JP7200585B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に関する。

特許文献１には、コイル巻線を有する固定子と、固定子に対して回転可能に支持された回転子とを備えた回転電機が開示されている。また、特許文献１では、ハルバッハ配列された永久磁石列の間にコイル巻線を配置し、このコイル巻線を非磁性体のモールド部材で成型したスロットレス構造とされている。

特開２０１２－１７５７５５号公報

ところで、大型のモータでは導体に対して過大な吸引反発力が作用する。このため、スロット内に導体を保持できないスロットレス構造では、吸引反発力により導体が移動してモータの駆動安定性に影響を与える可能性がある。

本発明は上記事実を考慮し、スロットレスモータにおいて、駆動安定性を確保することができる回転電機を得ることを目的とする。

本発明に係る回転電機は、
複数の導線部（２２）を備えた固定子（１６、９１、１５０）と、前記固定子に対して回転自在に支持されると共に、回転方向に沿って磁石部（２８Ａ、２８Ｂ、９７Ａ、９７Ｂ）が配列された回転子（１４、９６、１４０）とを備える回転電機であって、前記固定子は、前記磁石部と対向する面（１８Ａ、９８Ａ）を備えるとともに、前記磁石部と対向する面に、前記回転子の回転軸の軸方向に延びる平坦な部位が複数設けられ、更に、前記固定子の周方向における前記各導線部の間に導線間部材（５７，１４２，１４３）を設け、かつその導線間部材として、１磁極における前記導線間部材の周方向の幅寸法をＷｔ、前記導線間部材の飽和磁束密度をＢｓ、１磁極における前記磁石部の周方向の幅寸法をＷｍ、前記磁石部の残留磁束密度をＢｒとした場合に、Ｗｔ×Ｂｓ≦Ｗｍ×Ｂｒの関係となる磁性材料、若しくは非磁性材料を用いる構成か、又は周方向における前記各導線部の間に導線間部材を設けていない構成となっているとともに、前記固定子の前記平坦な部位に前記回転子の回転方向に沿って前記導線部が複数配列されており、前記導線部は、回転軸方向から見て一極一相あたりの径方向の寸法が周方向の寸法よりも小さく形成されている。

本発明に係る回転電機によれば、ハウジングに対して回転子が回転自在に支持されており、この回転子には、回転方向に沿って磁石部が配列されている。また、回転子の内周側又は外周側には固定子が配置されている。ここで、固定子における磁石部と対向する面には、回転子の回転軸の軸方向に延びる平坦な部位が複数設けられている。さらに、固定子の周方向における各導線部の間に導線間部材を設け、かつその導線間部材として、１磁極における導線間部材の周方向の幅寸法をＷｔ、導線間部材の飽和磁束密度をＢｓ、１磁極における磁石部の周方向の幅寸法をＷｍ、磁石部の残留磁束密度をＢｒとした場合に、Ｗｔ×Ｂｓ≦Ｗｍ×Ｂｒの関係となる磁性材料、若しくは非磁性材料を用いる構成か、又は周方向における各導線部の間に導線間部材を設けていない構成となっているとともに、固定子の平坦な部位に回転子の回転方向に沿って導線部が複数配列されている。これにより、導線部を平面に固定することができ、導線部を曲面に固定する構造などと比較して、導線部の移動を抑制することができる。

また、導線部の固定子に対する固定面が平面状に形成されている。これにより、導線部を固定子に面接触させた状態で固定することができ、導線部の保持状態を良好に維持することができる。また、導線部を固定子に面接触させることで、導線部と固定子との接触面積を大きく確保することができ、熱伝導性を向上させることができる。

第１実施形態に係る回転電機を回転軸方向と直交する方向から見た縦断面図である。 図１の２－２線で切断した状態を示す、回転軸方向から見た横断面図である。 第１実施形態に係る回転電機を構成する巻線の斜視図である。 第１実施形態に係る導体を一部破断させて概略的に示す斜視図である。 第１実施形態に係る固定子鉄心及び導体を拡大した拡大斜視図である。 第１実施形態に係る回転電機の変形例を示す、図５に対応する拡大斜視図である。 第２実施形態に係る回転電機を回転軸方向と直交する方向から見た縦断面図である。 図７の８－８線で切断した状態を示す、回転軸方向から見た横断面図である。 第２実施形態に係る回転電機の第１変形例を回転軸方向から見た横断面図である。 第２実施形態に係る回転電機の第２変形例を回転軸方向から見た横断面図である。 第３実施形態に係る回転電機の横断面斜視図である。 第３実施形態に係る回転電機の分解図である。 回転電機の制御システムを示す電気回路図である。 回転電機の電流フィードバック制御処理を示すブロック図である。 別の変形例における固定子の断面図である。 別の変形例における固定子の断面図である。

＜第１実施形態＞
以下、図面を参照して、第１実施形態に係る回転電機１０について説明する。図１、２に示されるように、本実施形態の回転電機１０は、同期式多相交流モータであり、外側が回転するアウタロータ構造となっている。なお、図１は、回転電機１０を回転軸方向（すなわち、回転中心軸ＣＬに沿った方向）と直交する方向から見た縦断面図であるが、説明の便宜上、回転中心軸ＣＬに対して一方側の断面のみを図示している。また、回転中心軸ＣＬに対して他方側の断面は、回転中心軸ＣＬを挟んで一方側と対称の構造とされている。図２は、回転電機１０を回転軸方向から見た横断面図であるが、説明の便宜上、断面の四分の一の領域のみを図示している。また、図２ではハウジング２４の図示を省略している。

回転電機１０は、回転中心軸ＣＬに沿って延在された回転軸１２を備えている。回転軸１２は、略円柱状に形成されており、後述するハウジング２４に対して回転中心軸ＣＬ周りに回転自在に支持されている。そして、回転電機１０は、この回転軸１２と同軸上に配置された回転子１４、固定子１６、巻線２１、ハウジング２４及び電気コンポーネント３０を含んで構成されている。

回転子１４は、略円筒状に形成されており、回転軸１２の外周面に取り付けられている。このため、回転子１４は、回転軸１２を介してハウジング２４に回転自在に支持されている。また、回転子１４は、回転軸１２から径方向外側へ延在された腕部１４Ａと、腕部１４Ａの先端から回転軸方向に延在された磁石取付部１４Ｂとを含んで構成されている。

磁石取付部１４Ｂは、ハウジング２４と固定子１６との間に位置している。また、図２に示されるように、磁石取付部１４Ｂの内周面１４Ｃは、回転軸方向から見て多角形状に形成されている。本実施形態では一例として、内周面１４Ｃが回転軸方向から見て正十六角形に形成されている。なお、ここでいう正十六角形とは、厳密に各辺の長さが同一とされた形状に限定されず、製造誤差や設計誤差等によって各辺の長さが僅かに異なる形状とされた構造も含む。後述する固定子１６における正多角形についても同様である。

ここで、磁石取付部１４Ｂの内周面１４Ｃには磁石部２８が設けられている。磁石部２８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２８部Ａ及び第２磁石２８部Ｂを有している。第１磁石部２８Ａ及び第２磁石部２８Ｂは周方向に交互に配置されている。第１磁石部２８Ａは、回転子１４においてＮ極となる磁石であり、第２磁石部２８Ｂは、回転子１４においてＳ極となる磁石である。第１磁石部２８Ａ及び第２磁石部２８Ｂ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。図２の矢印は、第１磁石部２８Ａ及び第２磁石部２８Ｂの磁化方向を示すものである。図８～１０の矢印も同様である。

本実施形態では、永久磁石として、残留磁束密度Ｂｒが１．０Ｔ以上であり、保磁力ｂＨｃが４００ｋＡ／ｍ以上のものを想定している。５０００～１００００ＡＴが相間励磁により掛かるものであるから、１極対で２５ｍｍの永久磁石を使えば、ｂＨｃ＝１００００Ａ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１．０Ｔ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。

ここで、第１磁石部２８Ａ及び第２磁石部２８Ｂは、中央と端部とで磁化容易軸が異なる方向に向いている。具体的には、磁極中心をｄ軸とすると、磁石部２８では、第１磁石部２８Ａ及び第２磁石部２８Ｂのそれぞれのｄ軸付近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。

回転子１４の径方向内側（すなわち、内周側）には、固定子１６が配設されている。図１に示されるように、固定子１６は、固定子鉄心１８とヒートシンク２０とを含んで構成されている。また、固定子１６は、電気コンポーネント３０を介してハウジング２４に固定されている。固定子１６の詳細については後述する。

ハウジング２４は、回転電機１０の外殻を構成しており、略円筒状の周壁部２４Ａを備えている。また、周壁部２４Ａの一端部から回転中心軸ＣＬへ向かって一端面部２４Ｂが延在されており、この一端面部２４Ｂの回転軸１２側の端部が第１軸受部３２を介して回転軸１２に支持されている。第１軸受部３２は、回転軸１２側が圧入される内輪３２Ａとハウジング２４側が圧入される外輪３２Ｂと、内輪３２Ａと外輪３２Ｂとの間に配置された複数の球体３２Ｃとを含んで構成されている。

周壁部２４Ａの他端部から回転中心軸ＣＬへ向かって他端面部２４Ｃが延在されており、この他端面部２４Ｃには電気コンポーネント３０が取り付けられている。また、他端面部２４Ｃには、ハウジング２４の外部と内部とを連通する呼吸孔２４Ｄが形成されている。呼吸孔２４Ｄは、他端面部２４Ｃに複数形成された円孔であり、それぞれの呼吸孔２４Ｄはフィルタ３４によって閉塞されている。このため、空気は連通するが、ハウジング２４の内部に水分は浸入しない構造となっている。

次に、固定子１６の詳細について説明する。図２に示されるように、固定子１６の径方向外側は、固定子鉄心１８によって構成されている。固定子鉄心１８は、軟磁性材からなる積層鋼板によって略円環状に形成されており、この固定子鉄心１８の外周面には、導線部２２を略筒状に巻回形成して構成された巻線２１が設けられている。

図３に示されるように、巻線２１は、軸方向一端側から順に、コイルエンド部２１Ａ、コイルサイド部２１Ｂ及びコイルエンド部２１Ｃを備えている。コイルサイド部２１Ｂは、固定子鉄心１８の径方向外側に位置する部分であり、磁石部２８と径方向に対向して配置されている。

また、コイルサイド部２１Ｂでは、導線部２２が直接状に延在されており、コイルエンド部２１Ａ、２１Ｃは、導線部２２が略Ｖ字状に形成されたターン部によって互いに接続されている。

図４に示されるように、巻線２１を構成する導線部２２は、表面が絶縁被膜３６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部２２同士の間、及び導線部２２と固定子鉄心１８との間においてそれぞれ絶縁性が確保されている。この絶縁被膜３６は、後述する素線３８が自己融着被覆線であるならその皮膜、又は、素線３８の皮膜とは別に重ねられた絶縁部材で構成されている。

導線部２２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３６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。本実施形態では、複数の素線３８の集合体として導体４０が構成されており、この導体４０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部２２が相互に固着されている。これにより、導線部２２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。

具体的には、導体４０は、複数の素線３８を撚ることで撚糸状に形成された部位を備えている。また、素線３８は、細い繊維状の導電材を束ねた複合体として構成されている。例えば、素線３８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３８の表面は、エナメルなどの高分子絶縁層で覆われている。ポリイミドの被膜やアミドイミドの被膜からなる、いわゆるエナメル被膜であることが好ましい。

また、導体４０は、複数の素線３８が撚り合わされて構成されているため、各素線３８での渦電流の発生が抑えられ、導体４０における渦電流の低減を図ることができる。さらに、各素線３８が捻られていることで、１本の素線３８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、渦電流の低減を図ることができる。特に、素線３８を繊維状の導電材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。なお、ここでいう素線３８同士の絶縁方法は、前述の高分子絶縁膜に限定されず、接触抵抗を利用し撚られた素線３８間で電流が流れにくくする方法であってもよい。すなわち、撚られた素線３８間の抵抗値が、素線３８そのものの抵抗値よりも大きい関係であれば、発生する電位差により、高分子絶縁膜を用いた場合と同等の効果を得ることができる。例えば、素線３８を作成する製造設備と、回転電機１０の電機子を作成する製造設備とを別の非連続の設備として作成することで、移動時間などから素線３８は酸化し、接触抵抗を増やすことができ、好適である。

また、巻線２１は、断面が扁平矩形状をなす複数の導線部２２が径方向に並べて配置されて構成されている。すなわち、導線部２２は、回転軸方向から見て一極一相あたりの径方向の寸法が周方向の寸法よりも小さく形成されている。各導線部２２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、径方向の薄肉化を図るとともに、ティースが従来あった領域まで導体領域を延ばすことができる。このように、導線部２２を周方向に扁平化して導体４０の断面積を稼ぐことで、導線部２２の発熱量の増加を抑えている。なお、複数の導線部２２を周方向に並べ、それらを並列結線とする構成であっても、同様の効果が得られる。

上述した通り、導線部２２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いる。例えば、導線部２２は、融着層と絶縁層とを備えた自己融着被覆線で被覆された複数の素線８６を撚った状態で集合させ、その融着層同士を融着させることで形状を維持している。なお、融着層を備えない素線や自己融着被覆線の素線を撚った状態で合成樹脂等により所望の形状に固めて成形してもよい。もし、導線部２２における絶縁被膜３６の厚さを例えば８０μｍとし、導線部の被膜厚さよりも厚肉とした場合、導線部２２と固定子鉄心１８との間に絶縁紙等を介在させることをしなくても、導線部２２と固定子鉄心１８との絶縁性が確保することができる。なお、一般的に用いられる導線の被膜厚さは５～４０μｍである。

各導線部２２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、巻線２１として相ごとの相巻線が形成されている。巻線２１は、各導線部２２のうち軸方向に直線状に延びる直線部によりコイルサイド部２１Ｂが形成され、軸方向においてコイルサイド部２１Ｂよりも両外側に突出するターン部によりコイルエンド部２１Ａ及びコイルエンド部２１Ｃが形成されている。各導線部２２は、直線部とターン部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。直線部は、磁石部２８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２８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同士が、ターン部により互いに接続されている。

本実施形態の巻線２１は、各相２対ずつの導線部２２を用いて相ごとの巻線を構成しており、巻線２１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、導線部２２の対数をｍとすれば、極対ごとに２×Ｓ×ｍ＝２Ｓｍ個の導体４０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（すなわち、１６極）の回転電機であることから、極対ごとに２×３×２×８＝９６の導体４０が周方向に配置されている。

導体４０は、３相の全節ピッチの１６極相当の巻線ルールで構成され、１極１相当たりの導体数は２である。すなわち、電気１周期の導体配列はそれぞれ、Ｕ１＋、Ｕ２＋、Ｗ１－、Ｗ２－、Ｖ１＋、Ｖ２＋、Ｕ１－、Ｕ２－、Ｗ１＋、Ｗ２＋、Ｖ１－，Ｖ２－の順で並んでおり、これが再帰的に８回配列されている。

ここで、本実施形態では、固定子鉄心１８における磁石部２８と対向する外周面１８Ａが回転軸方向から見て多角形状とされており、本実施形態では一例として、正四十八角形に形成されている。具体的には、図５に示されるように、固定子鉄心１８の外周面１８Ａは、複数の平面部によって構成されており、隣り合う平面部の間に稜線１８Ｂが形成されている。そして、１つの平面部に対して、周方向に２つの導線部２２が隣接して配置されている。すなわち、固定子鉄心１８の多角形状を構成する平面部にそれぞれ固定されている。

また、上述した通り、導線部２２は、径方向に２つ隣接して配置されている。このため、外周面１８Ａを構成する１つの平面部に対して、４つの導線部２２が配置されている。なお、平面部の間に稜線１８Ｂが形成されていない構造としてもよい。この場合、隣り合う平面部間が曲面によって連結された構造を採用してもよい。

一方、外周面１８Ａに固定されている導線部２２は、周方向に沿って固定子鉄心１８の外周面１８Ａに空隙を介して複数配列されている。このため、導線部２２同士の隙間の比透磁率が１．０に近い状態となっている。また、導線部２２における固定面２２Ａは、平面状に形成されている。このため、導線部２２の固定面２２Ａと固定子鉄心１８の外周面１８Ａとは、平面部同士が面接触した状態で固定されている。

図２に示されるように、固定子鉄心１８の外周面１８Ａが回転軸方向から見て多角形状に形成されている一方で、回転子１４側の磁石部２８の表面は、回転軸方向から見て円形に形成されている。このため、回転子１４と固定子１６との間の間隔は、回転方向に変化している。

具体的には、回転子１４と固定子１６との間の間隔は、回転方向に周期的に変化している。すなわち、図５において、固定子鉄心１８の外周面１８Ａに形成された稜線１８Ｂの部分が最も回転子１４との間隔が狭くなるように構成されている。

図１、図２に示されるように、固定子鉄心１８の径方向内側には、ヒートシンク２０が設けられており、固定子１６の内周面２０Ｂを含む一部がヒートシンク２０によって構成されている。

ヒートシンク２０は、中空の略円筒状に形成されており、このヒートシンク２０の内部には冷媒に相当する冷却水の流路２０Ａが形成されている。流路２０Ａは、環状に形成されており、図示しないウォータポンプによって流路２０Ａ内の冷却水が循環するように構成されている。

ここで、ヒートシンク２０の内周面２０Ｂ、すなわち、固定子１６の内周面２０Ｂは、回転軸方向から見て多角形状とされており、本実施形態では一例として、正十二角形に形成されている。そして、この内周面２０Ｂにはそれぞれ、電気コンポーネント３０を構成する半導体モジュール２６が固定されており、半導体モジュール２６の固定面２６Ａは、平面状に形成されている。

また、本実施形態では、相数をｍとすると、ヒートシンク２０における多角形状を構成する内周面２０Ｂのそれぞれの回転方向に沿った長さは、外周面１８Ａのそれぞれの回転方向に沿った長さのｍ面分から２ｍ面分の間の長さとされている。本実施形態では、３相モータであるため、内周面２０Ｂの一辺の長さは、外周面１８Ａの一辺の長さの３倍から６倍とされている。

以下、電気コンポーネント３０について説明する。図１に示されるように、電気コンポーネント３０は、インバータ回路を構成する半導体モジュール２６、制御基板４２及びコンデンサモジュール４４と、これらを保持する保持部材とを含んで構成されている。また、電気コンポーネント３０は、保持部材が第２軸受部４６を介して回転軸１２に支持されている。第２軸受部４６は、回転軸１２側が圧入される内輪４６Ａと電気コンポーネント３０側が圧入される外輪４６Ｂと、内輪４６Ａと外輪４６Ｂとの間に配置された複数の球体４６Ｃとを含んで構成されている。

図２に示されるように、コンデンサモジュール４４は、中空円筒状に形成されて回転軸１２の周りに配置されている。コンデンサモジュール４４は、互いに並列接続された平滑用のコンデンサ４４Ａを複数備えている。具体的には、コンデンサ４４Ａ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、横断面が略台形状を成している。コンデンサモジュール４４は、１２個のコンデンサ４４Ａ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４４Ａ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る。そして、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４４Ａが作製される。

半導体モジュール２６は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）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２６が電気コンポーネント３０に設けられている。

半導体モジュール２６は、ヒートシンク２０とコンデンサモジュール４４との間に挟まれた状態で配置されている。また、半導体モジュール２６の外周面は、ヒートシンク２０の内周面２０Ｂに固定される固定面２６Ａとされており、この固定面２６Ａは平面状に形成されている。このため、半導体モジュール２６の固定面２６Ａとヒートシンク２０の内周面２０Ｂとは、平面部同士が面接触した状態で固定されている。

図１に示されるように、コンデンサモジュール４４よりも回転軸方向の一方側には、制御基板４２が配置されている。制御基板４２は、ハウジング２４に固定されており、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）を有している。そして、ボード上には、各種ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）や、マイコン等からなる制御装置が実装されている。

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１３に示されるように、巻線２１として２組の３相巻線５０Ａ及び３相巻線５０Ｂが示されており、３相巻線５０ＡはＵ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線を含んで構成されている。また、３相巻線５０Ｂは、Ｘ相巻線、Ｙ相巻線及びＺ相巻線を含んで構成されている。

３相巻線５０Ａ側には第１インバータ５２が設けられており、３相巻線５０Ｂ側には第２インバータ５４が設けられている。第１インバータ５２及び第２インバータ５４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いる。そして、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、巻線２１の各相巻線において通電電流が調整される。

第１インバータ５２及び第２インバータ５４には、直流電源５６と平滑用のコンデンサ５８とが並列に接続されている。直流電源５６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、第１インバータ５２及び第２インバータ５４の各スイッチが、図２等に示す半導体モジュール２６に相当し、コンデンサ５８が、図２等に示すコンデンサモジュール４４に相当する。

制御装置６０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、第１インバータ５２及び第２インバータ５４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。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１４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６０は、第１インバータ５２及び第２インバータ５４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５２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５６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５６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５４は、第１インバータ５２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５６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５６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１４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１４において、電流指令値設定部６２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軸付近の電流指令値とｑ軸の電流指令値とを設定する。なお、電流指令値設定部６２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。また、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。また、ｑ軸は、磁極境界である。

ｄｑ変換部６４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軸付近の電流とｑ軸電流とに変換する。

電流フィードバック制御部６６は、ｄ軸付近の電流を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６８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ｄ軸フィードバック制御部６６及びｑ軸フィードバック制御部６８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７０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、上記の電流指令値設定部６２、ｄｑ変換部６４、ｄ軸電流フィードバック制御部６６、ｑ軸電流フィードバック制御部６８及び３相変換部７０は、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る。また、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７２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、図１３の第１インバータ５２の操作信号を生成する。具体的には、操作信号生成部７２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７６は、相ごとに設けられた電流センサによる電流検出値を、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７７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７８はｑ軸の指令電圧を算出する。３相変換部８０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８２は、３相の指令電圧に基づいて、図１３の第２インバータ５４の操作信号を生成する。具体的には、操作信号生成部８２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（すなわち、デューティ信号）を生成する。

ドライバ７４は、操作信号生成部７２及び操作信号生成部８２にて生成されたスイッチ操作信号に基づいて、第１インバータ５２及び第２インバータ５４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、第１インバータ５２及び第２インバータ５４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６０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。

（作用）
次に、本実施形態の作用について説明する。

図２に示されるように、本実施形態に係る回転電機１０によれば、回転子１４の回転方向に沿って第１磁石部２８Ａ及び第２磁石部２８Ｂが配列されている。また、回転子１４の内周側には固定子鉄心１８が配置されている。ここで、固定子鉄心１８における磁石と対向する外周面１８Ａは、回転子１４の回転軸方向から見て多角形状とされている。さらに、固定子鉄心１８の外周面１８Ａには、回転子１４の回転方向に沿って導線部２２が複数配列されており、これらの導線部２２は、空隙を介して配列されている。また、導線部２２はそれぞれ固定子鉄心１８の多角形状を構成する面に固定されている。これにより、導線部２２を平面に固定することができ、導線部２２を曲面に固定する構造などと比較して、導線部２２の移動を抑制することができる。

特に、本実施形態では、固定子鉄心１８にスロットが設けられていないため、固定子鉄心１８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。例えば、一般的な車両用回転電機では、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以下となっている。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巻線２１が構成されている。ここで、図５に示すように、周方向において導線部２２が配置された導線領域をＷＡ、隣り合う導線部２２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。

ところで、回転電機１０のトルクは、導体４０の径方向の厚さに略反比例する。本実施形態では、固定子鉄心１８の径方向外側において導体４０の厚さを薄くしたことにより、回転電機１０のトルクを増加させることができる。その理由としては、回転子１４の磁石部２８から固定子鉄心１８まで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鉄心１８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。

また、本実施形態では、図５に示されるように、導線部２２の固定面２２Ａが平面状に形成されている。これにより、導線部２２を固定子鉄心１８に対して面接触させた状態で固定することができ、導線部２２の保持状態を良好に維持することができる。また、面接触させることで、導線部２２と固定子鉄心１８との接触面積を大きく確保することができ、熱伝導性を向上させることができる。例えば、２００Ａ級のモータで、導体４０の断面積が１０ｍｍ^２程度となる場合、３ｍｍ程度の平角線が採用される。このとき、導線部２２と固定子鉄心１８とを面接触させることで、３ｍｍ程度の接触面の幅を確保することができ、効率的に発熱の放散を行うことができる。

さらに、本実施形態の導線部２２は、図４に示されるように、複数の素線３８が撚られて形成された部位を備えた導体４０を含んで構成されている。これにより、導体４０中に発生する高周波渦電流損を低減させることができる。また、銅損の増加を抑制することができ、スロットレスモータの効率を向上させることができる。

さらにまた、本実施形態では、図２に示されるように、固定子１６が回転子１４の内周側に配置されたアウタロータ構造となっており、この固定子１６の外周面１８Ａに導線部２２が固定され、固定子１６の内周面２０Ｂに半導体モジュール２６が固定されている。これにより、回転電機１０の主な発熱体である導線部２２と半導体モジュール２６とを抱き合わせで一カ所に固定して発熱を集中させることで、冷却機能も一カ所に集約することができ、冷却機構の小型化を図ることができる。すなわち、固定子１６を冷却することで、導線部２２及び半導体モジュール２６の両方を冷却することができる。

また、固定子１６の内周面２０Ｂが回転軸方向から見て多角形状とされており、半導体モジュール２６の固定面２６Ａが平面状に形成されて内周面２０Ｂとが面接触した状態で固定されている。これにより、固定子１６の内周面２０Ｂが回転軸方向から見て円形状に形成された構成と比較して、半導体モジュール２６と固定子１６との接触面積を広く確保することができ、効率的に発熱の放散を行うことができる。

さらに、固定子１６の内周側がヒートシンク２０によって構成されており、このヒートシンク２０の内部には、冷却水が流れる流路２０Ａが設けられている。これにより、導線部２２及び半導体モジュール２６から発生した熱を冷却水に吸熱させることができ、効果的に冷却を行うことができる。このとき、必要に応じて、流路２０Ａに放熱面積を増やすためのフィンを設けてもよい。

さらにまた、本実施形態では、相数をｍとしたときに、固定子１６における内周面２０Ｂのそれぞれの回転方向に沿った長さが、外周面１８Ａのそれぞれの回転方向に沿った長さのｍ面分から２ｍ面分の間の長さとなっている。ここで、一般的に１つのパワーモジュール（すなわち、半導体モジュール）は、ｍ相モータの１相分の上下アームのトランジスタが１パッケージに集積されたものが多い。そして、このトランジスタをｍ個から２ｍ個並列して１つのインバータを構成することが知られている。つまり、１つのパワーモジュールには常時１相分の電流しか流れていないことになる。

一方、固定子１６の導体グループは、３グループから６グループで３相分を構成している。つまり、多角形のｍ面分から２ｍ面分でｍ相分に相当することとなる。本実施形態のように３相の場合、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相にＩｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝ゼロの電流がバランスよく流れている。従って、冷却機構を備えたヒートシンク２０を挟んで１枚のパワーモジュールと３相分の導体グループとが対峙してれば、各パワーモジュールに導体グループ３相分の均等な発熱量が割り振られることになる。この結果、冷却性能のアンバランスを解消することができ、冷却機構を小型化することができる。

また、本実施形態では、回転子１４と固定子１６との間の間隔が回転方向に変化するように構成されている。すなわち、本実施形態では、固定子１６の外周面１８Ａが回転軸方向から見て多角形状に形成されており、回転子１４側では、磁石部２８の表面が回転軸方向から見て円形状に形成されているため、この間の間隔が回転方向に変化している。これにより、回転子１４が回転することで回転方向に圧力変動が生じ、回転子１４と固定子１６との間に空気の流れが発生する。この結果、露出した導線部２２に周囲の空気が吹き付けられ、効果的に導線部２２を冷却することができる。

特に、本実施形態では、回転子１４と固定子１６との間隔が周期的に変化している。これにより、回転子１４と固定子１６との間隔が非周期的である構造と比較して、電磁振動騒音などのノイズが発生するのを抑制することができる。

さらに、本実施形態では、ハウジング２４の他端面部２４Ｃに呼吸孔２４Ｄが形成されているため、ハウジング２４内の熱をハウジング２４の外部へ放出させることができる。

なお、上記実施形態では、図５に示されるように、隣り合う導線部２２の間に空気しか介在されていないが、これに限定されず、図６に示される変形例の構造を採用してもよい。

（第１実施形態の変形例）
図６に示されるように、本変形例では、巻線２１が合成樹脂材からなる封止部材２３によって封止されており、この封止部材２３が非磁性体で形成された導線間部材に相当する。

封止部材２３は、導線部２２の間に充填されており、この封止部材２３が絶縁部材として機能する。また、封止部材２３は、固定子鉄心１８の径方向外側に設けられており、導線部２２の径方向の厚さ寸法よりも厚いため、導線部２２が封止部材２３の内部に配置された構造となっている。

なお、図示はしないが、封止部材２３は、巻線２１のターン部を含む範囲で設けられており、インバータ回路との接続端子を除いて巻線２１の略全体が封止部材２３で樹脂封止されている。

本変形例のように、封止部材２３が固定子鉄心１８の端面を含む範囲で設けられた構成では、封止部材２３によって固定子鉄心１８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、封止部材２３を用いて積層鋼板の積層状態を保持することができる。なお、固定子鉄心１８の内周面を含む固定子鉄心１８の全体を樹脂封止する構成であってもよい。

また、回転電機１０が車両動力源として使用される場合には、封止部材２３の材質として、高耐熱のフッ素樹脂や、エポキシ樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、ＬＣＰ（液晶ポリマー）樹脂、シリコン樹脂、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）樹脂、ＰＩ（ポリイミド）樹脂等を含んで構成されていることが好ましい。また、封止部材２３を巻線２１の絶縁被膜３６と同じ材質にすれば、膨張差による割れを抑制することができる。一方、電気自動車のように、エンジンなどの内燃機関を持たない車両に適用する場合は、耐熱性を持つＰＰＯ（ポリプロピレンオキシド）樹脂やフェノール樹脂、ＦＲＰ（繊維強化樹脂）等を含んで封止部材２３を構成してもよい。

さらに、１磁極における封止部材２３の周方向の幅寸法をＷｔ、封止部材２３の飽和磁束密度をＢｓとし、１磁極における磁石部２８の周方向の幅寸法をＷｍ、磁石部２８の残留磁束密度をＢｒとした場合に、Ｗｔ×Ｂｓ≦Ｗｍ×Ｂｒの関係式を満たしていることが好ましい。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る回転電機９０について説明する。なお、第１実施形態と同様の構造については同じ符号を付し、適宜説明を省略する。

図７に示されるように、本実施形態の回転電機９０は、内側が回転するインナロータ構造となっている点で第１実施形態と異なっている。具体的には、回転電機９０は、回転中心軸ＣＬに沿って延在された回転軸９２を備えている。回転軸９２は、略円柱状に形成されており、後述するハウジング９４に対して回転中心軸ＣＬ周りに回転自在に支持されている。そして、回転電機１０は、この回転軸９２と同軸上に配置された回転子９６、固定子９１、巻線２１及びハウジング９４を含んで構成されている。なお、図７では、説明の便宜上、回転中心軸ＣＬに対して一方側の回転電機９０の断面のみを図示している。また、回転中心軸ＣＬに対して他方側の断面は、回転中心軸ＣＬを挟んで一方側と対称の構造とされている。

回転子９６は、略円環状に形成されており、回転軸９２の外周面に取り付けられている。また、図８に示されるように、回転子９６の外周面９６Ａは、回転軸方向から見て多角形状に形成されている。本実施形態では一例として、外周面９６Ａが回転軸方向から見て正十六角形に形成されている。そして、この外周面９６Ａには磁石部９７が設けられている。なお、図８～１０では、説明の便宜上、回転電機９０の断面の四分の一の領域のみを図示している。また、図８～１０では、ハウジング９４の図示を省略している。

磁石部９７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磁石部９７Ａ及び第２磁石部９７Ｂを有しており、第１磁石部９７Ａ及び第２磁石部９７Ｂは周方向に交互に配置されている。また、第１磁石部９７Ａは、径方向外側へ磁束が向かうように着磁された中央部と、この中央部の両側に位置して中央部側へ磁束が向かうように着磁された両端部とを含んで構成されている。第２磁石部９７Ｂは、径方向内側へ磁束が向かうように着磁された中央部と、この中央部の両側に位置して中央部側とは反対側に磁束が向かうように着磁された両端部とを含んで構成されている。このため、磁石部９７は、１６極のハルバッハ配列の磁石配置となっている。

また、第１磁石部９７Ａ及び第２磁石部９７Ｂはそれぞれ、中央部が最も径方向に厚く形成されており、両端部へ向かうにつれて厚みが徐々に減少する形状となっている。このため、磁石部９７は、回転軸方向から見て１６弁の花弁形状となっており、磁石部９７と固定子９１との間隔が回転方向に沿って周期的に変化するように構成されている。

図７に示されるように、回転子９６の径方向外側には固定子９１が設けられており、この固定子９１は、ハウジング９４に取り付けられている。ハウジング９４は、回転電機９０の外殻を構成しており、略円筒状の周壁部９４Ａを備えている。また、周壁部９４Ａの一端部から回転軸９２へ向かって一端面部９４Ｂが延在されており、この一端面部９４Ｂの回転軸９２側が第１軸受部９３を介して回転軸９２に連結されている。第１軸受部９３は、回転軸９２側の内輪９３Ａとハウジング９４側の外輪９３Ｂと、内輪９３Ａと外輪９３Ｂとの間に配置された複数の球体９３Ｃとを含んで構成されている。

周壁部９４Ａの他端部から回転軸９２へ向かって他端面部９４Ｃが延在されており、この他端面部９４Ｃの回転軸９２側が第２軸受部９５を介して回転軸９２に連結されている。第２軸受部９５は、回転軸９２側の内輪９５Ａとハウジング９４側の外輪９５Ｂと、内輪９５Ａと外輪９５Ｂとの間に配置された複数の球体９５Ｃとを含んで構成されている。

固定子９１は、ハウジング９４の周壁部９４Ａの径方向内側の面に設けられており、固定子鉄心９８を備えている。図８に示されるように、固定子鉄心９８は、軟磁性材からなる積層鋼板によって略円環状に形成されており、この固定子鉄心９８の外周面には、導線部２２を略筒状に巻回形成して構成された巻線２１が設けられている。

ここで、固定子鉄心９８における磁石部９７と対向する内周面９８Ａが回転軸方向から見て多角形状とされており、本実施形態では一例として、正四十八角形に形成されている。そして、正四十八角形を構成する１つの平面部に対して、周方向に２つの導線部２２が隣接して配置されている。

本実施形態では、インナロータ構造とすることで、内周側を回転させることができる。また、磁石部９７がハルバッハ配列とされているため、任意の方向に磁界を集中させることができる。その他の作用については第１実施形態と同様である。

なお、本実施形態の磁石部９７を構成する第１磁石部９７Ａ及び第２磁石部９７Ｂは、三方向に着磁された構造としたが、これに限定されない。図９、１０に示される変形例の構造を採用してもよい。

（第２実施形態の第１変形例）
図９に示されるように、本変形例では、回転子９６の外周面９６Ａは、回転軸方向から見て正三十二角形に形成されている。そして、この外周面９６Ａには磁石部８９が設けられている。

磁石部８９は、第１磁石８９Ａ、第２磁石８９Ｂ、第３磁石８９Ｃ及び第４磁石８９Ｄを含んで構成されている。第１磁石８９Ａ、第２磁石８９Ｂ、第３磁石８９Ｃ及び第４磁石８９Ｄは、この順番で周方向に並んで配置されており、ハルバッハ配列となるように着磁されている。

本変形例では、第２実施形態と異なり、１つの磁石が一方向のみに着磁されているため、磁石の製造が容易となる。

（第２実施形態の第２変形例）
図１０に示されるように、本変形例では、回転子９６の外周面９６Ａは、回転軸方向から見て正十六角形に形成されている。そして、この外周面９６Ａには磁石部９９が設けられている。

磁石部９９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９９Ａ及び第２磁石９９Ｂを含んで構成されている。第１磁石９９Ａ及び第２磁石９９Ｂは、中央と端部とで磁化容易軸が異なる方向に向いている。具体的には、第１磁石９９Ａ及び第２磁石９９Ｂのそれぞれの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。

本変形例では、ハルバッハ配列で磁石を配置する構造と比較して、組み立てに要する工数を削減することができる。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る回転電機１００について説明する。なお、第１実施形態と同様の構造については同じ符号を付し、適宜説明を省略する。なお、要部は第１実施形態と同様の構造であるため、以下の説明では回転電機１００の全体構成についてのみ図示して記載する。

図１１及び図１２に示されるように、回転電機１００は、軸受部１２０、ハウジング１３０、回転子１４０、固定子１５０及びインバータユニット１６０を含んで構成されている。これら構成部品は、回転軸１１１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１００が構成されている。

軸受部１２０は、軸方向に互いに離間して配置される２つの軸受１２１及び軸受１２２と、軸受１２１及び軸受１２２を保持する保持部材１２３とを有している。軸受１２１及び軸受１２２は、例えばラジアル玉軸受であり、それぞれ外輪と、内輪と、球体とを含んで構成されている。保持部材１２３は、円筒状をなしており、この保持部材１２３の径方向内側に軸受１２１及び軸受１２２が組み付けられている。そして、軸受１２１及び軸受１２２の径方向内側に回転軸１１１及び回転子１４０が回転自在に支持されている。

ハウジング１３０は、円筒状をなす周壁部１３１と、周壁部１３１の軸方向両端部のうち一方の端部に設けられた端面部１３２とを有している。周壁部１３１における軸方向両端部のうち端面部１３２の反対側が開口部１３３となっており、ハウジング１３０は、端面部１３２の反対側が開口部１３３により開放された構成となっている。

端面部１３２の中央には円形の孔１３４が形成されており、孔１３４には、軸受部１２０が挿通されている。軸受部１２０は、孔１３４に挿通した状態でネジやリベット等の固定具により端面部１３２に固定されている。また、ハウジング１３０の周壁部１３１及び端面部１３２によって区画された内部スペースには、回転子１４０と固定子１５０とが収容されている。

本実施形態の回転電機１００は、外側が回転子１４０となるアウタロータ構造であり、ハウジング１３０の内部スペースには、筒状をなす回転子１４０の径方向内側に固定子１５０が配置されている。回転子１４０は、回転軸１１１に片持ち支持されている。

回転子１４０は、中空筒状に形成された回転子本体１４１と、回転子本体１４１の径方向内側に設けられた環状の磁石部１４２とを含んで構成されている。回転子本体１４１は、端面部１３２側が底部となる略有底円筒状に形成されており、磁石保持部材としての機能を有する。また、回転子本体１４１は、略円筒状の磁石保持部１４３と、磁石保持部１４３よりも小径の略円筒状に形成された固定部１４４と、磁石保持部１４３及び固定部１４４を繋ぐ中間部１４５とを含んで構成されている。そして、磁石保持部１４３の内周面には、磁石部１４２が取り付けられている。

固定部１４４には挿通孔１４４Ａが形成されており、この挿通孔１４４Ａには回転軸１１１が挿通されている。そして、挿通孔１４４Ａに回転軸１１１が挿通された状態で回転軸１１１が固定部１４４に固定されている。つまり、回転子本体１４１は、固定部１４４を介して回転軸１１１に固定されている。なお、固定部１４４は、凹凸を利用したスプライン結合、キー結合、溶接又はかしめ等により回転軸１１１に対して固定してもよい。これにより、回転子１４０が回転軸１１１と一体に回転する。

また、固定部１４４の径方向外側には、軸受部１２０の軸受１２１及び軸受１２２が組み付けられている。軸受部１２０は、ハウジング１３０の端面部１３２に固定されているため、回転軸１１１及び回転子１４０は、ハウジング１３０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１３０内において回転子１４０が回転自在となっている。

回転子１４０には、軸方向両側のうち片側にのみ固定部１４４が設けられており、これにより、回転子１４０が回転軸１１１に片持ち支持されている。ここで、回転子１４０の固定部１４４は、軸受部１２０の軸受１２１及び軸受１２２により、軸方向に２箇所で回転可能に支持されている。すなわち、回転子１４０は、回転子本体１４１における軸方向の両側端部のうち一方側において、軸受１２１及び軸受１２２により回転可能に支持されている。そのため、回転子１４０が回転軸１１１に片持ち支持される構造であっても、回転子１４０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１４０の軸方向中心位置に対して片側にずれた位置で、回転子１４０が軸受１２１及び軸受１２２により支持されている。

また、軸受部１２０において回転子１４０の中心寄り（すなわち、図中の下側）の軸受１２２と、逆側（すなわち、図中の上側）の軸受１２１とは、外輪及び内輪と球体との間の隙間寸法が相違している。例えば、軸受１２２の方が軸受１２１よりも隙間寸法が大きい。この場合、回転子１４０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１２０に作用しても、回転子１４０の振れや振動を吸収することができる。具体的には、軸受１２２において予圧により遊び寸法（すなわち、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。なお、予圧は、定位置予圧でもよいが、軸受１２２の軸方向外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。

中間部１４５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１４５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１４３と固定部１４４とが一部重複している。つまり、固定部１４４の基端部よりも軸方向外側に磁石保持部１４３が突出するものとなっている。本構成では、中間部１４５が段差無しで平板状に設けられる場合に比べて、回転子１４０の重心近くの位置で、回転軸１１１に対して回転子１４０を支持させることが可能となる。この結果、回転子１４０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１４５の構成によれば、回転子１４０には、径方向において固定部１４４を囲みかつ中間部１４５の内寄りとなる位置に、軸受部１２０の一部を収容する軸受収容凹部１４６が環状に形成されている。また、軸受収容凹部１４６を囲みかつ中間部１４５の外寄りとなる位置に、固定子１５０の固定子巻線１５１のコイルエンド部１５４を収容するコイル収容凹部１４７が形成されている。

軸受収容凹部１４６とコイル収容凹部１４７とは、径方向の内外で隣り合うように配置されている。つまり、軸受部１２０の一部と、固定子巻線１５１のコイルエンド部１５４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１００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１５４は、径方向の内側又は外側に曲げられることで軸方向の寸法を小さくすることができ、固定子１５０の軸長を短縮することが可能である。コイルエンド部１５４の曲げ方向は、回転子１４０との組み付けを考慮したものであってもよい。本実施形態のように回転子１４０の径方向内側に固定子１５０が組み付けられた場合、回転子１４０に対する先端側では、コイルエンド部１５４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１４２は、磁石保持部１４３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。

固定子１５０は、回転子１４０の径方向内側に設けられている。固定子１５０は、略筒状に巻回形成された固定子巻線１５１と、その径方向内側に配置された固定子コア（すなわち、固定子鉄心）１５２とを有しており、固定子巻線１５１が、所定のエアギャップを挟んで円環状の磁石部１４２に対向するように配置されている。

固定子巻線１５１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部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１５１が６相の相巻線として構成されている。

固定子コア１５２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１５１の径方向内側に組み付けられている。

固定子巻線１５１は、軸方向において固定子コア１５２に重複する部分である。また、固定子巻線１５１は、固定子コア１５２の径方向外側となるコイルサイド部１５３と、軸方向において固定子コア１５２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１５４及びコイルエンド部１５５とを含んで構成されている。コイルサイド部１５３は、径方向において固定子コア１５２及び磁石部１４２にそれぞれ対向している。回転子１４０の内側に固定子１５０が配置された状態では、軸方向両側のコイルエンド部１５４及びコイルエンド部１５５のうち軸受部１２０側となるコイルエンド部１５４が、回転子１４０の回転子本体１４１により形成されたコイル収容凹部１４７に収容されている。

インバータユニット１６０は、ハウジング１３０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１６１と、そのユニットベース１６１に組み付けられる電気コンポーネント１６２とを含んで構成されている。ユニットベース１６１は、ハウジング１３０の開口部１３３側の端部に対して固定されるエンドプレート部１６３と、エンドプレート部１６３に一体に設けられ、軸方向に延びるケーシング部１６４とを有している。エンドプレート部１６３は、その中心部に円形の開口部１６５を有しており、開口部１６５の周縁部から起立するようにしてケーシング部１６４が形成されている。

ケーシング部１６４の外周面には固定子１５０が組み付けられている。つまり、ケーシング部１６４の外径寸法は、固定子コア１５２の内径寸法と同じか、又は固定子コア１５２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１６４の外側に固定子コア１５２が組み付けられることで、固定子１５０とユニットベース１６１とが一体化されている。また、ユニットベース１６１がハウジング１３０に固定されることからすると、ケーシング部１６４に固定子コア１５２が組み付けられた状態では、固定子１５０がハウジング１３０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１６４の径方向内側は、電気コンポーネント１６２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１１１を囲むようにして電気コンポーネント１６２が配置されている。ケーシング部１６４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１６２は、インバータ回路を構成する半導体モジュール１６６や、制御基板１６７、コンデンサモジュール１６８を含んで構成されている。

以上のように構成された回転電機１００において、固定子巻線１５１は、第１実施形態の巻線２１と同様の構造とされている。また、回転電機１００の横断面は、第１実施形態と類似した構造となっており、その作用についても第１実施形態と同様である。

以上、第１実施形態～第３実施形態について説明したが、これに限らず、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。例えば、第１実施形態では、図２に示されるように、第１磁石部２８Ａ及び第２磁石部２８Ｂの径方向内側の面を連続する円弧状に形成したが、これに限定されない。図８に図示されているように花弁状に形成してもよく、他の形状に形成してもよい。

（変形例）
上記実施形態では、固定子コア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２１２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１５に示すように、固定子コア２０２は、固定子巻線２０１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２０４と、そのヨーク２０４から、周方向に隣り合う直線部２０８の間に向かって突出するように延びる突起部２１４とを有している。突起部２１４は、ヨーク２０４の径方向外側、すなわち回転子側に所定間隔で設けられている。固定子巻線の各導線群２１２は、突起部２１４と周方向において係合しており、突起部２１４を導線群２１２の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２１４が「導線間部材」に相当する。

突起部２１４は、ヨーク２０４からの径方向の厚さ寸法、言い換えれば、図１５に示すように、ヨーク２０４の径方向において、直線部２０８のヨーク２０４に隣接する内側面２１６から突起部２１４の頂点までの距離Ｗが、径方向内外の複数層の直線部２０８のうち、ヨーク２０４に径方向に隣接する直線部２０８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。言い換えれば、固定子巻線２０１（固定子コア２０２）の径方向における導線群２１２（伝導部材）の寸法（厚み）Ｔ１（導線２１０の厚みの２倍、言い換えれば、導線群２１２の固定子コア２０２に接する面２１６と、導線群２１２の回転子に向いた面２１６との最短距離）の４分の３の範囲は非磁性部材（封止部材２０６）が占有していればよい。こうした突起部２１４の厚さ制限により、周方向に隣り合う導線群２１２（すなわち直線部２０８）の間において突起部２１４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２１４は、周方向に並ぶ各導線群２１２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２１２の間に設けられていればよい。例えば、突起部２１４は、周方向において各導線群２１２の間の所定数ごとに等間隔で設けられているとよい。突起部２１４の形状は、矩形状、円弧状など任意の形状でよい。

また、固定子コア２０２の外周面では、直線部２０８が一層で設けられていてもよい。したがって、広義には、突起部２１４におけるヨーク２０４からの径方向の厚さ寸法は、直線部２０８における径方向の厚さ寸法の１／２よりも小さいものであればよい。

なお、回転軸の軸心を中心とし、かつヨーク２０４に径方向に隣接する直線部２０８の径方向の中心位置を通る仮想円を想定すると、突起部２１４は、その仮想円の範囲内においてヨーク２０４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２１４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２０８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２０８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２０８を近づけることができる。これにより、導体２１０ａの断面積を大きくすることができ、固定子巻線２０１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２０１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２０１では、ターン部が、径方向にシフトされ、他のターン部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２００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２０２のヨーク２０４と、回転子の磁石ユニット（すなわち各磁石２２１，２２２）とが所定距離以上離れていれば、突起部２１４の径方向の厚さ寸法は、図１５のＨ１に縛られるものではない。具体的には、ヨーク２０４と磁石ユニット４２とが２ｍｍ以上離れていれば、突起部２１４の径方向の厚さ寸法は、図１５のＨ１以上であってもよい。例えば、直線部２０８の径方向厚み寸法が２ｍｍを越えており、かつ導線群２１２が径方向内外の２層の導線２１０により構成されている場合に、ヨーク２０４に隣接していない直線部２０８、すなわちヨーク２０４から数えて２層目の導線２１０の半分位置までの範囲で、突起部２１４が設けられていてもよい。この場合、突起部２１４の径方向厚さ寸法が「Ｈ１×３／２」までになっていれば、導線群２１２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２０２は、図１６に示す構成であってもよい。なお、図１６では、封止部材２０６を省略しているが、封止部材２０６が設けられていてもよい。図１６では、便宜上、磁石ユニット２２０及び固定子コア２０２を直線状に展開して示している。

図１６の構成では、固定子２００は、周方向に隣接する導線２１０（すなわち直線部２０８）の間に、導線間部材としての突起部２１４を有している。固定子２００は、固定子巻線２０１が通電されると、磁石ユニット２２０の磁極の一つ（Ｎ極、またはＳ極）とともに磁気的に機能し、固定子２００の周方向に延びる一部分３２００を有する。この部分３２００の固定子２００の周方向への長さをＷｎとすると、この長さ範囲Ｗｎに存在する突起部２１４の合計の幅（すなわち、固定子２００の周方向への合計の寸法）をＷｔとし、突起部２１４の飽和磁束密度をＢｓ、磁石ユニット２２０の１極分の周方向の幅寸法をＷｍ、磁石ユニット２２０の残留磁束密度をＢｒとする場合、突起部２１４は、
Ｗｔ×Ｂｓ≦Ｗｍ×Ｂｒ …（１）
となる磁性材料により構成されている。

なお、範囲Ｗｎは、周方向に隣接する複数の導線群２１２であって、励磁時期が重複する複数の導線群２１２を含むように設定される。その際、範囲Ｗｎを設定する際の基準（境界）として、導線群２１２の間隙２１８の中心を設定することが好ましい。例えば、図１６に例示する構成の場合、周方向においてＮ極の磁極中心からの距離が最も短いものから順番に、４番目までの導線群２１２が、当該複数の導線群２１２に相当する。そして、当該４つの導線群２１２を含むように範囲Ｗｎが設定される。その際、範囲Ｗｎの端（起点と終点）が間隙２１８の中心とされている。

図１６において、範囲Ｗｎの両端には、それぞれ突起部２１４が半分ずつ含まれていることから、範囲Ｗｎには、合計４つ分の突起部２１４が含まれている。したがって、突起部２１４の幅（すなわち、固定子２００の周方向における突起部２１４の寸法、言い換えれば、隣接する導線群２１２の間隔）をＡとすると、範囲Ｗｎに含まれる突起部２１４の合計の幅は、Ｗｔ＝１／２Ａ＋Ａ＋Ａ＋Ａ＋１／２Ａ＝４Ａとなる。

詳しくは、本実施形態では、固定子巻線２０１の３相巻線が分布巻であり、その固定子巻線２０１では、磁石ユニット２２０の１極に対して、突起部２１４の数、すなわち各導線群２１２の間となる間隙２１８の数が「相数×Ｑ」個となっている。ここでＱとは、１相の導線２１０のうち固定子コア２０２と接する数である。なお、導線２１０が回転子の径方向に積層された導線群２１２である場合には、１相の導線群２１２の内周側の導線２１０の数であるともいえる。この場合、固定子巻線２０１の３相巻線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２１４が励磁される。したがって、磁石ユニット２２０の１極分の範囲において固定子巻線２０１の通電により励磁される突起部２１４の周方向の合計幅寸法Ｗｔは、突起部２１４（つまり、間隙２１８）の周方向の幅寸法をＡとすると、「励磁される相数×Ｑ×Ａ＝２×２×Ａ」となる。

そして、こうして合計幅寸法Ｗｔが規定された上で、固定子コア２０２において、突起部２１４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、合計幅寸法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。また、余裕を考えて、合計幅寸法Ｗｔを、１磁極における突起部２１４の周方向の幅寸法
としてもよい。具体的には、磁石ユニット２２０の１極に対する突起部２１４の数が「相数×Ｑ」であることから、１磁極における突起部２１４の周方向の幅寸法（合計幅寸法Ｗｔ）を、「相数×Ｑ×Ａ＝３×２×Ａ＝６Ａ」としてもよい。

なお、ここでいう分布巻とは、磁極の１極対周期（Ｎ極とＳ極）で、固定子巻線２０１の一極対があるものである。ここでいう固定子巻線２０１の一極対は、電流が互いに逆方向に流れ、ターン部８４で電気的に接続された２つの直線部２０８とターン部８４からなる。上記条件みたすものであれば、短節巻（Short Pitch Winding）であっても、全節巻（Full Pitch Winding）の分布巻の均等物とみなす。

次に、集中巻の場合の例を示す。ここでいう集中巻とは、磁極の１極対の幅と、固定子巻線２０１の一極対の幅とが異なるものである。集中巻の一例としては、１つの磁極対に対して導線群２１２が３つ、２つの磁極対に対して導線群２１２が３つ、４つの磁極対に対して導線群２１２が９つ、５つの磁極対に対して導線群２１２が９つのような関係であるものが挙げられる。

ここで、固定子巻線２０１を集中巻とする場合には、固定子巻線２０１の３相巻線が所定順序で通電されると、２相分の固定子巻線２０１が励磁される。その結果、２相分の突起部２１４が励磁される。したがって、磁石ユニット２２０の１極分の範囲において固定子巻線２０１の通電により励磁される突起部２１４の周方向の幅寸法Ｗｔは、「Ａ×２」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２１４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、上記で示した集中巻の場合は、同一相の導線群２１２に囲まれた領域において、固定子２００の周方向にある突起部２１４の幅の総和をＡとする。また、集中巻におけるＷｍは「磁石ユニット２２０のエアギャップに対向する面の全周」×「相数」÷「導線群２１２の分散数」に相当する。

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２０２において、突起部２１４が、Ｗｔ＜１／２×Ｗｍの関係を満たす磁性材料であればよい。

また、後述するように導線２１０が外層被膜１２１０を備える場合には、導線２１０同士の外層被膜１２１０が接触するように、導線２１０を固定子コア２０２の周方向に配置しても良い。この場合は、Ｗｔは、０又は接触する両導線２１０の外層被膜１２１０の厚さ、と看做すことができる。

図２５や図１６の構成では、回転子側の磁石磁束に対して不相応に小さい導線間部材（突起部２１４）を有する構成となっている。なお、回転子は、インダクタンスが低くかつ平坦な表面磁石型ロータであり、磁気抵抗的に突極性を有していないものとなっている。かかる構成では、固定子２００のインダクタンス低減が可能となっており、固定子巻線２０１のスイッチングタイミングのずれに起因する磁束歪みの発生が抑制され、ひいては軸受の電食が抑制される。

なお、上記実施形態では、ヒートシンクに冷却水の流路が形成されていたが、これに限定されない。すなわち、ヒートシンクを冷却するための冷媒を流すことで、同じ効果を得ることができるため、低温の気体などを流してもよい。

１０ 回転電機、１４ 回転子、１６ 固定子、１８Ａ 周面（外周面）、２２ 導線、２４ ハウジング、２８Ａ 第１磁石（磁石）、２８Ｂ 第２磁石（磁石）、９０ 回転電機、９１ 固定子、９４ ハウジング、９６ 回転子、９７Ａ 第１磁石（磁石）、９７Ｂ 第２磁石（磁石）、９８Ａ 周面（内周面）、１００ 回転電機、１３０ ハウジング、１４０ 回転子、１５０ 固定子

Claims (11)

1. 複数の導線部（２２）を備えた固定子（１６、９１、１５０）と、
   前記固定子に対して回転自在に支持されると共に、回転方向に沿って磁石部（２８Ａ、２８Ｂ、９７Ａ、９７Ｂ）が配列された回転子（１４、９６、１４０）とを備える回転電機であって、
   前記固定子は、前記磁石部と対向する面（１８Ａ、９８Ａ）を備えるとともに、前記磁石部と対向する面に、前記回転子の回転軸の軸方向に延びる平坦な部位が複数設けられ、
   更に、前記固定子の周方向における前記各導線部の間に導線間部材（５７，１４２，１４３）を設け、かつその導線間部材として、１磁極における前記導線間部材の周方向の幅寸法をＷｔ、前記導線間部材の飽和磁束密度をＢｓ、１磁極における前記磁石部の周方向の幅寸法をＷｍ、前記磁石部の残留磁束密度をＢｒとした場合に、Ｗｔ×Ｂｓ≦Ｗｍ×Ｂｒの関係となる磁性材料、若しくは非磁性材料を用いる構成か、
   又は周方向における前記各導線部の間に導線間部材を設けていない構成となっているとともに、前記固定子の前記平坦な部位に前記回転子の回転方向に沿って前記導線部が複数配列されており、
   前記導線部は、回転軸方向から見て一極一相あたりの径方向の寸法が周方向の寸法よりも小さく形成されている、回転電機。
2. 前記導線部は、複数の素線（３８）が撚られて形成された部位を備えた導体（４０）を含んで構成されており、
   撚られた前記素線間の抵抗値は、前記素線自体の抵抗値よりも大きくなっている請求項１に記載の回転電機。
3. 前記固定子は、前記回転子の内周側に配置されて前記磁石部と対向する多角形状の外周面を備えると共に、前記固定子の内周面が回転軸方向から見て多角形状とされており、
   前記固定子の多角形状を構成する内周面にはそれぞれ、半導体モジュール（２６、１６６）が固定されており、
   前記半導体モジュールの固定面（２６Ａ）は、平面状に形成されている請求項１又は２に記載の回転電機。
4. 前記固定子は、前記内周面を含む一部がヒートシンク（２０、１６４）によって構成され、
   該ヒートシンクの内部には、冷媒が流れる流路（２０Ａ）が設けられている請求項３に記載の回転電機。
5. 前記固定子は、前記導線部によって構成された巻線の相数をｍとすると、前記ヒートシンクにおける多角形状を構成する前記内周面のそれぞれの回転方向に沿った長さは、前記外周面のそれぞれの回転方向に沿った長さのｍ面分から２ｍ面分の間の長さである請求項４に記載の回転電機。
6. 前記回転子と前記固定子との間の間隔は、回転方向に変化している請求項１～５の何れか１項に記載の回転電機。
7. 前記間隔は、回転方向に周期的に変化している請求項６に記載の回転電機。
8. ハウジングには、内部と外部とを連通する呼吸孔（２４Ｄ）が形成されている請求項１～７の何れか１項に記載の回転電機。
9. 前記磁石部は、中央と端部とで磁化容易軸が異なる方向に向いている請求項１～８の何れか１項に記載の回転電機。
10. 多極とされている請求項１に記載の回転電機。
11. 前記回転子は磁石取付部（１４Ｂ）を備え、該磁石取付部（１４Ｃ）は、回転軸方向から見て多角形状に形成されている請求項１～１０の何れか１項に記載の回転電機。

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