JP2014241712A - アキシャルギャップ型回転電機の固定子およびアキシャルギャップ型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】固定子巻線を高密度で巻回できるアキシャルギャップ型回転電機の固定子およびアキシャルギャップ型回転電機を提供する。【解決手段】アキシャルギャップ型回転電機の固定子は、支持体と、支持体の周縁部に沿って周方向ＣＤに交互に配置された複数のコア部２２および複数のスロット２３と、複数相を構成してアキシャル方向ＡＸに積層された複数の巻線層を形成する複数の固定子巻線２１とを備え、各巻線層において複数の固定子巻線２１の収容部は支持体の中心軸を中心とする対応する仮想円Ｉｍに沿って複数のスロット２３に順次収容され、各巻線層において各巻線の収容部のうちの対応する仮想円Ｉｍに沿って周方向ＣＤに配置された対応する各２つの収容部はコア部２２から突出する突出部と連続し、突出部は少なくとも一部がアキシャル方向ＡＸに曲げられ複数の巻線層のうちの隣接する別の巻線層に重なっている。【選択図】図１３

Description

本発明は、アキシャル方向にギャップを介して回転子が対向するアキシャルギャップ型回転電機の固定子と、当該固定子を有するアキシャルギャップ型回転電機とに関する。

従来では、複雑なインタレーシング巻線プロセス、またはヘアピン導体を必要としないことを目的とするステータ巻線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）。このステータ巻線は、各直線セグメントがステータコアの中心軸から同一の半径方向距離にある構成のカスケードされた巻線パターンを形成する。

特許第４１０５１１１号公報

しかし、特許文献１に記載の技術はラジアル型のオルタネータに適用されるものであり、アキシャルギャップ型のオルタネータにそのまま適用することは困難である。すなわち、固定子巻線が内径側や外径側を含めてラジアル方向（径方向や放射方向とも呼ぶ。以下同じ。）に巻回（巻き回すことを意味する。以下同じ。）されるため、高密度で巻回し、体格を抑えることが困難であった。

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、第１の目的は、固定子巻線を高密度で巻回できるアキシャルギャップ型回転電機の固定子およびアキシャルギャップ型回転電機を提供することである。第２の目的は、固定子全体の体格を抑えられるアキシャルギャップ型回転電機の固定子およびアキシャルギャップ型回転電機を提供することである。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、アキシャル方向（ＡＸ）にギャップ（Ｇ）を介して回転子（５０，５０Ａ，５０Ｂ）が対向するアキシャルギャップ型回転電機（１００）の固定子（１０）であって、支持体（３０）と、前記支持体の周縁部に沿って周方向（ＣＤ）に交互に配置された複数のコア部（２２，２２Ａ，２２Ｂ）および複数のスロット（２３）と、複数の相をそれぞれ構成するとともに、前記複数のコア部に巻回され、前記アキシャル方向に積層された複数の巻線層を形成する複数の固定子巻線（２１）とを備え、前記各巻線層において、前記複数の固定子巻線の収容部（２１ｅ）は、前記支持体の中心軸（Ｏ）を中心とする対応する仮想円（Ｉｍ）に沿って前記複数のスロットに順次収容され、前記各巻線層において、前記固定子巻線の前記収容部のうちの前記対応する仮想円に沿って周方向に配置された対応する各２つの収容部は、前記コア部から突出する突出部（２１ｄ）と連続しており、前記突出部は、少なくとも一部が前記アキシャル方向に曲げられ、前記複数の巻線層のうちの隣接する別の巻線層に重なっていることを特徴とする。この構成によれば、隣接する巻線層の固定子巻線と重なるように巻回するので、高密度で巻回することができる。

第２の発明は、前記折返部は、前記支持体に成形される貫通孔（３４）に位置することを特徴とする。この構成によれば、貫通孔に位置させた折返部から固定子巻線を巻回すればよいので、巻回作業を容易に行うことができる。

第３の発明は、前記突出部は、前記スロットのＮ層（Ｎは１以上の整数）から延び、Ｎ＋１層またはＮ−１層のいずれか一方の巻線層で他の前記突出部とオーバーラップし、他の前記スロットのＮ層に入るように曲げられる曲部（２１ｆ）を有することを特徴とする。この構成によれば、固定子巻線の一部をオーバーラップさせて無駄な空間を抑制することができるので、ラジアル方向における固定子全体の体格を抑えられる。

なお、「アキシャルギャップ型回転電機」は回転する部位（例えば軸やシャフト等）を有する機器であれば任意である。例えば、発電機，電動機，電動発電機等が該当する。「固定子巻線」は、一本状の導線でもよく、複数のＵ字状導体が電気的に接続されて一本状に成形される導線でもよい。「連続する」は、一本状の導線や、複数のＵ字状導体が電気的に接続された導線のように、導線が繋がっていることを意味する。

固定子の構成例を模式的に示す断面図である。 コア部の構成例を模式的に示す側面図である。 図２の矢印III方向から見たコア部の第１構成例を模式的に示す図である。 コア部の第２構成例を模式的に示す図である。 固定子の構成例を模式的に示す平面図である。 巻回前の固定子巻線の一例を示す図である。 巻回前の固定子巻線にかかる中間点の第１構成例を示す図である。 巻回前の固定子巻線にかかる中間点の第２構成例を示す図である。 固定子巻線の加工例（曲げ例）を示す図である。 図９の矢印Ｘ方向から見た固定子巻線の第１加工例を示す図である。 図９の矢印Ｘ方向から見た固定子巻線の第２加工例を示す図である。 外径側にかかる固定子巻線の第１巻回例を示す模式図である。 固定子巻線をスロットに収容した状態を示す模式図である。 図１２の矢印XIV方向から見た固定子巻線の巻回例を示す側面図である。 巻回後の固定子を模式的に示す側面図である。 図１５に示すXVI−XVI線の断面図である。 回転子の構成例を模式的に示す平面図である。 回転電機および車輪の構成例を模式的に示す断面図である。 外径側にかかる固定子巻線の第２巻回例を示す模式図である。 内径側にかかる固定子巻線の巻回例を示す平面図である。 固定子巻線の第３巻回例を示す断面図である。

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。以下では、アキシャルギャップ型回転電機を単に「回転電機」と呼ぶことにする。

〔実施の形態１〕
実施の形態１は図１〜図１８を参照しながら説明する。図５に示すＩ−Ｉ線の断面図である図１において、固定子１０は固定子コア２０や支持体３０などを有する。

固定子コア２０は、固定子巻線２１やコア部２２などを有する。固定子コア２０は、コア部２２に固定子巻線２１を巻回して構成される。固定子巻線２１は、Ｕ字コイルでもよく、一本状の線状コイルでもよい。本形態のコア部２２は、図２に示すように複数の電磁鋼板２２ｄを積層して成形する。コア部２２の平面形状は任意に成形してよい。例えば四角状に成形する例をコア部２２Ａとして図３に示し、台形状に成形する例をコア部２２Ｂとして図４に示す。台形状に成形するコア部２２Ｂは、アキシャル方向ＡＸの幅Ｗｅ，Ｗｉは、ラジアル方向ＲＹの外径側である幅Ｗｅよりも内径側の幅Ｗｉが広く（大きく）なるように成形するとよい（Ｗｅ＜Ｗｉ）。

図１に戻って、支持体３０はセンターピース３１（本体部）や貫通孔３２，３３，３４（図５，図１５，図１６をも参照）などを有する。本形態のセンターピース３１は、円板（円盤）状に成形され、ラジアル方向ＲＹに沿って配置される。センターピース３１の材料（材質を含む。以下同じ。）は問わない。コア部２２と同じ磁性体（例えば鉄・酸化クロム・コバルト・フェライト・パーマロイなど）でもよく、非磁性体（例えばアルミニウム・銅・真鍮など）でもよい。センターピース３１の周縁（すなわち外周縁）に沿って、複数のコア部２２が配置されて固定される（図５を参照）。コア部２２の相互間には、固定子巻線２１を収容する複数のスロット２３が設けられる（図５を参照）。

図５に示すセンターピース３１には、所要の目的で貫通孔３２，３３，３４などが成形される。貫通孔３２は、支軸７０（図１８を参照）を通すための軸孔である。貫通孔３３は、支軸７０にセンターピース３１を固定する際に締結部材（ボルトやネジ等；図１８を参照）を通すための固定用孔である。貫通孔３４は、固定子巻線２１の折返部２１ｂを配置するための孔である（図１５を参照）。貫通孔３２，３３，３４以外の貫通孔や、凹部等のような非貫通孔を設けてもよい。二点鎖線で示す仮想円Ｉｍは、支持体３０（具体的にはセンターピース３１）の中心軸Ｏを中心とする仮想的な円である。

上述した構成に限らず、固定子コア２０と支持体３０は、一体成形してもよく、別体に成形して固定手段で固定してもよい。一体成形の種類は問わず、例えば鋳造成形でもよく、加工成形でもよい。固定手段も問わず、例えば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、接着剤を用いる接着などが該当する。

次に、固定子巻線２１の構成や巻回等について、図６〜図１５を参照しながら説明する。本形態の固定子巻線２１は、図６に示すように一本状の導線であり、絶縁被膜で覆われる。図７または図８に示すように、両端部２１ａ，２１ｃを除く部位である折返部２１ｂで折り返してもよい。端部２１ａ，２１ｃは、固定子巻線２１どうしの接続に用いてもよく、外部装置（例えばＥＣＵや処理装置等）との接続を行うために固定子１０から引き出す引き出し線として用いてもよい。

図７に示す固定子巻線２１は、中間点２１ｍを折返部２１ｂに含む例を示す。よって、中間点２１ｍから端部２１ａまでの長さと、中間点２１ｍから端部２１ｃまでの長さは同じ（許容範囲の誤差を含む）になる。一方、図８に示す固定子巻線２１は、中間点２１ｍを折返部２１ｂに含まない例を示す。よって、中間点２１ｍから端部２１ａまでの長さと、中間点２１ｍから端部２１ｃまでの長さが異なる。本形態では、図７または図８に示す折返部２１ｂから巻き始めて巻回する。

全ての固定子巻線２１を図７の構成例にしてもよく、図８の構成例にしてもよく、図７，図８の各構成例を混在させてもよい。混在させる例としては、複数相（例えばＵ相，Ｖ相，Ｗ相等）の固定子巻線２１のうちで一相にかかる突出部２１ｄを図７の構成例とし、他相にかかる突出部２１ｄを図８の構成例としてもよい。逆に、一相にかかる突出部２１ｄを図８の構成例とし、他相にかかる突出部２１ｄを図７の構成例としてもよい。

端部２１ａ，２１ｃおよび折返部２１ｂを除く部位は、固定子コア２０（具体的にはコア部２２である。以下同様である。）に巻回するために曲げられる。曲げ方の一例を図９に示す。図９には側面から見た曲げ例を示し、図１０，図１１には図９に示す矢印Ｘ方向から見た場合の曲げ例を示す。

固定子巻線２１は、外径側と内径側に向かってそれぞれＵ字状に曲げられる。図９には外径側に向かって曲げられる部位（図面左側）と、内径側に向かって曲げられる部位（図面右側）を示す。直線状の収容部２１ｅは、アキシャル方向ＡＸに整列してスロット２３に収容される部位である（図１２，図１４を参照）。収容部２１ｅを除く突出部２１ｄは、コア部２２からラジアル方向ＲＹの外径側と内径側に突出する部位である。

図９において、各スロット２３に収容される収容部２１ｅの数は、複数の巻線層の数と同一である（図１３をも参照）。各スロット２３に収容された収容部２１ｅは、径方向内側から径方向外側（矢印Ｄ１方向）に延びる少なくとも１つの収容部２１ｅと、径方向外側から径方向内側（矢印Ｄ２方向）に延びる少なくとも１つの収容部２１ｅとを含む。径方向外側に延びる少なくとも１つの収容部２１ｅの径方向外端は、径方向外端の周方向一方側（図９では外径側）に位置する突出部２１ｄと連続する。径方向内側に延びる少なくとも１つの収容部２１ｅの径方向内端は、径方向内端の周方向他方側（図９では内径側）に位置する突出部２１ｄと連続する。径方向外側に延びる少なくとも１つの収容部２１ｅと、径方向内側に延びる少なくとも１つの収容部２１ｅとが、スロット２３内においてアキシャル方向ＡＸに交互に配置される（図１３をも参照）。

突出部２１ｄは、図１０，図１１にそれぞれ示す曲部２１ｆのように曲げられる。この曲部２１ｆは、スロット２３の所定の巻線層（例えばＮ層等）から突出し、隣接する別の巻線層（例えばＮ＋１層やＮ−１層など）の固定子巻線２１と重ね（オーバーラップさせ）、再びスロット２３の所定の巻線層（例えばＮ層等）に収容するために曲げられる（図１２を参照）。重ね（オーバーラップ）には、固定子巻線２１の幅方向について部分的な重ねを含む。なお、図１１に示すようにクランク状に曲げるクランク部分２１ｇを曲部２１ｆに含めてもよい。曲部２１ｆやクランク部分２１ｇによって、固定子巻線２１の１周分を同じ巻線層で巻回することができる。

複数相（例えばＵ相，Ｖ相，Ｗ相等）の固定子巻線２１を固定子コア２０に巻回する例を図１２〜図１４に示す。図１２には外径側の巻回例を示し、図１３にはスロット２３の収容状態を示し、図１４には側面から見た巻回例を示す。絶縁を確保するため、コア部２２と固定子巻線２１（すなわちＵ相巻線２１Ｕ，Ｖ相巻線２１Ｖ，Ｗ相巻線２１Ｗ）の間に絶縁性のインシュレータ（図示せず）を介在させるとよい。インシュレータを介在させると、巻回時に固定子巻線２１が損傷するのを防止できる。図１２では所定の巻線層（例えばＮ層等）から突出し、図１０，図１１にそれぞれ示す曲部２１ｆのように曲げ、再び所定の巻線層（例えばＮ層等）に収容する点を分かり易くするために左右方向にずらして示す。実際には、隣り合う巻線層（例えばＮ層とＮ＋１層や、Ｎ層とＮ−１層など）の固定子巻線２１どうしが重なる（オーバーラップする）ように巻回される。なお、巻回方法は任意であるが、本形態では分布巻で行う（図１４を参照）。また、図１２，図１３は巻線層を問わず周方向ＣＤ（図面の上下方向）に巻回される全体の一部分を示すに過ぎず、図１４は全体の一部分（扇状部分）を示すに過ぎない。

図１２は、図１の矢印XII方向から見た模式図であり、４層（Ｎ層，Ｎ＋１層，Ｎ＋２層，Ｎ＋３層）の相互間が間隔ＳＰ１になるように巻回する例を示す。遊びを設けるか否かを含めて、間隔ＳＰ１は任意に設定してよい。すなわち図１２に示す収容例のように、所要の隙間を設けて複数の固定子巻線２１を同じスロット２３に収容する間隔ＳＰ１を設定してもよい。これに対して図１３に示す収容例のように、隙間無く複数の固定子巻線２１を同じスロット２３に収容する間隔ＳＰ１を設定してもよい。

Ｎ層の固定子巻線２１（２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ）は、上から順番に仮想円Ｉｍに沿ってスロット２３から突出する。そして、図１０や図１１に示す曲部２１ｆのようにＮ＋１層に向けて曲げられる。Ｎ＋１層の固定子巻線２１（２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ）は、上から順番に仮想円Ｉｍに沿ってスロット２３から突出する。そして、図１０や図１１に示す曲部２１ｆのようにＮ層に向けて曲げられる。Ｎ＋２層はＮ層と同様に巻回され、Ｎ＋３層はＮ＋１層と同様に巻回される。なお、二点鎖線で示す円は、周回する同じ固定子巻線２１、あるいは、同じ巻線層で別個の固定子巻線２１である。これらの固定子巻線２１も図示すると分かり難くなるために図示を省略している。

図１３は、図１２に示す固定子巻線２１について、巻回に伴うスロット２３への収容例を左右にずらさないで示す。図面下部に凡例で示すように、紙面裏側（内径側）から表側（外径側）に延びる巻線（以下では「外延線」と呼ぶ。）と、紙面表側（外径側）から裏側（内径側）に延びる巻線（以下では「内延線」と呼ぶ。）がある。同じスロット２３に収容される４層の固定子巻線２１にかかる収容形態は任意に設定してよい。図１３の収容例では、隙間無く接して収容され、かつ、外延線と内延線を交互に収容される。

Ｎ層とＮ＋２層において、Ｕ相巻線２１Ｕは、上から１番目（外延線），４番目（内延線），７番目（外延線），…の順番に対応するスロット２３に収容される。Ｖ相巻線２１Ｖは、上から２番目（外延線），５番目（内延線），８番目（外延線），…の順番に対応するスロット２３に収容される。Ｗ相巻線２１Ｗは、上から３番目（外延線），６番目（内延線），９番目（外延線），…の順番に対応するスロット２３に収容される。

Ｎ＋１層とＮ＋３層において、Ｕ相巻線２１Ｕは、上から１番目（内延線），４番目（外延線），７番目（内延線），…の順番に対応するスロット２３に収容される。Ｖ相巻線２１Ｖは、上から２番目（内延線），５番目（外延線），８番目（内延線），…の順番に対応するスロット２３に収容される。Ｗ相巻線２１Ｗは、上から３番目（内延線），６番目（外延線），９番目（内延線），…の順番に対応するスロット２３に収容される。

図１４には、所定の巻線層（例えばＮ層等）についてＵ相巻線２１Ｕ、Ｖ相巻線２１Ｖ、Ｗ相巻線２１Ｗをコア部２２に巻回する例を示す。ただし、曲げ方を分かり易くするために、コア部２２は実際よりも大きく図示している。Ｕ相巻線２１Ｕは、コア部２２の相互間から外径側に突出し、Ｖ相巻線２１Ｖが突出する箇所で上側に重なるように曲げられる。その後はＶ相巻線２１Ｖと並行するように曲げられて曲部２１ｆになり（図１２を参照）、再びコア部２２の相互間に内径側に向けて収容される。Ｖ相巻線２１ＶとＷ相巻線２１Ｗについても突出位置と収容位置がずれるだけであり、Ｕ相巻線２１Ｕと同じように巻回される。図１４では外径側の巻回例を示すが、内径側でも同様に巻回される。全ての固定子巻線２１を巻回した後の固定子１０を図１５に示す。

図１５は、全体のうちで固定子１０の左半分（半周分）にかかる側面図を示し、XVI−XVI線の断面図を図１６に示す。図１６の断面図は、上側のコア部２２について巻回例が分かるように図示し、下側の固定子コア２０では巻回例の図示を省略している。

図１５，図１６に示す固定子１０は、全てのコア部２２に対して全ての固定子巻線２１（Ｕ相巻線２１Ｕ、Ｖ相巻線２１Ｖ、Ｗ相巻線２１Ｗ）を巻回した状態である。この巻回にあたって、各固定子巻線２１の折返部２１ｂ（図７または図８を参照）は貫通孔３４に配置される。逆に言えば、折返部２１ｂを貫通孔３４に配置して、折返部２１ｂから巻き始めればよい。

次に、回転子５０（回転子５０Ａと回転子５０Ｂ）の構成例について、図１７を参照しながら説明する。なお、回転子５０Ａと回転子５０Ｂは同等に構成してよいので、以下では回転子５０Ａを代表して説明する。

図１７に示すように、回転子５０Ａは回転子コア５２や複数の磁石５１などを有する。回転子コア５２は任意の形状で成形可能であるが、本形態では円板状（円盤状）に成形している。この回転子コア５２は、上述した支持体３０の貫通孔３２と同心軸上にあり、貫通孔３２よりも径が大きい貫通孔５３（軸孔）を有する。複数の磁石５１は板状に成形された磁性体であり、図示するように周縁に沿ってタイル状に配置して固定される。各磁石５１の固定は、回転子コア５２の周縁部に直接行ってもよく、当該周縁部の内周側に成形されたボス（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。隣り合う磁石５１同士を磁気的に分離するため、ギャップが設けられる。

上述のように構成される固定子１０を含む回転電機１００と、当該回転電機１００を備える車輪２００の構成例を図１８に示す。

図１８に示す回転電機１００は、電動発電機の一例であって、図１に示す固定子１０や、図１７に示す回転子５０（５０Ａ，５０Ｂ）、支軸７０などを有する。固定子１０と回転子５０は、アキシャル方向ＡＸにギャップＧを介して対向（対面）する。ギャップＧは任意に設定してよいが、外力を受けて回転子５０が変形してもコア部２２と磁石５１が接触しないような値を設定するのが望ましい。固定子１０と支軸７０は、センターピース３１と補助板３５で同軸上にあけられた貫通孔３３，３５ａ（ネジ孔を含む）に締結部材８０を通して固定される。貫通孔３３，３５ａを設けることなく、上述した接合や接着によって固定してもよく、一体成形してもよい。

図１８に示す車輪２００は、上述した回転電機１００のほかに、タイヤ１１０やホイールリム５４などを有する。タイヤ１１０の有無は問わない。回転電機１００を構成する支軸７０は車軸に相当し、回転子５０はホイールキャップを兼ねる。ホイールリム５４は、図１８に示すように一方の回転子５０（具体的には回転子５０Ｂ）と一体成形してもよく、別体に成形して固定手段によって固定してもよい。固定手段は上述した通りである。回転子５０と支軸７０の間には、ベアリング６０（６０Ａ，６０Ｂ）が介在される。よって、回転子５０は支軸７０に対して回転自在に支持される。

タイヤ１１０はホイールリム５４に取り付けられ、図１８の例ではチューブレスタイヤを示す。制御装置（例えばＥＣＵ等）から伝達される制御信号に基づいて回転電機１００が作動し、回転子５０とともにタイヤ１１０が回転する。よって、車輪２００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。なお、制御装置は車輪２００に内蔵してもよく、車輪２００外（例えば車両等）に備えてもよい。

本形態の固定子巻線２１は、隣り合う巻線層の固定子巻線２１どうしが重なるように巻回することで、高密度で巻回することができる。よって、コア部２２とホイールリム５４の隙間が少なくても確実に巻回することができる。逆に言えば、同じ剛性で成形されるコア部２２とホイールリム５４の隙間を従来よりも狭めることができる。

車輪２００が回転している時（例えば自動車の走行時）には、凹凸のある路面に接したり、障害物等に接触したりする場合がある。この場合において図１８に示すように成形される回転子５０（５０Ａ，５０Ｂ）は、路面や障害物等から支軸７０に向かう方向に外力を受ける。このような外力を受けても、回転子５０Ａは左方向に変形し、回転子５０Ｂは右方向に変形する。このように外力を受けて回転子５０Ａ，５０Ｂは非接触方向に変形するので、コア部２２と磁石５１とが接触する事態を防止できる。

〔実施の形態２〕
実施の形態２は図１９を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、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１９に示す巻回例は、図１２に示す巻回例に代わる。すなわち図１２に示す巻回例は、突出部２１ｄについて図１０や図１１に示すように２箇所で曲げる形態である。これに対して、図１９に示す巻回例は１箇所で曲げる形態である。すなわち、楕円状の一点鎖線で囲む領域で示すように、突出部２１ｄに曲部２１ｈを設ける。曲部２１ｈは、隣り合う巻線層の固定子巻線２１と部分的に重なる（オーバーラップＯＶする）ように、アキシャル方向ＡＸに向かって先細りとなる形状に曲げられる部位である。

図１９の例におけるＮ層とＮ＋２層の固定子巻線２１（２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ）は、アキシャル方向ＡＸの一方側（図面右側）に向かって先細りとなる形状に曲げられる。同様にＮ＋１層とＮ＋３層の固定子巻線２１（２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ）は、アキシャル方向ＡＸの他方側（図面左側）に向かって先細りとなる形状に曲げられる。Ｎ層（Ｎ＋２層）の曲部２１ｈと、Ｎ＋１層（Ｎ＋３層）の曲部２１ｈとを周方向ＣＤにずらすことで曲部２１ｈどうしの衝突を回避し、高密度に巻回を行える。

なお、図１９で示す曲部２１ｈはＶ字状に曲げているが、隣り合う巻線層の固定子巻線２１と重なるような曲げ形状であれば任意である。すなわちＵ字状，Ｊ字状，Ｗ字状などのような曲げ形状であっても、隣り合う巻線層の固定子巻線２１と部分的に重ねられるので、高密度に巻回を行える。また、曲げる箇所数は３箇所以上でもよい。

〔実施の形態３〕
実施の形態３は図２０を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１，２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２０に示す巻回例は、図１２に示す巻回例に代わる。すなわち図１２に示す巻回例は、固定子巻線２１どうしを間隔ＳＰ１で同じスロット２３に収容する形態である。これに対して、図２０に示す巻回例は４層の相互間が異なる間隔（間隔ＳＰ２と間隔ＳＰ３）になるように収容する形態である。間隔ＳＰ２，ＳＰ３の大小関係は任意に設定してよい。例えば図示するようなＳＰ２＞ＳＰ３を設定してもよく、ＳＰ２＜ＳＰ３を設定してもよい。図３に示すコア部２２Ａの場合は、内径側の巻回可能な部位が少ないため、図２０に示すように間隔を詰めることで高密度に巻回を行える。

〔実施の形態４〕
実施の形態４は図２１を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、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２１に示す巻回例は、図１６に示す巻回例に代わる。すなわち図１６に示す巻回例は、折返部２１ｂを貫通孔３４に配置して、折返部２１ｂから巻き始める形態である。これに対して、図２１に示す巻回例はアキシャル方向ＡＸの一方側（例えば図面左側）と他方側（例えば図面右側）で異なる固定子巻線２１を用いて巻回する形態である。

図２１の例では、アキシャル方向ＡＸの一方側に固定子巻線２１Ａ（２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ）で巻回し、アキシャル方向ＡＸの他方側に固定子巻線２１Ｂ（２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ）で巻回する。折返部２１ｂから巻き始めてもよく、折返部２１ｂ以外の部位（端部２１ａ，２１ｃを含む）から巻き始めてもよい。図１６に示す貫通孔３４は不要になるので、支持体３０に貫通孔３４を成形しなくても済む。突出部２１ｄについては実施の形態１〜３と同様に曲げればよいので、高密度に巻回を行える。

〔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では、回転電機１００に電動発電機を適用する構成とした（図１８を参照）。この形態に代えて、回転電機１００に発電機を適用する構成としてもよく、回転電機１００に電動機を適用する構成としてもよい。いずれの構成にせよ、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、固定子巻線２１（２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ）の断面を円形状で構成した（図１，図１２，図１３，図１９，図２０を参照）。この形態に代えて、断面を他の形状で構成してもよい。他の形状は、楕円形状，矩形状（平角形状），多角形（ただし矩形状を除く）などが該当する。固定子巻線２１の断面形状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１〜４では、固定子巻線２１を三相（すなわちＵ相巻線２１Ｕ，Ｖ相巻線２１Ｖ，Ｗ相巻線２１Ｗ）で構成した（図１２〜図１５，図１９，図２０を参照）。この形態に代えて、他の複数相（２相や４相以上）で構成してもよい。相数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１〜４では、一のスロット２３に対して、同相の固定子巻線２１を４層で隙間無く接して収容し、かつ、外延線と内延線を交互に収容する構成した（図１３を参照）。この形態に代えて、異なる相の固定子巻線２１を混在させてもよく、４層以外の層数で収容してもよく、隙間をあけて収容してもよく、外延線だけで収容してもよく、内延線だけで収容してもよく、外延線と内延線を非交互に収容して（すなわち外延線の数と内延線の数を異ならせて）もよい。スロット２３の収容形態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１〜４では、回転電機１００は、一の固定子１０に対してアキシャル方向ＡＸにギャップＧを挟んで一対の回転子５０（５０Ａ，５０Ｂ）を対向させる構成とした（図１８を参照）。この形態に代えて、一対の固定子１０に対してアキシャル方向ＡＸにギャップＧを挟んで一の回転子５０を対向させる構成としてもよい。図１８では固定子１０が「回転子」に対応し、回転子５０が「固定子」に対応する。このように構成しても、コア部２２と磁石５１とは相対的な関係であるので、上述した実施の形態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、回転電機１００を自動車の駆動輪である車輪２００に適用した（図１８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、上述した実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。

〔作用効果〕
上述した実施の形態１〜４および他の実施の形態によれば、以下に示す各効果を得ることができる。

（１）アキシャル方向ＡＸにギャップＧを介して回転子５０（５０Ａ，５０Ｂ）が対向する回転電機１００の固定子１０であって、支持体３０と、支持体３０の周縁部に沿って周方向ＣＤに交互に配置された複数のコア部２２（２２Ａ，２２Ｂ）および複数のスロット２３と、複数の相をそれぞれ構成するとともに、複数のコア部２２（２２Ａ，２２Ｂ）に巻回され、アキシャル方向ＡＸに積層された複数の巻線層を形成する複数の固定子巻線２１（２１Ａ，２１Ｂ）とを備え、各巻線層において、複数の固定子巻線２１の収容部２１ｅは、支持体３０の中心軸Ｏを中心とする対応する仮想円Ｉｍに沿って複数のスロット２３に順次収容され、各巻線層において、各固定子巻線２１の収容部２１ｅのうちの対応する仮想円Ｉｍに沿って周方向ＣＤに配置された対応する各２つの収容部２１ｅは、コア部２２（２２Ａ，２２Ｂ）から突出する突出部２１ｄと連続しており、突出部２１ｄは、少なくとも一部がアキシャル方向ＡＸに曲げられ、複数の巻線層のうちの隣接する別の巻線層に重なっている構成とした（図１，図９，図１２〜図１４，図１８〜図２０を参照）。この構成によれば、隣接する巻線層どうしの固定子巻線２１を重ならせることにより、高密度に巻回を行える。

（２）各スロット２３に収容された収容部２１ｅの数は、複数の巻線層の数と同一であり、各スロット２３に収容された収容部２１ｅは、径方向内側から径方向外側に延びる少なくとも１つの収容部２１ｅと、径方向外側から径方向内側に延びる少なくとも１つの収容部２１ｅとを含み、径方向外側に延びる少なくとも１つの収容部２１ｅの径方向外端は、該径方向外端の周方向一方側に位置する突出部２１ｄと連続し、径方向内側に延びる少なくとも１つの収容部２１ｅの径方向内端は、該径方向内端の周方向一方側に位置する突出部２１ｄと連続し、径方向外側に延びる少なくとも１つの収容部２１ｅと、径方向内側に延びる少なくとも１つの収容部２１ｅとが、スロット２３内においてアキシャル方向ＡＸに交互に配置されている構成とした（図９，図１３を参照）。この構成によれば、径方向外側および径方向内側ともに高密度に巻回を行える。

（３）複数の巻線層のうちの偶数番の各巻線層および奇数番の各巻線層の一方における各突出部２１ｄは、アキシャル方向ＡＸの一方側に曲げられ、偶数番の各巻線層および奇数番の各巻線層の他方における各突出部２１ｄは、アキシャル方向ＡＸの一方側とは逆のアキシャル方向ＡＸの他方側に曲げられている構成とした（図１２，図１３，図１９，図２０を参照）。この構成によれば、偶数番と奇数番で隣接する巻線層どうしの固定子巻線２１を重ならせるので、高密度に巻回を行える。

（４）アキシャル方向ＡＸの一方側に曲げられた各突出部２１ｄは、アキシャル方向ＡＸの一方側に向かって先細りとなる形状に曲げられており、アキシャル方向ＡＸの他方側に曲げられた各突出部２１ｄは、アキシャル方向ＡＸの他方側に向かって先細りとなる形状に曲げられている構成とした（図１２，図１９，図２０を参照）。この構成によれば、隣接する巻線層どうしの固定子巻線２１が互いに先細りとなる形状に曲げて重ならせるので、重ねる部位が最小限に抑えられ、高密度に巻回を行える。

（５）固定子巻線２１は、端部２１ａ，２１ｃを除く部位で折り返される折返部２１ｂを有し、折返部２１ｂから巻き始めて巻回される構成とした（図７，図８を参照）。この構成によれば、折返部２１ｂから固定子巻線２１を巻回すればよいので、高密度で巻回することができ、固定子１０全体の体格を抑えられる。

（６）折返部２１ｂは、固定子巻線２１の中間点２１ｍを含む構成とした（図７，図８を参照）。この構成によれば、中間点２１ｍから端部２１ａ，２１ｃに向けて巻回することができるので、アキシャル方向ＡＸに整列する巻回が容易になる。

（７）折返部２１ｂは、支持体３０に成形される貫通孔３４に位置する構成とした（図１５を参照）。この構成によれば、貫通孔３４に位置させた折返部２１ｂから固定子巻線２１を巻回すればよいので、巻回作業を容易に行うことができる。

（８）突出部２１ｄは、スロット２３のＮ層（Ｎは１以上の整数）から延び、Ｎ＋１層またはＮ−１層のいずれか一方の巻線層で他の突出部２１ｄとオーバーラップＯＶし、他のスロット２３のＮ層に入るように曲げられる曲部２１ｆ，２１ｈを有する構成とした（図１２，図１９，図２０を参照）。この構成によれば、固定子巻線２１の一部でオーバーラップＯＶさせて無駄な空間を抑制されるので、巻回の密度を高めることができる。また、ラジアル方向ＲＹにおける固定子１０全体の体格を抑えることができる。実施の形態１〜４では４層（Ｎ＝４）の例を説明したが、スロット２３における巻線層の層数は任意（例えば数層，数十層，数百層，数千層等）に設定してよい。

（９）曲部２１ｆ，２１ｈは、複数相の固定子巻線２１のうちで一相にかかる突出部２１ｄを、他相にかかる突出部２１ｄと形状が異なるように成形される構成とした（図１０，図１１を参照）。この構成によれば、スロット２３の所定の巻線層（例えばＮ層）から延び、他のスロット２３の同じ巻線層（例えばＮ層）に入れることができ、固定子巻線２１を同じ巻線層で巻回することができる。

（１０）曲部２１ｆは、クランク状に曲げて成形されるクランク部分２１ｇを有する構成とした（図１１を参照）。この構成によれば、固定子巻線２１どうしの交錯を防止するとともに、スロット２３の所定の巻線層（例えばＮ層）から延び、他のスロット２３の同じ巻線層（例えばＮ層）に入れることができ、固定子巻線２１を同じ巻線層で巻回することができる。

（１１）コア部２２（２２Ａ，２２Ｂ）のアキシャル方向ＡＸの幅Ｗｅ，Ｗｉは、ラジアル方向ＲＹの外径側よりも内径側が広くなるように成形される構成とした（図４を参照）。この構成によれば、外径側と内径側で異なることなく固定子巻線２１を巻回することができる。

（１２）固定子巻線２１（２１Ａ，２１Ｂ）は、分布巻で巻回される構成とした（図１４を参照）。この構成によれば、回転子５０が滑らかに回転するようにトルクが得られ、鉄損も少なくできる。

（１３）回転電機１００は、固定子１０と、固定子１０とアキシャル方向ＡＸにギャップＧを介して対向する複数の回転子５０（５０Ａ，５０Ｂ）とを有する構成とした（図１８を参照）。図示しないが、固定子１０と一の回転子５０（回転子５０Ａまたは回転子５０Ｂ）とを有する構成としてもよい。これらの構成によれば、高密度で巻回される固定子１０を有する回転電機１００を提供することができる。

（１４）車輪２００は、上述した回転電機１００を有する構成とした（図１８を参照）。この構成によれば、高密度で巻回される固定子１０を有する車輪２００を提供することができる。また、回転子５０（５０Ａ，５０Ｂ）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。固定子コア２０を備える回転子５０は、タイヤ１１０やホイールリム７４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２００全体の製造コストを低減できる。

１０ 固定子
２０ 固定子コア
２１ 固定子巻線（コイル）
２１ａ，２１ｃ 端部
２１ｂ 折返部
２１ｄ 突出部
２１ｅ 収容部
３０ 支持体
５０ 回転子
１００ 回転電機
２００ 車輪
ＡＸ アキシャル方向（軸方向）
ＲＹ ラジアル方向（径方向）

Claims (13)

1. アキシャル方向（ＡＸ）にギャップ（Ｇ）を介して回転子（５０，５０Ａ，５０Ｂ）が対向するアキシャルギャップ型回転電機（１００）の固定子（１０）であって、
   支持体（３０）と、
   前記支持体の周縁部に沿って周方向（ＣＤ）に交互に配置された複数のコア部（２２，２２Ａ，２２Ｂ）および複数のスロット（２３）と、
   複数の相をそれぞれ構成するとともに、前記複数のコア部に巻回され、前記アキシャル方向に積層された複数の巻線層を形成する複数の固定子巻線（２１）と
   を備え、
   前記各巻線層において、前記複数の固定子巻線の収容部（２１ｅ）は、前記支持体の中心軸（Ｏ）を中心とする対応する仮想円（Ｉｍ）に沿って前記複数のスロットに順次収容され、
   前記各巻線層において、前記各固定子巻線の前記収容部のうちの前記対応する仮想円に沿って周方向に配置された対応する各２つの収容部は、前記コア部から突出する突出部（２１ｄ）と連続しており、
   前記突出部は、少なくとも一部が前記アキシャル方向に曲げられ、前記複数の巻線層のうちの隣接する別の巻線層に重なっていることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機の固定子。
2. 前記各スロットに収容された前記収容部の数は、前記複数の巻線層の数と同一であり、
   前記各スロットに収容された前記収容部は、径方向内側から径方向外側に延びる少なくとも１つの収容部と、径方向外側から径方向内側に延びる少なくとも１つの収容部とを含み、
   前記径方向外側に延びる少なくとも１つの収容部の径方向外端は、該径方向外端の周方向一方側に位置する前記突出部と連続し、
   前記径方向内側に延びる少なくとも１つの収容部の径方向内端は、該径方向内端の周方向一方側に位置する前記突出部と連続し、
   前記径方向外側に延びる少なくとも１つの収容部と、前記径方向内側に延びる少なくとも１つの収容部とが、前記スロット内において前記アキシャル方向に交互に配置されてい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の固定子。
3. 前記複数の巻線層のうちの偶数番の各巻線層および奇数番の各巻線層の一方における前記各突出部は、前記アキシャル方向の一方側に曲げられ、
   前記偶数番の各巻線層および前記奇数番の各巻線層の他方における前記各突出部は、前記アキシャル方向の前記一方側とは逆の前記アキシャル方向の他方側に曲げられていることを特徴とする請求項１または２に記載のアキシャルギャップ型回転電機の固定子。
4. 前記アキシャル方向の前記一方側に曲げられた前記各突出部は、前記アキシャル方向の前記一方側に向かって先細りとなる形状に曲げられており、
   前記アキシャル方向の前記他方側に曲げられた前記各突出部は、前記アキシャル方向の前記他方側に向かって先細りとなる形状に曲げられていることを特徴とする請求項３に記載のアキシャルギャップ型回転電機の固定子。
5. 前記固定子巻線（２１）は、両端部（２１ａ，２１ｃ）を除く部位で折り返される折返部（２１ｂ）を有し、
   前記折返部から巻き始めて巻回されることを特徴とする請求項１から４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の固定子。
6. 前記折返部は、前記固定子巻線の中間点（２１ｍ）を含む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の固定子。
7. 前記折返部は、前記支持体に成形される貫通孔（３４）に位置することを特徴とする請求項５または６に記載のアキシャルギャップ型回転電機の固定子。
8. 前記突出部は、前記スロットのＮ層（Ｎは１以上の整数）から延び、Ｎ＋１層またはＮ−１層のいずれか一方の層で他の前記突出部とオーバーラップ（ＯＶ）し、他の前記スロットのＮ層に入るように曲げられる曲部（２１ｆ，２１ｈ）を有することを特徴とする請求項１から７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の固定子。
9. 前記曲部（２１ｆ，２１ｈ）は、複数相の前記固定子巻線のうちで一相にかかる前記突出部を、他相にかかる前記突出部と形状が異なるように成形されることを特徴とする請求項８に記載のアキシャルギャップ型回転電機の固定子。
10. 前記曲部は、クランク状に曲げて成形されるクランク部分（２１ｇ）を有することを特徴とする請求項８または９に記載のアキシャルギャップ型回転電機の固定子。
11. 前記コア部にかかる前記アキシャル方向の幅（Ｗｅ，Ｗｉ）は、前記ラジアル方向（ＲＹ）の外径側よりも内径側が広くなるように成形されることを特徴とする請求項１から１０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の固定子。
12. 前記固定子巻線は、分布巻で巻き回されることを特徴とする請求項１から１１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の固定子。
13. 請求項１から１２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の固定子（１０）と、
    前記固定子とアキシャル方向（ＡＸ）にギャップ（Ｇ）を介して対向する一または複数の回転子（５０，５０Ａ，５０Ｂ）と、
    を有することを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機（１００）。

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