JP2013162677A - アキシャルギャップ型回転電機および車輪 - Google Patents

Abstract

【課題】巻線スペースを確実に確保するとともに、従来よりも体格を小さくできるアキシャルギャップ型回転電機および車輪を提供する。
【解決手段】一のステータ２に対して軸線方向ＸＡにギャップＧを挟んで二のロータ３０Ａ，３０Ｂを対向させたアキシャルギャップ型回転電機１において、ロータ３０Ａ，３０Ｂは円盤状または円盤状に沿って配置されて磁気的に分離される複数のロータセグメントコア３１を有し、ギャップＧはステータ２と複数のロータセグメントコア３１とにおける対向面において軸線方向ＸＡと直交する平面に対して所定角度θを有して形成される。この構成によれば、ステータ巻線２４は軸線方向ＸＡとは異なる方向（例えば径方向ＹＳなど）に巻けばよくなり、巻線スペースを確実に確保することができる。ロータセグメントコア３１とステータ２との対向面について、当該対向面の面積を同一とした場合には軸線方向ＸＡの長さを短縮できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一のステータに対して軸線方向にギャップを挟んで二のロータを対向させたアキシャルギャップ型回転電機と、当該アキシャルギャップ型回転電機を有する車輪とに関する。

従来では、組み付け性の向上および分割コア同士の接合精度の緩和を図ることを目的とするステータに関する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。このステータは、Ｓ極側の複数の分割コアと、Ｎ極側の複数の分割コアと、これらの分割コアの裏面同士が重なる背中合わせの状態で周方向にずらして固定する固定手段とを備え、Ｓ極およびＮ極の各ステータ磁極の磁路がそれぞれの両隣の逆極側の分割コアに跨がって形成される構成である。

特開２０１１−１２５０９８号公報

しかし、特許文献１に記載のステータは、磁気回路として必要なバックヨーク部を備える構造である。このステータをアキシャルギャップ型回転電機に適用するには、巻線のターン部が外径側と内径側とで必要になり、特に内径側は小径になるために巻線スペースが不足する。また、ロータを保持するための支持部がアキシャル方向に必要となり、軸方向長さも長く確保しなければならず、結果として体格が大きくなる。

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、巻線スペースを確実に確保するとともに、従来よりも体格を小さくできるアキシャルギャップ型回転電機および車輪を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための発明は、一のステータに対して軸線方向にギャップを挟んで二のロータを対向させたアキシャルギャップ型回転電機において、前記ロータは、円盤状または円環状に沿って配置され、磁気的に分離される複数のロータセグメントコア（３１）を有し、前記ギャップは、前記ステータと前記複数のロータセグメントコアとにおける対向面において、前記軸線方向と直交する平面に対して所定角度（θ）を有して形成されることを特徴とする。

この構成によれば、磁気回路を形成するロータセグメントコアとステータとの対向面が軸線方向と直交する平面に対して所定角度を有して形成される。この形成により、軸線方向とは異なる方向（すなわち軸線方向と交差する方向）に巻線（後述するステータ巻線）を巻けばよくなり、巻線スペースを確実に確保することができる。ロータセグメントコアとステータとの対向面について、当該対向面の面積を同一とした場合には軸線方向の長さを短縮できる。

なお「ロータ」の形状は、任意であるが、ロータが回転する性質上、円錐状（円錐台を含む），円盤状（円板状），円環状（ドーナツ状）等のような円形状（円に近い多角形状を含む）になる。「ロータセグメントコア」は、所定形状に形成される磁性体（主に軟質磁性体）であって、単体や積層体等の形態を問わない。ロータに対する複数のロータセグメントコアの「配置」は円盤状または円環状に沿う点を除いて任意であるが、通常は「固定」による配置で行う。固定は、ロータの回転数や回転中に外部から受ける力にかかわらず、強固に固定可能な任意の固定手段が該当する。例えば、ボルトやネジ等の締結部材を用いる締結や、母材を溶かすことでハンダ付けやアーク溶接等を行う接合、接着剤を用いて着ける接着などが該当する。「ギャップ」は、磁気回路を形成可能な距離であって、具体的にはロータセグメントコアとステータの所定部位（例えば後述するステータセグメントコア）との間に形成される部位を意味する。通常はエアギャップが該当する。

また、車輪（１０）において、請求項１から９のいずれか一項に記載のアキシャルギャップ型回転電機（１）を有することを特徴とする。この構成によれば、アキシャルギャップ型回転電機が有する作用効果を奏する車輪を提供することができる。

アキシャルギャップ型回転電機の構成例を模式的に示す断面図である。 ステータを構成する加工体の第２加工例を示す平面図である。 ティース部と連結部の構成例を模式的に示す平面図である。 連結部を捻った後の状態を模式的に示す平面図である。 連結部を捻った後の状態を模式的に示す側面図である。 磁性薄板の積層過程を模式的に示す平面図である。 ステータセグメントコアの第１構成例を模式的に示す平面図である。 ステータセグメントコアの第１構成例を模式的に示す側面図である。 複数の板状部材を積層させた後の状態を模式的に示す平面図である。 図９に示すＸ−Ｘ線の断面図である。 ステータ巻線を巻回した後の状態を模式的に示す平面図である。 図１１に示すXII−XII線の断面図である。 ロータの第１構成例を模式的に示す平面図である。 図１３に示すXIV−XIV線の断面図である。 磁気回路を説明する模式図である。 車輪の構成例を模式的に示す断面図である。 ロータの第２構成例を模式的に示す平面図である。 磁石部の第１係止例を模式的に示す断面図である。 磁石部の構成例を模式的に示す断面図である。 磁気回路を説明する模式図である。 ロータの第３構成例を模式的に示す平面図である。 極間材の第１係止例を模式的に示す断面図である。 磁気回路を説明する模式図である。 ステータセグメントコアの第２構成例を模式的に示す平面図である。 ステータセグメントコアの第２構成例を模式的に示す斜視図である。 ステータを構成する加工体の第２加工例を示す平面図である。 磁石部の第２係止例を模式的に示す断面図である。 極間材の第２係止例を模式的に示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的に接続することを意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示しているとは限らない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。

〔実施の形態１〕
実施の形態１は図１〜図１２を参照しながら説明する。図１に示すアキシャルギャップ型回転電機（以下では簡単化するために「回転電機」と呼ぶ。）１は、ステータ２、ロータ３０Ａ，３０Ｂ、ベアリング４、シャフト５などを有する。

ステータ（固定子）２は、複数のステータセグメントコア２１やステータ巻線２４のほかに、図２に示す連結部２２やステータ本体部２３などを有する。このステータ２はシャフト５に任意の固定手段によって固定される。固定手段は、例えばボルトやネジ等の締結部材を用いる締結や、母材を溶かすことでハンダ付けやアーク溶接等を行う接合、接着剤を用いて着ける接着などが該当する。各ステータセグメントコア２１は、図６や図７に示すようにティース部２１ａや複数の磁性薄板２１ｂなどを有する。ステータ２の具体的な構成例や製造工程などについては後述する（図２〜図８を参照）。

ロータ３０Ａ，３０Ｂは、図１に示すように、一のステータ２に対して軸線方向ＸＡにそれぞれギャップＧ（エアギャップ）を挟んで対向させる。本形態の軸線方向ＸＡは「アキシャルギャップ方向」とも呼び、シャフト５の軸方向（図面左右方向）を意味する。ロータ３０Ａ，３０Ｂは、それぞれベアリング４を介してシャフト５に回転可能に支持される。ギャップＧは、ステータ２と複数のロータセグメントコア３１とにおける対向面において、軸線方向ＸＡと直交する平面（すなわち図面上下方向である径方向ＹＳの平面）に対して所定角度θを有して形成される。ロータ３０Ａ，３０Ｂの具体的な構成例などについては後述する（図１３，図１４を参照）。なお、ベアリング４およびシャフト５は、いずれも周知の部材であるので詳細な説明を省略する。

次に、ステータ２の具体的な構成例や製造工程などについて、図２〜図８を参照しながら説明する。ステータ２の製造工程は、加工体形成工程、捻り工程、薄板積層工程、加工体積層工程、巻回工程などで構成される。

〔加工体形成工程〕
図２に示す板状の加工体２Ａは、加工機（例えばプレス金型加工機やレーザー加工機など）によって形成され、積層してステータ２を構成する複数枚のうちの一枚である。この加工体２Ａは、ティース部２１ａ、連結部２２、ステータ本体部２３などを有する。ティース部２１ａは、後述するステータセグメントコア２１の一部を構成する（図７，図８を参照）。円盤状に形成されるステータ本体部２３は、シャフト５を通す穴２３ａ（図２を参照）や、ステータ巻線２４を通す穴２３ｂ（図９を参照）などを有する。連結部２２は、ティース部２１ａとステータ本体部２３とを連結する部位である。本形態の加工体２Ａは、８組のティース部２１ａおよび連結部２２を備える。

〔捻り工程〕
次に、ステータセグメントコア２１の形成工程について、図３〜図８を参照しながら説明する。当該形成工程は、捻り工程と積層工程とを有する。なお、図２に示す８組のティース部２１ａおよび連結部２２は各組とも同一形状であるので、一組のティース部２１ａおよび連結部２２を代表して説明する。

図３に示す本形態のティース部２１ａは、巻線スペースを確実に確保するため、ほぼ台形形状に形成される。ほぼ台形形状の斜辺であるスロープ部位２１ｃは、後述する磁性薄板２１ｂ（図６を参照）のスロープ部位とともに、ギャップＧを構成する対向面のうちの一面に対応する。捻り工程では、加工機（例えば曲げ加工機など）によって連結部２２をほぼ９０度捻り、ティース部２１ａの向きを変える。「ほぼ９０度」には、後述する磁気回路（図１５を参照）を構成可能な範囲の角度を含む。捻った後の状態を図４と図５に示す。図４には、図３と同一方向から見た状態を示す。図５には図４に示す矢印Ｄ２方向から見た状態を示す。

〔薄板積層工程〕
薄板積層工程では、上記捻り工程で捻ったティース部２１ａに対して、複数枚の磁性薄板２１ｂを積層する。本形態の磁性薄板２１ｂはティース部２１ａの形状（図２，図３，図５を参照）と同一形状に形成するが、ティース部２１ａと異なる形状で形成してもよい。積層する磁性薄板２１ｂの枚数も任意（すなわち数枚〜数十枚）であり、厚さや材質等に応じて変わる。図６に示す矢印Ｄ３，Ｄ４のように、ティース部２１ａの両面側から磁性薄板２１ｂを積層する。積層後の状態を図７と図８に示す。図７には、図６と同一方向から見た状態を示す。図８には図７に示す矢印Ｄ５方向から見た状態を示す。こうして図７や図８に示すティース部２１ａが形成される。ティース部２１ａは全体として磁性体であり、後述する磁気回路の一部を構成する（図１５を参照）。

〔加工体積層工程〕
加工体積層工程では、上述した加工体形成工程、捻り工程、薄板積層工程をそれぞれ行った複数枚の加工体２Ａに対し、所要の角度ずつずらして板厚方向に積層する。図９と図１０には、５枚の加工体２Ａを積層した後の状態を示す。図９には、図２と同一方向から見た状態を示す。ただし、ステータセグメントコア２１については一点鎖線から左側半分のみを示し、右側半分は省略している。図１０には図９に示すＸ−Ｘ線の断面を示す。図９および図１０に示すように、積層される複数枚の加工体２Ａは、板厚方向に貫通するように穴２３ａを一致させる。積層後の複数枚の加工体２Ａを以下では「積層加工体２Ｂ」と呼ぶことにする。積層加工体２Ｂが有するステータセグメントコア２１の数（Ｓｃ）は、相数（Ｐｈ）と極数（Ｐｏ）とを乗算した数以上（すなわちＳｃ≧Ｐｈ×Ｐｏ）で設定する。よって、加工体２Ａの枚数（例えば５枚や１０枚等）や所要の角度（例えば３度や１２度等）は、一枚の加工体２Ａが有するティース部２１ａの数に応じて異なる。

〔巻回工程〕
巻回工程では、積層加工体２Ｂにおけるステータセグメントコア２１の相互間にステータ巻線２４の巻回（巻き回すこと）を行う。ステータ巻線２４は、相数（例えば二相，三相，六相等）に応じて、複数のコイルエンド２４ａを用いて一本状に接続される。よってステータ巻線２４の巻回は、相ごとに、図１に示す軸線方向ＸＡとは異なる方向（すなわち軸線方向と交差する方向）に行う。図１１と図１２には巻回後の状態を示す。ただし図１１と図１２には、三相（例えばＵ相巻線２４Ｕ，Ｖ相巻線２４Ｖ，Ｗ相巻線２４Ｗ）の巻回例を示し、一部を除いて一相（Ｕ相巻線２４Ｕ）のみを示す。また図１２に示すように、内径側の幅Ｗ１と外径側の幅Ｗ２とを異ならせて（図１２ではＷ１＞Ｗ２）、ステータセグメントコア２１にステータ巻線２４を巻回する。なお、コイルエンド２４ａ同士の接続と、ステータセグメントコア２１への巻回とは、順不同に行える。以上の製造工程を経て、図１に示すステータ２が製造される。

次に、ロータ３０Ａ，３０Ｂの具体的な第１構成例について、図１３と図１４とを参照しながら説明する。なお、ロータ３０Ａとロータ３０Ｂとは同一構成であるので、以下ではロータ３０Ａを代表して説明する。

図１３と図１４に示すように、ロータ３０Ａはロータ本体部３０や複数のロータセグメントコア３１などを有する。ロータ本体部３０は円盤状または円環状に形成可能であるが、本形態では円盤状に形成している。このロータ本体部３０は、上述した穴２３ａと同心軸上にあり、穴２３ａよりも大きな穴３２を有する。複数のロータセグメントコア３１は板状に形成された磁性体であり、図１３に示すように円環状に沿って配置して固定される。各ロータセグメントコア３１の固定は、ロータ本体部３０の周縁部に直接行ってもよく、当該周縁部の内周側に形成されたボス（図示せず）に対して行ってもよい。固定手段は上述した通りである。隣り合うロータセグメントコア３１同士を磁気的に分離するため、ギャップＧｂ（図１５を参照）が設けられる。ロータセグメントコア３１の数は、上述した極数（Ｐｏ）に相当する。各ロータセグメントコア３１の一面（具体的には図１４の左側端面）は、ギャップＧを構成する対向面のうちの一面に対応する。

ステータ２とロータ３０Ａ，３０Ｂとをシャフト５上に配置すると、図１に示す回転電機１のようになる。ステータ２は、軸線方向ＸＡの中央側に位置させてシャフト５に固定する。ロータ３０Ａ，３０Ｂは、当該中央側に向き合うようにベアリング４を介してシャフト５に組み付ける。ロータ３０Ａ，３０Ｂを組み付ける際には、ステータ２のステータセグメントコア２１にかかるスロープ部位２１ｃを含む面と、ロータセグメントコア３１の一面とがギャップＧだけ空くように設定する。ギャップＧが小さく（狭く）なるにつれて磁束が流れ易くなる（すなわち駆動トルクが増える）。その反面、衝突等のように大きな外力を受ける場合にはステータセグメントコア２１とロータセグメントコア３１とが接触し易くなる。よって磁束の流れ易さと両コアの接触防止とを考慮し、適切な間隔値（例えば０．３〜１．５[mm]）のギャップＧを設定する。

次に、ステータ２とロータ３０Ａ，３０Ｂとの間に形成される磁気回路について、図１５を参照しながら説明する。当該図１５は、図１の図面上側から見た模式図であって、説明に必要な要素のみを図示する。例えばステータ巻線２４については、電流を流す巻線のみを示し、ステータセグメントコア２１に巻回される全ての巻線ではない。

図１５に示す例は、回転するロータ３０Ａ，３０Ｂにおいて対向する一組のロータセグメントコア３１の相互間に、三つのステータセグメントコア２１（すなわち括弧に図示する２１Ｌ，２１Ｍ，２１Ｒ）が位置する時点の状態を示す。各ステータセグメントコアについて電流が流れる巻線数を２１Ｌ＞２１Ｍ＞２１Ｒとなるように制御すると、図示する磁気回路ＭＣ１が形成される。当該磁気回路ＭＣ１は、ロータ３０Ａのロータセグメントコア３１→（ギャップＧ）→ステータセグメントコア２１Ｒ→（ギャップＧ）→ロータ３０Ｂのロータセグメントコア３１→（ギャップＧ）→ステータセグメントコア２１Ｌ→（ギャップＧ）→ロータ３０Ａのロータセグメントコア３１→…のように形成される。

図１５に示す時点において、ロータ３０Ａのロータセグメントコア３１は、図面左側がＳ極になり、図面右側がＮ極になる。一方、ロータ３０Ｂのロータセグメントコア３１は、図面左側がＮ極になり、図面右側がＳ極になる。磁気回路ＭＣ１の形成によって、ロータ３０Ａ，３０Ｂが所定方向（例えば図面右方向）に回転する。ただし、上述した磁気回路ＭＣ１の向きやロータ３０Ａ，３０Ｂの回転方向などについては、電流の向きによっては逆方向になる。

上述のように構成される回転電機１を車輪に適用した例を図１６に示す。当該図１６に示す車輪１０は、回転電機１のほかに、タイヤ６やホイールリム７などを有する。回転電機１を構成するシャフト５は車軸に相当し、ロータ３０Ａ，３０Ｂはホイールキャップを兼ねる。ホイールリム７は、ロータ３０Ａ，３０Ｂを跨いで外径側に固定される。タイヤ６はホイールリム７に取り付けられ、図１６の例ではチューブレスタイヤを示す。回転電機１の作動制御によってロータ３０Ａ，３０Ｂとともにタイヤ６が回転するので、車輪１０を自動車（車輪数を問わない）の駆動輪として用いることができる。

上述した実施の形態１によれば、以下に示す各効果を得ることができる。
（１）回転電機１のロータ３０Ａ，３０Ｂは円盤状に沿って配置されて磁気的に分離される複数のロータセグメントコア３１を有し（図１３を参照）、ギャップＧはステータ２と複数のロータセグメントコア３１とにおける対向面において軸線方向ＸＡと直交する平面に対して所定角度θを有して形成される構成とした（図１を参照）。この構成によれば、軸線方向ＸＡとは異なる方向（例えば図１に示す径方向ＹＳなど）にステータ巻線２４（巻線）を巻けばよくなり、巻線スペースを確実に確保することができる。ロータセグメントコア３１とステータ２との対向面について、当該対向面の面積を同一とした場合には軸線方向ＸＡの長さを短縮することができる。

（２）ステータ２は複数のステータセグメントコア２１を有し（図９を参照）、ステータセグメントコア２１の相互間に巻回されるステータ巻線２４は複数のコイルエンド２４ａを用いて電気的に接続され（図１１を参照）、内径側と外径側とで幅Ｗ１，Ｗ２を異ならせる構成とした（図１２を参照）。この構成によれば、複数のステータセグメントコア２１は磁気的に分離され、かつ、ロータ３０Ａ，３０Ｂと磁路を形成するステータセグメントコア２１のバイパス（例えば特許文献１に記載のヨーク）が不要となるため、ステータ巻線２４の巻線スペースを確実に確保することができる。ステータセグメントコア２１の内径側と外径側とでステータ巻線２４の幅Ｗ１，Ｗ２を異ならせているので、ステータセグメントコア２１（具体的にはティース部２１ａ）をステータ本体部２３に連結する連結部２２のスペースを確実に確保できる。

（３）ステータセグメントコア２１の数（Ｓｃ）は、相数（Ｐｈ）と極数（Ｐｏ）とを乗算した数以上とする構成とした（図９を参照）。この構成によれば、ステータ２には少なくとも相数と極数とに見合うステータセグメントコア２１が存在するので、相数に応じたロータ３０Ａ，３０Ｂの回転制御を行うことができる。

（４）ステータ２はステータ本体部２３，ティース部２１ａを含むステータセグメントコア２１，連結部２２を有し（図２，図７，図８，図９を参照）、連結部２２はティース部２１ａを通じてロータ３０Ａ，３０Ｂとの間で磁気回路ＭＣ１を形成するように捻られる構成とした（図３，図１５を参照）。この構成によれば、ステータ巻線２４によって励起された磁束がロータ３０Ａ，３０Ｂのロータセグメントコア３１と、ステータ２のステータセグメントコア２１との間で軸線方向ＸＡに磁気回路ＭＣ１を形成可能となる。したがって、回転電機１における軸線方向ＸＡの長さをより短縮することができる。

（５）ステータ２は、ステータ本体部２３と、ティース部２１ａと、連結部２２とが一体的に形成されるように加工された加工体２Ａを有する構成とした（図２を参照）。この構成によれば、ティース部２１ａは連結部２２を介してステータ本体部２３と一体化されている。よって、ティース部２１ａを含むステータセグメントコア２１について軸線方向ＸＡの寸法出しが容易になる。

（６）ステータ２は、複数枚の加工体２Ａを所要の角度ずつずらして、板厚方向に積層される積層加工体２Ｂを有する構成とした（図９，図１０を参照）。この構成によれば、必要数（複数枚）が加工された同一形状の加工体２Ａを、所要の角度ずつずらして板厚方向に積層すればよい。一枚の加工体２Ａに形成されるティース部２１ａの数は明確であるので、必要数のステータセグメントコア２１を有する加工体２Ａを容易に構成できる。

（７）車輪１０は回転電機１を有する構成とした（図１６を参照）。この構成によれば、回転電機１が有する作用効果を奏する車輪１０を提供することができる。また、ロータ３０Ａ，３０Ｂはホイールキャップを兼ねており、別個にホイールキャップを必要としない。セグメント状で磁気的に分離した複数のロータセグメントコア３１を備えるロータ３０Ａ，３０Ｂは、タイヤ６やホイールリム７と同期して回転するので、専用の保持部材が不要になる。これらの相乗効果によって、車輪１０全体の製造コストを低減できる。

〔実施の形態２〕
実施の形態２は図１７〜図２０を参照しながら説明する。なお回転電機１や車輪１０の構成等は実施の形態１と同様であり、図示および説明を簡単にするために実施の形態２では実施の形態１と異なる点について説明する。よって実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図１７にはロータ３０Ａ，３０Ｂの第２構成例を示し、図１３のロータ３０Ａ，３０Ｂに変わる構成例である。ロータ３０Ａとロータ３０Ｂとは同一構成であるので、実施の形態１と同様に以下ではロータ３０Ａを代表して説明する。

ロータ３０Ａは、複数のロータセグメントコア３１がロータ本体部３０に対して円環状に沿って配置される点は実施の形態１と同様である。実施の形態１と異なるのは、ロータセグメントコア３１の相互間に一以の磁石部３３を配置する点である。当該配置には、移動不能な固定と、移動可能な保持とを含む。図１７の配置例では、全てのロータセグメントコア３１の相互間にそれぞれ磁石部３３を配置している。磁石部３３は、磁石（永久磁石や電磁石を含む。以下同じである。）を一部または全部に含み、単体でもよく、複数の単体（分割体）を組み合わせて所定形状に構成される複合体でもよい。単体の例を図１８に示し、複合体の例を図１９に示す。永久磁石には、磁場を発生させる任意の永久磁石を用いることができる。例えば、フェライト磁石，アルニコ磁石，サマリウムコバルト磁石，ネオジム鉄ボロン磁石，サマリウム鉄窒素磁石などが該当する。

単体の磁石部３３の具体的な配置例について、図１８を参照しながら説明する。磁石部３３の配置は、かしめで固定されてもよく、ロータセグメントコア３１と同様に固定（固定手段を含む）されもよい。前者のかしめは、例えばロータセグメントコア３１に二点鎖線のように形成された係止部３１ｂを実線のように曲げればよい。ロータセグメントコア３１と磁石部３３との相互間は、ギャップＧａを設けてもよく、接触させてもよい。各磁石部３３は配置方向に沿って磁極が着磁される（図２０を参照）。なお図１８では、磁石部３３はロータセグメントコア３１と区別し易くするためにクロスハッチを付している（後述する図１９および図２０においても同様である）。

複合体の磁石部３３を構成する例について、図１９を参照しながら説明する。図１９には、四つの構成例を示す。左上の構成例である磁石部３３Ｂは、二つの磁性分割体３３Ｂ１，３３Ｂ２を有する。磁性分割体３３Ｂ１，３３Ｂ２は垂直線状の線分で分割される。右上の構成例である磁石部３３Ｃは、二つの磁性分割体３３Ｃ１，３３Ｃ２を有する。磁性分割体３３Ｃ１，３３Ｃ２は斜線状の線分で分割される。左下の構成例である磁石部３３Ｄは、三つの分割体３３Ｄ１，３３Ｄ２，３３Ｄ３を有する。分割体３３Ｄ１，３３Ｄ２，３３Ｄ３は、一部の分割体を非磁性体で構成する。本例では垂直線状の線分で分割され、分割体３３Ｄ１，３３Ｄ３を磁性体とし、分割体３３Ｄ２を非磁性体とする。右下の構成例である磁石部３３Ｅは、三つの分割体３３Ｅ１，３３Ｅ２，３３Ｅ３を有する。分割体３３Ｅ１，３３Ｅ２，３３Ｅ３は斜線状と線分と垂直線状の線分とで分割される。下側二つの構成例に用いる非磁性体としては、例えば樹脂などが該当する。

なお、図１９に示す磁石部３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅの構成例は、あくまで一例に過ぎない。すなわち、二分割や三分割以外の複数分割で構成してもよい。ただし、分割体の数が多くなるほど保持や固定に手間を要するので、大きさや材質等にもよるが現実的には十分割以下にとどまる。また非直線状の線分や非平面（例えば曲面など）で複数分割した分割体のみで構成してもよく、当該分割体と図１９に示す構成の分割体とを含む混合構成としてもよい。

次に、ロータセグメントコア３１の相互間に磁石部３３（図１９に示す磁石部３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅ等を含む。以下同様である。）を配置した場合におけるステータ２とロータ３０Ａ，３０Ｂとの間に形成される磁気回路について、図２０を参照しながら説明する。当該図２０は、実施の形態１における図１５に代わる模式図である。以下では特に明示しない限り、図１５と同様の状態を前提として説明する。

図２０が図１５と異なるのは、上述したようにロータセグメントコア３１の相互間に磁石部３３を配置することで、磁気回路ＭＣ１に加えて、磁石部３３による磁気回路ＭＣ２が形成される点である。磁気回路ＭＣ２は、例えばロータ３０Ａのロータセグメントコア３１→磁石部３３→（ギャップＧ）→磁石部３３→ステータセグメントコア２１Ｒ→（ギャップＧ）→ロータ３０Ｂのロータセグメントコア３１→（ギャップＧ）→ステータセグメントコア２１Ｌ→（ギャップＧ）→ロータ３０Ａのロータセグメントコア３１→…のように形成される。また図示しないが、ロータ３０Ａのロータセグメントコア３１→（ギャップＧ）→ステータセグメントコア２１Ｒ→（ギャップＧ）→ロータ３０Ｂのロータセグメントコア３１→磁石部３３→（ギャップＧ）→ステータセグメントコア２１Ｌ→（ギャップＧ）→磁石部３３→ロータ３０Ａのロータセグメントコア３１→…のように形成される場合もある。さらには、ロータ３０Ａ，３０Ｂの一方または双方に配置される磁石部３３について、磁石部３３の全て（図２０では４つ）を通る磁気回路ＭＣ２が形成される場合もある。磁気回路ＭＣ２がどのような経路で形成されるかは、ロータセグメントコア３１とステータセグメントコア２１との相対的な位置関係や、ロータセグメントコア３１および磁石部３３の長さ（図面左右方向）や形状などに応じて変わる。

上述した実施の形態２によれば、ロータセグメントコア３１の相互間には、配置方向に沿って着磁された磁石部３３を有する構成とした（図１７を参照）。この構成によれば、ステータ巻線２４に電流を流して生じるリラクタンスによって形成される磁気回路ＭＣ１に加えて、磁石部３３による磁気回路ＭＣ２が形成される（図２０を参照）。回転電機１の全体を流れる磁束が増加するので、ロータ３０Ａ，３０Ｂの駆動トルクを高めることができる。その他については実施の形態１と同様の構成であるので、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。

〔実施の形態３〕
実施の形態３は図２１〜図２３を参照しながら説明する。なお回転電機１や車輪１０の構成等は実施の形態１と同様であり、図示および説明を簡単にするために実施の形態３では実施の形態１と異なる点について説明する。よって実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図２１にはロータ３０Ａ，３０Ｂの第３構成例を示し、図１３のロータ３０Ａ，３０Ｂに変わる構成例である。ロータ３０Ａとロータ３０Ｂとは同一構成であるので、実施の形態１と同様に以下ではロータ３０Ａを代表して説明する。

ロータ３０Ａは、複数のロータセグメントコア３１がロータ本体部３０に対して円環状に沿って配置される点は実施の形態１と同様である。実施の形態１と異なるのは、ロータセグメントコア３１の相互間に一以の極間材３４を配置する点である。当該配置には、移動不能な固定と、移動可能な保持とを含む。図２１の配置例では、全てのロータセグメントコア３１の相互間にそれぞれ極間材３４を配置している。任意の非磁性体で形成される極間材３４は、単体でもよく、複数の単体（分割体）を組み合わせて所定形状に構成される複合体でもよい。単体の例を図２２に示す。複合体は、例えば図１９に示す磁石部３３Ｂ，３３Ｃと同様にして複数分割し、各分割体を用いて所定形状に構成すればよい。

極間材３４の具体的な配置例について、図２２を参照しながら説明する。極間材３４の配置は、かしめで固定されてもよく、ロータセグメントコア３１と同様に固定（固定手段を含む）されもよい。前者のかしめは、例えばロータセグメントコア３１に二点鎖線のように形成された係止部３１ｂを実線のように曲げればよい。なお図２２では、極間材３４はロータセグメントコア３１と区別し易くするために斜線ハッチを付している（後述する図２３においても同様である）。

次に、ロータセグメントコア３１の相互間に極間材３４を配置した場合におけるステータ２とロータ３０Ａ，３０Ｂとの間に形成される磁気回路について、図２３を参照しながら説明する。当該図２３は、実施の形態１における図１５に代わる模式図である。以下では特に明示しない限り、図１５と同様の状態を前提として説明する。

図２３が図１５と異なるのは、上述したようにロータセグメントコア３１の相互間に極間材３４を配置する点だけである。ロータセグメントコア３１と極間材３４との相互間は、ギャップＧａを設けてもよく、接触させてもよい。極間材３４は非磁性体であるので、磁束の流れは図１５に示すギャップＧｂと同等になる。したがって、極間材３４を配置した場合でも図１５と同等の磁気回路ＭＣ１が形成される。

上述した実施の形態３によれば、ロータセグメントコア３１の相互間には、隣接するステータセグメントコア２１によってかしめられて固定される非磁性の極間材３４を有する構成とした（図２１を参照）。この構成によれば、極間材３４がロータセグメントコア３１相互間の隙間を埋めることで、ロータ３０Ａ，３０Ｂの外径および内径の寸法出しが容易になる。その他については実施の形態１と同様の構成であるので、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。

〔実施の形態４〕
実施の形態４は図２４と図２５を参照しながら説明する。なお回転電機１や車輪１０の構成等は実施の形態１〜３と同様であり、図示および説明を簡単にするために実施の形態３では実施の形態１〜３と異なる点について説明する。よって実施の形態１〜３で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図２４および図２５に示すステータセグメントコア２１は、実施の形態１〜３に示すステータセグメントコア２１に代わる構成である（図７を参照）。図２４および図２５に示すステータセグメントコア２１は、端側に積層される磁性薄板２１ｂの両端部からそれぞれ配置方向に延び、外径側（図面上側）になるほど幅が広くなるツバ部位２１ｄを有する。すなわち一つのステータセグメントコア２１には、四つのツバ部位２１ｄを有する。ツバ部位２１ｄも磁性体で形成されるので、当該ツバ部位２１ｄを通じてロータセグメントコア３１や磁石部３３に磁束を流すことができる。

上述した実施の形態４によれば、ステータセグメントコア２１（具体的には端側に積層される磁性薄板２１ｂ）は、端部から配置方向に延び、外径側になるほど幅が広くなるツバ部位２１ｄを有する構成とした（図２４，図２５を参照）。この構成によれば、ステータセグメントコア２１だけでなく、その端部に備えるツバ部位２１ｄとギャップＧを介してロータセグメントコア３１との間にも磁束が流れる。すなわち、ステータ２とロータ３間の対向面積が増加するので、ロータ３０Ａ，３０Ｂの駆動トルクをさらに高めることができる。その他については実施の形態１〜３と同様の構成であるので、実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態１〜４に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

上述した実施の形態１〜４に示す加工体２Ａは、ステータ本体部２３の外周側にティース部２１ａおよび連結部２２を備える構成とした（図２を参照）。この構成に代えて、図２６に示すように、ステータ本体部２３の外周側および内周側の双方にティース部２１ａおよび連結部２２を備える構成としてもよい。図２６の構成例では、外周側および内周側のティース部２１ａは同じ位置（部位）から連結部２２を介して形成しているが、異なる位置（部位）から連結部２２を介して形成してもよい。外周側に形成する数と内周側に形成する数とを異ならせてもよい。一つの加工体２Ａに形成されるティース部２１ａが多くなるほど、同数のステータセグメントコア２１を備える回転電機１を構成するにあたって加工体２Ａの数を少なく抑えることができる。その他については実施の形態１〜４と同様であるので、実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。

図示しないが、内周側にのみティース部２１ａおよび連結部２２を備える構成としてもよい。同じ駆動トルクを得る回転電機１を構成するにあたって体格を小さく抑えることができる。その他については実施の形態１〜４と同様であるので、実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態２に示す磁石部３３（図１８を参照）と、実施の形態３に示す極間材３４（図２２を参照）とは、内径側（図面下側）の幅が外径側（図面上側）の幅よりも小さくする構成とした。この形態に代えて、内径側の幅が外径側の幅よりも大きくする構成としてもよい。図１８に対応する磁石部３３の構成例を図２７に示し、図２２に対応する極間材３４の構成例を図２８に示す。磁石部３３や極間材３４の形状が相違するに過ぎないので、実施の形態２，３と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態２ではロータセグメントコア３１の相互間に磁石部３３のみを配置する構成とし（図１７を参照）、実施の形態３ではロータセグメントコア３１の相互間に極間材３４のみを配置する構成とした（図２１を参照）。この形態に代えて、ロータセグメントコア３１の相互間に磁石部３３と極間材３４とを混在させる構成としてもよい。例えば、磁石部３３と極間材３４とを交互に配置したり、複数の磁石部３３または複数の極間材３４のいずれかを連続的に配置したり、磁石部３３と極間材３４とをランダムに配置したりする。いずれの配置についても、磁石部３３の数と極間材３４の数は任意に設定できる。磁石部３３や極間材３４の配置が相違するに過ぎないので、実施の形態２，３と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態１〜４では、回転電機１は、一のステータ２に対して軸線方向ＸＡにギャップＧを挟んで二のロータ３０Ａ，３０Ｂを対向させる構成とした（図１等を参照）。この形態に代えて、二のステータに対して軸線方向ＸＡにギャップＧを挟んで一のロータを対向させる構成としてもよい。図１ではステータ２が「ロータ」に対応し、ロータ３０Ａ，３０Ｂが「ステータ」に対応する。このように構成しても、ステータセグメントコア２１とロータセグメントコア３１とは相対的な関係であるので、図１５，図２０，図２３に示す磁気回路ＭＣ１，ＭＣ２を形成できる。よって、実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態１〜４では、加工体２Ａは八つのティース部２１ａおよび連結部２２を備える構成とした（図２を参照）。この形態に代えて、八つ以外の数でティース部２１ａおよび連結部２２を備える構成としてもよい。言い換えると、ティース部２１ａの大きさや形状等に応じて加工体２Ａに備える数が変わる。ティース部２１ａの数が変われば、当然に積層加工体２Ｂとして積層する加工体２Ａの数も変わる。ティース部２１ａの数の相違に過ぎないので、実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態１〜４に示すステータセグメントコア２１は、内径側の幅Ｗ１を外径側の幅Ｗ２よりも大きくする構成とした（図１２を参照）。この形態に代えて、内径側の幅Ｗ１を外径側の幅Ｗ２よりも小さくする構成としてもよく（Ｗ１＜Ｗ２）、内径側の幅Ｗ１と外径側の幅Ｗ２とを同じにする構成としてもよい（Ｗ１＝Ｗ２）。内径側と外径側の幅が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態４では、一つのステータセグメントコア２１に四つのツバ部位２１ｄを備える構成とした（図２４，図２５を参照）。この形態に代えて、四つを除く一つから三つのツバ部位２１ｄを備える構成としてもよい。ツバ部位２１ｄが全く無い場合に比べると、駆動トルクを向上させることができる。

上述した実施の形態１〜４では、回転電機１を自動車の駆動輪である車輪１０に適用した（図１６を参照）。この形態に代えて、自動車以外の輸送機器（例えば自転車の駆動輪、機関車や電車の駆動輪、船舶のプロペラなど）に適用することもできる。対象となる輸送機器の相違に過ぎないので、実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。

１ 回転電機
２ ステータ（固定子）
２１ ステータセグメントコア
２４ ステータ巻線
３０Ａ，３０Ｂ ロータ（回転子）
３１ ロータセグメントコア
θ 所定角度
Ｇ ギャップ
ＸＡ 軸線方向
ＹＳ 径方向

Claims (10)

1. 一のステータに対して軸線方向にギャップを挟んで二のロータを対向させたアキシャルギャップ型回転電機において、
   前記ロータは、円盤状または円環状に沿って配置され、磁気的に分離される複数のロータセグメントコア（３１）を有し、
   前記ギャップは、前記ステータと前記複数のロータセグメントコアとにおける対向面において、前記軸線方向と直交する平面に対して所定角度（θ）を有して形成されることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
2. 前記ステータは、複数のステータセグメントコア（２１）を有し、
   前記ステータセグメントコアの相互間に巻回されるステータ巻線（２４）は、複数のコイルエンドを用いて電気的に接続され、内径側と外径側とで幅を異ならせることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
3. 前記ステータセグメントコアの数は、相数と極数とを乗算した数以上とすることを特徴とする請求項２に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
4. 前記ステータは、ステータ本体部（２３）と、磁性薄板が積層されるティース部（２１ａ）と、前記ステータ本体部と前記ティース部とを連結する連結部（２２）とを有し、
   前記連結部は、前記ティース部を通じて前記ロータとの間で磁気回路（ＭＣ１，ＭＣ２）を形成するように捻られることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
5. 前記ステータは、前記ステータ本体部と、前記ティース部と、前記連結部とが一体的に形成されるように加工された加工体（２Ａ）を有することを特徴とする請求項４に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
6. 前記ステータは、複数の前記加工体を所要の角度ずつずらして、板厚方向に積層される積層加工体（２Ｂ）を有することを特徴とする請求項５に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
7. 前記ロータセグメントコアの相互間には、配置方向に沿って着磁された磁石部（３３）を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
8. 前記ロータセグメントコアの相互間には、隣接する前記ステータセグメントコアによってかしめられて固定される非磁性の極間材（３４）を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
9. 前記ステータセグメントコアは、端部から配置方向に延び、前記内径側または前記外径側になるほど幅が広くなるツバ部（２１ｄ）を有することを特徴とする請求項２から８のいずれか一項に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のアキシャルギャップ型回転電機を有することを特徴とする車輪。

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