JP6569396B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、ダブルロータタイプの回転電機に関する。

特許文献１には、インナロータとステータとの間に配置されるアウタロータが、周方向に等間隔で配置された複数の軟磁性体コアで構成され、各軟磁性体コアが回転軸に連結された支持部に固定されたダブルロータタイプの回転電機が開示されている。

特許第４５０５５２４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたような回転軸に連結された支持部に複数の軟磁性体コアを固定する構造のアウタロータは、周方向に隣り合う軟磁性体コア間が空気領域として構成される。こうした構造のアウタロータにあっては、軟磁性体コア全体が支持部に対して保持されていないため、機械的な強度が十分でないという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、周方向に軟磁性体が所定の間隔で配置されるアウタロータの機械的な強度を向上させた回転電機を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、通電により磁束を発生させる電機子コイルを有するステータと、前記磁束の通過により回転する第１のロータと、前記第１のロータを通過する前記磁束の磁路の途中に配置されて回転する第２のロータとを備える回転電機であって、前記第２のロータは、軸線方向の一方の端面から他方の端面に向けて形成された嵌合孔が周方向に所定の間隔ごとに配置された円筒形状の非磁性体と、前記嵌合孔に嵌め込まれた棒状の軟磁性体と、前記非磁性体及び前記軟磁性体の軸線方向の一端部側に配置される第１の非磁性部材と、前記非磁性体及び前記軟磁性体の軸線方向の他端部側に配置される第２の非磁性部材と、を有し、前記非磁性体及び前記軟磁性体は、前記軸線方向の一端部側の内縁に設けられる第１の切欠き部と、前記軸線方向の他端部側の内縁に設けられる第２の切欠き部と、を有し、前記第１の非磁性部材は、前記軸線方向の他端部側の内縁に、前記第１の切欠き部と嵌合するよう、前記第１の非磁性部材の外径よりも径が小さく形成された第１の小径部を有し、前記第２の非磁性部材は、前記軸線方向の一端部側の内縁に、前記第２の切欠き部と嵌合するよう、前記第１の非磁性部材の外径よりも径が小さく形成された第２の小径部を有することを特徴とする。

本発明によれば、周方向に軟磁性体が所定の間隔で配置されるアウタロータの機械的な強度を向上させた回転電機を提供することができる。

図１は、本発明の一実施の形態に係る回転電機を示す図であり、その概略構成の１／２モデルを示す回転軸に直交する断面図である。 図２は、インナロータに設置するダイオードの接続閉回路を示す結線図である。 図３は、インナロータとアウタロータの間のギャップ磁束密度の調波解析結果を示すグラフである。 図４は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の回転軸に平行な断面図である。 図５は、本発明の一実施の形態に係る回転電機のアウタロータを示す分解斜視図である。 図６は、本発明の一実施の形態に係る回転電機のインナロータを示す分解斜視図である。 図７は、本発明の一実施の形態に係る回転電機のポールピースおよび非磁性部材を示す分解斜視図である。 図８は、本発明の一実施の形態に係る回転電機のポールピースおよび非磁性部材を軸線方向から見た平面図である。 図９は、本発明の一実施の形態に係る回転電機のポールピースに対する非磁性部材の保持構造を説明する拡大図である。 図１０は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の非磁性部材、アウタ回転軸、円筒軸およびフランジの各結合部分を示す断面図である。 図１１は、図１０中、一点鎖線Ａで囲んだ部分の拡大断面図である。 図１２は、図１０中、一点鎖線Ｂで囲んだ部分の拡大断面図である。 図１３は、本発明の一実施の形態に係る回転電機のポールピースおよび非磁性部材の切欠き部を示す斜視図である。 図１４は、本発明の一実施の形態に係る回転電機のアウタロータおよび同軸治具の断面図である。 図１５は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の概略を示す断面図である。 図１６は、本発明の一実施の形態に係る回転電機のポールピースの角度とギャップ磁束密度との関係を示したグラフである。 図１７は、電機子コイルを集中巻きにした場合の磁束密度を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１〜図１７は本発明の一実施の形態に係る回転電機を説明する図である。

図１において、回転電機１は、ダブルロータ形式の回転電機として構成されており、円筒形状に形成されたステータ１００と、このステータ１００よりも回転軸１Ｃ側に設けられた第２のロータとしてのアウタロータ２００と、このアウタロータ２００よりも回転軸１Ｃ側に設けられた第１のロータとしてのインナロータ３００とを備えている。アウタロータ２００およびインナロータ３００は、回転軸１Ｃを回転中心として相対回転可能にそれぞれ支持されている。なお、図１は機械角３６０度のうちの１８０度分（１／２）の径方向断面図を図示している。

ステータ１００はステータコア１０１を備えており、このステータコア１０１には、軸心に向かう径方向に延伸されている複数本のステータティース１０２が周方向に並列されている。このステータティース１０２は、後述するアウタロータ２００の非磁性部材２０２の外周面２０２ａにエアギャップＧ１を介して内周面１０２ａ側を対面させるように形成されている。

このステータ１００は、ステータティース１０２の側面１０２ｂ間をスロット１０３として、三相交流のＷ相、Ｖ相、Ｕ相に対応する電機子コイル１０４が納められている。電機子コイル１０４は分布巻きによりステータティース１０２に巻き回されている。電機子コイル１０４は、通電により磁束を発生させる。

ステータ１００は、この電機子コイル１０４に三相交流が供給されることで、周方向に回転する回転磁界を発生し、発生した磁束をアウタロータ２００やインナロータ３００に鎖交させることによりこれらアウタロータ２００およびインナロータ３００をそれぞれ回転駆動させる。

アウタロータ２００は、透磁率の高い鋼材などの軟磁性体からなるポールピース２０１と、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂等の磁束を通さない非磁性体からなる非磁性部材２０２とを有する。ポールピース２０１および非磁性部材２０２は軸線方向に延伸されている。なお、軸線方向は、回転軸１Ｃが延伸する方向と同じ方向を示す。

ポールピース２０１は、軸線方向に延在する棒状に形成されており、複数の電磁鋼板を周方向に積層したものからなる。なお、ポールピース２０１は、強磁性体の微細な粉末が圧縮して固められた圧粉磁心によって形成してもよい。この場合、圧粉磁心の表面が絶縁被膜で覆われているため、高調波磁束による渦電流損失を低減することができる。

非磁性部材２０２は、円筒形状に形成されており、嵌合孔２０２Ｃが周方向に所定の間隔ごとに配置されている。嵌合孔２０２Ｃは、軸線方向の一方の端面から他方の端面に向けて形成されている。

また、非磁性部材２０２は、周方向に隣り合う嵌合孔２０２Ｃの間に非磁性部２０２Ａを有する。さらに、非磁性部材２０２は、嵌合孔２０２Ｃのステータ側とインナロータ側とにおいて周方向に隣り合う非磁性部２０２Ａを接続するブリッジ部２０２Ｂを有する。非磁性部２０２Ａとブリッジ部２０２Ｂとは、一体形成されている。

このように構成された非磁性部材２０２においては、非磁性部２０２Ａおよびブリッジ部２０２Ｂで囲まれる空間が嵌合孔２０２Ｃとして構成される。ポールピース２０１は、嵌合孔２０２Ｃに嵌め込まれている。

したがって、本実施の形態のアウタロータ２００は、軟磁性体のポールピース２０１と非磁性部２０２Ａとが周方向に交互に配置されている。ポールピース２０１および非磁性部材２０２の詳細な構成については後述する。

アウタロータ２００は、ステータ１００のステータティース１０２の内周面１０２ａと、後述するインナロータ３００のロータティース３０２の外周面３０２ａに対して、ポールピース２０１の外周面２０１ａと内周面２０１ｂとが非磁性部材２０２のブリッジ部２０２Ｂを径方向に間に挟んで対向するように形成されている。非磁性部材２０２のブリッジ部２０２Ｂの径方向の幅は、非磁性部材２０２の非磁性部２０２Ａの径方向の幅よりも小さく、ステータ１００とポールピース２０１との間、およびポールピース２０１とインナロータ３００との間での磁束の通過を妨げることがない程に小さい幅に設定されている。

したがって、このアウタロータ２００は、ステータ１００の電機子コイル１０４で発生し鎖交する磁束がポールピース２０１を効率よく通過する一方、非磁性部２０２Ａではその磁束の通過を妨げる。このステータ１００の電機子コイル１０４で発生する磁束は、アウタロータ２００のポールピース２０１を通過した後には、後述するように、インナロータ３００のロータティース３０２の外周面３０２ａに鎖交して、再度、アウタロータ２００のポールピース２０１を通過することにより、ステータ１００に戻る磁気回路を形成する。

このとき、アウタロータ２００は、ステータ１００に対して相対回転するので、磁束を通過させるポールピース２０１と磁束の通過を制限する非磁性部２０２Ａとが繰り返し切り換えられて磁気回路を形成する。

このようにアウタロータ２００が回転することで、電機子コイル１０４で発生する回転磁界の極数および周波数を変更させることができる。この変調された回転磁界とインナロータ３００が同期回転することによりトルクが発生する。

インナロータ３００は、複数の電磁鋼板を軸線方向に積層したロータコア３０１を備えている。このロータコア３０１には、軸心から離隔する径方向に向かって延長されている複数本のロータティース（突極部）３０２が周方向に並列されている。ロータティース３０２は、アウタロータ２００の非磁性部材２０２の内周面２０２ｂにエアギャップＧ２を介して外周面３０２ａを対面させるように形成されている。

このロータティース３０２は、誘導コイルＩと界磁コイルＦとからなるロータ巻線３３０を有している。誘導コイルＩは、隣接するロータティース３０２の側面３０２ｂ間をスロット３０３として、ロータティース３０２のアウタロータ２００側に巻き付けられている。界磁コイルＦは、隣接するロータティース３０２の側面３０２ｂ間をスロット３０３として、ロータティース３０２の軸心側に巻き付けられている。すなわち、誘導コイルＩは、スロット３０３においてインナロータ３００の径方向外側に巻き付けられており、界磁コイルＦは、スロット３０３においてインナロータ３００の径方向内側に巻き付けられている。

誘導コイルＩは、ロータティース３０２毎にインナロータ３００の周方向において隣同士が逆向きの周回巻線となる集中巻に形成されて、インナロータ３００の周方向に配列されている。この誘導コイルＩは、磁束が鎖交することにより誘導電流を発生（誘起）する。

界磁コイルＦは、ロータティース３０２毎にインナロータ３００の周方向において隣同士が逆向きの周回巻線となる集中巻になるように形成されて、インナロータ３００の周方向に配列されている。この界磁コイルＦは、界磁電流を供給されることにより励磁されて電磁石として機能する。
このように、誘導コイルＩと界磁コイルＦは、電流の向きが等しくなるように巻き回されている。

ここで、図１の機械角１８０度分の８つの誘導コイルＩを、回転方向（反時計方向）に誘導コイルＩ１〜Ｉ８と呼んで区別する。また、機械角１８０度分の８つの界磁コイルＦを回転方向に界磁コイルＦ１〜Ｆ８と呼んで区別する。

図２において、誘導コイルＩ１、Ｉ３、Ｉ５、Ｉ７と界磁コイルＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４は、ダイオードＤ１、Ｄ２と共に閉回路である整流回路Ｃ１を形成している。この整流回路Ｃ１において、３つ置きの誘導コイルＩ１、Ｉ５とダイオードＤ１が直列接続され、３つ置きの誘導コイルＩ３、Ｉ７とダイオードＤ２が直列接続され、界磁コイルＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４が直列接続されている。また、誘導コイルＩ１、Ｉ５、ダイオードＤ１からなる直列接続と誘導コイルＩ３、Ｉ７、ダイオードＤ２からなる直列接続は、両端部で並列接続された後、ダイオードＤ１、Ｄ２のカソード側で、界磁コイルＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４からなる直列接続に接続されている。このように、整流回路Ｃ１は、誘導コイルＩ１、Ｉ３、Ｉ５、Ｉ７で発生する交流の誘導電流をダイオードＤ１、Ｄ２でそれぞれ一方向に整流して界磁コイルＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４に直流界磁電流として供給するように結線された回路構成となっている。

また、誘導コイルＩ２、Ｉ４、Ｉ６、Ｉ８と界磁コイルＦ５、Ｆ６、Ｆ７、Ｆ８は、ダイオードＤ３、Ｄ４と共に閉回路である整流回路Ｃ２を形成している。この整流回路Ｃ２において、３つ置きの誘導コイルＩ２、Ｉ６とダイオードＤ３が直列接続され、３つ置きの誘導コイルＩ４、Ｉ８とダイオードＤ４が直列接続され、界磁コイルＦ５、Ｆ６、Ｆ７、Ｆ８が直列接続されている。また、誘導コイルＩ２、Ｉ６、ダイオードＤ３からなる直列接続と誘導コイルＩ４、Ｉ８、ダイオードＤ４からなる直列接続は、両端部で並列接続された後、ダイオードＤ３、Ｄ４のカソード側で界磁コイルＦ５、Ｆ６、Ｆ７、Ｆ８からなる直列接続に接続されている。このように、整流回路Ｃ２は、誘導コイルＩ２、Ｉ４、Ｉ６、Ｉ８で発生する交流の誘導電流をダイオードＤ３、Ｄ４でそれぞれ一方向に整流して界磁コイルＦ５、Ｆ６、Ｆ７、Ｆ８に直流界磁電流として供給するように結線された回路構成となっている。

この回路構成により、誘導コイルＩで発生させた誘導電流を整流し界磁電流として界磁コイルＦを励磁させることができるため、ロータティース３０２を電磁石として機能させることができる。

ここで、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は、誘導コイルＩや界磁コイルＦを多極化させる場合でも、直列接続することにより使用数を抑えており、大量使用を回避するために、一般的なＨブリッジ型の全波整流回路を形成するのではなく、それぞれ１８０度位相差になるように結線して、一方の誘導電流を反転させて半波整流出力する中性点クランプ型の半波整流回路を形成している。

整流回路Ｃ１、Ｃ２の界磁コイルＦは、隣接するロータティース３０２毎の巻付方向を逆向きにされている。このことから、磁気回路の一部を構成するインナロータ３００の一つのロータティース３０２は、アウタロータ２００のポールピース２０１から誘導する方向となるＳ極を対面させる電磁石として機能するように磁化されている。また、隣接するもう一つのロータティース３０２は、磁束をアウタロータ２００側に誘導する方向となるＮ極を対面させる電磁石として機能するように磁化されている。

ここで、図３にインナロータ３００とアウタロータ２００の間のギャップ磁束密度の調波解析結果を示す。ポールコンビネーションは、ステータ１００が４極対、アウタロータ２００が１２極、インナロータ３００が８極対の場合で、インナロータ３００は、ソリッドロータ（磁気抵抗の脈動を持たないロータ）での結果である。

図３に示すように、ステータ１００による４次の磁束が、アウタロータ２００により変調され、低次の項の８次と、高次の項の１６次のギャップ磁束が存在することが分かる。また、アウタロータ２００によるパーミアンス直流重畳項により４次の磁束も存在することが分かる。

この変調されない非同期磁束の空間的な次数はステータの極対数となる。解析例の場合、インナロータ３００に空間４次の磁束が鎖交する（機械角３６０°を１次としたとき）。

ここで、回転電機１のトルクの発生原理を説明する。インナロータ３００は、ステータ１００からアウタロータ２００を介して鎖交する磁束のうち、そのアウタロータ２００の回転によって変調された磁束がインナロータ３００の回転と同期して鎖交する。

また、一方で、回転電機１は、インナロータ３００の誘導コイルＩに鎖交する磁束に、アウタロータ２００により変調されずに（インナロータ３００の回転に同期せずに）変動する成分が含まれており、これにより誘導コイルＩに交流の誘導電流を発生させることができる。そして、その交流の誘導電流をダイオードＤ１、Ｄ２で整流して直流の界磁電流とし、界磁コイルＦに通電することにより、ロータティース３０２を電磁石として機能させて界磁磁束を発生させることができる。このようにして、回転電機１はトルクを発生することができる。

なお、このとき、ステータ１００のステータティース１０２からアウタロータ２００のポールピース２０１を介してインナロータ３００のロータティース３０２に鎖交する磁束は、分布巻きした電機子コイル１０４に交流電源から電力供給して発生させる。

ところで、この電機子コイル１０４は、本実施の形態では分布巻きを採用するが、集中巻きを採用してもよい。集中巻きを採用する場合には、ロータティース３０２に鎖交する磁束に分布巻きのコイルで発生する場合よりも多くの高調波成分を重畳させることができる。この磁束に重畳される高調波成分は、磁束量の変動として作用するため、誘導コイルＩに誘導電流を効果的に発生させることができ、より大きな界磁電流を界磁コイルＦに供給して界磁磁束を発生させることができる。

これらのことから、回転電機１は、永久磁石を設けることなく、インナロータ３００を電磁石トルク（回転力）により相対回転させることができる。このインナロータ３００では、磁化方向（Ｎ極、Ｓ極）が周方向に向かって交互になるように並列されている電磁石としてロータティース３０２を機能させることにより、アウタロータ２００およびステータ１００との間で鎖交させる磁束をスムーズにスロット３０３を迂回させて受け渡すことができる。

この回転電機１は、ステータ１００に対してアウタロータ２００が相対回転し、また、その回転するアウタロータ２００（ポールピース２０１）を経由する磁束が鎖交されるインナロータ３００が電磁石トルクにより相対回転されるので、アウタロータ２００を低速回転させ、インナロータ３００を高速回転させることができる。また、反対に、アウタロータ２００を高速回転させ、インナロータ３００を低速回転させることもできる。

この回転電機１は、ステータ１００、アウタロータ２００およびインナロータ３００の構造に応じて上述の回転駆動に必要なトルクが発生するようになっている。具体的には、ステータ１００の電機子コイル１０４の極対数をＡとし、アウタロータ２００の極数となるポールピース２０１の数をＨとし、インナロータ３００の極対数となるロータティース（電磁石）３０２の極対数をＰとしたときに、次式（１）を成立させる組み合わせとなる。
Ｈ＝｜Ａ±Ｐ｜ ......（１）

この構造では、トルクを効果的に発生させてアウタロータ２００とインナロータ３００とをステータ１００に対して効率よく相対回転させることができる。例えば、本実施の形態の回転電機１では、ステータ１００の電機子コイル１０４の極対数Ａ＝４、アウタロータ２００の極数Ｈ＝１２、および、インナロータ３００のロータティース３０２の極対数Ｐ＝８であり、上記の式（１）を満たしている。

図４に示すように、回転電機１は、ステータ１００内にアウタロータ２００が回転自在に収容されており、さらに、そのアウタロータ２００内にインナロータ３００が回転自在に収容されている。

また、アウタロータ２００の非磁性部材２０２には、アウタ回転軸２１０が一体回転可能に連結されている。インナロータ３００のロータコア３０１には、インナ回転軸３１０が一体回転可能に連結されている。これにより、回転電機１は、磁気変調原理を利用してアウタ回転軸２１０およびインナ回転軸３１０のそれぞれに動力を伝達することのできる磁気変調型二軸モータとして構成される。

したがって、回転電機１は、例えばステータ１００を遊星歯車機構のサンギヤ、アウタロータ２００を遊星歯車機構のキャリヤ、インナロータ３００を遊星歯車機構のリングギヤとして機能させることができ、機械式の遊星歯車機構と同等の機能を備えることができる。なお、本実施の形態に係る回転電機１は、アウタロータ２００がキャリヤとして機能するよう構成される。

この構造により、回転電機１は、例えば、ハイブリッド自動車にエンジン（内燃機関）と共に駆動源として搭載する場合、アウタロータ２００のアウタ回転軸２１０とインナロータ３００のインナ回転軸３１０とをそれぞれ車両の動力伝達経路に直接連結して、ステータ１００の電機子コイル１０４にインバータを介して車両のバッテリを接続することにより駆動源と共に動力伝達機構としても機能させることができる。

（アウタロータ）
図４、図５において、アウタロータ２００は、上述したポールピース２０１および非磁性部材２０２に加えて、鉄材からなるアウタ回転軸２１０と、円環状のフランジ２１５と、円筒状の円筒軸２１４とを備えている。

アウタ回転軸２１０は、円柱状の小径部２１０Ａと、この小径部２１０Ａの他端部に連続するフランジ形状の大径部２１０Ｂとからなる。大径部２１０Ｂは、回転軸１Ｃを中心とした径方向が小径部２１０Ａの径方向よりも大きく形成されており、軸線方向の他端部側でポールピース２０１に対向している。

アウタ回転軸２１０の小径部２１０Ａには、軸線方向の一端部から他端部に向かって、レゾルバリング２２１、レゾルバロータ２２０、リテーナ２１８が設けられている。レゾルバロータ２２０は、レゾルバリング２２１によって小径部２１０Ａに一体回転自在に固定されている。リテーナ２１８は、円環状に形成されており、その内縁部の軸線方向の一端部側の側面で、後述するラジアルボールベアリング２１の外輪を支持している。また、リテーナ２１８にはナット部２１８Ａが設けられており、このナット部２１８Ａには、後述するボルト２６が螺合される。

フランジ２１５は、アウタ回転軸２１０の大径部２１０Ｂとポールピース２０１および非磁性部材２０２との間に設けられている。フランジ２１５は、例えばアルミ材などの非磁性体からなる。これにより、電機子コイル１０４により発生した磁束が鉄材からなるアウタ回転軸２１０に漏れ磁束として流れてしまうことが防止される。

大径部２１０Ｂおよびフランジ２１５には、周方向に並んだ複数の挿通孔２１０Ｂ１、２１５Ａがそれぞれ形成されており、これらの挿通孔２１０Ｂ１、２１５Ａには非磁性体ボルト２１９が挿通されている。非磁性部材２０２の非磁性部２０２Ａには挿通孔２０２ｄが形成されており、この挿通孔２０２ｄには非磁性体ボルト２１９が挿通されている。

非磁性体ボルト２１９は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂等の磁束を通さない非磁性体で構成されている。このため、アウタロータ２００は、ポールピース２０１（図１参照）が磁気的に独立し、非磁性体ボルト２１９を磁性体で構成した場合と比べてポールピース２０１によるパーミアンス変動（突極比）を大きくすることができる。これにより、回転電機１におけるトルク密度が向上する。

また、非磁性体ボルト２１９が非磁性体で構成されるため、ギャップ中に発生する高調波磁束に起因して非磁性体ボルト２１９内で発生する渦電流、および非磁性体ボルト２１９間で発生する渦電流による損失を低減することができる。

円筒軸２１４は、ポールピース２０１および非磁性部材２０２の軸線方向の他端部側（図４中、左端側）に設けられており、この円筒軸２１４には、非磁性体ボルト２１９の軸線方向の他端部が螺合される雌ねじ２１４Ａが形成されている。

円筒軸２１４は、例えば非磁性体のステンレスで構成されている。これにより、電機子コイル１０４により発生した磁束が円筒軸２１４を介して外部に漏れ磁束として流れてしまうことが防止される。

アウタロータ２００において、非磁性体ボルト２１９を軸線方向の他端部側から大径部２１０Ｂの挿通孔２１０Ｂ１、フランジ２１５の挿通孔２１５Ａ、非磁性部材２０２の挿通孔２０２ｄに順次挿通し、円筒軸２１４の雌ねじ２１４Ａに螺合することで、ポールピース２０１および非磁性部材２０２の軸線方向の一端部側（図４中、右端側）にフランジ２１５およびアウタ回転軸２１０が固定されるとともに、ポールピース２０１および非磁性部材２０２の軸線方向の他端部側に円筒軸２１４が固定される。

（インナロータ）
図４、図６において、インナロータ３００は鉄材からなるインナ回転軸３１０を備えている。このインナ回転軸３１０の外周部には、軸線方向の一端部側から他端部側に向かって、バランスプレート３１１、スペーサ３１２、ロータ巻線３３０、スペーサ３１４、ダイオードホルダ３１５、バランスプレート３１６、Ｕナット３１７、リテーナ３１８、レゾルバロータ３１９、レゾルバリング３２０が設けられている。

バランスプレート３１１は、鉄材を円環状に形成したものからなり、内周縁部でインナ回転軸３１０の鍔部によって軸線方向に位置決めされている。バランスプレート３１１は、ロータ巻線３３０の軸線方向の一端部側（図４中、右端側）からスペーサ３１２を介してロータ巻線３３０を支持している。

スペーサ３１２は、ロータ巻線３３０の軸線方向の一端部とバランスプレート３１１との間に介装されている。スペーサ３１２は、回転軸１Ｃを中心とした径方向がロータ巻線３３０の径方向より小さく形成されており、ロータ巻線３３０とバランスプレート３１１との間に空間を形成している。スペーサ３１２は、アルミ材を円環状に形成したものからなる。バランスプレート３１１およびスペーサ３１２は、ロータ巻線３３０と一体回転するようにインナ回転軸３１０に対して回り止めされている。

バランスプレート３１６は、鉄材を円環状に形成したものからなり、内周縁部でＵナット３１７によって軸線方向に位置決めされている。バランスプレート３１６は、ロータ巻線３３０の軸線方向の他端部側（図４中、左端側）からダイオードホルダ３１５およびスペーサ３１４を介してロータ巻線３３０を支持している。

スペーサ３１４は、ロータ巻線３３０の軸線方向の他端部とダイオードホルダ３１５との間に介装されている。スペーサ３１４は、ロータ巻線３３０より回転軸１Ｃを中心とした径方向の寸法が小さく形成されており、ロータ巻線３３０とダイオードホルダ３１５との間に空間を形成している。スペーサ３１４は、アルミ材を円環状に形成したものからなる。

ダイオードホルダ３１５は、円環状に形成された回路基板からなり、前述のダイオードＤ１〜Ｄ４を保持している。バランスプレート３１６、ダイオードホルダ３１５およびスペーサ３１４は、ロータ巻線３３０と一体回転するようにインナ回転軸３１０に対して回り止めされている。

Ｕナット３１７は、内周面に図示しない雌ねじが形成されており、インナ回転軸３１０の外周面に形成された図示しない雄ねじに螺合している。Ｕナット３１７がインナ回転軸３１０に螺合することで、ロータ巻線３３０は、スペーサ３１２、３１４およびダイオードホルダ３１５を介してバランスプレート３１１、３１６により軸線方向の両側から挟まれた状態で、インナ回転軸３１０に対して軸線方向および回転方向に固定される。

リテーナ３１８は、円環状に形成されており、その内縁部の軸線方向の他端部側（図４中、左端側）の側面で、後述するラジアルボールベアリング２３の外輪を支持している。また、リテーナ３１８の外縁部の軸線方向の一端部側（図４中、右端側）には、ナット部３１８Ａが設けられており、このナット部３１８Ａには、後述するボルト２５が螺合される。

（ケースを含めた全体構造）
図４において、回転電機１はケース１０を備えており、このケース１０の内部に前述のステータ１００、アウタロータ２００およびインナロータ３００を収容している。

ケース１０は、軸線方向の一端部側から他端部側に向かって、第１フランジ１１、第１スペーサ１２、第１ケース１３、第２ケース１４、第２スペーサ１５、第２フランジ１６を備えている。

第１ケース１３は、円盤状のプレート部１３Ａと、このプレート部１３Ａの外縁部の他端部側に連続する円筒状の円筒部１３Ｂとからなる。プレート部１３Ａの中心部には貫通孔１３Ｃが形成されており、この貫通孔１３Ｃにはアウタ回転軸２１０の小径部２１０Ａが貫通している。

円筒部１３Ｂの内周面にはステータ１００が固定されている。また、円筒部１３Ｂは、アウタロータ２００のポールピース２０１および非磁性部材２０２と、インナロータ３００のロータコア３０１およびロータ巻線３３０とに径方向で対向している。

このように、円筒部１３Ｂの径方向内方には、回転電機１の主要部であるステータ１００と、アウタロータ２００のポールピース２０１および非磁性部材２０２と、インナロータ３００のロータコア３０１およびロータ巻線３３０とが収容されている。

貫通孔１３Ｃにはラジアルボールベアリング２１が設けられている。ラジアルボールベアリング２１は、第１ケース１３のプレート部１３Ａに軸線方向の一端部からボルト２６を挿通してリテーナ２１８のナット部２１８Ａに螺合することで、軸線方向に位置決めされる。第１ケース１３のプレート部１３Ａは、このラジアルボールベアリング２１を介してアウタ回転軸２１０の小径部２１０Ａを回転自在に支持している。

また、貫通孔１３Ｃにはレゾルバセンサ３１が固定されている。一方、アウタ回転軸２１０の小径部２１０Ａには、レゾルバセンサ３１と径方向で対向するように、円環状のレゾルバロータ２２０が設けられている。レゾルバロータ２２０は、レゾルバリング２２１によってアウタ回転軸２１０の小径部２１０Ａに一体回転自在に固定されている。

レゾルバセンサ３１は、レゾルバロータ２２０の回転角を検出することで、アウタロータ２００の回転角を検出している。

第２ケース１４は、円筒状の外筒部１４Ａと、この外筒部１４Ａの内周側に配置された円筒状の内筒部１４Ｂと、外筒部１４Ａおよび内筒部１４Ｂの軸線方向の他端部側に連続する円盤状のプレート部１４Ｃとを有している。

第１ケース１３と第２ケース１４は、第１ケース１３の円筒部１３Ｂと第２ケース１４の外筒部１４Ａとを軸線方向に付き合わせて図示しないボルトで締結することにより、ステータ１００、アウタロータ２００およびインナロータ３００を収容した状態で連結されている。

外筒部１４Ａは、アウタロータ２００の円筒軸２１４の軸線方向の他端部と径方向に対向しており、ラジアルボールベアリング２２を介して、円筒軸２１４を回転自在に支持している。

ここで、本実施の形態のアウタロータ２００は、ポールピース２０１および非磁性部材２０２が軸線方向の一端部側でアウタ回転軸２１０の大径部２１０Ｂに固定された、カップ型構造となっている。

このようなカップ型構造のアウタロータ２００を、第１ケース１３に対して例えば片持ち支持させると、固有振動が発生した場合や、アウタロータ２００に作用する電磁吸引力とアウタロータ２００の固有振動とが共振して過大な力が作用した場合に、電磁振動が大きくなってしまう。また、アウタロータ２００が偏心駆動した場合には、片持ち支持しているラジアルボールベアリングに過大な負荷がかかり、そのラジアルボールベアリングの耐久性に影響を与えてしまう。

そこで、本実施の形態では、アウタロータ２００の軸線方向の他端部側、すなわち円筒軸２１４を、アウタ回転軸２１０を支持しているラジアルボールベアリング２１よりも回転軸１Ｃを中心とした径方向の寸法が大きいラジアルボールベアリング２２によって第２ケース１４に対して支持する構成とした。

これにより、本実施の形態のアウタロータ２００は、両持ち支持構造をとることができ、上述したような電磁振動の増大や、ラジアルボールベアリング２１に対して偏心駆動による過大な負荷がかかることを防止することができる。

ここで、アウタロータ２００の重心位置は、円筒軸２１４の軸線方向の長さによって決まる。例えば、円筒軸２１４の軸線方向の長さが短ければ、アウタロータ２００の重心位置は軸線方向の一端部側（図４中、右端側）に偏る。これとは反対に、円筒軸２１４の軸線方向の長さが長ければ、アウタロータ２００の重心位置は軸線方向の他端部側（図４中、左端側）に偏る。

こうした重心位置の偏りがあると、ラジアルボールベアリング２１、２２のそれぞれにかかる負荷を均等にすることができない。このため、ラジアルボールベアリング２１、２２のうち、大きな負荷がかかるラジアルボールベアリングについては、過大な負荷に対応できる大きさのものを採用しなければならない。この場合、ラジアルボールベアリングの配置スペースを確保することが難しい。

そこで、本実施の形態では、ラジアルボールベアリング２１、２２のそれぞれにかかる負荷が均等となるような位置にアウタロータ２００の重心位置が位置するよう、円筒軸２１４の軸線方向の長さを設定している。

また、本実施の形態のポールピース２０１および非磁性部材２０２は、軸線方向の両端がそれぞれ円筒軸２１４およびアウタ回転軸２１０の大径部２１０Ｂに連結されている。このため、円筒軸２１４の軸線方向の他端部側の端面、および大径部２１０Ｂの軸線方向の一端部側の端面のそれぞれに、回転のアンバランスを修正するためのバランス修正面を設けることができる。

したがって、アウタロータ２００について、軸線方向の片側のみにバランス修正面を設ける場合と比較して、軸線方向の他端部側および軸線方向の一端部側のそれぞれのバランス修正量を削減できる。このため、軸線方向の両端部側のそれぞれにおいて、重りをつけたり、切削したりする等のバランス修正を行うためのスペースを小さくすることができる。

また、軸線方向の両端部側のそれぞれにおいて、バランス修正を行うことができるため、静的なバランス修正に限らず、動的なバランス修正を行うことができる。これにより、アウタロータ２００を構成する各回転要素の同心度を高精度に維持することができる。

内筒部１４Ｂの内周にはレゾルバセンサ３２が固定されている。一方、インナ回転軸３１０には、レゾルバセンサ３２と径方向で対向するように、円環状のレゾルバロータ３１９が設けられている。レゾルバロータ３１９は、レゾルバリング３２０によってインナ回転軸３１０に一体回転自在に固定されている。

レゾルバセンサ３２は、レゾルバロータ３１９の回転角を検出することで、インナロータ３００の回転角を検出している。

内筒部１４Ｂの軸線方向の一端部の内周にはラジアルボールベアリング２３が設けられている。ラジアルボールベアリング２３は、内筒部１４Ｂに軸線方向の他端部からボルト２５を挿通してリテーナ３１８のナット部３１８Ａに螺合することで、軸線方向に位置決めされる。第２ケース１４の内筒部１４Ｂは、ラジアルボールベアリング２３を介してインナ回転軸３１０を回転自在に支持している。

アウタ回転軸２１０の大径部２１０Ｂの内周にはラジアルボールベアリング２４が設けられている。大径部２１０Ｂは、ラジアルボールベアリング２４を介してインナ回転軸３１０の一端部を回転自在に支持している。

第１スペーサ１２には貫通孔１２Ａが形成されており、この貫通孔１２Ａは、レゾルバセンサ３１から延びる配線３１Ａが貫通している。また、第１スペーサ１２は、第１ケース１３と第１フランジ１１との間に介装されることで、配線３１Ａが通過する空間を第１ケース１３と第１フランジ１１との間に確保している。

第２スペーサ１５には貫通孔１５Ａが形成されており、この貫通孔１５Ａは、レゾルバセンサ３２から延びる配線３２Ａが貫通している。また、第２スペーサ１５は、第２ケース１４と第２フランジ１６との間に介装されることで、配線３２Ａが通過する空間を第２ケース１４と第２フランジ１６との間に確保している。

第１ケース１３の軸線方向の一端部側には、円筒状の第１スペーサ１２を介して、図示しないボルトにより第１フランジ１１が固定されている。第１フランジ１１は、第１ケース１３より回転軸１Ｃを中心とした径方向の寸法が大きいフランジ形状に形成されており、図示しないボルトにより車両の車体に固定される。

第１フランジ１１の内周側において、アウタ回転軸２１０の小径部２１０Ａの軸線方向の一端部にはカップリング３３が設けられている。アウタ回転軸２１０の小径部２１０Ａには、カップリング３３を介して、例えば図示しない車両の駆動軸が連結される。アウタ回転軸２１０の回転は、このカップリング３３を介して車両の駆動軸に伝達される。

第２ケース１４の軸線方向の他端部側には、円筒状の第２スペーサ１５を介して、図示しないボルトにより第２フランジ１６が固定されている。第２フランジ１６は、第２ケース１４より回転軸１Ｃを中心とした径方向の寸法が大きいフランジ形状に形成されており、図示しないボルトにより車両の車体に固定される。

第２フランジ１６の内周側において、インナロータ３００のインナ回転軸３１０の軸線方向の他端部にはカップリング３４が設けられおり、このカップリング３４の他端部には、例えば、車両の図示しないエンジンの出力軸が連結される。インナ回転軸３１０には、このカップリング３４を介してエンジンの回転が伝達される。
なお、本実施の形態の回転電機１では、アウタ回転軸２１０に車両の駆動軸が連結され、インナ回転軸３１０にエンジンの出力軸が連結されるが、他の実施の形態の回転電機として、アウタ回転軸２１０にエンジンの出力軸が連結され、インナ回転軸３１０に車両の駆動軸が連結されてもよい。

（ポールピースおよび非磁性部材）
次に、図７から図９を参照して、ポールピース２０１および非磁性部材２０２の詳細な構成について説明する。

図７に示すように、複数のポールピース２０１は、それぞれ図示しない圧入治具を用いて非磁性部２０２Ａおよびブリッジ部２０２Ｂで囲まれる空間である嵌合孔２０２Ｃに軸線方向から圧入されるようになっている。

これにより、図８に示すように、ポールピース２０１と非磁性部２０２Ａとが周方向に交互に配置された状態で、ポールピース２０１と非磁性部材２０２とが一体化される。一体化されたポールピース２０１と非磁性部材２０２とは、フランジ２１５を介してアウタ回転軸２１０に取り付けられる（図５参照）。

図９に示すように、非磁性部材２０２のブリッジ部２０２Ｂは、周方向に隣り合う非磁性部２０２Ａを接続するように、嵌合孔２０２Ｃの径方向内側および径方向外側に形成されている。

ポールピース２０１は、ステータ１００側およびインナロータ３００側において嵌合孔２０２Ｃに対してすきまばめで保持されるようになっている。

すなわち、ポールピース２０１は、嵌合孔２０２Ｃの径方向内側および径方向外側に形成された各ブリッジ部２０２Ｂに対してすきまばめで保持されている。したがって、ポールピース２０１は、各ブリッジ部２０２Ｂとの間に所定の隙間を確保した状態で各ブリッジ部２０２Ｂに対して保持されている。これにより、ポールピース２０１を嵌合孔２０２Ｃに圧入する際に、ブリッジ部２０２Ｂに過度な荷重がかかってしまうことが防止される。

ポールピース２０１は、周方向において嵌合孔２０２Ｃに対してしまりばめで保持されるようになっている。

すなわち、ポールピース２０１は、周方向に隣接する非磁性部２０２Ａに対してしまりばめで保持されている。したがって、ポールピース２０１は、周方向に隣接する非磁性部２０２Ａに対して軸線方向に亘って面接触した状態で保持されている。

これにより、アウタロータ２００が周方向に回転した際にポールピース２０１に作用するトルクをしまりばめ部分で受けることができる。また、しまりばめ部分においては非磁性部２０２Ａがポールピース２０１に対して軸線方向に亘って面接触しているので、ポールピース２０１にトルクが作用した際に非磁性部２０２Ａからポールピース２０１に対して反作用が働く。これにより、ポールピース２０１が軸心に対して捩れることを防止することができる。したがって、アウタロータ２００は、ポールピース２０１の捩れを発生させることなく、トルクをポールピース２０１および非磁性部材２０２からアウタ回転軸２１０に伝達することができる。

なお、ポールピース２０１は、生産性を考慮して各ブリッジ部２０２Ｂおよび各非磁性部２０２Ａに対してすきまばめで保持される構成としてもよい。この場合、ポールピース２０１の外周面または嵌合孔２０２Ｃの内周面に接着剤を塗布した状態で、ポールピース２０１を嵌合孔２０２Ｃに挿入することにより、ポールピース２０１を嵌合孔２０２Ｃに強固に固定することができる。

また、ポールピース２０１は、各ブリッジ部２０２Ｂおよび各非磁性部２０２Ａに対してしまりばめで保持される構成としてもよい。この場合、接着剤は不要となる。

（結合構造）
次に、図１０から図１４を参照して、非磁性部材２０２と円筒軸２１４との結合構造、非磁性部材２０２とフランジ２１５との結合構造、およびフランジ２１５とアウタ回転軸２１０との結合構造について説明する。

本実施の形態では、非磁性部材２０２、アウタ回転軸２１０、円筒軸２１４およびフランジ２１５の同心度を確保するため、図１０中、一点鎖線Ａで囲まれた結合部分において非磁性部材２０２と円筒軸２１４とがインロー結合され、かつ図１０中、一点鎖線Ｂで囲まれた結合部分において非磁性部材２０２とフランジ２１５とがインロー結合され、フランジ２１５とアウタ回転軸２１０とがインロー結合される。

具体的には、図１１に示すように、円筒軸２１４の軸線方向の一端部側（アウタロータ２００と軸線方向に対向する端部側）の内縁部には、円筒軸２１４の外径より回転軸１Ｃ（図４参照）を中心とした径方向の寸法が小さい小径部２１４ａが周方向全域に亘って形成されている。

一方、非磁性部材２０２の軸線方向の他端部側（円筒軸２１４と軸線方向に対向する端部側）の内縁部には、円筒軸２１４の小径部２１４ａに嵌合する切欠き部２００ａが周方向の全域に亘って形成されている。切欠き部２００ａは、非磁性部材２０２の軸線方向の一端部側（フランジ２１５と軸線方向に対向する端部側）の内縁部にも形成されている。

図１３は、非磁性部材２０２の軸線方向の他端部側に形成された切欠き部２００ａを示す斜視図である。図１３に示すように、非磁性部材２０２の軸線方向の他端部側に形成された切欠き部２００ａは、各ポールピース２０１の軸線方向の他端部の内縁部に形成された切欠き２０１Ｂと、非磁性部材２０２の軸線方向の他端部の内縁部に形成された切欠き２０２Ｄとによって構成されている。

また、非磁性部材２０２の軸線方向の一端部側に形成された切欠き部２００ａについても、各ポールピース２０１の軸線方向の一端部の内縁部に形成された切欠き２０１Ｂと、非磁性部材２０２の軸線方向の一端部の内縁部に形成された切欠き２０２Ｄとによって構成されている。

非磁性部材２０２と円筒軸２１４とは、非磁性部材２０２の軸線方向の他端部側に形成された切欠き部２００ａと小径部２１４ａとが嵌め合わされることによってインロー結合される。なお、非磁性部材２０２に小径部、円筒軸２１４に切欠き部を形成し、これらをインロー結合する構成であってもよい。

また、図１２に示すように、フランジ２１５の軸線方向の他端部側（非磁性部材２０２と軸線方向に対向する端部側）の内縁部には、フランジ２１５の外径より回転軸１Ｃ（図４参照）を中心とした径方向の寸法が小さい小径部２１５Ｂが周方向全域に亘って形成されている。フランジ２１５の小径部２１５Ｂは、非磁性部材２０２の軸線方向の一端部側の内縁部に形成された切欠き部２００ａに嵌合するようになっている。

非磁性部材２０２とフランジ２１５とは、非磁性部材２０２の軸線方向の一端部側に形成された切欠き部２００ａと小径部２１５Ｂとが嵌め合わされることによってインロー結合される。なお、非磁性部材２０２に小径部、フランジ２１５に切欠き部を形成し、これらをインロー結合する構成であってもよい。

さらに、フランジ２１５の軸線方向の一端部側（アウタ回転軸２１０の大径部２１０Ｂと軸線方向に対向する端部側）の内縁部には、フランジ２１５の外径より回転軸１Ｃ（図４参照）を中心とした径方向の寸法が小さい小径部２１５Ｃが周方向全域に亘って形成されている。

一方、アウタ回転軸２１０の大径部２１０Ｂの軸線方向の他端部側（フランジ２１５と軸線方向に対向する端部側）の内縁部には、フランジ２１５の小径部２１５Ｃに嵌合する切欠き部２１０Ｃが周方向の全域に亘って形成されている。

フランジ２１５とアウタ回転軸２１０とは、上述の小径部２１５Ｃと切欠き部２１０Ｃとが嵌め合わされることによってインロー結合される。なお、アウタ回転軸２１０に小径部、フランジ２１５に切欠き部を形成し、これらをインロー結合する構成であってもよい。

このように、非磁性部材２０２、アウタ回転軸２１０、円筒軸２１４およびフランジ２１５の各結合部分においてインロー結合されるため、非磁性部材２０２、アウタ回転軸２１０、円筒軸２１４およびフランジ２１５を互いに結合する際に容易に同心度を確保することができる。これにより、アウタロータ２００の偏心駆動が防止される。

また、非磁性部材２０２、アウタ回転軸２１０、円筒軸２１４およびフランジ２１５は、同心度が確保されるため、回転振動を低減することができる。これにより、回転時の騒音を低減でき、またこれら回転要素を支持するラジアルボールベアリングの寿命を長くすることができる。

また、非磁性部材２０２、アウタ回転軸２１０、円筒軸２１４およびフランジ２１５を互いに結合する際は、インロー結合を用いて容易に同心度を確保することができるため、非磁性体ボルト２１９（図５参照）による締結作業が容易となり、組立性が向上する。

また、図１４に示すように、上述のようにインロー結合された非磁性部材２０２、アウタ回転軸２１０、円筒軸２１４およびフランジ２１５は、同軸治具５００を用いて同軸度が確保された状態で、非磁性体ボルト２１９によって互いに締結される。

同軸治具５００には、ラジアルボールベアリング２２で支持される円筒軸２１４の軸線方向の他端部（図１４中、下端側）が嵌る溝５００ａが形成されている。溝５００ａは、円筒軸２１４との間に適正なはめあい公差を有するよう形成されている。

また、同軸治具５００には、ラジアルボールベアリング２４で支持されるアウタ回転軸２１０の大径部２１０Ｂに嵌合する凸部５００ｂが形成されている。凸部５００ｂは、大径部２１０Ｂの内周面との間に適正なはめあい公差を有するよう形成されている。

（ポールピースの周方向の幅）
次に、図１５および図１６を参照して、アウタロータ２００のポールピース２０１の周方向の幅について説明する。

図１５に示すように、ポールピース２０１の周方向の幅は、角度θ１で示すことができ、非磁性部２０２Ａの周方向の幅は、角度θ２で示すことができる。以下においては、それぞれの周方向の幅を角度θ１、θ２として説明を行う。

本実施の形態の回転電機１は、上述したようにアウタロータ２００の極数となるポールピース２０１の数が「１２」である。このため、アウタロータ２００の機械角３６０度のうち、１つのポールピース２０１と、そのポールピース２０１の周方向のいずれか一方向に隣り合う１つの非磁性部２０２Ａとが占める角度は、３０［ｄｅｇ］である。したがって、図１５において、角度θ１+角度θ２＝３０［ｄｅｇ］である。

本実施の形態の回転電機１においては、ポールピース２０１の角度θ１と非磁性部２０２Ａの角度θ２との関係をどのように定めるかによって、アウタロータ２００とインナロータ３００との間のエアギャップＧ２およびブリッジ部２０２Ｂにおける変調磁束（８次のギャップ磁束）の大きさが異なる。

図１６は、ポールピース２０１の角度θ１とギャップ磁束密度との関係を示したグラフである。例えば角度θ１が１０［ｄｅｇ］の場合、前述の「角度θ１+角度θ２＝３０［ｄｅｇ］」の関係から角度θ２は２０［ｄｅｇ］となる。この場合、角度θ１が角度θ２より小さいため、ポールピース２０１の周方向の幅が非磁性部２０２Ａの周方向の幅より小さくなる。

このように、ポールピース２０１の周方向の幅が非磁性部２０２Ａの周方向の幅より小さい場合には突極比が小さくなるため、図１６に示すように８次のギャップ磁束は小さくなる。また、この場合、非磁性部２０２Ａの周方向の幅がポールピース２０１の周方向の幅よりも大きくなるため、磁気抵抗が大きくなり、その結果、図１６に示すように非同期磁束である４次のギャップ磁束も小さくなる。

一方、角度θ１が２５［ｄｅｇ］の場合、前述の「角度θ１+角度θ２＝３０［ｄｅｇ］」の関係から角度θ２は５［ｄｅｇ］となる。この場合、角度θ１が角度θ２より大きいため、ポールピース２０１の周方向の幅が非磁性部２０２Ａの周方向の幅より大きくなる。

このように、ポールピース２０１の周方向の幅が非磁性部２０２Ａの周方向の幅より大きい場合にはステータ１００とアウタロータ２００との間の短絡磁束が多くなるため、図１６に示すように８次のギャップ磁束および４次のギャップ磁束は小さくなる。

これらに対して、角度θ１が１５［ｄｅｇ］の場合、前述の「角度θ１+角度θ２＝３０［ｄｅｇ］」の関係から角度θ２は１５［ｄｅｇ］となる。この場合、角度θ１と角度θ２とが均等となるため、ポールピース２０１の周方向の幅と非磁性部２０２Ａの周方向の幅とが均等となる。

このように、ポールピース２０１の周方向の幅と非磁性部２０２Ａの周方向の幅とが均等である場合には、図１６に示すように８次のギャップ磁束および４次のギャップ磁束が最大となる。

この場合、４次のギャップ磁束が大きくなることにより、誘導コイルＩにおいて効率よく誘導電流を発生させることができる。また、８次のギャップ磁束が大きくなることにより、トルク密度を大きくすることができる。

なお、図１６に示すように、８次のギャップ磁束および４次のギャップ磁束は、角度θ１が２０［ｄｅｇ］の場合も、角度θ１が１５［ｄｅｇ］の場合と同程度となる。したがって、本実施の形態の回転電機１においては、ポールピース２０１の角度θ１を１５［ｄｅｇ］ないし２０［ｄｅｇ］の範囲に設定することが好ましい。より好ましくは、ポールピース２０１の角度θ１を１５［ｄｅｇ］に設定する。

そこで、本実施の形態では、ポールピース２０１の周方向の幅と非磁性部２０２Ａの周方向の幅とが均等となるよう、ポールピース２０１と非磁性部２０２Ａとが周方向に交互に配置されるようにした。これにより、誘導コイルＩにおいて効率よく誘導電流を発生させることができ、かつトルク密度を大きくすることができる。

以上のように、本実施の形態に係る回転電機１において、アウタロータ２００は、円筒形状の非磁性部材２０２の嵌合孔２０２Ｃにポールピース２０１が嵌め込まれた構成を有する。

このため、本実施の形態に係る回転電機１は、アウタロータ２００のポールピース２０１が円筒形状の非磁性部材２０２に保持されることとなる。したがって、アウタロータ２００の機械的な強度を向上させることができる。また、周方向に隣り合うポールピース２０１の間を非磁性部２０２Ａで構成することができるため、各ポールピース２０１を磁気的に独立させることができる。この結果、アウタロータ２００は、本実施の形態のような構成としても突極比の低下を招くことがない。

また、アウタロータ２００のポールピース２０１は、ステータ１００側およびインナロータ３００側において嵌合孔２０２Ｃに対してすきまばめで保持され、周方向において嵌合孔２０２Ｃに対してしまりばめで保持されている。

このため、本実施の形態に係る回転電機１は、アウタロータ２００が回転した際にポールピース２０１に作用するトルクをしまりばめ部分で受けることができる。また、しまりばめ部分においては非磁性部２０２Ａがポールピース２０１に対して軸線方向に亘って面接触しているので、ポールピース２０１にトルクが作用した際に非磁性部２０２Ａからポールピース２０１に対して反作用が働く。これにより、ポールピース２０１が軸心に対して捩れることを防止することができる。したがって、アウタロータ２００は、ポールピース２０１の捩れを発生させることなく、トルクをポールピース２０１および非磁性部材２０２からアウタ回転軸２１０に伝達することができる。

また、本実施の形態に係る回転電機１において、アウタロータ２００は、ポールピース２０１の周方向の幅と非磁性部２０２Ａの周方向の幅とが均等となるよう、ポールピース２０１と非磁性部２０２Ａとが周方向に交互に配置されているため、誘導コイルＩにおいて効率よく誘導電流を発生させることができ、かつトルク密度を大きくすることができる。

本発明の実施の形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

本実施の形態の回転電機１は、ラジアルギャップ構造のインナーロータタイプであるが、アキシャルギャップ構造またはアウタロータ構造であってもよい。また、アウタロータ２００の極数は、本実施の形態の極数に限らない。また、各コイルには、銅線、アルミ導体、リッツ線を用いることができる。また、ポールピース２０１やロータコア３０１には、積層電磁鋼板に代えて、軟磁性複合材料であるＳＭＣ（Soft Magnetic Composite）コアを用いることができる。また、回転電機１は、ハイブリッド車両のみでなく、風力発電機、工作機械等の他の産業分野にも適用することができる。

また、その他の実施の形態としては、インナロータ３００のロータティース３０２内に永久磁石を埋設してもよい。この永久磁石は、回転電機１のダイオードＤ１、Ｄ２またはダイオードＤ３、Ｄ４により整流してロータティース３０２を電磁石として機能させるときの磁化方向に、磁極（Ｎ極、Ｓ極）が一致するように配置される。この場合には、ロータティース３０２の電磁石の磁力に、永久磁石の磁力を加えて機能させることができ、より大きな磁力を作用させてインナロータ３００を大きなトルクで回転駆動させることができる。なお、この永久磁石は、誘導コイルＩにより機能させる電磁力を補助するだけの磁力で十分であることから、例えば、ネオジウム磁石のような希少で高価な永久磁石である必要はなく、安定供給可能で安価な種類のものを採用すればよい。一方で、ネオジウム磁石のような希少で高価な永久磁石を採用してもよく、この場合、安定して大きなトルクを得ることができる。

また、本実施の形態の回転電機１のステータ１００において、電機子コイル１０４が集中巻きによりステータティース１０２に巻き回された構成であってもよい。この場合、ポールピース２０１が複数の電磁鋼板を周方向に積層したものからなるため、複数の電磁鋼板を軸線方向に積層したものと比べて、ステータ１００とアウタロータ２００との間を短絡する磁束を低減することができる。これにより、トルク密度を向上させることができる。

すなわち、電機子コイル１０４が集中巻きにした場合においてポールピース２０１が複数の電磁鋼板を軸線方向に積層したものである場合には、図１７に示すように、ステータ１００とアウタロータ２００との間で短絡する磁束が発生する。磁気変調型二軸モータは、ステータ１００からアウタロータ２００を介してインナロータ３００に磁束が流れることで閉磁路を形成しトルクを発生させる。このため、図１７に示すような短絡磁束は、トルクを大幅に低下させる要因となる。

これに対して、上述した例では、ポールピース２０１が複数の電磁鋼板を周方向に積層したものからなる。このため、各電磁鋼板の積層面が絶縁されていることから周方向に流れる短絡磁束を妨げることができ、かつステータ１００からインナロータ３００に磁束を向かわせることができる。これにより、上述した例では、図１７に示すような短絡磁束を低減することができる。また、ステータ１００からアウタロータ２００を介してインナロータ３００に磁束が流れる閉磁路を形成しやすくすることができる。この結果、上述した例では、トルク密度を向上させることができる。

１ 回転電機
１００ ステータ
１０４ 電機子コイル
２００ アウタロータ（第２のロータ）
２０１ ポールピース（軟磁性体）
２０２ 非磁性部材（非磁性体）
２０２Ａ 非磁性部
２０２Ｂ ブリッジ部
２０２Ｃ 嵌合孔
３００ インナロータ（第１のロータ）

Claims (4)

1. 通電により磁束を発生させる電機子コイルを有するステータと、
   前記磁束の通過により回転する第１のロータと、
   前記第１のロータを通過する前記磁束の磁路の途中に配置されて回転する第２のロータとを備える回転電機であって、
   前記第２のロータは、
   軸線方向の一方の端面から他方の端面に向けて形成された嵌合孔が周方向に所定の間隔ごとに配置された円筒形状の非磁性体と、
   前記嵌合孔に嵌め込まれた棒状の軟磁性体と、
   前記非磁性体及び前記軟磁性体の軸線方向の一端部側に配置される第１の非磁性部材と、
   前記非磁性体及び前記軟磁性体の軸線方向の他端部側に配置される第２の非磁性部材と、を有し、
   前記非磁性体及び前記軟磁性体は、
   前記軸線方向の一端部側の内縁に設けられる第１の切欠き部と、
   前記軸線方向の他端部側の内縁に設けられる第２の切欠き部と、を有し、
   前記第１の非磁性部材は、前記軸線方向の他端部側の内縁に、前記第１の切欠き部と嵌合するよう、前記第１の非磁性部材の外径よりも径が小さく形成された第１の小径部を有し、
   前記第２の非磁性部材は、前記軸線方向の一端部側の内縁に、前記第２の切欠き部と嵌合するよう、前記第１の非磁性部材の外径よりも径が小さく形成された第２の小径部を有することを特徴とする回転電機。
2. 通電により磁束を発生させる電機子コイルを有するステータと、
   前記磁束の通過により回転する第１のロータと、
   前記第１のロータを通過する前記磁束の磁路の途中に配置されて回転する第２のロータとを備える回転電機であって、
   前記第２のロータは、
   軸線方向の一方の端面から他方の端面に向けて形成された嵌合孔が周方向に所定の間隔ごとに配置された円筒形状の非磁性体と、
   前記嵌合孔に嵌め込まれた棒状の軟磁性体と、
   前記非磁性体及び前記軟磁性体の軸線方向の一端部側に配置される第１の非磁性部材と、
   前記非磁性体及び前記軟磁性体の軸線方向の他端部側に配置される第２の非磁性部材と、を有し、
   前記非磁性体は、
   前記軸線方向の一端部側の内縁に設けられ、前記非磁性体の外径より径が小さい第１の小径部と、
   前記軸線方向の他端部側の内縁に設けられ、前記非磁性体の外径より径が小さい第２の小径部と、を有し、
   前記第１の非磁性部材は、前記軸線方向の一端部側の内縁に、前記第１の小径部と嵌合する第１の切欠き部を有し、
   前記第２の非磁性部材は、前記軸線方向の他端部側の内縁に、前記第２の小径部と嵌合する第２の切欠き部を有することを特徴とする回転電機。
3. 前記第２のロータは、
   前記第２のロータのシャフトに接続され、前記第１の非磁性部材の軸線方向の一端部側に設けられて、前記第１の小径部よりも径が大きい大径部を有し、
   前記第１の非磁性部材の前記軸線方向の一端部側の内縁又は前記大径部の前記軸線方向の他端部側の内縁のいずれか一方に、第３の小径部が形成され、
   前記第１の非磁性部材の前記軸線方向の一端部側の内縁又は前記大径部の前記軸線方向の他端部側の内縁のいずれか他方に、前記第３の小径部に嵌合する第３の切欠き部が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転電機。
4. 前記非磁性体、前記第１の非磁性部材、前記第２の非磁性部材及び前記大径部は、それぞれ複数の貫通穴が周方向に並んで設けられ、
   前記非磁性体、前記第１の非磁性部材、前記第２の非磁性部材及び前記大径部は、前記複数の貫通穴のそれぞれに非磁性体ボルトが挿通されることにより互いに締結されていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。