JP7095731B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に関するものである。

従来、回転電機として、回転機と共にインバータ装置を好適に内蔵することができるものが提案されている（例えば、特許文献１）。この特許文献１では、回転機のステータとロータは円環状をなし、その内側に形成された空間部に、インバータ装置を内蔵している。

特開２００４－２１３６２２号公報

ところで、上記特許文献１に開示された回転電機は、車両のシャフトに対して、一対の軸受を介して回転可能に固定されている。詳しく説明すると、シャフトには、軸方向に互いに離間して一対のホイールディスクが取り付けられている。ホイールディスクの中心部に設けられた軸受により、シャフトに対して回転可能となっている。そして、インバータ装置は、軸方向において、対となるホイールディスクの間に収容されている。

したがって、特許文献１に記載の回転電機において、コンデンサなどの発熱部品等を有するインバータ装置は、回転と共に発熱する一対の軸受に挟まれた空間に収容されていることとなり、熱が逃げにくい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、好適な放熱性能を有する回転電機を提供することにある。

第１の手段は、中空部を有する筒状の回転子本体、及びその回転子本体に設けられた磁石部を有し、回転自在に支持された回転子と、複数の相巻線からなる固定子巻線を有し、前記回転子に対して同軸で対向配置された固定子と、前記固定子を固定するハウジングと、前記ハウジングに設けられ、前記回転子の回転軸を回転可能に支持する軸受と、を備えた回転電機であって、前記回転軸は、前記回転軸の軸方向において位置が異なる複数の前記軸受により、回転可能に支持され、複数の前記軸受は、前記軸方向における前記回転子の中央よりも前記軸方向のいずれか一方側に配置されており、前記回転子本体は、筒状であり、且つ前記回転軸が挿通される固定部を有し、前記固定部は、前記回転軸と一体回転するように前記回転軸が固定された状態で、前記軸受を介して前記ハウジングに対して回転可能に固定されており、前記固定部の径方向外側に前記軸受が配置されている。

上述したように、複数の軸受を、軸方向のいずれか一方側に配置した片持ち構造においては、軸受による発熱が、軸方向のいずれか一方側に集中することとなる。このため、回転子本体の中空部に、例えばコンデンサ等の発熱体を収容しても、反軸受側から、効率的に熱を逃がすことができる。

第２の手段は、複数の前記軸受は、ラジアル玉軸受であり、それぞれ外輪と、内輪と、それら外輪及び内輪の間に配置された複数の玉とを有しており、複数の前記軸受のうち一部は、外輪及び内輪と玉との間の隙間寸法を、他の前記軸受に対して異ならせている。

これにより、回転子の中心寄りの側において、回転子の振れや、部品公差に起因するインバランスによる振動が軸受に作用しても、その振れや振動の影響が良好に吸収することができる。

第３の手段は、前記回転子は、前記回転子本体に磁石部としての永久磁石が固定される表面磁石型の回転子である。

片持ち構造を採用する場合、回転子において反軸受側の重さが重くなり、イナーシャが大きくなると、回転子の振れや振動が大きくなり得る。そこで、表面磁石型の回転子を採用することにより、鉄などの金属磁性体の使用量を最小限に抑え、イナーシャを最小限とすることが可能となる。これにより、片持ち構造を採用しても、回転子の振れや振動を抑制できる。

第４の手段は、前記永久磁石は、磁化方向を前記回転軸の径方向とする第１磁石と、磁化方向を前記回転軸の周方向とする第２磁石とを有しており、前記周方向に所定間隔で前記第１磁石が配置されるとともに、前記周方向において隣り合う前記第１磁石の間に第２磁石が配置されている磁石配列を用いて構成されている。

上記磁石配列を用いることにより、永久磁石だけでも磁束漏れを抑制し、回転子の磁気回路を構成することが可能となる。つまり、永久磁石だけでも回転子の磁気回路的役割を完結することが可能となる。この構成とすることにより、イナーシャとなる永久磁石を保持する回転子本体は、例えば金属磁性体ではなく、ＣＦＲＰのような合成樹脂であることが可能となる。回転子本体を金属磁性体ではなく、合成樹脂などにすることにより、イナーシャを最小限とすることが可能となり、その結果、片持ち構造を採用しても、イナーシャを最小限とし、回転子の振れや振動を抑制できる。

第５の手段は、前記永久磁石は、極異方性の磁石である。

ハルバッハ配列と称される磁石配列を用いる場合と比較して、減磁の影響を抑制することができる。

第６の手段は、前記回転子は、前記固定子よりも径方向外側に配置されるアウタロータ構造である。

これにより、回転子本体の径方向内側に磁石部が固定されることとなる。このため、インナロータ構造と異なり、回転子が回転する場合に磁石部に遠心力が働いても、回転子本体によって磁石部を径方向内側に好適に保持することができる。すなわち、インナロータ構造と比較して、磁石を回転子本体に固定する構造を最低限にすることができる。その結果、片持ち構造を採用しても、イナーシャを最小限とし、回転子の振れや振動を抑制できる。

第７の手段は、前記回転子本体は、前記磁石部が固定される筒状の磁石保持部と、前記磁石保持部よりも小径の筒状であり、且つ前記回転軸が挿通される固定部と、前記磁石保持部及び前記固定部を繋ぐ中間部と、を有し、前記固定部は、前記回転軸と一体回転するように前記回転軸が固定された状態で、前記軸受を介して前記ハウジングに対して回転可能に固定されており、前記中間部は、前記回転子の径方向の内側と外側との間で前記軸方向の段差を有し、前記軸方向において前記磁石保持部と前記固定部とが一部重複している。

これにより、回転電機の軸方向の長さを短くするとともに、軸方向における磁石保持部及び固定部の長さを確保することができる。固定部の長さを確保することにより、軸受の間隔を確保可能となり、より安定させることができる。また、回転子の重心に、軸受の少なくとも一部をより近づけることが可能となり、より安定させることができる。

第８の手段は、前記回転子は空冷フィンを備えている。

空冷フィンにより、熱を効果的に逃がすことができる。

第９の手段は、前記回転子本体は、前記軸方向において、前記軸受が配置される側とは反対側において、開口している。

このため、回転子の内部に発熱体を収容しても、開口側により、熱を効率的に逃すことが可能となる。また、この場合、開口側には、回転に伴う発熱が生じる軸受が配置されていないため、開口側へ風の流れができ、熱を効率的に逃すことが可能となる。

回転電機の縦断面斜視図。 回転電機の縦断面図。 図２のIII－III線断面図。 図３の一部を拡大して示す断面図。 回転電機の分解図。 インバータユニットの分解図。 固定子巻線のアンペアターンとトルク密度との関係を示すトルク線図。 回転子及び固定子の横断面図。 図８の一部を拡大して示す図。 固定子の横断面図。 固定子の縦断面図。 固定子巻線の斜視図。 導線の構成を示す斜視図。 素線の構成を示す模式図。 ｎ層目における各導線の形態を示す図。 ｎ層目とｎ＋１層目の各導線を示す側面図。 実施形態の磁石について電気角と磁束密度との関係を示す図。 比較例の磁石について電気角と磁束密度との関係を示す図。 回転電機の制御システムの電気回路図。 制御装置による電流フィードバック制御処理を示す機能ブロック図。 制御装置によるトルクフィードバック制御処理を示す機能ブロック図。 第２実施形態における回転子及び固定子の横断面図。 図２２の一部を拡大して示す図。 磁石部における磁束の流れを具体的に示す図。 別例における固定子の断面図。 別例における固定子の断面図。 別例における固定子の断面図。 別例における固定子の断面図。 別例における回転電機の縦断面図。 別例における回転電機の縦断面図。 別例における回転電機の縦断面図。 別例における軸受部の縦断面図。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態における回転電機は、例えば車両動力源として用いられるものとなっている。ただし、回転電機は、産業用、車両用、家電用、ＯＡ機器用、遊技機用などとして広く用いられることが可能となっている。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一又は均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

（第１実施形態）
本実施形態に係る回転電機１０は、同期式多相交流モータであり、アウタロータ構造（外転構造）のものとなっている。回転電機１０の概要を図１乃至図５に示す。図１は、回転電機１０の縦断面斜視図であり、図２は、回転電機１０の回転軸１１に沿う方向での縦断面図であり、図３は、回転軸１１に直交する方向での回転電機１０の横断面図（図２のIII－III線断面図）であり、図４は、図３の一部を拡大して示す断面図であり、図５は、回転電機１０の分解図である。なお、図３では、図示の都合上、回転軸１１を除き、切断面を示すハッチングを省略している。以下の記載では、回転軸１１が延びる方向を軸方向とし、回転軸１１の中心から放射状に延びる方向を径方向とし、回転軸１１を中心として円周状に延びる方向を周方向としている。

回転電機１０は、大別して、軸受部２０と、ハウジング３０と、回転子４０と、固定子５０と、インバータユニット６０とを備えている。これら各部材は、いずれも回転軸１１と共に同軸上に配置され、所定順序で軸方向に組み付けられることで回転電機１０が構成されている。

軸受部２０は、軸方向に互いに離間して配置される２つの軸受２１，２２と、その軸受２１，２２を保持する保持部材２３とを有している。軸受２１，２２は、例えばラジアル玉軸受であり、それぞれ外輪２５と、内輪２６と、それら外輪２５及び内輪２６の間に配置された複数の玉２７とを有している。保持部材２３は円筒状をなしており、その径方向内側に軸受２１，２２が組み付けられている。そして、軸受２１，２２の径方向内側に、回転軸１１及び回転子４０が回転自在に支持されている。

ハウジング３０は、円筒状をなす周壁部３１と、その周壁部３１の軸方向両端部のうち一方の端部に設けられた端面部３２とを有している。周壁部３１の軸方向両端部のうち端面部３２の反対側は開口部３３となっており、ハウジング３０は、端面部３２の反対側が開口部３３により全面的に開放された構成となっている。端面部３２には、その中央に円形の孔３４が形成されており、その孔３４に挿通させた状態で、ネジやリベット等の固定具により軸受部２０が固定されている。また、ハウジング３０内、すなわち周壁部３１及び端面部３２により区画された内部スペースには、回転子４０と固定子５０とが収容されている。本実施形態では回転電機１０がアウタロータ式であり、ハウジング３０内には、筒状をなす回転子４０の径方向内側に固定子５０が配置されている。回転子４０は、軸方向において端面部３２の側で回転軸１１に片持ち支持されている。

回転子４０は、中空筒状に形成された回転子本体４１と、その回転子本体４１の径方向内側に設けられた環状の磁石部４２とを有している。回転子本体４１は、略カップ状をなし、磁石保持部材としての機能を有する。回転子本体４１は、筒状をなす磁石保持部４３と、同じく筒状をなしかつ磁石保持部４３よりも小径の固定部４４と、それら磁石保持部４３及び固定部４４を繋ぐ部位となる中間部４５とを有している。磁石保持部４３の内周面に磁石部４２が取り付けられている。

固定部４４の貫通孔４４ａには回転軸１１が挿通されており、その挿通状態で回転軸１１に対して固定部４４が固定されている。つまり、固定部４４により、回転軸１１に対して回転子本体４１が固定されている。なお、固定部４４は、凹凸を利用したスプライン結合やキー結合、溶接、又はかしめ等により回転軸１１に対して固定されているとよい。これにより、回転子４０が回転軸１１と一体に回転する。

また、固定部４４の径方向外側には、軸受部２０の軸受２１，２２が組み付けられている。上述のとおり軸受部２０はハウジング３０の端面部３２に固定されているため、回転軸１１及び回転子４０は、ハウジング３０に回転可能に支持されるものとなっている。これにより、ハウジング３０内において回転子４０が回転自在となっている。

回転子４０には、軸方向両側のうち片側にのみ固定部４４が設けられており、これにより、回転子４０が回転軸１１に片持ち支持されている。ここで、回転子４０の固定部４４は、軸受部２０の軸受２１，２２により、軸方向に異なる２位置で回転可能に支持されている。すなわち、回転子４０は、回転子本体４１における軸方向の両側端部のうち一方の側において、軸方向２箇所の軸受２１，２２により回転可能に支持されている。そのため、回転子４０が回転軸１１に片持ち支持される構造であっても、回転子４０の安定回転が実現されるようになっている。この場合、回転子４０の軸方向中心位置に対して片側にずれた位置で、回転子４０が軸受２１，２２により支持されている。

また、軸受部２０において回転子４０の中心寄り（図の下側）の軸受２２と、その逆側（図の上側）の軸受２１とは、外輪２５及び内輪２６と玉２７との間の隙間寸法が相違しており、例えば回転子４０の中心寄りの軸受２２の方が、その逆側の軸受２１よりも隙間寸法が大きいものとなっている。この場合、回転子４０の中心寄りの側において、回転子４０の振れや、部品公差に起因するインバランスによる振動が軸受部２０に作用しても、その振れや振動の影響が良好に吸収される。具体的には、回転子４０の中心寄り（図の下側）の軸受２２において予圧により遊び寸法（隙間寸法）を大きくしていることで、片持ち構造において生じる振動がその遊び部分により吸収される。前記予圧は、定位置予圧でもよいが、軸受２２の軸方向外側（図の上側）の段差に予圧用バネ、ウェーブワッシャ等を挿入することで与えてもよい。

また、中間部４５は、径方向中心側とその外側とで軸方向の段差を有する構成となっている。この場合、中間部４５において、径方向の内側端部と外側端部とは、軸方向の位置が相違しており、これにより、軸方向において磁石保持部４３と固定部４４とが一部重複している。つまり、固定部４４の基端部（図の下側の奥側端部）よりも軸方向外側に、磁石保持部４３が突出するものとなっている。本構成では、中間部４５が段差無しで平板状に設けられる場合に比べて、回転子４０の重心近くの位置で、回転軸１１に対して回転子４０を支持させることが可能となり、回転子４０の安定動作が実現できるものとなっている。

上述した中間部４５の構成によれば、回転子４０には、径方向において固定部４４を囲みかつ中間部４５の内寄りとなる位置に、軸受部２０の一部を収容する軸受収容凹部４６が環状に形成されるとともに、径方向において軸受収容凹部４６を囲みかつ中間部４５の外寄りとなる位置に、後述する固定子５０の固定子巻線５１のコイルエンド部５４を収容するコイル収容凹部４７が形成されている。そして、これら各収容凹部４６，４７が、径方向の内外で隣り合うように配置されるようになっている。つまり、軸受部２０の一部と、固定子巻線５１のコイルエンド部５４とが径方向内外に重複するように配置されている。これにより、回転電機１０において軸方向の長さ寸法の短縮が可能となっている。

コイルエンド部５４は、径方向の内側又は外側に曲げられることで、そのコイルエンド部５４の軸方向寸法を小さくすることができ、固定子軸長を短縮することが可能である。コイルエンド部５４の曲げ方向は、回転子４０との組み付けを考慮したものであるとよい。回転子４０の径方向内側に固定子５０を組み付けることを想定すると、その回転子４０に対する挿入先端側では、コイルエンド部５４が径方向内側に曲げられるとよい。その逆側の曲げ方向は任意でよいが、空間的に余裕のある外径側が製造上好ましい。

また、磁石部４２は、磁石保持部４３の径方向内側において、周方向に沿って磁極が交互に変わるように配置された複数の磁石により構成されている。ただし、磁石部４２の詳細については後述する。

固定子５０は、回転子４０の径方向内側に設けられている。固定子５０は、略筒状に巻回形成された固定子巻線５１と、その径方向内側に配置された固定子コア５２とを有しており、固定子巻線５１が、所定のエアギャップを挟んで円環状の磁石部４２に対向するように配置されている。固定子巻線５１は複数の相巻線よりなる。それら各相巻線は、周方向に配列された複数の導線が所定ピッチで互いに接続されることで構成されている。本実施形態では、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３相巻線と、Ｘ相、Ｙ相及びＺ相の３相巻線とを用い、それら３相２組の相巻線を用いることで、固定子巻線５１が６相の相巻線として構成されている。

固定子コア５２は、軟磁性材からなる積層鋼板により円環状に形成されており、固定子巻線５１の径方向内側に組み付けられている。

固定子巻線５１は、軸方向において固定子コア５２に重複する部分であり、かつ固定子コア５２の径方向外側となるコイルサイド部５３と、軸方向において固定子コア５２の一端側及び他端側にそれぞれ張り出すコイルエンド部５４，５５とを有している。コイルサイド部５３は、径方向において固定子コア５２と回転子４０の磁石部４２にそれぞれ対向している。回転子４０の内側に固定子５０が配置された状態では、軸方向両側のコイルエンド部５４，５５のうち軸受部２０の側（図の上側）となるコイルエンド部５４が、回転子４０の回転子本体４１により形成されたコイル収容凹部４７に収容されている。ただし、固定子５０の詳細については後述する。

インバータユニット６０は、ハウジング３０に対してボルト等の締結具により固定されるユニットベース６１と、そのユニットベース６１に組み付けられる電気コンポーネント６２とを有している。ユニットベース６１は、ハウジング３０の開口部３３側の端部に対して固定されるエンドプレート部６３と、そのエンドプレート部６３に一体に設けられ、軸方向に延びるケーシング部６４とを有している。エンドプレート部６３は、その中心部に円形の開口部６５を有しており、開口部６５の周縁部から起立するようにしてケーシング部６４が形成されている。

ケーシング部６４の外周面には固定子５０が組み付けられている。つまり、ケーシング部６４の外径寸法は、固定子コア５２の内径寸法と同じか、又は固定子コア５２の内径寸法よりも僅かに小さい寸法になっている。ケーシング部６４の外側に固定子コア５２が組み付けられることで、固定子５０とユニットベース６１とが一体化されている。また、ユニットベース６１がハウジング３０に固定されることからすると、ケーシング部６４に固定子コア５２が組み付けられた状態では、固定子５０がハウジング３０に対して一体化された状態となっている。

また、ケーシング部６４の径方向内側は、電気コンポーネント６２を収容する収容空間となっており、その収容空間には、回転軸１１を囲むようにして電気コンポーネント６２が配置されている。ケーシング部６４は、収容空間形成部としての役目を有している。電気コンポーネント６２は、インバータ回路を構成する半導体モジュール６６や、制御基板６７、コンデンサモジュール６８を具備する構成となっている。

ここで、上記図１～図５に加え、インバータユニット６０の分解図である図６を用いて、インバータユニット６０の構成をさらに説明する。

ユニットベース６１において、ケーシング部６４は、筒状部７１と、その筒状部７１の軸方向両端部のうち一方の端部（軸受部２０側の端部）に設けられた端面部７２とを有している。筒状部７１の軸方向両端部のうち端面部７２の反対側は、エンドプレート部６３の開口部６５を通じて全面的に開放されている。端面部７２には、その中央に円形の孔７３が形成されており、その孔７３に回転軸１１が挿通可能となっている。

ケーシング部６４の筒状部７１は、その径方向外側に配置される回転子４０及び固定子５０と、その径方向内側に配置される電気コンポーネント６２との間を仕切る仕切り部となっており、筒状部７１を挟んで径方向内外に、回転子４０及び固定子５０と電気コンポーネント６２とが並ぶようにそれぞれ配置されている。

また、電気コンポーネント６２は、インバータ回路を構成する電気部品であり、固定子巻線５１の各相巻線に対して所定順序で電流を流して回転子４０を回転させる力行機能と、回転軸１１の回転に伴い固定子巻線５１に流れる３相交流電流を入力し、発電電力として外部に出力する発電機能とを有している。なお、電気コンポーネント６２は、力行機能と発電機能とのうちいずれか一方のみを有するものであってもよい。発電機能は、例えば回転電機１０が車両用動力源として用いられる場合、回生電力として外部に出力する回生機能である。

電気コンポーネント６２の具体的な構成として、回転軸１１の周りには、中空円筒状をなすコンデンサモジュール６８が設けられており、そのコンデンサモジュール６８の外周面上に、複数の半導体モジュール６６が周方向に並べて配置されている。コンデンサモジュール６８は、互いに並列接続された平滑用のコンデンサ６８ａを複数備えている。具体的には、コンデンサ６８ａは、複数枚のフィルムコンデンサが積層されてなる積層型フィルムコンデンサであり、横断面が台形状をなしている。コンデンサモジュール６８は、１２個のコンデンサ６８ａが環状に並べて配置されることで構成されている。

なお、コンデンサ６８ａの製造過程においては、例えば、複数のフィルムが積層されてなる所定幅の長尺フィルムを用い、フィルム幅方向を台形高さ方向とし、かつ台形の上底と下底とが交互になるように長尺フィルムが等脚台形状に切断されることにより、コンデンサ素子が作られる。そして、そのコンデンサ素子に電極等を取り付けることでコンデンサ６８ａが作製される。

半導体モジュール６６は、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子を有し、略板状に形成されている。本実施形態では、回転電機１０が２組の３相巻線を備えており、その３相巻線ごとにインバータ回路が設けられていることから、計１２個の半導体モジュール６６が電気コンポーネント６２に設けられている。

半導体モジュール６６は、ケーシング部６４の筒状部７１とコンデンサモジュール６８との間に挟まれた状態で配置されている。半導体モジュール６６の外周面は筒状部７１の内周面に当接し、半導体モジュール６６の内周面はコンデンサモジュール６８の外周面に当接している。この場合、半導体モジュール６６で生じた熱は、ケーシング部６４を介してエンドプレート部６３に伝わり、エンドプレート部６３から放出される。

半導体モジュール６６は、外周面側、すなわち径方向において半導体モジュール６６と筒状部７１との間にスペーサ６９を有しているとよい。この場合、コンデンサモジュール６８では軸方向に直交する横断面の断面形状が正１２角形である一方、筒状部７１の内周面の横断面形状が円形であるため、スペーサ６９は、内周面が平坦面、外周面が曲面となっている。スペーサ６９は、各半導体モジュール６６の径方向外側において円環状に連なるように一体に設けられていてもよい。なお、筒状部７１の内周面の横断面形状をコンデンサモジュール６８と同じ１２角形にすることも可能である。この場合、スペーサ６９の内周面及び外周面がいずれも平坦面であるとよい。

また、本実施形態では、ケーシング部６４の筒状部７１に、冷却水を流通させる冷却水通路７４が形成されており、半導体モジュール６６で生じた熱は、冷却水通路７４を流れる冷却水に対しても放出される。つまり、ケーシング部６４は水冷機構を備えている。図３や図４に示すように、冷却水通路７４は、電気コンポーネント６２（半導体モジュール６６及びコンデンサモジュール６８）を囲むように環状に形成されている。半導体モジュール６６は筒状部７１の内周面に沿って配置されており、その半導体モジュール６６に対して径方向内外に重なる位置に冷却水通路７４が設けられている。

筒状部７１の外側には固定子５０が配置され、内側には電気コンポーネント６２が配置されていることから、筒状部７１に対しては、その外側から固定子５０の熱が伝わるとともに、内側から半導体モジュール６６の熱が伝わることになる。この場合、固定子５０と半導体モジュール６６とを同時に冷やすことが可能となっており、回転電機１０における発熱部材の熱を効率良く放出することができる。

また、電気コンポーネント６２は、軸方向において、コンデンサモジュール６８の一方の端面に設けられた絶縁シート７５と、他方の端面に設けられた配線モジュール７６とを備えている。この場合、コンデンサモジュール６８の軸方向両端面のうち一方の端面（軸受部２０側の端面）は、ケーシング部６４の端面部７２に対向しており、絶縁シート７５を挟んだ状態で端面部７２に重ね合わされている。また、他方の端面（開口部６５側の端面）には、配線モジュール７６が組み付けられている。

配線モジュール７６は、合成樹脂材よりなり円形板状をなす本体部７６ａと、その内部に埋設された複数のバスバー７６ｂ，７６ｃを有しており、そのバスバー７６ｂ，７６ｃにより、半導体モジュール６６やコンデンサモジュール６８と電気的接続がなされている。具体的には、半導体モジュール６６は、その軸方向端面から延びる接続ピン６６ａを有しており、その接続ピン６６ａが、本体部７６ａの径方向外側においてバスバー７６ｂに接続されている。また、バスバー７６ｃは、本体部７６ａの径方向外側においてコンデンサモジュール６８とは反対側に延びており、その先端部にて配線部材７９に接続されるようになっている（図２参照）。

上記のとおりコンデンサモジュール６８の軸方向両側に絶縁シート７５と配線モジュール７６とがそれぞれ設けられた構成によれば、コンデンサモジュール６８の放熱経路として、コンデンサモジュール６８の軸方向両端面から端面部７２及び筒状部７１に至る経路が形成される。これにより、コンデンサモジュール６８において半導体モジュール６６が設けられた外周面以外の端面部からの放熱が可能になっている。つまり、径方向への放熱だけでなく、軸方向への放熱も可能となっている。

また、コンデンサモジュール６８は中空円筒状をなし、その内周部には所定の隙間を介在させて回転軸１１が配置されることから、コンデンサモジュール６８の熱はその中空部からも放出可能となっている。この場合、回転軸１１の回転により空気の流れが生じることにより、その冷却効果が高められるようになっている。

配線モジュール７６には、円板状の制御基板６７が取り付けられている。制御基板６７は、所定の配線パターンが形成されたプリントサーキットボード（ＰＣＢ）を有しており、そのボード上には各種ＩＣや、マイコン等からなる制御装置７７が実装されている。制御基板６７は、ネジ等の固定具により配線モジュール７６に固定されている。制御基板６７は、その中央部に、回転軸１１を挿通させる挿通孔６７ａを有している。

なお、配線モジュール７６の軸方向両側のうちコンデンサモジュール６８の反対側に制御基板６７が設けられ、その制御基板６７の両面の一方側から他方側に配線モジュール７６のバスバー７６ｃが延びる構成となっている。かかる構成において、制御基板６７には、バスバー７６ｃとの干渉を回避する切欠が設けられているとよい。例えば、円形状をなす制御基板６７の外縁部の一部が切り欠かれているとよい。

上述のとおり、ケーシング部６４に囲まれた空間内に電気コンポーネント６２が収容され、その外側に、ハウジング３０、回転子４０及び固定子５０が層状に設けられている構成によれば、インバータ回路で生じる電磁ノイズが好適にシールドされるようになっている。すなわち、インバータ回路では、所定のキャリア周波数によるＰＷＭ制御を利用して各半導体モジュール６６でのスイッチング制御が行われ、そのスイッチング制御により電磁ノイズが生じることが考えられるが、その電磁ノイズを、電気コンポーネント６２の径方向外側のハウジング３０、回転子４０、固定子５０等により好適にシールドできる。

筒状部７１においてエンドプレート部６３の付近には、その外側の固定子５０と内側の電気コンポーネント６２とを電気的に接続する配線部材７９（図２参照）を挿通させる貫通孔７８が形成されている。図２に示すように、配線部材７９は、圧着、溶接などにより、固定子巻線５１の端部と配線モジュール７６のバスバー７６ｃとにそれぞれ接続されている。配線部材７９は、例えばバスバーであり、その接合面は平たく潰されていることが望ましい。貫通孔７８は、１カ所又は複数箇所に設けられているとよく、本実施形態では２カ所に貫通孔７８が設けられている。２カ所に貫通孔７８が設けられる構成では、２組の３相巻線から延びる巻線端子を、それぞれ配線部材７９により容易に結線することが可能となり、多相結線を行う上で好適なものとなっている。

上述のとおりハウジング３０内には、図４に示すように径方向外側から順に回転子４０、固定子５０が設けられ、固定子５０の径方向内側にインバータユニット６０が設けられている。ここで、ハウジング３０の内周面の半径をｄとした場合に、回転中心からｄ×０．７０５の距離よりも径方向外側に回転子４０と固定子５０とが配置されている。この場合、回転子４０及び固定子５０のうち径方向内側の固定子５０の内周面（すなわち固定子コア５２の内周面）から径方向内側となる領域を第１領域Ｘ１、径方向において固定子５０の内周面からハウジング３０までの間の領域を第２領域Ｘ２とすると、第１領域Ｘ１の横断面の面積は、第２領域Ｘ２の横断面の面積よりも大きい構成となっている。また、軸方向において回転子４０の磁石部４２及び固定子巻線５１が重複する範囲で見て、第１領域Ｘ１の容積が第２領域Ｘ２の容積よりも大きい構成となっている。

なお、回転子４０及び固定子５０を磁気回路コンポーネントとすると、ハウジング３０内において、その磁気回路コンポーネントの内周面から径方向内側となる第１領域Ｘ１が、径方向において磁気回路コンポーネントの内周面からハウジング３０までの間の第２領域Ｘ２よりも容積が大きい構成となっている。

次いで、回転子４０及び固定子５０の構成をより詳しく説明する。

一般に、回転電機における固定子の構成として、積層鋼板よりなりかつ円環状をなす固定子コアに周方向に複数のスロットを設け、そのスロット内に固定子巻線を巻装するものが知られている。具体的には、固定子コアは、ヨーク部から所定間隔で径方向に延びる複数のティースを有しており、周方向に隣り合うティース間にスロットが形成されている。そして、スロット内に、例えば径方向に複数層の導線が収容され、その導線により固定子巻線が構成されている。

ただし、上述した固定子構造では、固定子巻線の通電時において、固定子巻線の起磁力が増加するのに伴い固定子コアのティース部分で磁気飽和が生じ、それに起因して回転電機のトルク密度が制限されることが考えられる。つまり、固定子コアにおいて、固定子巻線の通電により生じた回転磁束がティースに集中することで、磁気飽和が生じると考えられる。

また、一般的に、回転電機におけるＩＰＭロータの構成として、永久磁石がｄ軸に配置され、ｑ軸にロータコアが配置されたものが知られている。このような場合、ｄ軸近傍の固定子巻線が励磁されることで、フレミングの法則により固定子から回転子のｑ軸に励磁磁束が流入される。そしてこれにより、回転子のｑ軸コア部分に、広範囲の磁気飽和が生じると考えられる。

図７は、固定子巻線の起磁力を示すアンペアターン［ＡＴ］とトルク密度［Ｎｍ／Ｌ］との関係を示すトルク線図である。破線が一般的なＩＰＭロータ型の回転電機における特性を示す。図７に示すように、一般的な回転電機では、固定子において起磁力を増加させていくことにより、スロット間のティース部分及びｑ軸コア部分の２カ所で磁気飽和が生じ、それが原因でトルクの増加が制限されてしまう。このように、当該一般的な回転電機では、アンペアターン設計値がＸ１で制限されることになる。

そこで本実施形態では、磁気飽和に起因するトルク制限を解消すべく、回転電機１０において、以下に示す構成を付与するものとしている。すなわち、第１の工夫として、固定子において固定子コアのティースで生じる磁気飽和をなくすべく、固定子５０においてスロットレス構造を採用し、かつＩＰＭロータのｑ軸コア部分で生じる磁気飽和をなくすべく、ＳＰＭロータを採用している。第１の工夫によれば、磁気飽和が生じる上記２カ所の部分をなくすことができるが、低電流域でのトルクが減少することが考えられる（図７の一点鎖線参照）。そのため、第２の工夫として、ＳＰＭロータの磁束増強を図ることでそのトルク減少を挽回すべく、回転子４０の磁石部４２において磁石磁路を長くして磁力を高めた極異方構造を採用している。

また、第３の工夫として、固定子巻線５１のコイルサイド部５３において導線の径方向厚さを小さくした扁平導線構造を採用してトルク減少の挽回を図っている。ここで、上述の磁力を高めた極異方構造によって、対向する固定子巻線５１には、より大きな渦電流が発生することが考えられる。しかしながら、第３の工夫によれば、径方向に薄い扁平導線構造のため、固定子巻線５１における径方向の渦電流の発生を抑制することができる。このように、これら第１～第３の各構成によれば、図７に実線で示すように、磁力の高い磁石を採用してトルク特性の大幅な改善を見込みつつも、磁力の高い磁石ゆえに生じ得る大きい渦電流発生の懸念も改善できるものとなっている。

さらに、第４の工夫として、極異方構造を利用し正弦波に近い磁束密度分布を有する磁石部を採用している。これによれば、後述するパルス制御等によって正弦波整合率を高めてトルク増強を図ることができるとともに、ラジアル磁石と比べ緩やかな磁束変化のため渦電流損もまた更に抑制することができるのである。

また、第５の工夫として、固定子巻線５１を複数の素線を寄せ集めて撚った素線導体構造としている。これによれば、基本波成分は集電されて大電流が流せるとともに、扁平導線構造で周方向に広がった導線で発生する周方向に起因する渦電流の発生を、素線それぞれの断面積が小さくなるため、第３の工夫による径方向に薄くする以上に効果的に抑制することができる。そして、複数の素線が撚り合っていることで、導体からの起磁力に対しては、電流通電方向に対して右ネジの法則で発生する磁束に対する渦電流を相殺することができる。

このように、第４の工夫、第５の工夫をさらに加えると、第２の工夫である磁力の高い磁石を採用しながら、さらにその高い磁力に起因する渦電流損を抑制しながらトルク増強を図ることができる。

以下に、上述した固定子５０のスロットレス構造、固定子巻線５１の扁平導線構造、及び磁石部４２の極異方構造について個別に説明を加える。ここではまずは、固定子５０におけるスロットレス構造と固定子巻線５１の扁平導線構造とを説明する。図８は、回転子４０及び固定子５０の横断面図であり、図９は、図８に示す回転子４０及び固定子５０の一部を拡大して示す図である。図１０は、固定子５０の横断面を示す断面図であり、図１１は、固定子５０の縦断面を示す断面図である。また、図１２は、固定子巻線５１の斜視図である。なお、図８及び図９には、磁石部４２における磁石の磁化方向を矢印にて示している。

図８乃至図１１に示すように、固定子コア５２は、軸方向に複数の電磁鋼板が積層され、かつ径方向に所定の厚さを有する円筒状をなしており、その径方向外側に固定子巻線５１が組み付けられるものとなっている。固定子コア５２の外周面が導線設置部となっている。固定子コア５２の外周面は凹凸のない曲面状をなしており、その外周面において周方向に並べて複数の導線群８１が配置されている。固定子コア５２は、回転子４０を回転させるための磁気回路の一部となるバックヨークとして機能する。この場合、周方向に隣り合う各導線群８１の間には軟磁性材からなるティース（つまり、鉄心）が設けられていない構成（つまり、スロットレス構造）となっている。本実施形態において、それら各導線群８１の間隙５６には、封止部５７の樹脂材料が入り込む構造となっている。つまり、封止部５７の封止前の状態で言えば、固定子コア５２の径方向外側には、それぞれ導線間領域である間隙５６を隔てて周方向に所定間隔で導線群８１が配置されており、これによりスロットレス構造の固定子５０が構築されている。

なお、周方向に並ぶ各導線群８１の間においてティースが設けられている構成とは、ティースが、径方向に所定厚さを有し、かつ周方向に所定幅を有することで、各導線群８１の間に磁気回路の一部、すなわち磁石磁路を形成する構成であると言える。この点において、各導線群８１の間にティースが設けられていない構成とは、上記の磁気回路の形成がなされていない構成であると言える。

図１０及び図１１に示すように、固定子巻線５１は、封止材としての合成樹脂材からなる封止部５７により封止されている。図１０の横断面で見れば、封止部５７は、各導線群８１の間、すなわち間隙５６に合成樹脂材が充填されて設けられており、封止部５７により、各導線群８１の間に絶縁部材が介在する構成となっている。つまり、間隙５６において封止部５７が絶縁部材として機能する。封止部５７は、固定子コア５２の径方向外側において、各導線群８１を全て含む範囲、すなわち径方向の厚さ寸法が各導線群８１の径方向の厚さ寸法よりも大きくなる範囲で設けられている。

また、図１１の縦断面で見れば、封止部５７は、固定子巻線５１のターン部８４を含む範囲で設けられている。固定子巻線５１の径方向内側では、固定子コア５２の端面の少なくとも一部を含む範囲で封止部５７が設けられている。この場合、固定子巻線５１は、各相の相巻線の端部、すなわちインバータ回路との接続端子を除く略全体で樹脂封止されている。

封止部５７が固定子コア５２の端面を含む範囲で設けられた構成では、封止部５７により、固定子コア５２の積層鋼板を軸方向内側に押さえ付けることができる。これにより、封止部５７を用いて、各鋼板の積層状態を保持することができる。なお、本実施形態では、固定子コア５２の内周面を樹脂封止していないが、これに代えて、固定子コア５２の内周面を含む固定子コア５２の全体を樹脂封止する構成であってもよい。

回転電機１０が車両動力源として使用される場合には、封止部５７が、高耐熱のフッ素樹脂や、エポキシ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＬＣＰ樹脂、シリコン樹脂、ＰＡＩ樹脂、ＰＩ樹脂等により構成されていることが好ましい。また、膨張差による割れ抑制の観点から線膨張係数を考えると、固定子巻線５１の導線の外被膜と同じ材質であることが望ましい。すなわち、線膨張係数が、一般的に他樹脂の倍以上であるシリコン樹脂は望ましくは除外される。なお、電気車両の如く、燃焼を利用した機関を持たない電気製品においては、１８０℃程度の耐熱性を持つＰＰＯ樹脂やフェノール樹脂、ＦＲＰ樹脂も候補となる。回転電機の周囲温度が１００℃未満と見做せる分野においては、この限りではない。

回転電機１０のトルクは磁束の大きさに比例する。ここで、固定子コアがティースを有している場合には、固定子での最大磁束量がティースでの飽和磁束密度に依存して制限されるが、固定子コアがティースを有していない場合には、固定子での最大磁束量が制限されない。そのため、固定子巻線５１に対する通電電流を増加して回転電機１０のトルク増加を図る上で、有利な構成となっている。

固定子コア５２の径方向外側における各導線群８１は、断面が扁平矩形状をなす複数の導線８２が径方向に並べて配置されて構成されている。各導線８２は、横断面において「径方向寸法＜周方向寸法」となる向きで配置されている。これにより、各導線群８１において径方向の薄肉化が図られている。また、径方向の薄肉化を図るとともに、導体領域が、ティースが従来あった領域まで平らに延び、扁平導線領域構造となっている。これにより、薄肉化により断面積が小さくなることで懸念される導線の発熱量の増加を、周方向に扁平化して導体の断面積を稼ぐことで抑えている。なお、複数の導線を周方向に並べ、かつそれらを並列結線とする構成であっても、導体被膜分の導体断面積低下は起こるものの、同じ理屈に依る効果が得られる。

スロットがないことから、本実施形態における固定子巻線５１では、その周方向の一周における導体領域を、隙間領域より大きく設計することができる。なお、従来の車両用回転電機は、固定子巻線の周方向の一周における導体領域／隙間領域は１以下であるのが当然であった。一方、本実施形態では、導体領域が隙間領域と同等又は導体領域が隙間領域よりも大きくなるようにして、各導線群８１が設けられている。ここで、図１０に示すように、周方向において導線８２（つまり、後述する直線部８３）が配置された導線領域をＷＡ、隣り合う導線８２の間となる導線間領域をＷＢとすると、導線領域ＷＡは、導線間領域ＷＢより周方向において大きいものとなっている。

回転電機１０のトルクは、導線群８１の径方向の厚さに略反比例する。この点、固定子コア５２の径方向外側において導線群８１の厚さを薄くしたことにより、回転電機１０のトルク増加を図る上で有利な構成となっている。その理由としては、回転子４０の磁石部４２から固定子コア５２までの距離（つまり鉄の無い部分の距離）を小さくして磁気抵抗を下げることができるためである。これによれば、永久磁石による固定子コア５２の鎖交磁束を大きくすることができ、トルクを増強することができる。

導線８２は、導体８２ａの表面が絶縁被膜８２ｂにより被覆された被覆導線よりなり、径方向に互いに重なる導線８２同士の間、及び導線８２と固定子コア５２との間においてそれぞれ絶縁性が確保されている。導線８２における絶縁被膜８２ｂの厚さは例えば８０μｍであり、これは一般に使用される導線の被膜厚さ（２０～４０μｍ）よりも厚肉となっている。これにより、導線８２と固定子コア５２との間に絶縁紙等を介在させることをしなくても、これら両者の間の絶縁性が確保されている。なお、導線８２により構成される各相巻線は、接続のための露出部分を除き、絶縁被膜８２ｂによる絶縁性が保持されるものとなっている。露出部分としては、例えば、入出力端子部や、星形結線とする場合の中性点部分である。導線群８１では、樹脂固着や自己融着被覆線を用いて、径方向に隣り合う各導線８２が相互に固着されている。これにより、導線８２同士が擦れ合うことによる絶縁破壊や、振動、音が抑制される。

本実施形態では、導体８２ａが複数の素線８６の集合体として構成されている。具体的には、図１３に示すように、導体８２ａは、複数の素線８６を撚ることで撚糸状に形成されている。また、図１４に示すように、素線８６は、細い繊維状の導電材８７を束ねた複合体として構成されている。例えば、素線８６はＣＮＴ（カーボンナノチューブ）繊維の複合体であり、ＣＮＴ繊維として、炭素の少なくとも一部をホウ素で置換したホウ素含有微細繊維を含む繊維が用いられている。炭素系微細繊維としては、ＣＮＴ繊維以外に、気相成長法炭素繊維（ＶＧＣＦ）等を用いることができるが、ＣＮＴ繊維を用いることが好ましい。なお、素線８６の表面は、エナメルなどの高分子絶縁層で覆われている。

上記の導体８２ａでは、複数の素線８６が撚り合わされて構成されているため、各素線８６での渦電流の発生が抑えられ、導体８２ａにおける渦電流の低減を図ることができる。また、各素線８６が捻られていることで、１本の素線８６において磁界の印加方向が互いに逆になる部位が生じて逆起電圧が相殺される。そのため、やはり渦電流の低減を図ることができる。特に、素線８６を繊維状の導電材８７により構成することで、細線化することと捻り回数を格段に増やすこととが可能になり、渦電流をより好適に低減することができる。

上述のとおり導線８２は、断面が扁平矩形状をなし、径方向に複数並べて配置されるものとなっており、例えば複数の素線８６を撚った状態で集合させ、その状態で合成樹脂等により所望の形状に固めて成形するとよい。

各導線８２は、周方向に所定の配置パターンで配置されるように折り曲げ形成されており、これにより、固定子巻線５１として相ごとの相巻線が形成されている。図１２に示すように、固定子巻線５１では、各導線８２のうち軸方向に直線状に延びる直線部８３によりコイルサイド部５３が形成され、軸方向においてコイルサイド部５３よりも両外側に突出するターン部８４によりコイルエンド部５４，５５が形成されている。各導線８２は、直線部８３とターン部８４とが交互に繰り返されることにより、波巻状の一連の導線として構成されている。直線部８３は、磁石部４２に対して径方向に対向する位置に配置されており、磁石部４２の軸方向外側となる位置において所定間隔を隔てて配置される同相の直線部８３同士が、ターン部８４により互いに接続されている。なお、直線部８３が「磁石対向部」に相当する。

本実施形態では、固定子巻線５１が分布巻きにより円環状に巻回形成されている。この場合、コイルサイド部５３では、相ごとに、磁石部４２の１極対に対応するピッチで周方向に直線部８３が配置され、コイルエンド部５４，５５では、相ごとの各直線部８３が、略Ｖ字状に形成されたターン部８４により互いに接続されている。１極対に対応して対となる各直線部８３は、それぞれ電流の向きが互いに逆になるものとなっている。また、一方のコイルエンド部５４と他方のコイルエンド部５５とでは、ターン部８４により接続される一対の直線部８３の組み合わせがそれぞれ相違しており、そのコイルエンド部５４，５５での接続が周方向に繰り返されることにより、固定子巻線５１が略円筒状に形成されている。

より具体的には、固定子巻線５１は、各相２対ずつの導線８２を用いて相ごとの巻線を構成しており、固定子巻線５１のうち一方の３相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）と他方の３相巻線（Ｘ相、Ｙ相、Ｚ相）とが径方向内外の２層に設けられるものとなっている。この場合、巻線の相数をＳ、導線８２の対数をｍとすれば、極対ごとに２×Ｓ×ｍ＝２Ｓｍ個の導線群８１が形成されることになる。本実施形態では、相数Ｓが３、対数ｍが２であり、８極対（１６極）の回転電機であることから、２×３×２×８＝９６の導線群８１が周方向に配置されている。

図１２に示す固定子巻線５１では、コイルサイド部５３において、径方向内外の２層で直線部８３が重ねて配置されるとともに、コイルエンド部５４，５５において、径方向内外に重なる各直線部８３から、互いに周方向逆となる向きでターン部８４が周方向に延びる構成となっている。つまり、径方向に隣り合う各導線８２では、コイル端となる部分を除き、ターン部８４の向きが互いに逆となっている。

ここで、固定子巻線５１における導線８２の巻回構造を具体的に説明する。本実施形態では、波巻にて形成された複数の導線８２を、径方向内外に複数層（例えば２層）に重ねて設ける構成としている。図１５は、ｎ層目における各導線８２の形態を示す図であり、（ａ）には、固定子巻線５１の側方から見た導線８２の形状を示し、（ｂ）には、固定子巻線５１の軸方向一側から見た導線８２の形状を示している。なお、図１５では、導線群８１が配置される位置をそれぞれＤ１，Ｄ２，Ｄ３，…と示している。また、説明の便宜上、３本の導線８２のみを示しており、それを第１導線８２＿Ａ、第２導線８２＿Ｂ、第３導線８２＿Ｃとしている。

各導線８２＿Ａ～８２＿Ｃでは、直線部８３が、いずれもｎ層目の位置、すなわち径方向において同じ位置に配置され、周方向に６位置（３×ｍ対分）ずつ離れた直線部８３同士がターン部８４により互いに接続されている。換言すると、各導線８２＿Ａ～８２＿Ｃでは、いずれも回転子４０の軸心を中心とする同一のピッチ円上において、５個おきの直線部８３がターン部８４により互いに接続されている。例えば第１導線８２＿Ａでは、一対の直線部８３がＤ１，Ｄ７にそれぞれ配置され、その一対の直線部８３同士が、逆Ｖ字状のターン部８４により接続されている。また、他の導線８２＿Ｂ，８２＿Ｃは、同じｎ層目において周方向の位置を１つずつ、ずらしてそれぞれ配置されている。この場合、各導線８２＿Ａ～８２＿Ｃは、いずれも同じ層に配置されるため、ターン部８４が互いに干渉することが考えられる。そのため本実施形態では、各導線８２＿Ａ～８２＿Ｃのターン部８４に、その一部を径方向にオフセットした干渉回避部を形成することとしている。

具体的には、各導線８２＿Ａ～８２＿Ｃのターン部８４は、同一のピッチ円上で周方向に延びる部分である傾斜部８４ａと、傾斜部８４ａからその同一のピッチ円よりも径方向内側（図１５（ｂ）において上側）にシフトし、別のピッチ円上で周方向に延びる部分である頂部８４ｂ、傾斜部８４ｃ及び戻り部８４ｄとを有している。頂部８４ｂ、傾斜部８４ｃ及び戻り部８４ｄが干渉回避部に相当する。なお、傾斜部８４ｃは、傾斜部８４ａに対して径方向外側にシフトする構成であってもよい。

つまり、各導線８２＿Ａ～８２＿Ｃのターン部８４は、周方向の中央位置である頂部８４ｂを挟んでその両側に、一方側の傾斜部８４ａと他方側の傾斜部８４ｃとを有しており、それら各傾斜部８４ａ，８４ｃの径方向の位置（図１５（ａ）では紙面前後方向の位置、図１５（ｂ）では上下方向の位置）が互いに相違するものとなっている。例えば第１導線８２＿Ａのターン部８４は、ｎ層のＤ１位置を始点位置として周方向に沿って延び、周方向の中央位置である頂部８４ｂで径方向（例えば径方向内側）に曲がった後、周方向に再度曲がることで、再び周方向に沿って延び、さらに戻り部８４ｄで再び径方向（例えば径方向外側）に曲がることで、終点位置であるｎ層のＤ９位置に達する構成となっている。

上記構成によれば、導線８２＿Ａ～８２＿Ｃでは、一方の各傾斜部８４ａが、上から第１導線８２＿Ａ→第２導線８２＿Ｂ→第３導線８２＿Ｃの順に上下に並ぶとともに、頂部８４ｂで各導線８２＿Ａ～８２＿Ｃの上下が入れ替わり、他方の各傾斜部８４ｃが、上から第３導線８２＿Ｃ→第２導線８２＿Ｂ→第１導線８２＿Ａの順に上下に並ぶ構成となっている。そのため、各導線８２＿Ａ～８２＿Ｃが互いに干渉することなく周方向に配置できるようになっている。

ここで、複数の導線８２を径方向に重ねて導線群８１とする構成において、複数層の各直線部８３のうち径方向内側の直線部８３に接続されたターン部８４と、径方向外側の直線部８３に接続されたターン部８４とが、それら各直線部８３同士よりも径方向に離して配置されているとよい。また、ターン部８４の端部、すなわち直線部８３との境界部付近で、複数層の導線８２が径方向の同じ側に曲げられる場合に、その隣り合う層の導線８２同士の干渉により絶縁性が損なわれることが生じないようにするとよい。

例えば図１５のＤ７～Ｄ９では、径方向に重なる各導線８２が、ターン部８４の戻り部８４ｄでそれぞれ径方向に曲げられる。この場合、図１６に示すように、ｎ層目の導線８２とｎ＋１層目の導線８２とで、曲がり部の曲げアールを相違させるとよい。具体的には、径方向内側（ｎ層目）の導線８２の曲げアールＲ１を、径方向外側（ｎ＋１層目）の導線８２の曲げアールＲ２よりも小さくする。

また、ｎ層目の導線８２とｎ＋１層目の導線８２とで、径方向のシフト量を相違させるとよい。具体的には、径方向内側（ｎ層目）の導線８２のシフト量Ｓ１を、径方向外側（ｎ＋１層目）の導線８２のシフト量Ｓ２よりも大きくする。

上記構成により、径方向に重なる各導線８２が同じ向きに曲げられる場合であっても、各導線８２の相互干渉を好適に回避することができる。これにより、良好な絶縁性が得られることとなる。

次に、回転子４０における磁石部４２の構造について説明する。本実施形態では、永久磁石として、残留磁束密度Ｂｒ＝１．０［Ｔ］、保磁力ｂＨｃ＝４００［ｋＡ／ｍ］以上のものを想定している。５０００～１００００［ＡＴ］が相間励磁により掛かるものであるから、１極対で２５［ｍｍ］の永久磁石を使えば、ｂＨｃ＝１００００［Ａ］となり、減磁をしないことが伺える。ここで、本実施形態においては、配向により磁化容易軸をコントロールした永久磁石を利用しているから、その磁石内部の磁気回路長を、従来１．０［Ｔ］以上を出す直線配向磁石の磁気回路長と比べて、長くすることができる。すなわち、１極対あたりの磁気回路長を、少ない磁石量で達成できる他、従来の直線配向磁石を利用した設計と比べ、過酷な高熱条件に曝されても、その可逆減磁範囲を保つことができる。また、本願発明者は、従来技術の磁石を用いても、極異方性磁石と近しい特性を得られる構成を見いだした。

図８及び図９に示すように、磁石部４２は、円環状をなしており、回転子本体４１の内側（詳しくは磁石保持部４３の径方向内側）に設けられている。磁石部４２は、それぞれ極異方性磁石でありかつ磁極が互いに異なる第１磁石９１及び第２磁石９２を有している。第１磁石９１及び第２磁石９２は周方向に交互に配置されている。第１磁石９１は、回転子４０においてＮ極となる磁石であり、第２磁石９２は、回転子４０においてＳ極となる磁石である。第１磁石９１及び第２磁石９２は、例えばネオジム磁石等の希土類磁石からなる永久磁石である。

各磁石９１，９２では、それぞれ磁極中心であるｄ軸と磁極境界であるｑ軸との間において磁化方向が円弧状に延びている。各磁石９１，９２それぞれにおいて、ｄ軸側では磁化方向が径方向とされ、ｑ軸側では磁化方向が周方向とされている。磁石部４２では、各磁石９１，９２により、隣接するＮ，Ｓ極間を円弧状に磁束が流れるため、例えばラジアル異方性磁石に比べて磁石磁路が長くなっている。このため、図１７に示すように、磁束密度分布が正弦波に近いものとなる。その結果、図１８に比較例として示すラジアル異方性磁石の磁束密度分布とは異なり、磁極位置に磁束を集中させることができ、回転電機１０のトルクを高めることができる。なお、図１７及び図１８において、横軸は電気角を示し、縦軸は磁束密度を示す。また、図１７及び図１８において、横軸の９０°はｄ軸（すなわち磁極中心）を示し、横軸の０°，１８０°はｑ軸を示す。

また、磁束密度分布の正弦波整合率は、例えば４０％以上の値とされていればよい。このようにすれば、正弦波整合率が３０％程度であるラジアル配向磁石、パラレル配向磁石を用いる場合に比べ、確実に波形中央部分の磁束量を向上させることができる。また、正弦波整合率を６０％以上とすれば、ハルバッハ配列と呼ばれる磁束集中配列と比べ、確実に波形中央部分の磁束量を向上させることができる。

図１８に示す比較例では、ｑ軸付近において磁束密度が急峻に変化する。磁束密度の変化が急峻なほど、固定子巻線５１に発生する渦電流が増加してしまう。これに対し、本実施形態では、磁束密度分布が正弦波に近い。このため、ｑ軸付近において、磁束密度の変化が、ラジアル異方性磁石の磁束密度の変化よりも小さい。これにより、渦電流の発生を抑制することができる。

ところで、磁石部４２では、各磁石９１，９２のｄ軸付近（すなわち磁極中心）において磁極面に直交する向きで磁束が生じ、その磁束は、磁極面から離れるほど、ｄ軸から離れるような円弧状をなす。また、磁極面に直交する磁束ほど、強い磁束となる。この点において、本実施形態の回転電機１０では、上述のとおり各導線群８１を径方向に薄くしたため、導線群８１の径方向の中心位置が磁石部４２の磁極面に近づくことになり、固定子５０において回転子４０から強い磁石磁束を受けることができる。

また、固定子５０には、固定子巻線５１の径方向内側、すなわち固定子巻線５１を挟んで回転子４０の逆側に円筒状の固定子コア５２が設けられている。そのため、各磁石９１，９２の磁極面から延びる磁束は、固定子コア５２に引きつけられ、固定子コア５２を磁路の一部として用いつつ周回する。この場合、磁石磁束の向き及び経路を適正化することができる。

次に、回転電機１０を制御する制御システムの構成について説明する。図１９は、回転電機１０の制御システムの電気回路図であり、図２０は、制御装置１１０による制御処理を示す機能ブロック図である。

図１９では、固定子巻線５１として２組の３相巻線５１ａ，５１ｂが示されており、３相巻線５１ａはＵ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線よりなり、３相巻線５１ｂはＸ相巻線、Ｙ相巻線及びＺ相巻線よりなる。３相巻線５１ａ，５１ｂごとに、第１インバータ１０１と第２インバータ１０２とがそれぞれ設けられている。インバータ１０１，１０２は、相巻線の相数と同数の上下アームを有するフルブリッジ回路により構成されており、各アームに設けられたスイッチ（半導体スイッチング素子）のオンオフにより、固定子巻線５１の各相巻線において通電電流が調整される。

各インバータ１０１，１０２には、直流電源１０３と平滑用のコンデンサ１０４とが並列に接続されている。直流電源１０３は、例えば複数の単電池が直列接続された組電池により構成されている。なお、インバータ１０１，１０２の各スイッチが、図１等に示す半導体モジュール６６に相当し、コンデンサ１０４が、図１等に示すコンデンサモジュール６８に相当する。

制御装置１１０は、ＣＰＵや各種メモリからなるマイコンを備えており、回転電機１０における各種の検出情報や、力行駆動及び発電の要求に基づいて、インバータ１０１，１０２における各スイッチのオンオフにより通電制御を実施する。制御装置１１０が、図６に示す制御装置７７に相当する。回転電機１０の検出情報には、例えば、レゾルバ等の角度検出器により検出される回転子４０の回転角度（電気角情報）や、電圧センサにより検出される電源電圧（インバータ入力電圧）、電流センサにより検出される各相の通電電流が含まれる。制御装置１１０は、インバータ１０１，１０２の各スイッチを操作する操作信号を生成して出力する。なお、発電の要求は、例えば回転電機１０が車両用動力源として用いられる場合、回生駆動の要求である。

第１インバータ１０１は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相からなる３相において上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎとの直列接続体をそれぞれ備えている。各相の上アームスイッチＳｐの高電位側端子は直流電源１０３の正極端子に接続され、各相の下アームスイッチＳｎの低電位側端子は直流電源１０３の負極端子（グランド）に接続されている。各相の上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎとの間の中間接続点には、それぞれＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線の一端が接続されている。これら各相巻線は星形結線（Ｙ結線）されており、各相巻線の他端は中性点にて互いに接続されている。

第２インバータ１０２は、第１インバータ１０１と同様の構成を有しており、Ｘ相、Ｙ相及びＺ相からなる３相において上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎとの直列接続体をそれぞれ備えている。各相の上アームスイッチＳｐの高電位側端子は直流電源１０３の正極端子に接続され、各相の下アームスイッチＳｎの低電位側端子は直流電源１０３の負極端子（グランド）に接続されている。各相の上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎとの間の中間接続点には、それぞれＸ相巻線、Ｙ相巻線、Ｚ相巻線の一端が接続されている。これら各相巻線は星形結線（Ｙ結線）されており、各相巻線の他端は中性点で互いに接続されている。

図２０には、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相電流を制御する電流フィードバック制御処理と、Ｘ，Ｙ，Ｚ相の各相電流を制御する電流フィードバック制御処理とが示されている。ここではまず、Ｕ，Ｖ，Ｗ相側の制御処理について説明する。

図２０において、電流指令値設定部１１１は、トルク－ｄｑマップを用い、回転電機１０に対する力行トルク指令値又は発電トルク指令値や、電気角θを時間微分して得られる電気角速度ωに基づいて、ｄ軸の電流指令値とｑ軸の電流指令値とを設定する。なお、電流指令値設定部１１１は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相側及びＸ，Ｙ，Ｚ相側において共通に設けられている。なお、発電トルク指令値は、例えば回転電機１０が車両用動力源として用いられる場合、回生トルク指令値である。

ｄｑ変換部１１２は、相ごとに設けられた電流センサによる電流検出値（各相電流）を、界磁方向をｄ軸とする直交２次元回転座標系の成分であるｄ軸電流とｑ軸電流とに変換する。

ｄ軸電流フィードバック制御部１１３は、ｄ軸電流をｄ軸の電流指令値にフィードバック制御するための操作量としてｄ軸の指令電圧を算出する。また、ｑ軸電流フィードバック制御部１１４は、ｑ軸電流をｑ軸の電流指令値にフィードバック制御するための操作量としてｑ軸の指令電圧を算出する。これら各フィードバック制御部１１３，１１４では、ｄ軸電流及びｑ軸電流の電流指令値に対する偏差に基づき、ＰＩフィードバック手法を用いて指令電圧が算出される。

３相変換部１１５は、ｄ軸及びｑ軸の指令電圧を、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の指令電圧に変換する。なお、上記の各部１１１～１１５が、ｄｑ変換理論による基本波電流のフィードバック制御を実施するフィードバック制御部であり、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の指令電圧がフィードバック制御値である。

そして、操作信号生成部１１６は、周知の三角波キャリア比較方式を用い、３相の指令電圧に基づいて、第１インバータ１０１の操作信号を生成する。具体的には、操作信号生成部１１６は、３相の指令電圧を電源電圧で規格化した信号と、三角波信号等のキャリア信号との大小比較に基づくＰＷＭ制御により、各相における上下アームのスイッチ操作信号（デューティ信号）を生成する。

また、Ｘ，Ｙ，Ｚ相側においても同様の構成を有しており、ｄｑ変換部１２２は、相ごとに設けられた電流センサによる電流検出値（各相電流）を、界磁方向をｄ軸とする直交２次元回転座標系の成分であるｄ軸電流とｑ軸電流とに変換する。

ｄ軸電流フィードバック制御部１２３はｄ軸の指令電圧を算出し、ｑ軸電流フィードバック制御部１２４はｑ軸の指令電圧を算出する。３相変換部１２５は、ｄ軸及びｑ軸の指令電圧を、Ｘ相、Ｙ相及びＺ相の指令電圧に変換する。そして、操作信号生成部１２６は、３相の指令電圧に基づいて、第２インバータ１０２の操作信号を生成する。具体的には、操作信号生成部１２６は、３相の指令電圧を電源電圧で規格化した信号と、三角波信号等のキャリア信号との大小比較に基づくＰＷＭ制御により、各相における上下アームのスイッチ操作信号（デューティ信号）を生成する。

ドライバ１１７は、操作信号生成部１１６，１２６にて生成されたスイッチ操作信号に基づいて、各インバータ１０１，１０２における各３相のスイッチＳｐ，Ｓｎをオンオフさせる。

続いて、トルクフィードバック制御処理について説明する。この処理は、例えば高回転領域及び高出力領域等、各インバータ１０１，１０２の出力電圧が大きくなる運転条件において、主に回転電機１０の高出力化や損失低減の目的で用いられる。制御装置１１０は、回転電機１０の運転条件に基づいて、トルクフィードバック制御処理及び電流フィードバック制御処理のいずれか一方の処理を選択して実行する。

図２１には、Ｕ，Ｖ，Ｗ相に対応するトルクフィードバック制御処理と、Ｘ，Ｙ，Ｚ相に対応するトルクフィードバック制御処理とが示されている。なお、図２１において、図２０と同じ構成については、同じ符号を付して説明を省略する。ここではまず、Ｕ，Ｖ，Ｗ相側の制御処理について説明する。

電圧振幅算出部１２７は、回転電機１０に対する力行トルク指令値又は発電トルク指令値と、電気角θを時間微分して得られる電気角速度ωとに基づいて、電圧ベクトルの大きさの指令値である電圧振幅指令を算出する。

トルク推定部１２８ａは、ｄｑ変換部１１２により変換されたｄ軸電流とｑ軸電流とに基づいて、Ｕ，Ｖ，Ｗ相に対応するトルク推定値を算出する。なお、トルク推定部１２８ａは、ｄ軸電流、ｑ軸電流及び電圧振幅指令が関係付けられたマップ情報に基づいて、電圧振幅指令を算出すればよい。

トルクフィードバック制御部１２９ａは、力行トルク指令値又は発電トルク指令値にトルク推定値をフィードバック制御するための操作量として、電圧ベクトルの位相の指令値である電圧位相指令を算出する。トルクフィードバック制御部１２９ａでは、力行トルク指令値又は発電トルク指令値に対するトルク推定値の偏差に基づき、ＰＩフィードバック手法を用いて電圧位相指令が算出される。

操作信号生成部１３０ａは、電圧振幅指令、電圧位相指令及び電気角θに基づいて、第１インバータ１０１の操作信号を生成する。具体的には、操作信号生成部１３０ａは、電圧振幅指令、電圧位相指令及び電気角θに基づいて３相の指令電圧を算出し、算出した３相の指令電圧を電源電圧で規格化した信号と、三角波信号等のキャリア信号との大小比較に基づくＰＷＭ制御により、各相における上下アームのスイッチ操作信号を生成する。

ちなみに、操作信号生成部１３０ａは、電圧振幅指令、電圧位相指令、電気角θ及びスイッチ操作信号が関係付けられたマップ情報であるパルスパターン情報、電圧振幅指令、電圧位相指令並びに電気角θに基づいて、スイッチ操作信号を生成してもよい。

また、Ｘ，Ｙ，Ｚ相側においても同様の構成を有しており、トルク推定部１２８ｂは、ｄｑ変換部１２２により変換されたｄ軸電流とｑ軸電流とに基づいて、Ｘ，Ｙ，Ｚ相に対応するトルク推定値を算出する。

トルクフィードバック制御部１２９ｂは、力行トルク指令値又は発電トルク指令値にトルク推定値をフィードバック制御するための操作量として、電圧位相指令を算出する。トルクフィードバック制御部１２９ｂでは、力行トルク指令値又は発電トルク指令値に対するトルク推定値の偏差に基づき、ＰＩフィードバック手法を用いて電圧位相指令が算出される。

操作信号生成部１３０ｂは、電圧振幅指令、電圧位相指令及び電気角θに基づいて、第２インバータ１０２の操作信号を生成する。具体的には、操作信号生成部１３０ｂは、電圧振幅指令、電圧位相指令及び電気角θに基づいて３相の指令電圧を算出し、算出した３相の指令電圧を電源電圧で規格化した信号と、三角波信号等のキャリア信号との大小比較に基づくＰＷＭ制御により、各相における上下アームのスイッチ操作信号を生成する。ドライバ１１７は、操作信号生成部１３０ａ，１３０ｂにて生成されたスイッチ操作信号に基づいて、各インバータ１０１，１０２における各３相のスイッチＳｐ，Ｓｎをオンオフさせる。

ちなみに、操作信号生成部１３０ｂは、電圧振幅指令、電圧位相指令、電気角θ及びスイッチ操作信号が関係付けられたマップ情報であるパルスパターン情報、電圧振幅指令、電圧位相指令並びに電気角θに基づいて、スイッチ操作信号を生成してもよい。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

軸受２１，２２は、回転子４０の回転により、摩擦し、熱が発生するものである。この回転子４０の回転に基づく軸受２１，２２の熱は、回転子本体４１に収容された固定子巻線５１や、電気コンポーネント６２などの熱を逃がす際、阻害要因となり得る。そこで、上記回転電機１０では、複数の軸受２１，２２を、軸方向における回転子４０の中央よりも軸方向のいずれか一方側に配置した。すなわち、複数の軸受２１，２２を、軸方向のいずれか一方側にのみ配置した片持ち構造とした。これにより、回転子４０の回転に伴って発生する軸受２１，２２の熱が、軸方向のいずれか一方側に集中することとなる。このため、他方側において、放熱する際に阻害要因がなくなる。

また、回転子４０の回転に伴って軸受２１，２２に発生する熱が、軸方向においていずれか一方側のみに集中して発生すると、軸方向において温度差が生じる。これにより、軸受２１，２２側から回転子４０の側に向かって、空気が流れやすくなる。このため、回転子本体４１の中空部に、電気コンポーネント６２などを収容しても、軸受２１，２２の反対側から、効率的に熱を逃がすことができる。

また、回転子本体４１は、軸方向において、軸受２１，２２が配置される側とは反対側において、開口している。このため、回転子本体４１の内部に電気コンポーネント６２などの発熱体を収容しても、回転子本体４１の開口部分から、その熱を効率的に逃すことが可能となる。

ところで、回転軸１１を片持ち構造とすると、回転子４０の回転に伴い、回転軸１１の振れや振動が大きくなる懸念がある。そこで、複数の軸受２１，２２のうち一部は、外輪２５及び内輪２６と玉２７との間の隙間寸法を、他の軸受に対して異ならせている。これにより、回転子４０の中心寄りの側において、回転子４０の振れや、部品公差に起因するインバランスによる振動が軸受部２０に作用しても、その振れや振動の影響が良好に吸収される。このため、回転軸１１を片持ち構造としても、安定して回転子４０の回転を維持することが可能となる。

また、片持ち構造を採用する場合、回転子において反軸受側の重さが重くなり、イナーシャが大きくなると、回転子の振れや振動が大きくなり得る。そこで、回転子４０を、回転子本体４１に磁石部４２としての永久磁石である第１磁石９１及び第２磁石９２が固定される表面磁石型の回転子としている。これにより、ＩＰＭロータを採用する場合と比較して、鉄などの金属磁性体の使用量を抑え、イナーシャを抑えることが可能となる。このため、片持ち構造を採用しても、回転子４０の振れや振動を抑制できる。

また、磁石部４２には、極異方性磁石である第１磁石９１と第２磁石９２を採用し、各磁石９１，９２により、隣接するＮ，Ｓ極間を円弧状に磁束が流れるようにしている。このため、例えばラジアル異方性磁石に比べて磁石磁路が長くなり、図１７に示すように、磁束密度分布が正弦波に近いものとなる。その結果、磁極位置に磁束を集中させることができ、回転電機１０のトルクを高めることができる。これに伴い、永久磁石だけでも磁束漏れを抑制し、回転子４０の磁気回路を構成することが可能となる。つまり、永久磁石だけでも回転子４０の磁気回路的役割を完結することが可能となる。

このため、イナーシャとなる磁石９１，９２を保持する回転子本体４１は、例えば金属磁性体ではなく、ＣＦＲＰのような合成樹脂であることが可能となる。回転子本体４１を金属磁性体ではなく、合成樹脂などにすることにより、イナーシャを最小限とすることが可能となり、その結果、片持ち構造を採用しても、イナーシャを抑制し、回転子４０の振れや振動を抑制できる。

また、上記回転電機１０では、回転子４０を、固定子５０よりも径方向外側に配置するアウタロータ構造とした。これにより、回転子本体４１の径方向内側、すなわち、内周面に磁石部４２が固定されることとなる。このため、インナロータ構造と異なり、回転子４０が回転する場合に磁石部４２に遠心力が働いても、回転子本体４１によって磁石部４２を径方向内側に好適に保持することができる。すなわち、インナロータ構造と比較して、磁石部４２を回転子本体４１に固定する構造を最低限にすることができる。その結果、片持ち構造を採用しても、イナーシャを抑制し、回転子４０の振れや振動を抑制できる。

中間部４５は、径方向の内側と外側との間で軸方向の段差を有し、軸方向において磁石保持部４３と固定部４４とが一部重複している。これにより、回転電機１０の軸方向の長さを短くするとともに、軸方向における磁石保持部４３及び固定部４４の長さをそれぞれ確保することができる。固定部４４の長さを確保することにより、軸受２１，２２の間隔を確保可能となり、より安定させることができる。また、中間部４５が段差無しで平板状に設けられる場合に比べて、回転子４０の重心近くの位置で、回転軸１１に対して回転子４０を支持させることが可能となり、回転子４０の安定動作が実現できるものとなっている。

以下に、他の実施形態を第１実施形態との相違点を中心に説明する。

（第２実施形態）
本実施形態では、回転子４０における磁石部４２の極異方構造を変更しており、以下に詳しく説明する。

図２２及び図２３に示すように、磁石部４２は、ハルバッハ配列と称される磁石配列を用いて構成されている。すなわち、磁石部４２は、磁化方向（磁極の向き）を径方向とする第１磁石１３１と、磁化方向（磁極の向き）を周方向とする第２磁石１３２とを有しており、周方向に所定間隔で第１磁石１３１が配置されるとともに、周方向において隣り合う第１磁石１３１の間となる位置に第２磁石１３２が配置されている。第１磁石１３１及び第２磁石１３２は、例えばネオジム磁石等の希土類磁石からなる永久磁石である。

第１磁石１３１は、固定子５０に対向する側（径方向内側）の極が交互にＮ極、Ｓ極となるように周方向に互いに離間して配置されている。また、第２磁石１３２は、各第１磁石１３１の隣において周方向の磁極の向きが交互に逆向きとなるように配置されている。

また、第１磁石１３１の径方向外側、すなわち回転子本体４１の磁石保持部４３の側には、軟磁性材料よりなる磁性体１３３が配置されている。例えば磁性体１３３は、電磁鋼板や軟鉄、圧粉鉄心材料により構成されているとよい。この場合、磁性体１３３の周方向の長さは第１磁石１３１の周方向の長さ（特に第１磁石１３１の外周部の周方向の長さ）と同じである。また、第１磁石１３１と磁性体１３３とを一体化した状態でのその一体物の径方向の厚さは、第２磁石１３２の径方向の厚さと同じである。換言すれば、第１磁石１３１は第２磁石１３２よりも磁性体１３３の分だけ径方向の厚さが薄くなっている。各磁石１３１，１３２と磁性体１３３とは、例えば接着剤により相互に固着されている。磁石部４２において第１磁石１３１の径方向外側は、固定子５０とは反対側であり、磁性体１３３は、径方向における第１磁石１３１の両側のうち、固定子５０とは反対側（反固定子側）に設けられている。

磁性体１３３の外周部には、径方向外側、すなわち回転子本体４１の磁石保持部４３の側に突出する凸部としてのキー１３４が形成されている。また、磁石保持部４３の内周面には、磁性体１３３のキー１３４を収容する凹部としてのキー溝１３５が形成されている。キー１３４の突出形状とキー溝１３５の溝形状とは同じであり、各磁性体１３３に形成されたキー１３４に対応して、キー１３４と同数のキー溝１３５が形成されている。キー１３４及びキー溝１３５の係合により、第１磁石１３１及び第２磁石１３２と回転子本体４１との周方向（回転方向）の位置ずれが抑制されている。なお、キー１３４及びキー溝１３５（凸部及び凹部）を、回転子本体４１の磁石保持部４３及び磁性体１３３のいずれに設けるかは任意でよく、上記とは逆に、磁性体１３３の外周部にキー溝１３５を設けるとともに、回転子本体４１の磁石保持部４３の内周部にキー１３４を設けることも可能である。

ここで、磁石部４２では、第１磁石１３１と第２磁石１３２とを交互に配列することにより、第１磁石１３１での磁束密度を大きくすることが可能となっている。そのため、磁石部４２において、磁束の片面集中を生じさせ、固定子５０寄りの側での磁束強化を図ることができる。

また、第１磁石１３１の径方向外側、すなわち反固定子側に磁性体１３３を配置したことにより、第１磁石１３１の径方向外側での部分的な磁気飽和を抑制でき、ひいては磁気飽和に起因して生じる第１磁石１３１の減磁を抑制できる。これにより、結果的に磁石部４２の磁力を増加させることが可能となっている。本実施形態の磁石部４２は、言うなれば、第１磁石１３１において減磁が生じ易い部分を磁性体１３３に置き換えた構成となっている。

図２４は、磁石部４２における磁束の流れを具体的に示す図であり、（ａ）は、磁石部４２において磁性体１３３を有していない従来構成を用いた場合を示し、（ｂ）は、磁石部４２において磁性体１３３を有している本実施形態の構成を用いた場合を示している。なお、図２４では、回転子本体４１の磁石保持部４３及び磁石部４２を直線状に展開して示しており、図の下側が固定子側、上側が反固定子側となっている。

図２４（ａ）の構成では、第１磁石１３１の磁極面と第２磁石１３２の側面とが、それぞれ磁石保持部４３の内周面に接触している。また、第２磁石１３２の磁極面が第１磁石１３１の側面に接触している。この場合、磁石保持部４３には、第２磁石１３２の外側経路を通って第１磁石１３１との接触面に入る磁束Ｆ１と、磁石保持部４３と略平行で、かつ第２磁石１３２の磁束Ｆ２を引きつける磁束との合成磁束が生じる。そのため、磁石保持部４３において第１磁石１３１と第２磁石１３２との接触面付近において、部分的に磁気飽和が生じることが懸念される。

これに対し、図２４（ｂ）の構成では、第１磁石１３１の反固定子側において第１磁石１３１の磁極面と磁石保持部４３の内周面との間に磁性体１３３が設けられているため、その磁性体１３３で磁束の通過が許容される。したがって、磁石保持部４３での磁気飽和を抑制でき、減磁に対する耐力が向上する。

また、図２４（ｂ）の構成では、図２４（ａ）とは異なり、磁気飽和を促すＦ２を消すことができる。これにより、磁気回路全体のパーミアンスを効果的に向上させることができる。このように構成することで、その磁気回路特性を、過酷な高熱条件下でも保つことができる。

また、従来のＳＰＭロータにおけるラジアル磁石と比べて、磁石内部を通る磁石磁路が長くなる。そのため、磁石パーミアンスが上昇し、磁力を上げ、トルクを増強することができる。さらに、磁束がｄ軸の中央に集まることにより、正弦波整合率を高くすることができる。特に、ＰＷＭ制御により、電流波形を正弦波や台形波とする、又は１２０度通電のスイッチングＩＣを利用すると、より効果的にトルクを増強することができる。

以上詳述した第２実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

第２実施形態における磁石配列を採用した場合においても、磁石１３１，１３２だけで磁束漏れを抑制し、回転子４０の磁気回路を構成することが可能となる。つまり、磁石１３１，１３２だけでも回転子４０の磁気回路的役割を完結することが可能となる。

このため、イナーシャとなる磁石１３１，１３２を保持する回転子本体４１は、例えば金属磁性体ではなく、ＣＦＲＰのような合成樹脂であることが可能となる。回転子本体４１を金属磁性体ではなく、合成樹脂などにすることにより、イナーシャを最小限とすることが可能となり、その結果、片持ち構造を採用しても、イナーシャを抑制し、回転子４０の振れや振動を抑制できる。

（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

・上記実施形態では、固定子コア５２の外周面を凹凸のない曲面状とし、その外周面に所定間隔で複数の導線群８１を並べて配置する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、図２５に示すように、固定子コア５２は、固定子巻線５１の径方向両側のうち回転子とは反対側（図の下側）に設けられた円環状のヨーク部１４１と、そのヨーク部１４１から、周方向に隣り合う直線部８３の間に向かって突出するように延びる突起部１４２とを有している。突起部１４２は、ヨーク部１４１の径方向外側、すなわち回転子４０側に所定間隔で設けられている。固定子巻線５１の各導線群８１は、突起部１４２と周方向において係合しており、突起部１４２を位置決め部として用いつつ周方向に並べて配置されている。なお、突起部１４２が「巻線間部材」に相当する。

突起部１４２は、ヨーク部１４１からの径方向の厚さ寸法が、ヨーク部１４１に径方向に隣接する直線部８３の径方向の厚さ寸法の１／２（図のＨ１）よりも小さい構成となっている。こうした突起部１４２の厚さ制限により、周方向に隣り合う導線群８１（すなわち直線部８３）の間において突起部１４２がティースとして機能せず、ティースによる磁路形成がなされないようになっている。突起部１４２は、周方向に並ぶ各導線群８１の間ごとに全て設けられていなくてもよく、周方向に隣り合う少なくとも１組の導線群８１の間に設けられていればよい。突起部１４２の形状は、矩形状、円弧状など任意の形状でよい。

なお、回転軸１１の軸心を中心とし、かつヨーク部１４１に径方向に隣接する直線部８３の径方向の中心位置を通る仮想円を想定すると、突起部１４２は、その仮想円の範囲内においてヨーク部１４１から突出する形状、換言すれば仮想円よりも径方向外側（すなわち回転子４０側）に突出しない形状をなしているとよい。

上記構成によれば、突起部１４２は、径方向の厚さ寸法が制限されており、周方向に隣り合う直線部８３の間においてティースとして機能するものでないため、各直線部８３の間にティースが設けられている場合に比べて、隣り合う各直線部８３を近づけることができる。これにより、導体断面積を大きくすることができ、固定子巻線５１の通電に伴い生じる発熱を低減することができる。かかる構成では、ティースがないことで磁気飽和の解消が可能となり、固定子巻線５１への通電電流を増大させることが可能となる。この場合において、その通電電流の増大に伴い発熱量が増えることに好適に対処することができる。また、固定子巻線５１では、ターン部８４が、径方向にシフトされ、他のターン部８４との干渉を回避する干渉回避部を有することから、異なるターン部８４同士を径方向に離して配置することができる。これにより、ターン部８４においても放熱性の向上を図ることができる。以上により、固定子５０での放熱性能を適正化することが可能になっている。

また、固定子コア５２のヨーク部１４１と、回転子４０の磁石部４２（すなわち各磁石９１，９２）とが所定距離以上離れていれば、突起部１４２の径方向の厚さ寸法は、図２５のＨ１に縛られるものではない。具体的には、ヨーク部１４１と磁石部４２とが２ｍｍ以上離れていれば、突起部１４２の径方向の厚さ寸法は、図２５のＨ１以上であってもよい。例えば、直線部８３の径方向厚み寸法が２ｍｍを越えており、かつ導線群８１が径方向内外の２層の導線８２により構成されている場合に、ヨーク部１４１に隣接していない直線部８３、すなわちヨーク部１４１から数えて２層目の導線８２の半分位置までの範囲で、突起部１４２が設けられていてもよい。この場合、突起部１４２の径方向厚さ寸法が「Ｈ１×３／２」までになっていれば、導線群８１における導体断面積を大きくすることで、前記効果を少なからず得ることはできる。

また、固定子コア５２は、図２６に示す構成であってもよい。なお、図２６では、封止部５７を省略しているが、封止部５７が設けられていてもよい。図２６では、便宜上、磁石部４２及び固定子コア５２を直線状に展開して示している。

図２６の構成では、固定子５０は、周方向に隣接する導線８２（すなわち直線部８３）の間に、巻線間部材としての突起部１４２を有している。ここで、磁石部４２の１極分の範囲において固定子巻線５１の通電により励磁される突起部１４２の周方向の幅寸法をＷｔ、突起部１４２の飽和磁束密度をＢｓ、磁石部４２の１極分の周方向の幅寸法をＷｍ、磁石部４２の残留磁束密度をＢｒとする場合、突起部１４２は、
Ｗｔ×Ｂｓ≦Ｗｍ×Ｂｒ …（１）
となる磁性材料により構成されている。

詳しくは、本実施形態では、固定子巻線５１の３相巻線が分布巻であり、その固定子巻線５１では、磁石部４２の１極に対して、突起部１４２の数、すなわち各導線群８１の間となる間隙５６の数が「３×ｍ」個となっている。なお、ｍは導線８２の対数である。この場合、固定子巻線５１が各相所定順序で通電されると、１極内において２相分の突起部１４２が励磁される。したがって、磁石部４２の１極分の範囲において固定子巻線５１の通電により励磁される突起部１４２の周方向の幅寸法Ｗｔは、突起部１４２（つまり、間隙５６）の周方向の幅寸法をＡとすると、「２×Ａ×ｍ」となる。そして、こうして幅寸法Ｗｔが規定された上で、固定子コア５２において、突起部１４２が、上記（１）の関係を満たす磁性材料として構成されている。なお、幅寸法Ｗｔは、１極内において比透磁率が１よりも大きくなりえる部分の周方向寸法でもある。

なお、固定子巻線５１を集中巻とする場合には、固定子巻線５１において、磁石部４２の１極対（つまり２極）に対して、突起部１４２の数、すなわち各導線群８１の間となる間隙５６の数が「３×ｍ」個となっている。この場合、固定子巻線５１が各相所定順序で通電されると、１極内において１相分の突起部１４２が励磁される。したがって、磁石部４２の１極分の範囲において固定子巻線５１の通電により励磁される突起部１４２の周方向の幅寸法Ｗｔは、「Ａ×ｍ」となる。そして、こうして幅寸法Ｗｔが規定された上で、突起部１４２が、上記（１）の関係を満たす磁性材料として構成されている。

ちなみに、ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石、フェライト磁石といったＢＨ積が２０［ＭＧＯｅ（ｋＪ／ｍ^3）］以上の磁石ではＢｄ＝１．０強［Ｔ］、鉄ではＢｒ＝２．０強［Ｔ］である。そのため、高出力モータとしては、固定子コア５２において、突起部１４２が、Ｗｔ＜１／２×Ｗｍの関係を満たす磁性材料であればよい。

・上記実施形態では、固定子巻線５１を覆う封止部５７を、固定子コア５２の径方向外側において各導線群８１を全て含む範囲、すなわち径方向の厚さ寸法が各導線群８１の径方向の厚さ寸法よりも大きくなる範囲で設ける構成としたが、これを変更してもよい。例えば、図２７に示すように、封止部５７を、導線８２の一部がはみ出すように設ける構成とする。より具体的には、封止部５７を、導線群８１において最も径方向外側となる導線８２の一部を径方向外側、すなわち固定子５０側に露出させた状態で設ける構成とする。この場合、封止部５７の径方向の厚さ寸法は、各導線群８１の径方向の厚さ寸法と同じ、又はその厚さ寸法よりも小さいとよい。

・図２８に示すように、各導線群８１が封止部５７により封止されていない構成としてもよい。つまり、固定子巻線５１を覆う封止部５７を用いない構成とする。この場合、周方向に並ぶ各導線群８１の間は、ティースのない空隙となっている。

・固定子５０が固定子コア５２を具備していない構成としてもよい。この場合、固定子５０は、図１２に示す固定子巻線５１により構成されることになる。なお、固定子コア５２を具備していない固定子５０において、固定子巻線５１を封止材により封止する構成としてもよい。又は、固定子５０が、軟磁性材からなる固定子コア５２に代えて、合成樹脂等の非磁性材からなる円環状の巻線保持部を備える構成であってもよい。

・上記実施形態では、回転軸１１を、軸方向で回転電機１０の一端側及び他端側の両方に突出するように設けたが、これを変更し、一端側にのみ突出する構成としてもよい。この場合、回転軸１１は、軸受部２０により片持ち支持される部分を端部とし、その軸方向外側に延びるように設けられるとよい。本構成では、インバータユニット６０の内部に回転軸１１が突出しない構成となるため、インバータユニット６０の内部空間、詳しくは筒状部７１の内部空間をより広く用いることができることとなる。

・上記実施形態では、回転子４０において回転子本体４１の中間部４５を、軸方向に段差を有する構成としたが、これを変更し、図２９に示すように、中間部４５の段差を無くし、平板状としてもよい。

・上記実施形態では、固定子巻線５１の導線８２において導体８２ａを複数の素線８６の集合体として構成したが、これを変更し、導線８２として断面矩形状の角形導線を用いる構成としてもよい。また、導線８２として断面円形状又は断面楕円状の丸形導線を用いる構成としてもよい。

・上記実施形態では、固定子巻線５１において、回転軸１１を中心とする同一のピッチ円上となる位置の直線部８３同士をターン部８４により接続し、そのターン部８４が干渉回避部を備える構成としたが、これを変更してもよい。例えば、固定子巻線５１において、回転軸１１を中心とする異なるピッチ円上となる位置の直線部８３同士をターン部８４により接続する構成であってもよい。いずれにしろ、ターン部８４が、径方向にシフトされ、他のターン部８４との干渉を回避する干渉回避部を有する構成であればよい。

・固定子巻線５１の導線群８１において、径方向に重なる各導線８２の干渉を回避する構成として、ｎ層目とｎ＋１層目とでターン部８４における導線シフトの向きを逆にする構成や、ｎ層目とｎ＋１層目とで軸方向における導線シフト位置を相違させる構成を用いることも可能である。

・上記実施形態では、固定子５０の径方向内側にインバータユニット６０を設ける構成としたが、これに代えて、固定子５０の径方向内側にインバータユニット６０を設けない構成としてもよい。この場合、固定子５０の径方向内側となる内部領域を空間としておくことが可能である。また、その内部領域に、インバータユニット６０とは異なる部品を配することが可能である。

・回転電機１０において、ハウジング３０を具備しない構成としてもよい。この場合、例えばホイールや他の車両部品の一部において、回転子４０、固定子５０等が保持される構成であってもよい。

・図３０に示すように、インナロータ構造（内転構造）の回転電機に本発明を適用することも可能である。この場合、例えばハウジング３０内において、径方向外側から順に固定子５０、回転子４０が設けられ、回転子４０の径方向内側にインバータユニット６０が設けられているとよい。

・図３１に示すように、回転子４０に空冷フィン５００を備えてもよい。空冷フィン５００により、空気の流れを作り、熱を効果的に逃がすことができる。

・上記実施形態において、回転子４０として、表面磁石型（ＳＰＭ）の回転子を採用したが、埋め込み磁石型（ＩＰＭ）の回転子を採用してもよい。

・上記実施形態では、軸方向において回転子４０の中心側の軸受２２において、外輪２５に対して、軸方向から回転子４０側に与圧を加えてもよい。例えば、図３２に示すように、軸方向において、円環状のスペーサ２００を軸受２１と軸受２２との間に配置する。スペーサ２００は、軸受２２の外輪２５側に突出する円環状の凸部２００ａを有する。凸部２００ａの内径は、軸受２２の内輪２６の外径よりも大きく、外輪２５の外径よりも小さく構成されている。そして、保持部材２３の径方向内側に設けられた段差部２３ａとスペーサ２００との間に、皿バネなどの弾性部材２０１を介在させて、スペーサ２００に対して軸受２２側の押圧力を加える。これにより、軸受２２の外輪２５のみに、軸方向から回転子４０側に与圧を加えることができる。与圧を与えることにより、軸受２２内部のすきまをなくし、振動を低減することができる。

・上記実施形態では、２つの軸受２１，２２により、回転軸１１を支持したが、軸方向の位置が異なる３つ以上の軸受により回転軸１１を支持してもよい。

・上記実施形態において、軸受２１，２２の種類を任意に変更してもよく、例えば、ラジアル玉軸受に限らず、他の転がり軸受でもよく、また、すべり軸受などでもよい。

・上記実施形態において、回転子本体４１は、軸方向において軸受２１，２２の反対側に開口していたが、開口していなくてもよい。

・上記実施形態の中間部４５やハウジング３０において、軸方向に貫通する通気孔を設けてもよい。これにより、空気の流れが良くなり、放熱しやすくなる。

・上記実施形態の固定子巻線５１の導線８２の導体８２ａは、任意の導電材料で構成してよく、例えば、銅、アルミニウム及び銅合金であってもよい。

・上記実施形態において、固定子５０は、スロットレス構造を採用したが、スロットがあってもよい。

なお、この明細書における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

１０…回転電機、１１…回転軸、２１…軸受、２２…軸受、３０…ハウジング、４０…回転子、４１…回転子本体、４２…磁石部、５０…固定子、５１…固定子巻線。

Claims (9)

1. 中空部を有する筒状の回転子本体（４１）、及びその回転子本体に設けられた磁石部（４２）を有し、回転自在に支持された回転子（４０）と、
   複数の相巻線からなる固定子巻線（５１）を有し、前記回転子に対して同軸で対向配置された固定子（５０）と、
   前記固定子を固定するハウジング（３０）と、
   前記ハウジングに設けられ、前記回転子の回転軸を回転可能に支持する軸受（２１，２２）と、を備えた回転電機（１０）であって、
   前記回転軸は、前記回転軸の軸方向において位置が異なる複数の前記軸受により、回転可能に支持され、
   複数の前記軸受は、前記軸方向における前記回転子の中央よりも前記軸方向のいずれか一方側に配置されており、
   前記回転子本体は、筒状であり、且つ前記回転軸が挿通される固定部を有し、
   前記固定部は、前記回転軸と一体回転するように前記回転軸が固定された状態で、前記軸受を介して前記ハウジングに対して回転可能に固定されており、
   前記固定部の径方向外側に前記軸受が配置されており、
   複数の前記軸受は、ラジアル玉軸受であり、それぞれ外輪と、内輪と、それら外輪及び内輪の間に配置された複数の玉とを有しており、
   複数の前記軸受のうち前記軸方向における前記回転子の中央側の軸受（２２）の方が、その逆側の軸受（２１）よりも、外輪及び内輪と玉との間の隙間寸法が大きいものとなっており、
   軸方向において前記回転子の中央側の前記軸受の外輪だけに、軸方向から与圧を加える予圧部材（２００）が設けられている回転電機。
2. 中空部を有する筒状の回転子本体（４１）、及びその回転子本体に設けられた磁石部（４２）を有し、回転自在に支持された回転子（４０）と、
   複数の相巻線からなる固定子巻線（５１）を有し、前記回転子に対して同軸で対向配置された固定子（５０）と、
   前記固定子を固定するハウジング（３０）と、
   前記ハウジングに設けられ、前記回転子の回転軸を回転可能に支持する軸受（２１，２２）と、を備えた回転電機（１０）であって、
   前記回転軸は、前記回転軸の軸方向において位置が異なる複数の前記軸受により、回転可能に支持され、
   複数の前記軸受は、前記軸方向における前記回転子の中央よりも前記軸方向のいずれか一方側に配置されており、
   前記回転子本体は、筒状であり、且つ前記回転軸が挿通される固定部を有し、
   前記固定部は、前記回転軸と一体回転するように前記回転軸が固定された状態で、前記軸受を介して前記ハウジングに対して回転可能に固定されており、
   前記固定部の径方向外側に前記軸受が配置されており、
   複数の前記軸受のうち、前記軸方向における前記回転子の中央側の軸受（２２）は、前記軸方向において前記ハウジングの内部に配置されており、他の軸受（２１）は、前記ハウジングの外部に配置されている回転電機。
3. 前記回転子は、前記回転子本体に磁石部としての永久磁石（９１，９２，１３１，１３２）が固定される表面磁石型の回転子である請求項１又は２に記載の回転電機。
4. 前記永久磁石は、磁化方向を前記回転軸の径方向とする第１磁石（１３１）と、磁化方向を前記回転軸の周方向とする第２磁石（１３２）とを有しており、前記周方向に所定間隔で前記第１磁石が配置されるとともに、前記周方向において隣り合う前記第１磁石の間に第２磁石が配置されている磁石配列を用いて構成されている請求項３に記載の回転電機。
5. 前記永久磁石は、極異方性の磁石（９１，９２）である請求項３に記載の回転電機。
6. 前記回転子は、前記固定子よりも径方向外側に配置されるアウタロータ構造である請求項１～５のうちいずれか１項に記載の回転電機。
7. 前記回転子本体は、
   前記磁石部が固定される筒状の磁石保持部と、
   前記磁石保持部よりも小径の筒状であり、且つ前記回転軸が挿通される固定部と、
   前記磁石保持部及び前記固定部を繋ぐ中間部と、を有し、
   前記固定部は、前記回転軸と一体回転するように前記回転軸が固定された状態で、前記軸受を介して前記ハウジングに対して回転可能に固定されており、
   前記中間部は、前記回転子の径方向の内側と外側との間で前記軸方向の段差を有し、
   前記軸方向において前記磁石保持部と前記固定部とが一部重複している請求項１～６のうちいずれか１項に記載の回転電機。
8. 前記回転子は空冷フィンを備えている請求項１～７のうちいずれか１項に記載の回転電機。
9. 前記回転子本体は、前記軸方向において、前記軸受が配置される側とは反対側において、開口している請求項１～８のうちいずれか１項に記載の回転電機。

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