JP2021087331A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】奇数ターンのコイルが形成されているステータを備えたアキシャル型の回転電機を実現する。【解決手段】回転電機は、アキシャル型であり、ステータが三相の波巻コイルを有している。各相のコイル線は、ステータの径方向内側と外側を往復するとともに、ステータの軸方向に並んでいる第１環状領域と第２環状領域の双方を通過しながらステータの周方向に奇数ターン周回している。この回転電機では、電気角１８０度の範囲において、ステータの周方向に第１相コイル線が通過している第１相領域、第２相コイル線が通過している第２相領域、第３相コイル線が通過している第３相領域がこの順に並んでいる。第１相領域では、第１相コイル線が第１環状領域をｎ（ｎ≧１）回通過するとともに第２環状領域をｎ＋１回通過し、第２相領域では、第２相コイル線が第１環状領域をｎ＋１回通過するとともに第２環状領域をｎ回通過している。【選択図】 図４

Description

本明細書は、回転電機に関する技術を開示する。特に、本明細書は、アキシャル型の回転電機のステータに関する技術を開示する。

特許文献１に、アキシャル型の回転電機のステータが開示されている。特許文献１では、配線パターンが形成された実質的に同一のコイルプレートを接合している。その結果、各相のコイルは、ステータの径方向内側と外側を往復するとともに、ステータの軸方向に並んでいる２段の環状領域の双方を通過しながらステータの周方向に周回する構造を形成している。すなわち、特許文献１のステータは、各相のコイルが波巻状である。特許文献１では、上記構造により、コイルのターン数（周回数）を多く確保しながら、薄型のステータを実現している。

特開２００８−６１３５７号公報

上記したように、特許文献１は、実質的に同一のコイルプレートを接合している。すなわち、特許文献１では、ステータの軸方向（ロータの回転軸方向）において、Ｕ相コイル同士、Ｖ相コイル同士、Ｗ相コイル同士を対向させている。このような構造は、コイルのターン数が偶数である場合は有用である。しかしながら、各相のコイルが奇数ターンの場合、各相において軸方向でコイル同士が対向しない部分が生じ、無駄なスペースが生じる。換言すると、特許文献１の技術では、各相のコイルが奇数ターンの場合、ステータのサイズが増大したり、各相の電気角にずれが生じることがある。そのため、各相のコイルが奇数ターンであるステータを備える回転電機においては、新たな構造のステータを開発することが必要とされている。本明細書は、奇数ターンのコイルが形成されているステータを備えた新規なアキシャル型の回転電機を実現する技術を提供する。

本明細書で開示する第１技術は、アキシャル型の回転電機である。この回転電機は、ステータが三相の波巻コイルを有していてよい。各相のコイル線は、ステータの径方向内側と外側を往復するとともに、ステータの軸方向に並んでいる第１環状領域と第２環状領域の双方を通過しながらステータの周方向に奇数ターン周回していてよい。この回転電機では、電気角１８０度の範囲において、ステータの周方向に第１相コイル線が通過している第１相領域、第２相コイル線が通過している第２相領域、第３相コイル線が通過している第３相領域がこの順に並んでいてよい。また、第１相領域では、第１相コイル線が第１環状領域をｎ（ｎ≧１）回通過するとともに第２環状領域をｎ＋１回通過し、第２相領域では、第２相コイル線が第１環状領域をｎ＋１回通過するとともに第２環状領域をｎ回通過していてよい。

本明細書で開示する第２技術は、上記第１技術の回転電機であって、ステータの軸心と同心の円筒面に現れる各相のコイル群の断面を観察したときに、各相のコイル線がｎ＋１回通過する環状領域における各相のコイル線が存在する範囲をステータの軸方向に伸ばした範囲内に、各相のコイル線がｎ回通過する環状領域における同相のコイル線が存在していてよい。

本明細書で開示する第３技術は、上記第２技術の回転電機であって、ステータが、各相のコイル線を支持するコアを有していないコアレス構造であってよい。また、上記した範囲の周方向端部よりも内側に、各相のコイル線がｎ回通過する環状領域における同相のコイル線が存在していてよい。

本明細書で開示する第４技術は、上記第３技術の回転電機であって、各相のコイル線がｎ回通過する環状領域におけるコイル線が、上記した範囲内で隣り合うコイル線の周方向中点をステータの軸方向に伸ばした直線上に存在していてよい。

本明細書で開示する第５技術は、上記第１から第４技術のいずれかの回転電機であって、ステータの軸心と同心の円筒面に現れるコイル線の断面を観察したときに、第１相領域において第１相コイル線が成す形状が、第２相領域において第２相コイル線が成す形状を１８０度回転させた形状であってよい。

第１技術によると、２段の環状領域（第１環状領域、第２環状領域）のうちのいずれか一方に、コイル線が存在しない空間が集中することを防止することができる。例えば、各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のコイル線がステータを３ターン周回する場合、全てのコイル線において、第１環状領域を１ターン周回させ、第２環状領域を２ターン周回させると、電気角１８０度において、第１環状領域をコイル線が合計３回、第２環状領域をコイル線が合計６回通過する。その結果、第２環状領域において、コイル線３ターン分（３スロット分）の空間が生じる。

しかしながら、第１技術によると、例えば第１相，第２相，第３相が各々Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の場合、Ｕ相コイル線が第１環状領域を１ターン周回し、Ｖ相コイル線が第１環状領域を２ターン周回する。また、Ｕ相コイル線は第２環状領域を２ターン周回し、Ｖ相コイル線は第２環状領域を１ターン周回する。Ｕ相コイル線とＶ相コイル線に着目すると、コイル線は、第１環状領域及び第２環状領域を３回通過する。Ｗ相コイル線は第１環状領域又は第２環状領域を２ターン周回するので、コイル線は、第１環状領域又は第２環状領域を最大で５回通過する。すなわち、第１技術によると、上記した全てのコイル線を第１環状領域に１ターン周回させ、第２環状領域に２ターン周回させる形態と比較して、波巻コイル（ステータ）の周方向サイズを小さくすることができる。

なお、各相のコイル線がステータを３ターン周回する場合、電気角１８０度の範囲において上記した関係を満足していればよく、次の電気角１８０度の範囲では、Ｕ相コイル線が第１環状領域を２ターン，第２環状領域を１ターン周回し、Ｖ相コイル線が第１環状領域を１ターン，第２環状領域を２ターン周回してもよい。この場合、次の電気角１８０度の範囲では、例えば、第１相，第２相，第３相を各々Ｖ相，Ｕ相，Ｗ相と捉えればよい。なお、第１技術は、コイル線がステータを５ターン以上周回する形態にも適用することができる。すなわち、第１技術は、コイルのターン数が「２ｎ＋１回（ｎ≧１）」のステータを利用する回転電機の何れにも適用することができる。

第２技術によると、各相のコイル線をまとまった範囲に集合させることができる。その結果、波巻コイル（ステータ）の周方向において、各相のコイル線が存在する領域（第１相領域，第２相領域，第３相領域）が重複することが抑制される。第１環状領域と第２環状領域で他相のコイル同士が対向することが抑制され、回転電機の各相の出力を最適な間隔（電気角１２０度間隔）に近づけることができる。

第３技術によると、各相のコイル線が存在する領域が重複することがさらに抑制され、回転電機の各相の出力を最適な間隔（電気角１２０度間隔）にさらに近づけることができる。なお、第３技術では、波巻コイルを軸方向から観察すると、第１環状領域を通過するコイル線と第２環状領域を通過するコイル線が周方向にずれた位置に存在する。第３技術では、ステータをコアレス構造にすることによって、第１環状領域を通過するコイル線と第２環状領域を通過するコイル線が周方向にずれた形態を容易に実現している。

第４技術によると、回転電機の各相の出力を最適な間隔（電気角１２０度間隔）にすることができる。回転電機の効率（出力効率）が向上し、高出力の回転電機を実現することができる。

第５技術によると、第１相領域と第２相領域を軸方向で部分的に重複させることが容易となり、波巻コイル（ステータ）の周方向サイズを小型化することができる。

回転電機の斜視図を示す。 回転電機の分解斜視図を示す。 第１実施例の波巻コイルについて、第１相コイル線の部分拡大図を示す。 第１実施例の波巻コイルについて、各相のコイル線の配置図を示す。 第１実施例の波巻コイルの変形例を示す。 第２実施例の波巻コイルについて、各相のコイル線の配置図を示す。 第３実施例の波巻コイルについて、各相のコイル線の配置図を示す。 第４実施例の波巻コイルについて、各相のコイル線の配置図を示す。

（特許請求の範囲との対応関係）
図面を参照し、アキシャルギャップモータ１００について説明する。まず、以下に説明するアキシャルギャップモータ１００と特許請求の範囲で用いている用語との対応関係を説明する。アキシャルギャップモータ１００は、アキシャル型の回転電機の一例である。Ｕ相コイル線２０Ｕ，Ｖ相コイル線２０Ｖ及びＷ相コイル線２０Ｗは、各々第１相コイル線，第２相コイル線及び第３相コイル線の一例である。Ｕ相領域３４Ｕ，Ｖ相領域３４Ｖ及びＷ相領域３４Ｗは、各々第１相領域，第２相領域及び第３相領域の一例である。

（アキシャルギャップモータ）
図１及び図２を参照し、アキシャルギャップモータ１００について説明する。アキシャルギャップモータ１００は、ロータ２とステータ１０を備えている。ステータ１０は、波巻コイル２０とコイルプレート１２を有している。波巻コイル２０は、三相のコイル線（Ｕ相コイル線２０Ｕ，Ｖ相コイル線２０Ｖ，Ｗ相コイル線２０Ｗ）の集合体であり、コイルプレート１２内に収容されている。波巻コイル２０では、各相のコイル線は、ステータ１０の径方向内側と外側を往復しながら、ステータ１０の周方向２０Ｒに３ターン周回している。

波巻コイル２０（ステータ１０）は、コイル線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗを支持するステータコア（ヨーク，ティース等）を有していないコアレス構造である。すなわち、コイル線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗ自身が径方向内側と外側を往復しながら周方向２０Ｒに周回することによって、波巻コイル２０が形成されている。なお、Ｕ相コイル線２０Ｕの一端はＵ相端子２２Ｕに接続されており、Ｖ相コイル線２０Ｖの一端はＶ相端子２２Ｖに接続されており、Ｗ相コイル線２０Ｗの一端はＷ相端子２２Ｗに接続されている。また、各コイル線２０Ｕ，２０Ｖ及び２０Ｗの他端は、結線部２４で互いに接続されている。波巻コイル２０のさらなる詳細については後述する。

ロータ２は、一対の第１ロータ２ａと第２ロータ２ｂを備えている。第１ロータ２ａは、第１ロータプレート４ａと第１永久磁石６ａを備えている。第２ロータ２ｂは、第２ロータプレート４ｂと第２永久磁石６ｂを備えている。第１ロータ２ａ及び第２ロータ２ｂは、ステータ１０に対して軸線３０方向の両側に、各々永久磁石６ａ，６ｂをステータ１０に対向させた状態で配置されている。換言すると、ステータ１０は、第１ロータ２ａと第２ロータ２ｂの間に配置されている。第１ロータ２ａと第２ロータ２ｂは、軸線３０方向において第１永久磁石６ａと第２永久磁石６ｂの極性（Ｎ極、Ｓ極）が一致する状態で、互いに相対回転不能に固定されている。また、第１ロータ２ａと第２ロータ２ｂ（ロータ２）は、軸線３０方向においてステータ１０との間に隙間を有しており、ステータ１０に対して回転可能である。なお、軸線３０は、ロータ２の回転軸であり、ステータ１０（波巻コイル２０）の中心軸と捉えることもできる。

（波巻コイル：第１実施例）
図３及び図４を参照し、波巻コイル２０について説明する。図３は、波巻コイル２０を構成しているＵ相コイル線２０Ｕの一部を示している。図４は、波巻コイル２０の電気角１８０度分（図３のＩＶ−ＩＶ曲線の範囲）について、各コイル線（Ｕ相コイル線２０Ｕ，Ｖ相コイル線２０Ｖ，Ｗ相コイル線２０Ｗ）の配置状態を模式的に示している。具体的には、図４は、軸線３０と同心の円筒面（ＩＶ−ＩＶ曲線を含む面）に現れるコイル線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗの断面図である。なお、図４において、（ａ）が波巻コイル２０（ステータ１０）における各コイル線の配置状態を示しており、（ｂ）は従来の波線コイル５２０における各コイル線の配置状態を示している。

図３に示すように、Ｕ相コイル線２０Ｕは、波巻コイル２０（ステータ１０）の径方向内側と外側を往復しながら波巻コイル２０の周方向２０Ｒに３ターン周回している。但し、Ｕ相コイル線２０Ｕの１ターン目のコイル線Ｕ１は、２ターン目のコイル線Ｕ２及び３ターン目のコイル線Ｕ３とは、軸線３０方向において異なる位置を通過している。具体的には、図４に示すように、コイル線Ｕ１は、軸線３０方向において第１ロータ２ａ側（図２も参照）に位置する第１環状領域４０を周回している。一方、コイル線Ｕ２及びコイル線Ｕ３は、第２ロータ２ｂ側に位置する第２環状領域４２を周回している。すなわち、Ｕ相コイル線２０Ｕは、第１環状領域４０を１回通過し、第２環状領域４２を２回通過している。また、コイル線Ｕ２とコイル線Ｕ３は、第２環状領域４２において周方向２０Ｒにずれた位置を周回している。

波巻コイル２０では、Ｕ相コイル線２０Ｕと同様に、Ｖ相コイル線２０Ｖ及びＷ相コイル線２０Ｗも、第１環状領域４０と第２環状領域４２の双方を通過して、周方向２０Ｒに３ターン周回している。具体的には、Ｖ相コイル線２０Ｖは、１ターン目のコイル線Ｖ１及び２ターン目のコイル線Ｖ２は第１環状領域４０を周回し、３ターン目のコイル線Ｖ３は第２環状領域４２を周回している。Ｖ相コイル線２０Ｖは、第１環状領域４０を２回通過し、第２環状領域４２を１回通過している。コイル線Ｖ１とコイル線Ｖ２は、第１環状領域４０において周方向２０Ｒにずれた位置を周回している。また、Ｗ相コイル線２０Ｗは、１ターン目のコイル線Ｗ１は第１環状領域４０を周回し、２ターン目のコイル線Ｗ２及び３ターン目のコイル線Ｗ３は第２環状領域４２を周回している。Ｗ相コイル線２０Ｗは、第１環状領域４０を１回通過し、第２環状領域４２を２回通過している。コイル線Ｗ１とコイル線Ｗ２は、第２環状領域４２において周方向２０Ｒにずれた位置を周回している。波巻コイル２０では、電気角１８０度の範囲１８０ｄにおいて、第１環状領域４０をコイル線（２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗ）が４回周回し、第２環状領域をコイル線（２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗ）が５回周回している。

また、図４に示すように、コイル線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗは、周方向２０Ｒにおいて、各々まとまった領域を通過している。具体的には、Ｕ相コイル線２０ＵはＵ相領域３４Ｕを通過し、Ｖ相コイル線２０ＶはＶ相領域３４Ｖを通過し，Ｗ相コイル線２０ＷはＷ相領域３４Ｗを通過している。波巻コイル２０では、Ｕ相領域３４Ｕ，Ｖ相領域３４Ｖ，Ｗ相領域３４Ｗが、この順番で、周方向２０Ｒに並んでいる。また、各相のコイル線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗが２回通過する環状領域（Ｕ相コイル線２０Ｕ及びＷ相コイル線２０Ｗは第２環状領域４２、Ｖ相コイル線２０Ｖは第１環状領域４０）における各相のコイル線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗが存在する範囲３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗを軸線３０方向に伸ばした範囲よりも内側に、各相のコイル線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗが１回通過する環状領域（Ｕ相コイル線２０Ｕ及びＷ相コイル線２０Ｗは第１環状領域４０、Ｖ相コイル線２０Ｖは第２環状領域４２）における同相のコイル線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗが存在している。

より具体的には、Ｕ相領域３４Ｕでは、第１環状領域４０を通過するコイル線Ｕ１が、第２環状領域４２を通過するコイル線Ｕ２，Ｕ３間の周方向２０Ｒの中点（範囲３２Ｕの中点）を軸線３０方向に伸ばした直線上に存在する。Ｖ相領域３４Ｖでは、第２環状領域４２を通過するコイル線Ｖ３が、第１環状領域４０を通過するコイル線Ｖ１，Ｖ２間の周方向２０Ｒの中点（範囲３２Ｖの中点）を軸線３０方向に伸ばした直線上に存在する。Ｗ相領域３４Ｗでは、第１環状領域４０を通過するコイル線Ｗ１が、第２環状領域４２を通過するコイル線Ｗ２，Ｗ３間の周方向２０Ｒの中点（範囲３２Ｗの中点）を軸線３０方向に伸ばした直線上に存在する。なお、波巻コイル２０では、コイル線Ｕ１，Ｕ２及びＵ３、コイル線Ｖ１，Ｖ２及びＶ３、コイル線Ｗ１，Ｗ２及びＷ３は、正三角形（俵状）に配置されている。また、Ｕ相領域３４Ｕにおいてコイル線Ｕ１，Ｕ２及びＵ３が成す形状は、Ｗ相領域３４Ｗにおいてコイル線Ｗ１，Ｗ２及びＷ３が成す形状と等しく、Ｖ相領域３４Ｖにおいてコイル線Ｖ１，Ｖ２及びＶ３が成す形状を１８０度回転させた形状である。

（波巻コイル２０の変形例）
図５を参照し、波巻コイル１２０について説明する。波巻コイル１２０は、電気角１８０度の範囲内では、コイル線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗが有する特徴は、実質的に波巻コイル２０と同一である。しかしながら、波巻コイル１２０では、電気角０−１８０度の範囲と電気角１８０−３６０度の範囲を比較すると、各領域３４Ｕ，３４Ｖ，３４Ｗ内でコイル線Ｕ１−Ｕ３，Ｖ１−Ｖ３，Ｗ１−Ｗ３が成す形状が互いに１８０度回転している。すなわち、波巻コイル１２０は、電気角０−１８０度の範囲では、コイル線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗは波巻コイル２０と同一に形成されている。しかしながら、電気角１８０−３６０度の範囲では、コイル線Ｕ１は第２環状領域４２を周回し、コイル線Ｕ２及びコイル線Ｕ３は第１環状領域４０を周回し、コイル線Ｖ１及びコイル線Ｖ２は第２環状領域４２を周回し、コイル線Ｖ３は第１環状領域４０を周回し、コイル線Ｗ１は第２環状領域４２を周回し、コイル線Ｗ２及びコイル線Ｗ３は第１環状領域４０を周回している。

（波巻コイル２０，１２０の利点）
図４に示すように、軸線３０方向に並ぶ２領域（第１環状領域４０，第２環状領域４２）を奇数ターン（３ターン）周回する場合、波線コイル５２０のように、各コイル線が第１環状領域４０を１回通過し、第２環状領域４２を２回通過すると、電気角１８０度の構造を実現するために、周方向２０Ｒにおいて、６ターン分（６スロット分）の長さＬ５２０を必要とする。一方、第１環状領域４０には、コイル線３ターン分の隙間５０が形成される。しかしながら、波巻コイル２０では、コイル線２０Ｕ，２０Ｗは、第１環状領域４０を１回通過し、第２環状領域４２を２回通過する。また、コイル線２０Ｖは、第１環状領域４０を２回通過し、第２環状領域４２を１回通過する。

その結果、波巻コイル２０では、電気角１８０度の構造を実現するために、周方向２０Ｒにおいて、５ターン分（５スロット分）の長さＬ２０で済む。波巻コイル１２０も、波巻コイル２０と同様に、電気角１８０度の構造を実現するために、周方向２０Ｒにおいて、５ターン分の長さＬ２０で済む。波巻コイル２０，１２０を用いることにより、ステータ１０のサイズを小型化することができ、小型のアキシャルギャップモータ１００を実現することができる。

図４及び図５に示すように、波巻コイル２０（１２０）では、各相のコイルが通過している領域（Ｕ相領域３４Ｕ，Ｖ相領域３４Ｖ，Ｗ相領域３４Ｗ）の間隔が、周方向２０Ｒに等間隔で出現している。すなわち、Ｕ相領域３４Ｕ，Ｖ相領域３４Ｖ，Ｗ相領域３４Ｗの中心が、各々周方向２０Ｒに６０度離れている。アキシャルギャップモータ１００の各相の位相を１２０度ずらすことができ、モータ出力を最適化することができる。なお、ステータ１０がコアレス構造なので、第１環状領域４０と第２環状領域４２で各相のコイル線の通過位置を容易に調整することができ、各領域３４Ｕ，３４Ｖ，３４Ｗを各々６０度離れた位置に配置することができる。

（第２−第４実施例）
図６から図８を参照し、波巻コイル２２０，３２０，４２０について説明する。波巻コイル２２０−４２０は、波巻コイル２０又は１２０の変形性であり、何れも図１に示すアキシャルギャップモータ１００のステータ１０のコイルとして利用することができる。以下の説明では、波巻コイル２２０−４２０について、波巻コイル２０又は１２０と実質的に同じ構成については、波巻コイル２０又は１２０と同一の参照番号を付すことにより説明を省略することがある。

（第２実施例：波巻コイル２２０）
図６に示す波巻コイル２２０は、ステータコア６０を利用して各コイル線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗが周回している。具体的には、コイル線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗは、ステータコア６０に設けられているティース６２，６２間の空間（スロット）６４を通過して、周方向２０Ｒに３ターン周回している。波巻コイル２２０では、通過するターン数が少ない環状領域４０，４２を通過するコイル線（コイル線Ｕ１，Ｖ３，Ｗ２）は、通過するターン数が多い環状領域４０，４２を通過するコイル線に対向している。具体的には、コイル線Ｕ１はコイル線Ｕ２に対向し、コイル線Ｖ３はコイル線Ｖ２に対向し、コイル線Ｗ２はコイル線Ｗ１に対向している。

上記したように、コイル線Ｕ１，Ｕ２が対向し、コイル線Ｖ２，Ｖ３が対向し、コイル線Ｗ１，Ｗ２が対向している。そのため、波巻コイル２２０は、コイル線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗが２回通過する環状領域４０，４２におけるコイル線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗが存在する範囲３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗを軸線３０方向に伸ばした範囲内に、コイル線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗが１回通過する環状領域４０，４２における同相のコイル線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗが存在しているといえる。そのため、周方向２０Ｒにおいて、Ｕ相領域３４Ｕ，Ｖ相領域３４Ｖ，Ｗ相領域３４Ｗが重複せず、アキシャルギャップモータ１００の各相の位相を１２０度ずらすことができる。

なお、波巻コイル２２０においても、電気角１８０度の範囲内において、周方向２０ＲにＵ相領域３４Ｕ，Ｖ相領域３４Ｖ，Ｗ相領域３４Ｗの順に並んでいる。また、コイル線Ｖ１−Ｖ３が成す形状は、コイル線Ｕ１−Ｕ３が成す形状を１８０度回線させた形状である。そして、コイル線Ｕ３とコイル線Ｖ１が軸線３０方向で対向している。そのため、波巻コイル２２０においても、周方向２０Ｒの５スロット分のスペースに、電気角１８０度分のコイル線を配置することができる。

（第３実施例：波巻コイル３２０）
図７に示すように、波巻コイル３２０では、コイル線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗが、周方向２０Ｒに５ターン周回している。波巻コイル３２０では、Ｕ相領域３４Ｕにおいてコイル線Ｕ１−Ｕ５が成す形状が、Ｗ相領域３４Ｗにおいてコイル線Ｗ１−Ｗ５が成す形状と同一である。また、Ｖ相領域３４Ｖにおいてコイル線Ｖ１−Ｖ５が成す形状は、コイル線Ｕ１−Ｕ５が成す形状及びコイル線Ｗ１−Ｗ５が成す形状を１８０度回転させた形状である。波巻コイル３２０では、電気角１８０度の範囲１８０ｄにおいて、第１環状領域４０を、Ｕ相コイル線２０Ｕ(コイル線Ｕ１，Ｕ２)は２回通過し、Ｖ相コイル線２０Ｖ(コイル線Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３)は３回通過し、Ｗ相コイル線２０Ｗ(コイル線Ｗ１，Ｗ２)は２回通過している。また、第２環状領域４２を、Ｕ相コイル線２０Ｕ(コイル線Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５)は３回通過し、Ｖ相コイル線２０Ｖ(コイル線Ｖ４，Ｖ５)は２回通過し、Ｗ相コイル線２０Ｗ(コイル線Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５)は３回通過している。

波巻コイル３２０では、コイル線Ｕ１−Ｕ３−Ｕ４，Ｕ２−Ｕ４−Ｕ５，Ｖ１−Ｖ２−Ｖ４，Ｖ２−Ｖ４−Ｖ５，Ｗ１−Ｗ３−Ｗ４，Ｗ２−Ｗ４−Ｗ５は、正三角形（俵状）に配置されている。例えば、コイル線Ｕ１−Ｕ３−Ｕ４の配置に着目すると、コイル線Ｕ１は、コイル線Ｕ３，Ｕ４間の周方向２０Ｒの中点に位置している。コイル線Ｕ２−Ｕ４−Ｕ５，Ｖ１−Ｖ２−Ｖ４，Ｖ２−Ｖ４−Ｖ５，Ｗ１−Ｗ３−Ｗ４，Ｗ２−Ｗ４−Ｗ５Ｖも同様の特徴を有している。また、波巻コイル３２０は、コイル線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗが３回通過する環状領域４０，４２におけるコイル線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗが存在する範囲３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗを軸線３０方向に伸ばした範囲内に、コイル線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗが２回通過する環状領域４０，４２における同相のコイル線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗが存在している．そのため、波巻コイル３２０も、Ｕ相領域３４Ｕ，Ｖ相領域３４Ｖ，Ｗ相領域３４Ｗの中心が、各々周方向２０Ｒに６０度離れており、モータ出力を最適化することができる。

（第４実施例：波巻コイル４２０）
図８に示すように、波巻コイル３２０は、波巻コイル３２０と同様に、コイル線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗが、周方向２０Ｒに５ターン周回している。また、電気角１８０度の範囲１８０ｄにおいて、第１環状領域４０を、Ｕ相コイル線２０Ｕ(コイル線Ｕ１，Ｕ２)は２回通過し、Ｖ相コイル線２０Ｖ(コイル線Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３)は３回通過し、Ｗ相コイル線２０Ｗ(コイル線Ｗ１，Ｗ２)は２回通過している。また、第２環状領域４２を、Ｕ相コイル線２０Ｕ(コイル線Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５)は３回通過し、Ｖ相コイル線２０Ｖ(コイル線Ｖ４，Ｖ５)は２回通過し、Ｗ相コイル線２０Ｗ(コイル線Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５)は３回通過している。

なお、波巻コイル３２０では、コイル線Ｕ２は範囲３２Ｕの外側に位置し、コイル線Ｖ４は範囲３２Ｖの外側に位置し、コイル線Ｗ２は範囲３２Ｗの外側に位置している。このような形態であっても、Ｕ相領域３４ＵではＵ相コイル線２Ｕが第１環状領域４０を２回通過するとともに第２環状領域４２を３回通過し、Ｖ相領域３４ＶではＶ相コイル線２０Ｖが第１環状領域４０を２回通過するとともに第２環状領域４２を２回通過し、Ｗ相領域３４ＷではＷ相コイル線２Ｗが第１環状領域４０を２回通過するとともに第２環状領域４２を３回通過することによって、ステータ１０のサイズを小型化することができ、小型のアキシャルギャップモータ１００を実現することができる。

（他の実施形態）
上記実施例では、波巻コイル２２０を除き、波線コイル自身がステータの径方向内側と外側を往復しながら周方向に周回する波巻コイルについて説明した。しかしながら、コイル線を通過させる位置にスロットを備えたステータコアを用意し、ステータコアのスロットにコイル線を通過させてもよい。

波巻コイル２０，１２０，２２０，３２０では、第１環状領域と第２環状領域を通過するコイル線が正三角形に配置されている形態について説明した。しかしながら、例えば、波線コイル２０において、コイル線Ｕ１−Ｕ２―Ｕ３が二等辺三角形を形成していてもよい。すなわち、第１環状領域４０を通過するコイル線Ｕ１が、第２環状領域４２を通過するコイル線Ｕ２，Ｕ３の周方向の中点を軸線３０方向に伸ばした直線上に位置していればよい。このことは、実施例においてコイル線が正三角形に配置されていると説明した全ての構成について適用される。

波巻コイル２０，１２０，２２０，３２０は、Ｕ相コイル線とＷ相コイル線が成す形状が同一であり、Ｖ相コイル線が成す形状はＵ相コイル線が成す形状を１８０度回転させた形状である。しかしながら、Ｗ相コイル線が成す形状は、Ｖ相コイル線が成す形状と同一であってもよい。ステータの周方向で隣り合う相を構成するコイル線が成す形状が互いに１８０度回転していればよい。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：ステータ
２０：波巻コイル
２０Ｕ：Ｕ相コイル線
２０Ｖ：Ｖ相コイル線
２０Ｗ：Ｗ相コイル線
４０：第１環状領域
４２：第２環状領域
３４Ｕ：Ｕ相領域（第１相領域）
３４Ｖ：Ｖ相領域（第２相領域）
３４Ｗ：Ｗ相領域（第３相領域）
１００：回転電機

Claims (5)

1. アキシャル型の回転電機であって、
   ステータが三相の波巻コイルを有しており、
   各相のコイル線が、ステータの径方向内側と外側を往復するとともに，ステータの軸方向に並んでいる第１環状領域と第２環状領域の双方を通過しながらステータの周方向に奇数ターン周回しており、
   電気角１８０度の範囲において、ステータの周方向に第１相コイル線が通過している第１相領域、第２相コイル線が通過している第２相領域、第３相コイル線が通過している第３相領域がこの順に並んでおり、
   第１相領域では、第１相コイル線が第１環状領域をｎ（ｎ≧１）回通過するとともに第２環状領域をｎ＋１回通過し、
   第２相領域では、第２相コイル線が第１環状領域をｎ＋１回通過するとともに第２環状領域をｎ回通過している、回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機であって、
   ステータの軸心と同心の円筒面に現れる各相のコイル線の断面を観察したときに、各相のコイル線がｎ＋１回通過する環状領域における各相のコイル線が存在する範囲をステータの軸方向に伸ばした範囲内に、各相のコイル線がｎ回通過する環状領域における同相のコイル線が存在している、回転電機。
3. 請求項２に記載の回転電機であって、
   ステータが、各相のコイル線を支持するコアを有していないコアレス構造であり、
   前記範囲の周方向端部よりも内側に、各相のコイル線がｎ回通過する環状領域における同相のコイル線が存在している、回転電機。
4. 請求項３に記載の回転電機であって、
   各相のコイル線がｎ回通過する環状領域におけるコイル線が、前記範囲内で隣り合うコイル線の周方向の中点をステータの軸方向に伸ばした直線上に存在する、回転電機。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機であって、
   ステータの軸心と同心の円筒面に現れるコイル線の断面を観察したときに、第１相領域において第１相コイル線が成す形状が、第２相領域において第２相コイル線が成す形状を１８０度回転させた形状である、回転電機。

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