(57)【要約】【課題】遠心強度を確保しながらロータに磁石部を備えるとともに、組み立てに時間と手間を要することなく、回転力を向上させ得る回転電機および車輪を提供する。【解決手段】多相に固定子巻線２１が巻回されるステータ２と、複数のセグメントコア３１を有するロータ３とを備える回転電機において、セグメントコア３１の相互間に配置され、セグメントコア３１の配置方向に沿って着磁された一以上の磁石部３２と、複数のセグメントコア３１のみを固定するか、あるいは複数のセグメントコア３１および一以上の磁石部３２の双方を固定するロータ本体とを有する。この構成によれば、磁石部３２による磁束がリラクタンストルクに寄与するので、回転力を向上させることができる。各セグメントコア３１はロータ本体に固定するので、遠心強度を確保しながらも、組み立てを短時間かつ容易に行える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相に固定子巻線が巻回されるステータと、複数のセグメントコアを有するロータとを備える回転電機において、
前記セグメントコアの相互間に配置され、前記セグメントコアの配置方向に沿って着磁された一以上の磁石部と、
前記複数のセグメントコアのみを固定するか、あるいは前記複数のセグメントコアおよび前記一以上の磁石部の双方を固定するロータ本体と、
を有することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記セグメントコアの端面は、径方向と同一方向に傾斜させるか、あるいは前記径方向と交差する交差方向に傾斜させた傾斜部を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記磁石部は、多角形状のフェライト磁石を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記磁石部は、隣接する前記セグメントコアによってかしめられて固定さ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回転電機。
【請求項５】
前記磁石部は、複数に分割される分割体であって一以上の分割体に磁石を含み、
前記セグメントコアと前記分割体との間には間隙を有す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回転電機。
【請求項６】
前記分割体は、軸方向から前記セグメントコアの相互間に挿入し、対応する前記セグメントコアに片寄せして配置することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記磁石部を配置しない前記セグメントコアの相互間には、非磁性体を配置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回転電機。
【請求項８】
前記磁石部の総磁束量は、最大回転数で回転するときに発生する電圧が所定電圧以下とな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回転電機。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の回転電機を有することを特徴とする車輪。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータ（固定子）とロータ（回転子）とを備える回転電機と、当該回転電機を有する車輪とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、フェライト磁石を用いた同期リラクタンスモータにおいて、トルク性能を維持しつつ、フェライト磁石に対する減磁をこれまでよりも抑制することができる永久磁石補助形同期リラクタンスモ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）。この永久磁石補助形同期リラクタンスモータは、少なくとも最外周の円弧状スリットが、スリット両端がロータ外周に近づくにつれて先細の三角形状になるように形成されてロータ外周面とスリット端との間のロータ部分がＶ字の薄肉部となるように形成されている。そして、最外周の円弧状スリットに埋設されるフェライト磁石はスリット両端に三角形状の空隙が残るように埋設されている。
【０００３】
また、ロータとステータとの間のギャップを縮小して良好な駆動トルクが得られるようにする電動車両用のインホイールモ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２を参照）。この電動車両用のインホイールモータは、ステータはサスペンションに固定されて、ロータホルダがステータの内側にベアリングを介して保持され、ロータの回転を緩衝部材を介してホイールに伝達する動力伝達部が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０８３０６６号公報
【特許文献２】特開２００７−１９０９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
まず、特許文献１における段落番号［００３３］〜［００３６］および図１の記載内容によれば、ロータ（１２）中心側が凸になるようにして、円弧状スリット（１４，１５，１６）が径方向に三層並列に並ぶように形成されている。これらの円弧状スリットのうちで最も外側層である円弧状スリット（１４）は、スリット両端が先細の三角形状にして、ロータ外周面とＶ字のスリット端との間に薄肉部（２０）が形成されている。この薄肉部は、三層の円弧状スリットをロータに固定する固定部材としての役割を果たす。しかしながら、円弧状スリットを三層に並列させ、しかも最外層の円弧状スリットに薄肉部を形成する必要がある。よって構造が複雑になり、同期リラクタンスモータの組み立てに時間と手間を要する。また、薄肉部は特許文献１の図１に記載のように極めて薄い部材であり、ロータが低速回転数から高速回転数（例えば最大回転数）までの広範囲で、三層の円弧状スリットを固定できるとは限らない。特に回転中に外部から力（例えば車両が路面の起伏を通過する際に受ける力など）を受けると、三層の円弧状スリットが受ける遠心力と相俟って、薄肉部による固定を維持できなかったり、薄肉部が変形する可能性がある。
【０００６】
次に、特許文献２における段落番号［０００９］〜［００１２］および図１〜図３の記載内容によれば、ロータ（３）はロータホルダ（３１）の内周にロータコア（３６）を圧入によって固定されている。このロータコアは、環状のコア本体（３７）から回転方向に略等間隔に、複数の突極部（３８）が回転中心に向けて突設されている。突極部の内周面は、ステータ（２）の突極部（２５）の外周面との間に微小なギャップ（３９）を形成している。このように特許文献２のホイールモータ（１）は、ロータに永久磁石を有しないスイッチトリラクタンスモータとして構成されている。この構成では、ロータに永久磁石を有しないので、リラクタンストルクのみで回転することになる。そのため、ロータに永久磁石を有するモータに比べると、回転力（回転トルク）が低くなる。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、遠心強度を確保しながらロータに磁石部を備えるとともに、組み立てに時間と手間を要することなく、回転力（回転トルク）を向上させ得る回転電機および車輪を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、多相に固定子巻線が巻回されるステータ（固定子）と、複数のセグメントコアを有するロータ（回転子）とを備える回転電機において、前記セグメントコアの相互間に配置され、前記セグメントコアの配置方向に沿って着磁された一以上の磁石部と、前記複数のセグメントコアのみを固定するか、あるいは前記複数のセグメントコアおよび前記一以上の磁石部の双方を固定するロータ本体とを有することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、セグメントコアの配置方向に沿って着磁された磁石部による磁束がリラクタンストルクに寄与するので、リラクタンストルクが変化（増減）し、回転力（回転トルク）を向上させることができる。各セグメントコアや各磁石部はロータ本体に固定するので、遠心強度を確保しながらも、組み立てを短時間かつ容易に行える。
【００１０】
なお「多相」は、二相以上で任意の相数が該当する。「磁石部」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む部位である。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。磁石部の「配置」には、移動不能な固定と、移動可能な保持とを含む。「ロータ本体」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。ロータ本体に対する「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。「巻回する」とは、巻き回すことを意味する。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記セグメントコアの端面は、径方向と同一方向または前記径方向と交差する交差方向に傾斜させた傾斜部を有することを特徴とする。この構成によれば、セグメントコアの端面に形成される傾斜部は、回転に伴って磁石部が受ける遠心力、または、ステータから受ける磁力によって、セグメントコア相互間の配置位置から抜けるのを阻止（防止の意味を含む。以下同じである。）する。したがって、遠心強度を確保しながらロータに磁石部を備えることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記磁石部は、多角形状のフェライト磁石を用いることを特徴とする。「フェライト磁石」は永久磁石の一つであり、保磁力が高く減磁しにくく、錆びにくい性質がある。この構成によれば、フェライト磁石は性質によって、長期間に亘って磁束をリラクタンストルクに寄与させることができる。また、セグメントコア相互間の空間形状に見合う多角形状に形成できるので、セグメントコアとの間隙を減らして磁束を通し易くできる。したがって、回転力を長期間に亘って向上させることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記磁石部は、隣接する前記セグメントコアによってかしめられて固定されることを特徴とする。この構成によれば、磁石部は隣接するセグメントコアによってかしめられて固定されるので、遠心強度を確実に確保しながらロータに磁石部を備えることができる。なお、磁石部をかしめる「かしめ部」は、固定手段または保持手段に相当し、例えばツバ・突起・端片などの部位が該当し、磁石部が抜ける方向のセグメントコアに備える。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記磁石部は、複数に分割される分割体であって一以上の分割体に磁石を含み、前記セグメントコアと前記分割体との間には間隙を有することを特徴とする。「間隙」は、セグメントコアの相互間に分割体を配置する際のクリアランスを意味し、セグメントコアと分割体との相互間で磁束を通す観点では可能な限り狭い（短い）ほうがよい。この構成によれば、間隙が確保されるので、セグメントコアの相互間に分割体を配置し易い。したがって、ロータの組み立てを短時間かつ容易に行える。
【００１５】
なお「分割体」は、一以上の分割体が磁石である点を除いて、材質（磁性体や非磁性体等）を問わない。「磁性体」には、硬質磁性体である磁石や、軟質磁性体（例えば鉄，ケイ素鋼，パーマロイ，センダスト，パーメンジュール，ソフトフェライト，アモルファス磁性合金，ナノクリスタル磁性合金などの材質からなる物体）を含む。「非磁性体」には、樹脂や、非磁性金属（例えばアルミニウム，銅，亜鉛，オーステナイト系ステンレスなど）を含む。「材質」には材料や素材の意味を含む。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、前記分割体は、軸方向から前記セグメントコアの相互間に挿入し、対応する前記セグメントコアに片寄せして配置することを特徴とする。この構成によれば、分割体を配置する場合には、軸方向からセグメントコアの相互間に挿入した後、対応するセグメントコアに片寄せすればよい。したがって、ロータの組み立てをより短時間かつ容易に行える。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、前記磁石部を配置しない前記セグメントコアの相互間には、非磁性体を配置することを特徴とする。この構成によれば、セグメントコアの相互間には、磁石部が配置される部位と、非磁性体を配置される部位とが存在することになる。ロータ全体から見ると磁束分布が不均一になる。その結果として、磁石部が配置されて磁束分布が高い領域では回転力（回転トルク）が向上し、非磁性体を配置されて磁束分布が低い領域では回転数が増加する。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、前記磁石部の総磁束量は、最大回転数で回転するときに発生する電圧（いわゆる誘導起電力）が所定電圧以下となることを特徴とする。「磁石部の総磁束量」は、磁石部で生じ得る磁束の総量を意味する。この構成によれば、ロータを最大回転数で回転させても、発生する電圧は所定電圧以下に抑えられる。よって、ロータを最大回転数で継続的に回転させることができ、誘導起電力に伴う回生エネルギーの回収量を高めることができる。なお「所定電圧」は任意に設定でき、例えば電力源（バッテリや燃料電池等）の定格電圧などが該当する。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、車輪において、請求項１から８のいずれか一項に記載の回転電機を有することを特徴とする。この構成によれば、回転電機が電動機として作動する場合には、車輪を回転駆動させることができる。一方、回転電機が発電機として作動する場合には、車輪の回転数に応じた電力（回生エネルギー）を発生させることができる。また、上述した請求項１から８のいずれか一項にかかる回転電機の作用効果を奏する車輪を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】回転電機の構成例を模式的に示す軸方向断面図である。
【図２】図１に示すII−II線矢視の径方向断面図である。
【図３】磁石部の固定例を模式的に示す拡大断面図である。
【図４】複数の分割体からなる磁石部の構成例を模式的に示す拡大断面図である。
【図５】発生電圧と回転数との関係を示すグラフ図である。
【図６】第２構成例の径方向断面図である。
【図７】非磁性体の固定例を模式的に示す拡大断面図である。
【図８】トルクと時間との関係を示すグラフ図である。
【図９】発生電圧と回転数との関係を示すグラフ図である。
【図１０】回転電機を備えた車輪の構成例を模式的に示す軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
〔実施の形態１〕
実施の形態１は、ロータを構成する複数のセグメントコアの相互間に磁石部を配置する回転電機の一例であって、図１〜図５を参照しながら説明する。図１には回転電機の構成例を模式的に軸方向断面図で示す。図２には図１に示すII−II線矢視の径方向断面図を示す。図３には磁石部の固定例を模式的に拡大断面図で示す。図４には複数の分割体からなる磁石部の構成例を模式的に拡大断面図で示す。図５には発生電圧と回転数との関係をグラフ図で示す。なお説明の都合上、図１の左右方向および図２の放射方向を「径方向」と呼び、図１の上下方向および図２の前後方向を「軸方向」と呼ぶことにする。
【００２３】
図１に示す回転電機１は、主にステータ２やロータ３などを備える。ステータ２は、ステータ本体２０，固定子巻線２１，ステー２２，ホルダ２３などを有する。ステータ本体２０は磁性体（特に軟質磁性体）で形成され、固定子巻線２１が巻回される複数のスロット２Ｓ（図２を参照）を有する。当該ステータ本体２０は、ステー２２やホルダ２３を介して支軸５に固定されている。ステー２２にはフレームや他の部材等を用いてもよい。ホルダ２３にはブッシュや他の部材等を用いてもよい。ステータ２と後述するロータ３との間にはベアリング４が介在し、ロータ３が回転自在となるように構成される。
【００２４】
ロータ３は、ロータ本体３０，複数のセグメントコア３１，一以上の磁石部３２などを有する。ロータ本体３０は、ステータ２の外周側に配置され、材質や形状を問わない。「形状」には、平面や、非平面（曲面や凹凸面等のように平面以外の面を意味する。以下同じである。）を含む。図１に示すロータ本体３０は、基本的に円錐状で形成されている。なお、動力（回転力）を外部に伝達するための中心部と、複数のセグメントコア３１および一以上の磁石部３２を固定するための周縁部とがそれぞれＬ字状に曲げられている。
【００２５】
セグメントコア３１の固定は、周縁部の内周側に形成されたボス３Ｂに対して行ってもよく、周縁部の内周側に直接行ってもよい。磁石部３２の固定は、セグメントコア３１と同様の固定で行ってもよく、セグメントコア３１に形成されたツバ３３（図３を参照）でかしめてもよい。かしめを除く固定手段は、ロータ３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、接着剤を用いる接着などのうちで一以上が該当する。
【００２６】
図２には、ステータ２およびロータ３の構成例を示す。なお簡単のために、図１に示すロータ本体３０の図示を省略する。ステータ２のステータ本体２０は、周縁部でＵ字状に開口して形成される複数のスロット２Ｓを有する。各スロット２Ｓには固定子巻線２１が収容され、三相以上の多相に巻回される。多相に接続する巻回方法は周知であるので、図示および説明を省略する。巻回は、隣接するスロット２Ｓ相互間のステータ本体２０に対して行ってもよく、一以上のスロット２Ｓを挟んで（介在させて）スロット２Ｓ相互間のステータ本体２０に対して行ってもよい。
【００２７】
ロータ３は、交互に配置されるセグメントコア３１と磁石部３２とを有する。言い換えれば、セグメントコア３１相互間に磁石部３２を配置する。配置方法は任意である。組み立てを短時間かつ容易に行うには、全てのセグメントコア３１をロータ本体３０に固定した後、セグメントコア３１の相互間に磁石部３２を軸方向から挿入すると良い。セグメントコア３１と磁石部３２との間は、接触（点接触、線接触、面接触を問わない）させてもよく、間隙（いわゆるクリアランス）を持たせてもよい。磁石部３２は、移動可能に保持されてもよく、移動不能に固定されてもよい。保持する場合には、遠心力やステータ２の磁力等によって移動可能範囲内で移動する。ただし、後述するように抜け方向（径方向）に対して、ツバ３３（図３を参照）によって保持または固定される。
【００２８】
セグメントコア３１は磁束を通すために磁性体で形成され、積層体であると単体であるとを問わない。当該セグメントコア３１における周方向の端面には傾斜部３１ａが形成されている。傾斜部３１ａは、径方向と同一方向に傾斜させた面でもよく、径方向と交差する交差方向に傾斜させた面でもよい。傾斜部３１ａの面形状は、平面でもよく、非平面でもよい。磁石部３２は、本形態ではフェライト磁石を用い、セグメントコア３１の配置方向（すなわち周方向）に沿って全体が予め着磁されている。すなわちセグメントコア３１に対向する端面側がそれぞれＮ極またはＳ極になる。
【００２９】
図３には、セグメントコア３１の構成例と、磁石部３２の第１構成例とを併せて示す。図３（Ａ）および図３（Ｂ）には、配置方向におけるセグメントコア３１および磁石部３２の各端面を「く」字状の非平面で形成した例を示す。図３（Ｂ）は図３（Ａ）に示す四角枠Ｂを拡大した図である。セグメントコア３１と磁石部３２との間には間隙Ｇａを有する。間隙Ｇａは、磁束を通し易くする観点では無い（Ｇａ＝０）のが理想的である。しかしながら、現実的にはセグメントコア３１や磁石部３２の製造誤差によって対応する端面形状が必ずしも一致するとは限らない。そこで、セグメントコア３１の相互間に磁石部３２を配置するためのクリアランスとして、間隙Ｇａ（Ｇａ＞０）が必要になる。回転力（回転トルク）や回生電圧（誘導起電力）を大きくするには、間隙Ｇａをできるだけ狭く（小さく）設定するのが望ましい。
【００３０】
図３（Ａ）に示すセグメントコア３１は、内周側に位置する内周体３１ｉと、外周側に位置する外周体３１ｏとを有する。これらの内周体３１ｉおよび外周体３１ｏは、最終的に移動不能に固定されて一体化される。内周体３１ｉの傾斜部３１ａには、「かしめ部」に相当するツバ３３を有する。セグメントコア３１の相互間（空間）に磁石部３２を軸方向から挿入した後、ツバ３３を曲げて磁石部３２を保持または固定する。図示しないが、ツバ３３は外周体３１ｏにのみ備えてもよく、内周体３１ｉおよび外周体３１ｏの双方に備えてもよい。また、図示するツバ３３以外の部位に形成されて曲げることが可能な凸部（例えば突起・端片等が該当する。以下同じである。）によって、磁石部３２を保持または固定してもよい。言い換えれば、磁石部３２を保持または固定することができれば、かしめ部（すなわちツバ３３や凸部等）の形成位置を問わない。
【００３１】
図３（Ｃ）および図３（Ｄ）には、配置方向におけるセグメントコア３１および磁石部３２の各端面を平面で形成した例を示す。これらの図に示すセグメントコア３１は、上述した複数体で構成される図３（Ａ）の構成例とは異なり、単一体（積層体や単体を問わない）で構成される。図３（Ｃ）と図３（Ｄ）とで相違するのは、傾斜部３１ａの傾斜角（径方向を基準線とする角度）である。傾斜角の大きさや相違に伴って、磁石部３２の断面形状も変わる。なお、セグメントコア３１の磁石部３２との間に間隙Ｇａを有する点では、上述した図３（Ａ）の構成例と同じである。
【００３２】
磁石部３２の断面形状は、図３（Ｃ）では図面下方向に凸状の台形状となるのに対し、図３（Ｄ）では図面下方向に凸状の台形状となる。凸状の台形状は、内周面や外周面に対応する面が平面でもよく非平面でもよい。傾斜部３１ａが狭いセグメントコア３１の相互間部位（図３（Ｃ）は図面下側、図３（Ｄ）は図面上側）では、磁石部３２が抜け方向に抜けるのを阻止する機能を担う。そのため、ツバ３３は傾斜部３１ａが広いセグメントコア３１の相互間部位（図３（Ｃ）は図面上側、図３（Ｄ）は図面下側）に備え、それぞれ磁石部３２が抜け方向に抜けるのを阻止する。二点鎖線から実線になるようにツバ３３を曲げてかしめ、磁石部３２を保持または固定する。保持する場合には、磁石部３２は実線と二点鎖線とで示すように移動可能に保持される。
【００３３】
図４には、磁石部３２を複数（二以上で任意の数）の分割体からなる第２構成例を、それぞれ断面図で示す。図４（Ａ）には、図３（Ａ）に示す磁石部３２に対応する形状となるように、二つの磁性分割体３２ａ，３２ｂで構成した例を示す。磁性分割体３２ａ，３２ｂは、中央部に示す線分で分割されている。これらの磁性分割体３２ａ，３２ｂをセグメントコア３１の相互間に配置した例を図４（Ｂ）に示す。この配置例では、セグメントコア３１の相互間（空間）に磁性分割体３２ａ，３２ｂを個別に軸方向から挿入した後、各磁性分割体をセグメントコア３１に片寄せして配置している。片寄せした結果、磁性分割体３２ａと磁性分割体３２ｂとの間に間隙Ｇｂが生じている。間隙Ｇｂは上述した間隙Ｇａと同様のクリアランスであるので、理想的には無い（Ｇｂ＝０）のが望ましい。
【００３４】
図４（Ｃ）から図４（Ｆ）までの各図には、図３（Ｃ）または図３（Ｄ）に示す磁石部３２に対応する形状となるように、複数の分割体で構成した例を示す。図４（Ｃ）に示す構成例は、対称形状となるように二分割した磁性分割体３２ｃ，３２ｄで構成する。図４（Ｄ）に示す構成例は、非対称形状となるように二分割した磁性分割体３２ｅ，３２ｆで構成する。図３（Ｃ）および図３（Ｄ）では直線（平面）で分割した例を示すが、非直線（非平面）で二分割した磁性分割体で構成してもよい。また、二分割に限らず、三分割以上の複数分割でもよい。なお、分割体の数が多くなるほど保持や固定に手間を要する。そのため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。
【００３５】
図４（Ｅ）および図４（Ｆ）に示す構成例は、複数の分割体で構成し、一以上の分割体が非磁性体を含む。これらの構成例では非磁性体として樹脂を用いる。図４（Ｅ）に示す構成例は、中央側の四角状（直方体状）で形成される非磁性分割体３２ｈと、左右両側の台形状（錐台）で対称形状となるように形成される磁性分割体３２ｇ，３２ｉとで構成する。二点鎖線で示すように分割して構成してもよい。図４（Ｆ）に示す構成例は、図面下側に位置して台形状で形成される非磁性分割体３２ｍと、図面上側に位置して非対称形状となるよう二分割される磁性分割体３２ｊ，３２ｋとで構成する。分割体の数については図４（Ｃ）や図４（Ｄ）の場合と同様である。
【００３６】
図４（Ｅ）および図４（Ｆ）には、二つの磁性分割体と、一つの非磁性分割体とで構成する例を示す。ただし、磁性分割体の数と非磁性分割体の数とは、それぞれ一以上で任意の数を設定可能である。磁性分割体の数が多いほど磁束を通し易くなるので、回転力（回転トルク）や回生電圧（誘導起電力）を大きくするのに有利である。また、磁性分割体および非磁性分割体のいずれについても、形状は図４（Ｅ）および図４（Ｆ）に示す構成例には限られず、断面形状は任意の多角形状（立体的には多面体になる。以下同じである。）で形成してもよい。多面体の面数は、回転電機１の特性等に合わせて適宜に設定可能である。ただし、面数が多くなるにつれて組み合わせや配置等の困難性も高まるので、現実的には十数面体または数十面体が実質的に上限となる。言い換えれば、分割体を組み合わせた結果として、セグメントコア３１の相互間（空間）内に配置できればよい。
【００３７】
図５には、発生電圧Ｅ（回生エネルギーとしての誘導起電力）と回転数Ｎとの関係をグラフ図で示す。発生電圧Ｅは、回生エネルギーとしての誘導起電力に相当する。磁石部３２の全体が磁性体である場合には、図２に示すセグメントコア３１の相互間距離Ｌ（図５の例では距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）の相違に伴って発生電圧Ｅが変化する。言い換えれば、磁石部３２の総磁束量φは上記相互間距離Ｌにほぼ比例するので、相互間距離Ｌが大きくなるにつれて総磁束量φも大きくなる。回転数Ｎはロータ３の回転数（回転速度）である。図５に示す距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３の関係があると仮定する。
【００３８】
セグメントコア３１の相互間距離Ｌを距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３にそれぞれ設定する場合について簡単に説明する。まず距離Ｌ１に設定すると、最大回転数Ｎｍよりも小さい回転数Ｎａのときにバッテリ電圧Ｅｂ（電力源であるバッテリの定格電圧）に達し、回転数Ｎａを超えるとバッテリ電圧Ｅｂよりも大きな発生電圧Ｅを発生する。距離Ｌ２に設定すると、最大回転数Ｎｍのときにバッテリ電圧Ｅｂに達する。距離Ｌ３に設定すると、ロータ３が最大回転数Ｎｍで回転しても、発生電圧Ｅはバッテリ電圧Ｅｂよりも小さい電圧Ｅ３にとどまる。距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の中では、距離Ｌ２が一番良く、次に距離Ｌ３が良い。距離Ｌ２，Ｌ３に設定すると、ロータ３が最大回転数Ｎｍで回転しても発生電圧Ｅがバッテリ電圧Ｅｂ以下になる。よってロータ３を最大回転数Ｎｍで継続的に回転させることができ、誘導起電力に伴う回生エネルギーの回収量を高めることができる。
【００３９】
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。まず請求項１に対応し、回転電機１において、セグメントコア３１の相互間に配置され、セグメントコア３１の配置方向に沿って着磁された一以上の磁石部３２と、複数のセグメントコア３１のみを固定するロータ本体３０とを有する構成とした（図１を参照）。この構成によれば、セグメントコア３１の配置方向に沿って着磁された磁石部３２による磁束がリラクタンストルクに寄与するので、リラクタンストルクが変化（増減）し、回転力（回転トルク）を向上させることができる。各セグメントコア３１はロータ本体３０に固定するので、遠心強度を確保しながらも、組み立てを短時間かつ容易に行える。
【００４０】
請求項２に対応し、セグメントコア３１の端面は、径方向と同一方向または径方向と交差する交差方向に傾斜させた傾斜部３１ａを有する構成とした（図３，図４を参照）。この構成によれば、セグメントコア３１の端面に形成される傾斜部３１ａは、回転に伴って磁石部３２が受ける遠心力、または、ステータ２から受ける磁力によって、セグメントコア３１相互間の配置位置から抜けるのを阻止する。したがって、遠心強度を確保しながらロータ３に磁石部３２を備えることができる。
【００４１】
請求項３に対応し、磁石部３２は多角形状（多面体）のフェライト磁石を用いる構成とした（図３，図４を参照）。この構成によれば、フェライト磁石は保磁力が高く減磁しにくく、錆びにくい性質があるので、長期間に亘って磁束をリラクタンストルクに寄与させることができる。また、セグメントコア３１相互間の空間形状に見合う多角形状に形成できるので、セグメントコア３１との間隙を減らして磁束を通し易くできる。したがって、回転力を長期間に亘って向上させることができる。
【００４２】
請求項４に対応し、磁石部３２は、隣接するセグメントコア３１のツバ３３（かしめ部）によってかしめられて固定される構成とした（図３，図４を参照）。この構成によれば、磁石部３２は隣接するセグメントコア３１のツバ３３によってかしめられて固定されるので、遠心強度を確実に確保しながらロータ３に磁石部３２を備えることができる。
【００４３】
請求項５に対応し、磁石部３２は、複数に分割される分割体（すなわち磁性分割体３２ａ，３２ｂ、磁性分割体３２ｃ，３２ｄ、磁性分割体３２ｅ，３２ｆ、磁性分割体３２ｇ，３２ｉおよび非磁性分割体３２ｈ、磁性分割体３２ｊ，３２ｋおよび非磁性分割体３２ｍ）であって一以上の分割体に磁石を含み、セグメントコア３１と分割体との間には間隙Ｇａを有する構成とした（図４を参照）。この構成によれば、図３に示す間隙Ｇａや図４に示す間隙Ｇｂが確保されるので、セグメントコア３１の相互間に分割体を配置し易い。したがって、ロータ３の組み立てを短時間かつ容易に行える。
【００４４】
請求項６に対応し、分割体（一例として図４（Ａ）に示す磁性分割体３２ａ，３２ｂ）は、軸方向からセグメントコア３１の相互間に挿入し、対応するセグメントコア３１に片寄せして配置する構成とした（図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照）。この構成によれば、ロータ３の組み立てをより短時間かつ容易に行える。
【００４５】
請求項８に対応し、磁石部３２の総磁束量φは、磁石部３２の全体が磁性体である場合には相互間距離Ｌにほぼ比例するので、最大回転数Ｎｍで回転するときに発生する電圧（すなわち発生電圧Ｅ）がバッテリ電圧Ｅｂ（所定電圧）以下となる距離Ｌ２，Ｌ３で構成した（図１，図５を参照）。この構成によれば、ロータ３を最大回転数Ｎｍで回転させても、発生電圧Ｅはバッテリ電圧Ｅｂ（所定電圧）以下に抑えられる。よって、ロータ３を最大回転数Ｎｍで継続的に回転させることができ、発生電圧Ｅ（誘導起電力）に伴う回生エネルギーの回収量を高めることができる。
【００４６】
〔実施の形態２〕
実施の形態２は、ロータ３を構成する複数のセグメントコア３１の相互間に磁石部３２と非磁性体とを配置する回転電機の一例であって、図６〜図９を参照しながら説明する。なお、回転電機１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。
【００４７】
図６に示すロータ３は、図２に示すロータ３に代わる構成例である。図２に示すロータ３はセグメントコア３１の相互間に全て磁石部３２を配置するのに対して、図６に示すロータ３はセグメントコア３１の相互間に磁石部３２と非磁性体３５とを配置する点で相違する。非磁性体３５は、磁石部３２を配置しないセグメントコア３１の相互間に配置する。図６には、磁石部３２と非磁性体３５とを交互に配置する例を示す。非磁性体３５は、樹脂（材質を問わない）で形成してもよく、非磁性金属（例えばアルミニウム，銅，亜鉛，オーステナイト系ステンレスなど）で形成してもよい。
【００４８】
セグメントコア３１の相互間に配置される磁石部３２には磁束が流れ易く、セグメントコア３１の相互間に配置される非磁性体３５には磁束が流れにくい。ロータ３全体から見ると、磁束分布が不均一になる。結果として、磁石部３２が配置されて磁束分布が高い領域ではリラクタンストルクに寄与して回転力（回転トルク）が向上し、非磁性体３５を配置されて磁束分布が低い領域ではロータ３の回転数Ｎが増加する。
【００４９】
図３に示す磁石部３２の構成例に加え、非磁性体３５の構成例を図７に示す。非磁性体３５の構成は、基本的に磁石部３２の構成と同じである。言い換えれば、非磁性体３５は磁石部３２と共通する構成でセグメントコア３１の相互間に配置する。図３（Ａ）〜図３（Ｄ）に示す磁石部３２を非磁性体３５に読み替えればよいので、具体的な説明は省略する。なお、非磁性体３５として樹脂を用いる場合には、融点以上に加熱した樹脂には接着性があるので、固定手段として樹脂自身の接着力による固定で行ってもよい。
【００５０】
上述したように磁石部３２と非磁性体３５とを交互に配置する構成（図６を参照）では、磁束分布についても高い領域と低い領域とが交互に現れる。この構成による回転電機１を駆動すると、図８に示すような特性を得ることができる。当該図８には、出力軸であるロータ３のトルク（回転トルク，回転力に相当する）を縦軸とし、時間（Time）を横軸とする関係を示す。言い換えれば、経時的に変化する回転トルクの特性例を示す。
【００５１】
図８において、時刻ｔ０にロータ３が回転し始めている。時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの第１期間は、磁石部３２に流れる磁束がリラクタンストルクに寄与するためにトルクが大きくなっている。時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの第２期間は、セグメントコア３１のみによるリラクタンストルクによって、トルクは逓減しながら推移している。時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの第３期間は、非磁性体３５に磁束が流れにくいためにリラクタンストルクに寄与せず、トルクが減少している。
【００５２】
時刻ｔ１３以降は、上述したサイクル（すなわち第１期間，第２期間および第３期間）の繰り返しである。第１期間は、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４まで、時刻ｔ１６から時刻ｔ１７まで、時刻ｔ１９から時刻ｔ２０まで、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３まで、…が該当する。第２期間は、時刻ｔ１４から時刻ｔ１５まで、時刻ｔ１７から時刻ｔ１８まで、時刻ｔ２０から時刻ｔ２１まで、時刻ｔ２３から時刻ｔ２４まで、…が該当する。第３期間は、時刻ｔ１５から時刻ｔ１６まで、時刻ｔ１８から時刻ｔ１９まで、時刻ｔ２１から時刻ｔ２２まで、時刻ｔ２４から時刻ｔ２５まで、…が該当する。上述したサイクルを繰り返すのに伴って、トルクが逓増し、回転数Ｎが増加している（上記サイクルの周期が短くなっている）。このような特性になるのは、ロータ３の磁束分布が不均一になっていることにほかならない。
【００５３】
図９には、図５に代わるグラフ図である。図６に示す構成例では、セグメントコア３１の相互間に、磁石部３２と非磁性体３５とが交互に配置されているため、単純にセグメントコア３１の相互間距離Ｌを用いて表すことが難しい。そのため、図９では磁石部３２の総磁束量φ（図９の例では総磁束量φａ，φｂ，φｃ）の相違に伴って変化する発生電圧Ｅの一例を示す。図９に示す総磁束量φａ，φｂ，φｃは、φａ＞φｂ＞φｃの関係があると仮定する。
【００５４】
セグメントコア３１の相互間に配置する磁石部３２の総磁束量φについて、総磁束量φａ，φｂ，φｃにそれぞれ設定する場合について簡単に説明する。まず総磁束量φａに設定すると、最大回転数Ｎｍよりも小さい回転数Ｎａのときにバッテリ電圧Ｅｂに達し、回転数Ｎａを超えるとバッテリ電圧Ｅｂよりも大きな発生電圧Ｅを発生する。総磁束量φｂに設定すると、最大回転数Ｎｍのときにバッテリ電圧Ｅｂに達する。総磁束量φｃに設定すると、ロータ３が最大回転数Ｎｍで回転しても、発生電圧Ｅはバッテリ電圧Ｅｂよりも小さい電圧Ｅｃにとどまる。総磁束量φａ，φｂ，φｃの中では、総磁束量φｂが一番良く、次に総磁束量φｃが良い。総磁束量φｂ，φｃに設定すると、ロータ３が最大回転数Ｎｍで回転しても発生電圧Ｅがバッテリ電圧Ｅｂ以下になる。よってロータ３を最大回転数Ｎｍで継続的に回転させることができ、誘導起電力に伴う回生エネルギーの回収量を高めることができる。
【００５５】
なお実施の形態１において、磁石部３２として図４（Ｅ）に示す非磁性分割体３２ｈや、図４（Ｆ）に示す非磁性分割体３２ｍを有する場合にも、上述した図９と同様の指標で設定することもできる。
【００５６】
上述した実施の形態２によれば、下記に示す効果を得ることができる。なお、磁石部３２の一部が非磁性体３５に置き換わったにすぎないので、磁石部３２を有する点では請求項１〜６，８に対応する効果を得ることができる。
【００５７】
請求項７に対応し、磁石部３２を配置しないセグメントコア３１の相互間には、非磁性体３５を配置する構成とした（図６を参照）。この構成によれば、セグメントコア３１の相互間には、磁石部３２が配置される部位と、非磁性体３５を配置される部位とが存在することになる。ロータ３全体から見ると磁束分布が不均一になり、磁石部３２が配置されて磁束分布が高い領域では回転力（回転トルク）が向上し、非磁性体３５を配置されて磁束分布が低い領域では回転数Ｎが増加する。
【００５８】
〔実施の形態３〕
実施の形態３は、上述した実施の形態１または実施の形態２で説明した回転電機１を車輪に適用する例である。当該実施の形態３は図１０を参照しながら説明する。なお、回転電機１の構成等は実施の形態１，２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１，２と異なる点について説明する。よって、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。
【００５９】
図１０には、駆動輪となる車輪１０の構成例を断面図で示す。この車輪１０は、回転電機１のほかに、フレーム１１，ホイール１４，タイヤ１３などを有する。フレーム１１は、車両（二輪車や四輪車などを含む）に備えるフレームを兼用してもよい。回転電機１は、フレーム１１の先端部（図面下部）に備える。理解し易くするために、図１０では回転電機１を覆うカバー等は省略している。
【００６０】
回転電機１の支軸５は、例えばボルトやナット等の固定部材１２，１６によってフレーム１１に固定されている。ロータ３は、ベアリング４（図１を参照）を介して支軸５の軸心を中心として回転し、ホイール１４とともに回転する。ロータ３とホイール１４との間にはワッシャ１５を介在させている。
【００６１】
上述した実施の形態３によれば、請求項９に対応し、車輪１０は実施の形態１または実施の形態２に示す回転電機１を有する構成とした（図１０を参照）。この構成によれば、回転電機１が電動機として作動する場合には、車輪１０を回転駆動させることができる。一方、回転電機１が発電機として作動する場合には、車輪１０の回転数に応じた電力（回生エネルギー）を発生させることができる。また、実施の形態１または実施の形態２に示す回転電機１の作用効果を奏する車輪１０を提供することができる。
【００６２】
〔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１〜３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。
【００６３】
上述した実施の形態１〜３では、複数のセグメントコア３１のみを、ボス３Ｂを介してロータ本体３０に固定する構成とした（図１を参照）。この形態に代えて、複数のセグメントコア３１および複数の磁石部３２の双方をロータ本体３０に固定する構成としてもよい。この場合、ボス３Ｂを介してロータ本体３０に固定してもよく、ロータ本体３０に対して直接固定してもよい。これらの固定は非磁性体３５についても同様に適用できる。磁石部３２や非磁性体３５をロータ本体３０に対して直接固定する場合には、ツバ３３（かしめ部）が不要になる。いずれの構成にせよ、セグメントコア３１や磁石部３２をロータ本体３０に固定することができるので、上述した実施の形態１〜３と同様の作用効果（特に請求項１に対応する効果）を得ることができる。
【００６４】
上述した実施の形態１〜３では、磁石部３２の磁性体としてフェライト磁石を適用した。この構成に代えて、他の磁性体を適用してもよい。他の磁性体は、例えばアルニコ磁石，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。磁石以外では、軟質磁性体（例えば鉄，ケイ素鋼，パーマロイ，センダスト，パーメンジュール，ソフトフェライト，アモルファス磁性合金，ナノクリスタル磁性合金などの材質からなる物体）が該当する。いずれの磁性体にせよ、磁場を発生させたり、磁束を通せるので、上述した実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。
【００６５】
上述した実施の形態１〜３では、ロータ３のロータ本体３０を円錐状に形成する構成とした（図１を参照）。この形態に代えて、他の形状で形成する構成としてもよい。他の形状は、例えば円盤状や円環状等が該当する。いずれの形状にせよ、ロータ３を回転させることができるので、上述した実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。
【００６６】
上述した実施の形態１〜３では、ロータ３に有するセグメントコア３１の数を１４として構成した（図２，図６を参照）。この形態に代えて、セグメントコア３１を他の数で構成してもよい。他の数は２以上で任意であるが、現実的には最大で数十にとどまる。具体的には、３の倍数にしてもよく、６の倍数にしてもよく、７の倍数にしてもよく、発生電圧Ｅの相数に比例する数にしてもよい。いずれにせよ、セグメントコア３１の数が相違するにすぎないので、上述した実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。
【００６７】
上述した実施の形態１〜３では、所定電圧として、バッテリの定格電圧であるのバッテリ電圧Ｅｂを適用した（図５，図９を参照）。この形態に代えて、他の電圧を適用してもよい。他の電圧は、例えば燃料電池の定格電圧や、電力供給源の電圧などが該当する。いずれにせよ、電圧が相違するにすぎないので、上述した実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。
【００６８】
上述した実施の形態２では、セグメントコア３１の相互間に磁石部３２と非磁性体３５とを交互に配置する構成とした（図６を参照）。この形態に代えて、ロータ３全体から見ると、磁束分布が不均一になるような他の配置で構成してもよい。例えば、磁石部３２・磁石部３２・非磁性体３５の繰り返しや、磁石部３２・非磁性体３５・非磁性体３５の繰り返し、磁石部３２・磁石部３２・非磁性体３５・非磁性体３５の繰り返し、その他の組み合わせによる繰り返しなどが該当する。いずれにせよ、ロータ３全体から見て磁束分布が不均一になるので、上述した実施の形態２と同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１  回転電機
２  ステータ（固定子）
２１  固定子巻線
３  ロータ（回転子）
３０  ロータ本体
３１  セグメントコア（磁性体）
３１ａ  傾斜部
３２  磁石部
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆ，３２ｇ，３２ｉ，３２ｊ，３２ｋ  磁性分割体（磁性体）
３２ｈ，３２ｍ  非磁性分割体（非磁性体）
３３  ツバ部（かしめ部）
３５  非磁性体
１０  車輪
【図１】
2013118762.tif 000003
【図２】
2013118762.tif 000004
【図３】
2013118762.tif 000005
【図４】
2013118762.tif 000006
【図５】
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【図６】
2013118762.tif 000008
【図７】
2013118762.tif 000009
【図８】
2013118762.tif 000010
【図９】
2013118762.tif 000011
【図１０】
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