以下、本発明について、図面を参照してさ� ��に詳細に説明する。
 本発明にかかるアキシャルギャップ型回転� ��の固定子を図1に示す。図1で固定子1は、コ� ��ルベース(固定盤)2の回転軸を中心とする円� ��上に12個のコイル3を等間隔に配置している� ��コイルの数は、回転子の極数やコイル繋ぎ� ��単相あるいは三相するかで選ばれ、磁極数� ��対して単相の場合は、1:1で、三相交流(コア レス)の場合は、磁極数:コイル数=4:3が一般的 で16:9、20:12等もある。図1の例では、16極の回 転子で三相出力を得るために12個のコイルを� ��相結線したものである。
 なお、固定子は、図1に示したようにコイル ベース2の回転軸を中心とする1つの円周上に� ��置したものに限られず、コイルベース2にお いて、回転軸を中心とする2つ以上の異径同� �円の各円周上に配置した、いわゆる複周構� �を採用することもできる。かかる場合にお� �ては、固定盤のコイルが配置された異径同� �円に相対する回転盤の異径同心円の各円周� �に永久磁石が備えられていることになる。

 上記固定子に使用されるコイルの巻線構造� ��ついて図2でさらに詳細に説明する。図2(a)~( c)に示すように、コイル3は外周表面に絶縁被 覆6が施された板状のコイル巻線4を巻いたも� ��となっている。さらに図2(d)に示すように、 板状コイル巻線4は、断面長方形のコイル素� �5をその断面の長辺および短辺を揃えて合計1 8本束ねて構成されている。
 コイル巻線4の絶縁被覆6の厚さは、渦電流� �減の観点から、好ましい範囲は、0~50μmであ� ��、より好ましい範囲は、20μm~30μmである。� �た巻線の絶縁被覆は、エナメルコーティン� �によって施される。

 図3および図4では、アキシャルギャップ型� �転機の駆動時において、上記板状コイル巻� �4の内部に渦電流が流れることを説明する。� ��3(a)では、前記回転子の永久磁石7が、回転� �の回転に伴って前記回転軸を中心とする円� �上に配設された特定のコイル3の巻線4の上方 に達した状態を示す。このときのA―A断面図� ��図4(a)に相当する。
図3(b)では、さらに回転子が回転して、永久� �石7が特定のコイル3の巻線4の上方から遠ざ� �ろうとしている。このときのB―B断面図が図 4(b)に相当する。図3(a)から図3(b)への過程にお いて、図4(a)(b)に示すように、巻線4の内部を� ��く磁束8が刻々減少する。この磁束の減少を 妨げるように巻線4の内部に渦電流9(誘導電流 )が流れる。渦電流9は、磁束が貫く面に多く� ��れるので、磁束に平行な面より磁極面に平� ��な面、図4(b)では上下面に多く流れる。そこ で本発明者らは、アキシャルギャップ型回転 機のコイルでは、磁極面に平行な面を細分化 すると渦電流経路が寸断されるので渦電流の 低減に効果的となると考え、上述のように同 一断面形状を有する2本以上のコイル素線を� �の断面の長辺かつ/または短辺を揃えて束ね� ��わせることによって巻線を得ることを着想� ��た。

 巻線を構成するコイル素線5は長方形断面を 有していることが好ましい。個々の素線5自� �も、図2(e)に示すように絶縁被覆6されている ことが渦電流低減の観点から好ましいが、絶 縁被覆6が厚いと巻線の占積率を下げてしま� �出力低下につながるので、薄い絶縁被膜が� �く、例えば、エナメル線を好適に採用する� �とができる。なお、絶縁被膜が無い場合で� �渦電流低減効果はあるので、コイル素線5自� ��の絶縁被膜は必須条件ではない。コイル素� ��5に絶縁被覆6を施す場合、その厚さは、渦� �流低減の観点から好ましくは、0~50μm、より� ��ましくは、20μm~30μmである。またコイル素� �5の絶縁被覆には、巻線の絶縁被覆と同様の� ��料を採用することができる。
 素線の寸法としては、渦電流が流れ難い値� ��選ばれる。渦電流が流れ難い値は、磁極数� ��回転数、磁場強度等によって変わり、有限� ��素法等を用いた磁場シミュレーションによ� ��て算出することができる。
 素線の断面の短辺の長さは、0.5mm以下が好� �しい。素線の断面長辺の寸法を小さくする� �とも渦電流低減につながるが、素線を細く� �すぎると巻線化が難しく、巻線の占積率を� �下することにもなるので、素線の断面の長� �即ちコイルを回転機に配置したときに永久� �石の磁極面に対して垂直な辺は、素線の断� �の短辺即ち永久磁石の磁極面に対して平行� �辺ほど小さな値をとる必要はない。前記コ� �ル素線の断面形状は、断面の長辺の長さ/断� ��の短辺の長さ≧5の関係にあることが好まし い。

 図5および図6には、本発明にかかる回転機� �用いられるコイルの他の態様を示している� �図5では、巻線を構成するコイル素線は、長� ��形断面となっている点で図2の態様と共通し ているが、正方形断面の巻線を巻き回して構 成されている点において図2の態様と相違す� �。
 図6では、長方形断面の巻線を巻き回して構 成されている点において図2の態様と共通す� �が、コイル素線の断面の短辺が図2に比べて� ��くなっている。
 ただし何れのコイルも、巻線を構成する素� ��の断面において、断面の短辺の長さは、0.5m m以下になるようにしている。

 図7では、上述したコイル巻線およびコイ ルの製造方法の一例を示す。図7にかかるコ� �ル製造機10は、7つのコイル素線源14を備え、 回転によってコイル素線5を送り出す素線供� �部11と、該素線供給部から供給される素線5� �互いに反対方向に回転する2つの回転体15に� �って巻き込み束ねて1本の断面角型の巻線4を 作る素線集合部12と、該素線集合部で得られ� ��コイル巻線4を中空のコイル枠16に巻きとる� ��イル巻き付け部13とを備えている。例えば� �かかる製造装置によってコイルを得ること� �できる。なお、素線集合部12とコイル巻き付 け部との間には、素線集合部12で得られた巻� ��に絶縁被覆を施す被覆部を設けてもよい。

 上記コイルを備えた固定子は、例えば、以� ��の図8、図10、図11および図12に示すアキシャ ルギャップ型回転機に好適に用いることがで きる。
 図8にかかるアキシャルギャップ型回転機20� ��、ハウジング21と、該ハウジング21内に回転 自在に支持された回転軸22と、前記回転軸22� �軸方向に間隔を置いて対向配置された回転� �23,25を備え前記回転軸と一体に回動可能な2� �の回転子であって、前記対向配置された回� �盤23,25の対向面の一面において、前記回転軸 を中心とする円周上に磁極面が回転軸に対し て垂直になるように永久磁石26aを配置してい る回転子24,27と、前記対向配置された回転盤2 3,25が形成する空隙に配置されハウジングに� �定された固定盤1、および、前記回転盤の永� ��磁石が配置された円周と相対する前記固定� ��の円周上に配置されたコイル3を備えた固定 子とを備えている。
 前記回転子の永久磁石から発生する磁束は� ��前記回転軸の回転に伴って、同心円状に配� ��された各コイル3の内部を断続的に鎖交する ようになっている。
 図9には、上記アキシャルギャップ型回転機 20で用いられる回転子27が開示されている。� �転子27は、ロータヨーク25の表面上に16個の� �久磁石7を磁極が交互になるように配置して� ��る。永久磁石の数は偶数個になっている。� ��久磁石としては、強力な磁力をもつNd-Fe-B系 の焼結磁石を用いることで高出力になる。

 図10にかかるアキシャルギャップ型回転機30 は、対向配置された回転盤35a,35bの対向面の� �面において、回転軸32を中心とする円周上に 磁極面が回転軸に対して垂直になるように永 久磁石34a,34bを配置している点において図8の� ��様と相違している。
 図10の態様は、回転盤(ロータヨーク)の両方 の表面に永久磁石を配置しているので、図8� �態様に比べて磁気効率を向上することがで� �る。なお、回転盤は、1つの磁石を回転盤に� ��成された貫通孔のなかに嵌め込んで形成し� ��もよい。

 図11にかかるアキシャルギャップ型回転機40 は、ハウジング41と、該ハウジング内に回転� ��在に支持された回転軸42と、前記回転軸42の 軸方向に間隔を置いて対向配置された端部回 転盤43a,43bを備え、前記回転軸と一体に回動� �能な第1と第2の端部回転子と、前記第1と第2� ��端部回転子が形成する空隙に配置された回� ��盤44、および、前記回転盤44の両面において 、前記回転軸42を中心とする円周上に磁極面� ��回転軸に対して垂直になるように配置され� ��永久磁石45を備え、前記回転軸と一体に回� �可能な少なくとも1段の両面磁石回転子と、� ��記第1端部回転子、前記少なくとも1段の両� �磁石回転子、および、前記第2端部回転子が� ��成する各空隙に配置されハウジングに固定� ��れた固定盤1、ならびに、前記回転盤の永久 磁石が配置された円周と相対する前記
固定盤の円周上に配置されたコイル3を備え� �固定子とを備えている。
 図12にかかるアキシャルギャップ型回転機50 は、第1と第2の端部回転子の端部回転盤53a,53b の対向面に磁極面が回転軸に対して垂直にな るように配置された永久磁石54とを備えてい� ��点で、図11にかかる態様と相違している。
 図11や図12に示すように軸方向に回転子と固 定子を複数個並べると、出力がコイルの数だ け増えて、より高出力な回転機となる。図11� ��図12は、3つの回転子と2つの固定子を配置し たものである。固定子の数は2個以上の整数� �、回転子の数は固定子の数に1加えたものに� ��る。

 以下、実施例にて詳しく説明する。なお、N d ₂ -Fe ₁₄ -B系の永久磁石を用いた場合について説明す� ��が、本発明はNd-Fe-B系磁石に限るものではな い。本永久磁石の特性は、Br:13.7kG,iHc:16kOe,(BH) max:46MGOeであった。
比較例1
 まず、図10に示すアキシャルギャップ型回� �機を発電機とした場合の発電量並びに損失� �測定した。発電機の構造は16極12コイルであ� ��、図9は、ロータヨーク27に永久磁石7を配置 して回転子25を得た状態を示す。ロータヨー� ��27としては、材質がS15Cで外径200mm、厚さ5mm� �円盤を用いた。永久磁石7としては、材質が� ��記Nd-Fe-B系磁石で、大きさが幅20mm、長さ35mm� ��磁化方向の厚さ3mmのものを用いた。ロータ� ��ーク27表面に磁極面がN極S極交互に16個の磁� ��を配置し、弾性接着剤(EP001、セメダイン社� ��)で接着した。磁石は図10に示すように空隙( ギャップ)をはさんで逆極の磁石と対向させ� �。ギャップの大きさは8mmで、ギャップには� �定子1を配置した。
 固定子1には、図1に示すように、材質がベ� �クライト製で厚さが5mmのコイルベース2に30� �ーン巻かれたコイル3が12個収められている� �コイル3は三相結線で、各相4個のコイル3を� �列に接続したものをスター結線した。なお� �各コイル3はコイルベース2にエポキシ系接着 剤(EW2040、住友3M社製)で固定した。コイルの� �面は固定子を図10に示すアキシャルギャップ 型回転機に組み込んだときに永久磁石の磁極 面に対して垂直な辺が5mm、永久磁石の磁極面 に対して平行な辺が12mmとなっている。本比� �例では、断面の短辺が1.25mm、断面の長辺が1. 6mmの長方形断面を有する1本の素線(材質:銅、 絶縁被覆あり)を巻線として、図10に示すアキ シャルギャップ型回転機に組み込んだときに 各コイル素線の断面の短辺が永久磁石の磁極 面に対して
垂直になるように巻いた。巻線の断面積は2mm ² である。
 得られたアキシャルギャップ型発電機の回� ��子を毎分3600回転で回転させ、負荷をつない で線電流30A、線間電圧100V、三相出力5200Wを得 た。発電機の入力側にトルクメータを取付け 、回転数とトルクから発電機の入力電力を測 定した。入力は6500Wであった。巻線の銅損は� ��その抵抗値と電流値から300Wであるので、残 りの損失の1000Wが巻線の渦電流損失になり、� ��の他の損失である機械損や風損はほとんど� ��視できることを確認できた。

比較例2
 断面の長辺が5mm、断面の短辺が0.4mmの1本の� ��イル素線を巻線として、図10に示すアキシ� �ルギャップ型回転機に組み込んだときにコ� �ル素線の断面の長辺が永久磁石の磁極面に� �して垂直になるように巻いたほかは比較例1� ��同様にした。
 得られたアキシャルギャップ型発電機の回� ��子を毎分3600回転で回転させ、負荷をつない で線電流30A、線間電圧100V、三相出力5200Wを得 た。この時の入力電力は5700Wであった。巻線� ��銅損は、その抵抗値と電流値から300Wである ので、残りの損失の200Wが巻線の渦電流損失� �なることがわかった。巻線の素線を空隙の� �角方向に細くすると、巻線の渦電流損失を� �減できることがわかった。

実施例1
 断面の長辺が5mm、断面の短辺が0.1mmのコイ� �素線を断面の長辺を揃えて4列束ね合わせる� ��とによって、断面の長辺が5mm、断面の短辺� ��0.4mmの素線集合体を得、これにエナメル被� �を施して巻線を得たほかは比較例2と同様と� ��た。
 得られたアキシャルギャップ型発電機の回� ��子を毎分3600回転で回転させ、負荷をつない で線電流30A、線間電圧100V、三相出力5200Wを得 た。この時の入力電力は5620Wであった。巻線� ��銅損は、その抵抗値と電流値から300Wである ので、残りの損失の120Wが巻線の渦電流損失� �なることがわかった。比較例2に比べて巻線� ��渦電流損失を低減でき、高効率な発電機を� ��ることができた。

実施例2
 断面の長辺が1.25mm、断面の短辺が0.4mmのコ� �ル素線を断面の短辺を揃えて4列束ね合わせ� ��ことによって、断面の長辺が5mm、断面の短� ��が0.4mmの素線集合体を得、これにエナメル� �覆を施して巻線を得たほかは比較例2と同様� ��した。
 得られたアキシャルギャップ型発電機の回� ��子を毎分3600回転で回転させ、負荷をつない で線電流30A、線間電圧100V、三相出力5200Wを得 た。この時の入力電力は5610Wであった。巻線� ��銅損は、その抵抗値と電流値から300Wである ので、残りの損失の110Wが巻線の渦電流損失� �なる。比較例に比べて巻線の渦電流損失を� �減でき、高効率な発電機を得ることができ� �。

実施例3
 断面の長辺が1.25mm、断面の短辺が0.1mmのコ� �ル素線を断面の長辺および短辺を揃えて4行� �4列の計16本束ね合わせることによって、断� �の長辺が5mm、断面の短辺が0.4mmの素線集合体 を得、これにエナメル被覆を施して巻線を得 たほかは比較例2と同様とした。
 得られたアキシャルギャップ型発電機の回� ��子を毎分3600回転で回転させ、負荷をつない で線電流30A、線間電圧100V、三相出力5200Wを得 た。この時の入力電力は5550Wであった。巻線� ��銅損は、その抵抗値と電流値から300Wである ので、残りの損失の50Wが巻線の渦電流損失に なることがわかった。比較例1に比べ、巻線� �渦電流損失を1/20、比較例2に比べ1/4にできた のみならず、実施例1や実施例2よりもさらに� ��効率な発電機を得ることができた。