(57)【要約】【課題】回転子と固定子との相対変位を容易にすること。【解決手段】回転電機１０は、磁石部４２を有し、回転自在に支持された回転子４０と、固定子巻線を有する固定子５０と、回転子４０と固定子５０とを、軸方向において相対的に変位させる変位機構としてのプランジャ１５０を備えている。固定子５０は、磁性体のティースによるスロットを有さないスロットレス構造とされている。これにより、磁石部４２と固定子５０との間に作用する引き合う力を弱めることができる。したがって、プランジャ１５０により、回転子４０と固定子５０とを容易に相対変位させることができる。【選択図】図３２
2020058145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石部（４２）を有し、回転自在に支持された回転子（４０）と、
固定子巻線（５１）を有する固定子（５０）と、
前記回転子と前記固定子とを、前記回転子の回転軸に沿う軸方向において相対的に変位させる変位機構（１５０，１５１）と、
を備え、
前記固定子は、磁性体のティースによるスロットを有さないスロットレス構造とされている回転電機。
【請求項２】
前記固定子は、磁性体の固定子コア（５２）を有し、
前記固定子コアは、前記回転軸に対する径方向において、前記固定子巻線の両側のうち前記回転子とは反対側に設けられている請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記固定子は、磁性体の固定子コアを有しておらず、前記固定子巻線を保持する非磁性体の保持部（５８）を有している請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記変位機構の非作動時において前記回転子と前記固定子との相対変位をロックし、前記変位機構の作動時において前記ロックを解除するロック機構（１５２）を備えている請求項１〜３いずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記磁石部は、前記回転子における前記固定子と対向する面に、前記軸方向まわりの周方向に沿って設けられた複数の磁石（９１，９２，１３，１３２）を有し、
前記回転子は、前記軸方向において複数のブロック（４０ａ，４０ｂ）に分かれており、
複数の前記ブロックにおいて磁界の強さが互いに異なっている請求項１〜４いずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記回転子として、前記磁石部を有する永久磁石式の第１回転子（４０）と、前記軸方向において前記第１回転子と並んで配置され、前記磁石部を有さない誘導式の第２回転子（４８）と、を有している請求項１〜４いずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
磁石部（４２）を有し、回転自在に支持された回転子（４０）と、固定子巻線（５１）を有する固定子（５０）と、前記回転子と前記固定子とを、前記回転子の回転軸に沿う軸方向において相対的に変位させる変位機構（１５０，１５１）と、を備え、前記固定子が、磁性体のティースによるスロットを有さないスロットレス構造とされた走行駆動用の回転電機（１０）を含む車両の制御装置であって、
前記車両の状態を検出する状態検出部（１６２）と、
前記車両の状態に応じた、前記回転子と前記固定子との対向状態となるように、前記変位機構の作動を制御する変位制御部（１６３）と、
を備える制御装置。
【請求項８】
前記状態検出部が、前記車両の走行中に前記回転電機の駆動が不要な状態を検出すると、前記変位制御部は、駆動が不要な前記回転電機について、前記回転子と前記固定子とが互いに対向しない位置まで相対移動するように、前記変位機構の作動を制御する請求項７に記載の制御装置。
【請求項９】
前記状態検出部が、停車中に、前記回転子と前記固定子との分離要求が入力された状態を検出すると、前記変位制御部は、前記回転子と前記固定子とが互いに対向しない位置まで相対移動するように、前記変位機構の作動を制御する請求項７に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記回転電機がロック機構（１５２）を備えており、
前記変位制御部は、前記変位機構の非作動時において、前記回転子と前記固定子との相対変位が前記ロック機構によりロックされ、前記変位機構の作動時において前記ロックが解除されるように、前記ロック機構の作動を制御する請求項７〜９いずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１１】
磁石部（４２）を含み、回転自在に支持された回転子（４０）と、固定子巻線（５１）を含む固定子（５０）と、前記回転子と前記固定子とを、前記回転子の回転軸に沿う軸方向において相対的に変位させる変位機構（１５０，１５１）と、を有し、前記固定子が磁性体のティースによるスロットを有さないスロットレス構造とされており、車両の走行駆動源として機能する回転電機（１０）と、
前記車両の状態を検出する状態検出部（１６２）と、前記車両の状態に応じた、前記回転子と前記固定子との対向状態となるように、前記変位機構の作動を制御する変位制御部（１６３）と、を有する制御装置（１６１）と、
を備える車両システム。
【請求項１２】
磁石部（４２）を有し、回転自在に支持された回転子（４０）と、固定子巻線（５１）を有する固定子（５０）と、前記回転子と前記固定子とを、前記回転子の回転軸に沿う軸方向において相対的に変位させる変位機構（１５０，１５１）と、を備え、前記固定子が磁性体のティースによるスロットを有さないスロットレス構造とされており、車両に搭載される回転電機のメンテナンス方法であって、
前記車両から前記回転電機を取り外すこと、
前記変位機構を作動させ、前記回転子と前記固定子とを、互いに対向しない位置まで相対移動させること、を含む回転電機のメンテナンス方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、回転電機、制御装置、車両システム、回転電機のメンテナンス方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、可変界磁モータが開示されている。可変界磁モータは、電気自動車のインホイールモータとして用いられる。可変界磁モータは、マグネットを有するロータと、ステータコアに電機子コイルが巻回されてなるステータと、ステータをロータの回転軸方向に変位させるステータ移動手段を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５９３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電機子コイルは、ステータコアのティースに巻回され、ティースによるスロットに配置されている。ステータコアは、鉄などの磁性体を用いて形成されている。このように、マグネットの近傍に磁性体のティースが存在しており、マグネットとステータとの間に作用する引き合う力が強い。したがって、引き合う力に打ち勝って、ステータを変位させなければならない。
【０００５】
本開示はこのような課題に鑑みてなされたものであり、目的のひとつは、回転子と固定子との相対変位を容易にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、技術的範囲を限定するものではない。
【０００７】
本開示のひとつである回転電機は、
磁石部（４２）を有し、回転自在に支持された回転子（４０）と、
固定子巻線（５１）を有する固定子（５０）と、
回転子と固定子とを、回転子の回転軸に沿う軸方向において相対的に変位させる変位機構（１５０，１５１）と、
を備え、
固定子は、磁性体のティースによるスロットを有さないスロットレス構造とされている。
【０００８】
この回転電機によれば、固定子が磁性体のティースを有していないため、磁石部と固定子との間に作用する引き合う力を弱めることができる。したがって、変位機構により、回転子と固定子とを容易に相対変位させることができる。
【０００９】
本開示の他のひとつである制御装置は、
磁石部（４２）を有し、回転自在に支持された回転子（４０）と、固定子巻線（５１）を有する固定子（５０）と、回転子と固定子とを、回転子の回転軸に沿う軸方向において相対的に変位させる変位機構（１５０，１５１）と、を備え、固定子が、磁性体のティースによるスロットを有さないスロットレス構造とされた走行駆動用の回転電機（１０）を含む車両の制御装置であって、
車両の状態を検出する状態検出部（１６２）と、
車両の状態に応じた、回転子と固定子との対向状態となるように、変位機構の作動を制御する変位制御部（１６３）と、
を備えている。
【００１０】
この制御装置によれば、回転子と固定子との対向状態が、車両の状態に応じた所定の状態となるように、変位機構を作動させることができる。回転電機は、磁性体のティースを有していないため、磁石部と固定子との間に作用する引き合う力が弱められている。したがって、回転子と固定子とを容易に相対変位させることができる。
【００１１】
本開示の他のひとつである車両システムは、
磁石部（４２）を含み、回転自在に支持された回転子（４０）と、固定子巻線（５１）を含む固定子（５０）と、回転子と固定子とを、回転子の回転軸に沿う軸方向において相対的に変位させる変位機構（１５０，１５１）と、を有し、固定子が磁性体のティースによるスロットを有さないスロットレス構造とされており、車両の走行駆動源として機能する回転電機（１０）と、
車両の状態を検出する状態検出部（１６２）と、車両の状態に応じた、回転子と固定子との対向状態となるように、変位機構の作動を制御する変位制御部（１６３）と、を有する制御装置（１６１）と、
を備えている。
【００１２】
この車両システムによれば、回転子と固定子との対向状態が、車両の状態に応じた所定の状態となるように、変位機構を作動させることができる。固定子が磁性体のティースを有していないため、磁石部と固定子との間に作用する引き合う力が弱められている。したがって、回転子と固定子とを容易に相対変位させることができる。
【００１３】
本開示の他のひとつである回転電機のメンテナンス方法は、
磁石部（４２）を有し、回転自在に支持された回転子（４０）と、固定子巻線（５１）を有する固定子（５０）と、回転子と固定子とを、回転子の回転軸に沿う軸方向において相対的に変位させる変位機構（１５０，１５１）と、を備え、固定子が磁性体のティースによるスロットを有さないスロットレス構造とされており、車両に搭載される回転電機のメンテナンス方法であって、
車両から回転電機を取り外すこと、
変位機構を作動させ、回転子と固定子とを、互いに対向しない位置まで相対移動させること、を含んでいる。
【００１４】
回転電機は、磁性体のティースを有していないため、永久磁石と固定子との間に作用する引き合う力が弱められている。したがって、回転電機を車両から取り外して回転電機をメンテナンスする際に、互いに対向しない位置まで回転子と固定子とを容易に相対変位させることができる。これにより、メンテナンス性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】回転電機の縦断面斜視図。
【図２】回転電機の縦断面図。
【図３】図２のIII−III線断面図。
【図４】図３の一部を拡大して示す断面図。
【図５】回転電機の分解図。
【図６】インバータユニットの分解図。
【図７】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。
【図８】回転子及び固定子の横断面図。
【図９】図８の一部を拡大して示す図。
【図１０】固定子の横断面図。
【図１１】固定子の縦断面図。
【図１２】固定子巻線の斜視図。
【図１３】導線の構成を示す斜視図。
【図１４】素線の構成を示す模式図。
【図１５】ｎ層目における各導線の形態を示す図。
【図１６】ｎ層目とｎ＋１層目の各導線を示す側面図。
【図１７】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。
【図１８】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。
【図１９】回転電機の制御システムの電気回路図。
【図２０】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。
【図２１】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。
【図２２】別例における回転子及び固定子の横断面図。
【図２３】図２２の一部を拡大して示す図。
【図２４】磁石部における磁束の流れを具体的に示す図。
【図２５】別例における固定子の断面図。
【図２６】別例における固定子の断面図。
【図２７】別例における固定子の断面図。
【図２８】別例における固定子の断面図。
【図２９】別例における固定子の断面図。
【図３０】別例においてｎ層目とｎ＋１層目の各導線を示す側面図。
【図３１】別例における固定子の断面図。
【図３２】第１実施形態に係る変位機構を備えた回転電機及び車両システムを示す図。
【図３３】図３２のXXXIII-XXXIII線断面図。
【図３４】離脱状態を示す断面図。
【図３５】制御装置を示す機能ブロック図。
【図３６】制御装置が実行する処理を示すフローチャート。
【図３７】途中まで引き抜いた状態を示す断面図。
【図３８】走行モードと制御状態との関係を示す図。
【図３９】変位機構を備えた回転電機の別例を示す断面図。
【図４０】変位機構を備えた回転電機の別例を示す断面図。
【図４１】変位機構を備えた回転電機の別例を示す断面図。
【図４２】第２実施形態に係る制御装置が実行する処理を示すフローチャート。
【図４３】停車時に実行するメンテナンスを示す図。
【図４４】第３実施形態に係る回転電機を示す断面図。
【図４５】制御装置が実行する処理を示すフローチャート。
【図４６】第４実施形態に係る回転電機を示す断面図。
【図４７】第５実施形態に係る回転電機を示す断面図。
【図４８】第６実施形態に係る回転電機のメンテナンス方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。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。
【００１７】
（第１実施形態）
本実施形態の回転電機は、たとえば車両動力源、すなわち走行駆動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。先ず図１〜図３０を用いて、後述する可変構造が適用可能な回転電機の基本構成について説明する。
【００１８】
＜回転電機の基本構成＞
図１は、回転電機１０の縦断面斜視図である。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る。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）である。図４は、図３の一部を拡大して示す断面図である。図５は、回転電機１０の分解図である。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する。
【００１９】
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、アウタロータ構造、すなわち外転構造となっている。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を備えている。これら各部材は、いずれも回転軸１１ととも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。
【００２０】
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を有している。軸受２１，２２は、たと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。
【００２１】
ハウジング３０は、円筒状をなす周壁部３１と、周壁部３１の軸方向両端部の一方に設けられた端面部３２を有している。周壁部３１の両端部のうち、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に軸受部２０を挿通させた状態で、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。回転子４０の回転の軸は、回転軸１１の軸心に一致している。
【００２５】
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。上記のとおり、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。
【００２６】
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における軸方向両端部の一方の側において、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。
【００２７】
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いる。たとえば軸受２２のほうが、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。
【００２８】
具体的には、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）の段差に予圧用ばね、ウェーブワッシャ等を挿入することで与えてもよい。
【００２９】
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。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。
【００３０】
上記した中間部４５の構成により、回転子４０には、径方向において固定部４４を囲み、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が環状に形成されている。また、径方向において軸受収容凹部４６を囲み、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。磁石部４２の詳細については後述する。
【００３３】
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を有している。固定子巻線５１は、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。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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、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。固定子５０の詳細については後述する。
【００３６】
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、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、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。
【００３７】
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。
【００３８】
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を備えている。
【００３９】
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。
【００４０】
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、筒状部７１における軸方向両端部の一方（軸受部２０側の端部）に設けられた端面部７２を有している。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。
【００４１】
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いる。回転子４０及び固定子５０と、電気コンポーネント６２とは、筒状部７１を挟んで径方向内外に並ぶように、それぞれ配置されている。
【００４２】
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の回転にともない固定子巻線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。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、たとえば回転電機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。
【００４３】
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、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。
【００４４】
コンデンサ６８ａの製造過程においては、たとえば、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。フィルム幅方向を台形高さ方向とし、台形の上底と下底とが交互になるように、長尺フィルムを等脚台形状に切断することで、コンデンサ素子が作られる。そして、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。
【００４５】
半導体モジュール６６は、たとえば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。電気コンポーネント６２は、計１２個の半導体モジュール６６を有している。
【００４６】
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の内周面に接触し、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の外周面に接触している。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。
【００４７】
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が配置されるとよい。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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。したがって、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。
【００５０】
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を備えている。コンデンサモジュール６８の軸方向両端面の一方（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。
【００５１】
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、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端子６６ａを有しており、その端子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。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、図２に示すように、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。
【００５２】
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。
【００５３】
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有して回転軸１１が配置される。したがって、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。
【００５４】
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基板（ＰＣＢ）を有しており、プリント基板上には各種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。
【００５５】
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、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。たとえば、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。
【００５６】
このように、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が層状に配置されている。この構成によれば、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。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。
【００５７】
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、たと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箇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箇所に設けられている。２箇所に貫通孔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。
【００５８】
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とすると、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及び固定子５０が配置されている。この場合、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、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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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、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、たと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。
【００６２】
ただし、上記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ともな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。
【００６３】
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。
【００６４】
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箇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。
【００６５】
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箇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。
【００６６】
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、上記し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。
【００６７】
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４２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さらに抑制することができる。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
以下に、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。
【００７１】
先ずは、スロットレス構造と扁平導線構造について説明する。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した図である。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。
【００７２】
図８〜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、径方向に所定の厚さを有する円筒状をなしており、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。
【００７３】
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、すなわちスロットレス構造となっている。本実施形態において、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。
【００７４】
なお、周方向に並ぶ各導線群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、周方向に所定幅を有することで、各導線群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、本実施形態のように各導線群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。
【００７５】
図１０及び図１１に示すように、固定子巻線５１は、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。
【００７６】
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。
【００７７】
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としてもよい。
【００７８】
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１０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。
【００７９】
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。これに対し、本実施形態のように固定子コア５２がティースを有していない場合には、固定子５０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。
【００８０】
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、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、同じ理屈による効果が得られる。
【００８１】
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。
【００８２】
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、すなわち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。
【００８３】
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。絶縁被膜８２ｂの厚さはたとえば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なくても、これら両者の間の絶縁性を確保することができる。
【００８４】
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、たとえば、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。
【００８５】
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。たとえば、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。
【００８６】
導体８２ａ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。
【００８７】
上記したように導線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、たとえば複数の素線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。
【００８８】
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によってコイルエンド部５４，５５が形成されている。
【００８９】
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。直線部８３は、磁石部４２に対して径方向に対向する磁石対向部である。
【００９０】
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。
【００９１】
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１０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。
【００９２】
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。
【００９３】
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（たとえば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。
【００９４】
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。たとえば第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。
【００９５】
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。
【００９６】
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の径方向の位置が互いに相違するものとなっている。なお、各傾斜部８４ａ，８４ｃの径方向の位置とは、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である。たとえば第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（たとえば径方向内側）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（たとえば径方向外側）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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
たとえば図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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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、磁石部４２を構成する永久磁石として、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。
【０１０３】
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、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、それぞれ極異方性磁石であり、磁極が互いに異なる。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、たと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。
【０１０４】
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、たと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。
【０１０５】
磁束密度分布の正弦波整合率は、たとえば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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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、上記のとおり各導線群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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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、駆動制御部１１０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である。図２１は、駆動制御部１１０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である。
【０１１０】
図１９では、固定子巻線５１として２組の３相巻線５１ａ，５１ｂが示されている。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。
【０１１１】
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、たと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。
【０１１２】
駆動制御部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。駆動制御部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、たとえば、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。駆動制御部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、たとえば回転電機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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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、たとえば回転電機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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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、たと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。駆動制御部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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
以上のように構成される回転電機１０によれば、以下の優れた効果が得られる。
【０１３６】
固定子５０において、固定子巻線５１の周方向に隣り合う直線部８３の間、すなわち隣り合う磁石対向部の間に、軟磁性材からなるティースが設けられていない構成とした。この構成によれば、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を近づけることで導体断面積を大きくすることができ、固定子巻線５１の通電にともない生じる発熱を低減することができる。各直線部８３の間にティースが設けられていない、いわゆるスロットレス構造では、直線部８３間の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ともない発熱量が増えることに好適に対処することができる。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。
【０１３７】
固定子巻線５１に固定子コア５２を組み付け、その組み付け状態において、周方向に隣り合う直線部８３の間に、軟磁性材からなるティースが設けられていない構成とした。この場合、回転子４０に対して径方向反対側に設けられた固定子コア５２がバックヨークとして機能することで、各直線部８３の間にティースが存在していなくても、適正な磁気回路の形成が可能となる。
【０１３８】
固定子巻線５１を封止部５７により封止し、これにより固定子巻線５１において周方向に隣り合う直線部８３の間に絶縁部材を設ける構成とした。これにより、各直線部８３が周方向に互いに近い位置に配置されていても、その直線部８３において良好な絶縁性を確保することができる。
【０１３９】
固定子巻線５１において導線８２を扁平状にして直線部８３における径方向厚さを薄くしたため、直線部８３において径方向の中心位置を回転子４０の磁石部４２に近づけることができる。これにより、スロットレス構造の採用による固定子５０での磁気飽和の抑制を図りつつ、固定子巻線５１の直線部８３における磁束密度を高めてトルクの増強を図ることが可能となる。また、上記のとおり周方向に隣り合う直線部８３同士を互いに近づけることが可能となっているため、導線８２を扁平状にしても導体断面積を確保できるものとなっている。
【０１４０】
固定子巻線５１の各導線８２を複数の素線８６の集合体としたため、導線８２における電流流通経路の細線化を図ることができる。これにより、磁石部４２からの磁界が導線８２と鎖交した場合に渦電流が生じても、その渦電流に対する導線８２の渦電流抑制効果を得ることができる。その結果、導線８２に流れる渦電流を低減することができる。
【０１４１】
また、各導線８２は、素線８６が撚り合わせられて構成されているため、各素線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、鎖交磁界に起因した逆起電圧が相殺される。その結果、導線８２を流れる渦電流の低減効果を高めることができる。
【０１４２】
各素線８６を繊維状の導電材８７により構成したため、導線８２における電流流通経路をより細線化でき、また、電流流通経路の撚り回数をより増大できる。これにより、渦電流の低減効果を高めることができる。なお、素線８６は、少なくともカーボンナノチューブ繊維で構成されているとよい。
【０１４３】
スロットレス構造を有する固定子５０では、ティースが設けられていない分、導線間領域ＷＢに比べて導線領域ＷＡを周方向に拡張できる。これにより、周方向において導線領域ＷＡが導線間領域ＷＢより大きいとする構成を好適に実現できる。
【０１４４】
固定子巻線５１のターン部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、ひいては固定子５０での放熱性能をより一層高めることが可能となる。
【０１４５】
固定子５０の同一のピッチ円上で、各導線８２のターン部８４における相互干渉を回避する構成として、ターン部８４が、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（第１部分に相当）と、傾斜部８４ａからその同一のピッチ円よりも径方向内側にシフトし、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（第２部分に相当）とを有する構成とした。これにより、ターン部８４における相互干渉を適正に回避することができる。
【０１４６】
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とを、それら直線部８３同士よりも径方向に離して配置したため、ターン部８４における放熱性能を高めることができる。
【０１４７】
ターン部８４における曲がり部の曲げアールを、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とで異ならせたため、それら各ターン部８４を好適に離して配置することができる。
【０１４８】
ターン部８４において曲がり部における直線部８３からの径方向シフト量を、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とで異ならせたため、それら各ターン部８４を好適に離して配置することができる。
【０１４９】
なお、磁石部４２の極異方構造は上記した例に限定されない。図２２及び図２３に示す例では、磁石部４２が、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。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を有している。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、たと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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。たとえば磁性体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、たとえば接着材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とは反対側である。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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。この磁石部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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
上記した例では、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。たとえば、図２５に示す例では、固定子コア５２が、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。
【０１６２】
突起部１４２は、ヨーク部１４１からの径方向の厚さ寸法が、径方向内外の複数層の直線部８３のうち、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。
【０１６３】
なお、固定子コア５２の外周面では、直線部８３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１４２におけるヨーク部１４１からの径方向の厚さ寸法は、直線部８３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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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の通電にともな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ともな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。
【０１６６】
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。たとえば、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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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とすると、
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。
【０１６９】
詳しくは、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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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／ｍ３）］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。
【０１７２】
上記した例では、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。たとえば、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。
【０１７３】
また、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の間は空隙となっている。
【０１７４】
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、磁性体からなる固定子コア５２に代えて、図２９に示すように、合成樹脂等の非磁性体からなる円環状の巻線保持部５８を備える構成としてもよい。また、同一材料を用いて、非磁性体のティースを巻線保持部５８と一体的に設けてもよいし、上記した封止部５７を巻線保持部５８と一体的に設けてもよい。巻線保持部５８が、固定子巻線５１を保持する保持部に相当する。
【０１７５】
固定子巻線５１の導線群８１において、径方向の内外に重なる各導線８２の干渉を回避する構成として、図３０（ａ）に示すように、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としてもよい。つまり、複数層の各直線部８３に接続され、かつ径方向内外に重なる位置となる各ターン部８４を、径方向の異なる方向に曲げる構成とする。これにより、やはり各ターン部８４を好適に離して配置することができる。なお、本構成は、最も絶縁の厳しい部分に適用したり、複数層のうち最終層や開始層に用いたりすることが好ましい。
【０１７６】
又は、図３０（ｂ）に示すように、ｎ層目とｎ＋１層目とで軸方向における導線シフト位置（図の上下方向の位置）を相違させる構成としてもよい。この場合、各層のターン部８４での曲げアールが同じであっても、相互の干渉を抑制できる。
【０１７７】
上記した例では、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。たとえば、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、すなわち異なる層の直線部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。
【０１７８】
図３１（ａ）に示すように、固定子巻線５１の導線群８１において、各導線８２の直線部８３が、径方向（図の上下方向）に対向する一対の対向面同士が非平行となる状態で配置される構成としてもよい。なお、図３１（ａ）では、各導線群８１が封止部５７により封止されている。本構成によれば、径方向に並ぶ各直線部８３同士の間に、非発熱部としての封止材を介在させることができ、その非発熱部において、固定子巻線５１の通電時に直線部８３にて生じた熱を拡散させることができる。これにより、導線群８１での放熱性能を高めることができる。
【０１７９】
また、周方向に隣り合う各直線部８３の間にティースが介在していない構成になっていても、各導線群８１における直線部８３同士の間に好適に封止材を入り込ませ、ひいては各直線部８３を良好に固定することができる。ただし、図３１（ａ）の構成において、封止部５７が設けられていない構成であってもよい。この場合には、径方向に並ぶ各直線部８３同士の間に、非発熱部としての空隙を介在させることができ、やはり導線群８１での放熱性能を高めることができる。
【０１８０】
図３１（ｂ）に示すように、固定子５０の導線群８１において、各導線８２の直線部８３を径方向内外４層に配置し、一対の対向面同士の隙間寸法が、周方向に大小異なり、かつ大きい側が径方向に並ぶ各隙間において交互に逆になる構成としてもよい。なお、図３１（ｂ）では、各導線群８１が封止部５７により封止されている。直線部８３の層数は３層以上であればよい。本構成によれば、径方向に並ぶ各直線部８３において熱の拡散を好適に行わせることができる。
【０１８１】
また、回転電機１０の作動時に回転方向が正逆入れ替わって交番に掛かっても、各直線部８３を保持する保持力を良好に得ることができる。
【０１８２】
固定子巻線５１において、導線８２の直線部８３を径方向に単層で設ける構成としてもよい。また、径方向内外に複数層で直線部８３を配置する場合に、その層数は任意でよく、３層、４層、５層、６層等で設けてもよい。
【０１８３】
上記した例では、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。
【０１８４】
回転軸１１を回転自在に支持する構成として、回転子４０の軸方向一端側及び他端側の２箇所に軸受を設ける構成としてもよい。この場合、図１の構成で言えば、インバータユニット６０を挟んで一端側及び他端側の２箇所に軸受が設けられるとよい。
【０１８５】
上記した例では、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、中間部４５の段差を無くし、平板状としてもよい。
【０１８６】
上記した例では、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。
【０１８７】
上記した例では、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。
【０１８８】
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、たと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。
【０１８９】
インナロータ構造（内転構造）の回転電機に本開示を適用することも可能である。この場合、たとえばハウジング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。上記した例では、ロータとしてＳＰＭロータを挙げたが、ＩＰＭロータにも適用可能である。この場合、直線部８３が、所定のエアギャップ及びロータコア（不図示）を挟んで磁石部４２に対向するよう配置される磁石対向部を提供することとなる。
【０１９０】
＜回転電機の可変構造、制御装置、及び車両システム＞
先ず、本実施形態の回転電機１０が採用している可変構造について説明する。図３２〜図３４に示すように、本実施形態の回転電機１０は、軸方向において、回転子４０と固定子５０とを相対的に変位可能に構成されている。図３２では、図２に相当する回転電機１０の断面図を、簡素化して示している。図３３は、図３２のXXXIII-XXXIII線に沿う断面図である。
【０１９１】
図３２では、アウターロータ構造の回転電機１０として、エンドプレート部６３に開口部６５が設けられておらず、回転軸１１がエンドプレート部６３を貫通していない例を示している。しかしながら、上記したように、回転軸１１がエンドプレート部６３を貫通する構成、すなわち回転軸１１の両端が突出する構成にも適用することができる。
【０１９２】
回転電機１０は、回転子４０と固定子５０とを軸方向に相対変位させる変位機構として、プランジャ１５０を備えている。本実施形態のプランジャ１５０は、固定子５０を軸方向に沿って移動させるように設けられている。プランジャ１５０は、ロッド１５０ａと、コイル１５０ｂを有している。ロッド１５０ａは、軸方向に沿って延設されている。ロッド１５０ａは、拡径部１５０ａ１と、拡径部１５０ａ１よりも径の小さい縮径部１５０ａ２を有している。縮径部１５０ａ２の一端はエンドプレート部６３に固定されており、他端は拡径部１５０ａ１に連なっている。プランジャ１５０は、図示しないリターンスプリング（戻りばね）を有している。
【０１９３】
エンドプレート部６３は、ハウジング３０に対して軸方向にスライド可能に嵌合された嵌合部６３ａを有している。嵌合部６３ａは、たとえば直スプライン嵌合により、軸方向にスライド可能とされている。固定子５０は、上記したようにインバータユニット６０と一体化されており、エンドプレート部６３とともに移動する。回転電機１０が備えるプランジャ１５０の個数は特に限定されない。本実施形態では、３つのプランジャ１５０を備えている。３つのプランジャ１５０は、回転軸１１を中心とする同心円上にほぼ等間隔で配置されている。３つのプランジャ１５０により、エンドプレート部６３は３点で同時の移動となる。よって、エンドプレート部６３がスムースに移動することができる。
【０１９４】
コイル１５０ｂへの通電がされない状態において、リターンスプリングによりエンドプレート部６３が原位置とされる。図３２は、この非通電状態を示している。この状態では、主として縮径部１５０ａ２が円環状のコイル１５０ｂ内に配置される。非通電状態において、回転子４０（磁石部４２）と固定子５０との互いに対向する領域が、軸方向において最も長くなる。すなわち、対向面積が最も大きくなる。たとえば、固定子５０は、軸方向において磁石部４２の全域と対向する。これにより、回転電機１０の出力特性は、低回転、高トルク特性となる。図３２に示す回転子４０と固定子５０との相対的な位置関係は、原位置状態である。
【０１９５】
コイル１５０ｂへの通電により、コイル１５０ｂ内に拡径部１５０ａ１が引き込まれ、ロッド１５０ａが軸方向に沿って移動する。ロッド１５０ａの移動に伴いエンドプレート部６３が軸方向において原位置から遠ざかる。エンドプレート部６３が原位置から遠ざかるほど、回転子４０と固定子５０との対向面積が小さくなる。対向面積を小さくすることで、固定子巻線５１に生じる逆起電力を低減することができる。したがって、弱め界磁制御をおこなわなくても、回転子４０の高速回転時に、固定子巻線５１に電流を良好に供給することができる。すなわち、回転電機１０の効率低下を抑制することができる。
【０１９６】
図３４は、回転子４０及び固定子５０を、互いに対向しない位置まで相対移動させた状態を示している。換言すれば、回転子４０から固定子５０を完全に離脱させた状態を示している。この状態では、主として拡径部１５０ａ１がコイル１５０ｂ内に配置される。対向面積がほぼゼロの状態まで固定子５０を移動させるため、回転電機１０はフリーラン（空転）状態となる。図３４に示す回転子４０と固定子５０との相対的な位置関係は、離脱状態である。
【０１９７】
次に、制御装置及び車両システムについて説明する。
【０１９８】
図３２及び図３４に示すように、車両に適用される車両システム１６０は、上記した可変構造の回転電機１０と、制御装置１６１を備えている。図３５に示すように、制御装置１６１は、状態検出部１６２と、変位制御部１６３を少なくとも有している。制御装置１６１は、車両の状態に応じて変位機構であるプランジャ１５０を制御するように構成されている。制御装置１６１は、たとえばマイコンを備えたＥＣＵ（Electronic Control Unit）として構成されている。制御装置１６１に、プランジャ１５０の作動を制御する機能に加えて、駆動制御部１１０に出力するトルク指令値を生成する機能をもたせてもよい。
【０１９９】
状態検出部１６２は、外部から入力される信号に基づいて、車両の状態を検出する。外部から入力される信号としては、たとえば、車両に搭載されたセンサの検出結果、制御装置１６１とは別の装置（ＥＣＵ）の演算結果、ドライバによる設定などがある。本実施形態の状態検出部１６２は、アクセル開度センサにて検出されたアクセル開度、ブレーキペダル開度、車速センサにて検出された車速、回転角センサにて検出された回転子の回転角（電気角）、及びドライバによって選択されるモードセレクタの走行モードに基づいて、車両の状態を検出する。
【０２００】
変位制御部１６３は、回転子４０と固定子５０との対向状態が、状態検出部１６２により検出された車両状態に応じた所定の状態となるように、変位機構であるプランジャ１５０の作動を制御する。本実施形態の変位制御部１６３は、車両の状態に応じた対向面積となるように、プランジャ１５０の作動を制御する。
【０２０１】
図３６は、制御装置１６１が実行する処理を示している。制御装置１６１は、電源が投入された状態で、以下に示す処理を所定周期で繰り返し実行する。また、走行駆動源であるすべての回転電機１０に対して以下に示す処理を実行する。
【０２０２】
先ず、制御装置１６１は、車両が走行中か否かを判定する（ステップＳ１０）。制御装置１６１は、たとえば車速が所定値以上の場合に、走行中と判定する。所定値未満の場合、制御装置１６１は一連の処理を終了する。
【０２０３】
走行中と判定すると、次いで制御装置１６１は、走行中において走行駆動源である回転電機１０の駆動が不要な状態か否かを判定する（ステップＳ１１）。制御装置１６１は、アクセル開度が所定値未満、すなわちアクセルオフの場合に、コースティング走行（惰性走行）が可能な状態、すなわち回転電機１０の駆動が不要な状態であると判定する。そして、制御装置１６１は、離脱制御を実行する（ステップＳ１２）。なお、コースティング走行の判定条件は上記例に限定されない。たとえば、アクセルオフ、且つ、ブレーキオフの場合に、コースティング走行可能な状態と判定してもよい。
【０２０４】
制御装置１６１は、走行駆動源である回転電機１０について、回転子４０から固定子５０が離脱した状態となるように、プランジャ１５０のコイル１５０ｂへ通電する。この通電によって、図３４に示したように回転子４０と固定子５０との対向面積がほぼゼロとなり、回転電機１０がフリーラン状態となる。よって、回転電機１０による走行抵抗（負荷）をほぼ無くすことができる。
【０２０５】
また、制御装置１６１は、選択された走行モードにおいて駆動が不要な回転電機１０がある場合、ステップＳ１１において、該当する回転電機１０が駆動不要状態であると判定する。この場合も、制御装置１６１は、上記した離脱制御を実行する。ステップＳ１２の処理を実行すると、制御装置１６１は一連の処理を終了する。
【０２０６】
一方、ステップＳ１１において駆動不要状態ではないと判定された回転電機１０について、制御装置１６１は回転電機１０の動作状態を検出する。たとえば回転角に基づいて、回転数（回転速度）を算出する（ステップＳ１３）。次いで、制御装置１６１は通常制御を実行する（ステップＳ１４）。制御装置１６１は、回転子４０と固定子５０との対向面積が回転数に応じた面積となるように、プランジャ１５０への通電を制御する。具体的には低回転ほど対向面積が大きく、高回転ほど対向面積が小さくなるように、プランジャ１５０への通電を制御する。
【０２０７】
たとえば車両発進時など、低回転、高トルクが必要な場合、プランジャ１５０のコイル１５０ｂへの通電を停止する。これにより、図３２に示したように対向面積が最も大きな原位置状態となり、回転電機１０は、低回転、高トルク特性となる。
【０２０８】
また、回転子４０と固定子５０との相対位置を、回転数に応じて任意に設定することができる。たとえば図３７に示すように、回転子４０と固定子５０との対向面積が、図３２に示す状態の５０％程度となるようにすることもできる。すなわち、途中まで固定子５０が引き抜かれた状態で保持することもできる。ステップＳ１４の処理を実行すると、制御装置１６１は一連の処理を終了する。なお、状態検出部１６２が、ステップＳ１０，Ｓ１１，Ｓ１３の処理を実行し、変位制御部１６３がステップＳ１２，Ｓ１４の処理を実行する。
【０２０９】
図３８は、走行モードと制御状態との関係を示す模式図である。図３８では、一例として、４輪のそれぞれに走行駆動源としての回転電機１０が配置されている。回転電機１０は、インホイールモータとして設けられている。図３８（ａ）は、モードセレクタによりパワーモードが設定された状態を示し、図３８（ｂ）はエコモードが設定された状態を示している。図３８（ｂ）では、前輪を駆動側としている。図３８では、アクセル開度が所定値以上、すなわちアクセルオンの状態を示している。
【０２１０】
パワーモードは、４輪すべての回転電機１０を駆動する４ＷＤモードである。エコモードは、前輪用の回転電機１０のみ又は後輪用の回転電機１０のみを駆動する２ＷＤモードである。パワーモードが設定された場合、４輪すべての回転電機１０について、通常制御が実行される。一方、エコモードが設定された場合、駆動側ではない後輪側の回転電機１０について、離脱制御が実行される。なお、コースティング走行時には、４輪すべての回転電機１０について、離脱制御が実行される。
【０２１１】
図３８では、回転電機１０を車両のホイール内に回転電機１０をそれぞれ配置する４輪インホイールモータの例を示したが、これに限定されない。たとえば前輪側の２輪を１つの回転電機１０で駆動し、後輪側の２輪を別の１つの回転電機１０で駆動する構成にも適用できる。また、前輪及び後輪の一方をエンジンで駆動し、他方を回転電機１０で駆動する構成にも適用できる。
【０２１２】
次に、可変構造の回転電機１０、制御装置１６１、及び車両システム１６０の効果について説明する。
【０２１３】
本実施形態では、上記したように、固定子５０が磁性体のティースを有していない。このため、磁性体のティースを有する構成に比べて、回転子４０の磁石部４２と固定子５０との間に作用する引き合う力を弱めることができる。したがって、変位機構であるプランジャ１５０により、回転子４０と固定子５０とを軸方向において容易に相対変位させることができる。
【０２１４】
特に、コースティング走行時など、固定子巻線５１への通電がなされない非通電状態において、回転子４０と固定子５０とを容易に相対変位させることができる。磁石量の増加、材料、配列（たとえば上記したハルバッハ配列）などによって磁束密度の高い磁石部４２を用いても、磁性体のティースを有さないため、回転子４０と固定子５０とを容易に相対変位させることができる。これにより、プランジャ１５０の大型化を抑制することもできる。
【０２１５】
また、回転子４０と固定子５０との対向状態が、車両の状態に応じた所定の状態となるように、プランジャ１５０を作動させる。具体的には、車両の状態に応じた対向面積となるように、プランジャ１５０を作動させる。対向面積に応じて、磁石部４２により固定子５０に作用する鎖交磁束の大きさが変化する。したがって、車両の状態に応じた出力特性が得られる。たとえば対向面積を大きくすることで、回転軸１１を高トルクの状態で低速回転させることが可能となる。また、対向面積を小さくすることで、弱め界磁を必要としない高効率での高速走行が可能となる。さらには、対向面積をほぼゼロにすることで、駆動が不要な回転電機１０をフリーラン状態にすることができる。これにより、駆動不要時のエネルギ損失を低減することができる。
【０２１６】
磁性体のティースを有していない固定子５０を備えた回転電機１０としては、図１０、図２５、図２７、及び図２８に示したように、磁性体の固定子コア５２が、径方向において、固定子巻線５１の両側のうち、回転子４０とは反対側に設けられた構成を採用するとよい。これによれば、回転子４０に対して径方向反対側に設けられた固定子コア５２がバックヨークとして機能するため、固定子巻線５１の直線部８３の間にティースが存在していなくても、適正な磁気回路の形成が可能となる。
【０２１７】
また、図２９に示したように、固定子５０が磁性体の固定子コアを有しておらず、固定子巻線５１を保持する非磁性体の巻線保持部５８を有している構成を採用してもよい。これによれば、固定子５０がコアレス構造となっているため、回転子４０の磁石部４２と固定子５０との間に作用する引き合う力をさらに弱めることができる。すなわち、回転子４０と固定子５０との相対変位をさらに容易にすることができる。
【０２１８】
なお、回転数に応じて通常制御を実施する例を示したが、これに限定されない。回転数に代えて、たとえば回転電機１０に要求されるトルクを算出し、トルクに応じて通常制御を実施してもよい。状態検出部１６２が、トルク指令生成部の少なくとも一部を兼ねてもよい。
【０２１９】
ステップＳ１３の処理（回転数算出）をなくし、ステップＳ１４では、回転子４０と固定子５０との対向状態が予め設定された所定の状態となるように通電制御を行ってもよい。相対位置を２段階で切り替える構成としてもよい。たとえば、通常制御として、プランジャ１５０への非通電制御を行ってもよい。この場合、ステップＳ１１において駆動不要状態ではないと判定されると、プランジャ１５０のコイル１５０ｂへの通電が停止され、回転電機１０は図３２に示した状態となる。
【０２２０】
コースティング走行条件が成立した場合、又は、回転電機１０の駆動を不要とする走行モードが選択された場合に、ステップＳ１２の離脱制御を実行する例を示したが、これに限定されない。いずれか一方のみを離脱制御を実行する条件としてもよい。
【０２２１】
ドライバが操作するモードセレクタにより走行モードが設定される例を示したが、これに限定されない。走行状態に応じて走行モードを自動的に切り替える機能を有する構成にも適用できる。制御装置１６１とは別の装置（ＥＣＵ）から走行モード情報を取得し、これにより、ステップＳ１１の駆動不要状態の判定処理を実施してもよい。
【０２２２】
走行中のアクセルオフにより、コースティング走行条件が成立する例を示したが、これに限定されない。たとえば自動運転コントローラを備える車両において、自動運転コントローラからの信号に基づいてコースティング走行条件が成立、すなわち回転電機１０が駆動不要な状態を検出してもよい。
【０２２３】
プランジャ１５０のロッド１５０ａの一端がエンドプレート部６３に固定される例を示したが、これに限定されない。プランジャ１５０は、固定子５０を移動させるように設けられれば良い。たとえばハウジング３０が、フロントハウジングと、固定子５０が固定されたリアハウジングを有する構成において、リアハウジングにロッド１５０ａの一端を固定してもよい。
【０２２４】
変位機構としてプランジャ１５０の例を示したが、これに限定されない。回転子４０と固定子５０とを軸方向に相対的に変位可能な構成であれば採用することができる。たとえば回転電機１０とは別のモータとギヤを含む変位機構、油圧アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、回転電機１０とは別のモータとワイヤを含み、モータによりワイヤを巻き取る変位機構などを採用することができる。
【０２２５】
固定子５０を移動させる例を示したが、回転子４０を移動させてもよい。また、上記した構成はアウターロータ構造に限定されず、インナーロータ構造にも適用できる。
【０２２６】
回転子４０と固定子５０とが互いに対向しない離脱状態として、回転子４０と固定子５０とが全く対向しない状態を示したが、これに限定されない。固定子コア５２を備える構成では、原位置において、固定子コア５２と磁石部４２とが対向している。このため、少なくとも固定子コア５２と磁石部４２とが互いに対向しない位置まで変位させれば、離脱状態といえる。また、原位置において、固定子巻線５１のコイルサイド部５３も磁石部４２と対向しているため、少なくともコイルサイド部５３と磁石部４２とが互いに対向しない位置まで変位させれば、離脱状態といえる。よって、コイルエンド部５５及びコイルサイド部５３が磁石部４２と対向せず、コイルエンド部５４の少なくとも一部が磁石部４２と対向する状態を、離脱状態としてもよい。
【０２２７】
駆動不要状態において、離脱制御を実行する例を示したが、これに限定されない。取り得る範囲で対向面積が最小となるように制御してもよい。
【０２２８】
以下に変位機構を備えた回転電機１０の別例を示す。図３９〜図４１に示す別例では、制御装置１６１の記載を省略している。また、磁石部４２を含む回転子４０など、回転電機１０を簡素化して図示している。別例においても、固定子５０は、磁性体のティースによるスロットを有さないスロットレス構造とされている。
【０２２９】
図３９は、固定子５０に対して径方向内側に回転子４０が配置されたインナーロータ構造において、固定子５０を移動させるように構成した例である。図３９でも、変位機構としてプランジャ１５０を採用している。プランジャ１５０のロッド１５０ａと固定子５０とは連結部１５０ｃによって連結されている。固定子５０は、ハウジングに対して軸方向にスライド可能に嵌合されている。図３９（ａ）は、原位置状態を示している。コイル１５０ｂへの通電によりロッド１５０ａがコイル１５０ｂ内に引き込まれ、回転子４０と固定子５０との対向面積が最も大きい状態となっている。図３９（ｂ）は、離脱状態を示している。コイル１５０ｂが非通電状態とされて、リターンスプリングによりロッド１５０ａがコイル１５０ｂから引き抜かれ、固定子５０が回転子４０と対向しない位置まで移動されている。
【０２３０】
図４０は、図３９同様のインナーロータ構造において、プランジャ１５０により回転子４０を移動させるように構成した例である。図４０では、回転子４０が、直スプライン嵌合などにより、回転軸１１に対して軸方向に変位可能に設けられている。図４０（ａ）は、原位置状態を示している。コイル１５０ｂが非通電状態とされて、リターンスプリングによりロッド１５０ａの縮径部１５０ａ２がコイル１５０ｂ内に配置され、回転子４０と固定子５０との対向面積が最も大きい状態となっている。図４０（ｂ）は、離脱状態を示している。コイル１５０ｂへの通電によりロッド１５０ａの拡径部１５０ａ１がコイル１５０ｂ内に引き込まれ、回転子４０が固定子５０と対向しない位置まで移動されている。
【０２３１】
図４１も、インナーロータ構造において、固定子５０を移動させるように構成した例である。図４１では、ギヤを用いた変位機構１５１を採用している。図４１では、固定子５０が、直スプライン嵌合などにより、ハウジングに対して軸方向に変位可能に設けられている。変位機構１５１は、固定子５０の外周に設けられたギヤ１５１ａと、ギヤ１５１ａと噛み合い、固定子５０を移動させるためのギヤ１５１ｂと、ギヤ１５１ｂを回転させるモータを有している。図４１では、モータのうち、回転軸１５１ｃのみを図示している。ギヤ１５１ａは、固定子５０の外周の一部分において、軸方向に沿って延設されている。回転軸１５１ｃは軸方向及び径方向と直交する方向に延設されている。ギヤ１５１ｂは、モータの駆動により回転軸１５１ｃ回りに回転し、軸方向にギヤ１５１ａ、ひいては固定子５０を移動させる。制御装置１６１の変位制御部１６３は、モータの駆動を制御する。
【０２３２】
図４１（ａ）は、原位置状態を示している。この状態で、回転子４０と固定子５０との対向面積は、最も大きくなっている。図４１（ｂ）は、離脱状態を示している。モータの駆動によりギヤ１５１ｂが回転し、これによりギヤ１５１ａが軸方向に送られて、固定子５０が回転子４０と対向しない位置まで移動されている。なお、図３９〜図４１に示した別例において、上記したように、離脱状態ではなく、途中まで引き抜かれた状態で保持することもできる。
【０２３３】
（第２実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態と共通する部分についての説明は省略する。
【０２３４】
本実施形態の制御装置１６１は、停車中に、分離状態への移行要求、すなわち分離要求が外部から入力されると、上記した離脱制御を実行する。スイッチなどが人によって操作されることで、分離要求信号が制御装置１６１に入力される。このスイッチは、車両の牽引、車両工場などにおける人手による車両の移動、回転電機１０のメンテナンスなどにおいて操作される。
【０２３５】
図４２は、制御装置１６１が実行する処理を示している。ステップＳ１０〜ステップＳ１４までの処理は、先行実施形態に示した処理（図３６参照）と同じである。
【０２３６】
ステップＳ１０において走行中ではない、すなわち停車中であると判定すると、制御装置１６１は、分離要求の入力があるか否かを判定する（ステップＳ１５）。分離要求ありと判定すると、ステップＳ１２の離脱制御を実行し、一連の処理を終了する。一方、分離要求がないと判定すると、一連の処理を終了する。なお、状態検出部１６２が、ステップＳ１５の処理を実行する。
【０２３７】
なお、制御装置１６１は、イグニッションスイッチがオンされ、電源が投入された状態で、図４２に示す処理を実行してもよい。また、イグニッションスイッチがオフされた状態でスイッチが操作されると、バッテリから電源が供給され、図４２に示す処理を実行してもよい。
【０２３８】
図４３（ａ）は、原位置状態を示している。この状態で、被水、冠水などにより、泥や塩などの異物２００が回転電機１０の内部空間に侵入している。図４３（ａ）は、図３２に対応している。回転電機１０のメンテナンスをする際、分離要求スイッチを操作すると、図４３（ｂ）に示すように離脱状態となる。よって、ハウジング３０とエンドプレート部６３と間に隙間が生じ、回転電機１０の内部を清掃することができる。これにより、異物２００を排出することができる。また、回転電機１０の内部をチェックすることができる。
【０２３９】
このように本実施形態によれば、停車中に回転子４０と固定子５０との分離要求が入力されると、回転子４０と固定子５０とを離脱状態にすることができる。上記したように、固定子５０が磁性体のティースを有していないため、回転子４０と固定子５０とを軸方向において容易に相対変位させることができる。すなわち、容易に離脱状態にすることができる。
【０２４０】
このように離脱状態にできるため、たとえば牽引時において、牽引負荷を低減することができる。また、回転電機１０による発電を回避し、牽引時において電源ラインに過電圧が生じるのを抑制することができる。人手によって車両を移動させる場合にも、負荷を低減することができる。なお、制御装置１６１が、ステップＳ１０，Ｓ１２，Ｓ１５の処理のみを実行する構成としてもよい。走行中に離脱制御を実行せず、停車中にのみ離脱制御を実行するようにしてもよい。
【０２４１】
（第３実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態と共通する部分についての説明は省略する。
【０２４２】
本実施形態の回転電機１０は、図４４に示すようにロック機構１５２を備えている。ロック機構１５２は、回転子４０と固定子５０との相対変位を拘束する。ロック機構１５２は、変位機構の非作動時において回転子４０と固定子５０との相対変位をロックし、変位機構の作動時において相対変位が可能となるようにロックを解除する。ロック機構１５２は、ロック状態において変位機構の作動をロックし、ロック解除状態において変位機構を作動可能とする。図４４では、制御装置１６１の記載を省略している。また、磁石部４２を含む回転子４０など、回転電機１０を簡素化して図示している。
【０２４３】
図４４に示す回転電機１０は、ロック機構１５２を備える点を除けば、図４１と同様の構成となっている。ロック機構１５２は、ロックアーム１５２ａと、ロックアーム１５２ａを回動させるモータを有している。図４４では、モータのうち、回転軸１５２ｂのみを図示している。回転軸１５２ｂは回転軸１５１ｃと略平行に延びている。ロックアーム１５２ａは、モータによりギヤ１５１ｂに向う側に回動されてギヤ１５１ｂに噛み合い、ギヤ１５１ｂが回転しないようにロックする。一方、ギヤ１５１ｂと反対側に回動されることで、ロックを解除する。
【０２４４】
図４４（ａ）は、原位置において、ロックされた状態を示している。図４４（ｂ）は、原位置において、ロックが解除された状態を示している。図４４（ｃ）は、固定子５０が途中位置において、ロックされた状態を示している。
【０２４５】
図４５は、制御装置１６１の変位制御部１６３が実行する離脱制御処理、すなわちステップＳ１２の処理を示すフローチャートである。軸方向における固定子５０の位置は、たとえば固定子５０の位置を検出するセンサや変位機構１５１のモータの回転角などに基づいて判断することができる。
【０２４６】
ステップＳ１１において駆動不要状態であると判定すると、制御装置１６１は、先ず固定子５０の移動が必要か否かを判定する（ステップＳ１２０）。移動が必要な場合、ロックアーム１５２ａを回動させてロックを解除する（ステップＳ１２１）。制御装置１６１は、ロック機構１５２のモータへ通電するよう制御し、これによりロックアーム１５２ａがギヤ１５１ｂと反対側に回動される。よって、ロックが解除される。
【０２４７】
ロック解除後、制御装置１６１は、変位機構１５１のモータへの通電を開始する（ステップＳ１２２）。次いで、制御装置１６１は、離脱状態となったか否かを判定し（ステップＳ１２３）、離脱状態となるまで通電を継続する。
【０２４８】
離脱状態の位置まで固定子５０が移動したと判定すると、次いで制御装置１６１は、ロックアーム１５２ａを回動させてロックする（ステップＳ１２４）。制御装置１６１は、ロック機構１５２のモータへ通電するよう制御し、これによりロックアーム１５２ａがギヤ１５１ｂ側に回動されてギヤ１５１ｂに噛み合い、ロック状態となる。そして、ロックした後、制御装置１６１は、変位機構１５１のモータへの通電を停止する（ステップＳ１２５）。そして、一連の処理を終了する。なお、図示を省略するが、通常制御についても同様である。移動が必要な場合に、ロック解除後、所定位置まで固定子５０を移動させ、移動完了後にロックを解除してから、通電を停止する。
【０２４９】
このように本実施形態によれば、ロック機構１５２により、変位機構１５１の非作動時において回転子４０と固定子５０との相対変位をロックし、変位機構１５１の作動時においてロックを解除することができる。したがって、ロック機構１５２により、回転子４０と固定子５０との相対位置を、任意の位置に保持することができる。たとえば固定子巻線５１への通電により、回転子４０と固定子５０とが軸方向において近づく力が生じても、回転子４０と固定子５０との相対位置を保持することができる。このように、位置ずれを抑制することができるので、回転電機１０が所望の出力特性を発揮することができる。
【０２５０】
また、ロック機構１５２を備えることで、変位機構１５１のモータに常時電流を印加しなくても、回転子４０と固定子５０との相対位置を保持することができる。また、ロックアーム１５２ａが変位機構１５１のギヤ１５１ｂに噛み合うことでロック状態となる。このように機械的にロックするため、ロックアーム１５２ａを回動させる際にロック機構１５２のモータへ通電すればよい。よって、消費エネルギーを低減することができる。なお、ロック機構１５２のモータは、固定子５０を移動させる変位機構１５１のモータよりも小型で消費電力が低い。したがって、ロックアーム１５２ａを所定位置に保持するように通電を継続したとしても、回転電機１０の消費エネルギーを低減することができる。
【０２５１】
ロック機構１５２を備える回転電機１０において、変位機構は図４４に示す構成に限定されない。ロック機構１５２も上記した構成に限定されない。回転電機１０がギヤ１５１ｂを含む変位機構１５１を備える場合、ロック機構１５２は、ギヤ１５１ｂとの接触によりギヤ１５１ｂの回転を阻害する構成であればよい。ロック機構１５２としては、モータに代えて、リターンばねを含むプランジャを採用してもよい。
【０２５２】
（第４実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態と共通する部分についての説明は省略する。
【０２５３】
図４６に示すように、本実施形態では、回転子４０が、軸方向において複数のブロック４０ａ，４０ｂに分かれている。図４６では省略するが、磁石部４２は、上記したように、回転子４０における固定子５０と対向する面に、周方向に沿って設けられた複数の磁石９１，９２（又は１３１，１３２）を有している。そして、複数のブロック４０ａ，４０ｂは、磁界の強さが互いに異なっている。磁界の強さは、たとえば表面磁束密度として示される。回転子４０の構成を除けば、回転電機１０は、図４０と同様の構成となっている。図４６では、制御装置１６１の記載を省略している。また、磁石部４２を含む回転子４０など、回転電機１０を簡素化して図示している。
【０２５４】
本実施形態では、回転子４０が、２つのブロック４０ａ，４０ｂを有している。そして、ブロック４０ａとブロック４０ｂとで磁石量が異なることで、磁界の強さが互いに異なっている。具体的には、ブロック４０ａのほうがブロック４０ｂよりも磁石が多く配置されている。回転電機１０は、変位機構としてプランジャ１５０を備えており、プランジャ１５０によって回転子４０が軸方向に移動可能に構成されている。
【０２５５】
図４６（ａ）は、原位置状態を示している。コイル１５０ｂが非通電状態とされて、リターンスプリングによりロッド１５０ａの縮径部１５０ａ２がコイル１５０ｂ内に配置されている。そして、回転子４０のうち、主としてブロック４０ａが固定子５０と対向している。図４６（ａ）では、ブロック４０ａのみが径方向においてコイルサイド部５３と対向している。上記したように、ブロック４０ａは磁石が多いため、回転電機１０は第１の特性、具体的には低回転、高トルク特性となる。
【０２５６】
図４６（ｂ）は、原位置状態に対して回転子４０を移動させた状態を示している。図４６（ｂ）は、第１の特性とは異なる第２の特性に切り替えられた状態を示している。コイル１５０ｂへの通電によりロッド１５０ａの拡径部１５０ａ１がコイル１５０ｂ内に引き込まれ、回転子４０のうち、主としてブロック４０ｂが固定子５０と対向している。図４６（ｂ）では、ブロック４０ｂのみが径方向においてコイルサイド部５３と対向している。上記したように、ブロック４０ｂは磁石が少ないため、回転電機１０は第２の特性、具体的には高回転特性となる。
【０２５７】
図示を省略するが、制御装置１６１は回転電機１０に要求される特性に応じて、プランジャ１５０のコイル１５０ｂへの通電を制御する。
【０２５８】
このように本実施形態によれば、磁界の強さが異なるブロック４０ａ，４０ｂが軸方向に隣接して設けられている。プランジャ１５０のコイル１５０ｂへの通電状態においてブロック４０ｂが固定子５０と対向し、非通電状態においてブロック４０ａが固定子５０と対向する。すなわち変位機構であるプランジャ１５０のオン・オフの単調制御によって、回転電機１０の特性を切り替えることができる。また、磁性体のティースを有していないため、回転電機１０の特性を容易に切り替えることができる。制御装置１６１は回転電機１０に要求される特性に応じて、プランジャ１５０のコイル１５０ｂへの通電を制御する。
【０２５９】
回転子４０が２つのブロック４０ａ，４０ｂを有する例を示したが、これに限定されない。３つ以上のブロックを有してもよい。
【０２６０】
複数のブロック４０ａ，４０ｂの磁界の強さを、磁石量によって互いに異ならせる例を示したが、これに限定されない。磁石の材料や磁石の配列などによって磁界の強さを異ならせてもよい。また、ブロック４０ａとブロック４０ｂとで固定子５０との対向距離（隙間）を異ならせてもよい。
【０２６１】
変位機構は上記したプランジャ１５０に限定されない。また回転子４０に代えて、固定子５０を移動させるようにしてもよい。回転電機１０としては、インナーロータ構造に限定されない。先行実施形態に記載のロック機構１５２を組み合わせてもよい。
【０２６２】
（第５実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態と共通する部分についての説明は省略する。
【０２６３】
図４７に示すように、本実施形態の回転電機１０は、図示しない磁石部４２を有する永久磁石式の回転子４０と、軸方向において回転子４０と並んで配置され、磁石部４２を有さない誘導式の回転子４８を有している。回転子４０が第１回転子に相当し、回転子４８が第２回転子に相当する。回転子４０の構成を除けば、回転電機１０は、図３９と同様の構成となっている。回転子４０，４８は、同一の回転軸１１に対して、軸方向にずれて配置されている。図４７では、制御装置１６１の記載を省略している。また、磁石部４２を含む回転子４０など、回転電機１０を簡素化して図示している。
【０２６４】
図４７（ａ）は、原位置状態を示している。コイル１５０ｂへの通電によりロッド１５０ａがコイル１５０ｂ内に引き込まれ、これにより固定子５０が回転子４０と対向している。図４７（ｂ）は、原位置状態に対して固定子５０を移動させた状態を示している。コイル１５０ｂが非通電状態とされて、リターンスプリングによりロッド１５０ａがコイル１５０ｂから引き抜かれ、固定子５０が回転子４８と対向している。
【０２６５】
図示を省略するが、制御装置１６１は回転電機１０に要求される特性に応じて、プランジャ１５０のコイル１５０ｂへの通電を制御する。
【０２６６】
このように本実施形態によれば、永久磁石式の回転子４０と、磁気誘導式の回転子４８が、軸方向に並んで設けられている。プランジャ１５０のコイル１５０ｂへの通電状態において固定子５０が回転子４０と対向し、非通電状態において固定子５０が回転子４８と対向する。よって、本実施形態でも、変位機構であるプランジャ１５０のオン・オフの単調制御によって、回転電機１０の特性を切り替えることができる。また、磁性体のティースを有していないため、回転電機１０の特性を容易に切り替えることができる。
【０２６７】
制御装置１６１は、たとえばコースティング走行条件が成立すると、コイル１５０ｂを非通電状態にして固定子５０を回転子４８に対向させ、再加速から所定の期間において、回転子４８の対向状態を維持するように制御してもよい。これによれば、コースティング走行後の再加速時において、永久磁石式の回転子４０を変位させて対向状態にさせてから加速する場合よりも応答性に優れる誘導式の回転子４８を用いることができる。なお、所定期間が終了すると、コイル１５０ｂに通電して回転子４０に切り替えればよい。
【０２６８】
変位機構は上記したプランジャ１５０に限定されない。また回転子４０に代えて、固定子５０を移動させるようにしてもよい。回転電機１０としては、インナーロータ構造に限定されない。先行実施形態に記載のロック機構１５２を組み合わせてもよい。
【０２６９】
（第６実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示した回転電機１０と共通する部分についての説明は省略する。
【０２７０】
本実施形態では、上記した変位機構を有する回転電機１０のメンテナンス方法の一例について説明する。
【０２７１】
先行実施形態（図４３参照）では、停車中に離脱制御を実施して、異物除去などを行う例を示した。これに対し、本実施形態では、イグニッションスイッチがオフされた状態で、図４８（ａ）に示すように、先ず車両２１０から回転電機１０を取り外す。図４８（ａ）では、インホイールモータとして４輪のそれぞれに配置された回転電機１０の少なくとも１つを取り外す。
【０２７２】
取り外した後、変位機構であるプランジャ１５０のコイル１５０ｂに電流を印加し、強制的にプランジャ１５０を作動させる。通電により拡径部１５０ａ１がコイル１５０ｂ内に引き込まれ、図４８（ｂ）に示すように対向面積がほぼゼロの離脱状態となる。離脱状態では、ハウジング３０とエンドプレート部６３と間に隙間が生じ、回転電機１０の内部を清掃することができる。また、部品交換などを行うことができる。
【０２７３】
メンテナンスの終了後、回転電機１０を車両２１０に組み付けることで、回転電機１０を再使用することができる。
【０２７４】
このように本実施形態によれば、固定子５０が磁性体のティースを有していないため、車両から取り外した状態で回転電機１０のメンテナンスを行う際にも、回転子４０と固定子５０とを軸方向において容易に相対変位させることができる。すなわち、容易に離脱状態にすることができる。よって、メンテナンス性を向上することができる。
【０２７５】
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。たとえば、開示は、実施形態において示された部品及び／又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、実施形態の部品及び／又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及び／又は要素の置き換え、又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。
【符号の説明】
【０２７６】
１０…回転電機、１１…回転軸、３０…ハウジング、４０…回転子（第１回転子）、４０ａ，４０ｂ…ブロック、４２…磁石部、４８…回転子（第２回転子）、５０…固定子、５１…固定子巻線、５２…固定子コア、５８…巻線保持部（保持部）、６０…インバータユニット、６３…エンドプレート部、６３ａ…嵌合部、７７…制御装置、１１０…駆動制御部、１５０…プランジャ（変位機構）、１５０ａ…ロッド、１５０ａ１…拡径部、１５０ａ２…縮径部、１５０ｂ…コイル、１５０ｃ…連結部、１５１…変位機構、１５２…ロック機構、１６０…車両システム、１６１…制御装置、１６２…状態検出部、１６３…変位制御部
【図１】
2020058145.tif 000003
【図２】
2020058145.tif 000004
【図３】
2020058145.tif 000005
【図４】
2020058145.tif 000006
【図５】
2020058145.tif 000007
【図６】
2020058145.tif 000008
【図７】
2020058145.tif 000009
【図８】
2020058145.tif 000010
【図９】
2020058145.tif 000011
【図１０】
2020058145.tif 000012
【図１１】
2020058145.tif 000013
【図１２】
2020058145.tif 000014
【図１３】
2020058145.tif 000015
【図１４】
2020058145.tif 000016
【図１５】
2020058145.tif 000017
【図１６】
2020058145.tif 000018
【図１７】
2020058145.tif 000019
【図１８】
2020058145.tif 000020
【図１９】
2020058145.tif 000021
【図２０】
2020058145.tif 000022
【図２１】
2020058145.tif 000023
【図２２】
2020058145.tif 000024
【図２３】
2020058145.tif 000025
【図２４】
2020058145.tif 000026
【図２５】
2020058145.tif 000027
【図２６】
2020058145.tif 000028
【図２７】
2020058145.tif 000029
【図２８】
2020058145.tif 000030
【図２９】
2020058145.tif 000031
【図３０】
2020058145.tif 000032
【図３１】
2020058145.tif 000033
【図３２】
2020058145.tif 000034
【図３３】
2020058145.tif 000035
【図３４】
2020058145.tif 000036
【図３５】
2020058145.tif 000037
【図３６】
2020058145.tif 000038
【図３７】
2020058145.tif 000039
【図３８】
2020058145.tif 000040
【図３９】
2020058145.tif 000041
【図４０】
2020058145.tif 000042
【図４１】
2020058145.tif 000043
【図４２】
2020058145.tif 000044
【図４３】
2020058145.tif 000045
【図４４】
2020058145.tif 000046
【図４５】
2020058145.tif 000047
【図４６】
2020058145.tif 000048
【図４７】
2020058145.tif 000049
【図４８】
2020058145.tif 000050