過，在此狀態(tài)下，各齒47與各個磁體42的N極和S 極之一之間的關(guān)系也在箭頭"a"的方向上一個接一個地改變。 就是說，N極磁體42位于各V相齒47v和各W相齒47w之間，而S極磁體42位于
作為相鄰組三相之一的U相齒47u正上方。 在圖5(d)的狀態(tài)下，齒47v、齒47w和相鄰齒47u的電流以及線圈49中產(chǎn)生的磁 通極性分別與圖5 (b)狀態(tài)下一組三相的齒47u、齒47v和齒47w的電流以及線圈49中產(chǎn)生 的磁通極性相同。 下面類似地，轉(zhuǎn)子38轉(zhuǎn)變到圖5(e)的狀態(tài)，進而轉(zhuǎn)變到圖5 (f)的狀態(tài)。這樣，N
11極磁體42位于該組三相的各W相齒47w和各齒47u之間。圖5 (a)左手側(cè)示出的包括U相 齒47u、 V相齒47v和W相齒47w的一組三相與該對N極磁體42和S極磁體之間的驅(qū)動關(guān) 系終結(jié)。 如圖5(a)所示，包括U相齒47u、V相齒47v和W相齒47w的另一組三相與另一對 N極磁體42和S極磁體(與前述關(guān)系已經(jīng)終結(jié)的一對N極磁體42和S極磁體相鄰，并位于 前一對的上游)之間的另一驅(qū)動關(guān)系又如圖5(a)到(f)所示連續(xù)不斷地開始了。
此外，在對圖5(a)到(f)的說明中，為了易于理解，磁體42與齒47之間的定位關(guān) 系被分成六個階段。但是實際上，作為施加到線圈49的電流，正弦曲線的電流以規(guī)則的相 位差被連續(xù)施加到彼此相鄰的每組三相的三個齒47。所施加電流在線圈49中產(chǎn)生的磁通 的方向和大小因轉(zhuǎn)子的磁體42旋轉(zhuǎn)而變化。 此外，在實際布置中，N極和S極磁體42之間的各個距離比圖5(a)到(f)中所示 的更短，并且一個齒47可以與N極磁體42和S極磁體42都相對。此外，如果使用具有多 個極對的單個磁體而不是奇數(shù)個磁體42，則N極和S極將彼此接觸，其間沒有間隔。
圖5 (a)到(f)所示的關(guān)系沿旋轉(zhuǎn)方向順序改變到與相鄰齒和磁體相關(guān)聯(lián)的齒47 和一對兩個磁體42的所有三相組中的另一個。就是說，齒47的一組三相的兩個齒與齒47 的相鄰組三相的一個齒形成下一組三相，一對兩個磁體42的一個磁體與相鄰對兩個磁體 42之一形成下一對磁體。 用于改變線圈磁通方向的電流在逆變器54的控制下改變，并且施加電流的時刻 也在逆變器54控制下根據(jù)由圖3所示磁極檢測元件57a、57b和57c對N極磁體42和S極 磁體42旋轉(zhuǎn)位置的檢測給出。 如所說明的，在軸向間隙型電動機中，在轉(zhuǎn)子38和定子39之間形成磁路，定子39 的各齒47的激勵通過纏繞在各齒47周圍的線圈對應于轉(zhuǎn)子38的磁體42的N極和S極而 順序改變，從而用轉(zhuǎn)子38的磁體42克服各齒47的激勵的排斥力和吸引力使轉(zhuǎn)子38旋轉(zhuǎn)。
圖6是示出實際布置中一個齒47與N極磁體42和S極磁體42都相對的示意圖， 其中N極磁體42和S極磁體42的位置彼此靠近。在此示意圖中，箭頭"a"仍指示轉(zhuǎn)子38 的旋轉(zhuǎn)方向。此外，N極磁體42和S極磁體之間的磁通流動方向由箭頭G1、G2和G3指示。 另外，此狀態(tài)與圖5(a)到(f)中所示的狀態(tài)改變到彼此時出現(xiàn)的過渡狀態(tài)相同。
圖6中，在俯視圖中如箭頭E所示，電流逆時針流經(jīng)纏繞在定子39上的齒47周圍 的線圈49。因此，線圈49中產(chǎn)生并由齒47激勵的磁通如箭頭G4所示地流動，并與在N極 磁體42和S極磁體42之間流動的磁通交叉。此時，N極磁體42的排斥和S極磁體42的 吸引也在轉(zhuǎn)子38中產(chǎn)生沿箭頭"a"方向的轉(zhuǎn)矩。 在圖6中，當磁體42相對于齒47移動到其他位置，并且左手側(cè)的磁體42由N極 磁體取代，而右手側(cè)的磁體由S極磁體取代時，供給齒47的電流方向與箭頭E所指示的方 向相反，即在示意圖的俯視圖中該方向改變?yōu)轫槙r針方向。 附帶地，在具有上述基本結(jié)構(gòu)的電動機中，由于其轉(zhuǎn)速上的結(jié)構(gòu)限制，其旋轉(zhuǎn)功率 并未大過某個限值。如果轉(zhuǎn)化為摩托車速度，為了獲得圖l所示車輛行駛所必需的轉(zhuǎn)矩，限 值是大約每小時20km。但是可以理解，該數(shù)據(jù)可以根據(jù)輪胎直徑、傳動齒輪系統(tǒng)的傳動比、 電動機規(guī)格等變化。 圖7是說明普通電動機轉(zhuǎn)速限值的原因的示意圖。圖7示出圖5(c)中所示N極磁體42、 V相齒47v及其周圍其他結(jié)構(gòu)的定位狀態(tài)。 此外，圖7只示出了 V相齒47v的線圈49而略去了其他齒的線圈。如參考圖5所
作說明，當磁體42位于齒47的正上方時，沒有電流施加到線圈49中。在圖7中，轉(zhuǎn)子38、定子39和齒47(47u、47v和47w)由軟磁性材料制成。由于磁
體42和齒47的相對表面之間的距離"d"非常小，間隔磁阻很小。這樣，在N極磁體42(N)
和S極磁體42(S)之間流動的磁通被分為兩部分，其一部分成為磁通流61，而其另一部分成
為磁通流62，流經(jīng)磁體42的磁極、轉(zhuǎn)子38、齒47和定子39。 于是，包括混合在一起的前述兩個磁通流61和62在內(nèi)的更大的磁通經(jīng)由置于線 圈49中的齒47v而穿過齒47v的線圈49。 在轉(zhuǎn)子38沿箭頭"a"方向旋轉(zhuǎn)時，由于穿過線圈49的磁通劃過線圈49，根據(jù)法拉 第電磁感應定律，在線圈49中產(chǎn)生電流。線圈49中產(chǎn)生的電流反過來產(chǎn)生來自線圈49的 具有S極性的磁通。 就是說，由線圈49中產(chǎn)生的電流在線圈49中(即在齒47中)產(chǎn)生的S極磁通起 吸引N極磁體42(N)的作用。 換言之，阻力(磁阻)影響轉(zhuǎn)子38的旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子38旋轉(zhuǎn)越快，包括一起混合在線 圈49中的前述兩個磁通流61和62在內(nèi)的磁通劃過線圈49的速度就越快。磁通劃過線圈 49的速度越快，線圈49中產(chǎn)生的電流就越大。線圈49中產(chǎn)生的電流越大，電流在齒47v中 產(chǎn)生的增加轉(zhuǎn)子38磁阻的磁通量就越大。 不久，轉(zhuǎn)子38增加的旋轉(zhuǎn)功率大小與磁阻達到相互平衡。此平衡狀態(tài)就是上述轉(zhuǎn) 速的限值。當然，該限值可以隨供電的增加而上升。不過這并非好的方案，因為耗電以幾何 級數(shù)增加。 作為改善軸向間隙型電動機旋轉(zhuǎn)特性弱點以增加旋轉(zhuǎn)功率的方法，即將旋轉(zhuǎn)狀態(tài) 從高轉(zhuǎn)矩低速旋轉(zhuǎn)改變?yōu)榈娃D(zhuǎn)矩高速旋轉(zhuǎn)的方法，已知一種場磁體弱化控制方法。
圖8是示意性示出場磁體弱化控制方法的示意圖。如參考圖7所作說明，在N極 磁體42 (對于S極磁體42也一樣)位于齒47正上方時線圈49中沒有施加電流的狀態(tài)下， 當轉(zhuǎn)速增加時，較大的阻力影響轉(zhuǎn)子38的旋轉(zhuǎn)。 但是，如圖示，如果當N極磁體位于齒47的正上方時，沿箭頭E所指示方向(對于 S極磁體42則方向相反)對線圈49施加中等的電流，則沿箭頭G4指示的方向產(chǎn)生具有N 極性的磁通(對于S極磁體42則方向相反)。 此線圈產(chǎn)生的磁通起削弱如箭頭G2所指示從N極磁體42到齒47的N極磁通的 作用。就是說，由于磁通起削弱圖7所示磁通流61和62的作用，所以與削弱磁通流相應， 磁阻減小并且旋轉(zhuǎn)功率變大。即，可以實現(xiàn)低轉(zhuǎn)矩高速旋轉(zhuǎn)。 在場磁體弱化控制方法中，新電流進一步增加到要施加至線圈用于旋轉(zhuǎn)(以產(chǎn)生 轉(zhuǎn)矩)的電流上，該新電流的相位與施加到齒47的具有U相、V相和W相這三相的交流電 流的相位不一致，該三相交流電流是在圖5所示電磁體42位于齒47的正上方、電流為零的 時刻施加的，也就是，該新電流是在電流變成零的時刻在減弱從電磁體42到線圈的磁通的 方向上產(chǎn)生磁通的電流。就是說，新施加的電流對旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩本身沒有貢獻。
此外，上面還說明，作為實現(xiàn)電動機低轉(zhuǎn)矩高速旋轉(zhuǎn)的方法，有另一種方法在旋轉(zhuǎn) 方向上增大轉(zhuǎn)子和定子的相對距離，即增大轉(zhuǎn)子和定子之間的磁隙。
但是本發(fā)明的發(fā)明人注意到，轉(zhuǎn)子和定子之間的磁隙中磁通流的流動不穩(wěn)定。本 發(fā)明源于發(fā)明人對磁隙中磁通流的流動不穩(wěn)定這一事實的注意。 發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了磁通流流動狀況良好的部分，還發(fā)現(xiàn)如果在該處形成可變磁隙，即 可控制磁通流的流動。從而可以改進輸出特性的可控性。下文對此進行說明。
(根據(jù)本發(fā)明第一實施例的軸向間隙型電動機的結(jié)構(gòu)和操作) 接下來，根據(jù)上述軸向間隙型電動機的基本結(jié)構(gòu)和驅(qū)動原理，說明根據(jù)本發(fā)明第 一實施例的軸向間隙型電動機的結(jié)構(gòu)和操作。 圖9是將根據(jù)第一實施例的軸向間隙型電動機和后臂后端周圍的結(jié)構(gòu)一同示出 的截面圖。此外圖9中，與圖2中所示相同的組成部分被賦予與圖2中所用相同的標號和 符號。 圖IO是根據(jù)第一實施例的軸向間隙型電動機的分解立體圖。下面參考圖9和圖 IO說明本實施例的軸向間隙型電動機(下文中簡稱為電動機)的結(jié)構(gòu)。
首先，本實施例的電動機70具有轉(zhuǎn)子71。轉(zhuǎn)子71被構(gòu)造成像圓盤一樣繞著旋轉(zhuǎn) 軸72的軸線旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子71具有與圖2和圖4的基本結(jié)構(gòu)中所示轉(zhuǎn)子38相同的結(jié)構(gòu)。
就是說在圖10中，轉(zhuǎn)子71、旋轉(zhuǎn)軸72、轉(zhuǎn)子側(cè)磁軛73、環(huán)形段74、錐形段75、第一 圓筒段76、環(huán)形段77、第二圓筒段78和場磁體79分別與圖2和圖4所示轉(zhuǎn)子38、旋轉(zhuǎn)軸 43、轉(zhuǎn)子側(cè)磁軛41、環(huán)形段41a、錐形段41b、第一圓筒段41c、環(huán)形段41d、第二圓筒段(旋轉(zhuǎn) 軸)41e和場磁體42相同。 定子(定子段)88布置為與轉(zhuǎn)子71(更具體地說，是布置了多個場磁體79的表 面)相對。定子88分成兩個部分，第一定子段83和第二定子段87。 第一定子段83包括第一定子鐵心80，其具有由夾持器(未示出)所夾持的多個第 一齒81 。第一齒81以這樣的方式布置，即每個第一齒81的一端表面81a與轉(zhuǎn)子72在軸向 上相對。每個齒81具有纏繞在除了兩個端表面(81a、81b)之外的周邊側(cè)表面81c周圍的 繞組82。 此外，第一齒81以這樣的方式形成，即與轉(zhuǎn)子71相對的每個齒81的端表面81a 比相反的端表面81b更大。這樣，對于相鄰的第一齒81與81之間的間隔，使與轉(zhuǎn)子71相 對的端表面81a之間存在的一個間隔窄，而使相反的表面81b之間的另一間隔寬。
具有各繞組82的每個第一齒81與繞組82 —起模制成型以形成整體結(jié)構(gòu)為環(huán)形 的各第一定子段83。此外，施加到第一定子段83的第一齒81的各繞組(線圈)82以產(chǎn)生 轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動電流控制是使用了與參考圖5所述相同的方法的電流控制，即不包括場磁體弱 化控制的基本驅(qū)動方法，并且在驅(qū)動電流控制下產(chǎn)生電動機轉(zhuǎn)矩。 此外，第二定子段87本身形成帶有第二齒84的第二定子鐵心(87)，第二齒的數(shù)目 與由夾持器85夾持的第一齒81的數(shù)目相同。第二定子段87的每個第二齒84具有一個端 部84a，其布置為與相反端表面81b相對，所述端表面81b相對于轉(zhuǎn)子71對面的第一定子段 83的第一齒81的端表面81a位于其反面。 每個第二齒84的另一端84b分別壓配進多個容齒開口 86之一，這些容齒開口 86 形成于待固定的環(huán)形夾持器85上。第二齒84與壓配有第二齒84并固定到容齒開口 86的 夾持器85共同形成第二定子段87。優(yōu)選地，第二齒84和夾持器85也是整體模制的。因 此，這些部件在此實施例中是模制成型的。不過，圖IO中沒有示出模具。
圖11是示出具有上述結(jié)構(gòu)的電動機70與旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)一起完整組裝好的狀態(tài)的 立體圖。此外在圖11中，與圖10中所示的相同部件被賦予與圖10中所用的相同的標號。 另外，第一定子段83和第二定子段87的模具未在圖11中示出。此外，圖ll所示第二定子 段87的夾持器85中指示出了圖10中略去的切口 89(參見圖4的切口 59)。
如圖11所示，圖10的分解視圖中所示電動機70的轉(zhuǎn)子71、第一定子段83和第二 定子段87沿著旋轉(zhuǎn)軸方向依次定位成彼此略微分開。 盡管未示出，但所謂的第一定子段83通過在模制部分形成的嚙合段固定到圖2所 示后臂23的后端23a。相反，下面說明第二定子段87并未完全固定，而可以相對于第一定 子段83稍微樞轉(zhuǎn)。 如圖11所示，用于第二定子段87的樞轉(zhuǎn)機構(gòu)以這樣的方式構(gòu)成，即用于齒輪嚙合 90的帶齒部分與旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)的減速齒輪91的小直徑齒輪嚙合，其中該帶齒部分形成于 第二定子段87的夾持器85的一部分周邊側(cè)表面。 減速齒輪91的大直徑齒輪與下一級減速齒輪92的小直徑齒輪嚙合，并且減速齒 輪92的大直徑齒輪與第三級減速齒輪93的小直徑齒輪嚙合。減速齒輪93的大直徑齒輪 與固定安裝在電動機94旋轉(zhuǎn)軸尖端的蝸輪95嚙合。 電動機94連接到控制器97的未示出的驅(qū)動脈沖電壓輸出端子，從電源96向該控 制器97供給用于驅(qū)動電路的電力。通過蝸輪95將電動機94正反向旋轉(zhuǎn)的軸線改變?yōu)榕c 其原來的方向成直角延伸。旋轉(zhuǎn)還被減速并傳遞到減速齒輪93的大直徑齒輪。旋轉(zhuǎn)經(jīng)過 相應于減速齒輪93、92和91之間依次的齒數(shù)比的三級減速，然后被傳遞到形成于第二定子 段87的夾持器85上的用于齒輪嚙合的帶齒部分90。 因此，第二定子段87構(gòu)成為可在轉(zhuǎn)子71的旋轉(zhuǎn)方向上相對于第一定子段83略微 移動。即第二定子段87可以以狹窄的樞轉(zhuǎn)角連續(xù)、間歇并往復地運動。換言之，第二定子 段87可以沿著轉(zhuǎn)子71的旋轉(zhuǎn)方向在正反兩方向上無級、間歇地略微運動。
圖12(a)、(b)和(c)的示意圖用于說明第二定子段87沿轉(zhuǎn)子71的旋轉(zhuǎn)方向相對 于第一定子段83所做往復運動的樞轉(zhuǎn)角和操作。此外，在圖12(a)、 (b)和(c)中，為了簡 單示出第二定子段87的第二齒84相對于第一定子段83的第一齒81的過渡狀態(tài)，此示意 圖中略去了圖11所示繞組82、切口 89以及用于齒輪嚙合的帶齒部分90、旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)等。
圖12(a)示出進行高轉(zhuǎn)矩低速旋轉(zhuǎn)時第二定子段87的第二齒84相對于第一定子 段83的第一齒81的位置關(guān)系。在此實施例中，此位置關(guān)系中的位置是基準位置。
隨著第二定子段87的上述樞轉(zhuǎn)運動，第二齒84可以沿著由箭頭"a"指示的轉(zhuǎn)子 71的旋轉(zhuǎn)方向而在一個窄角度范圍內(nèi)樞轉(zhuǎn)(往復運動)，從圖12(a)所示基準位置即每個 第二齒84正對著各第一齒81的位置，經(jīng)過圖12(b)所示的中途位置，到圖12(c)所示最大 可移動位置即各第一齒81和81之間的正中間位置。此外，圖12(b)所示中途位置在無級 和間歇樞轉(zhuǎn)運動中可以是確定的任意位置。 圖13(a)和(b)是用于說明在從高轉(zhuǎn)矩低速旋轉(zhuǎn)到低轉(zhuǎn)矩高速旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，對此 實施例中電動機70所進行的旋轉(zhuǎn)控制原理的示意圖。 此外，為了圖示簡單，圖13(a)和(b)中略去了纏繞在各齒81周圍的繞組82和模 具。類似地，示意圖中略去了第二齒84和夾持器85的模具。 此外，圖13(a)示出了圖12(a)所示高轉(zhuǎn)矩低速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，在該狀態(tài)下，每個第二齒84正對著各第一齒81。圖13(b)示出圖12(c)所示低轉(zhuǎn)矩高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，在該狀態(tài)下，每個第二齒84位于各第一齒81和81之間的正中間位置。 圖13(a)還示出了轉(zhuǎn)子71的第i個磁體79i正對著定子側(cè)的第一定子段83的第i個第一齒81i，且定子側(cè)的第二定子段87的第i個第二齒84i正對著第一齒81i的狀態(tài)。即圖13(a)示出了與圖12(a)所示相同的狀態(tài)。 此外，圖13(b)示出了轉(zhuǎn)子71的磁體79i與第一定子段83的第一齒81i之間的位置關(guān)系沒有改變，而第二定子段87的第二齒84i位于第一定子段83的各第一齒81i和81i+l之間的正中間位置的狀態(tài)。即圖13(b)示出了與圖12(c)所示相同的狀態(tài)。
在圖13(a)中，轉(zhuǎn)子側(cè)磁軛73的環(huán)形段74、第一定子段83的第一齒81 (81i_l、81i、81i+l)、第二定子段87的第二齒84(84i-l、84i、84i+l)以及夾持器85都屬于轉(zhuǎn)子71，并具有強導磁性。此外，磁體79(79i-l、79i、79i+l)和第一齒81的相對表面，以及第一齒81和第二齒84的相對表面相互分別非常接近。這樣，磁體79 (79i-l、79i、79i+l)和第一齒81的相對表面之間的磁阻"h"以及第一齒81和第二齒84的相對表面之間的磁阻"k"很小。 此外，如上所述，與轉(zhuǎn)子71相對的每個第一齒81的端表面81a被形成為比其另一端表面81b更大。這樣，在各相鄰第一齒81之間，與轉(zhuǎn)子71相對的端表面81a之間形成的磁阻"j"比其他表面之間形成的磁阻小得多；但是，此"j"大于與轉(zhuǎn)子71之間的磁阻"h"。
就是說，磁阻之間有(h —k<j)的關(guān)系。 這樣，磁體79i (確定為N極)與相鄰磁體79i-l (因而為S極)之間產(chǎn)生的磁通幾乎不通過具有磁阻"j"的部分，而是形成強磁通流98a，其通過具有磁阻"h"的部分、第一齒81i、具有磁阻"k"的部分、第二齒84i、夾持器85、第二齒84i-l、具有磁阻"k"的部分、第一齒81i-l、具有磁阻"h"的部分、以及環(huán)形段74。 此外，磁體79i(N極)與另一相鄰磁體79i+l(S極)之間產(chǎn)生的磁通幾乎不通過具有磁阻"j"的部分，而是形成強磁通流98b，其通過具有磁阻"h"的部分、第一齒81i、具有磁阻"k"的部分、第二齒84i、夾持器85、第二齒84i+l、具有磁阻"k"的部分、第一齒81i+l、具有磁阻"h"的部分、以及環(huán)形段74。 即使磁體79i不是N極磁體而是S極磁體，這些現(xiàn)象也發(fā)生，只是磁通以相反方向行進，并類似地形成強磁通流流經(jīng)有關(guān)磁體79、第一齒81、第二齒84、夾持器85和環(huán)形段74。 上面說明了如果不采取任何措施，強磁通將導致可以很快產(chǎn)生限值的磁阻，其抵制電動機70從高轉(zhuǎn)矩低速旋轉(zhuǎn)到低轉(zhuǎn)矩高速旋轉(zhuǎn)的過渡。上面也說明了存在使此限值推遲出現(xiàn)的場磁體弱化控制。 但是在本實施例中，如圖ll和圖12(a)、 (b)及(c)所示，第二齒84可以沿著箭頭"a"所指示的轉(zhuǎn)子71旋轉(zhuǎn)方向，從每個第二齒84正對著各第一齒81的基準位置到位于各第一齒81和81之間的正中間位置處的最大可移動位置，在窄角度范圍內(nèi)樞轉(zhuǎn)(往復運動)。 現(xiàn)在假定第二齒84從圖13(a)所示的基準位置樞轉(zhuǎn)到圖13(b)所示的最大可移動位置。此時，在每個第一齒81和各第二齒84的相對表面之間形成磁阻"m"，其大于正對狀態(tài)下的磁阻"k"。此外，由于每個第二齒84位于從夾持器85凸出的結(jié)構(gòu)中，所以形成了磁阻"n"，其大于第二齒84形成的磁阻"m"。 就是說，其間存在"m〈 n"的關(guān)系。與磁阻"m"相比，磁阻"n"可以忽略。這樣，在圖13 (b)所示狀態(tài)下，當?shù)诙X84移至每個第一齒81與相鄰的另一個第一齒81之間的正中間位置時，在每個第二齒與各第一齒的相對端表面81b之間形成的磁阻幾乎是"m"，其中相對端表面81b相對于轉(zhuǎn)子71對面的端表面81a位于反面。 如上所述，與轉(zhuǎn)子71相對的每個第一齒81的端表面81a形成為比其另一端表面81b更大。這樣，在各相鄰第一齒81之間，在與轉(zhuǎn)子71相對的端表面81a之間形成的磁阻"j"非常小，在圖13(b)所示狀態(tài)下，磁阻"j"與磁阻"m"之間形成(j < 2m)的關(guān)系。
就是說，在與轉(zhuǎn)子71相對的每個第一齒81的端表面81a與相鄰的另一個第一齒81的端表面81a之間限定的距離(磁阻"j")小于在每個第二齒與相對端表面81b之間限定的最小距離(磁阻"m")，其中相對端表面81b相對于轉(zhuǎn)子71對面的第一齒的端表面81a位于反面。 如圖13(b)所示，通過引入此狀態(tài)，即各構(gòu)件的磁阻之間的關(guān)系為h < j < m < n的狀態(tài)，在磁體79i (N極)與另一相鄰磁體79i-l (S極)之間形成的磁通形成弱磁通流99a，由于磁阻"m"和磁阻"n"的原因，弱磁通流99a并未從第一齒81i流向第二齒84i_l或夾持器85，而是通過第一齒81i、具有磁阻"j"的部分、第一齒81i-l以及環(huán)形段74。
此外，磁體79i (N極)與另一相鄰磁體79i+l (S極)之間形成的磁通形成弱磁通流99b，由于磁阻"m"和磁阻"n"的原因，弱磁通流99b并未從第一齒81i流向第二齒84i+l或夾持器85，而是通過第一齒81i、具有磁阻"j"的部分、第一齒81i+l以及環(huán)形段74。
這樣，來自磁體79的磁通沒有劃過各第一齒81的未示出的繞組82，并且劃過繞組82的這些磁通產(chǎn)生的抵制轉(zhuǎn)子71在其旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)的磁阻消失了。因此轉(zhuǎn)子可以高速旋轉(zhuǎn)。 同樣類似地，來自磁體79的磁通不流入各第一齒81的繞組。這樣，降低了在帶電的第一齒81與磁體79之間產(chǎn)生并隨后供給轉(zhuǎn)子71的轉(zhuǎn)矩。即實現(xiàn)了低轉(zhuǎn)矩高速操作。
如所說明的，第二齒簡單地在以下兩個位置之間往復移動，即第二齒正對著第一齒的位置與第二齒位于到相鄰第一齒的中途處的另一位置。因此整體結(jié)構(gòu)可以較緊湊。
現(xiàn)在說明形成磁阻的間隔，即引起磁阻的間隙("j"、"k"、"m"、"n"等)。弓|起磁阻的間隙定義為空氣或等價物的磁阻間隔。引起磁阻的間隙(下文簡稱為間隙)將進一步說明。 圖14(a)到(e)是說明改變兩構(gòu)件之間的磁阻和間隙的接觸面積間差異的示意圖。通常已知，當來自磁體的磁通流將要在由磁性材料制成的兩構(gòu)件之間流動時，如果任何部分被確認為磁通的流動路線，則磁體不提供任何多余的磁通。 當兩構(gòu)件被間隙完全分隔時，磁體無論如何盡量使磁通流動，并且磁通從提供了最容易路線的部分，即從最狹窄的間隙開始流動。 圖14(a)示出了截面構(gòu)造為字母L的兩個磁性構(gòu)件101和102彼此緊密耦合的狀態(tài)。磁性構(gòu)件101主要部分的垂直截面面積為A，而磁性構(gòu)件101凸出部分的垂直截面面積為B。同樣，磁性構(gòu)件102的主要部分的垂直截面面積為D，而磁性構(gòu)件102凸出部分的垂直截面面積為D-B。各凸出部分的水平截面面積為C，且彼此相同。 現(xiàn)在，給定下列條件面積A 二面積D 二面積C = 200S，面積B = 50S。同樣，確定來自示意圖外的磁體的磁通103從磁性構(gòu)件101流向磁性構(gòu)件102。 設如圖14(b)所示，兩磁性構(gòu)件101和102移動以在垂直截面的面積為B的部分和垂直截面的面積為D-B的部分處彼此分別相對分開距離a和b(a = b)，而水平表面的面積為C的部分彼此滑動接觸。 對于這種移動，由于在兩個磁性構(gòu)件101和102之間形成了距離為b的間隔，流入磁性構(gòu)件101的面積A = 200S的主要部分的磁通流在面積B部分處變得飽和，并減小為流經(jīng)面積B = 50S的磁通流。此磁通流103通過滑動表面CI (面積CI = 150S，B < CI)流入磁性構(gòu)件102。 接著，設如圖14(c)所示，兩個磁性構(gòu)件101和102進一步移動以在垂直截面的面積為B的部分和垂直截面的面積為D-B的部分處彼此分別相對分開距離2a和2b，而水平表面的面積為C的部分彼此滑動接觸。 在此情況下，在面積為B的部分處發(fā)生飽和的磁通流也減小為流經(jīng)面積B = 50S的磁通流，并通過滑動表面C2 (面積C2 = IOOS， B < C2)流入磁性構(gòu)件102。
就是說，在圖14(b)和圖14(c)的狀態(tài)之間沒有磁阻改變。具體地說，在磁通方向上將兩個磁性構(gòu)件101和102分隔開距離a、 b或2a、2b的間隔不是引起磁阻的間隔，因為即使該距離改變，磁阻也沒有改變(未變化)。即，此間隔不是間隙。 進一步，設如圖14(d)所示，兩個磁性構(gòu)件101和102進一步移動以在垂直截面的面積為B的部分和垂直截面的面積為D-B的部分處彼此分別相對分開距離3. 5a和3. 5b，而水平表面的面積為C的部分彼此滑動接觸。 此時，各水平表面的每個面積為C的部分的滑動表面面積為C3 = 25S。即得到下列關(guān)系B > C3。這樣，磁通流103在滑動表面C3處飽和，并且相應于面積25S的磁通流流入磁性構(gòu)件102。 就是說，當滑動表面的面積C小于磁性構(gòu)件lOl凸出部分的垂直截面面積B時，兩個磁性構(gòu)件101和102之間的磁阻第一次改變了。換言之，磁阻改變?nèi)Q于兩個構(gòu)件之間各滑動表面面積的改變。 圖14(c)和(d)所示的磁阻改變不是由兩個構(gòu)件之間分隔開的距離改變(2a和2b到3. 5a和3. 5b的改變)引起的，而是由滑動表面面積C的改變(C2到C3的改變)引起的。即，已改變的分隔距離3. 5a和3. 5b仍然不造成間隙。 同樣，在圖14(e)示出的狀態(tài)下，兩個磁性構(gòu)件101和102在垂直截面的面積為B的部分和垂直截面的面積為D-B的部分處彼此分別相對分開距離5a和5b，使滑動表面C3從緊靠狀態(tài)完全脫離而分隔開距離C4。 如上所述，當兩構(gòu)件被間隙完全分隔開時，磁體的磁通流流經(jīng)提供了最容易路線的部分，即經(jīng)過具有最狹窄距離C4的部分。S卩，在具有距離C4的部分處產(chǎn)生磁阻，并且距離C4是磁阻間隙。即磁阻依照距離C4的改變而變化。 換言之，距離C4是使磁阻變化的間隙；但是，距離5a和5b不是改變磁阻的間隔，即這些距離不是間隙。在此實施例中被說明為間隙的任何部分都是上述限定了距離C4的部分。 在如此說明的本實施例中，定子分成至少兩個部分，并且一個部分相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向，即從轉(zhuǎn)子流入各鐵心(對應繞組纏繞在該鐵心周圍)的磁通流的方向成直角運
18動，以形成可變的間隙，從而大大改變旋轉(zhuǎn)電機的輸出特性，而無需消耗對轉(zhuǎn)矩沒有貢獻的電力。 圖15(a)和(b)示出第一實施例中軸向間隙型電動機可選方案(第一種)主要部分的結(jié)構(gòu)。 圖15(a)示出與圖13(a)中所示狀態(tài)相同的狀態(tài)，在該狀態(tài)下第一定子段83的每
個第一齒81正對著第二定子段87的各第二齒84。如示意圖中雙向箭頭"e"所指示的，此
實施例中的每個第二齒84從此狀態(tài)斜向下移動而與各第一齒81分隔開。 就是說，如圖15(b)所示，第二定子段87在平行于轉(zhuǎn)子71旋轉(zhuǎn)方向的方向上移
動，也在與轉(zhuǎn)子71旋轉(zhuǎn)方向相垂直的方向上移動，該轉(zhuǎn)子71在示意圖外。 這樣，第一定子段的每個第一齒81與第二定子段87的各第二齒84之間并在與轉(zhuǎn)
子71旋轉(zhuǎn)方向相垂直的方向上的距離從圖15(a)中所示距離"p"改變到圖15(b)中所示
距離"P'" (P， > P)。 就是說，每個第一齒83與每個第二齒84之間的磁阻間隙比圖13(b)所示結(jié)構(gòu)中的更大。因此，電動機的輸出特性可以在更大范圍內(nèi)變化。 圖16(a)到(d)示出第一實施例中軸向間隙型電動機另一可選方案(第二種)主要部分的結(jié)構(gòu)。 如圖16(a)和(b)所示，每個第一齒104在端表面處具有緊靠各第二齒105側(cè)表面的突出部分104-1，所述端表面與第二齒105的一個端表面相對。 每個第一齒104因此阻止了各第二齒105向右移動超過圖16(b)中所示的正對位置。 在此實施例中，每個第二齒105也不僅在平行于轉(zhuǎn)子71旋轉(zhuǎn)方向的方向上移動，而且在與轉(zhuǎn)子71旋轉(zhuǎn)方向相垂直的方向上移動，其中轉(zhuǎn)子71存在于示意圖外。即每個第二齒105斜向下移動以與各第一齒81分隔開。 圖16(c)示出一種可選方案，其中每個第二齒105如箭頭"f"所指示水平移動，而
圖16(d)示出另一種可選方案，其中每個第二齒105如箭頭"g"所指示斜向下移動。 此外在此可選方案中，每個第一齒104與每個第二齒105之間的磁阻間隙比圖
13(b)所示結(jié)構(gòu)中的更大。因此，電動機的輸出特性可以在更大范圍內(nèi)變化。(根據(jù)本發(fā)明第二實施例的軸向間隙型電動機的結(jié)構(gòu)和操作) 圖17(a)到(d)示出第二實施例中軸向間隙型電動機主要部分的結(jié)構(gòu)。 如圖17(a)和(c)所示，此實施例中每個第一齒106以這樣的方式形成，即面向轉(zhuǎn)
子71環(huán)形段74的端部106-1以下的部分包括周圍具有繞組107的有繞組部分106-2和周
圍沒有繞組的無繞組部分106-3。 關(guān)于這一點，如圖17(b)和(c)所示，每個第二齒108分成內(nèi)齒部分109和外齒部分IIO，其中內(nèi)齒部分109與各第一齒106的有繞組部分106-2相對應，外齒部分110與各第一齒106的無繞組部分106-3相對應。 每個第二齒108的內(nèi)齒部分109置于環(huán)形夾持器111的內(nèi)側(cè)(接近中心軸線一側(cè))，而外齒部分110置于夾持器111外側(cè)以及位于兩相鄰內(nèi)齒部分109之間的中間位置處。 圖17(c)所示狀態(tài)與圖13(a)所示狀態(tài)相同，因為每個第一齒106的有繞組部分106-2與每個第二齒108的內(nèi)齒部分109彼此正對。而且，因為無繞組部分106-3與外齒部分110置于環(huán)形布置的外側(cè)并交替安排，所以磁隙非常大并且其幾乎不影響磁通流。
與之相反，關(guān)于每個第一齒106的有繞組部分106-2與每個第二齒108的內(nèi)齒部分109之間的定位關(guān)系，圖17(d)所示狀態(tài)與圖13(b)所示狀態(tài)相同。每個無繞組部分106-3與各外齒部分110彼此正對。 就是說，每個場磁體79的磁通經(jīng)過各無繞組部分106-3、外齒部分110和夾持器111回流，并且?guī)缀醪涣鹘?jīng)每個第一齒106的有繞組部分106-2。 S卩，可以比圖13(b)中所示實施例更加有力地切斷每個有繞組部分106-2的磁通。 此外，在第一和第二實施例中，轉(zhuǎn)子和定子的相對表面以及定子所分兩部分的定子段的相對表面，布置為平行于(示意圖中水平地)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)表面延伸；不過，這些構(gòu)件的相對表面不限于這種平行布置。 圖18(a)和(b)示出另外一種可選方案，其中轉(zhuǎn)子和定子的相對表面以及定子所分兩部分的定子段的相對表面傾斜延伸。 在圖18(a)和(b)所示的可選方案中，由夾持器112所夾持的場磁體113、第一齒114以及由夾持器115所夾持的第二齒116的各相對表面相對于轉(zhuǎn)子112的中心117沿其徑向向上且向外延伸。利用這種可選的結(jié)構(gòu)，可以獲得與第一和第二實施例中相同的作用和效果。(根據(jù)本發(fā)明第三實施例的徑向間隙型電動機結(jié)構(gòu)) 圖19是示出根據(jù)第三實施例的徑向間隙型電動機結(jié)構(gòu)的截面圖。 此外在示意圖中，為了簡單示出第三實施例與第一實施例相比較，具有相同功能
的部件被賦予與圖10中所賦相同的標號。 如示意圖所示，此徑向間隙型電動機包括圓筒形轉(zhuǎn)子73和第一定子鐵心83，其中轉(zhuǎn)子73繞旋轉(zhuǎn)軸的軸線(由示意圖中旋轉(zhuǎn)中心117所指示)旋轉(zhuǎn)，第一定子鐵心83位于圓筒形轉(zhuǎn)子73內(nèi)部并具有多個第一齒81，這些第一齒81各自的一個端表面分別與轉(zhuǎn)子73相對，并且繞組82纏繞在每個第一齒81除端表面81a和81b以外的周邊側(cè)表面周圍。
電動機還包括具有多個第二齒84的第二定子鐵心87。每個第二齒84具有一個端表面84a，其定位為與第一齒81的所述一個端表面(其相對于轉(zhuǎn)子73對面的另一端表面位于反面)相對。第二齒也具有夾持在夾持器85中的另一端表面84b。 在此徑向間隙型電動機中，第二定子鐵心87的移動與通過各第一齒81的磁通流
方向(即示意圖中的順時針或逆時針方向)成直角，所述磁通流在第一定子鐵心83的磁繞
組82通電時產(chǎn)生。因此，可實現(xiàn)與參考圖13(a)和(b)所述相同的場磁體控制。(根據(jù)本發(fā)明第四實施例的徑向間隙型電動機結(jié)構(gòu)) 圖20是示出根據(jù)第四實施例的徑向間隙型電動機結(jié)構(gòu)的截面圖。 此外同樣在示意圖中，為了簡單示出第四實施例與第一實施例比較，具有相同功
能的部件被賦予與圖10中所賦相同的標號和符號。 如示意圖所示，此徑向間隙型電動機包括柱形或圓筒形轉(zhuǎn)子73以及第一定子鐵心83，其中轉(zhuǎn)子73繞旋轉(zhuǎn)軸72旋轉(zhuǎn)，第一定子鐵心位于轉(zhuǎn)子73徑向外側(cè)并具有多個第一齒81，這些第一齒81各自的一個端表面分別與轉(zhuǎn)子73相對，并且繞組纏繞在每個第一齒81除了端表面81a和81b以外的周邊側(cè)表面周圍。
電動機還包括具有多個第二齒84的第二定子鐵心87。每個第二齒84具有一個端 表面84a，其定位為與第一齒81的所述一個端表面81b(其相對于轉(zhuǎn)子73對面的另一端表 面81a位于反面)相對。第二齒也具有夾持在夾持器85中的另一端表面84b。
在此徑向間隙型電動機中，第二定子鐵心87的移動與通過各第一齒81的磁通流 方向(即示意圖中的順時針或逆時針方向)成直角，所述磁通流在向第一定子鐵心83的磁 繞組82供電時產(chǎn)生。于是，可實現(xiàn)與參考圖13(a)和(b)所述相同的場磁體控制。
(根據(jù)本發(fā)明第五實施例的軸向間隙型電動機結(jié)構(gòu)) 圖21是示出根據(jù)第五實施例的軸向間隙型電動機主要部分的立體圖。此示意圖 只示出了此實施例的軸向間隙型電動機的轉(zhuǎn)子。 如圖21所示，首先，此實施例的轉(zhuǎn)子120包括多個場磁體122，其固定地位于第一 轉(zhuǎn)子段120-1的轉(zhuǎn)子磁軛的環(huán)形段121上。 其次，轉(zhuǎn)子120包括以這樣的方式構(gòu)建的第二轉(zhuǎn)子段120-2，即數(shù)目與場磁體122 的數(shù)目相同的磁性構(gòu)件123置于未示出的旋轉(zhuǎn)夾持器上，以與每個場磁體122的旋轉(zhuǎn)表面 幾乎可滑動地接觸，并且第二轉(zhuǎn)子段120-2與第一轉(zhuǎn)子段120-1共軸嚙合并同第一轉(zhuǎn)子段 120-1 —起旋轉(zhuǎn)。 定位為與轉(zhuǎn)子120相對的定子具有與圖3和4中所示定子39相同的結(jié)構(gòu)。
在此實施例的這種軸向間隙型電動機中，如圖21所示，當其進行低速高轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn) 時，第一轉(zhuǎn)子段120-1和第二轉(zhuǎn)子段120-2以這樣的方式定位，即各場磁體122與磁性構(gòu)件 123完全相互重疊而同相旋轉(zhuǎn)。 從而，場磁體122的磁通被控制為聚集在各磁性構(gòu)件123中，然后流入定子的齒 中。 圖22的示意圖示出在該結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)子120進行高速低轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)時，第一轉(zhuǎn)子段 120-1與第二轉(zhuǎn)子段120-2之間旋轉(zhuǎn)相位的偏移關(guān)系。在圖22示出的狀態(tài)下，第一轉(zhuǎn)子段 120-1與第二轉(zhuǎn)子段120-2之間旋轉(zhuǎn)相位的偏移最大。 第一轉(zhuǎn)子段120-1和第二轉(zhuǎn)子段120-2可以在下面兩種狀態(tài)之間相對于彼此移 動，在一種狀態(tài)下，如圖21所示各相位彼此一致，而在另一種狀態(tài)下，如圖22所示各相位相 互有不超過15度的偏移。 如圖22所示，在各相位偏移15度的狀態(tài)下，除了部分形成于旋轉(zhuǎn)中心附近的端部 處的相對較小的間隙外，每個場磁體122與各磁性構(gòu)件123之間的磁隙在旋轉(zhuǎn)軸寬度方向 的較大部分處變得非常大。這樣，每個場磁體122的幾乎全部磁通流都經(jīng)由環(huán)形段121流 經(jīng)相鄰場磁體122而回流。 通過形成于旋轉(zhuǎn)中心附近部分處的小間隙流入磁性構(gòu)件123的磁通流是全部磁 通流中非常小的部分。而且，除了部分形成于旋轉(zhuǎn)中心附近的端部處的相對較小的間隙外， 每個磁性構(gòu)件123與定子各齒之間的磁隙在旋轉(zhuǎn)軸寬度方向上的較大部分處也變得非常 大。 這樣，從各場磁體122少量流入每個磁性構(gòu)件123的磁通流不流經(jīng)定子的齒。因 此可以在高速低轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)中實現(xiàn)驅(qū)動條件。 換言之，通過適當定位第一轉(zhuǎn)子段和第二轉(zhuǎn)子段以控制旋轉(zhuǎn)相位偏移從圖22所 示狀態(tài)到圖23所示狀態(tài)，控制了一定量的磁通泄漏。這樣，無需浪費電力即可控制轉(zhuǎn)速和
21轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。(根據(jù)本發(fā)明第六實施例的軸向間隙型電動機結(jié)構(gòu)) 圖23是示出根據(jù)第六實施例的軸向間隙型電動機主要部分結(jié)構(gòu)的示意圖。此示 意圖只示出了此實施例的軸向間隙型電動機的轉(zhuǎn)子。 如圖23所示，首先，此實施例的轉(zhuǎn)子124包括多個磁性構(gòu)件126，其固定地位于第 一轉(zhuǎn)子段124-1的轉(zhuǎn)子磁軛的環(huán)形段125上。 其次，轉(zhuǎn)子124包括以這樣的方式構(gòu)建的第二轉(zhuǎn)子段124-2，即數(shù)目與磁性構(gòu)件
126的數(shù)目相同的磁性構(gòu)件組合式磁體(magnetic-member-combined type magnet) 129置
于旋轉(zhuǎn)夾持器(未示出)上，以與每個磁性構(gòu)件126的旋轉(zhuǎn)表面幾乎可滑動地接觸，并且第
二轉(zhuǎn)子段124-2與第一轉(zhuǎn)子段124-1共軸嚙合并同第一轉(zhuǎn)子段124-1 —起旋轉(zhuǎn)。 每個磁性構(gòu)件組合式磁體129以這樣的方式形成，即布置成與各磁性構(gòu)件126相
對的磁性構(gòu)件127和布置成與定子(未示出)相對的場磁體128相互堆疊。 定位為與轉(zhuǎn)子124相對的定子具有與圖3和4中所示定子39相同的結(jié)構(gòu)。 在此實施例的這種軸向間隙型電動機中，如圖23所示，當其進行低速高轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)
時，第一轉(zhuǎn)子段124-1和第二轉(zhuǎn)子段124-2以這樣的方式定位，即各磁性構(gòu)件126和磁性構(gòu)
件組合式磁體129完全相互重疊而同相旋轉(zhuǎn)。 從而，組合式磁性構(gòu)件127和位于其上并與組合式磁性構(gòu)件127相對的磁性構(gòu)件 126收集來自每個場磁體128 —個磁極的磁通并調(diào)整其流動，之后，環(huán)形段125、相鄰磁性構(gòu) 件126和位于磁性構(gòu)件126對面下方的磁性構(gòu)件127再次收集磁通并再次調(diào)整其流動。然 后，磁通流過磁性構(gòu)件127和組合式場磁體128。 來自每個場磁體128另一磁極的磁通流入定子與位于其下方的場磁體128相對的
每個齒中，并經(jīng)由定子側(cè)磁軛流過相鄰齒。就是說，每個場磁體128的磁通流經(jīng)各組合式磁
性構(gòu)件127和磁性構(gòu)件126、環(huán)形段125、相鄰磁性構(gòu)件126、與磁性構(gòu)件126相對的磁性構(gòu)
件127、與磁性構(gòu)件127組合的組合式場磁體128、定子的齒、定子側(cè)磁軛、相鄰齒、以及與此
相鄰齒相對的組合式場磁體128，以穿過纏繞在定子的齒周圍的線圈回流。 此狀態(tài)與圖13(a)所示磁通流的流動狀態(tài)相同。因此，可以在進行低速高轉(zhuǎn)矩旋
轉(zhuǎn)中實現(xiàn)驅(qū)動條件。 圖24的示意圖示出在結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)子124進行高速低轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)時，第一轉(zhuǎn)子段 124-1與第二轉(zhuǎn)子段124-2之間旋轉(zhuǎn)相位的偏移關(guān)系。在圖24示出的狀態(tài)下，第一轉(zhuǎn)子段 124-1與第二轉(zhuǎn)子段124-2之間旋轉(zhuǎn)相位的偏移最大。 在此實施例中，第一轉(zhuǎn)子段124-1和第二轉(zhuǎn)子段124-2可以在下面兩種狀態(tài)之間 相對于彼此移動，在一種狀態(tài)下，如圖23所示各相位彼此一致，而在另一種狀態(tài)下，如圖24 所示各相位相互有不超過15度的偏移。 如圖24所示，在各相位偏移15度的狀態(tài)下，每個磁性構(gòu)件127與各磁性構(gòu)件126 之間的磁隙非常大。這樣，每個磁性構(gòu)件127的磁通流幾乎不流入磁性構(gòu)件126，即磁通流 處于切斷狀態(tài)下。 此狀態(tài)與圖13(b)中所示狀態(tài)略有不同；但是，下面的狀態(tài)與圖13(b)的狀態(tài)相 同，在該狀態(tài)下，在先前磁通流已被收集并調(diào)整的部分處間隙變得更大，且將磁通切斷使之 不流過定子側(cè)磁軛的齒。從而可以在進行高速低轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)中實現(xiàn)驅(qū)動條件。
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換言之，通過適當定位第一轉(zhuǎn)子段124-1和第二轉(zhuǎn)子段124-2以控制旋轉(zhuǎn)相位偏 移從圖23所示狀態(tài)到圖24所示狀態(tài)，控制了一定量的磁通泄漏。這樣，無需浪費電力即可 控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。
權(quán)利要求
一種旋轉(zhuǎn)電機，包括轉(zhuǎn)子，其具有繞旋轉(zhuǎn)軸的軸線旋轉(zhuǎn)的環(huán)形段；具有多個第一齒的第一定子鐵心，每個所述第一齒都具有其一個端表面與所述環(huán)形段相對的一個部分，且繞組纏繞在所述部分除了兩個端表面以外的周邊側(cè)表面周圍；和具有多個第二齒的第二定子鐵心，所述多個第二齒各自的一個端部與所述第一定子鐵心的所述第一齒的各另一端表面相對，所述另一端表面相對于所述轉(zhuǎn)子對面的所述一個端表面位于反面，其中所述第二定子鐵心可在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向或反轉(zhuǎn)方向上移動，與所述轉(zhuǎn)子的所述環(huán)形段相對的每個所述第一齒的下部分支成兩股，在其中一股的周邊表面上具有繞組，在另一股的周邊表面上沒有繞組，并且所述第二齒包括與所述第一齒中所述周邊表面上具有所述繞組的所述一股相對應的齒、以及與所述第一齒中所述周邊表面上沒有所述繞組的所述另一股相對應的其他齒。
全文摘要
本發(fā)明提供堅固的小型旋轉(zhuǎn)電機，其具有能改變輸出特性的機構(gòu)，而不增加機械損耗，也不消耗對增加轉(zhuǎn)矩沒有貢獻的電力。轉(zhuǎn)子具有交替并固定布置的N極和S極磁體。第一定子段上多個第一齒中每一個與轉(zhuǎn)子相對的端表面比相對表面更寬，且繞組纏繞在兩端表面之間的部分周圍。第二定子段具有與第一齒數(shù)目相同且無繞組的第二齒。第二齒布置為與各第一齒的較窄端表面相對，每個第二齒可在第二齒正對各第一齒的基準位置與位于各較窄端表面之間正中的最大可移動位置之間往復移動。在基準位置處，強磁通流從每個磁體流入整個第一齒。在最大可移動位置，弱磁通流只流過每個第一齒的較寬端表面上方。在中間移動位置處產(chǎn)生中等量的磁通流。
文檔編號H02K1/14GK101789666SQ20091022189
公開日2010年7月28日 申請日期2005年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月9日
發(fā)明者室田圭子, 日野陽至 申請人:雅馬哈發(fā)動機株式會社