CN111565965B - 车轮驱动装置 - Google Patents

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Abstract

旋转电机(311)包括：筒状的转子(320)，该转子具有磁体部(322)，该磁体部包括极性在周向上交替的多个磁极；以及筒状的定子(330)，该定子具有多相的定子绕组(331)。转子和定子配置成使磁体部和定子绕组在径向内外相对的状态。差速装置包括：差速器箱(371)，该差速器箱随着转子的旋转而旋转；侧齿轮(373、374)，该侧齿轮收容于差速器箱内，并且分别连结到一对车轴；以及小齿轮(372)，该小齿轮收容于差速器箱内，并且与侧齿轮相互啮合，在旋转电机中设置于由转子和定子构成的磁路部的径向内侧的中空部处，与转子同心地配置有差速装置。

Description

车轮驱动装置
技术领域
本发明涉及一种包括旋转电机和差速装置的车轮驱动装置。
背景技术
以往，作为具有动力源即旋转电机的车轮驱动装置，已知例如专利文献1记载的技术。根据上述技术，轮内电动机装置包括支承车轮的轴承、电动机、以及使电动机的旋转减速的减速器，并且构成为一部分位于车轮的内部。此外，电动机的旋转经由减速器向车轮传递。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2016-92995号公报
发明内容
在例如汽车等车辆中，可想到使用旋转电机作为使左右的车轮旋转的动力源。在这种情况下，通常在连接到左右车轮的各车轴之间设置有差速装置，通过该差速装置，在车辆绕转时可向各车轴传递相同的驱动力并且施加旋转差。此处，当将差速装置与旋转电机组合配置成车轮驱动装置时，可想到包含将上述旋转电机和差速装置靠近配置时的布局在内，技术上存在改进的余地。
本发明是鉴于上述情况作出的，其目的在于，在车轮驱动装置中能将差速装置理想地配置于旋转电机。
本说明书公开的多个方式采用互相不同的技术手段来实现各个目的。参照后续详细的说明和附图，可以更明确本说明书公开的目的、特征和效果。
根据方式A1，
一种车轮驱动装置，包括：一对车轴，该一对车轴使车辆的左右的车轮旋转；差速装置，该差速装置以结合到各所述车轴的状态设置；以及旋转电机，该旋转电机使各所述车轴旋转，
所述旋转电机包括：
筒状的转子，该转子具有磁体部，所述磁体部包括极性在周向上交替的多个磁极；以及
筒状的定子，该定子具有多相的定子绕组，
所述转子和所述定子配置成使所述磁体部和所述定子绕组在径向内外相对的状态，
所述差速装置包括：
差速器箱，该差速器箱随着所述转子的旋转而旋转；
侧齿轮，该侧齿轮收容于所述差速器箱内，并且分别连结到一对所述车轴；以及
小齿轮，该小齿轮收容于所述差速器箱，并且与所述侧齿轮相互啮合，
在旋转电机中设置于由所述转子和所述定子构成的磁路部的径向内侧的中空部处，与所述转子同心地配置有所述差速装置。
根据上述结构的车轮驱动装置，在旋转电机中，转子和定子配置成使磁体部和定子绕组在径向内外相对的状态，此外，在由上述转子和定子构成的磁路部的径向内侧的中空部处与转子同心地配置有差速装置。即，旋转电机的转子及定子与差速装置是在径向上层叠的状态，并且以车轴为轴中心而同心地配置。在这种情况下，通过有效地利用在旋转电机内以车轴为中心而形成的环状空间，能抑制体型的增加，并且理想地实现使旋转电机和差速装置一体化的车轮驱动装置。
根据方式A2，在方式A1中，所述定子绕组具有导线部，该导线部在与所述转子相对的位置以规定间隔沿周向配置，在所述定子中，构成为在周向的各所述导线部之间设置导线间构件，并且作为所述导线间构件，使用当将一磁极的所述导线间构件的周向的宽度尺寸设为Wt、将所述导线间构件的饱和磁通密度设为Bs、将一磁极的所述磁体部的周向的宽度尺寸设为Wm并将所述磁体部的残留磁通密度设为Br时，满足Wt×Bs≤Wm×Br的关系的磁性材料、或者非磁性材料，或者构成为在周向的各所述导线部之间不设置导线间构件，所述导线部的径向的厚度尺寸比一磁极内与一相对应的周向的宽度尺寸小。
在上述结构的旋转电机中，通过在定子中使沿周向排列的各导线部之间的极齿(铁芯)变小或者消失，能抑制由在上述各导线部之间产生的磁饱和引起的转矩限制，并且通过使导线部扁平薄型化能抑制转矩降低。在这种情况下，即使旋转电机的外径尺寸相同，也能通过定子的薄型化来扩大磁路部的径向内侧的中空部，并且能使用该中空部理想地配置差速装置。
此外，与在定子中设有各导线部之间的极齿(铁芯)的通常的极齿结构相比，使电感减少。具体地，能使电感成为1/10以下。因此，能实现旋转电机中的机械时间常数的减少，并且能实现例如车辆起动时的响应性的提高。
根据方式A3，在方式A1或者A2中，在所述磁体部中，形成有如下的磁体磁路：在d轴侧的部分中是与d轴平行或者接近与d轴平行的方向，并且在q轴侧的部分中是与q轴正交或者接近与q轴正交的方向。
在上述结构的旋转电机中，通过使磁体磁通在转子中集中在d轴侧，能增强d轴处的磁体磁通，并使转矩随之增强。在这种情况下，伴随能使磁体部中径向的厚度尺寸缩小化(薄型化)，能扩大磁路部的径向内侧的中空部，并且能使用该中空部理想地配置差速装置。另外，通过一起实施定子侧的薄型化，上述效果变得进一步显著。
根据方式A4，在方式A1或者A2中，在所述磁体部中，进行取向以形成有如下的圆弧状的磁体磁路：在靠近d轴的部分中易磁化轴为与d轴平行或者接近与d轴平行的方向，并且在靠近q轴的部分中易磁化轴为与q轴正交或者接近与q轴正交的方向。
在上述结构的旋转电机中，通过使磁体磁通在转子中集中在d轴侧，能增强d轴处的磁体磁通，并使转矩随之增强。此外，由于构成为通过取向使磁体磁路形成为圆弧状，因此能实现薄型磁体中进一步的磁通增强。由此，能扩大磁路部的径向内侧的中空部，并能使用该中空部理想地配置差速装置。另外，通过一起实施定子侧的薄型化，上述效果变得进一步显著。
根据方式A5，在方式A1～A4的任意一个方式中，所述旋转电机是在所述定子的径向外侧配置有所述转子的外转子式的旋转电机。
根据使用外转子式的旋转电机的结构，与内转子式的旋转电机相比，旋转状态下的惯量更大。因此，能实现低振动的车轮驱动装置。
根据方式A6，在方式A1～A5的任意一个方式中，包括电气单元，该电气单元具有：环状的壳体构件，该壳体构件在所述磁路部的径向内侧且所述差速器箱的径向外侧的位置形成有环状空间，并设置于所述环状空间；以及电气部件，该电气部件收容于所述壳体构件内的收容空间，并构成与所述定子绕组电连接的电力转换器。
根据上述结构，在旋转电机中，转子及定子、构成电力转换器的电气单元、以及差速装置在径向上配置成层叠的状态。在这种情况下，能够进一步有效地利用在旋转电机内以车轴为中心而形成的环状空间，并且能理想地实现功能集中的车轮驱动装置。
根据方式A7，在方式A6中，所述壳体构件固定于所述车辆的车身部，所述壳体构件的环状的内壁部与所述差速器箱的外周面相对，所述差速器箱由轴承支承为旋转自如，所述轴承在所述内壁部与所述差速器箱之间设置为包围该差速器箱。
根据上述结构，电气单元的壳体构件固定于车辆的车身部，在该壳体构件的径向内侧，差速器箱由轴承支承为旋转自如。在这种情况下，除了旋转电机的转子和定子、差速装置以及电气单元之外，轴承也能以层叠状态理想地配置。
根据方式A8，在方式A6或者A7中，在所述壳体构件的环状的外壁部中，在外周面固定有所述定子，并且以沿着内周面的方式配置有所述电气部件，在所述外壁部形成有供制冷剂流通的制冷剂通路。
根据上述结构，使用以车轴为中心环状地设置的壳体构件的外壁部，在定子的周向内侧且电力转换器的径向外侧的位置设有制冷剂通路。此外，通过使制冷剂在上述制冷剂通路中流通，能理想地冷却电气部件。
根据方式A9，在方式A8中，包括：收容构件，该收容构件形成封闭空间，并在该封闭空间内收容所述转子、所述定子和所述差速装置；循环部，该循环部使填充于所述收容构件内的润滑油循环；以及散热部，该散热部进行润滑油的散热，使润滑油在所述收容构件内通过所述制冷剂通路的径向外侧而流通。
根据上述结构，在车轮驱动装置中，能理想地实施由制冷剂进行的电气部件的冷却和由收容构件中的润滑油进行的各部的润滑和冷却。在这种情况下，电气部件和定子主要由在制冷剂通路中流动的制冷剂进行冷却，与此同时，由在制冷剂通路的径向外侧(壳体构件的周围)流动的润滑油进行冷却。此外，在这种情况下，能使旋转电机和差速装置共用润滑油，并且理想地实施由润滑油进行的各部的润滑和冷却。
根据方式A10，在方式A1～A8的任意一个方式中，包括：收容构件，该收容构件形成封闭空间，并在该封闭空间内收容所述转子、所述定子和所述差速装置；循环部，该循环部使填充于所述收容构件内的润滑油循环；以及散热部，该散热部进行润滑油的散热。
根据上述结构，在车轮驱动装置中，能使旋转电机和差速装置共用润滑油，并且理想地实施由润滑油进行的各部的润滑和冷却。
根据方式A11，在方式A1～A10的任意一个方式中，在所述转子固定有所述差速器箱，所述转子和所述差速器箱一体地旋转。
根据上述结构，在转子固定有差速器箱，差速器箱随着转子的旋转而以相同的转速进行旋转。在这种情况下，能使车轴相对于旋转电机的旋转在减速比为1的状态下进行旋转。
根据方式A12，在方式A1～A10的任意一个方式中，在设置于所述差速器箱的径向外侧且所述磁路部的径向内侧的环状空间中，配置有以规定变速比使所述转子的旋转变速的变速装置。
根据上述结构，在旋转电机中，转子及定子、变速装置以及差速装置在径向上配置成层叠的状态。在这种情况下，能够进一步有效地利用在旋转电机内以车轴为中心而形成的环状空间，并且能理想地实现功能集中的车轮驱动装置。
根据方式A13，在方式A12中，所述变速装置是行星齿轮机构，该行星齿轮机构包括：具有内齿的齿圈；具有外齿的恒星齿轮；配置于所述齿圈与所述恒星齿轮之间并与所述齿圈、所述恒星齿轮啮合的多个小齿轮；以及将多个所述小齿轮支承为能够旋转的轮架，所述齿圈和所述恒星齿轮中的一方固定于所述车辆的车身部，并且所述齿圈和所述恒星齿轮中的另一方固定于所述转子，在所述差速器箱固定有所述轮架。
根据上述结构，当转子旋转时，各小齿轮随着恒星齿轮或者齿圈的旋转而旋转，并且差速器箱和轮架一起随着该小齿轮的旋转而一体旋转。在这种情况下，旋转电机的旋转即转子的旋转以由行星齿轮机构确定的规定减速比进行减速，车轴和差速器箱一起以减速后的转速进行旋转。
行星齿轮机构在径向上同心地设于差速器箱与磁路部之间的环状空间，与旋转电机的转子和定子以及差速装置相同地，理想地配置为层叠状。
根据方式B1，
一种车轮驱动装置，包括：一对车轴，该一对车轴连结到车辆的左右的车轮；差速装置，该差速装置以结合到各所述车轴的状态设置；以及旋转电机，该旋转电机使各所述车轴旋转，
所述旋转电机包括：
转子，该转子具有包括极性在周向上交替的多个磁极的磁体部，并且设置成能与旋转轴一体旋转；
筒状的定子，该定子具有多相的定子绕组；
第一齿轮，该第一齿轮固定于所述旋转轴；以及
第一外壳，该第一外壳收容所述转子、所述定子及所述第一齿轮，
所述转子和所述定子配置成使所述磁体部和所述定子绕组在径向内外相对的状态，
所述差速装置包括：
差速器箱，该差速器箱随着所述转子的旋转而旋转；
侧齿轮，该侧齿轮收容于所述差速器箱内，并且分别连结到一对所述车轴；
小齿轮，该小齿轮收容于所述差速器箱，并且与所述侧齿轮相互啮合；
第二齿轮，该第二齿轮固定于所述差速器箱；以及
第二外壳，该第二外壳设置为包围所述差速器箱和所述第二齿轮，
所述第一外壳和所述第二外壳互相固定，并且各所述外壳内的空间通过连通部互相连通，
所述第一齿轮和所述第二齿轮处于经过所述连通部啮合的状态。
根据上述结构的车轮驱动装置，构成为将旋转电机侧的第一外壳和差速装置侧的第二外壳连结，进行旋转电机侧的第一齿轮和差速装置侧的第二齿轮的啮合。在这种情况下，特别地，利用连通部使各外壳内的空间互相连通，并使第一齿轮和第二齿轮成为经过该连通部啮合的状态。由此，能在将旋转电机和差速装置靠近配置的状态下，理想地实施上述二者之间的动力传递。
根据方式B2，在方式B1中，所述第一外壳和所述第二外壳沿着与所述车轴的轴向正交的方向并排配置，所述旋转电机以所述旋转轴与所述车轴平行的方向设置。
根据上述结构，在旋转电机和差速装置沿着与车轴的轴向正交的方向并排配置的车轮驱动装置中，能尽可能地减小车轴的轴向上的宽度尺寸。由此，在装设有车轮驱动装置的车辆中，能有效利用在车轴的轴向上夹着车轮驱动装置的两侧的空间。另外，旋转电机的旋转轴相对于车轴的位置在铅垂方向和水平方向上可以任意，能实现例如旋转电机的旋转轴相对于车轴配置于铅垂方向上方或铅垂方向下方的结构、以及旋转电机的旋转轴相对于车轴配置于车辆前方或者车辆后方的结构等。
根据方式B3，在方式B1中，所述第一外壳和所述第二外壳沿着与所述车轴的轴向正交的方向并排配置，所述旋转电机以所述旋转轴与所述车轴交叉的方向设置。
根据上述结构，在旋转电机和差速装置沿着与车轴的轴向正交的方向并排配置的车轮驱动装置中，能尽可能地减小与车轴的轴向正交的方向上的宽度尺寸。由此，在装设有车轮驱动装置的车辆中，能有效利用与车轴的轴向正交的方向上的空间。另外，旋转电机的旋转轴相对于车轴延伸的方向在铅垂方向和水平方向上可以任意，能实现例如旋转电机的旋转轴相对于车轴向铅垂方向上方或铅垂方向下方延伸的结构、以及旋转电机的旋转轴相对于车轴向车辆前方或者车辆后方延伸的结构等。
根据方式B4，在方式B1～B3的任意一个方式中，所述定子绕组具有导线部，该导线部在与所述转子相对的位置以规定间隔沿周向配置，在所述定子中，构成为在周向的各所述导线部之间设置导线间构件，并且作为所述导线间构件，使用当将一磁极的所述导线间构件的周向的宽度尺寸设为Wt、将所述导线间构件的饱和磁通密度设为Bs、将一磁极的所述磁体部的周向的宽度尺寸设为Wm并将所述磁体部的残留磁通密度设为Br时，满足Wt×Bs≤Wm×Br的关系的磁性材料、或者非磁性材料，或者构成为在周向的各所述导线部之间不设置导线间构件，所述导线部的径向的厚度尺寸比一磁极内与一相对应的周向的宽度尺寸小。
在上述结构的旋转电机中，通过在定子中使沿周向排列的各导线部之间的极齿(铁芯)变小或者消失，能抑制由在上述各导线部之间产生的磁饱和引起的转矩限制，并且通过使导线部扁平薄型化能抑制转矩降低。在这种情况下，能维持旋转电机的转矩性能，并且能通过定子的薄型化使旋转电机的外形尺寸缩小。因此，在旋转电机和差速装置并排配置的车轮驱动装置中，能实现整体尺寸的小型化。
根据方式B5，在方式B1～B4的任意一个方式中，在所述磁体部中，形成有如下的磁体磁路：在d轴侧的部分中是与d轴平行或者接近与d轴平行的方向，并且在q轴侧的部分中是与q轴正交或者接近与q轴正交的方向。
在上述结构的旋转电机中，通过使磁体磁通在转子中集中在d轴侧，能增强d轴处的磁体磁通，并使转矩随之增强。在这种情况下，伴随能使磁体部中径向的厚度尺寸缩小化(薄型化)，能缩小旋转电机的外形尺寸，并且能紧凑地集中配置旋转电机和差速装置。另外，通过一起实施定子侧的薄型化，上述效果变得进一步显著。
根据方式B6，在方式B1～B4的任意方式中，在所述磁体部中，进行取向以形成有如下的圆弧状的磁体磁路：在靠近d轴的部分中易磁化轴为与d轴平行或者接近与d轴平行的方向，并且在靠近q轴的部分中易磁化轴为与q轴正交或者接近与q轴正交的方向。
在上述结构的旋转电机中，通过使磁体磁通在转子中集中在d轴侧，能增强d轴处的磁体磁通，并使转矩随之增强。此外，由于构成为通过取向使磁体磁路形成为圆弧状，因此能实现薄型磁体中进一步的磁通增强。由此，能缩小旋转电机的外形尺寸，能紧凑地集中配置旋转电机和差速装置。另外，通过一起实施定子侧的薄型化，上述效果变得进一步显著。
根据方式B7，在方式B1～B6的任意一个方式中，在所述旋转电机中设置于由所述转子和所述定子构成的磁路部的径向内侧的中空部处，环状地配置有构成与所述定子绕组电连接的电力转换器的电气部件。
根据上述结构，在旋转电机中，转子及定子与电力转换器(具体是构成电力转换器的电气部件)在径向上配置成层叠的状态。在这种情况下，在旋转电机中，能使用位于转子和定子的径向内侧的中空部来理想地配置电力转换器。由此，能实现旋转电机的小型化，进而能实现车轮驱动装置的小型化。
根据方式B8，在方式B1～B7的任意一个方式中，所述车轮驱动装置是使润滑油循环的车轮驱动装置，润滑油能从所述第一外壳和所述第二外壳中的一方的外壳经由所述连通部向另一方的外壳流通。
根据上述结构，在使润滑油循环的车轮驱动装置中，能使润滑油在旋转电机与差速装置之间经由第一齿轮和第二齿轮流通。由此，能在旋转电机、差速装置和变速装置(第一齿轮和第二齿轮)使用共用的润滑油来理想地进行润滑和冷却。
根据方式B9，在方式B8中，包括：循环路径，该循环路径的一端侧连接到所述一方的外壳，并且另一端侧连接到所述另一方的外壳；泵，该泵使润滑油在所述循环路径上循环；以及散热部，该散热部设于所述循环路径，构成为使从所述循环路径流入所述一方的外壳的润滑油经由所述连通部向所述另一方的外壳流通，并且从所述另一方的外壳向所述循环路径流出。
根据上述结构，润滑油在循环路径→一方的外壳→连通部→另一方的外壳→循环路径这样一连串的路径上循环。在这种情况下，若是润滑油从循环路径流入第一外壳(旋转电机的外壳)并且从第二外壳(差速装置的外壳)向循环路径流出的结构，则能够在旋转电机侧优先由润滑油进行冷却。此外，若是润滑油从循环路径流入第二外壳(差速装置的外壳)并且从第一外壳(旋转电机的外壳)向循环路径流出的结构，则能够在差速装置侧优先由润滑油进行冷却。
附图说明
参照附图和以下详细的记述，可以更明确本发明的上述目的、其他目的、特征和优点。附图如下所述。
图1是旋转电机的纵剖立体图。
图2是旋转电机的纵剖视图。
图3是图2的III-III线剖视图。
图4是放大表示图3的一部分的剖视图。
图5是旋转电机的分解图。
图6是逆变器单元的分解图。
图7是表示定子绕组的安培匝数与转矩密度之间的关系的转矩线图。
图8是转子和定子的横剖视图。
图9是放大表示图8的一部分的图。
图10是定子的横剖视图。
图11是定子的纵剖视图。
图12是定子绕组的立体图。
图13是表示导线的结构的立体图。
图14是表示线材的结构的示意图。
图15是表示第n层的各导线的形态的图。
图16是表示第n层和第n+1层的各导线的侧视图。
图17是表示实施方式的磁体的电角度与磁通密度之间的关系的图。
图18是表示比较例的磁体的电角度与磁通密度之间的关系的图。
图19是旋转电机的控制系统的电路图。
图20是表示控制装置的电流反馈控制处理的功能框图。
图21是表示控制装置的转矩反馈控制处理的功能框图。
图22是第二实施方式的转子和定子的横剖视图。
图23是放大表示图22的一部分的图。
图24是具体表示磁体单元的磁通的流动的图。
图25是变形例1的定子的剖视图。
图26是变形例1的定子的剖视图。
图27是变形例2的定子的剖视图。
图28是变形例3的定子的剖视图。
图29是变形例4的定子的剖视图。
图30是变形例7的转子和定子的横剖视图。
图31是表示变形例8中的操作信号生成部的处理的一部分的功能框图。
图32是表示载波频率变更处理的步骤的流程图。
图33是表示变形例9中的构成导线组的各导线的连接方式的图。
图34是表示变形例9中的层叠配置有四对导线的结构的图。
图35是变形例10的内转子式的转子和定子的横剖视图。
图36是放大表示图35的一部分的图。
图37是内转子式的旋转电机的纵剖视图。
图38是表示内转子式的旋转电机的示意结构的纵剖视图。
图39是表示变形例11中的内转子结构的旋转电机的结构的图。
图40是表示变形例11中的内转子结构的旋转电机的结构的图。
图41是表示变形例12中的旋转电枢式的旋转电机的结构的图。
图42是表示变形例14的导线的结构的剖视图。
图43是表示磁阻转矩、磁体转矩和DM的关系的图。
图44是表示极齿的图。
图45是表示车辆中车轮驱动装置的实施方式一的示意概况的示意图。
图46是表示车轮驱动装置的结构的纵剖视图。
图47是分解表示车轮驱动装置的主要结构的分解剖视图。
图48是用于说明车轮驱动装置的油冷结构的剖视图。
图49是表示车轮驱动装置的变形例1的结构的剖视图。
图50是表示车轮驱动装置的变形例2的结构的剖视图。
图51是表示车辆中车轮驱动装置的实施方式二的示意的示意图。
图52是表示车轮驱动装置的结构的纵剖视图。
图53是分解表示旋转电机的分解剖视图。
图54是车轮驱动装置的外观立体图。
图55是表示与车轮驱动装置中的冷却相关的结构的图。
图56是表示实施方式二的变形例的结构的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对多个实施方式进行说明。在多个实施方式中，有时对于功能上和/或结构上对应的部分和/或关联的部分标注相同的参照符号，或者标注相差百以上的位的参照符号。对于对应的部分和/或关联的部分，可以参照其他实施方式的说明。
本实施方式中的旋转电机作为例如车辆动力源使用。但是，旋转电机能作为产业用、车辆用、家电用、OA设备用、游戏机用等广泛使用。另外，在以下各实施方式中，对于彼此相同或等同的部分，在附图中标注相同的符号，对于相同符号的部分引用其说明。
(第一实施方式)
本实施方式的旋转电机10是同步式多相交流电动机，是外转子结构(外转结构)。图1至图5示出了旋转电机10的概要。图1是旋转电机10的纵剖立体图，图2是旋转电机10的沿着旋转轴11的方向的纵剖视图，图3是旋转电机10的与旋转轴11正交的方向上的横剖视图(图2的III－III线剖视图)，图4是放大表示图3的一部分的剖视图，图5是旋转电机10的分解图。另外，在图3中，为了便于图示，除了旋转轴11之外，省略了表示切断面的阴影。在以下的记载中，将旋转轴11延伸的方向作为轴向，将从旋转轴11的中心放射状地延伸的方向作为径向，将以旋转轴11为中心圆周状地延伸的方向作为周向。
旋转电机10大致包括轴承单元20、外壳30、转子40、定子50以及逆变器单元60。上述各构件均和旋转轴11一起同轴地配置，以规定顺序在轴向上组装，从而构成旋转电机10。本实施方式的旋转电机10是具有作为“励磁元件”的转子40和作为“电枢”的定子50的结构，具体化为旋转励磁式的旋转电机。
轴承单元20具有：在轴向上彼此分开地配置的两个轴承21、22；以及保持上述轴承21、22的保持构件23。轴承21、22例如是径向滚珠轴承，并且分别具有：外圈25、内圈26以及配置于上述外圈25与内圈26之间的多个滚珠27。保持构件23呈圆筒状，并且在该保持构件23的径向内侧组装轴承21、22。此外，旋转轴11和转子40旋转自如地支承于轴承21、22的径向内侧。由轴承21、22构成一组轴承，将旋转轴11支承为能够旋转。
在各轴承21、22中，滚珠27由未图示的止动器保持，并且在该状态下保持各滚珠彼此的间距。轴承21、22在止动器的轴向上下部具有密封构件，并且在其内部填充有非导电性润滑脂(例如，非导电性的尿素润滑脂)。此外，内圈26的位置由间隔件机械保持，并且从内侧施加了沿上下方向凸出的恒定压力预压。
外壳30具有呈圆筒状的周壁31。周壁31具有在其轴向上相对的第一端和第二端。周壁31在第一端具有端面32并且在第二端具有开口33。开口33在整个第二端处敞开。在端面32的中央形成有圆形的孔34，在插通于上述孔34的状态下，轴承单元20通过螺钉、铆钉等固定件而固定。此外，在外壳30内、即在由周壁31和端面32划分出的内部空间收容有中空圆筒状的转子40和中空圆筒状的定子50。在本实施方式中，旋转电机10是外转子型，并且在外壳30内，在呈筒状的转子40的径向内侧配置有定子50。转子40在轴向上在端面32一侧悬臂支承于旋转轴11。
转子40具有：形成为中空筒状的磁体保持件41；以及设于该磁体保持件41的径向内侧的环状的磁体单元42。磁体保持件41呈大致杯状，具有作为磁体保持构件的功能。磁体保持件41具有：呈圆筒状的圆筒部43；同样呈圆筒状并且直径比圆筒部43小的固定部(连接物)44；以及作为连接上述圆筒部43和固定部44的部位的中间部45。在圆筒部43的内周面安装有磁体单元42。
另外，磁体保持件41由机械强度足够的冷轧钢板(SPCC)、锻钢、碳纤维增强塑料(CFRP)等构成。
在固定部44的通孔44a插通旋转轴11。固定部44固定于在通孔44a内设置的旋转轴11。即，磁体保持件41通过固定部44固定到旋转轴11。另外，固定部44最好通过利用了凹凸的花键结合、键结合、焊接或铆接等固定到旋转轴11。由此，转子40和旋转轴11一体地旋转。
此外，轴承单元20的轴承21、22被组装到固定部44的径向外侧。如上所述，由于轴承单元20固定于外壳30的端面32，因此旋转轴11和转子40可旋转地支承于外壳30。由此，转子40在外壳30内旋转自如。
转子40仅在其轴向上相对的两个端部中的一方设有固定部44，由此，转子40悬臂支承于旋转轴11。此处，转子40的固定部44在轴向上的两个不同位置处由轴承单元20的轴承21、22支承为能旋转。即，转子40在磁体保持件41的沿其轴向相对的两个端部中的一方处，被在上述轴向上分开的两个轴承21、22支承为能旋转。因此，即使是转子40悬臂支承于旋转轴11的结构，也能实现转子40的稳定旋转。在这种情况下，在转子40的相对于轴向中心位置向单侧偏移的位置处，转子40由轴承21、22支承。
此外，在轴承单元20中，对于靠近转子40的中心(图的下侧)的轴承22和其相反侧(图的上侧)的轴承21，外圈25、内圈26与滚珠27之间的间隙尺寸不同，例如，靠近转子40的中心的轴承22与其相反侧的轴承21相比，间隙尺寸更大。在这种情况下，在靠近转子40的中心的一侧，即使转子40的抖动、因部件公差引起的不平衡所导致的振动作用于轴承单元20，也能良好地吸收上述抖动、振动的影响。具体而言，通过在靠近转子40的中心(图的下侧)的轴承22中利用预压使游隙尺寸(间隙尺寸)变大，从而能通过上述游隙部分吸收在悬臂结构中产生的振动。上述预压可以是恒定位置预压或者恒定压力预压中的任意一个。在恒定位置预压的情况下，使用压入或者粘接等方法将轴承21和轴承22的外圈25均接合到保持构件23。此外，使用压入或者粘接等方法将轴承21和轴承22的内圈26均接合到旋转轴11。此处，能够通过将轴承21的外圈25在轴向上配置于与轴承21的内圈26不同的位置来产生预压。也能够通过将轴承22的外圈25在轴向上配置于与轴承22的内圈26不同的位置来产生预压。
此外，在采用恒定压力预压的情况下，为了在轴向上从夹在轴承22与轴承21之间的区域朝向轴承22的外圈25产生预压，将预压用弹簧例如波形垫圈24等配置于夹在轴承22与轴承21之间的上述区域。在这种情况下，也使用压入或者粘接等方法将轴承21和轴承22的内圈26均接合到旋转轴11。轴承21或轴承22的外圈25隔着规定的间隙配置于保持构件23。通过设为上述结构，预压用弹簧的弹力朝远离轴承21的方向作用于轴承22的外圈25。接着，上述力在旋转轴11中传递，从而作用有将轴承21的内圈26向轴承22的方向按压的力。由此，对于轴承21、22，外圈25和内圈26的轴向位置均偏移，从而能够与上述的恒定位置预压相同地将预压施加到两个轴承。
另外，在产生恒定压力预压时，并非必须像图2所示那样对轴承22的外圈25施加弹力。例如，也可以对轴承21的外圈25施加弹力。此外，也可以通过将轴承21、22中的任意一个的内圈26隔着规定的间隙配置于旋转轴11，使用压入或者粘接等方法将轴承21、22的外圈25接合到保持构件23，从而将预压施加于两个轴承。
此外，当施加力使轴承21的内圈26远离轴承22时，最好施加力使轴承22的内圈26也远离轴承21。反之，当施加力使轴承21的内圈26靠近轴承22时，最好施加力使轴承22的内圈26也靠近轴承21。
另外，当以车辆动力源等目的将本旋转电机10应用于车辆时，有可能对产生预压的机构施加具有预压的产生方向的分量的振动、施加预压的对象物的重力方向有可能变动。因此，在将本旋转电机10应用于车辆的情况下，期望采用恒定位置预压。
此外，中间部45具有环状的内侧肩部49a和环状的外侧肩部49b。外侧肩部49b在中间部45的径向上位于内侧肩部49a的外侧。内侧肩部49a和外侧肩部49b在中间部45的轴向上彼此分开。由此，在中间部45的径向上，圆筒部43和固定部44部分重叠。即，圆筒部43比固定部44的基端部(图的下侧的里侧端部)向轴向外侧突出。根据本结构，与中间部45无台阶地设为平板状的情况相比，能够在转子40的重心附近的位置使转子40支承于旋转轴11，从而能实现转子40的稳定动作。
根据上述中间部45的结构，转子40中，在径向上包围固定部44并且靠近中间部45内的位置，环状地形成有收容轴承单元20的一部分的轴承收容凹部46，并且在径向上包围轴承收容凹部46并且靠近中间部45外的位置，形成有收容后述的定子50的定子绕组51的线圈边端54的线圈收容凹部47。此外，上述各收容凹部46、47配置为在径向的内外相邻。即，轴承单元20的一部分和定子绕组51的线圈边端54配置为在径向内外重叠。由此，能够缩短旋转电机10中轴向的长度尺寸。
中间部45设为从旋转轴11侧向径向外侧突出。而且，在上述中间部45设有沿轴向延伸的接触避免部，该接触避免部避免了与定子50的定子绕组51的线圈边端54的接触。中间部45相当于突出部。
能够通过使线圈边端54向径向的内侧或外侧弯曲来减小该线圈边端54的轴向尺寸，从而能够缩短定子50的轴长。线圈边端54的弯曲方向最好考虑和转子40的组装。假设将定子50组装在转子40的径向内侧，则在对于该转子40的插入前端侧，线圈边端54最好向径向内侧弯曲。与线圈边端54相反一侧的线圈边端的弯曲方向可以是任意的，但是出于制造的考量优选向空间上富余的外侧弯曲的形状。
此外，作为磁体部的磁体单元42由多个永磁体构成，该多个永磁体配置为在圆筒部43的径向内侧沿着周向交替地改变极性。由此，磁体单元42在周向上具有多个磁极。在后面详细描述磁体单元42。
定子50设于转子40的径向内侧。定子50具有卷绕形成为大致筒状(环状)的定子绕组51以及作为配置于定子绕组51的径向内侧的基座构件的定子铁芯52，定子绕组51配置为隔着规定的气隙与圆环状的磁体单元42相对。定子绕组51由多个相绕组构成。通过以规定间距将在周向上排列的多根导线彼此连接来构成上述各相绕组。在本实施方式中，通过使用U相、V相和W相的三相绕组以及X相、Y相和Z相的三相绕组并且使用两组的上述三相绕组，使定子绕组51构成为六相的相绕组。
定子铁芯52由层叠有软磁性材料即电磁钢板的层叠钢板形成为圆环状，并组装在定子绕组51的径向内侧。电磁钢板是例如向铁中添加了约百分之几(例如3％)的硅的硅钢板。定子绕组51相当于电枢绕组，定子铁芯52相当于电枢铁芯。
定子绕组51具有线圈侧部53和线圈边端54、55，上述线圈侧部53是在径向上与定子铁芯52重叠的部分并且位于定子铁芯52的径向外侧，上述线圈边端54、55在轴向上向定子铁芯52的一端侧和另一端侧分别突出。线圈侧部53在径向上与定子铁芯52、转子40的磁体单元42分别相对。在转子40的内侧配置有定子50的状态下，轴向两侧的线圈边端54、55中的位于轴承单元20侧(图的上侧)的线圈边端54收容于由转子40的磁体保持件41形成的线圈收容凹部47。在后面详细描述定子50。
逆变器单元60具有：通过螺栓等紧固件固定于外壳30的单元基座61；以及组装于上述单元基座61的多个电气组件62。单元基座61由例如碳纤维增强塑料(CFRP)制成。单元基座61具有：固定于外壳30的开口33的边缘的端板63；以及一体地设于上述端板63并在轴向上延伸的壳体64。端板63在其中心部具有圆形的开口65，并且以从开口65的周缘部立起的方式形成壳体64。
定子50组装于壳体64的外周面。即，壳体64的外径尺寸与定子铁芯52的内径尺寸相同，或者略小于定子铁芯52的内径尺寸。通过将定子铁芯52组装于壳体64的外侧，使定子50和单元基座61一体化。此外，由于单元基座61固定于外壳30，因此在将定子铁芯52组装于壳体64的状态下，定子50处于与外壳30一体化的状态。
另外，定子铁芯52最好通过粘接、热压配合、压入等组装于单元基座61。由此，抑制了定子铁芯52相对于单元基座61侧在周向或轴向上位置偏移。
此外，壳体64的径向内侧是收容电气组件62的收容空间，在该收容空间以包围旋转轴11的方式配置有电气组件62。壳体64具有作为收容空间形成部的作用。电气组件62构成为包括：构成逆变器电路的半导体模块66、控制基板67以及电容器模块68。
另外，单元基座61相当于设于定子50的径向内侧并且保持定子50的定子保持件(电枢保持件)。由外壳30和单元基座61构成旋转电机10的电动机外壳。在上述电动机外壳中，保持构件23夹着转子40在轴向的一方侧固定于外壳30，并且外壳30和单元基座61在另一方侧彼此结合。例如，在作为电动汽车的电动车辆等中，通过将电动机外壳安装于上述车辆等一侧来将旋转电机10安装于车辆等。
此处，除了上述图1至图5之外，还使用逆变器单元60的分解图即图6来进一步说明逆变器单元60的结构。
在单元基座61中，壳体64具有筒状部71和端面72，该端面72设于在上述轴向上相对的两端中的一方(轴承单元20侧的端部)。筒状部71的轴向两端部中的端面72的相反侧通过端板63的开口65全面敞开。在端面72的中央形成有圆形的孔73，并且旋转轴11可插通于该孔73。在孔73设有密封件171，该密封件171对孔73与旋转轴11的外周面之间的空隙进行封闭。密封件171最好是例如由树脂材料制成的滑动密封件。
壳体64的筒状部71是对配置于其径向外侧的转子40、定子50与配置于其径向内侧的电气组件62之间进行分隔的分隔部，转子40、定子50与电气组件62分别配置成夹着筒状部71在径向内外排列。
此外，电气组件62是构成逆变器电路的电气部件，具有动力运行功能和发电功能，上述动力运行功能使电流以规定顺序向定子绕组51的各相绕组流动从而使转子40旋转，上述发电功能伴随旋转轴11的旋转而输入流向定子绕组51的三相交流电流，作为发电电力向外部输出。另外，电气组件62也可以仅具有动力运行功能和发电功能中的任意一方。例如，当旋转电机10用作车辆用动力源时，发电功能是向外部输出再生电力的再生功能。
作为电气组件62的具体结构，如图4所示，在旋转轴11的周围设有呈中空圆筒状的电容器模块68，并且在该电容器模块68的外周面上沿周向并排配置有多个半导体模块66。电容器模块68包括彼此并联连接的多个平滑用电容器68a。具体地，电容器68a是层叠多个薄膜电容器而成的层叠式薄膜电容器，且横截面呈梯形。通过环状地并排配置有十二个电容器68a而构成电容器模块68。
另外，在电容器68a的制造过程中，例如，使用多个薄膜层叠而成的规定宽度的长条薄膜，将薄膜宽度方向设为梯形高度方向，并且以梯形的上底和下底交替的方式将长条薄膜切断为等腰梯形，从而制作电容器元件。然后，通过将电极等安装于上述电容器元件来制作电容器68a。
半导体模块66具有例如MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor：金属-氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管)等半导体开关元件，并且形成为大致板状。在本实施方式中，旋转电机10包括两组三相绕组，由于针对每个三相绕组设有逆变器电路，因此将共计十二个半导体模块66环状地排列而形成的半导体模块组66A设于电气组件62。
半导体模块66以夹在壳体64的筒状部71与电容器模块68之间的状态配置。半导体模块组66A的外周面与筒状部71的内周面抵接，半导体模块组66A的内周面与电容器模块68的外周面抵接。在这种情况下，在半导体模块66中产生的热量通过壳体64传递到端板63，并从端板63释放。
半导体模块组66A最好在外周面侧、即在径向上在半导体模块66与筒状部71之间具有间隔件69。在这种情况下，在电容器模块68中与轴向正交的横截面的截面形状为正十二边形，而筒状部71的内周面的横截面形状为圆形，因此，间隔件69的内周面为平坦面，外周面为曲面。间隔件69也可以在半导体模块组66A的径向外侧以连接为圆环状的方式一体地设置。间隔件69最好是良好的导热体，例如铝等金属或散热凝胶片等。另外，筒状部71的内周面的横截面形状也可以是与电容器模块68相同的十二边形。在这种情况下，间隔件69的内周面和外周面最好均是平坦面。
此外，在本实施方式中，在壳体64的筒状部71形成有供冷却水流通的冷却水通路74，在半导体模块66中产生的热量也向在冷却水通路74中流动的冷却水释放。即，壳体64包括水冷机构。如图3和图4所示，冷却水通路74形成为环状，以包围电气组件62(半导体模块66和电容器模块68)。半导体模块66沿着筒状部71的内周面配置，在沿径向内外与上述半导体模块66重叠的位置设有冷却水通路74。
由于在筒状部71的外侧配置有定子50，在内侧配置有电气组件62，因此定子50的热量从筒状部71的外侧传递到筒状部71，并且电气组件62的热量(例如半导体模块66的热量)从内侧传递到筒状部71。在这种情况下，能同时冷却定子50和半导体模块66，从而能高效地释放旋转电机10中的发热构件的热量。
此外，构成通过向定子绕组51通电来使旋转电机动作的逆变器电路的一部分或者全部的半导体模块66的至少一部分配置于定子铁芯52所包围的区域内，上述定子铁芯52配置在壳体64的筒状部71的径向外侧。优选的是，一个半导体模块66的整体配置于定子铁芯52所包围的区域内。进一步优选的是，全部半导体模块66的整体配置于定子铁芯52所包围的区域内。
此外，半导体模块66的至少一部分配置于由冷却水通路74包围的区域内。优选的是，全部半导体模块66的整体配置于轭部141所包围的区域内。
此外，电气组件62在轴向上包括：设于电容器模块68的一方的端面的绝缘片75；以及设于另一方的端面的配线模块76。在这种情况下，电容器模块68具有在上述轴向上相对的两个端面，即第一端面和第二端面。电容器模块68的靠近轴承单元20的第一端面与壳体64的端面72相对，并且以夹着绝缘片75的状态与端面72重合。此外，配线模块76组装于电容器模块68的靠近开口65的第二端面。
配线模块76具有由合成树脂材料制成并呈圆形板状的主体部76a以及埋设于其内部的多个母线76b、76c，并且通过该母线76b、76c和半导体模块66、电容器模块68电连接。具体地，半导体模块66具有从上述轴向端面延伸的连接销66a，并且该连接销66a在主体部76a的径向外侧连接到母线76b。此外，母线76c在主体部76a的径向外侧向与电容器模块68相反的一侧延伸，并且在其前端部连接到配线构件79(参照图2)。
如上所述，根据在电容器模块68的沿轴向相对的第一端面设有绝缘片75并且在电容器模块68的第二端面设有配线模块76的结构，作为电容器模块68的散热路径，形成有从电容器模块68的第一端面和第二端面到端面72和筒状部71的路径。即，形成有从第一端面到端面72的路径和从第二端面到筒状部71的路径。由此，在电容器模块68中能够从设有半导体模块66的外周面以外的端面部散热。即，不仅能沿径向散热还能沿轴向散热。
此外，由于电容器模块68呈中空圆筒状，并且在其内周部隔着规定的间隙配置有旋转轴11，因此电容器模块68的热量也能从上述中空部释放。在这种情况下，由于通过旋转轴11的旋转而产生气流，从而提高了上述冷却效果。
圆板状的控制基板67安装于配线模块76。控制基板67具有形成有规定的配线图案的印刷电路板(PCB)，在上述板上安装有相当于由各种IC、微型计算机等构成的控制部的控制装置77。控制基板67通过螺钉等固定件固定于配线模块76。控制基板67在其中央部具有供旋转轴11插通的插通孔67a。
另外，配线模块76具有在轴向上彼此相对，即在其厚度方向上彼此相对的第一面和第二面。第一面面对电容器模块68。在配线模块76的上述第二面上设置控制基板67。构成为配线模块76的母线76c从控制基板67的两面中的一方侧向另一方侧延伸。在上述结构中，控制基板67优选设有避免与母线76c干涉的切口。例如，最好切除呈圆形的控制基板67的外缘部的一部分。
根据如上所述在壳体64所包围的空间内收容有电气组件62且在其外侧层状地设有外壳30、转子40以及定子50的结构，能理想地对在逆变器电路中产生的电磁噪声进行屏蔽。即，在逆变器电路中，利用基于规定载波频率的PWM控制进行各半导体模块66中的开关控制，可以想到上述开关控制会产生电磁噪声，但是能通过电气组件62的径向外侧的外壳30、转子40、定子50等理想地屏蔽上述电磁噪声。
此外，通过将半导体模块66的至少一部分配置于在壳体64的筒状部71的径向外侧配置的定子铁芯52所包围的区域内，与半导体模块66和定子绕组51不隔着定子铁芯52配置的结构相比，即使从半导体模块66产生了磁通，也不易对定子绕组51产生影响。此外，即使从定子绕组51产生了磁通，也不易对半导体模块66产生影响。另外，若将半导体模块66的整体配置于在壳体64的筒状部71的径向外侧配置的定子铁芯52所包围的区域内，则会更有效。此外，当半导体模块66的至少一部分由冷却水通路74包围时，能够得到来自定子绕组51、磁体单元42的发热不易到达半导体模块66这样的效果。
在筒状部71中，在端板63的附近形成有通孔78，该通孔78供将筒状部71的外侧的定子50和内侧的电气组件62电连接的配线构件79(参照图2)插通。如图2所示，配线构件79通过压接、焊接等分别连接到定子绕组51的端部和配线模块76的母线76c。配线构件79是例如母线，其接合面优选是压扁的。通孔78优选设于一个部位或者多个部位，在本实施方式中，在两个部位设有通孔78。根据在两个部位设有通孔78的结构，能够分别通过配线构件79容易地将从两组的三相绕组延伸的绕组端子接线，从而适用于进行多相接线。
如上所述，在外壳30内，如图4所示，从径向外侧依次设有转子40和定子50，并且在定子50的径向内侧设有逆变器单元60。此处，在将外壳30的内周面的半径设为d的情况下，在距转子40的旋转中心比d×0.705大的距离的径向外侧配置有转子40和定子50。在这种情况下，若将从转子40和定子50中的径向内侧的定子50的内周面(即定子铁芯52的内周面)向径向内侧的区域设为第一区域X1，将在径向上从定子50的内周面到外壳30之间的区域设为第二区域X2，则第一区域X1的横截面的面积大于第二区域X2的横截面的面积。此外，按转子40的磁体单元42和定子绕组51在径向上重叠的范围观察，第一区域X1的体积大于第二区域X2的体积。
另外，若将转子40和定子50设为磁路组件，则在外壳30内，从上述磁路组件的内周面向径向内侧的第一区域X1的体积大于在径向上从磁路组件的内周面到外壳30之间的第二区域X2的体积。
接着，更详细地说明转子40和定子50的结构。
一般，作为旋转电机的定子的结构，已知以下结构：在由层叠钢板制成并且呈圆环状的定子铁芯中沿周向设置多个切槽，并且在该切槽内卷绕定子绕组。具体地，定子铁芯具有以规定间隔从轭部沿径向延伸的多个极齿，在沿周向相邻的极齿之间形成有切槽。而且，在切槽内例如在径向上收容有多层导线，由该导线构成定子绕组。
但是，根据上述的定子结构，在定子绕组通电时，伴随定子绕组的磁动势增加，在定子铁芯的极齿部分产生磁饱和，可想到由此导致旋转电机的转矩密度被限制。即，在定子铁芯中，可想到由定子绕组的通电产生的旋转磁通集中于极齿，从而产生磁饱和。
此外，一般地，作为旋转电机的IPM(Interior Permanent Magnet：内部永磁体)转子的结构，已知以下结构：在d-q坐标系中的d轴配置有永磁体，在q轴配置有转子铁芯。在这种情况下，通过使d轴附近的定子绕组励磁，根据弗莱明定律，励磁磁通从定子流入转子的q轴。而且由此可以想到，在转子的q轴铁芯部分会产生大范围的磁饱和。
图7是示出了表示定子绕组的磁动势的安培匝数[AT]和转矩密度[Nm/L]的关系的转矩线图。虚线表示一般的IPM转子式旋转电机的特性。如图7所示，在一般的旋转电机中，在定子中增加磁动势会使切槽之间的极齿部分和q轴铁芯部分这两个部位产生磁饱和，从而导致转矩的增加被限制。这样，在上述一般的旋转电机中，安培匝数方案值限制为A1。
因此，在本实施方式中，为了消除磁饱和引起的限制，在旋转电机10中设置以下所示的结构。即，作为第一方案，为了使定子中在定子铁芯的极齿处产生的磁饱和消失，在定子50中采用无切槽结构，并且为了使IPM转子的q轴铁芯部分处产生的磁饱和消失，采用SPM(Surface Permanent Magnet：表面式永磁体)转子。根据第一方案，虽然能够使产生磁饱和的上述两个部位的部分消失，但是可想到会使低电流区域的转矩减少(参照图7的点划线)。因此，作为第二方案，为了通过实现SPM转子的磁通增强来挽回转矩减少，在转子40的磁体单元42中采用使磁体磁路变长来提高磁力的极性各向异性结构。
此外，作为第三方案，在定子绕组51的线圈侧部53中采用使导线的定子50中的径向厚度变小的扁平导线结构，以挽回转矩的减少。此处，通过上述提高了磁力的极性各向异性结构，可想到在与磁体单元42相对的定子绕组51中会产生更大的涡电流。然而，根据第三方案，由于是在径向上较薄的扁平导线结构，因此能抑制定子绕组51中的径向的涡电流的产生。这样，根据上述第一至第三的各结构，如图7的实线所示，能采用磁力较高的磁体来实现转矩特性的大幅改进，并且还能减轻磁力较高的磁体会导致产生较大的涡电流的担忧。
此外，作为第四方案，采用利用极性各向异性结构并具有与正弦波相近的磁通密度分布的磁体单元。由此，能够通过后述的脉冲控制等来提高正弦波匹配率从而实现转矩增强，并且，由于与径向磁体相比磁通变化更缓和，因此还能进一步抑制涡电流损耗(涡电流导致的铜损：eddy current loss)。
以下，对正弦波匹配率进行说明。可以将利用磁通探针追踪磁体的表面而测量到的表面磁通密度分布的实际测量波形与周期和峰值相同的正弦波进行比较来获得正弦波匹配率。而且，作为旋转电机的基波的初级波形的振幅相对于实际测量波形的振幅、即在基波上增加了其他谐波成分的振幅的占比，相当于正弦波匹配率。当正弦波匹配率变高时，表面磁通密度分布的波形逐渐接近正弦波形状。而且，当从逆变器向包括提高了正弦波匹配率的磁体的旋转电机供给初级正弦波的电流时，与磁体的表面磁通密度分布的波形接近正弦波形状相结合，产生较大的转矩。另外，还可以通过实际测量以外的方法，例如使用了麦克斯韦方程的电磁场分析来推定表面磁通密度分布。
此外，作为第五方案，将定子绕组51设为聚集并捆绑多股线材的线材导体结构。由此，由于线材并联接线，因此能流过大电流，并且由于线材各自的截面积变小，因此与在径向上变薄的第三方案相比，能够更有效地抑制在扁平导线结构中的沿定子50的周向扩展的导线处产生涡电流。而且，通过构成为捻合了多股线材，相对于来自导体的磁动势，能够抵消相对于电流通电方向根据右旋法则产生的磁通相对应的涡电流。
这样，当进一步增加第四方案和第五方案时，在采用第二方案即磁力较高的磁体的同时，可以进一步抑制由上述较高的磁力引起的涡电流损耗并且实现转矩增强。
以下，对上述定子50的无切槽结构、定子绕组51的扁平导线结构以及磁体单元42的极性各向异性结构分别增加说明。此处，首先对定子50的无切槽结构和定子绕组51的扁平导线结构进行说明。图8是转子40和定子50的横剖视图，图9是放大表示图8所示的转子40和定子50的一部分的图。图10是示出了沿着图11的X-X线的定子50的横截面的剖视图，图11是示出了定子50的纵截面的剖视图。此外，图12是定子绕组51的立体图。另外，图8和图9中，用箭头表示磁体单元42中磁体的磁化方向。
如图8至图11所示，定子铁芯52在轴向上层叠有多个电磁钢板，并且呈在径向上具有规定厚度的圆筒状，定子绕组51组装于定子铁芯52的成为转子40侧的径向外侧。在定子铁芯52中，转子40侧的外周面是导线设置部(导体区域)。定子铁芯52的外周面呈没有凹凸的曲面状，在该外周面上以规定间隔沿周向配置有多个导线组81。定子铁芯52作为背轭发挥作用，该背轭成为用于使转子40旋转的磁路的一部分。在这种情况下，成为在沿周向相邻的各两个导线组81之间没有设置由软磁性材料制成的极齿(即铁芯)的结构(即无切槽结构)。在本实施方式中，构成为密封构件57的树脂材料进入上述各导线组81的间隙56。即，在定子50中，在周向上设于各导线组81之间的导线间构件构成为非磁性材料的密封构件57。就密封构件57密封前的状态来说，在定子铁芯52的径向外侧以分别隔开导线间区域即间隙56的方式以规定间隔沿周向配置有导线组81，由此构成无切槽结构的定子50。换言之，如后面所述，各导线组81由两个导线(conductor：导体)82构成，沿定子50的周向相邻的各两个导线组81之间仅由非磁性材料占据。除了密封构件57之外，上述非磁性材料还包括空气等非磁性气体、非磁性液体等。另外，以下，密封构件57也称为导线间构件(conductor-to-conductor member：导体对导体构件)。
另外，在沿周向排列的各导线组81之间设有极齿的结构是指以下结构：极齿在径向上具有规定厚度并且在周向上具有规定宽度，从而在各导线组81之间形成磁路的一部分即磁体磁路。关于上述这一点，在各导线组81之间没有设置极齿的结构是指没有形成上述的磁路的结构。
如图10所示，定子绕组(即电枢绕组)51形成为具有规定的厚度T2(以下也称为第一尺寸)和宽度W2(以下也称为第二尺寸)。厚度T2是定子绕组51的在径向上彼此相对的外侧面与内侧面之间的最短距离。宽度W2是作为定子绕组51的多相(实施例中为三相：U相、V相和W相这三相或者X相、Y相和Z相这三相)之一发挥作用的定子绕组51的一部分定子绕组51的周向上的长度。具体地，在图10中，当沿周向相邻的两个导线组81作为三相之一的例如U相发挥作用时，宽度W2是在周向上从上述两个导线组81的一端到另一端的宽度。而且，厚度T2小于宽度W2。
另外，厚度T2优选小于存在于宽度W2内的两个导线组81的总宽度尺寸。此外，当定子绕组51(更详细为导线82)的截面形状是正圆形状、椭圆形状或者多边形形状时，也可以将导线82的沿定子50的径向的截面中的定子50的径向上的最大长度设为W12，将该截面中的定子50的周向上的最大长度设为W11。
如图10和图11所示，定子绕组51由密封构件57密封，该密封构件57由作为密封材料(模塑材料)的合成树脂材料构成。即，定子绕组51和定子铁芯52一起通过模塑材料模制。另外，作为非磁性体或者非磁性体的等同物，树脂可以看作Bs＝0。
按图10的横截面观察，构成为在各导线组81之间、即间隙56填充合成树脂材料来设置密封构件57，通过密封构件57在各导线组81之间夹设绝缘构件。即，密封构件57在间隙56中作为绝缘构件发挥作用。密封构件57在定子铁芯52的径向外侧设置在包含所有各导线组81的范围、即径向的厚度尺寸大于各导线组81的径向的厚度尺寸的范围。
此外，按图11的纵截面观察，密封构件57设置在包含定子绕组51的拐弯部84的范围。在定子绕组51的径向内侧，密封构件57设置在包含定子铁芯52的在轴向上相对的端面的至少一部分的范围。在这种情况下，定子绕组51中除了各相的相绕组的端部、即和逆变器电路连接的连接端子之外的大致整体被树脂密封。
根据密封构件57设置在包含定子铁芯52的端面的范围的结构，能够通过密封构件57将定子铁芯52的层叠钢板向轴向内侧按压。由此，能够使用密封构件57保持各钢板的层叠状态。另外，虽然在本实施方式中，没有对定子铁芯52的内周面进行树脂密封，但是除此之外，还可以构成为对包含了定子铁芯52的内周面的定子铁芯52的整体进行树脂密封。
当旋转电机10作为车辆动力源使用时，密封构件57优选由高耐热性的氟树脂、环氧树脂、PPS树脂、PEEK树脂、LCP树脂、硅树脂、PAI树脂、PI树脂等构成。此外，当从抑制由膨胀差引起的开裂的观点出发考虑线性膨胀系数时，期望是与定子绕组51的导线的外膜相同的材质。即，期望排除线性膨胀系数一般为其他树脂的成倍以上的硅树脂。另外，在像电动车辆那样不具有利用了燃烧的装置的电气产品中，具有180℃左右的耐热性的PP0树脂、酚醛树脂、FRP树脂也成为候补。在旋转电机的周围温度看作低于100℃的领域中，没有上述限定。
旋转电机10的转矩与磁通的大小成比例。此处，当定子铁芯具有极齿时，定子处的最大磁通量依赖并受限于极齿处的饱和磁通密度，但是当定子铁芯不具有极齿时，定子处的最大磁通量不被限制。因此，在增加对于定子绕组51的通电电流来实现旋转电机10的转矩增加这方面是有利的。
在本实施方式中，通过在定子50中使用没有极齿的结构(无切槽结构)来减小定子50的电感。具体地，在由多个极齿分隔的各切槽收容有导线的一般的旋转电机的定子中，电感是例如1mH左右，与此相对，本实施方式的定子50中电感减小到5～60μH左右。在本实施方式中，能够设为外转子结构的旋转电机10，并且通过减小定子50的电感来降低机械时间常数Tm。即，能在实现高转矩的同时减小机械时间常数Tm。另外，机械时间常数Tm由下式计算，其中J是惯量，L是电感，Kt是转矩常数，Ke是反电动势常数。
Tm＝(J×L)/(Kt×Ke)
在这种情况下，可以确认通过减小电感L能减小机械时间常数Tm。
截面呈扁平矩形的多个导线82在定子铁芯52的径向上并排设置，从而构成定子铁芯52的径向外侧的各导线组81。各导线82以在横截面中“径向尺寸＜周向尺寸”的方向配置。由此，在各导线组81中实现了径向的薄壁化。此外，实现了径向的薄壁化的同时，导体区域平坦地延伸至以往有极齿的区域，成为扁平导线区域结构。由此，通过在周向上扁平化来增加导体的截面积，从而抑制了由于薄壁化使截面积变小而导致的导线发热量的增加。另外，即使是在周向上排列多股导线并使上述导线并联接线的结构，尽管会发生导体膜这部分导致的导体截面积下降，但是能够得到基于相同的理由的效果。另外，以下，各导线组81和各导线82也称为传导构件(conductive member：导电构件)。
由于没有切槽，因此，根据本实施方式的定子绕组51，能够将其周向一周的定子绕组51所占据的导体区域设计为大于不存在定子绕组51的非导体占据区域。另外，现有的车辆用旋转电机中，定子绕组的周向一周的导体区域/非导体占据区域自然在1以下。另一方面，在本实施方式中，将各导线组81设置成导体区域与非导体占据区域相等或者导体区域大于非导体占据区域。此处，如图10所示，若将在周向上配置有导线82(即后述的直线部83)的导线区域设为WA，将相邻的导线82之间的导线间区域设为WB，则导线区域WA在周向上大于导线间区域WB。
作为定子绕组51的导线组81的结构，该导线组81的径向的厚度尺寸小于一个磁极内的与一相对应的周向的宽度尺寸。即，在导线组81在径向上由两层导线82构成并且在一个磁极内针对一相在周向上设有两个导线组81的结构中，构成为当将各导线82的径向的厚度尺寸设为Tc并将各导线82的周向的宽度尺寸设为Wc时，“Tc×2＜Wc×2”。另外，作为其他结构，在导线组81由两层导线82构成并且在一个磁极内针对一相在周向上设有一个导线组81的结构中，最好构成为“Tc×2＜Wc”的关系。总之，在定子绕组51中以规定间隔沿周向配置的导线部(导线组81)的径向的厚度尺寸小于一个磁极内的与一相对应的周向的宽度尺寸。
换言之，一股一股的各导线82的径向的厚度尺寸Tc最好小于周向的宽度尺寸Wc。此外，在径向上由两层导线82构成的导线组81的径向的厚度尺寸(2Tc)、即导线组81的径向的厚度尺寸(2Tc)最好小于周向的宽度尺寸Wc。
旋转电机10的转矩与导线组81的定子铁芯52的径向的厚度大致成反比。关于这点，通过在定子铁芯52的径向外侧使导线组81的厚度变薄，成为对实现旋转电机10的转矩增加这方面有利的结构。作为上述的理由，是因为能够缩小从转子40的磁体单元42到定子铁芯52的距离(即没有铁的部分的距离)，从而降低磁阻。由此，能够增大永磁体形成的与定子铁芯52的交链磁通，从而能增强转矩。
此外，通过使导线组81的厚度变薄，即使磁通从导线组81泄漏也能容易回收到定子铁芯52，从而能抑制磁通向外部泄漏而没有有效地用于提高转矩。即，能够抑制由于磁通泄漏而使磁力下降，从而能够增大永磁体形成的与定子铁芯52的交链磁通而增强转矩。
导线82(conductor)由导体(conductor body)82a的表面被绝缘膜82b包覆的包覆导线构成，从而在径向上互相重合的导线82彼此之间以及在导线82与定子铁芯52之间分别确保绝缘性。如果后述的线材86是自熔包覆线，则上述绝缘膜82b是其包覆膜，或者由与线材86的包覆膜不同的、重叠的绝缘构件。另外，除了用于连接的露出部分之外，由导线82构成的各相绕组通过绝缘膜82b保持绝缘性。作为露出部分，例如是输入输出端子部或者形成星形接线时的中性点部分。在导线组81中，使用树脂固接或自熔包覆线，将在径向上相邻的各导线82互相固接。由此，抑制了导线82彼此相互摩擦导致的绝缘破坏、振动以及声音。
在本实施方式中，导体82a构成为多股线材(wire)86的集合体。具体地，如图13所示，导体82a通过将多股线材86捻合而形成为捻线状。此外，如图14所示，线材86构成为将较细的纤维状的导电构件87捆扎而成的复合体。例如，线材86是CNT(碳纳米管)纤维的复合体，作为CNT纤维，使用包含了以硼置换至少一部分碳的含硼微细纤维的纤维。作为碳微细纤维，除了CNT纤维以外，还可以使用气相生长法碳纤维(VGCF)等，但优选使用CNT纤维。另外，线材86的表面由搪瓷等高分子绝缘层覆盖。此外，线材86的表面优选覆盖有由聚酰亚胺的膜、酰胺酰亚胺的膜构成的所谓的搪瓷膜。
导线82在定子绕组51中构成n相绕组。而且，导线82(即，导体82a)各自的线材86在彼此接触状态下相邻。导线82是线材集合体，其中，绕组导体在相内的一处以上具有捻合多股线材86而形成的部位，并且捻合的线材86之间的电阻值大于线材86本身的电阻值。换言之，当相邻的各两股线材86在上述相邻的方向上具有第一电阻率、各线材86在其长度方向上具有第二电阻率时，第一电阻率是大于第二电阻率的值。另外，导线82也可以是以下的线材集合体：由多股线材86形成并且通过第一电阻率极高的绝缘构件覆盖多股线材86。此外，导线82的导体82a由捻合的多股线材86构成。
由于在上述导体82a中捻合多股线材86而构成，因此能够抑制各线材86处的涡电流的产生，并且减小导体82a的涡电流。此外，通过捻合各线材86，在一股线材86中会产生磁场的施加方向彼此相反的部位，从而抵消反电动势。因此，仍然能够减小涡电流。尤其是，通过用纤维状的导电构件87构成线材86，能够细线化并大幅增加捻合次数，从而进一步理想地减小涡电流。
另外，此处所说的线材86彼此的绝缘方法不限定于前述的高分子绝缘膜，也可以是利用接触电阻使电流不易在捻合的线材86之间流动的方法。即，若成为捻合的线材86之间的电阻值大于线材86本身的电阻值的关系，则能通过因电阻值的差而产生的电位差来得到上述效果。例如，优选的是，能通过将制作线材86的制造设备和制作旋转电机10的定子50(电枢)的制造设备作为分开的非连续的设备使用，从而根据移动时间、作业间隔等使线材86氧化，从而增加接触电阻。
如上所述，导线82是截面呈扁平矩形且在径向上并排配置有多个的构件，通过使例如由包括熔合层和绝缘层的自熔包覆线包覆的多股线材86以捻合的状态集合，并使上述熔合层彼此熔合，从而维持形状。另外，也可以利用合成树脂等将不包括熔合层的线材、自熔包覆线的线材以捻合的状态牢固地成型为期望的形状。当将导线82的绝缘膜82b的厚度设为例如80μm～100μm而设为比通常使用的导线的膜厚(5～40μm)厚时，即使没有在导线82与定子铁芯52之间夹着绝缘纸等，也能确保导线82与定子铁芯52两者之间的绝缘性。
此外，期望绝缘膜82b构成为，与线材86的绝缘层相比具有较高的绝缘性能，可以使相之间绝缘。例如，当将线材86的高分子绝缘层的厚度设为例如5μm左右时，希望将导线82的绝缘膜82b的厚度设为80μm～100μm左右，从而能够理想地实施相之间的绝缘。
此外，导线82也可以是不捻合而捆扎多股线材86的结构。即，导线82只要是在其全长上捻合多股线材86的结构、在全长中的一部分捻合多股线材86的结构、在全长上不捻合而捆扎多股线材86的结构中的任意一种即可。总之，构成导线部的各导线82为以下的线材集合体：捆扎多股线材86并且捆扎的线材之间的电阻值大于线材86本身的电阻值。
各导线82弯曲形成为在定子绕组51的周向上以规定的配置模式配置，由此，作为定子绕组51形成针对各相的相绕组。如图12所示，在定子绕组51中，通过各导线82中的在轴向上直线状地延伸的直线部83形成线圈侧部53，通过在轴向上向线圈侧部53的两外侧突出的拐弯部84形成线圈边端54、55。交替地重复直线部83和拐弯部84，从而各导线82构成为波形的一连串的导线。直线部83配置于在径向上与磁体单元42相对的位置，在磁体单元42的轴向外侧的位置隔着规定间隔配置的同相的直线部83彼此通过拐弯部84互相连接。另外，直线部83相当于“磁体相对部”。
在本实施方式中，定子绕组51以分布绕组方式卷绕形成为圆环状。在这种情况下，线圈侧部53中，针对每相在周向上以与磁体单元42的一极对对应的间隔配置有直线部83，在线圈边端54、55中，每相的各直线部83通过形成为大致V字形的拐弯部84互相连接。与一极对对应而成对的各直线部83各自的电流方向彼此相反。此外，在一方的线圈边端54和另一方的线圈边端55中，由拐弯部84连接的一对直线部83的组合分别不同，通过在周向上重复上述线圈边端54、55处的连接，使定子绕组51形成为大致圆筒状。
更具体地，定子绕组51中，每相使用两对导线82来构成各相的绕组，定子绕组51中的一方的三相绕组(U相、V相、W相)和另一方的三相绕组(X相、Y相、Z相)设于径向内外的两层。在这种情况下，若将定子绕组51的相数设为S(实施例的情况下为6)，将导线82的每相的数量设为m，则针对各极对形成有2×S×m＝2Sm个导线82。在本实施方式中，由于是相数S为6、数量m为4且为8极对(16极)的旋转电机，因此在定子铁芯52的周向上配置有6×4×8＝192股导线82。
在图12所示的定子绕组51中构成为，在线圈侧部53中，在沿径向相邻的两层重叠配置有直线部83，并且在线圈边端54、55中，拐弯部84从沿径向重叠的各直线部83以互相沿周向相反的方向在周向上延伸。即，在沿径向相邻的各导线82中，除了定子绕组51的端部，拐弯部84的方向彼此相反。
此处，对定子绕组51中导线82的卷绕结构进行具体的说明。在本实施方式中，将通过波形卷绕形成的多个导线82重叠设置于沿径向相邻的多层(例如两层)。图15的(a)、图15的(b)是表示第n层的各导线82的形态的图，图15的(a)表示从定子绕组51的侧方观察到的导线82的形状，图15的(b)表示从定子绕组51的轴向一侧观察到的导线82的形状。另外，在图15的(a)、图15的(b)中，将配置有导线组81的位置分别表示为D1、D2、D3……。此外，为了便于说明，仅表示了三股导线82，将其设为第一导线82_A、第二导线82_B、第三导线82_C。
各导线82_A～82_C中，直线部83均配置于第n层的位置、即在径向上相同的位置，在周向上每6个位置(相当于3×m对)分开的直线部83彼此通过拐弯部84互相连接。换言之，各导线82_A～82_C中均构成为，在以转子40的轴心为中心的同一个圆上，定子绕组51的沿周向相邻而排列的七个直线部83的两端的两个通过一个拐弯部84互相连接。例如，在第一导线82_A中，一对直线部83分别配置于D1、D7，上述一对直线部83彼此通过倒V字形的拐弯部84连接。此外，其他的导线82_B、82_C在相同的第n层中分别配置为使周向的位置错开一个位置。在这种情况下，由于各导线82_A～82_C均配置于相同层，因此可想到拐弯部84会互相干涉。因此，在本实施方式中，在各导线82_A～82_C的拐弯部84形成使一部分沿径向偏置的干涉避免部。
具体地，各导线82_A～82_C的拐弯部84具有：作为在同一个圆(第一圆)上沿周向延伸的部分的一个倾斜部84a；从倾斜部84a向比上述同一个圆靠近径向内侧(图15的(b)中为上侧)的位置偏移，到达其他圆(第二圆)的顶部84b；在第二圆上沿周向延伸的倾斜部84c；以及从第一圆回到第二圆的返回部84d。顶部84b、倾斜部84c以及返回部84d相当于干涉避免部。另外，倾斜部84c也可以是相对于倾斜部84a向径向外侧偏移的结构。
即，各导线82_A～82_C的拐弯部84夹着周向的中央位置即顶部84b在其两侧具有一方侧的倾斜部84a和另一方侧的倾斜部84c，上述各倾斜部84a、84c的径向的位置(图15的(a)中为纸面前后方向的位置，图15的(b)中为上下方向的位置)互相不同。例如，第一导线82_A的拐弯部84构成为，以n层的D1位置为起点位置沿着周向延伸并在周向的中央位置即顶部84b向径向(例如径向内侧)弯曲后，再次朝周向弯曲，由此，再次沿着周向延伸，进而在返回部84d处再次向径向(例如径向外侧)弯曲，从而到达终点位置即n层的D7位置。
根据上述结构，在导线82_A～82_C中构成为，一方的各倾斜部84a从上方以第一导线82_A→第二导线82_B→第三导线82_C的顺序沿上下排列，并且各导线82_A～82_C的上下在顶部84b处交换，另一方的各倾斜部84c从上方以第三导线82_C→第二导线82_B→第一导线82_A的顺序沿上下排列。因此，能够使各导线82_A～82_C不互相干涉地在周向上配置。
此处，在沿径向重叠多个导线82来形成导线组81的结构中，连接到多层的各直线部83中的径向内侧的直线部83的拐弯部84和连接到径向外侧的直线部83的拐弯部84最好配置为比上述各直线部83彼此更沿径向远离。此外，当多层导线82在拐弯部84的端部即和直线部83之间的边界部附近向径向的相同侧弯曲时，最好不发生因上述相邻层的导线82彼此的干涉使绝缘性受损的情况。
例如在图15的(a)、图15的(b)的D7～D9中，沿径向重叠的各导线82在拐弯部84的返回部84d处分别向径向弯曲。在这种情况下，如图16所示，最好使第n层的导线82和第n+1层的导线82的弯曲部的曲率半径不同。具体地，使径向内侧(第n层)的导线82的曲率半径R1小于径向外侧(第n+1层)的导线82的曲率半径R2。
此外，最好使第n层的导线82和第n+1层的导线82的径向的偏移量不同。具体地，使径向内侧(第n层)的导线82的偏移量S1大于径向外侧(第n+1层)的导线82的偏移量S2。
根据上述结构，即使在沿径向重叠的各导线82沿相同方向弯曲的情况下，也能理想地避免各导线82的相互干涉。由此，会得到良好的绝缘性。
接着，对转子40中磁体单元42的结构进行说明。在本实施方式中，假设磁体单元42由永磁体构成，残留磁通密度Br＝1.0[T]，内禀矫顽力Hcj＝400[kA/m]以上。总而言之，本实施方式所使用的永磁体是将粒状的磁性材料烧结而成型固化的烧结磁体，J-H曲线上的内禀矫顽力Hcj是400[kA/m]以上，并且残留磁通密度Br是1.0[T]以上。当通过相间励磁施加5000～10000[AT]时，若使用一极对即N极和S极的磁长度、换言之N极与S极之间的磁通流过的路径中的在磁体内通过的长度是25[mm]的永磁体，则Hcj＝10000[A]，不会退磁。
此外换言之，关于磁体单元42，饱和磁通密度Js是1.2[T]以上并且结晶粒径是10[μm]以下，在将取向率设为α的情况下，Js×α是1.0[T]以上。
以下对磁体单元42进行补充说明。磁体单元42(磁体)的特征在于，2.15[T]≥Js≥1.2[T]。换言之，作为用于磁体单元42的磁体，列举NdFe11TiN、Nd2Fe14B、Sm2Fe17N3、具有L10型结晶的FeNi磁体等。另外，无法使用通常称为钐钴磁体(samarium-cobalt)的SmCo5、FePt、Dy2Fe14B、CoPt等的结构。需要注意的是，存在利用同型的化合物例如Dy2Fe14B和Nd2Fe14B那样的，通常利用重稀土类的镝，虽然稍许失去了钕的较高的Js特性，但是具有Dy所具有的较高的矫顽力的磁体也能满足2.15[T]≥Js≥1.2[T]的情况，在这种情况下也能采用。在这种情况下，称为例如([Nd1-xDyx]2Fe14B)。此外，利用组成不同的两个种类以上的磁体，例如由FeNi+Sm2Fe17N3这样的两个种类以上的材料构成的磁体，也可以实现，使例如Js＝1.6[T]这样的Js富余的Nd2Fe14B的磁体少量混有Js＜1[T]的例如Dy2Fe14B，以增加矫顽力的混合磁体等，也可以实现。
此外，对于在人类的活动范围外的温度、例如超过沙漠的温度的60℃以上进行动作这样的旋转电机，例如夏天车内温度接近80℃的车辆用电动机用途等，尤其期望包括温度依赖系数小的FeNi、Sm2Fe17N3的成分。这是因为，在从人类的活动范围即北欧的-40℃附近的温度状态到前述的超过沙漠温度的60℃以上、或者到线圈搪瓷膜的耐热温度180～240℃左右的电动机动作中，电动机特性根据温度依赖系数而有较大差异，因此难以通过同一个电动机驱动器进行最佳控制等。若使用前述具有L10型结晶的FeNi或者Sm2Fe17N3等，则与Nd2Fe14B相比能够根据具有一半以下的温度依赖系数的特性理想地减少电动机驱动器的负担。
除此之外，磁体单元42的特征在于，使用上述磁体配合，使取向以前的微粉体状态的粒子径的大小在10μm以下且单磁畴粒子径以上。在磁体中，由于通过将粉体的粒子微细化到数百nm级能使矫顽力变大，因此近年来使用尽可能微细化的粉体。但是，当过度细化时，磁体的BH积会由于氧化等而降低，因此优选单磁畴粒子径以上。已知若是到单磁畴粒子径为止的粒子径，则矫顽力会由于微细化而上升。另外，此处描述的粒子径的大小是磁体的制造工序中所说的取向工序时的微粉体状态的粒子径的大小。
此外，磁体单元42的第一磁体91和第二磁体92分别是以高温烧固磁性粉末的、通过所谓的烧结形成的烧结磁体。磁体单元42的饱和磁化强度Js在1.2T以上，第一磁体91和第二磁体92的结晶粒径在10μm以下，当取向率设为α时，以满足Js×α在1.0T(特斯拉)以上的条件来进行上述烧结。此外，以分别满足以下条件的方式对第一磁体91和第二磁体92进行烧结。接着，通过在上述制造工序中用取向工序进行取向，与各向同性磁体的磁化工序的磁力方向的定义不同，具有取向率(orientation ratio：取向比)。以本实施方式的磁体单元42的饱和磁化强度Js在1.2T以上且第一磁体91和第二磁体92的取向率α为Jr≥Js×α≥1.0[T]的方式设定较高的取向率。另外，此处所说的取向率α是指，在第一磁体91和第二磁体92各自中，当例如易磁化轴有6个，其中的5个朝向相同的方向即方向A10，剩下的一个朝向相对于方向A10倾斜90度的方向B10时，α＝5/6，当剩下的一个朝向相对于方向A10倾斜45度的方向B10时，由于剩下的一个的朝向方向A10的分量是cos45°＝0.707，因此α＝(5+0.707)/6。在本实施例中通过烧结形成第一磁体91和第二磁体92，但是若能满足上述条件，则也可以用其他的方法来成型第一磁体91和第二磁体92。例如，可以采用形成MQ3磁体等的方法。
在本实施方式中，由于利用了通过取向来控制易磁化轴的永磁体，因此能够使上述磁体内部的磁路长度比以往具有1.0[T]以上的直线取向磁体的磁路长度长。即，除了能用较少的磁体量来实现每一极对的磁路长度之外，与利用了以往的直线取向磁体的设计相比，即使暴露在严酷的高温条件下，也能保持其可逆退磁范围。此外，本申请的发明人发现了一种结构，即使使用现有技术的磁体，也能得到与极性各向异性磁体相近的特性。
另外，易磁化轴是指在磁体中容易被磁化的结晶方位。磁体中的易磁化轴的方向是指使表示易磁化轴的方向对齐的程度的取向率在50％以上的方向、或者上述磁体的取向平均的方向。
如图8和图9所示，磁体单元42呈圆环状，并设于磁体保持件41的内侧(详细而言圆筒部43的径向内侧)。磁体单元42具有分别是极性各向异性磁体并且极性互相不同的第一磁体91和第二磁体92。第一磁体91和第二磁体92在周向上交替配置。第一磁体91是在靠近定子绕组51的部分形成N极的磁体，第二磁体92是在靠近定子绕组51的部分形成S极的磁体。第一磁体91和第二磁体92是由例如钕磁体等稀土类磁体构成的永磁体。
在各磁体91、92中，如图9所示，在公知的d-q坐标系中，在磁极中心即d轴(direct-axis：直轴)与N极和S极的磁极边界(换言之磁通密度是0特斯拉)即q轴(quadrature-axis：正交轴)之间，磁化方向圆弧状地延伸。在各磁体91、92中，在d轴侧，磁化方向是圆环状的磁体单元42的径向，在q轴侧，圆环状的磁体单元42的磁化方向是周向。以下，进一步进行详细说明。如图9所示，磁体91、92分别具有：第一部分250；以及在磁体单元42的周向上位于第一部分250的两侧的两个第二部分260。换言之，第一部分250比第二部分260更靠近d轴，第二部分260比第一部分250更靠近q轴。而且，磁体单元42构成为，第一部分250的易磁化轴300的方向比第二部分260的易磁化轴310的方向更平行于d轴。换言之，磁体单元42构成为，第一部分250的易磁化轴300与d轴所成的角度θ11小于第二部分260的易磁化轴310与q轴所成的角度θ12。
更详细地，角度θ11是当将在d轴上从定子50(电枢)朝向磁体单元42的方向设为正时，d轴和易磁化轴300所成的角度。角度θ12是当将在q轴上从定子50(电枢)朝向磁体单元42的方向设为正时，q轴和易磁化轴310所成的角度。另外，在本实施方式中，角度θ11和角度θ12都在90°以下。此处所说的易磁化轴300、310分别定义如下。在磁体91、92各自的部分中，当将一个易磁化轴朝向方向A11并将另一个易磁化轴朝向方向B11时，将方向A11和方向B11所成的角度θ的余弦绝对值(|cosθ|)设为易磁化轴300或者易磁化轴310。
即，各磁体91、92中，易磁化轴的方向在d轴侧(靠近d轴的部分)和在q轴侧(靠近q轴的部分)不同，在d轴侧，易磁化轴的方向为接近与d轴平行的方向的方向，在q轴侧，易磁化轴的方向为接近与q轴正交的方向的方向。而且，根据上述易磁化轴的方向形成圆弧形的磁体磁路。另外，也可以是，在各磁体91、92中，在d轴侧，将易磁化轴设为与d轴平行的方向，在q轴侧，将易磁化轴设为与q轴正交的方向。
此外，在磁体91、92中，各磁体91、92的周面中的定子50侧(图9的下侧)的定子侧外表面和周向上的q轴侧的端面为磁通的流入流出面即磁通作用面，磁体磁路形成为将上述磁通作用面(定子侧外表面和q轴侧的端面)连接。
在磁体单元42中，由于通过各磁体91、92使磁通在相邻的N极与S极之间圆弧状地流动，因此与例如径向各向异性磁体相比，磁体磁路更长。因此，如图17所示，磁通密度分布接近正弦波。其结果是，与图18中作为比较例而示出的径向各向异性磁体的磁通密度分布不同，能使磁通集中在磁极的中心侧，并且能提高旋转电机10的转矩。此外，在本实施方式的磁体单元42中，能够确认与以往的海尔贝克阵列的磁体相比，磁通密度分布存在差异。另外，在图17和图18中，横轴表示电角度，纵轴表示磁通密度。此外，在图17和图18中，横轴的90°表示d轴(即，磁极中心)，横轴的0°和180°表示q轴。
即，根据上述结构的各磁体91、92，增强了d轴上的磁体磁通，并且抑制了q轴附近的磁通变化。由此，能够理想地实现在各磁极中从q轴到d轴的表面磁通变化缓和的磁体91、92。
磁通密度分布的正弦波匹配率最好是例如40％以上的值。这样，与使用正弦波匹配率为30％左右的径向取向磁体或使用平行取向磁体的情况相比，能够可靠地提高波形中央部分的磁通量。此外，若将正弦波匹配率设为60％以上，则与海尔贝克阵列那样的磁通集中阵列相比，能可靠地提高波形中央部分的磁通量。
在图18所示的径向各向异性磁体中，磁通密度在q轴附近急剧变化。磁通密度的变化越急剧，在定子绕组51中产生的涡电流越增加。此外，定子绕组51侧的磁通变化也变得急剧。与此相对，在本实施方式中，是磁通密度分布接近正弦波的磁通波形。因此，在q轴附近，磁通密度的变化小于径向各向异性磁体的磁通密度的变化。由此，能抑制涡电流的产生。
在磁体单元42中，在各磁体91、92的d轴附近(即磁极中心)，在与定子50侧的磁通作用面280正交的方向上产生磁通，上述磁通呈越远离定子50侧的磁通作用面280则越远离d轴的圆弧状。此外，越是与磁通作用面正交的磁通，磁通越强。关于这点，在本实施方式的旋转电机10中，由于如上所述使各导线组81沿径向变薄，因此导线组81的径向的中心位置靠近磁体单元42的磁通作用面，从而能够在定子50中从转子40接收较强的磁体磁通。
此外，在定子50中，在定子绕组51的径向内侧，即在夹着定子绕组51与转子40相反一侧设有圆筒状的定子铁芯52。因此，从各磁体91、92的磁通作用面延伸的磁通被定子铁芯52吸引，在将定子铁芯52用作磁路的一部分的同时绕定子铁芯52流动。在这种情况下，能够优化磁体磁通的方向和路径。
以下，作为旋转电机10的制造方法，对图5所示的轴承单元20、外壳30、转子40、定子50以及逆变器单元60的组装顺序进行说明。另外，如图6所示，逆变器单元60具有单元基座61和电气组件62，对包括上述单元基座61和电气组件62的组装工序的各作业工序进行说明。在以下的说明中，将由定子50和逆变器单元60构成的组装件设为第一单元，将由轴承单元20、外壳30和转子40构成的组装件设为第二单元。
本制造工序具有：
·第一工序，在该第一工序中将电气组件62安装于单元基座61的径向内侧；
·第二工序，在该第二工序中将单元基座61安装于定子50的径向内侧来制作第一单元；
·第三工序，在该第三工序中将转子40的固定部44插入到组装于外壳30的轴承单元20来制作第二单元；
·第四工序，在该第四工序中将第一单元安装于第二单元的径向内侧；以及
·第五工序，在该第五工序中将外壳30和单元基座61紧固固定。
上述各工序的实施顺序是第一工序→第二工序→第三工序→第四工序→第五工序。
根据上述制造方法，由于在将轴承单元20、外壳30、转子40、定子50和逆变器单元60组装为多个组装件(子装配件)后，将上述组装件彼此组装，因此能够实现容易的搬运和各单元的检查完成等，从而能构建合理的组装线。因此，也可以容易地应对多品种生产。
在第一工序中，最好是使热传导良好的良导热体通过涂布或者粘接等附着于单元基座61的径向内侧和电气组件62的径向外部中的至少任意一方，在该状态下，将电气组件62安装于单元基座61。由此，能够使半导体模块66产生的热量有效地传递到单元基座61。
在第三工序中，最好在维持外壳30和转子40的同轴的同时实施转子40的插入作业。具体地，使用例如以外壳30的内周面为基准确定转子40的外周面(磁体保持件41的外周面)或者转子40的内周面(磁体单元42的内周面)的位置的夹具，在使外壳30和转子40中的任意一方沿着上述夹具滑动的同时实施外壳30和转子40的组装。由此，能够不向轴承单元20施加不平衡负载地组装重量部件，从而提高了轴承单元20的可靠性。
在第四工序中，最好在维持第一单元和第二单元的同轴的同时实施上述两个单元的组装。具体地，使用例如以转子40的固定部44的内周面为基准确定单元基座61的内周面的位置的夹具，在使第一单元和第二单元中的任意一方沿着上述夹具滑动的同时，实施上述各单元的组装。由此，由于能够在防止转子40和定子50在极小间隙之间互相干涉的同时进行组装，因此能够消除对定子绕组51的损害、永磁体的缺损等组装导致的不良品。
也可以将上述各工序的顺序设为第二工序→第三工序→第四工序→第五工序→第一工序。在这种情况下，能够通过最后组装精密的电气组件62，使组装工序内的施加于电气组件62的应力最小化。
接着，对控制旋转电机10的控制系统的结构进行说明。图19是旋转电机10的控制系统的电路图，图20是示出了控制装置110的控制处理的功能框图。
在图19中，作为定子绕组51示出了两组三相绕组51a、51b，三相绕组51a由U相绕组、V相绕组和W相绕组构成，三相绕组51b由X相绕组、Y相绕组和Z相绕组构成。针对三相绕组51a、51b，分别设有相当于电力转换器的第一逆变器101和第二逆变器102。逆变器101、102由具有上下臂的全桥电路构成，该上下臂的数量与相绕组的相数相同，通过设于各臂的开关(半导体开关元件)的接通断开对定子绕组51的各相绕组中的通电电流进行调节。
直流电源103和平滑用电容器104并联连接到各逆变器101、102。直流电源103由例如多个单电池串联连接的电池组构成。另外，逆变器101、102的各开关相当于图1等所示的半导体模块66，电容器104相当于图1等所示的电容器模块68。
控制装置110包括由CPU和各种存储器构成的微型计算机，基于旋转电机10中的各种检测信息、动力运行驱动和发电的请求，通过逆变器101、102的各开关的接通断开实施通电控制。控制装置110相当于图6所示的控制装置77。旋转电机10的检测信息包括：例如由解析器等角度检测器检测出的转子40的旋转角度(电角度信息)、由电压传感器检测出的电源电压(逆变器输入电压)、以及由电流传感器检测出的各相的通电电流。控制装置110生成并输出对逆变器101、102的各开关进行操作的操作信号。另外，例如当旋转电机10用作车辆用动力源时，发电的请求是再生驱动的请求。
第一逆变器101在由U相、V相和W相构成的三相中分别包括上臂开关Sp和下臂开关Sn的串联连接体。各相的上臂开关Sp的高电位侧端子连接到直流电源103的正极端子，各相的下臂开关Sn的低电位侧端子连接到直流电源103的负极端子(接地)。在各相的上臂开关Sp与下臂开关Sn之间的中间连接点分别连接有U相绕组、V相绕组和W相绕组的一端。上述各相绕组被星形接线(Y接线)，并且各相绕组的另一端在中性点处互相连接。
第二逆变器102具有与第一逆变器101相同的结构，在由X相、Y相和Z相构成的三相中分别包括上臂开关Sp和下臂开关Sn的串联连接体。各相的上臂开关Sp的高电位侧端子连接到直流电源103的正极端子，各相的下臂开关Sn的低电位侧端子连接到直流电源103的负极端子(接地)。在各相的上臂开关Sp与下臂开关Sn之间的中间连接点分别连接有X相绕组、Y相绕组和Z相绕组的一端。上述各相绕组被星形接线(Y接线)，并且各相绕组的另一端在中性点处互相连接。
图20示出了控制U相、V相和W相的各相电流的电流反馈控制处理以及控制X相、Y相和Z相的各相电流的电流反馈控制处理。此处首先对U相、V相和W相侧的控制处理进行说明。
在图20中，电流指令值设定部111使用转矩-dq映射，基于对于旋转电机10的动力运行转矩指令值或者发电转矩指令值、对电角度θ进行时间微分而得到的电角速度ω，来设定d轴的电流指令值和q轴的电流指令值。另外，电流指令值设定部111在U相、V相、W相侧和X相、Y相、Z相侧共用设置。另外，例如当将旋转电机10用作车辆用动力源时，发电转矩指令值是再生转矩指令值。
dq转换部112将针对各相设置的电流传感器检测到的电流检测值(三个相电流)转换为以励磁方向(direction of an axis of a magnetic field,or field direction：磁场轴方向或磁场方向)为d轴的正交二维旋转坐标系的分量即d轴电流和q轴电流。
d轴电流反馈控制部113计算d轴的指令电压作为用于将d轴电流反馈控制为d轴的电流指令值的操作量。此外，q轴电流反馈控制部114计算q轴的指令电压作为用于将q轴电流反馈控制为q轴的电流指令值的操作量。在上述各反馈控制部113、114中，基于d轴电流和q轴电流的与电流指令值的偏差，使用PI反馈方法来计算指令电压。
三相转换部115将d轴和q轴的指令电压转换为U相、V相和W相的指令电压。另外，上述各部111～115是实施基于dq转换理论的基波电流的反馈控制的反馈控制部，U相、V相和W相的指令电压是反馈控制值。
然后，操作信号生成部116使用周知的三角波载波比较方法，基于三相的指令电压生成第一逆变器101的操作信号。具体地，操作信号生成部116通过基于用电源电压使三相的指令电压标准化的信号和三角波信号等载波信号的大小比较的PWM控制，来生成各相的上下臂的开关操作信号(占空比信号)。
此外，在X相、Y相、Z相侧也具有相同的结构，dq转换部122将针对各相设置的电流传感器检测到的电流检测值(三个相电流)转换为以励磁方向为d轴的正交二维旋转坐标系的分量即d轴电流和q轴电流。
d轴电流反馈控制部123计算d轴的指令电压，q轴电流反馈控制部124计算q轴的指令电压。三相转换部125将d轴和q轴的指令电压转换为X相、Y相和Z相的指令电压。然后，操作信号生成部126基于三相的指令电压生成第二逆变器102的操作信号。具体地，操作信号生成部126通过基于用电源电压使三相的指令电压标准化的信号和三角波信号等载波信号的大小比较的PWM控制，来生成各相的上下臂的开关操作信号(占空比信号)。
驱动器117基于由操作信号生成部116、126生成的开关操作信号，使各逆变器101、102中的各三相的开关Sp、Sn接通和断开。
接着，对转矩反馈控制处理进行说明。在例如高旋转区域和高输出区域等各逆变器101、102的输出电压变大的运转条件下，主要以旋转电机10的高输出化和减小损耗为目的来使用上述处理。控制装置110基于旋转电机10的运转条件，选择并执行转矩反馈控制处理和电流反馈控制处理中的任意一方的处理。
图21示出了与U相、V相和W相对应的转矩反馈控制处理以及与X相、Y相和Z相对应的转矩反馈控制处理。另外，在图21中，对于与图20相同的结构标注相同的符号而省略说明。此处首先对U相、V相和W相侧的控制处理进行说明。
电压振幅计算部127基于对旋转电机10的动力运行转矩指令值或者发电转矩指令值、对电角度θ进行时间微分而得到的电角速度ω，计算电压矢量的大小的指令值即电压振幅指令。
转矩推定部128a基于由dq转换部112转换的d轴电流和q轴电流来计算与U相、V相和W相对应的转矩推定值。另外，转矩推定部128a基于设定d轴电流、q轴电流和电压振幅指令的关系的映射信息来计算电压振幅指令即可。
转矩反馈控制部129a计算电压矢量的相位的指令值即电压相位指令，作为用于将转矩推定值反馈控制为动力运行转矩指令值或发电转矩指令值的操作量。在转矩反馈控制部129a中，基于转矩推定值相对于动力运行转矩指令值或发电转矩指令值的偏差，使用PI反馈方法计算出电压相位指令。
操作信号生成部130a基于电压振幅指令、电压相位指令以及电角度θ，生成第一逆变器101的操作信号。具体地，操作信号生成部130a基于电压振幅指令、电压相位指令和电角度θ计算三相的指令电压，通过基于用电源电压使计算出的三相的指令电压标准化的信号和三角波信号等载波信号的大小比较的PWM控制，来生成各相中的上下臂的开关操作信号。
顺便提一下，操作信号生成部130a也可以基于设定电压振幅指令、电压相位指令、电角度θ及开关操作信号的关系的映射信息即脉冲模式信息、电压振幅指令、电压相位指令以及电角度θ，来生成开关操作信号。
此外，在X相、Y相、Z相侧也具有相同的结构，转矩推定部128b基于由dq转换部122转换的d轴电流和q轴电流，计算与X相、Y相、Z相对应的转矩推定值。
转矩反馈控制部129b计算电压相位指令，作为用于将转矩推定值反馈控制为动力运行转矩指令值或发电转矩指令值的操作量。在转矩反馈控制部129b中，基于转矩推定值相对于动力运行转矩指令值或发电转矩指令值的偏差，使用PI反馈方法计算出电压相位指令。
操作信号生成部130b基于电压振幅指令、电压相位指令以及电角度θ生成第二逆变器102的操作信号。具体地，操作信号生成部130b基于电压振幅指令、电压相位指令和电角度θ计算三相的指令电压，通过基于用电源电压使计算出的三相的指令电压标准化的信号和三角波信号等载波信号的大小比较的PWM控制，来生成各相中的上下臂的开关操作信号。驱动器117基于由操作信号生成部130a、130b生成的开关操作信号，使各逆变器101、102中的各三相的开关Sp、Sn接通和断开。
顺便提一下，操作信号生成部130b也可以基于设定电压振幅指令、电压相位指令、电角度θ及开关操作信号的关系的映射信息即脉冲模式信息、电压振幅指令、电压相位指令以及电角度θ，来生成开关操作信号。
不过，在旋转电机10中，担心随着轴电流的产生而发生轴承21、22的电腐蚀。例如，当通过开关来切换定子绕组51的通电时，因开关时刻的微小偏差(开关的不均衡)而产生磁通的畸变，因此，担心在支承旋转轴11的轴承21、22中会发生电腐蚀。磁通的畸变根据定子50的电感而产生，由于因上述磁通的畸变而产生的轴向的电动势，引起轴承21、22内的绝缘破坏，从而使电腐蚀加剧。
关于这点，在本实施方式中采取以下所示的三个对策作为电腐蚀对策。第一电腐蚀对策是以下的电腐蚀抑制对策：伴随定子50的无芯化而减小电感，以及使磁体单元42的磁体磁通平滑。第二电腐蚀对策是将旋转轴设为由轴承21、22支承的悬臂结构这样的电腐蚀抑制对策。第三电腐蚀对策是将圆环状的定子绕组51和定子铁芯52一起通过模塑材料模制这样的电腐蚀抑制对策。以下，分别对上述各对策详细说明。
首先根据第一电腐蚀对策，在定子50中，将周向上的各导线组81之间设为无极齿，在各导线组81之间代替极齿(铁芯)设置由非磁性材料构成的密封构件57(参照图10)。由此，能够减小定子50的电感。通过减小定子50的电感，即使在定子绕组51通电时产生开关时刻的偏差，也能抑制因上述开关时刻的偏差而产生磁通畸变，进而抑制轴承21、22的电腐蚀。另外，d轴的电感最好在q轴的电感以下。
此外，在磁体91、92中，取向成与q轴侧相比，d轴侧的易磁化轴的方向更平行于d轴(参照图9)。由此，增强了d轴的磁体磁通，并使各磁极中从q轴到d轴的表面磁通变化(磁通的增减)变得平缓。因此，能够抑制开关不均衡导致的急剧的电压变化，进而有助于抑制电腐蚀。
根据第二电腐蚀对策，在旋转电机10中，配置为使各轴承21、22相对于转子40的轴向中央向轴向的任意一方侧偏移(参照图2)。由此，与多个轴承在轴向上夹着转子分别设于两侧的结构相比，能够减轻电腐蚀的影响。即，在通过多个轴承双臂支承转子的结构中，伴随高频磁通的产生，会形成通过转子、定子和各轴承(即，夹着转子设于轴向两侧的各轴承)的闭合回路，担心因轴电流而产生轴承的电腐蚀。与此相对，在通过多个轴承21、22悬臂支承转子40的结构中没有形成上述闭合电路，抑制了轴承的电腐蚀。
此外，关于用于轴承21、22的单侧配置的结构，旋转电机10具有以下结构。在磁体保持件41中，在沿转子40的径向突出的中间部45设有沿轴向延伸并且避免与定子50接触的接触避免部(参照图2)。在这种情况下，在经由磁体保持件41形成有轴电流的闭合回路时，能使闭合回路长度变长从而增大其电路电阻。由此，能够抑制轴承21、22的电腐蚀。
轴承单元20的保持构件23夹着转子40在轴向的一方侧固定于外壳30，并且在另一方侧将外壳30和单元基座61(定子保持件)互相结合(参照图2)。根据本结构，能够理想地实现在旋转轴11的轴向上向上述轴向的单侧偏移地配置各轴承21、22的结构。此外根据本结构，由于单元基座61经由外壳30连接到旋转轴11，因此能够将单元基座61配置于与旋转轴11电气分离的位置。另外，若在单元基座61与外壳30之间夹装树脂等绝缘构件，则单元基座61和旋转轴11进一步电气分离。由此，能够适当地抑制轴承21、22的电腐蚀。
在本实施方式的旋转电机10中，通过各轴承21、22的单侧配置等使作用于轴承21、22的轴电压减小。此外，转子40与定子50之间的电位差减小。因此，即使在轴承21、22中不使用导电性润滑脂，也能减小作用于轴承21、22的电势差。由于导电性润滑脂通常包含碳等较细的颗粒，因此可想到会产生噪音。关于这点，在本实施方式中，在轴承21、22中使用非导电性润滑脂。因此，能抑制轴承21、22中产生噪音的不良情况。在应用于例如电动汽车等电动车辆时，可想到旋转电机10的噪音对策是必要的，能够理想地实施上述噪音对策。
根据第三电腐蚀对策，通过利用模塑材料将定子绕组51和定子铁芯52一起模制，从而抑制了定子50中的定子绕组51的位置偏移(参照图11)。尤其在本实施方式的旋转电机10中，由于在定子绕组51的周向上的各导线组81之间不具有导线间构件(极齿)，因此可想到定子绕组51中有可能产生位置偏移，但是通过将定子绕组51和定子铁芯52一起模制，抑制了定子绕组51的导线位置产生偏移。因此，能够抑制因定子绕组51的位置偏移导致的磁通畸变、以及因上述磁通畸变导致的轴承21、22的电腐蚀的产生。
另外，由于通过碳纤维增强塑料(CFRP)构成作为固定定子铁芯52的外壳构件的单元基座61，因此与由例如铝等构成的情况相比，能够抑制向单元基座61的放电，进而成为理想的电腐蚀对策。
除此之外，作为轴承21、22的电腐蚀对策，还能够通过陶瓷材料构成外圈25和内圈26中的至少任意一方，或者，还能够使用在外圈25的外侧设置绝缘套等的结构。
以下，以与第一实施方式的不同点为中心，对其他实施方式进行说明。
(第二实施方式)
在本实施方式中，改变转子40中的磁体单元42的极性各向异性结构，以下进行详细的说明。
如图22和图23所示，使用称为海尔贝克阵列的磁体阵列来构成磁体单元42。即，磁体单元42具有：将磁化方向(磁化矢量的方向)设为径向的第一磁体131、以及将磁化方向(磁化矢量的方向)设为周向的第二磁体132，以规定间隔在周向上配置有第一磁体131并且在沿周向相邻的第一磁体131之间的位置配置有第二磁体132。第一磁体131和第二磁体132是由例如钕磁体等稀土类磁体构成的永磁体。
第一磁体131以使与定子50相对的一侧(径向内侧)的极交替为N极和S极的方式在周向上互相分开配置。此外，第二磁体132配置为在与各第一磁体131相邻的位置沿周向极性交替。设为包围上述各磁体131、132的圆筒部43最好是由软磁性材料构成的软磁性体铁芯，作为背轭发挥作用。另外，对于该第二实施方式的磁体单元42，在d-q坐标系中，易磁化轴与d轴、q轴的关系与上述第一实施方式相同。
此外，在第一磁体131的径向外侧，即在磁体保持件41的圆筒部43侧配置有由软磁性材料构成的磁性体133。例如磁性体133最好由电磁钢板、软铁和压粉铁心材料构成。在这种情况下，磁性体133的周向的长度与第一磁体131的周向的长度(尤其是第一磁体131的外周部的周向的长度)相同。此外，在使第一磁体131和磁性体133一体化的状态下，该一体物的径向厚度与第二磁体132的径向厚度相同。换言之，第一磁体131的径向厚度比第二磁体132的径向厚度薄了磁性体133的量。各磁体131、132和磁性体133例如通过粘接剂互相固接。在磁体单元42中第一磁体131的径向外侧是与定子50相反的一侧，磁性体133设于径向上的第一磁体131的两侧中的与定子50相反的一侧(定子相反侧)。
在磁性体133的外周部形成有键134，该键134是向径向外侧、即向磁体保持件41的圆筒部43一侧突出的凸部。此外，在圆筒部43的内周面形成有键槽135，该键槽135是收容磁性体133的键134的凹部。键134的突出形状和键槽135的槽形状相同，并且与形成于各磁性体133的键134对应地形成有数量与键134相同的键槽135。通过键134和键槽135的卡合来抑制第一磁体131及第二磁体132与磁体保持件41的周向(旋转方向)上的位置偏移。另外，将键134和键槽135(凸部和凹部)设于磁体保持件41的圆筒部43和磁性体133中的哪一个可以是任意的，也可以与上述相反地，在磁性体133的外周部设置键槽135并且在磁体保持件41的圆筒部43的内周部设置键134。
此处，在磁体单元42中，能通过交替地排列第一磁体131和第二磁体132来增加第一磁体131中的磁通密度。因此，在磁体单元42中，能够产生磁通的单面集中，从而实现靠近定子50的一侧的磁通强化。
此外，通过在第一磁体131的径向外侧即定子相反侧配置有磁性体133，能抑制第一磁体131的径向外侧的局部磁饱和，进而能抑制因磁饱和而产生的第一磁体131的退磁。由此，最终能增加磁体单元42的磁力。换言之，本实施方式的磁体单元42构成为在第一磁体131中将容易产生退磁的部分更换为磁性体133。
图24的(a)、图24的(b)是具体表示磁体单元42中的磁通的流动的图，图24的(a)表示使用在磁体单元42中不具有磁性体133的现有结构的情况，图24的(b)表示使用在磁体单元42中具有磁性体133的本实施方式的结构的情况。另外，在图24的(a)、图24的(b)中，将磁体保持件41的圆筒部43和磁体单元42直线状地展开表示，图的下侧为定子侧，上侧为定子相反侧。
在图24的(a)的结构中，第一磁体131的磁通作用面和第二磁体132的侧面分别与圆筒部43的内周面接触。此外，第二磁体132的磁通作用面与第一磁体131的侧面接触。在这种情况下，在圆筒部43产生了通过第二磁体132的外侧路径进入和第一磁体131接触的接触面的磁通F1、以及与圆筒部43大致平行且吸引第二磁体132的磁通F2的磁通的合成磁通。因此，担心在圆筒部43中在第一磁体131和第二磁体132的接触面附近产生局部磁饱和。
与此相对，在图24的(b)的结构中，由于在第一磁体131的与定子50相反的一侧，在第一磁体131的磁通作用面与圆筒部43的内周面之间设有磁性体133，因此在上述磁性体133处允许磁通通过。因此，能够抑制圆筒部43内的磁饱和，并且提高对于退磁的耐力。
此外，在图24的(b)的结构中，与图24的(a)不同，能够抵消促进磁饱和的F2。由此，能有效地提高整个磁路的磁导。通过上述结构，即使在严酷的高温条件下也能保持上述磁路特性。
此外，与现有的SPM转子中的径向磁体相比，通过磁体内部的磁体磁路更长。因此，能够使磁体磁导上升，提高磁力，从而增强转矩。此外，能通过使磁通集中在d轴的中央来提高正弦波匹配率。尤其是，当通过PWM控制使电流波形成为正弦波或梯形波、或者利用120度通电的开关IC时，能更有效地增强转矩。
另外，在定子铁芯52由电磁钢板构成的情况下，定子铁心52的径向厚度最好大于或者等于磁体单元42的径向厚度的1/2。例如，定子铁芯52的径向厚度最好是在磁体单元42中设于磁极中心的第一磁体131的径向厚度的1/2以上。此外，定子铁芯52的径向厚度最好小于磁体单元42的径向厚度。在这种情况下，由于磁体磁通为大约1[T]，定子铁芯52的饱和磁通密度是2[T]，因此能够通过将定子铁芯52的径向厚度设为磁体单元42的径向厚度的1/2以上来防止向定子铁芯52的内周侧的磁通泄漏。
由于在海尔贝克结构和极性各向异性结构的磁体中，磁路为近似圆弧状，因此与接受周向的磁通的磁体厚度成比例，能够使上述磁通上升。在如上所述的结构中，可想到在定子铁芯52中流动的磁通不会超过周向的磁通。即，当相对于磁体的磁通1[T]利用了饱和磁通密度2[T]的铁系金属时，只要将定子铁芯52的厚度设为磁体厚度的一半以上，就能够不产生磁饱和地、理想地提供小型并且轻量的旋转电机。此处，由于来自定子50的反磁场作用于磁体磁通，因此磁体磁通通常为0.9[T]以下。因此，若定子铁芯具有磁体的一半厚度，则能够理想地将其导磁率保持得较高。
以下，对改变了上述结构的一部分的变形例进行说明。
(变形例1)
在上述实施方式中，构成为将定子铁芯52的外周面设为没有凹凸的曲面状，以规定间隔在该外周面处并排配置多个导线组81，但是也可以对此进行变更。例如，如图25所示，定子铁芯52具有轭部141和突起部142，上述轭部141设于定子绕组51的径向两侧中的与转子40相反的一侧(图的下侧)，且呈圆环状，上述突起部142以从上述轭部141朝向沿周向相邻的直线部83之间突出的方式延伸。突起部142以规定间隔设于轭部141的径向外侧即转子40侧。定子绕组51的各导线组81和突起部142在周向上卡合，将突起部142用作导线组81的定位部并且将其沿周向并排配置。另外，突起部142相当于“导线间构件”。
突起部142构成为，从轭部141起算的径向的厚度尺寸、换言之如图25所示在轭部141的径向上从直线部83的与轭部141相邻的内侧面320到突起部142的顶点的距离W，小于径向内外的多层直线部83中的在径向上与轭部141相邻的直线部83的径向的厚度尺寸的1/2(图的H1)。换言之，只要定子绕组51(定子铁芯52)的径向上的导线组81(传导构件)的尺寸(厚度)T1(导线82的厚度的两倍、换言之导线组81的与定子铁芯52接触的面320和导线组81的朝向转子40的面330的最短距离)的四分之三的范围由非磁性构件(密封构件57)占有即可。通过上述突起部142的厚度限制，在沿周向相邻的导线组81(即直线部83)之间突起部142不作为极齿发挥作用，不出现由极齿形成磁路的情况。也可以不针对沿周向排列的各导线组81之间全部设置突起部142，只要在沿周向相邻的至少一组导线组81之间设置突起部142即可。例如，突起部142最好以等间隔在周向上针对各导线组81之间的规定数量设置。突起部142的形状可以是矩形、圆弧形等任意的形状。
此外，也可以在定子铁芯52的外周面设有一层直线部83。因此，广义上，突起部142的从轭部141起算的径向的厚度尺寸只要小于直线部83的径向的厚度尺寸的1/2即可。
另外，当假设以旋转轴11的轴心为中心并且通过沿径向与轭部141相邻的直线部83的径向的中心位置的假想圆时，突起部142最好呈在上述假想圆的范围内从轭部141突出的形状，换言之不向假想圆的径向外侧(即转子40侧)突出的形状。
根据上述结构，由于限制了突起部142的径向的厚度尺寸，并且突起部142在沿周向相邻的直线部83之间不作为极齿发挥作用，因此与在各直线部83之间设有极齿的情况相比，能够拉近相邻的各直线部83。由此，能够增大导体82a的截面积，从而能减少伴随定子绕组51的通电而产生的发热。在上述结构中，能够通过不设置极齿来消除磁饱和，从而能增大向定子绕组51的通电电流。在这种情况下，能够理想地应对发热量伴随上述通电电流的增大而增加的情况。此外，在定子绕组51中，由于拐弯部84具有沿径向偏移来避免和其他拐弯部84的干涉的干涉避免部，因此能够将不同的拐弯部84彼此沿径向分开配置。由此，能够在拐弯部84中也实现散热性的提高。综上，能够使定子50处的散热性能合理化。
此外，若定子铁芯52的轭部141和转子40的磁体单元42(即各磁体91、92)分开规定距离以上，则突起部142的径向的厚度尺寸不限于图25的H1。具体地，若轭部141和磁体单元42分开2mm以上，则突起部142的径向的厚度尺寸也可以是图25的H1以上。例如，当直线部83的径向厚度尺寸超过2mm并且导线组81由径向内外的两层导线82构成时，也可以在与轭部141不相邻的直线部83即从轭部141起算第二层的导线82的一半位置为止的范围设置突起部142。在这种情况下，只要突起部142的径向厚度尺寸不超过“H1×3/2”，就能够通过增大导线组81中的导体截面积来较好地得到上述效果。
此外，定子铁芯52也可以是图26所示的结构。另外，在图26中，省略了密封构件57，但是也可以设有密封构件57。在图26中，为了便于说明，将磁体单元42和定子铁芯52直线状地展开表示。
在图26的结构中，定子50在沿周向相邻的导线82(即直线部83)之间具有作为导线间构件的突起部142。定子50具有一部分350，当定子绕组51通电时，该一部分350和磁体单元42的磁极之一(N极或者S极)一起发挥磁作用，并且该一部分350在定子50的周向上延伸。当将上述部分350的沿定子50的周向的长度设为Wn，将存在于上述长度范围Wn的突起部142的总计宽度(即沿定子50的周向的总计尺寸)设为Wt，将突起部142的饱和磁通密度设为Bs，将磁体单元42的与一极对应的周向的宽度尺寸设为Wm，将磁体单元42的残留磁通密度设为Br时，突起部由满足下式的磁性材料构成。
Wt×Bs≤Wm×Br……(1)
另外，范围Wn设定为包括沿周向相邻并且励磁时间重叠的多个导线组81。此时，优选将导线组81的间隙56的中心设定为设定范围Wn时的基准(边界)。例如，在图26例示的结构的情况下，从在周向上距N极的磁极中心的距离最短的导线组81依次到距离第四短的导线组81相当于该多个导线组81。而且，范围Wn设定为包括该四个导线组81。此时，范围Wn的一端(起点和终点)为间隙56的中心。
在图26中，由于在范围Wn的两端分别包括半个突起部142，因此范围Wn包括总计四个的突起部142。因此，当将突起部142的宽度(即定子50的周向上的突起部142的尺寸，换言之相邻的导线组81的间隔)设为A时，范围Wn所包括的突起部142的总计宽度为，Wt＝1/2A+A+A+A+1/2A＝4A。
详细地，在本实施方式中，定子绕组51的三相绕组是分布绕组，在上述定子绕组51中，对于磁体单元42的一极，突起部142的数量即各导线组81之间的间隙56的数量为“相数×Q”个。此处Q是指一相的导线82中的与定子铁芯52接触的数量。另外，当导线组81构成为沿转子40的径向层叠有导线82时，Q也可以说是一相的导线组81的内周侧的导线82的数量。在这种情况下，当定子绕组51的三相绕组各相以规定顺序通电时，在一极内与两相对应的突起部142被励磁。因此，当将突起部142(即间隙56)的周向的宽度尺寸设为A时，在磁体单元42的与一极对应的范围中，由定子绕组51的通电而励磁的突起部142的周向的总计宽度尺寸Wt为“被励磁的相数×Q×A＝2×2×A”。
接着，在这样规定了总计宽度尺寸Wt的基础上，在定子铁芯52中，突起部142由满足上述(1)的关系的磁性材料构成。另外，总计宽度尺寸Wt也是在一极内相对导磁率大于1的部分的周向尺寸。此外，考虑到余裕，也可以将总计宽度尺寸Wt设为一磁极中的突起部142的周向的宽度尺寸。具体地，磁体单元42的一极对应的突起部142的数量是“相数×Q”，因此也可以将一磁极中的突起部142的周向的宽度尺寸(总计宽度尺寸Wt)设为“相数×Q×A＝3×2×A＝6A”。
另外，此处所说的分布绕组是指，在磁极的一极对周期(N极和S极)，有定子绕组51的一极对。此处所说的定子绕组51的一极对由电流互相沿相反方向流动并且由拐弯部84电连接的两个直线部83和拐弯部84构成。只要满足上述条件，即使是短节距绕组(ShortPitch Winding)也视为全节距绕组(Full Pitch Winding)的分布绕组的等同物。
接着，示出集中绕组时的例子。此处所说的集中绕组是指，磁极的一极对的宽度与定子绕组51的一极对的宽度不同。作为集中绕组的一例，可列举如下关系：相对于一个磁极对导线组81为3个，相对于两个磁极对导线组81为3个，相对于四个磁极对导线组81为9个，相对于五个磁极对导线组81为9个。
此处，在将定子绕组51设为集中绕组的情况下，当以规定顺序使定子绕组51的三相绕组通电时，与两相对应的定子绕组51被励磁。其结果是，与两相对应的突起部142被励磁。因此，在磁体单元42的与一极对应的范围中，通过定子绕组51的通电而励磁的突起部142的周向的宽度尺寸Wt是“A×2”。而且，在这样规定了宽度尺寸Wt的基础上，突起部142由满足上述(1)的关系的磁性材料构成。另外，在如上所述的集中绕组的情况下，在相同的相的导线组81所包围的区域中，定子50的周向上的突起部142的宽度的总和设为A。此外，集中绕组的Wm相当于“磁体单元42的与气隙相对的面的整周”ד相数”÷“导线组81的分散数”。
在钕磁体、钐钴磁体、铁氧体磁体这样的BH积为20[MGOe(kJ/m3)]以上的磁体中，Bd为1.0[T]以上，在铁中Br为2.0[T]以上。因此，作为高输出电动机，在定子铁芯52中，突起部142只要是满足Wt＜1/2×Wm的关系的磁性材料即可。
此外，如后所述，当导线82包括外层膜182时，也可以将导线82沿定子铁芯52的周向配置成使导线82彼此的外层膜182接触。在这种情况下，Wt可以看作0、或者接触的两导线82的外层膜182的厚度。
在图25和图26的结构中，构成为具有相对于转子40侧的磁体磁通过小的导线间构件(突起部142)。另外，转子40是电感较低且平坦的表面磁体式转子，并且在磁阻上不具有显著性。根据上述结构，能够减少定子50的电感，抑制了因定子绕组51的开关时刻的偏差而导致发生磁通畸变，进而抑制了轴承21、22的电腐蚀。
(变形例2)
作为使用了满足上述式(1)的关系的导线间构件的定子50，还可以采用以下结构。在图27中，在定子铁芯52的外周面侧(图的上表面侧)设有齿状部143作为导线间构件。齿状部143以从轭部141突出的方式在周向上以规定间隔设置，并且在径向上具有与导线组81相同的厚度尺寸。齿状部143的侧面与导线组81的各导线82接触。不过，在齿状部143与各导线82之间也可以有间隙。
齿状部143是对周向上的宽度尺寸施加了限制并且包括相对于磁体量过细的极齿(定子极齿)的构件。根据上述结构，能够通过1.8T以上的磁体磁通使齿状部143可靠地饱和，并且通过磁导的降低使电感下降。
此处，在磁体单元42中，当将定子侧的磁通作用面的每一极的表面积设为Sm，将磁体单元42的残留磁通密度设为Br时，磁体单元侧的磁通为例如“Sm×Br”。此外，当将各齿状部143的转子侧的表面积设为St，将导线82的每一相的数量设为m，并通过定子绕组51的通电使一极内与两相对应的齿状部143励磁时，定子侧的磁通为例如“St×m×2×Bs”。在这种情况下，通过以使
St×m×2×Bs＜Sm×Br……(2)的关系成立的方式，对齿状部143的尺寸进行限制，从而实现电感的降低。
另外，在磁体单元42和齿状部143的轴向尺寸相同的情况下，当将磁体单元42的与一极对应的周向的宽度尺寸设为Wm，将齿状部143的周向的宽度尺寸设为Wst时，将上述式(2)置换为式(3)。
Wst×m×2×Bs＜Wm×Br……(3)
更具体地，当假设例如Bs＝2T、Br＝1T且m＝2时，上述式(3)为“Wst＜Wm/8”的关系。在这种情况下，通过使齿状部143的宽度尺寸Wst小于磁体单元42的与一极对应的宽度尺寸Wm的1/8来实现电感的降低。另外，若数量m是1，则最好使齿状部143的宽度尺寸Wst小于磁体单元42的与一极对应的宽度尺寸Wm的1/4。
另外，在上述式(3)中，“Wst×m×2”相当于磁体单元42的与一极对应的范围中通过定子绕组51的通电而励磁的齿状部143的周向的宽度尺寸。
在图27的结构中，与上述的图25、图26的结构相同地，构成为具有相对于转子40侧的磁体磁通过小的导线间构件(齿状部143)。根据上述结构，能够减少定子50的电感，抑制了因定子绕组51的开关时刻的偏差而导致发生磁通畸变，进而抑制了轴承21、22的电腐蚀。
(变形例3)
在上述实施方式中，将覆盖定子绕组51的密封构件57在定子铁芯52的径向外侧设置在包含所有各导线组81的范围、即设置在径向的厚度尺寸大于各导线组81的径向的厚度尺寸的范围，但是也可以对此进行变更。例如，如图28所示，构成为将密封构件57设为使导线82的一部分突出。更具体地，构成为将密封构件57设为使导线组81中的最靠近径向外侧的导线82的一部分向径向外侧、即定子50侧露出的状态。在这种情况下，密封构件57的径向的厚度尺寸最好与各导线组81的径向的厚度尺寸相同或者小于上述厚度尺寸。
(变形例4)
如图29所示，也可以构成为，在定子50中，各导线组81没有被密封构件57密封。即，构成为没有使用覆盖定子绕组51的密封构件57。在这种情况下，在沿周向排列的各导线组81之间未设置导线间构件而留有空隙。总之，构成为在沿周向排列的各导线组81之间未设置导线间构件。另外，还可以将空气作为非磁性体或者非磁性体的等同物而看作Bs＝0，在上述空隙配置空气。
(变形例5)
当由非磁性材料构成定子50的导线间构件时，作为上述非磁性材料还可以使用树脂以外的材料。例如，还可以使用奥氏体的不锈钢即SUS304等金属系的非磁性材料。
(变形例6)
也可以构成为定子50不具备定子铁芯52。在这种情况下，定子50由图12所示的定子绕组51构成。另外，也可以是，在不具备定子铁芯52的定子50中，通过密封构件来密封定子绕组51。或者，也可以构成为，代替由软磁性材料构成的定子铁芯52，定子50包括由合成树脂等非磁性材料构成的圆环状的绕组保持部。
(变形例7)
虽然在上述第一实施方式中，作为转子40的磁体单元42，使用在周向上排列的多个磁体91、92，但是也可以对此进行变更，构成为作为磁体单元42使用圆环状的永磁体即环状磁体。具体地，如图30所示，在磁体保持件41的圆筒部43的径向内侧固定有环状磁体95。在环状磁体95设有沿周向极性交替的多个磁极，在d轴和q轴中的任意一方均一体地形成有磁体。在环状磁体95形成有圆弧状的磁体磁路，该圆弧状的磁体磁路在各磁极的d轴上取向的方向为径向，在各磁极间的q轴上取向的方向为周向。
另外，在环状磁体95中，只要进行取向以形成有如下那样的圆弧状的磁体磁路即可：在靠近d轴的部分中易磁化轴为与d轴平行或者接近与d轴平行的方向，并且在靠近q轴的部分中易磁化轴为与q轴正交或者接近与q轴正交的方向。
(变形例8)
在本变形例中，对控制装置110的控制方法的一部分进行变更。在本变形例中，主要对与第一实施方式中说明了的结构不同的部分进行说明。
首先，使用图31对图20所示的操作信号生成部116、126以及图21所示的操作信号生成部130a、130b内的处理进行说明。另外，各操作信号生成部116、126、130a、130b中的处理基本相同。因此，以下，以操作信号生成部116的处理为例进行说明。
操作信号生成部116包括载波生成部116a以及U相比较器116bU、V相比较器116bV、W相比较器116bW。在本实施方式中，载波生成部116a生成并输出三角波信号作为载波信号SigC。
U相比较器116bU、V相比较器116bV、W相比较器116bW输入有由载波生成部116a生成的载波信号SigC和由三相转换部115计算出的U相、V相、W相指令电压。U相、V相、W相指令电压是例如正弦波状的波形，并且相位以每120°电角度错开。
U相比较器116bU、V相比较器116bV、W相比较器116bW通过基于U相、V相、W相指令电压和载波信号SigC的大小比较的PWM(pulse width modulation：脉宽调制)控制，来生成第一逆变器101中的U相、V相、W相的上臂和下臂的各开关Sp、Sn的操作信号。具体地，操作信号生成部116通过基于用电源电压使U相、V相、W相指令电压标准化的信号和载波信号的大小比较的PWM控制，来生成U相、V相、W相的各开关Sp、Sn的操作信号。驱动器117基于由操作信号生成部116生成的操作信号，使第一逆变器101中的U相、V相、W相的各开关Sp、Sn接通和断开。
控制装置110进行改变载波信号SigC的载波频率fc即各开关Sp、Sn的开关频率的处理。载波频率fc在旋转电机10的低转矩区域或高旋转区域中设定得较高，并且在旋转电机10的高转矩区域中设定得较低。进行上述设定以抑制流过各相绕组的电流的控制性的降低。
即，能够伴随定子50的无芯化，减小定子50的电感。此处，当电感变低时，旋转电机10的电气时间常数变小。其结果是，流过各相绕组的电流的纹波增加从而流过绕组的电流的控制性降低，担心电流控制会发散。与流过绕组的电流(例如，电流的实际有效值)包含于高电流区域的情况相比，包含于低电流区域时的上述控制性降低的影响会更显著。为了解决上述问题，在本变形例中，控制装置110改变载波频率fc。
使用图32对改变载波频率fc的处理进行说明。上述处理作为操作信号生成部116的处理，通过控制装置110例如以规定的控制周期反复执行。
在步骤S10中，对流过各相的绕组51a的电流是否包含于低电流区域进行判断。上述处理是用于判断旋转电机10的当前的转矩处于低转矩区域的处理。作为判断是否包含于低电流区域的方法，例如可列举下面的第一方法和第二方法。
＜第一方法＞
基于由dq转换部112转换出的d轴电流和q轴电流，计算出旋转电机10的转矩推定值。而且，当判断为计算出的转矩推定值低于转矩阈值时，判断为流过绕组51a的电流包含于低电流区域，当判断为转矩推定值在转矩阈值以上时，判断为包含于高电流区域。此处，转矩阈值只要设定为例如旋转电机10的起动转矩(也称为堵转转矩)的1/2即可。
(第二方法)
当判断出由角度检测器检测出的转子40的旋转角度在速度阈值以上时，判断为流过绕组51a的电流包含于低电流区域，即高旋转区域。此处，速度阈值只要设定为例如旋转电机10的最大转矩为转矩阈值时的转速即可。
当在步骤S10中作出否定判断时，判断为处于高电流区域，前进到步骤S11。在步骤S11中，将载波频率fc设定为第一频率fL。
当在步骤S10中做出肯定判断时，前进到步骤S12，将载波频率fc设定为高于第一频率fL的第二频率fH。
根据以上说明的本变形例，与流过各相绕组的电流包含于高电流区域的情况相比，将流过各相绕组的电流包含于低电流区域时的载波频率fc设定得更高。因此，在低电流区域中，能提高开关Sp、Sn的开关频率，并且抑制电流纹波的增加。由此，能抑制电流控制性的下降。
另一方面，与流过各相绕组的电流包含于低电流区域的情况相比，将流过各相绕组的电流包含于高电流区域时的载波频率fc设定得更低。在高电流区域中，由于与低电流区域相比，流过绕组的电流的振幅更大，因此由电感变低引起的电流纹波的增加对电流控制性的影响较小。因此，能够将高电流区域中的载波频率fc设定得比低电流区域低，并且能够减小各逆变器101、102的开关损耗。
在本变形例中，能够实施以下所示的方式。
·在载波频率fc设定为第一频率fL的情况下，也可以在图32的步骤S10中作出肯定判断时，将载波频率fc从第一频率fL逐渐改变为第二频率fH。
此外，在载波频率fc设定为第二频率fH的情况下，也可以在步骤S10中作出否定判断时，将载波频率fc从第二频率fH逐渐改变为第一频率fL。
·代替PWM控制，还可以通过空间矢量调制(SVM：space vector modulation)控制来生成开关的操作信号。在这种情况下，也能应用上述开关频率的变更。
(变形例9)
在上述各实施方式中，如图33的(a)所示，构成导线组81的各相每两对的导线并联连接。图33的(a)是表示两对导线即第一导线88a、第二导线88b的电连接的图。此处，代替图33的(a)所示的结构，如图33的(b)所示，第一导线88a、第二导线88b还可以串联连接。
此外，也可以在径向上层叠配置三对以上的多层导线。图34示出了层叠配置有四对导线即第一导线88a至第四导线88d的结构。第一导线88a至第四导线88d从接近定子铁芯52的一方以第一导线88a、第二导线88b、第三导线88c、第四导线88d的顺序在径向上排列配置。
此处，也可以如图33的(c)所示，第三导线88c、第四导线88d并联连接，并且第一导线88a连接到上述并联连接体的一端，第二导线88b连接到另一端。当并联连接时，能够使上述并联连接的导线的电流密度降低，并且能够抑制通电期间的发热。因此，在将筒状的定子绕组组装于形成有冷却水通路74的外壳(单元基座61)的结构中，未并联连接的第一导线88a、第二导线88b配置于与单元基座61抵接的定子铁芯52侧，并联连接的第三导线88c、第四导线88d配置于定子铁芯相反侧。由此，能够使多层导线结构中的各导线88a～88d的冷却性能均等化。
另外，由第一导线88a～第四导线88d构成的导线组81的径向的厚度尺寸只要小于1磁极内的与1相对应的周向的宽度尺寸即可。
(变形例10)
也可以将旋转电机10设为内转子结构(内转结构)。在这种情况下，例如在外壳30内，最好在径向外侧设有定子50，在径向内侧设有转子40。此外，最好在定子50和转子40的轴向两端中的一方侧或者双方侧设有逆变器单元60。图35是转子40和定子50的横剖视图，图36是放大表示图35所示的转子40和定子50的一部分的图。
以内转子结构为前提的图35和图36的结构相对于以外转子结构为前提的图8和图9的结构，除了转子40和定子50在径向内外相反之外，均是相同的结构。简而言之，定子50具有扁平导线结构的定子绕组51和不具有极齿的定子铁芯52。定子绕组51组装于定子铁芯52的径向内侧。定子铁芯52与外转子结构的情况相同，具有以下的任一结构。
(A)在定子50中，在周向的各导线部之间设置导线间构件，并且作为上述导线间构件，使用当将一磁极的导线间构件的周向的宽度尺寸设为Wt、将导线间构件的饱和磁通密度设为Bs、将一磁极的磁体单元的周向的宽度尺寸设为Wm并将磁体单元的残留磁通密度设为Br时，满足Wt×Bs≤Wm×Br的关系的磁性材料。
(B)在定子50中，在周向的各导线部之间设置导线间构件，并且使用非磁性材料作为上述导线间构件。
(C)在定子50中，构成为在周向的各导线部之间不设置导线间构件。
此外，磁体单元42的各磁体91、92也相同。即，使用磁体91、92构成磁体单元42，该磁体91、92取向为与磁极边界即q轴侧相比，易磁化轴的方向在磁极中心即d轴侧与d轴更平行。各磁体91、92的磁化方向等的细节如上所述。在磁体单元42中还能使用环状磁体95(参照图30)。
图37是内转子式时的旋转电机10的纵剖视图，是与上述图2对应的图。对与图2的结构的不同点进行简单说明。在图37中，在外壳30的内侧固定有环状的定子50，转子40隔着规定的气隙可旋转地设于上述定子50的内侧。与图2相同地，各轴承21、22配置为相对于转子40的轴向中央向轴向的任意一方侧偏移，由此，悬臂支承转子40。此外，在转子40的磁体保持件41的内侧设有逆变器单元60。
图38示出了其他结构作为内转子结构的旋转电机10。在图38中，旋转轴11通过轴承21、22可旋转地支承于外壳30，在上述旋转轴11固定有转子40。与图2等所示的结构相同地，各轴承21、22配置为相对于转子40的轴向中央向轴向的任意一方侧偏移。转子40具有磁体保持件41和磁体单元42。
在图38的旋转电机10中，作为与图37的旋转电机10的不同点，在转子40的径向内侧未设置逆变器单元60。磁体保持件41在磁体单元42的径向内侧的位置与旋转轴11连结。此外，定子50具有定子绕组51和定子铁芯52，并且安装于外壳30。
(变形例11)
以下，对作为内转子结构的旋转电机的其他结构进行说明。图39是旋转电机200的分解立体图，图40是旋转电机200的侧面剖视图。另外此处，以图39和图40的状态为基准来表示上下方向。
如图39和图40所示，旋转电机200包括：具有环状的定子铁芯201和多相的定子绕组202的定子203；以及旋转自如地配置于定子铁芯201的内侧的转子204。定子203相当于电枢，转子204相当于励磁元件。定子铁芯201构成为层叠有多个硅钢板，定子绕组202安装于上述定子铁芯201。虽然省略了图示，但是转子204具有转子铁芯和作为磁体单元的多个永磁体。在转子铁芯以等间隔沿周向设置多个磁体插入孔。在磁体插入孔分别安装有永磁体，该永磁体磁化为针对相邻的各磁极，磁化方向交替变化。另外，磁体单元的永磁体最好具有图23中说明那样的海尔贝克阵列或者与之类似的结构。或者，磁体单元的永磁体最好包括图9、图30中说明的那样的、取向方向(磁化方向)在磁极中心即d轴与磁极边界即q轴之间圆弧状地延伸的极各向异性的特性。
此处，定子203最好是以下任意一种结构。
(A)在定子203中，在周向的各导线部之间设置导线间构件，并且作为上述导线间构件，使用当将一磁极的导线间构件的周向的宽度尺寸设为Wt、将导线间构件的饱和磁通密度设为Bs、将一磁极的磁体单元的周向的宽度尺寸设为Wm并将磁体单元的残留磁通密度设为Br时，满足Wt×Bs≤Wm×Br的关系的磁性材料。
(B)在定子203中，在周向的各导线部之间设置导线间构件，并且使用非磁性材料作为上述导线间构件。
(C)在定子203中，构成为在周向的各导线部之间不设置导线间构件。
此外，在转子204中，使用取向为与磁极边界即q轴侧相比易磁化轴的方向在磁极中心即d轴侧与d轴更平行的多个磁体构成磁体单元。
在旋转电机200的轴向的一端侧设有环状的逆变器壳体211。逆变器壳体211配置为壳体下表面与定子铁芯201的上表面接触。在逆变器壳体211内设有：构成逆变器电路的多个电源模块212；对由半导体开关元件的开关动作产生的电压、电流的脉动(纹波)进行抑制的平滑电容器213；具有控制部的控制基板214；检测相电流的电流传感器215；以及转子204的转速传感器即分解器定子216。电源模块212具有半导体开关元件即IGBT、二极管。
在逆变器壳体211的周缘设有：与装设于车辆的电池的直流电路连接的电源连接器217；以及用于在旋转电机200侧与车辆侧控制装置之间传递各种信号的信号连接器218。逆变器壳体211由顶罩219覆盖。来自车载电池的直流电力经由电源连接器217输入，通过电源模块212的开关转换为交流并输送到各相的定子绕组202。
在定子铁芯201的轴向两侧中的逆变器壳体211的相反侧设有将转子204的旋转轴保持为可旋转的轴承单元221和收容该轴承单元221的环状的后壳222。轴承单元221具有例如两个一组的轴承，配置为相对于转子204的轴向中央向轴向的任意一方侧偏移。但是，也可以构成为，将轴承单元221中的多个轴承分散地设于定子铁芯201的轴向两侧，并通过上述各轴承双臂支承旋转轴。后壳222通过螺栓紧固固定于车辆的齿轮箱或变速器等的安装部，从而将旋转电机200安装于车辆侧。
在逆变器壳体211内形成有用于供制冷剂流动的冷却流路211a。冷却流路211a是利用定子铁芯201的上表面对从逆变器壳体211的下表面环状地凹设的空间进行封闭而形成的。冷却流路211a形成为包围定子绕组202的线圈边端。在冷却流路211a内插入有电源模块212的模块壳体212a。在后壳222也以包围定子绕组202的线圈边端的方式形成有冷却流路222a。冷却流路222a是利用定子铁芯201的下表面对从后壳222的上表面环状地凹设的空间进行封闭而形成的。
(变形例12)
至此，对将旋转励磁式的旋转电机具体化的结构进行了说明，但是还可以对其进行变更，将旋转电枢式的旋转电机具体化。图41表示旋转电枢式的旋转电机230的结构。
在图41的旋转电机230中，在外壳231a、231b分别固定有轴承232，通过该轴承232将旋转轴233支承为旋转自如。轴承232是使例如多孔质金属包含油而成的含油轴承。在旋转轴233固定有作为电枢的转子234。转子234具有转子铁芯235和固定于该转子铁芯235的外周部的多相的转子绕组236。在转子234中，转子铁芯235具有无切槽结构，转子绕组236具有扁平导线结构。即，转子绕组236是每一相的区域的周向尺寸大于径向尺寸的扁平结构。
此外，在转子234的径向外侧设有作为励磁元件的定子237。定子237具有：固定于外壳231a的定子铁芯238；以及固定于该定子铁芯238的内周侧的磁体单元239。磁体单元239构成为包含极性在周向上交替的多个磁极，并且与上述的磁体单元42等相同地，取向为与磁极边界即q轴侧相比，易磁化轴的方向在磁极中心即d轴侧与d轴更平行。磁体单元239具有进行了取向的烧结钕磁体，其内禀矫顽力为400[kA/m]以上，并且残留磁通密度为1.0[T]以上。
本例的旋转电机230是两极三线圈的带电刷的无芯电动机，转子绕组236分割为三个，磁体单元239是两极。带电刷的电动机的极数和线圈数根据其用途存在2:3、4:10、4:21等各种形式。
在旋转轴233固定有整流器241，在整流器241的径向外侧配置有多个电刷242。整流器241经由埋入旋转轴233的导线243电连接到转子绕组236。通过上述整流器241、电刷242、导线243使直流电流相对于转子绕组236流入和流出。整流器241构成为根据转子绕组236的相数在周向上适当分割。另外，电刷242既可以直接经由电气配线连接到蓄电池等直流电源，也可以经由端子台等连接到直流电源。
在旋转轴233的轴承232与整流器241之间设有树脂垫圈244作为密封构件。通过树脂垫圈244来抑制从含油轴承即轴承232渗出的油向整流器241侧流出。
(变形例13)
在旋转电机10的定子绕组51中，也可以将各导线82设为在内外具有多个绝缘膜的结构。例如，最好是将带绝缘膜的多个导线(线材)捆扎为一束，利用外层膜将导线覆盖从而构成导线82。在这种情况下，线材的绝缘膜构成内侧的绝缘膜，外层膜构成外侧的绝缘膜。此外尤其是，最好将导线82的多个绝缘膜中的外侧的绝缘膜的绝缘能力设为高于内侧的绝缘膜的绝缘能力。具体地，将外侧的绝缘膜的厚度设为大于内侧的绝缘膜的厚度。例如，将外侧的绝缘膜的厚度设为100μm，将内侧的绝缘膜的厚度设为40μm。或者是，作为外侧的绝缘膜，最好使用与内侧的绝缘膜相比介电常数更低的材料。只要能应用上述至少任意一个即可。另外，线材最好构成为多个导电构件的集合体。
如上所述，通过增强导线82中最外层的绝缘，能适用于在高电压的车辆用系统中使用的情况。此外，在气压较低的高原等也能适当驱动旋转电机10。
(变形例14)
在内外具有多个绝缘膜的导线82中，也可以构成为外侧的绝缘膜和内侧的绝缘膜的线性膨胀率(线性膨胀系数)和粘接强度中的至少任意一个不同。图42示出了本变形例的导线82的结构。
在图42中，导线82具有：多股(图中为4股)线材181；包围该多股线材181的例如树脂制的外层膜182(外层绝缘膜)；以及在外层膜182内填充于各线材181的周围的中间层183(中间绝缘膜)。线材181具有由铜材料构成的导电部181a和由绝缘材料构成的导体膜181b(内侧绝缘膜)。就定子绕组来看，通过外层膜182使各相之间绝缘。另外，线材181最好构成为多个导电构件的集合体。
中间层183具有比线材181的导体膜181b高的线性膨胀率，并且具有比外层膜182低的线性膨胀率。即，导线82中，越靠近外侧则线性膨胀率越高。通常，外层膜182的线性膨胀系数比导体膜181b高，但是通过在外层膜182与导体膜181b之间设置具有中间的线性膨胀率的中间层183，能够使上述中间层183作为缓冲构件发挥作用，从而防止外层侧和内层侧的同时开断。
此外，在导线82中，在线材181中导电部181a和导体膜181b粘接，并且导体膜181b和中间层183、中间层183和外层膜182分别粘接，在上述各粘接部分中，越靠近导线82的外侧，粘接强度越弱。即，导电部181a和导体膜181b的粘接强度比导体膜181b和中间层183的粘接强度、中间层183和外层膜182的粘接强度弱。此外，当对导体膜181b和中间层183的粘接强度与中间层183和外层膜182的粘接强度进行比较时，最好是后者的一方(外侧的一方)较弱或者相同。另外，可以通过例如剥离两层膜时所需要的拉伸强度等，来把握各膜彼此的粘接强度的大小。通过如上所述地设定导线82的粘接强度，即使由于发热或者冷却产生了内外温差，也能抑制在内层侧和外层侧均发生开裂(共裂)的情况。
此处，旋转电机的发热、温度变化主要是作为从线材181的导电部181a发热的铜损和从铁芯内发生的铁损而产生的，但是上述两种损耗是从导线82内的导电部181a或者导线82的外部传递来的，发热源并不在中间层183。在这种情况下，通过使中间层183具有相对于两方能成为缓冲的粘接力，能够防止上述同时开裂。因此，即使在车辆用途等高耐压或者温度变化大的领域中使用时，也能适当使用。
以下进行补充说明。线材181例如可以是瓷釉线，在这种情况下具有PA、PI、PAI等树脂膜层(导体膜181b)。此外，优选的是，线材181外侧的外层膜182由相同的PA、PI、PAI等构成，并且厚度较厚。由此，抑制了线性膨胀率差引起的膜的破坏。另外，作为外层膜182，除了使PA、PI、PAI等上述材料变厚来应对之外，还优选使用PPS、PEEK、氟、聚碳酸酯、硅、环氧树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯、LCP等介电常数比PI、PAI小的材料，以提高旋转电机的导体密度。若是上述树脂，则即使是比与导体膜181b相同的PI、PAI薄或者是与导体膜181b相同的厚度，也能提高其绝缘能力，并由此提高导电部的占有率。通常，上述树脂具有介电常数比瓷釉线的绝缘膜更好的绝缘。当然，也存在由于成型状态、混合物使上述介电常数变差的例子。其中，由于PPS、PEEK的线性膨胀系数通常大于瓷釉膜而小于其他树脂，因此适于作为第二层的外层膜。
此外，线材181的外侧的两种膜(中间绝缘膜、外侧绝缘膜)和线材181的瓷釉膜的粘接强度优选比线材181中的铜线与瓷釉膜之间的粘接强度弱。由此，抑制了瓷釉膜和上述两种膜一次性被破坏的现象。
当对定子追加水冷结构、液冷结构、空冷结构时，基本上可想到从外层膜182开始施加热应力、冲击应力。但是，即使在线材181的绝缘层和上述两种膜不同的树脂的情况下，也能通过设置不粘接上述膜的部位来减小上述热应力、冲击应力。即，通过与线材(瓷釉线)设置空隙，配置氟、聚碳酸酯、硅、环氧树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯、LCP，来完成上述绝缘结构。在这种情况下，优选使用由环氧树脂等构成的低介电常数且低线性膨胀系数的粘接材料来粘接外层膜和内层膜。这样，不仅能提高机械强度，还能抑制因导电部的振动引起的摇晃等而产生的摩擦所导致的膜破坏或者因线性膨胀系数差引起的外层膜的破坏。
作为针对上述结构的导线82实施的承担机械强度、固定等的、通常成为围绕定子绕组的最终工序的最外层固定，优选环氧树脂、PPS、PEEK、LCP等成型性良好且具有介电常数、线性膨胀系数这些性质与瓷釉膜接近的性质的树脂。
通常使用聚氨酯或硅进行树脂灌封，但是在上述树脂中其线性膨胀系数与其他的树脂相比存在近一倍的差，会产生能剪切树脂的热应力。因此，不适用于国际上使用严格的绝缘规定的60V以上的用途。关于这点，根据利用环氧树脂、PPS、PEEK、LCP等容易通过注塑成型等进行的最终绝缘工序，能够满足上述各要求条件。
(变形例15)
磁体单元42中径向上电枢侧的面和转子的轴心在径向上的距离DM也可以为50mm以上。具体地，例如，图4所示的磁体单元42(具体是第一磁体91、第二磁体92)中的径向内侧的面和转子40的轴心在径向上的距离DM也可以为50mm以上。
作为无切槽结构的旋转电机，已知有输出是几十W到几百W级的模型用等所使用的小型旋转电机。而且，本申请发明人并没有发现在一般超过10kW这样的工业用的大型旋转电机中采用了无切槽结构的事例。对于其理由本申请发明人进行了探讨。
近年来主流的旋转电机大致分为以下四种。上述旋转电机是指，有刷电动机、笼式感应电动机、永磁式同步电动机和磁阻电动机。
有刷电动机中，经由电刷供给励磁电流。因此，在大型设备的有刷电动机的情况下，电刷大型化，从而维护变得烦杂。由此，伴随半导体技术的显著发展，逐步置换为感应电动机等无刷电动机。另一方面，在小型电动机的领域中，从较低的惯性和经济性的优点出发，还向市面供给许多无芯电动机。
笼式感应电动机中，原理如下：通过用次级侧的转子的铁芯接收由初级侧的定子绕组产生的磁场来使感应电流集中流向笼式导体而形成反作用磁场，从而产生转矩。因此，从设备的小型高效的观点出发，在定子侧和转子侧均去除铁芯并不一定是好的对策。
磁阻电动机当然是利用铁芯的磁阻变化的电动机，原理上不希望消除铁芯。
永磁式同步电动机中，近年来IPM(即埋入磁体式转子)成为主流，尤其是在大型设备中，只要没有特殊情况大多会使用IPM。
IPM具有兼备磁体转矩和磁阻转矩的特性，并且在通过逆变器控制适时调节上述转矩的比例的同时进行运转。因此，IPM是小型且控制性优异的电动机。
根据本申请发明人的分析，当将磁体单元中径向上的电枢侧的面与转子的轴心之间在径向上的距离DM、即一般的内转子的定子铁芯的半径作为横轴进行描绘时，产生磁体转矩和磁阻转矩的转子表面的转矩如图43所示。
磁体转矩如下式(eq1)所示，通过永磁体产生的磁场强度来确定其势位，与此相对，磁阻转矩如下式(eq2)所示，电感尤其是q轴电感的大小确定其势位。
磁体转矩＝k·Ψ·Iq……(eq1)
磁阻转矩＝k·(Lq-Ld)·Iq·Id……(eq2)
此处，用DM对永磁体的磁场强度和绕组的电感的大小进行比较。永磁体产生的磁场强度即磁通量Ψ和与定子相对的面的永磁体的总面积成比例。若是圆筒式的转子则为圆筒的表面积。严格来讲，由于存在N极和S极，因此和圆筒表面的一半的专有面积成比例。圆筒的表面积和圆筒的半径、圆筒长度成比例。即，若圆筒长度恒定，则和圆筒的半径成比例。
另一方面，尽管绕组的电感Lq受铁芯的形状影响，但灵敏度较低，不如说与定子绕组的匝数的平方成比例，因此，与匝数高度相关。另外，当将μ设为磁路的导磁率、N设为匝数、S设为磁路的截面积、δ设为磁路的有效长度时，电感L＝μ·N2×S/δ。由于绕组的匝数取决于绕组空间的大小，因此若是圆筒式电动机，则取决于定子的绕组空间，即切槽面积。如图44所示，由于切槽的形状为大致四边形，因此切槽面积与周向的长度尺寸a和径向的长度尺寸b的乘积a×b成比例。
由于切槽的周向的长度尺寸随着圆筒的直径变大而变大，因此与圆筒的直径成比例。切槽的径向的长度尺寸当然与圆筒的直径成比例。即，切槽面积与圆筒的直径的平方成比例。此外，从上式(eq2)也可以看出，磁阻转矩与定子电流的平方成比例，因此，旋转电机的性能由流过多少大电流确定，并且该性能取决于定子的切槽面积。综上，若圆筒的长度恒定，则磁阻转矩与圆筒的直径的平方成比例。图43是基于此绘制了磁体转矩、磁阻转矩与DM的关系的图。
如图43所示，磁体转矩相对于DM呈线性增加，磁阻转矩相对于DM呈二次函数增加。可以看出，当DM相对较小时，磁体转矩占主导，随着定子铁芯半径变大，磁阻转矩占主导。本申请发明人得出了以下结论：在规定的条件下，图43中的磁体转矩和磁阻转矩的交点大约在定子铁芯半径＝50mm的附近。即，在定子铁芯半径充分超过50mm这样的10kW级电动机中，由于利用磁阻转矩是当前的主流，因此难以消除铁芯，推定这是在大型设备的领域中不采用无切槽结构的理由之一。
在定子使用铁芯的旋转电机的情况下，铁芯的磁饱和始终是技术问题。尤其是，在径向间隙式旋转电机中，旋转轴的纵截面形状是对应每个磁极呈扇形，越朝向设备内周侧磁路宽度越窄而且形成切槽的极齿部分的内周侧尺寸决定旋转电机的性能极限。无论使用何种高性能的永磁体，当在上述部分中产生磁饱和时，都不能充分利用永磁体的性能。为了在上述部分中不产生磁饱和，将内周径设计得较大，这会导致设备的大型化。
例如，在分布绕组的旋转电机中，若是三相绕组，则每个磁极由三个到六个极齿分担磁通的流动，但由于磁通倾向于集中到周向前方的极齿，因此磁通并不会均匀地流向三个到六个极齿。在这种情况下，磁通集中地流向一部分(例如一个或两个)极齿，并且随着转子的旋转而使磁饱和的极齿也在周向上移动。这也成为产生切槽纹波的主要原因。
综上，在DM为50mm以上的无切槽结构的旋转电机中，希望去除极齿来消除磁饱和。然而，当去除极齿时，转子和定子中的磁路的磁阻增加，导致旋转电机的转矩降低。作为磁阻增加的理由，例如有转子与定子之间的气隙的变大。因此，在上述DM为50mm以上的无切槽结构的旋转电机中，在增强转矩方面有改进的余地。因此，在上述DM为50mm以上的无切槽结构的旋转电机中，应用能够增强上述转矩的结构的优点很大。
另外，不限于外转子结构的旋转电机，对于内转子结构的旋转电机，也可以将磁体单元中的径向上的电枢侧的面和转子的轴心在径向上的距离DM设为50mm以上。
(作为车轮驱动装置的实施方式一)
接着，对将旋转电机用于使车辆的车轮旋转的车轮驱动装置的结构的实施方式一进行说明。图45是表示车轮驱动装置的概况的示意图。
如图45所示，车辆300包括左右的车轮301、302，上述各车轮301、302通过车轴303、304的旋转而进行旋转。左右的车轴303、304在水平方向上延伸并且在同轴上设置，由未图示的悬架装置支承为旋转自如。虽然省略了图示，但是在各车轴303、304的轴向的延长线上设有例如由盘式刹车器构成的刹车装置。
车轮驱动装置310具有旋转电机311和差速装置312，通过旋转电机311的旋转使旋转动力分别向左右的各车轮301、302施加。车轮驱动装置310经由支板305固定于车辆300的车身部(例如车身框架306)。在车辆300装设有电池307，电池307经由电力线308连接到旋转电机311。
车辆300是例如具有前侧车轮和后侧车轮的四轮车辆，在前侧车轮或者后侧车轮设有车轮驱动装置310。即，前侧车轮和后侧车轮中的一方是驱动轮，另一方是从动轮。不过，也可以是在车辆300中在前侧车轮和后侧车轮这两者设有车轮驱动装置310的结构。此外，车辆300也可以是仅具有一组左右一对的车轮301、302的车辆，或者是具有三组以上的上述车轮301、302的车辆。
接着，对车轮驱动装置310的详细结构进行说明。图46是车轮驱动装置310的成为车轴303、304的旋转中心的位置处的纵剖视图，图47是分解表示车轮驱动装置310的主要结构的分解剖视图。
旋转电机311是外转子式的表面磁体式旋转电机，作为基本结构，具有转子320、定子330以及逆变器单元340。旋转电机311的主要结构与图1等所示的上述旋转电机10相同，此处，对与旋转电机10进行对比而相同的结构适当省略说明并对旋转电机311的结构进行说明。另外，图1等所示的旋转电机10的转子40、定子50以及逆变器单元60分别相当于本实施方式中的旋转电机311的转子320、定子330以及逆变器单元340。不过，能对极数、相数、各构件的尺寸(大小)进行适当的设定。
转子320具有：磁体保持件321；以及设于该磁体保持件321的径向内侧的环状的磁体单元322。磁体保持件321呈大致筒状，具有作为磁体保持构件的功能。磁体保持件321能一体旋转地固定于左侧的车轴303。
磁体单元322呈圆环状，并且由多个永磁体构成，该多个永磁体配置为沿着转子320的周向交替地改变极性。即，磁体单元322在周向上具有多个磁极。永磁体通过例如粘接而固定于磁体保持件321。磁体单元322具有在第一实施方式的图8、图9中作为磁体单元42进行了说明的结构，使用内禀矫顽力为400[kA/m]以上且残留磁通密度Br为1.0[T]以上的烧结钕磁体来构成永磁体。
与图9等的磁体单元42相同，磁体单元322具有分别是极性各向异性磁体并且极性互相不同的第一磁体91和第二磁体92。如图8和图9中说明的那样，各磁体91、92中，易磁化轴的方向在d轴侧(靠近d轴的部分)和在q轴侧(靠近q轴的部分)分别不同，在d轴侧，易磁化轴的方向为接近与d轴平行的方向的方向，在q轴侧，易磁化轴的方向为接近与q轴正交的方向的方向。而且，根据与上述易磁化轴的方向相对应的取向来形成圆弧形的磁体磁路。另外，也可以是，在各磁体91、92中，在d轴侧将易磁化轴设为与d轴平行的方向，在q轴侧将易磁化轴设为与q轴正交的方向。
根据各磁体91、92，增强了d轴处的磁体磁通，并且抑制了q轴附近的磁通变化。由此，能够理想地实现在各磁极中从q轴到d轴的表面磁通变化缓和的磁体91、92。另外，作为磁体单元322，还可以使用图22和图23所示的磁体单元42的结构、图30所示的磁体单元42的结构。
定子330设于转子320的径向内侧。定子330具有卷绕形成为大致筒状(环状)的多相(例如6相)的定子绕组331以及作为配置于定子绕组331的径向内侧的基座构件的定子铁芯332，定子绕组331配置为隔着规定的气隙与圆环状的磁体单元322相对。
与上述定子50相同地，定子330的特征在于具有无切槽结构和定子绕组331的扁平导线结构，具有与图8～图16所示的定子50相同的结构。即，与上述定子铁芯52相同，定子铁芯332在轴向上层叠有多个电磁钢板，并且呈在径向上具有规定厚度的圆筒状，定子绕组331组装于定子铁芯332的成为转子320侧的径向外侧。定子绕组331具有与定子绕组51相同的结构。定子铁芯332的外周面呈没有凹凸的曲面状，在该外周面上以规定间隔沿周向配置有多个导线(导线组)。
定子330使用以下(A)～(C)的任意一种结构。
(A)在定子330中，在周向的各导线部之间设置导线间构件，并且作为上述导线间构件，使用当将一磁极的导线间构件的周向的宽度尺寸设为Wt、将导线间构件的饱和磁通密度设为Bs、将一磁极的磁体部的周向的宽度尺寸设为Wm并将磁体部的残留磁通密度设为Br时，满足Wt×Bs≤Wm×Br的关系的磁性材料。
(B)在定子330中，在周向的各导线部之间设置导线间构件，并且使用非磁性材料作为上述导线间构件。
(C)在定子330中，构成为在周向的各导线部之间不设置导线间构件。
根据上述定子330的结构，与在作为定子绕组的各导线部之间设有用于确立磁路的极齿(铁芯)的通常的极齿结构的旋转电机相比，能使电感减小。具体地，能使电感成为1/10以下。
定子铁芯322上的各导线以及在径向上设置多层的导线组的结构(即导线部的结构)与上述图10和图11所示的各导线82(导线组81)相同。各导线82构成为，横截面呈扁平矩形，并且在沿径向排列的各导线82(导线组81)之间夹设有由树脂等构成的模塑材料(绝缘构件)。在这种情况下，定子绕组331和定子铁芯332一起通过模塑材料一体地模制。另外，如图13所示，导线82构成为多股线材86的集合体。定子绕组331以分布绕组方式卷绕形成为圆环状。
逆变器单元340具有：经由支板305固定于车身部的筒状的外侧壳体341；呈直径比外侧壳体341小的筒状并且固定于该外侧壳体341的内侧壳体342；以及收容于由外侧壳体341和内侧壳体342包围的环状的收容空间的电气组件343。外侧壳体341和内侧壳体342由设于互相接合的部分的密封垫、O型环等密封构件封闭化。逆变器单元340的结构基本与图6所示的逆变器单元60相同。不过，不同之处在于，在由外侧壳体341和内侧壳体342包围的环状空间收容有电气组件343。逆变器单元340相当于“电气单元”，外侧壳体341和内侧壳体342相当于“壳体构件”。
外侧壳体341和内侧壳体342由例如碳纤维增强塑料(CFRP)构成。外侧壳体341具有在轴向上延伸的筒状部344，在该筒状部344的径向外侧组装有定子铁芯332。由此，定子330和逆变器单元340一体化地形成。
电气组件343包括多个半导体模块346、控制基板347和电容器模块348。由上述电气部件构成逆变器电路(电力转换器)。通过由电气组件343构成的逆变器电路实现了动力运行功能和发电功能，上述动力运行功能使电流针对各相向定子绕组331的各相绕组流动从而使转子320旋转，上述发电功能利用伴随车轴303、304的旋转而流动的定子绕组331的三相交流电流来输出发电电力。另外，电气组件343也可以仅具有动力运行功能和发电功能中的任意一方。
电容器模块348构成为环状地排列多个平滑用电容器，在该电容器模块348的外周面上沿周向排列配置有多个半导体模块346。半导体模块346具有例如MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属-氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)等半导体开关元件。半导体模块346配置成夹在筒状部344与电容器模块348之间的状态。
也可以是如下结构：在由外侧壳体341和内侧壳体342形成的环状空间中，除了上述半导体模块346、控制基板347、电容器模块348之外，或者代替这些构件，收容有变压器、角度传感器等与电动机驱动相关的其他电气部件。
此外，在外侧壳体341的筒状部344(环状的外壁部)形成有供作为制冷剂的冷却水流通的冷却水通路349(制冷剂通路)，在半导体模块346中产生的热量向在冷却水通路349中流动的冷却水释放。冷却水通路349环状地形成为包围电气组件343(半导体模块346和电容器模块348)。
使冷却水流通于外侧壳体341的冷却水通路349的水冷系统包括使冷却水在包含冷却水通路349的路径上循环的循环路径351，并且包括设置在该循环路径351上的泵352和散热装置353。泵352是电动泵。散热装置353是例如使冷却水的热量向大气释放的散热器。冷却水通路349以包围电气组件343的方式环状地设于外侧壳体341，当泵352驱动时，冷却水从设于环状的冷却水通路349的入口部流入，从出口部流出。
由于在筒状部344的外侧配置有定子330，在内侧配置有电气组件343，因此定子330的热量从上述筒状部344的外侧传递到筒状部344，并且电气组件343的热量(例如半导体模块346的热量)从内侧传递到筒状部344。在这种情况下，能同时冷却定子330和电气组件343，从而能高效地释放旋转电机311中的发热构件的热量。另外，作为制冷剂，还可以使用冷却油代替冷却水。
接着，对差速装置312进行说明。
差速装置312一体地设于旋转电机311，具体地，在旋转电机311中组装于逆变器单元340的径向内侧。更详细地，旋转电机311在逆变器单元340的内侧(即内侧壳体342的径向内侧)具有沿轴向延伸的圆形空间，并且在该圆形空间内配置有差速装置312。在这种情况下，在旋转电机311中，在以车轴303、304为中心的同轴上，从径向外侧依次设有转子320、定子330以及逆变器单元340，进一步在其径向内侧设有差速装置312。
差速装置312包括：差速器箱371；多个(例如两个)小齿轮372，该多个小齿轮372设于差速器箱371内；一对侧齿轮373、374，该一对侧齿轮373、374也设于上述差速器箱371内，并通过花键嵌合、压入等分别与左右的各车轴303、304结合；以及差动限制机构375，该差动限制机构375对差速装置312中的差动进行限制。
差速器箱371固定于旋转电机311中的转子320的磁体保持件321。由此，差速器箱371与转子320一起旋转。此外，在差速器箱371的外周侧与逆变器单元340的内侧壳体342的内周面之间设有圆环状的轴承361。轴承361例如是滚珠轴承。差速器箱371通过轴承361可旋转地支承于逆变器单元340。
作为补充，在差速器箱371的径向外侧同心地配置有直径比上述差速器箱371大的内侧壳体342，差速器箱371的外周面和内侧壳体342的内周面隔着规定距离相对。此外，在上述差速器箱371与内侧壳体342之间以包围差速器箱371的方式设有轴承361。另外，内侧壳体342相当于壳体构件中的环状的内壁部。差速器箱371中，轴向两端面中的一方的端面是固定转子320的磁体保持件321的转子固定部，外周面是安装轴承361的轴承安装部。
多个小齿轮372分别由锥形齿轮构成，将齿面朝向差速器箱371的中心配置。各小齿轮372在差速器箱371内以与车轴303、304的轴向正交的方向(例如图的上下方向)为旋转轴向设置为能够旋转。当差速器箱371旋转时，各小齿轮372和差速器箱371一起以车轴303、304为轴中心进行旋转。另外，小齿轮372的数量最好与设计强度对应地任意确定。也可以是如下结构：利用小齿轮轴将两个小齿轮372连结，并利用滚珠轴承、滚针轴承等来支承上述小齿轮轴。
左右一对侧齿轮373、374分别由锥形齿轮构成，并以彼此相对的方式配置。各侧齿轮373、374分别与小齿轮372啮合。就小齿轮372侧来说，多个小齿轮372分别与左右两个侧齿轮373、374啮合。
根据上述结构的差速装置312，在例如车辆300在弯路处拐弯时施加于左右的各车轮301、302的负载产生差异的情况下，即在位于弯路的内侧的车轮和位于外侧的车轮产生转速差的情况下，各小齿轮372以与车轴303、304的轴向正交的方向为轴中心进行旋转。由此，差速器箱371的旋转(即旋转电机311的旋转)由各侧齿轮373、374以互相不同的转速分配并传递。
此外，差动限制机构375例如是多板离合器式LSD(Limited Slip differental：限滑差速器)，分别设于左右的各车轴303、304。差动限制机构375具有固定于车轴303、304侧(侧齿轮373、374侧)的内板376和固定于差速器箱371的外板377，上述各板376、377交替地配置。
此处，在不产生差动限制的状态下，各板376、377分别旋转。在这种状态下，在各车轴303、304中在各板376、377不产生相互的摩擦力。与此相对，在产生差动限制的状态下，在例如左右的各车轴303、304中转速较大的一方的车轴侧，侧齿轮被向外按压。由此，内板376和侧齿轮一起向外移动，被外板377按压。在这种情况下，差速器箱371的驱动力经由外板377和内板376传递到车轴303、304，从而限制了差速装置312的差动功能。
在上述结构的车轮驱动装置310中，由于差速器箱371固定于转子320的磁体保持件321，因此差速器箱371随着转子320的旋转而以相同的转速进行旋转。在这种情况下，车轴303、304相对于旋转电机311的旋转的减速比为1。
由于本实施方式的旋转电机311是外转子式旋转电机，因此与内转子式旋转电机相比，旋转状态下的惯量更大，可想到例如最大为四倍。因此，能实现低振动的车轮驱动装置310。
此外，如上所述，由于与在定子330中设有各导线部之间的极齿(铁芯)的通常的极齿结构相比使电感减小，因此能实现旋转电机311中的机械时间常数的减少，并能实现例如车辆300起动时的响应性的提高。
此处，假设与具有通常的极齿结构的现有的旋转电机相比，惯量最大为四倍，并且电感L为1/10以下，则在本实施方式的旋转电机311中可想到车辆驱动的机械反应速度与现有的旋转电机相比最小为2.5倍。此外，根据本申请发明人的试制，确认了与现有产品相比电感L为1/100以下，车轮驱动的机械反应速度为25倍以上。在这种情况下，能在使从旋转电机311到车轴侧的减速比为1并使响应性不下降的同时，实现车轮驱动装置310的足超过1000Nm的驱动转矩。
即使考虑到车轮驱动装置310不仅应用于汽车还应用于电车，若假设通常的速度范围最大为约200～300km/h，且车轮直径通常为约14～30英寸，则旋转电机311的转速也很少会超过2000～3000rpm，应用频率是非常低的频率。当在车辆中使用通常的8极旋转电机时，应用频率是200Hz左右的低频。在现有的系统中，通常通过将增速比设为10等，在8极电动机中假设以1000～2000Hz驱动并完成设计。
关于这点，在本实施方式的旋转电机311中，伴随电感的减少，与现有产品相比电气时间常数也在1/10以下，更具体地在1/100以下。因此，在实现多极化这方面是有利的。另外，已知通过使旋转电机多极化，会使由上述磁路的耐退磁能力、齿槽转矩、定位转矩、电磁转矩纹波引起的振动的振幅变小。这是因为，由于多极化会使一个磁路变得非常小，因此磁阻变小并且旋转一圈产生的电磁作用反作用的次数增加，转矩波形的顶点的间隔变得非常窄，从而使机械振幅的差由于高频而变小。
在旋转电机311中优选16极以上。由此，可以以现有系统的一半的噪音、振动构成车辆300。
此外，能使电流频率随着电感的减少而提高。若现有电动机的电流频率为1000～2000Hz，则能对应于10倍的10000～20000Hz的频率以上。
作为现有旋转电机，已知有电感是例如1mH左右的结构。不过，在上述高电感的旋转电机中，会产生功率变差、电流在高频下无法提高、无法流过最大电流值这样的不良情况。
在本实施方式的旋转电机311中，可以将极数设为80极以上。因此，与8极的旋转电机相比，能将耐退磁能力提高到几倍(例如三倍)。此外，基于1/10以下的电磁转矩纹波，能使旋转电机311安静地在超高温度以下运转。也可以实现旋转电机311的轻量化，与相同性能的现有装置相比能使重量减轻到1/3。
旋转电机311也可以是包括收容构件H的结构，该收容构件H形成封闭空间，并在该封闭空间内收容转子320、定子330以及差速装置312。具体地，如图48所示，旋转电机311具有有底圆筒状的外侧外壳315。外侧外壳315在轴向的一端侧具有端板部315a，另一端侧敞开。图48是用于对车轮驱动装置310的油冷结构进行说明的剖视图。
外侧外壳315在包围转子320和定子330的状态下，在上述开口侧端部组装于逆变器单元340的外侧壳体341。在外侧外壳315的端板部315a的中心部设有供差速器箱371的小径筒部371a插通的开口315b，在该开口315b设有对开口315b与小径筒部371a的外周面之间的空隙进行封闭的密封件316。密封件316最好是例如由树脂材料制成的滑动密封件。
此外，在旋转电机311中组装于外侧壳体341的内侧的内侧壳体342具有对差速装置312的侧方的开口部进行遮蔽的遮蔽部342a，在设于该遮蔽部342a的中心部的开口342b设有对开口342b与车轴304的外周面之间的空隙进行封闭的密封件317。密封件317最好是例如由树脂材料制成的滑动密封件。
在图48的结构中，由外侧外壳315、外侧壳体341和内侧壳体342构成收容构件H，在其内部形成有封闭空间。此外，设有使润滑油在包含该封闭空间的路径上循环的循环系统。该循环系统包括供润滑油循环的循环路径355，并且包括设置在该循环路径355上的泵356和散热装置357。循环路径355和泵356相当于“循环部”，散热装置357相当于“散热部”。
循环路径355设置成将入口部358a和出口部358b连接，上述入口部358a在作为收容构件H的外侧外壳315和外侧壳体341中的任意一方设于铅垂方向上部，上述出口部358b设于铅垂方向下部。泵356是电动泵。散热装置357是例如使润滑油的热量向大气释放的散热器。当泵356驱动时，润滑油从入口部358a流入旋转电机311的内部，从出口部358b流出。另外，最好在差速器箱371的呈圆筒状的外周部设有供润滑油通过的通孔。
当车轮驱动装置310动作时，伴随泵356的驱动，润滑油经由散热装置357从入口部358a流入旋转电机311内，该润滑油向旋转电机311的各部供给并且也向差速装置312供给。由此，进行旋转电机311的各部、差速装置312中的润滑、冷却。此外，润滑油从出口部358b向循环路径355流出，之后再次经由散热装置357流入旋转电机311内。此时，在收容构件H内，润滑油通过外侧壳体341的冷却水通路349的径向外侧(外侧壳体341的周围)而流通。
另外，也可以设为在收容构件H内储存润滑油的结构，使该储存的润滑油经由循环路径355循环，并且伴随转子320的旋转在收容构件H内被向上方吸起。例如，通过对收容构件H内的润滑油的填充量和经由循环路径355的单位时间的循环量进行设定，能通过收容构件H内的转子320吸起润滑油。在这种情况下，通过转子320向上方吸起的润滑油朝向定子330、差速装置312等撒布，进行润滑、冷却。
当对使冷却水在外侧壳体341的冷却水通路349中流通的水冷系统和润滑油的循环系统进行比较时，考虑到半导体模块346中的IGBT等的动作温度范围，优选使冷却水的温度低于润滑油。例如，最好是在水冷系统中通过散热装置353将水温冷却到65℃以下，在循环系统中通过散热装置357将水温冷却到80℃以下的结构。
也可以将由冷却水(制冷剂)进行的冷却和由润滑油进行的冷却集中到一个系统。在这种情况下，例如，使在循环路径355中流动的润滑油(即经由散热装置357的润滑油)先流入外侧壳体341的制冷剂通路(冷却水通路349)，之后向旋转电机311和差速装置312的各部供给。最好在上述制冷剂通路设置有通向循环路径355的入口部和通向收容构件H内的出口部。此外，之后使润滑油回到循环路径355。根据本结构，利用由散热装置357散热过的润滑油先进行电气组件343、定子330的冷却，之后进行其他部分的冷却。即，优先进行电气组件343、定子330的冷却。另外，也可以是用润滑油充满收容构件H内和外侧壳体341的制冷剂通路(冷却水通路349)内的结构。
在上述结构的旋转电机311中，构成为将差速装置312与转子320同心地配置于在由转子320和定子330构成的磁路部的径向内侧设置的中空部。即，构成为旋转电机311的转子320和定子330与差速装置312呈在径向上层叠的状态，并且以车轴303、304为轴中心而同心地配置。在这种情况下，通过有效地利用在旋转电机311内以车轴303、304为中心而形成的环状空间，能抑制体型的增加，并且理想地实现使旋转电机311和差速装置312一体化的车轮驱动装置310。
在上述结构的旋转电机311中，通过在定子330中使沿周向排列的各导线部(定子绕组331的导线82)之间的极齿(铁芯)变小或者消失，能抑制由在上述各导线部之间产生的磁饱和引起的转矩限制，并且通过使导线部扁平薄型化能抑制转矩降低。在这种情况下，即使旋转电机311的外径尺寸相同，也能通过定子330的薄型化来扩大磁路部的径向内侧的中空部，并且能使用该中空部理想地配置差速装置312。
此外，在旋转电机311中，与在定子330中设有各导线部之间的极齿(铁芯)的通常的极齿结构相比，使电感减少。具体地，能使电感成为1/10以下。因此，能实现旋转电机311中的机械时间常数的减少，并且能实现例如车辆起动时的响应性的提高。
此外，在旋转电机311中，构成为在磁体单元322中通过与易磁化轴的方向相对应的取向来形成圆弧状的磁体磁路。由此，能增强d轴处的磁体磁通，并且能在使用薄型磁体的同时增强旋转电机311的转矩。在这种情况下，能在由转子320和定子330构成的磁路部的径向内侧扩大中空部，并且能使用该中空部理想地配置差速装置312。
由于将旋转电机311设为外转子式的旋转电机，因此与内转子式的旋转电机相比能增大旋转状态下的惯量。因此，能实现低振动的车轮驱动装置310。
将构成电力转换器的电气组件343(电气部件)环状地配置于在由转子320和定子330构成的磁路部的径向内侧且差速器箱371的径向外侧形成的环状空间。由此，在旋转电机311中，构成为转子320及定子330、电气组件343和差速装置312以在径向上层叠的状态配置。在这种情况下，能够进一步有效地利用在旋转电机311内以车轴303、304为中心而形成的环状空间，并且能理想地实现功能集中的车轮驱动装置310。
构成为通过在彼此同心的内侧壳体342与差速器箱371之间设置的轴承361，将差速器箱371支承为旋转自如。在这种情况下，使用收容电气组件343的壳体构件(外侧壳体341和内侧壳体342)，除了旋转电机311的转子320及定子330、差速装置312和壳体构件之外，轴承361也以层叠状态理想地配置。
在逆变器单元340的外侧壳体341中，构成为将定子330固定于筒状部344的外周面，并且将电气组件343(电力转换器)配置成沿着内周面，此外，在该筒状部344形成冷却水通路349(制冷剂通路)。在这种情况下，通过使冷却水流通于在以车轴303、304为中心环状地设置的外侧壳体341的筒状部344设置的冷却水通路349，能理想地冷却电气组件343。
构成为利用收容构件H形成封闭空间，使经由散热装置357从循环路径355流入的润滑油在该收容构件H内通过冷却水通路349的径向外侧而流通。由此，在车轮驱动装置310中，能够理想地实施由冷却水进行的电气组件343的冷却和由润滑油进行的收容构件H内的各部的润滑和冷却。在这种情况下，电气组件343和定子330主要由在冷却水通路349中流动的冷却水冷却，与此同时，由在冷却水通路349的径向外侧(外侧壳体341的周围)流动的润滑油冷却。此外在这种情况下，能使旋转电机311和差速装置312共用润滑油，并且理想地实施由润滑油进行的各部的润滑和冷却。
由于构成为将差速装置312的差速器箱371固定于转子320，因此差速器箱371随着转子320的旋转而以相同的转速进行旋转。即，能使车轴303、304相对于旋转电机311的旋转在减速比为1的状态下进行旋转。在这种情况下，能利用旋转电机311向车轴侧输出高转矩，并且能实现向车轴侧的输出响应性良好的车轮驱动装置310。
(车轮驱动装置的变形例1)
图49是表示其他方式的车轮驱动装置310的结构的剖视图。在图49所示的车轮驱动装置310中，与图46的结构的不同之处在于，包括作为变速装置的行星齿轮机构380，将该行星齿轮机构380一体地设于旋转电机311。
在图49中，旋转电机311具有经由支板305固定于车辆300的车身部的大致圆筒状的外壳318，在该外壳318的径向外侧固定有定子330。在定子330的径向外侧配置有转子320的磁体单元322的结构与上述结构相同。虽然没有图示半导体模块346、控制基板347、电容器模块348这样的电气部件，但是这些电气部件设于例如在径向或者轴向上与旋转电机311分开的位置。
本实施方式的旋转电机311中，在形成于外壳318的内周侧的环状空间设有行星齿轮机构380，该行星齿轮机构380以规定的减速比使转子320的旋转减速。在这种情况下，旋转电机311中，与图46的结构不同，转子320的磁体保持件321不固定于差速装置312的差速器箱371，转子320的旋转通过行星齿轮机构380减速并向差速器箱371侧传递。
行星齿轮机构380具有：具有内齿的齿圈381；具有外齿的恒星齿轮382；配置于齿圈381与恒星齿轮382之间并与上述各齿轮381、382啮合的多个小齿轮383；以及将多个小齿轮383支承为能够旋转的轮架384。齿圈381由固定于旋转电机311的外壳318的筒状构件形成。恒星齿轮382固定于转子320的磁体保持件321，轮架384固定于差速器箱371。通过焊接、压入等进行上述固定。因此，当转子320旋转时，各小齿轮383随着恒星齿轮382的旋转而旋转，并且差速器箱371和轮架384一起随着该小齿轮383的旋转而一体旋转。
在上述结构中，旋转电机311的旋转即转子320的旋转以由行星齿轮机构380确定的规定减速比进行减速，车轴303、304和差速器箱371一起以减速后的转速进行旋转。在这种情况下，在齿圈381被固定的状态下，轮架384相对于恒星齿轮382的旋转(即转子320的旋转)减速旋转。由此，使和轮架384一起旋转的差速器箱371的动力增加，该增加的动力经由差速器箱371向左右的各车轴303、304传递。在本结构中，假设行星齿轮机构380的减速比为2，并使旋转电机311的转矩增加到两倍。
虽然在图49中省略，但是也可以如图48中说明的那样，由外侧外壳形成封闭空间，并在其内部填充润滑油。
在本变形例的车轮驱动装置310中，将行星齿轮机构380配置于在差速器箱371的径向外侧且由转子320和定子330构成的磁路部的径向内侧设置的环状空间。即，在旋转电机311中，构成为转子320及定子330、行星齿轮机构380和差速装置312以在径向上层叠的状态配置。在这种情况下，能够进一步有效地利用在旋转电机311内以车轴303、304为中心而形成的环状空间，并且能理想地实现功能集中的车轮驱动装置310。
在行星齿轮机构380中，构成为将齿圈381固定于车辆300的车身部，并且将恒星齿轮382固定于转子320，将轮架384固定于差速器箱371。在这种情况下，行星齿轮机构380在径向上同心地设于差速器箱371与磁路部之间的环状空间，并且与旋转电机311的转子320和定子330、差速装置312相同地，理想地配置成层叠状。
另外，与图49的结构不同，在行星齿轮机构380中，也可以构成为将恒星齿轮固定于车辆300的车身部，并且将齿圈固定于转子320，将轮架固定于差速器箱371。在这种情况下，旋转电机311的旋转即转子320的旋转通过行星齿轮机构380以规定的增速比增速。
(车轮驱动装置的变形例2)
图50是表示使用内转子式的表面磁体式旋转电机作为旋转电机311的车轮驱动装置310的结构的剖视图。此处，对与图46中进行了说明的外转子式的旋转电机311的不同之处进行说明。
图50的旋转电机311具有经由支板305固定于车辆300的车身部的有底圆筒状的外侧外壳391，在该外侧外壳391的径向内侧固定有定子330。定子330具有筒状的定子绕组331和固定于定子绕组331的径向外侧的定子铁芯332，定子铁芯332固定于外侧外壳391的内周面。此外，转子320隔着规定的气隙可旋转地设于定子330的径向内侧。转子320具有磁体保持件321和固定于磁体保持件321的径向外侧的磁体单元322。
在外侧外壳391的径向内侧固定有呈大致筒状、直径比外侧外壳391小的内侧外壳392。外侧外壳391和内侧外壳392同心地设置，在径向上的各外壳391、392之间的环状空间配置有转子320和定子330。在内侧外壳392的筒状部392a的内侧设有差速装置312。此外，在差速器箱371的外周侧与内侧外壳392的内周面之间设有圆环状的轴承361。由此，差速器箱371通过轴承361可旋转地支承于内侧外壳392。
外侧外壳391在轴向的一端侧具有端板部391a，在该端板部391a的中心部设有供差速器箱371的小径筒部371a插通的开口391b。在开口391b设有密封件393，该密封件393对开口391b与小径筒部371a的外周面之间的空隙进行封闭。此外，内侧外壳392具有对位于差速装置312的侧方的开口部进行遮蔽的遮蔽部392b，在设于该遮蔽部392b的中心部的开口392c设有对开口392c与车轴304的外周面之间的空隙进行封闭的密封件394。密封件393、394最好是例如由树脂材料制成的滑动密封件。
最好在由外侧外壳391和内侧外壳392形成的封闭空间填充有润滑油。
另外，虽然在图50所示的旋转电机311中，在磁路部的径向内侧即转子320的内侧没有设置构成电力转换器(逆变器电路)的电气组件343以及变速装置即行星齿轮机构380，但是可以改变上述结构。例如，也可以构成为，使转子320和定子330的径向尺寸变大来扩大磁路部的径向内侧的环状空间，在该扩大了的环状空间配置电气组件343和行星齿轮机构380中的至少任意一方。
(作为车轮驱动装置的实施方式二)
接着，对将旋转电机用于使车辆的车轮旋转的车轮驱动装置的结构的实施方式二进行说明。图51是表示车轮驱动装置的概况的示意图。
如图51所示，车辆1300包括左右的车轮1301、1302，上述各车轮1301、1302通过车轴1303、1304的旋转而进行旋转。左右的车轴1303、1304在水平方向上延伸并且在同轴上设置，由未图示的悬架装置支承为旋转自如。虽然省略了图示，但是各车轴1303、1304的轴向的延长线上设有例如由盘式刹车器构成的刹车装置。
车轮驱动装置1310具有旋转电机1311和差速装置1312，通过旋转电机1311的旋转使旋转动力分别向左右的各车轮1301、1302施加。车轮驱动装置1310经由支板1305固定于车辆1300的车身部(例如车身框架1306)。在车辆1300装设有电池1307，电池1307经由电力线1308连接到旋转电机1311。
车辆1300是例如具有前侧车轮和后侧车轮的四轮车辆，在前侧车轮或者后侧车轮设有车轮驱动装置1310。即，前侧车轮和后侧车轮中的一方是驱动轮，另一方是从动轮。不过，也可以是在车辆1300中在前侧车轮和后侧车轮这两者设有车轮驱动装置1310的结构。此外，车辆1300也可以是仅具有一组左右一对的车轮1301、1302的车辆，或者是具有三组以上的上述车轮1301、1302的车辆。
接着，对车轮驱动装置1310的详细结构进行说明。图52是表示车轮驱动装置1310的成为车轴1303、1304的旋转中心的位置处的铅垂切断面的结构的纵剖视图，图53是分解表示车轮驱动装置1310的旋转电机1311的分解剖视图。图54是车轮驱动装置1310的外观立体图。在本实施方式中，在车轮驱动装置1310中，旋转电机1311和差速装置1312可以分别通过不同的中心轴进行旋转，上述各中心轴互相平行地设置。
旋转电机1311是外转子式的表面磁体式旋转电机，作为基本结构，具有转子1320、定子1330以及逆变器单元1340。旋转电机1311包括形成其外壳的电动机外壳1315，并且包括收容于该电动机外壳1315内的状态下的转子1320、定子1330和逆变器单元1340。上述转子1320、定子1330和逆变器单元1340以在径向内外层叠的状态设置。例如通过使电动机外壳1315固定于支板1305，使旋转电机1311固定于车辆主体。电动机外壳1315相当于“第一外壳”。
旋转电机1311的主要结构与图1等所示的上述旋转电机10相同，此处，对与旋转电机10进行对比而相同的结构适当省略说明并对旋转电机1311的结构进行说明。另外，图1等所示的旋转电机10的转子40、定子50以及逆变器单元60分别相当于本实施方式中的旋转电机1311的转子1320、定子1330以及逆变器单元1340。不过，能对极数、相数、各构件的尺寸(大小)进行适当的设定。
转子1320具有：磁体保持件1321；以及设于该磁体保持件1321的径向内侧的环状的磁体单元1322。磁体保持件1321呈大致筒状，具有作为磁体保持构件的功能。磁体保持件1321以能一体旋转的方式固定于旋转轴1316。旋转轴1316通过设于电动机外壳1315内的一对轴承1317支承为旋转自如。在本实施方式中，旋转电机1311以旋转轴1316与车轴1303、1304平行的方向设置。
磁体单元1322呈圆环状，并由多个永磁体构成，该多个永磁体配置为沿着转子1320的周向交替地改变极性。即，磁体单元1322在周向上具有多个磁极。永磁体通过例如粘接而固定于磁体保持件1321。磁体单元1322具有在第一实施方式的图8、图9中作为磁体单元42进行了说明的结构，使用内禀矫顽力为400[kA/m]以上且残留磁通密度Br为1.0[T]以上的烧结钕磁体来构成永磁体。
与图9等的磁体单元42相同，磁体单元1322具有分别是极性各向异性磁体并且极性互相不同的第一磁体91和第二磁体92。如图8和图9中说明的那样，各磁体91、92中，易磁化轴的方向在d轴侧(靠近d轴的部分)和q轴侧(靠近q轴的部分)分别不同，在d轴侧，易磁化轴的方向为接近与d轴平行的方向的方向，在q轴侧，易磁化轴的方向为接近与q轴正交的方向的方向。而且，根据与上述易磁化轴的方向对应的取向来形成圆弧形的磁体磁路。另外，也可以是，在各磁体91、92中，在d轴侧将易磁化轴设为与d轴平行的方向，在q轴侧将易磁化轴设为与q轴正交的方向。
根据各磁体91、92，增强了d轴上的磁体磁通，并且抑制了q轴附近的磁通变化。由此，能够理想地实现在各磁极中从q轴到d轴的表面磁通变化缓和的磁体91、92。另外，作为磁体单元1322，还可以使用图22和图23所示的磁体单元42的结构、图30所示的磁体单元42的结构。
定子1330设于转子1320的径向内侧。定子1330具有卷绕形成为大致筒状(环状)的多相(例如6相)的定子绕组1331以及作为配置于定子绕组1331的径向内侧的基座构件的定子铁芯1332，定子绕组1331配置为隔着规定的气隙与圆环状的磁体单元1322相对。
与上述定子50相同地，定子1330的特征在于具有无切槽结构和定子绕组1331的扁平导线结构，具有与图8～图16所示的定子50相同的结构。即，与定子铁芯52相同，定子铁芯1332在轴向上层叠有多个电磁钢板，并且呈在径向上具有规定厚度的圆筒状，定子绕组1331组装于定子铁芯1332的成为转子1320侧的径向外侧。定子绕组1331具有与定子绕组51相同的结构。定子铁芯1332的外周面呈没有凹凸的曲面状，在该外周面上以规定间隔沿周向配置有多个导线(导线组)。
定子1330使用以下(A)～(C)的任意一种结构。
(A)在定子1330中，在周向的各导线部之间设置导线间构件，并且作为上述导线间构件，使用当将一磁极的导线间构件的周向的宽度尺寸设为Wt、将导线间构件的饱和磁通密度设为Bs、将一磁极的磁体部的周向的宽度尺寸设为Wm并将磁体部的残留磁通密度设为Br时，满足Wt×Bs≤Wm×Br的关系的磁性材料。
(B)在定子1330中，在周向的各导线部之间设置导线间构件，并且使用非磁性材料作为上述导线间构件。
(C)在定子1330中，构成为在周向的各导线部之间不设置导线间构件。
根据上述定子1330的结构，与在作为定子绕组的各导线部之间设有用于确立磁路的极齿(铁芯)的通常的极齿结构的旋转电机相比，能使电感减小。具体地，能使电感成为1/10以下。
定子铁芯1322上的各导线以及在径向上设置多层的导线组的结构(即导线部的结构)与上述图10和图11所示的各导线82(导线组81)相同。各导线82构成为，横截面呈扁平矩形，并且在沿径向排列的各导线82(导线组81)之间夹设有由树脂等构成的模塑材料(绝缘构件)。在这种情况下，定子绕组1331和定子铁芯1332一起通过模塑材料一体地模制。另外，如图13所示，导线82构成为多股线材86的集合体。定子绕组1331以分布绕组方式卷绕形成为圆环状。
逆变器单元1340具有：固定于电动机外壳1315的筒状的外侧壳体1341；呈直径比外侧壳体1341小的筒状并且固定于该外侧壳体1341的内侧壳体1342；以及收容于由外侧壳体1341和内侧壳体1342包围的环状的收容空间的电气组件1343。逆变器单元1340的结构基本与图6所示的逆变器单元60相同。不过，不同之处在于，在由外侧壳体1341和内侧壳体1342包围的环状空间收容有电气组件1343。
外侧壳体1341和内侧壳体1342由例如碳纤维增强塑料(CFRP)构成。外侧壳体1341具有在轴向上延伸的筒状部1344，在该筒状部1344的径向外侧组装有定子铁芯1332。由此，定子1330和逆变器单元1340一体化地形成。
电气组件1343包括多个半导体模块1346、控制基板1347和电容器模块1348。由上述电气部件构成逆变器电路(电力转换器)。通过由电气组件1343构成的逆变器电路实现了动力运行功能和发电功能，上述动力运行功能使电流针对各相向定子绕组1331的各相绕组流动从而使转子1320旋转，上述发电功能利用伴随车轴1303、1304的旋转而流动的定子绕组1331的三相交流电流来输出发电电力。另外，电气组件1343也可以仅具有动力运行功能和发电功能中的任意一方。
电容器模块1348构成为环状地排列多个平滑用电容器，在该电容器模块1348的外周面上沿周向并排配置有多个半导体模块1346。半导体模块1346具有例如MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属-氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)等半导体开关元件。半导体模块1346以夹在筒状部1344与电容器模块1348之间的状态配置。
也可以是如下结构：在由外侧壳体1341和内侧壳体1342形成的环状空间中，除了上述半导体模块1346、控制基板1347、电容器模块1348之外，或者代替这些构件，收容有变压器、角度传感器等与电动机驱动相关的其他电气部件。
此外，在外侧壳体1341的筒状部1344形成有供作为制冷剂的冷却水流通的冷却水通路1349，在半导体模块1346中产生的热量向在冷却水通路1349中流动的冷却水释放。冷却水通路1349环状地形成为包围电气组件1343(半导体模块1346和电容器模块1348)。
如图55所示，使冷却水在外侧壳体1341的冷却水通路1349中流通的水冷系统包括使冷却水在包含冷却水通路1349的路径上循环的循环路径1351，并且包括设置在该循环路径1351上的泵1352和散热装置1353。泵1352是电动泵。散热装置1353是例如使冷却水的热量向大气释放的散热器。冷却水通路1349以包围电气组件1343的方式环状地设于外侧壳体1343，当泵1352驱动时，冷却水从设于环状的冷却水通路1349的入口部流入，从出口部流出。
由于在筒状部1344的外侧配置有定子1330，在内侧配置有电气组件1343，因此定子1330的热量从上述筒状部1344的外侧传递到筒状部1344，并且电气组件1343的热量(例如半导体模块1346的热量)从内侧传递到筒状部1344。在这种情况下，能同时冷却定子1330和电气组件1343，从而能高效地释放旋转电机1311中的发热构件的热量。
回到图52，在旋转轴1316的轴向的一端侧固定有第一齿轮1381。第一齿轮1381通过压入、键结合而固定于旋转轴1316。第一齿轮1381由例如正齿轮、斜齿轮或者人字齿轮构成。第一齿轮1381收容于在电动机外壳1315中突出成型为圆板状的齿轮收容部1315a，并且伴随驱动旋转电机1311旋转而在电动机外壳1315内和转子1320、旋转轴1316一起旋转。
另外，在图52所示的结构中，在旋转轴1316的左右方向的同侧固定有磁体保持件1321和第一齿轮1381。即，磁体保持件1321的圆筒敞开部位于第一齿轮1381的相反侧(图的左侧)。不过，代替图示的结构，也可以在旋转轴1316的左右方向的不同侧固定有磁体保持件1321和第一齿轮1381。即，也可以构成为磁体保持件1321的圆筒敞开部位于第一齿轮1381的同侧(图的右侧)。
接着，对差速装置1312进行说明。
差速装置1312包括形成其外壳的差速器外壳1361，通过使该差速器外壳1361固定于旋转电机1311的电动机外壳1315，使旋转电机1311和差速装置1312一体化为车轮驱动装置1310。旋转电机1311侧和差速装置1312侧的各外壳1315、1361在与车轴1303、1304的轴向正交的方向上并排配置。如图54所示，电动机外壳1315和差速器外壳1361分别呈圆筒状，上述外壳的外表面彼此结合并一体化。差速器外壳1361设置成包围后述的差速器箱1371和第二齿轮1382。差速器外壳1361相当于“第二外壳”。
在差速器外壳1361收容有能和车轴1303、1304同轴地旋转的第二齿轮1382。第二齿轮1382与第一齿轮1381相同，由例如正齿轮、斜齿轮或者人字齿轮构成，并设置成与第一齿轮1381啮合的状态。第二齿轮1382收容于在差速器外壳1361中成型为圆板状的齿轮收容部1361a，与第一齿轮1381联动地旋转。由第一齿轮1381和第二齿轮1382构成变速装置。
在本实施方式中，第一齿轮1381的齿数S1和第二齿轮1382的齿数S2为S1＜S2，当驱动旋转电机1311旋转时，旋转电机1311的转速根据变速装置(第一齿轮1381和第二齿轮1382)的减速比减速。在本实施方式中，减速比为8以下，更具体地为3左右。不过，上述变速比可以任意设定，也可以将减速比设定为10以上、或者设定为增速比(低于1的减速比)。
在第二齿轮1382的中央形成有孔1382a，车轴1304以非接触的状态插通于孔1382a。此外，在差速器外壳1361内收容有轴承1383，该轴承1383将左右的车轴1303、1304分别支承为能够旋转。
此处，旋转电机1311侧和差速装置1312侧的各外壳1315、1316互相固定，并且各外壳1315、1361内的空间通过连通部Y1互相连通。具体地，在各外壳1315、1361彼此的结合侧分别设有开口1315b、1361b，使该开口1315b、1361b作为连通部Y1互相连通。此外，第一齿轮1381和第二齿轮1382经过连通部Y1啮合。
在差速器外壳1361设有供车轴1303、1304插通的插通孔1361c、1361d，在该插通孔1361c、1361d设有对插通孔与车轴1303、1304的外周面之间的空隙进行封闭的密封件1363、1364。密封件1363、1364最好是例如由树脂材料制成的滑动密封件。
差速装置1312包括：差速器箱1371；多个(例如两个)小齿轮1372，该多个小齿轮1372设于差速器箱1371内；以及一对侧齿轮1373、1374，该一对侧齿轮1373、1374也设于上述差速器箱371内，并通过花键嵌合、压入等分别与左右的各车轴1303、1304结合。
差速器箱1371固定于第二齿轮1382的侧面。由此，差速器箱1371与第二齿轮1382一起旋转。多个小齿轮1372分别由锥形齿轮构成，将齿面朝向差速器箱1371的中心配置。各小齿轮1372在差速器箱1371内以与车轴1303、1304的轴向正交的方向(例如图的上下方向)为旋转轴向设置为能够旋转。当差速器箱1371旋转时，各小齿轮1372和差速器箱1371一起以车轴1303、1304为轴中心进行旋转。另外，小齿轮1372的数量最好与设计强度对应地任意确定。也可以是如下结构：利用小齿轮轴将两个小齿轮1372连结，并利用滚珠轴承、滚针轴承等来支承上述小齿轮轴。
左右一对侧齿轮1373、1374分别由锥形齿轮构成，并以彼此相对的方式配置。各侧齿轮1373、1374分别与小齿轮1372啮合。就小齿轮1372侧来说，多个小齿轮1372分别与左右两个侧齿轮1373、1374啮合。
根据上述结构的差速装置1312，在例如车辆1300在弯路处拐弯时施加于左右的各车轮1301、1302的负载产生差异的情况下，即在位于弯路的内侧的车轮和位于外侧的车轮产生转速差的情况下，各小齿轮1372以与车轴1303、1304的轴向正交的方向为轴中心进行旋转。由此，差速器箱1371的旋转即从旋转电机1311侧的第一齿轮1381传递的第二齿轮1382的旋转由各侧齿轮1373、1374以互相不同的转速分配并传递。
另外，也可以在差速装置1312一体地设有由例如多板离合器式LSD构成的差动限制机构。
旋转电机1311的旋转轴1316相对于车轴1303、1304的位置在铅垂方向和水平方向上可以任意。例如，就铅垂方向的位置关系来说，旋转电机1311的旋转轴1316可以相对于车轴1303、1304配置于铅垂方向上方和铅垂方向下方的任意位置。或者，就水平方向的位置关系来说，旋转电机1311的旋转轴1316可以相对于车轴1303、1304配置于车辆前方和车辆后方的任意位置。
此外，本实施方式的车轮驱动装置1310具有供润滑油循环的循环系统。具体地，如图55所示，在车轮驱动装置1310设有循环路径1355，该循环路径1355将旋转电机1311侧的电动机外壳1315和差速装置1312侧的差速器外壳1361连接，在上述循环路径1355上设有泵1356和作为散热部的散热装置1357。泵1356是电动泵。通过驱动泵1356使润滑油在循环路径1355上循环。散热装置1357是例如使润滑油的热量向大气释放的散热器。也可以是在旋转电机1311一体地设置泵1356的结构，或者是在差速装置1312一体地设置泵1356的结构。
图55中，旋转电机1311配置于差速装置1312的铅垂方向上方。即，旋转轴1316相对于车轴1303、1304设于铅垂方向上方。此外，如虚线箭头所示，构成为润滑油从循环路径1355流入电动机外壳1315(旋转电机1311侧)，润滑油从差速器外壳1361向循环路径1355流出。
当车轮驱动装置1310动作时，伴随泵1356的驱动，润滑油经由散热装置1357流入电动机外壳1315，该润滑油在电动机外壳1315内向旋转电机1311的各部供给，并且在穿过各齿轮1381、1382的同时经由各外壳1315、1361的连通部Y1向差速器外壳1361侧流通。此外，之后润滑油经过差速装置1312的各部从差速器外壳1361向循环路径1355流出。即，润滑油在循环路径1355→电动机外壳1315→连通部Y1→差速器外壳1361→循环路径1355这样一连串的路径上循环。根据本结构，由于在散热装置1357处散热过的润滑油先向旋转电机1311侧供给，因此在该旋转电机1311中优先通过润滑油进行冷却。
代替上述结构，也可以构成为旋转轴1316相对于车轴1303、1304设于铅垂方向下方。即，将图55的结构上下颠倒。在这种情况下，构成为润滑油从循环路径1355流入差速器外壳1361(差速装置1312侧)，润滑油从电动机外壳1315向循环路径1355流出。
在上述结构中，当车轮驱动装置1310动作时，伴随泵1356的驱动，润滑油经由散热装置1357流入差速器外壳1361，该润滑油在差速器外壳1361内向差速装置1312的各部供给，并且在穿过各齿轮1381、1382的同时经由各外壳1315、1361的连通部Y1向电动机外壳1315侧流通。此外，之后润滑油经过旋转电机1311的各部从电动机外壳1315向循环路径1355流出。根据本结构，由于在散热装置1357处散热过的润滑油先向差速装置1312侧供给，因此在该差速装置1312中优先通过润滑油进行冷却。
另外，最好在差速器箱1371的呈圆筒状的外周部设有供润滑油通过的通孔。电动机外壳1315或者差速器外壳1361也可以是储存润滑油的储存部。此外，也可以是电动机外壳1315和差速器外壳1361内被润滑油充满的结构。
由于本实施方式的旋转电机1311是外转子式旋转电机，因此与内转子式旋转电机相比旋转状态下的惯量更大，可想到例如最大为四倍。因此，能实现低振动的车轮驱动装置1310。
此外，如上所述，由于与在定子1330中设有各导线部之间的极齿(铁芯)的通常的极齿结构相比电感减小，因此能实现旋转电机1311中的机械时间常数的减少，并能实现例如车辆1300起动时的响应性的提高。
此处，假设与具有通常的极齿结构的现有旋转电机相比，惯量最大为四倍，并且电感L为1/10以下，则在本实施方式的旋转电机1311中可想到车辆驱动的机械反应速度与现有的旋转电机相比最小为2.5倍。此外，根据本申请发明人的试制，确认与现有产品相比电感L为1/100以下，车轮驱动的机械反应速度为25倍以上。在这种情况下，能在使从旋转电机1311到车轴侧的减速比为8以下并使响应性不下降的同时，实现车轮驱动装置1310的足超过4000Nm的驱动转矩。
即使考虑到车轮驱动装置1310不仅应用于汽车还应用于电车，若假设通常的速度范围最大为约200～300km/h，且车轮直径通常为约14～30英寸，则旋转电机1311的转速也很少会超过10000rpm，应用频率是低频。当在车辆中使用通常的8极旋转电机时，应用频率是以往的一半左右即600Hz左右的低频。在现有的系统中，通常通过将增速比设为10以上，在8极电动机中假定以1000～2000Hz驱动并完成设计。
关于这点，在本实施方式的旋转电机1311中，伴随电感的减少，与现有产品相比电气时间常数也在1/10以下，更具体地在1/100以下。因此，在实现多极化这方面是有利的。另外，已知通过使旋转电机多极化，会使由上述磁路的耐退磁能力、齿槽转矩、定位转矩、电磁转矩纹波引起的振动的振幅变小。这是因为，由于多极化会使一个磁路变得非常小，因此磁阻变小并且旋转一圈产生的电磁作用反作用的次数增加，转矩波形的顶点的间隔变得非常窄，从而使机械振幅的差由于高频而变小。
在旋转电机1311中优选16极以上。由此，可以以现有系统的一半的噪音、振动构成车辆1300。
此外，能使电流频率随着电感的减少而提高。若现有电动机的电流频率为1000～2000Hz，则能对应于10倍的10000～20000Hz的频率以上。
作为现有旋转电机，已知有电感是例如1mH左右的结构。不过，在上述高电感的旋转电机中，会产生功率变差、电流在高频下无法提高、无法流过最大电流值这样的不良情况。
在本实施方式的旋转电机1311中，可以将极数设为80极以上。因此，与8极旋转电机相比，能将耐退磁能力提高到几倍(例如三倍)。此外，基于1/10以下的电磁转矩纹波，能使旋转电机1311安静地在超高温度以下运转。也可以实现旋转电机1311的轻量化，与相同性能的现有装置相比能使重量减轻到1/3。
在上述结构的车轮驱动装置1310中，构成为将旋转电机1311侧的电动机外壳1315和差速装置1312侧的差速器外壳1361连结，进行第一齿轮1381和第二齿轮1392的啮合。在这种情况下，特别地，利用连通部Y1使各外壳1315、1361内的空间互相连通，并使第一齿轮1381和第二齿轮1382成为经过该连通部Y1啮合的状态。由此，能在将旋转电机1311和差速装置1312靠近配置的状态下，理想地实施上述二者之间的动力传递。
构成为使电动机外壳1315和差速器外壳1361沿着与车轴1303、1304的轴向正交的方向并排配置，并且将旋转电机1311以旋转轴1316与车轴1303、1304平行的方向设置。在这种情况下，在旋转电机1311和差速装置1312沿着与车轴1303、1304的轴向正交的方向并排配置的车轮驱动装置1310中，能尽可能地减小车轴1303、1304的轴向上的宽度尺寸(图52中的左右方向尺寸)。由此，在装设有车轮驱动装置1310的车辆1300中，能有效利用在车轴1303、1304的轴向上夹着车轮驱动装置1310的两侧的空间。
在上述结构的旋转电机1311中，通过在定子1330中使沿周向排列的各导线部(定子绕组1331的导线)之间的极齿(铁芯)变小或者消失，能抑制由在上述各导线部之间产生的磁饱和引起的转矩限制，并且通过使导线部扁平薄型化能抑制转矩降低。在这种情况下，能维持旋转电机1311的转矩性能，并且能通过定子1330的薄型化使旋转电机1311的外形尺寸缩小。因此，在旋转电机1311和差速装置1312并排配置的车轮驱动装置1310中，能实现整体尺寸的小型化。
此外，在旋转电机1311中，与在定子1330中设有各导线部之间的极齿(铁芯)的通常的极齿结构相比，使电感减少。具体地，能使电感成为1/10以下。因此，能实现旋转电机1311中的机械时间常数的减少，并且能实现例如车辆起动时的响应性的提高。
此外，在旋转电机1311中，构成为在磁体单元1322中通过与易磁化轴的方向相对应的取向来形成圆弧状的磁体磁路。由此，能增强d轴处的磁体磁通，并且能在使用薄型磁体的同时增强旋转电机1311的转矩。在这种情况下，伴随磁体单元1322的薄型化，能使旋转电机1311的外形尺寸缩小，并且能紧凑地集中配置旋转电机1311和差速装置1312。
在旋转电机1311中，将构成电力转换器的电气组件1343(电气部件)环状地配置于在由转子1320和定子1330构成的磁路部的径向内侧设置的中空部。由此，在旋转电机1311中，能使转子1320及定子1330与电气组件1343在径向上以层叠的状态配置，并使用位于转子1320和定子1330的径向内侧的中空部来理想地配置电气组件1343。由此，能实现旋转电机1311的小型化，进而能实现车轮驱动装置1310的小型化。
在车轮驱动装置1310中，构成为使润滑油经由连通部Y1从电动机外壳1315向差速器外壳1361、或者从差速器外壳1361向电动机外壳1315流通。在这种情况下，能使润滑油经由第一齿轮1381和第二齿轮1382在旋转电机1311与差速装置1312之间流通。由此，能在旋转电机1311、差速装置1312和变速装置(第一齿轮1381和第二齿轮1382)中使用共用的润滑油来理想地进行润滑和冷却。
本实施方式的车轮驱动装置1310是将旋转电机1311侧的水冷机构与油冷机构组合的装置，当使润滑油循环时，能通过在旋转电机1311中进行冷却后留下的冷却残余部分来冷却差速装置1312以及变速装置。
此外，构成为使从循环路径1355流入一方的外壳的润滑油经由连通部Y1向另一方的外壳流通，并且从该另一方的外壳向循环路径1355流出。在这种情况下，能在旋转电机1311、差速装置1312和变速装置(第一齿轮1381和第二齿轮1382)中使用共用的润滑油，并且利用润滑油优先冷却旋转电机1311和差速装置1312中的任意一方。
(实施方式二的变形例)
图56示出了本变形例的旋转电机1311。在图56的旋转电机1311中，与上述图52所示的结构相同，旋转电机1311侧的电动机外壳1315和差速装置1312侧的差速器外壳1361沿着与车轴1303、1304的轴向正交的方向并排配置，而与上述图52所示的结构不同的是，旋转轴1316以与车轴1303、1304交叉的方向设置。
在旋转电机1311的旋转轴1316的差速装置1312侧的端部固定有由锥形齿轮构成的第一齿轮1381。此外，在差速装置1312的差速器外壳1361内，与车轴1303、1304同轴地收容有由锥形齿轮构成的第二齿轮1382。上述各齿轮1381、1382以互相啮合的状态设置，当第一齿轮1381和转子1320一起旋转时，第二齿轮1382随之旋转，从而使动力向差速装置1312侧传递。在本实施方式中，转子1320的水平方向的旋转通过各齿轮1381、1382转换为铅垂方向的旋转。
旋转电机1311侧和差速装置1312侧的各外壳1315、1316互相固定，并且各外壳1315、1361内的空间通过连通部Y2互相连通。在这种情况下，第一齿轮1381和第二齿轮1382经过连通部Y2啮合。此外，能使润滑油在各外壳1315、1361中经由连通部Y2从一方向另一方移动。
在本变形例中，构成为使电动机外壳1315和差速器外壳1361沿着与车轴1303、1304的轴向正交的方向并排配置，并且将旋转电机1311以旋转轴1316与车轴1303、1304交叉的方向设置。在这种情况下，在旋转电机1311和差速装置1312沿着与车轴1303、1304的轴向正交的方向并排配置的车轮驱动装置1310中，能尽可能地减小与车轴1303、1304的轴向正交的方向上的宽度尺寸(图56中的上下方向尺寸)。由此，在装设有车轮驱动装置1310的车辆1300中，能有效利用与车轴1303、1304的轴向正交的方向上的空间。
另外，旋转电机1311的旋转轴1316相对于车轴1303、1304延伸的方向在铅垂方向和水平方向上可以任意，例如能实现旋转轴1316相对于车轴1303、1304向铅垂方向上方或铅垂方向下方延伸的结构、旋转轴1316相对于车轴1303、1304向车辆前方或者车辆后方延伸的结构等。
(其它的变形例)
以下描述上述以外的变形例。
·在旋转电机10的定子绕组51等中，也可以构成为将导线82的直线部83在径向上设为单层。此外，在将直线部83在径向内外配置为多层的情况下，该层的数量可以是任意的，还可以设为3层、4层、5层、6层等。
·例如，在图2的结构中，将旋转轴11设为在轴向上向旋转电机10的一端侧和另一端侧这两者突出，但是也可以对此进行变更，构成为仅向一端侧突出。在这种情况下，旋转轴11最好设为，由轴承单元20悬臂支承的部分为端部，向其轴向外侧延伸。在本结构中，由于旋转轴11不向逆变器单元60的内部突出，因此可以更多地使用逆变器单元60的内部空间、具体是筒状部71的内部空间。
·在上述结构的旋转电机10中，构成为在轴承21、22中使用非导电性润滑脂，但是可以对此进行变更，构成为在轴承21、22中使用导电性润滑脂。例如，构成为使用包含了金属粒子或碳粒子等的导电性润滑脂。
·作为将旋转轴11支承为旋转自如的结构，也可以构成为在转子40的轴向一端侧和另一端侧的两个部位设置轴承。在这种情况下，就图1的结构来说，轴承最好夹着逆变器单元60设于一端侧和另一端侧的两个部位。
·在上述结构的旋转电机10中，构成为在转子40中磁体保持件41的中间部45具有内侧肩部49a和外侧肩部49b，但是也可以构成为不设置上述肩部49a、49b而具有平坦的面。
·在上述结构的旋转电机10中，构成为在定子绕组51的导线82中将导体82a设为多股线材86的集合体，但是可以对此进行变更，也可以构成为使用截面呈矩形的方导线作为导线82。此外，也可以构成为使用截面呈圆形或截面呈椭圆形的圆导线作为导线82。
·在上述结构的旋转电机10中，构成为在定子50的径向内侧设置逆变器单元60，但是除此之外，也可以构成为在定子50的径向内侧不设置逆变器单元60。在这种情况下，能将定子50的径向内侧的内部区域作为空间留下。此外，能在上述内部区域配置与逆变器单元60不同的部件。
·在上述结构的旋转电机10中，也可以构成为不具备外壳30。在这种情况下，也可以构成为在例如轮、其他车辆部件的一部分中保持转子40、定子50等。
本说明书的发明不限定于例示的实施方式。发明包含例示的实施方式和本领域技术人员基于此作出的变形方式。例如，发明不限于实施方式中所示出的部件和/或要素的组合。发明可以通过各种组合来实现。发明可以具有能追加到实施方式的追加部分。发明包含省略了实施方式的部件和/或要素的结构。发明包含一个实施方式与其他实施方式之间的部件和/或要素的置换或组合。发明的技术范围不限于实施方式的记载。发明的若干技术范围由权利要求书的记载表示，并且应理解为还包含与权利要求书的记载等同的意思和范围内的所有变形。

Claims (21)

1.一种车轮驱动装置，包括：一对车轴，该一对车轴使车辆的左右的车轮旋转；差速装置，该差速装置以结合到各所述车轴的状态设置；以及旋转电机，该旋转电机使各所述车轴旋转，
所述旋转电机包括：
筒状的转子，该转子具有磁体部，所述磁体部包括极性在周向上交替的多个磁极；以及
筒状的定子，该定子具有多相的定子绕组，
所述转子和所述定子配置成使所述磁体部和所述定子绕组在径向内外相对的状态，
所述差速装置包括：
差速器箱，该差速器箱随着所述转子的旋转而旋转；
侧齿轮，该侧齿轮收容于所述差速器箱内，并且分别连结到一对所述车轴；以及
小齿轮，该小齿轮收容于所述差速器箱内，并且与所述侧齿轮相互啮合，
在所述旋转电机中设置于由所述转子和所述定子构成的磁路部的径向内侧的中空部处，与所述转子同心地配置有所述差速装置，
所述定子绕组具有导线部，该导线部在与所述转子相对的位置以规定间隔沿周向配置，
在所述定子中，构成为在周向的各所述导线部之间设置导线间构件，并且作为所述导线间构件，使用当将一磁极的所述导线间构件的周向的宽度尺寸设为Wt、将所述导线间构件的饱和磁通密度设为Bs、将一磁极的所述磁体部的周向的宽度尺寸设为Wm并将所述磁体部的残留磁通密度设为Br时，满足Wt×Bs≤Wm×Br的关系的磁性材料、或者非磁性材料，
或者构成为在周向的各所述导线部之间不设置导线间构件，
所述导线部的径向的厚度尺寸比一磁极内与一相对应的周向的宽度尺寸小。
2.一种车轮驱动装置，包括：一对车轴，该一对车轴使车辆的左右的车轮旋转；差速装置，该差速装置以结合到各所述车轴的状态设置；以及旋转电机，该旋转电机使各所述车轴旋转，
所述旋转电机包括：
筒状的转子，该转子具有磁体部，所述磁体部包括极性在周向上交替的多个磁极；以及
筒状的定子，该定子具有多相的定子绕组，
所述转子和所述定子配置成使所述磁体部和所述定子绕组在径向内外相对的状态，
所述差速装置包括：
差速器箱，该差速器箱随着所述转子的旋转而旋转；
侧齿轮，该侧齿轮收容于所述差速器箱内，并且分别连结到一对所述车轴；以及
小齿轮，该小齿轮收容于所述差速器箱内，并且与所述侧齿轮相互啮合，
在所述旋转电机中设置于由所述转子和所述定子构成的磁路部的径向内侧的中空部处，与所述转子同心地配置有所述差速装置，
在所述磁体部中，形成有如下的磁体磁路：在d轴侧的部分中是与d轴平行或者接近与d轴平行的方向，并且在q轴侧的部分中是与q轴正交或者接近与q轴正交的方向。
3.一种车轮驱动装置，包括：一对车轴，该一对车轴使车辆的左右的车轮旋转；差速装置，该差速装置以结合到各所述车轴的状态设置；以及旋转电机，该旋转电机使各所述车轴旋转，
所述旋转电机包括：
筒状的转子，该转子具有磁体部，所述磁体部包括极性在周向上交替的多个磁极；以及
筒状的定子，该定子具有多相的定子绕组，
所述转子和所述定子配置成使所述磁体部和所述定子绕组在径向内外相对的状态，
所述差速装置包括：
差速器箱，该差速器箱随着所述转子的旋转而旋转；
侧齿轮，该侧齿轮收容于所述差速器箱内，并且分别连结到一对所述车轴；以及
小齿轮，该小齿轮收容于所述差速器箱内，并且与所述侧齿轮相互啮合，
在所述旋转电机中设置于由所述转子和所述定子构成的磁路部的径向内侧的中空部处，与所述转子同心地配置有所述差速装置，
在所述磁体部中，进行取向以形成如下的圆弧状的磁体磁路：在靠近d轴的部分中易磁化轴为与d轴平行或者接近与d轴平行的方向，并且在靠近q轴的部分中易磁化轴为与q轴正交或者接近与q轴正交的方向。
4.一种车轮驱动装置，包括：一对车轴，该一对车轴使车辆的左右的车轮旋转；差速装置，该差速装置以结合到各所述车轴的状态设置；以及旋转电机，该旋转电机使各所述车轴旋转，
所述旋转电机包括：
筒状的转子，该转子具有磁体部，所述磁体部包括极性在周向上交替的多个磁极；以及
筒状的定子，该定子具有多相的定子绕组，
所述转子和所述定子配置成使所述磁体部和所述定子绕组在径向内外相对的状态，
所述差速装置包括：
差速器箱，该差速器箱随着所述转子的旋转而旋转；
侧齿轮，该侧齿轮收容于所述差速器箱内，并且分别连结到一对所述车轴；以及
小齿轮，该小齿轮收容于所述差速器箱内，并且与所述侧齿轮相互啮合，
在所述旋转电机中设置于由所述转子和所述定子构成的磁路部的径向内侧的中空部处，与所述转子同心地配置有所述差速装置，
所述旋转电机是在所述定子的径向外侧配置有所述转子的外转子式的旋转电机。
5.一种车轮驱动装置，包括：一对车轴，该一对车轴使车辆的左右的车轮旋转；差速装置，该差速装置以结合到各所述车轴的状态设置；以及旋转电机，该旋转电机使各所述车轴旋转，
所述旋转电机包括：
筒状的转子，该转子具有磁体部，所述磁体部包括极性在周向上交替的多个磁极；以及
筒状的定子，该定子具有多相的定子绕组，
所述转子和所述定子配置成使所述磁体部和所述定子绕组在径向内外相对的状态，
所述差速装置包括：
差速器箱，该差速器箱随着所述转子的旋转而旋转；
侧齿轮，该侧齿轮收容于所述差速器箱内，并且分别连结到一对所述车轴；以及
小齿轮，该小齿轮收容于所述差速器箱内，并且与所述侧齿轮相互啮合，
在所述旋转电机中设置于由所述转子和所述定子构成的磁路部的径向内侧的中空部处，与所述转子同心地配置有所述差速装置，
包括电气单元，
该电气单元具有：
环状的壳体构件，在所述磁路部的径向内侧且所述差速器箱的径向外侧的位置形成有环状空间，该壳体构件设置于所述环状空间；以及
电气部件，该电气部件收容于所述壳体构件内的收容空间，并构成与所述定子绕组电连接的电力转换器。
6.如权利要求5所述的车轮驱动装置，其特征在于，
所述壳体构件固定于所述车辆的车身部，
所述壳体构件的环状的内壁部与所述差速器箱的外周面相对，
所述差速器箱由轴承支承为旋转自如，所述轴承在所述内壁部与所述差速器箱之间设置为包围该差速器箱。
7.如权利要求5所述的车轮驱动装置，其特征在于，
在所述壳体构件的环状的外壁部中，在外周面固定有所述定子，并且以沿着内周面的方式配置有所述电气部件，
在所述外壁部形成有供制冷剂流通的制冷剂通路。
8.如权利要求7所述的车轮驱动装置，其特征在于，包括：
收容构件，该收容构件形成封闭空间，并在该封闭空间内收容所述转子、所述定子和所述差速装置；
循环部，该循环部使填充于所述收容构件内的润滑油循环；以及
散热部，该散热部进行润滑油的散热，
使润滑油在所述收容构件内通过所述制冷剂通路的径向外侧而流通。
9.如权利要求1至7中任一项所述的车轮驱动装置，其特征在于，包括：
收容构件，该收容构件形成封闭空间，并在该封闭空间内收容所述转子、所述定子和所述差速装置；
循环部，该循环部使填充于所述收容构件内的润滑油循环；以及
散热部，该散热部进行润滑油的散热。
10.如权利要求1至7中任一项所述的车轮驱动装置，其特征在于，
在所述转子固定有所述差速器箱，所述转子和所述差速器箱一体地旋转。
11.如权利要求1至7中任一项所述的车轮驱动装置，其特征在于，
在设置于所述差速器箱的径向外侧且所述磁路部的径向内侧的环状空间中，配置有以规定变速比使所述转子的旋转变速的变速装置。
12.如权利要求11所述的车轮驱动装置，其特征在于，
所述变速装置是行星齿轮机构，该行星齿轮机构包括：具有内齿的齿圈；具有外齿的恒星齿轮；配置于所述齿圈与所述恒星齿轮之间并与所述齿圈、所述恒星齿轮啮合的多个小齿轮；以及将多个所述小齿轮支承为能够旋转的轮架，
所述齿圈和所述恒星齿轮中的一方固定于所述车辆的车身部，并且所述齿圈和所述恒星齿轮中的另一方固定于所述转子，在所述差速器箱固定有所述轮架。
13.一种车轮驱动装置，包括：一对车轴，该一对车轴连结到车辆的左右的车轮；差速装置，该差速装置以结合到各所述车轴的状态设置；以及旋转电机，该旋转电机使各所述车轴旋转，
所述旋转电机包括：
转子，该转子具有包括极性在周向上交替的多个磁极的磁体部，并且设置成能与旋转轴一体旋转；
筒状的定子，该定子具有多相的定子绕组；
第一齿轮，该第一齿轮固定于所述旋转轴；以及
第一外壳，该第一外壳收容所述转子、所述定子以及所述第一齿轮，
所述转子和所述定子配置成使所述磁体部和所述定子绕组在径向内外相对的状态，
所述差速装置包括：
差速器箱，该差速器箱随着所述转子的旋转而旋转；
侧齿轮，该侧齿轮收容于所述差速器箱内，并且分别连结到一对所述车轴；
小齿轮，该小齿轮收容于所述差速器箱内，并且与所述侧齿轮相互啮合；
第二齿轮，该第二齿轮固定于所述差速器箱；以及
第二外壳，该第二外壳设置为包围所述差速器箱和所述第二齿轮，
所述第一外壳和所述第二外壳互相固定，并且各所述外壳内的空间通过连通部互相连通，
所述第一齿轮和所述第二齿轮处于经过所述连通部啮合的状态。
14.如权利要求13所述的车轮驱动装置，其特征在于，
所述第一外壳和所述第二外壳沿着与所述车轴的轴向正交的方向并排配置，
所述旋转电机以所述旋转轴与所述车轴平行的方向设置。
15.如权利要求13所述的车轮驱动装置，其特征在于，
所述第一外壳和所述第二外壳沿着与所述车轴的轴向正交的方向并排配置，
所述旋转电机以所述旋转轴与所述车轴交叉的方向设置。
16.如权利要求13至15中任一项所述的车轮驱动装置，其特征在于，
所述定子绕组具有导线部，该导线部在与所述转子相对的位置以规定间隔沿周向配置，
在所述定子中，构成为在周向的各所述导线部之间设置导线间构件，并且作为所述导线间构件，使用当将一磁极的所述导线间构件的周向的宽度尺寸设为Wt、将所述导线间构件的饱和磁通密度设为Bs、将一磁极的所述磁体部的周向的宽度尺寸设为Wm并将所述磁体部的残留磁通密度设为Br时，满足Wt×Bs≤Wm×Br的关系的磁性材料、或者非磁性材料，
或者构成为在周向的各所述导线部之间不设置导线间构件，
所述导线部的径向的厚度尺寸比一磁极内与一相对应的周向的宽度尺寸小。
17.如权利要求13至15中任一项所述的车轮驱动装置，其特征在于，
在所述磁体部中，形成有如下的磁体磁路：在d轴侧的部分中是与d轴平行或者接近与d轴平行的方向，并且在q轴侧的部分中是与q轴正交或者接近与q轴正交的方向。
18.如权利要求13至15中任一项所述的车轮驱动装置，其特征在于，
在所述磁体部中，进行取向以形成如下的圆弧状的磁体磁路：在靠近d轴的部分中易磁化轴为与d轴平行或者接近与d轴平行的方向，并且在靠近q轴的部分中易磁化轴为与q轴正交或者接近与q轴正交的方向。
19.如权利要求13至15中任一项所述的车轮驱动装置，其特征在于，
在所述旋转电机中设置于由所述转子和所述定子构成的磁路部的径向内侧的中空部处，环状地配置有构成与所述定子绕组电连接的电力转换器的电气部件。
20.如权利要求13至15中任一项所述的车轮驱动装置，其特征在于，
所述车轮驱动装置是使润滑油循环的车轮驱动装置，
润滑油能从所述第一外壳和所述第二外壳中的一方的外壳经由所述连通部向另一方的外壳流通。
21.如权利要求20所述的车轮驱动装置，其特征在于，包括：
循环路径，该循环路径的一端侧连接到所述一方的外壳，并且另一端侧连接到所述另一方的外壳；
泵，该泵使润滑油在所述循环路径上循环；以及
散热部，该散热部设于所述循环路径，
构成为使从所述循环路径流入所述一方的外壳的润滑油经由所述连通部向所述另一方的外壳流通，并且从所述另一方的外壳向所述循环路径流出。
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