(57)【要約】      （修正有）【課題】減磁が生じるのを抑制しつつ、使用電流域を広くできる制御装置及び回転電機システムを提供すること。【解決手段】制御装置は、磁石部を有する回転子と、固定子巻線を有するスロットレス構造の固定子を備える回転電機を制御する。この制御装置は、温度推定部（Ｓ１０，Ｓ２０）と、過電流判定部（Ｓ３０，Ｓ４０，Ｓ５０）と、制御部（Ｓ６０，Ｓ７０）を備えている。温度推定部は、固定子巻線の温度を少なくとも含む温度情報を取得し、温度情報に基づいて磁石部の温度を推定する。過電流判定部は、磁石部の推定温度に応じて固定子巻線に流れる電流の過電流閾値を設定するとともに、固定子巻線に流れる電流を取得し、設定した過電流閾値に基づいて固定子巻線に流れる電流が過電流か否かを判定する。制御部は、過電流判定部の判定結果に基づいて、回転電機を制御する。【選択図】図４０
2020114167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石（４２）を有する回転子（４０）と、固定子巻線（５１）を有し、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の固定子（５０）と、を備える回転電機（１０）を制御する制御装置であって、
前記固定子巻線の温度を少なくとも含む温度情報を取得し、前記温度情報に基づいて前記永久磁石の温度を推定する温度推定部（Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２０，Ｓ２０Ａ，Ｓ２０Ｂ、Ｓ２０Ｃ，Ｓ８０）と、
前記永久磁石の推定温度に応じて前記固定子巻線に流れる電流の過電流閾値を設定するとともに、前記固定子巻線に流れる電流を取得し、設定した前記過電流閾値に基づいて前記固定子巻線に流れる電流が過電流か否かを判定する過電流判定部（Ｓ３０，Ｓ４０，Ｓ５０）と、
前記過電流判定部の判定結果に基づいて、前記回転電機を制御する制御部（Ｓ５１，Ｓ５２，Ｓ５３，Ｓ５４，Ｓ６０，Ｓ７０）と、
を備える制御装置。
【請求項２】
前記温度推定部は、
前記温度情報として、インバータ（１００）を構成する複数の素子（６６）の温度を取得し、
前記固定子巻線の温度及び前記素子の温度に基づいて、前記永久磁石の温度を推定する請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記温度推定部は、
前記過電流の判定に用いられた前記永久磁石の推定温度を、前回値として保存し、
取得した前記固定子巻線の温度と、前記前回値に基づいて前記永久磁石の温度を推定する請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記温度推定部は、
前記温度情報として、インバータ（１００）を構成する素子（６６）の温度及び前記インバータを冷却する冷却水の温度の少なくとも一方を取得し、
前記素子の温度及び前記冷却水の温度の少なくとも一方と、取得した前記固定子巻線の温度と、前記前回値に基づいて、前記永久磁石の温度を推定する請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記回転電機は移動体に適用され、
前記移動体の起動スイッチがオフからオンに切り替えられたか否かを判定する起動判定部（Ｓ９）をさらに備え、
前記温度推定部は、
前記起動スイッチがオフからオンに切り替えられると、前記起動スイッチがオフされてからオンされるまでの停止時間を取得し、
前記停止時間が所定時間よりも短い場合に、前記前回値に基づいて前記永久磁石の温度を設定し、
前記停止時間が前記所定時間以上の場合に、前記前回値を用いず、取得した前記固定子巻線の温度に基づいて前記永久磁石の温度を推定する請求項３又は請求項４に記載の制御装置。
【請求項６】
前記前回値が保持されていない場合、前記温度推定部は、前記永久磁石の推定温度として許容上限温度を設定する請求項３又は請求項４に記載の制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記過電流が流れていると判定された場合、前記固定子巻線のターン数が、前記過電流が流れていないと判定された場合に設定される第１ターン数よりも多い第２ターン数となるように、前記固定子巻線のターン数を制御する請求項１〜６いずれか１項に記載の制御装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記過電流が流れていないと判定された場合、前記回転電機に対するトルク指令値が閾値以下であると前記固定子巻線のターン数が前記第１ターン数となり、前記トルク指令値が前記閾値よりも高いと、前記固定子巻線のターン数が前記第１ターン数よりも多いターン数となるように、前記固定子巻線のターン数を制御する請求項７に記載の制御装置。
【請求項９】
永久磁石（４２）を有する回転子（４０）と、固定子巻線（５１）を有し、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の固定子（５０）と、を備える回転電機（１０）を制御する制御装置であって、
前記回転子には、温度検出部が設けられておらず、
前記制御装置は、
前記固定子巻線の温度を少なくとも含む温度情報に基づいて前記固定子巻線に流れる電流の過電流閾値を設定するとともに、
前記固定子巻線に流れる電流を取得し、設定した前記過電流閾値に基づいて前記固定子巻線に流れる電流が過電流か否かを判定する過電流判定部（Ｓ３０，Ｓ４０，Ｓ５０）と、
前記過電流判定部の判定結果に基づいて、前記回転電機を制御する制御部（Ｓ５１，Ｓ５２，Ｓ５３，Ｓ５４，Ｓ６０，Ｓ７０）と、
を備える制御装置。
【請求項１０】
永久磁石（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）を有し、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の固定子（５０）と、を備える回転電機（１０）と、
スイッチ（Ｓｐ，Ｓｎ）を有し、前記スイッチのオンオフにより前記固定子巻線への通電及び遮断を切り替えるインバータ（１００）と、
前記固定子巻線の温度を検出する巻線温度センサ（１５１）と、
前記固定子巻線に流れる電流を検出する電流センサ（１５２）と、
前記スイッチの駆動を制御する制御装置（１１０）と、
を備え、
前記制御装置は、
前記固定子巻線の温度を少なくとも含む温度情報を取得し、前記温度情報に基づいて前記永久磁石の温度を推定する温度推定部（Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２０，Ｓ２０Ａ，Ｓ２０Ｂ、Ｓ２０Ｃ，Ｓ８０）と、
前記永久磁石の推定温度に応じて前記固定子巻線に流れる電流の過電流閾値を設定するとともに、前記固定子巻線に流れる電流を取得し、設定した前記過電流閾値に基づいて前記固定子巻線に流れる電流が過電流か否かを判定する過電流判定部（Ｓ３０，Ｓ４０，Ｓ５０）と、
前記過電流判定部の判定結果に基づいて、前記回転電機を制御する制御部（Ｓ５１，Ｓ５２，Ｓ５３，Ｓ５４，Ｓ６０，Ｓ７０）と、
を有する回転電機システム。
【請求項１１】
前記インバータは、複数の素子を含んで構成されており、
前記素子の温度を個別に検出する複数の素子温度センサ（１５３）をさらに備え
複数の前記素子は、前記固定子に沿って配置され、
前記温度推定部は、前記固定子巻線の温度と、複数の前記素子の温度と、に基づいて、前記永久磁石の温度を推定する請求項１０に記載の回転電機システム。
【請求項１２】
前記巻線温度センサは、前記固定子巻線において前記永久磁石に対向するコイルサイド（５３）に固定されている請求項１０又は請求項１１に記載の回転電機システム。
【請求項１３】
前記巻線温度センサは、前記固定子巻線において前記永久磁石に対向するコイルサイド（５３）及び前記コイルサイドから延設されたコイルエンド（５４）のうち、前記コイルエンドに固定されている請求項１０又は請求項１１に記載の回転電機システム。
【請求項１４】
永久磁石（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）を有し、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の固定子（５０）と、を備える回転電機（１０）と、
スイッチ（Ｓｐ，Ｓｎ）を有し、前記スイッチのオンオフにより前記固定子巻線への通電及び遮断を切り替えるインバータ（１００）と、
前記固定子巻線の温度を検出する巻線温度センサ（１５１）と、
前記固定子巻線に流れる電流を検出する電流センサ（１５２）と、
前記スイッチの駆動を制御する制御装置（１１０）と、
を備え、
前記回転子には、温度検出部が設けられておらず、
前記制御装置は、
前記固定子巻線の温度を少なくとも含む温度情報に基づいて前記固定子巻線に流れる電流の過電流閾値を設定するとともに、
前記固定子巻線に流れる電流を取得し、設定した前記過電流閾値に基づいて前記固定子巻線に流れる電流が過電流か否かを判定する過電流判定部（Ｓ３０，Ｓ４０，Ｓ５０）と、
前記過電流判定部の判定結果に基づいて、前記回転電機を制御する制御部（Ｓ５１，Ｓ５２，Ｓ５３，Ｓ５４，Ｓ６０，Ｓ７０）と、
を有する回転電機システム。
【請求項１５】
前記回転電機は、移動体に適用される請求項１０〜１４いずれか１項に記載の回転電機システム。
【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、制御装置及び回転電機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、回転電機の制御装置が開示されている。この制御装置では、固定子巻線に流れる電流を検出し、過電流閾値と比較することで、回転電機が備える永久磁石の減磁を抑制するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１３００８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術の構成では、たとえばマージンを大きくもたせて過電流閾値を設定しないと、減磁が生じる虞がある。使用電流域が狭いという問題がある。
【０００５】
開示されるひとつの目的は、減磁が生じるのを抑制しつつ、使用電流域を広くできる制御装置及び回転電機システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここに開示された制御装置は、
永久磁石（４２）を有する回転子（４０）と、固定子巻線（５１）を有し、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の固定子（５０）と、を備える回転電機（１０）を制御する制御装置である。
【０００７】
この制御装置は、固定子巻線の温度を少なくとも含む温度情報を取得し、温度情報に基づいて永久磁石の温度を推定する温度推定部（Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２０，Ｓ２０Ａ，Ｓ２０Ｂ、Ｓ２０Ｃ，Ｓ８０）と、
永久磁石の推定温度に応じて固定子巻線に流れる電流の過電流閾値を設定するとともに、固定子巻線に流れる電流を取得し、設定した過電流閾値に基づいて固定子巻線に流れる電流が過電流か否かを判定する過電流判定部（Ｓ３０，Ｓ４０，Ｓ５０）と、
過電流判定部の判定結果に基づいて、回転電機を制御する制御部（Ｓ５１，Ｓ５２，Ｓ５３，Ｓ５４，Ｓ６０，Ｓ７０）と、
を備えている。
【０００８】
ここに開示された制御装置によると、固定子がスロットレス構造となっているため、永久磁石の温度を、固定子巻線の温度を含む温度情報に基づいて精度良く推定することができる。そして、永久磁石の推定温度に応じて過電流閾値を設定することができる。過電流閾値を、永久磁石の温度に応じて変化する減磁限界に対応させることができる。過度なマージンを設けなくともよいので、減磁が生じるのを抑制しつつ、使用電流域を広くすることができる。
【０００９】
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、及び効果は、後続の詳細な説明、及び添付の図面を参照することによってより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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】別例においてｎ層目とｎ＋１層目の各導線を示す側面図。
【図３０】別例における固定子の断面図。
【図３１】第１実施形態に係る回転電機システム及び制御装置を示す図。
【図３２】制御装置が実行する処理を示すフローチャート。
【図３３】固定子巻線と磁石部とのギャップを示す図。
【図３４】固定子巻線のアンペアターンと磁束との関係を示す図。
【図３５】第２実施形態に係る回転電機システムにおいて、巻線温度センサの配置を示す図。
【図３６】別例における巻線温度センサの配置を示す図。
【図３７】第３実施形態に係る回転電機システムにおいて、巻線温度センサの配置を示す図。
【図３８】第４実施形態に係る回転電機システム及び制御装置を示す図。
【図３９】半導体モジュール及び素子温度センサの配置を示す図。
【図４０】制御装置が実行する処理を示すフローチャート。
【図４１】第５実施形態に係る回転電機システム及び制御装置を示す図。
【図４２】制御装置が実行する処理を示すフローチャート。
【図４３】推定磁石温度の今回値の設定を示す図。
【図４４】巻線温度と推定磁石温度の経時変化を示す図。
【図４５】第６実施形態に係る回転電機システムにおいて、回転電機の巻線構造を示す図。
【図４６】固定子巻線の構造を示す図。
【図４７】制御装置が実行する処理を示すフローチャート。
【図４８】直列接続を示す図。
【図４９】並列接続を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。
【００１２】
（第１実施形態）
本実施形態の回転電機は、移動体の駆動源に適用可能である。移動体は、たとえば電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、燃料電池車（ＦＣＶ）などの車両、ドローンなどの飛行体、船舶、建設機械、農業機械である。このように、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。回転電機は、移動体以外にも、産業用、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、回転電機の基本構成について説明する。
【００１３】
＜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。
【００１４】
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、アウターロータ構造、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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がアウターロータ式であり、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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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、制御装置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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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、図１等に示す半導体モジュール６６が、インバータ１０１，１０２を構成するスイッチを有している。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。
【０１０７】
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、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。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、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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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においてもっと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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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、合成樹脂等の非磁性体からなる円環状の巻線保持部を備える構成としてもよい。
【０１７０】
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２９（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、もっと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。
【０１７１】
又は、図２９（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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
図３０（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３０（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。
【０１７４】
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３０（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。
【０１７５】
図３０（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３０（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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
インナーロータ構造（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。
【０１８５】
＜制御装置及び回転電機システム＞
先ず、図３１に基づき、制御装置１１０を備える回転電機システムについて説明する。
【０１８６】
図３１に示すように、回転電機システム１５０は、上記した回転電機１０と、インバータ１００と、制御装置１１０と、巻線温度センサ１５１と、電流センサ１５２を備えている。インバータ１００は、上記したインバータ１０１，１０２に相当する。
【０１８７】
制御装置１１０は、他の電子制御装置であるＥＣＵ２００と、たとえばバス２０１を介して通信可能に構成されている。制御装置１１０と通信可能とされるＥＣＵ２００は少なくともひとつである。ＥＣＵ２００のひとつは、たとえば制御装置１１０に対して上位の電子制御装置である。ＥＣＵ２００のひとつは、制御装置１１０に対してトルク指令値を出力する。
【０１８８】
巻線温度センサ１５１は、固定子巻線５１の温度を検出する。巻線温度センサ１５１としては、たとえばサーミスタや熱電堆を採用することができる。このように、固定子５０側に温度検出部が設けられている。一方、回転子４０側には、温度検出部が設けられていない。
【０１８９】
電流センサ１５２は、各相の固定子巻線５１に流れる電流を検出する。すなわち、相電流を検出する。本実施形態では、電流センサ１５２を三相のそれぞれに設けている。しかしながら、電流センサ１５２を二相のみに設け、二相の検出結果に基づいて残りの一相の電流を検出するようにしてもよい。
【０１９０】
次に、図３２に基づき、本実施形態に係る制御装置１１０が実行する処理について説明する。制御装置１１０は、イグニッションスイッチがオンされて電源が供給されている期間において、図３２に示す処理を所定周期で繰り返し実行する。
【０１９１】
図３２に示すように、先ず制御装置１１０は、巻線温度センサ１５１から、固定子巻線５１（ステータコイル）の温度を取得する（ステップＳ１０）。以下において、固定子巻線５１の温度を、単に、巻線温度と称する場合がある。
【０１９２】
次いで、制御装置１１０は、取得した巻線温度に基づいて、回転子４０が備える磁石部４２（永久磁石）の温度を推定する（ステップＳ２０）。制御装置１１０は、たとえば巻線温度と磁石温度との相関関係を示すマップを予めメモリに備えており、このマップを用いて磁石部４２の温度を推定してもよい。巻線温度と磁石温度との相関関係を示す関数を用いて磁石部４２の温度を推定してもよい。たとえば制御装置１１０は、取得した巻線温度に所定の減衰係数を乗算し、磁石部４２の温度を推定してもよい。
【０１９３】
制御装置１１０は、所定期間における巻線温度から、磁石部４２の温度を推定してもよい。たとえば、磁石部４２の温度が主として固定子巻線５１からの被熱により変化すると仮定し、下記式に示すように、時刻（ｎ−ｍ）から時刻ｎまでの所定期間（ｍ＋１）における巻線温度ｔｓの平均値を算出する。そして、算出した巻線温度ｔｓの平均値を、時刻ｎにおける磁石部４２の温度ｔｒｎとしてもよい。なお、ｔｓｎは時刻ｎにおける巻線温度であり、ｔｓ（ｎ−ｍ）は時刻（ｎ−ｍ）における巻線温度である
（式１）ｔｒｎ＝｛ｔｓ（ｎ−ｍ）＋ｔｓ（ｎ−ｍ＋１）＋・・・＋ｔｓ（ｎ−１）＋ｔｓｎ}／（ｍ＋１）
【０１９４】
次いで、制御装置１１０は、推定磁石温度に応じて、固定子巻線５１に流れる電流の過電流閾値を設定する（ステップＳ３０）。過電流閾値は、磁極限界電流値を超えないように設定される過電流保護値である。磁極限界電流値は、磁石部４２の温度に応じて変化する。過電流閾値は、減磁限界電流値に対して所定のマージンを加味して設定される。制御装置１１０は、推定磁石温度が低い場合には過電流閾値として大きな値を設定し、推定磁石温度が高い場合には、過電流閾値として推定磁石温度が低い場合よりも小さな値を設定する。
【０１９５】
次いで、制御装置１１０は、電流センサ１５２から各相に流れる電流値を取得する（ステップＳ４０）。そして、制御装置１１０は、電流値が過電流閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ５０）。すなわち、減磁が生じる虞があるのか否かを判定する。
【０１９６】
電流値が過電流閾値を上回る場合、減磁が生じる虞があるため、制御装置１１０は、電流制限制御を実行する（ステップＳ６０）。一方、電流値が過電流閾値以下の場合、減磁が生じる虞がないため、制御装置１１０は、通電電流を制限しない通常制御を実行する（ステップＳ７０）。このように、制御装置１１０は、過電流判定の結果に基づいて、回転電機１０、具体的にはインバータ１００のスイッチＳｐ，Ｓｎの駆動を制御する。制御装置１１０は、ステップＳ６０又はステップＳ７０の処理を実行後、一連の処理を終了する。
【０１９７】
制御装置１１０は、通常制御の実行時において、ＥＣＵ２００から取得したトルク指令値に基づいて目標電流値を算出する。そして、電流センサ１５２から取得した実電流値が目標電流値に追従するようにフィードバック制御（上記したＰＩ制御）を実行し、所定デューティ比のスイッチ操作信号を生成する。
【０１９８】
制御装置１１０は、電流制限制御の実行時において、通常制御時に対して通電電流を制限する。たとえばデューティ比の上限ガード値を設定する構成において、制御装置１１０は、上限ガード値として通常制御時よりも低い値を設定する。スイッチ操作信号のデューティ比は上限ガード値を上回らないように設定されるため、通常制御時に対して通電電流を制限することができる。
【０１９９】
また、目標電流値を補正してもよい。たとえば過電流閾値に応じた値を目標電流値から減算し、補正後の目標電流値としてもよい。補正後の目標電流値に基づいてフィードバック制御を実行するため、通常制御時に対して通電電流を制限することができる。
【０２００】
なお、ステップＳ１０，Ｓ２０の処理が温度推定部に相当する。ステップＳ３０，Ｓ４０，Ｓ５０の処理が過電流判定部に相当する。ステップＳ６０，Ｓ７０の処理が制御部に相当する。
【０２０１】
＜第１実施形態のまとめ＞
図３３は、磁石部と固定子巻線とのギャップを示す図である。図３３（ａ）は比較例を示し、図３３（ｂ）は本実施形態の構成を示している。図３３では、回転子４０及び固定子５０を簡素化して図示している。比較例では、本実施形態の対応する要素の符号に対して、末尾にｒを付加している。
【０２０２】
図３３（ａ）に示す比較例では、固定子５０ｒがティース５２ｒを有している。固定子巻線５１ｒは、固定子コアのティース５２ｒにより形成されるスロットに配置されている。固定子巻線５１ｒは、ティース５２ｒの先端面よりも回転子４０ｒの磁石部４２ｒから離れた位置とされている。磁石部４２ｒと固定子巻線５１ｒとの間の熱伝達は、固定子コア（ティース５２ｒ）及びエアギャップを介してなされる。
【０２０３】
図３３（ｂ）に示すように、本実施形態では、固定子５０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いる。磁石部４２と固定子巻線５１との間の熱伝達は、固定子コア５２を介さず、エアギャップを介してなされる。ティースがないため、比較例に較べて固定子巻線５１を磁石部４２に近づけて配置することができる。したがって、固定子巻線５１の温度に基づいて、磁石部４２の温度を精度よく推定することができる。
【０２０４】
図３４は、固定子巻線のアンペアターンと磁束との関係を示す図である。上記したように、トルクと磁束は比例関係にある。図３４に示す破線は、上記した比較例を示し、実線は本実施形態の構成を示す。比較例では、磁気飽和により収束する。これに対し、本実施形態では、スロットレス構造の採用により、磁気飽和による収束がない。このため、減磁限界を見定めて制御を行う。
【０２０５】
永久磁石の減磁は、外部磁界、たとえば固定子巻線を流れる電流による磁界以外にも、温度の影響も受ける。希土類磁石の場合、特に高温側において減磁が発生する。たとえば使用上限温度（１８０℃）で減磁限界電流値は１０００Ａ、常温（２０℃）で減磁限界電流値は１２００Ａである。このように、温度が高いほど減磁限界が低くなる。減磁限界を超えると、不可逆減磁が生じる。
【０２０６】
従来のように、温度を考慮しない場合、過電流閾値として固定値が設定される。常温の減磁限界電流値を基準として過電流閾値を設ける場合、高温の場合でも減磁限界電流値を超えないようにするために、マージンを大きくとる必要がある。このため、使用電流域が狭いという問題があった。
【０２０７】
これに対し、本実施形態に係る制御装置１１０は、推定磁石温度に応じて過電流閾値を切り替えることができる。上記したように、減磁限界は、磁石部４２の温度に応じて変化する。制御装置１１０は、過電流閾値を、磁石部４２の温度に応じて設定することができる。制御装置１１０は、過電流閾値として、推定磁石温度での減磁限界電流値に応じた値を設定することができる。このように、過度なマージンを設けないため、減磁が生じるのを抑制しつつ、使用電流域を広くすることができる。
【０２０８】
上記したように、制御装置１１０は、ドライバ１１７を含む例を示したが、これに限定されない。制御装置１１０とは別にドライバ１１７を設けてもよい。また、ＥＣＵ２００の機能の少なくとも一部、たとえばトルク指令値を生成する機能を、制御装置１１０にもたせてもよい。回転電機１０を制御する制御装置として、制御装置１１０の例を示したが、インバータ１００を含んでもよい。また、回転電機１０を制御する制御装置として、制御装置１１０とともに、巻線温度センサ１５１を含んでもよい。
【０２０９】
（第２実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、巻線温度センサの配置について特に言及しなかった。これに代えて、この実施形態では、巻線温度センサが、固定子巻線のコイルサイドに固定されている。
【０２１０】
図３５に示す例では、インナーロータ構造の回転電機１０を採用している。巻線温度センサ１５１は、固定子５１のうち、固定子巻線５１に直接的に固定されている。巻線温度センサ１５１は、接着、嵌合などにより、固定子巻線５１に固定されている。巻線温度センサ１５１は、固定子巻線５１のうち、磁石部４２（回転子４０）と対向する部分であるコイルサイド部５３に固定されている。本実施形態では、固定子５０が磁性体の固定子コア５２を有しておらず、固定子巻線５１の外周面に固定されている。
【０２１１】
＜第２実施形態のまとめ＞
本実施形態では、巻線温度センサ１５１が、固定子巻線５１に固定されている。したがって、たとえば固定子コア５２に固定される構成に較べて、固定子巻線５１の温度を精度良く検出することができる。これにより、磁石部４２の温度を精度よく推定することができる。
【０２１２】
特に本実施形態では、巻線温度センサ１５１が、固定子巻線５１のコイルサイド部５３に固定されており、巻線温度センサ１５１と図示しない磁石部４２との距離が近い。図３５に示す破線矢印は、固定子巻線５１と磁石部４２（回転子４０）との間の熱伝達経路を示している。巻線温度センサ１５１により、固定子巻線５１において、磁石部４２の温度により近い値の部分の温度を検出することができる。したがって、固定子巻線５１の温度に基づいて、磁石部４２の温度をより精度よく推定することができる。
【０２１３】
図３５では、インナーロータ構造の回転電機１０の例を示したが、これに限定されない。図３６に示すように、アウターロータ構造の回転電機１０に適用することもできる。図３６においても、巻線温度センサ１５１は、固定子巻線５１のコイルサイド部５３に固定されている。巻線温度センサ１５１は、固定子巻線５１の内周面に固定されている。本実施形態の巻線温度センサ１５１は、コイルサイド部５３の外周面及び内周面のいずれかに固定されている。
【０２１４】
固定子５０が固定子コア５２を備えてもよい。たとえば巻線温度センサ１５１が固定される部分を避けるように、バックヨークとして機能する固定子コア５２を設けてもよい。
【０２１５】
（第３実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、巻線温度センサがコイルサイドに固定されていた。これに代えて、この実施形態では、巻線温度センサが、固定子巻線のコイルエンドに固定されている。
【０２１６】
図３７に示す例では、インナーロータ構造の回転電機１０を採用している。本実施形態の巻線温度センサ１５１も固定子巻線５１に直接的に固定されている。巻線温度センサ１５１は、固定子巻線５１のうち、コイルサイド部５３から延設されたコイルエンド部５４に固定されている。本実施形態でも、固定子５０が磁性体の固定子コア５２を有しておらず、固定子巻線５１の端面に固定されている。
【０２１７】
＜第３実施形態のまとめ＞
本実施形態でも、巻線温度センサ１５１が、固定子巻線５１に固定されている。したがって、固定子巻線５１の温度を精度良く検出することができる。これにより、磁石部４２の温度を精度よく推定することができる。
【０２１８】
特に本実施形態では、巻線温度センサ１５１が、固定子巻線５１のコイルエンド部５４に固定されている。このため、図３７に破線で示すようにコイルサイド部５３に巻線温度センサ１５１を固定する構成に較べて、径方向の体格を小さくすることができる。
【０２１９】
図３７では、インナーロータ構造の回転電機１０の例を示したが、これに限定されない。アウターロータ構造の回転電機１０に適用することもできる。また、固定子５０が固定子コア５２を備えてもよい。コイルエンド部５４に巻線温度センサ１５１を設ける例を示したが、コイルエンド部５５に設けてもよい。
【０２２０】
（第４実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、永久磁石の温度を推定する温度情報として、固定子巻線の温度のみが用いられていた。これに代えて、この実施形態では、温度情報として、固定子巻線の温度と、インバータを構成する素子の温度が用いられている。
【０２２１】
図３８に示すように、本実施形態に係る回転電機システム１５０は、複数の素子温度センサ１５３をさらに備えている。素子温度センサ１５３は、インバータ１００を構成する素子である半導体モジュール６６のそれぞれに設けられている。素子温度センサ１５３は、半導体モジュール６６の温度、すなわち素子温度を検出する。回転電機システム１５０は、巻線温度センサ１５１をひとつのみを備えている。
【０２２２】
素子温度センサ１５３として、たとえばスイッチＳｐ，Ｓｎと同じ半導体チップに形成された感温ダイオードを採用することができる。また、素子温度センサ１５３として、半導体チップと一体的に樹脂封止されたサーミスタなどを採用することもできる。
【０２２３】
本実施形態では、インバータ１００が、３つの半導体モジュール６６により構成されている。半導体モジュール６６は、上アームひとつと下アームひとつの計２つのアームを備える２ｉｎ１パッケージ構造をなしている。ひとつの半導体モジュール６６により、一相分の上下アームが構成される。図３９に示すように、回転電機１０はアウターロータ構造をなしている。３つの半導体モジュール６６は、固定子５０に沿って周方向に配置されている。インバータ１００を構成する複数の半導体モジュール６６は、固定子５０の内周面に沿って配置されている。すなわち、複数の素子温度センサ１５３も、固定子５０の内周面に沿って配置されている。
【０２２４】
巻線温度センサ１５１は、固定子５０、たとえば固定子コア５２に固定されている。巻線温度センサ１５１に対する複数の素子温度センサ１５３の配置には、偏りが生じている。素子温度センサ１５３のひとつは、巻線温度センサ１５１の近傍に配置されている。残りの２つの素子温度センサ１５３は、巻線温度センサ１５１から離れた位置に配置されている。
【０２２５】
図４０は、本実施形態に係る制御装置１１０が実行する処理を示している。本実施形態では、ステップＳ１１の処理、具体的には、素子温度を取得する処理が追加されている。制御装置１１０は、素子温度センサ１５３のそれぞれから素子温度を取得する。そして、ステップＳ１０で取得した巻線温度と、ステップＳ１１で取得した素子温度とに基づいて、ステップＳ２０の処理、すなわち磁石部４２の温度を推定する。その他の処理は、先行実施形態（図３２参照）と同じである。ステップＳ１１の処理も温度推定部に相当する。
【０２２６】
回転電機１０の駆動時において、固定子巻線５１の温度は全域でほぼ均一となる。一方、モータロック時など、特定の相に対する通電電流が大きくなると、固定子巻線５１の温度に偏りが生じる。本実施形態では、回転電機システム１５０が、ひとつの巻線温度センサ１５１と、３つの素子温度センサ１５３を備えている。したがって、固定子巻線５１の温度に偏りが生じても、温度が高い部分について温度を推定することができる。これにより、磁石部４２についても、温度の高い部分について温度を推定することができる。
【０２２７】
制御装置１１０は、たとえば巻線温度センサ１５１の近傍に配置された素子温度センサ１５３の検出温度ｔｐ１と、残りの素子温度センサ１５３のうち、高いほうの温度ｔｐ２との差分Δｔｐを算出する。上記したように駆動時の差分Δｔｐはほぼゼロである。差分Δｔｐが所定値以下の場合、制御装置１１０は、巻線温度センサ１５１の検出温度に基づいて、磁石温度を推定する。差分Δｔｐが所定値を上回る場合、制御装置１１０は、巻線温度センサ１５１の検出温度に差分Δｔｐを加算した値に基づいて、磁石温度を推定する。
【０２２８】
＜第４実施形態のまとめ＞
上記したように、本実施形態に係る制御装置１１０は、固定子巻線５１の温度と、複数の半導体モジュール６６の温度とに基づいて、磁石温度を推定する。したがって、特定の相に対して通電電流が大きくなり、その影響によって磁石部４２の温度に偏りが生じても、複数の素子温度センサ１５３から、温度が高い部分の磁石温度を推定することができる。換言すれば、巻線温度センサ１５１から離れた位置の温度が高くなっても、複数設けた素子温度センサ１５３から、温度が高い部分の磁石温度を推定することができる。これにより、各相に対応して巻線温度センサ１５１を設けなくても、温度が高い部分の磁石温度を推定することができる。磁石部４２の温度に偏りが生じる場合でも、減磁を抑制しつつ、使用電流域を広くすることができる。
【０２２９】
回転電機１０がインナーロータ構造の場合、複数の半導体モジュール６６は、固定子５０の外周面に沿って配置される。半導体モジュール６６は、２ｉｎ１パッケージ構造に限定されない。たとえば、ひとつのアームのみを備える１ｉｎ１パッケージ構造を採用することもできる。
【０２３０】
磁石温度の推定手法は、上記した例に限定されない。たとえば複数の素子温度センサ１５３の検出温度のうちのもっとも高い温度と、巻線温度センサ１５１の検出温度に基づいて、磁石温度を推定してもよい。複数の素子温度センサ１５３の検出温度の平均値と、巻線温度センサ１５１の検出温度に基づいて、磁石温度を推定してもよい。温度が高いほど希土類磁石からなる磁石部４２の磁極限界が低くなるため、素子温度センサ１５３のうち、もっとも高い検出温度を少なくとも用いるとよい。
【０２３１】
温度情報として、固定子巻線５１の温度とともに、インバータ１００を構成する素子の温度を用いる例を示したが、これに限定されない。インバータ１００を構成する素子の温度に代えて、回転電機１０を冷却する冷却器の冷媒の温度を用いてもよい。冷却器は、水冷式または油冷式である。冷却器は、たとえば回転電機１０のハウジング３０に対して、外面側に固定される。冷却器は、たとえばハウジング３０と一体的に設けられる。この場合、冷媒は、ハウジング３０内を流通する。
【０２３２】
たとえば、冷却器の流入（ＩＮ）側における冷媒温度と、排出（ＯＵＴ）側における冷媒温度との差より、回転電機１０から冷媒へ移動した熱量を算出する。移動熱量は、回転電機１０の発熱量に応じて変化する。よって、移動熱量に基づいて巻線温度を補正することで、磁石部４２の温度を推定してもよい。また、所定期間における冷媒温度の平均値を算出し、算出した平均値と巻線温度とに基づいて、磁石部４２の温度を推定してもよい。なお、温度情報として、固定子巻線５１の温度と、インバータ１００を構成する素子の温度をと、回転電機１０を冷却する冷却器の冷媒の温度を用いてもよい。
【０２３３】
（第５実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、今回推定した磁石温度に応じて過電流閾値が設定されていた。これに代えて、この実施形態では、前回推定の磁石温度も用いて過電流閾値が設定されている。前回推定の磁石温度を、以下では、推定磁石温度の前回値と称する場合がある。
【０２３４】
図４１に示すように、本実施形態に係る回転電機システム１５０は、水温センサ１５４をさらに備えている。水温センサ１５４は、インバータ１００を冷却する冷却水の温度、すなわち冷却水温を検出する。水温センサ１５４の少なくとも一部は、インバータ１００（半導体モジュール６６）を冷却する流路に配置されている。水温センサ１５４は、インバータ１００に対して下流側に設けられており、インバータ１００による熱交換後の冷却水温を検出する。
【０２３５】
図４２は、本実施形態に係る制御装置１１０が実行する処理を示している。本実施形態では、図３２に示した処理に対し、ステップＳ８，Ｓ９，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２０Ｂ、Ｓ２０Ｃ，Ｓ８０が追加されている。また、ステップＳ２０の処理に代えて、ステップＳ２０Ａが実行される。
【０２３６】
先ず制御装置１１０は、磁石部４２の推定温度について前回値があるか否かを判定する（ステップＳ８）。制御装置１１０は、メモリ、たとえばマイコンが内蔵するＲＡＭに、推定磁石温度の前回値が保存されているか否かを判定する。前回値は、たとえばイグニッションスイッチのオフ（ＩＧオフ）にともなう制御装置１１０の電源オフに対して保持される。イグニッションスイッチは、移動体の起動スイッチである。
【０２３７】
前回値がある場合、次いで制御装置１１０は、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替えられたタイミングか否かを判定する（ステップＳ９）。オフからオンへの切り替えタイミングではないと判定すると、制御装置１１０は、上記したように、ステップＳ１１，Ｓ１２の処理を実行して、巻線温度及び素子温度を取得する。さらに本実施形態では、制御装置１１０が、水温センサ１５４から冷却水温を取得する(ステップＳ１２)。
【０２３８】
そして、保存されている前回値と、ステップＳ１０，Ｓ１１，Ｓ１２で取得した巻線温度、素子温度、冷却水温に基づいて、磁石温度の今回値を推定する（ステップＳ２０Ａ）。
【０２３９】
制御装置１１０は、たとえば以下の式に基づいて、推定磁石温度の今回値ｔｎ、すなわち現状態の推定温度を算出する。ｔｎ−１は推定磁石温度の前回値、ｔｓは巻線温度、ｔｐは素子温度、ｔｃは冷却水温である。α、β、γは、熱量換算係数である。本実施形態では、α＞β＞γとなっている
（式２）ｔｎ＝ｔｎ−１＋α（ｔｎ−１−ｔｓ）＋β（ｔｎ−１−ｔｐ）＋γ（ｔｎ−１−ｔｃ）
【０２４０】
一方、ステップＳ９において、オフからオンへの切り替えタイミングであると判定すると、制御装置１１０は、オフからオンまでの停止時間に応じて推定磁石温度の今回値を設定する（ステップＳ２０Ｂ）。
【０２４１】
停止時間は、たとえばイグニッションスイッチがオフされている間も電源が供給され、オフからオンまでの停止時間をカウントして保存するタイマカウンタから取得することができる。タイマカウンタのカウント値は、停止時間の保存によりクリアされる。回転電機システム１５０は、このようなタイマカウンタを備えている。制御装置１１０がマイコンを備える構成において、マイコンとは別にタイマカウンタを備えてもよい。制御装置１１０は、バス２０１を通じて外部から時刻情報を取得し、これにより、停止時間を算出してもよい。
【０２４２】
制御装置１１０は、停止時間と所定値とを比較する。停止時間が所定値よりも短い場合、推定磁石温度の今回値として、たとえば推定磁石温度の前回値を設定する。停止時間が所定値以上の場合、推定磁石温度の今回値として、たとえば巻線温度を取得して取得した巻線温度を設定する。
【０２４３】
なお、停止時間が短い場合、巻線温度、素子温度、冷却水温を取得して、ステップＳ２０Ａ同様の処理により、推定磁石温度の今回値を設定してもよい。また、停止時間に応じて減衰係数を付与してもよい。減衰係数は、単位時間当たりの温度変化を示す。たとえば推定磁石温度の前回値に減衰係数及び停止時間を乗算し、今回値を設定してもよい。
【０２４４】
ステップＳ８において、推定磁石温度の前回値がないと判定すると、制御装置１１０は、推定磁石温度として所定値を設定する（ステップＳ２０Ｃ）。車両に搭載されたバッテリの取り替え、バッテリ端子の取り外しなどにより制御装置１１０がリセットされると、メモリに保存された前回値もクリアされる。リセット等の初期化が実施された場合には、制御装置１１０は、推定磁石温度の今回値として所定値を設定する。
【０２４５】
所定値としては、たとえば磁石部４２の減磁を抑制するための許容上限温度（たとえば１８０℃）を設定することができる。所定値として、巻線温度を取得し、取得した巻線温度を設定してもよい。前回値を用いない手法により推定した磁石温度を、所定値として設定してもよい。たとえば、巻線温度を取得し、取得した巻線温に基づいて推定した磁石温度を所定値としてもよい。
【０２４６】
ステップＳ２０Ａ，Ｓ２０Ｂ，Ｓ２０Ｃのいずれかにより推定磁石温度の今回値を設定すると、次いで制御装置１１０は、ステップＳ３０の処理を実行し、推定磁石温度の今回値に応じて過電流閾値を設定する。ステップＳ３０〜Ｓ７０までの処理は、先行実施形態同様である。
【０２４７】
ステップＳ６０又はステップＳ７０の処理を実行すると、次いで制御装置１１０は、ステップＳ２０Ａ，Ｓ２０Ｂ，Ｓ２０Ｃのいずれかで設定した推定磁石温度の今回値を、推定磁石温度の前回値としてメモリに保存する（ステップＳ８０）。推定磁石温度の前回値は更新される。そして、一連の処理を終了する。
【０２４８】
なお、ステップＳ９の処理が起動判定部に相当する。ステップＳ８，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２０Ａ、Ｓ２０Ｂ、Ｓ２０Ｃ，Ｓ８０の処理が温度推定部に相当する。
【０２４９】
＜第５実施形態のまとめ＞
固定子巻線５１は、通電により発熱する。磁石部４２の温度は、固定子巻線５１からの熱伝達により上昇する。しかしながら、磁石部４２と固定子巻線５１とでは熱マス等が異なるため、巻線温度の変化と磁石温度の変化には差が生じる。
【０２５０】
これに対し、本実施形態に係る制御装置１１０によれば、図４３に示すように、過電流判定に用いた推定磁石温度の今回値を、推定磁石温度の前回値として保存する。そして、保存している前回値と、取得した巻線温度などの温度情報に基づいて、磁石部４２の温度を新たに推定する。このように、前回値を用いることで、磁石部４２自身が保有している熱量の影響を考慮することができる。したがって、磁石部４２の温度の推定精度を向上することができる。これにより、減磁が生じるのを抑制しつつ、マージンをより小さくして使用電流域を広くすることができる。
【０２５１】
前回値とともに用いられる温度情報としては、少なくとも巻線温度を含めばよい。前回値と巻線温度に基づいて磁石温度の今回値を推定する場合、回転電機システム１５０は、温度情報を検出するセンサとして、素子温度センサ１５３及び水温センサ１５４を備えず、巻線温度センサ１５１を備えればよい。
【０２５２】
本実施形態では、磁石温度に相関のある温度情報として、巻線温度、素子温度、冷却水温を用いている。したがって、磁石部４２の温度に偏りが生じても、温度が高い部分の磁石温度を推定することができる。なお、巻線温度とともに用いられる温度情報としては、素子温度及び冷却水温の少なくとも一方を含めばよい。冷却水温を用いず、先行実施形態に示したように巻線温度と素子温度を用いてもよい。
【０２５３】
図４４に示すように、イグニッションスイッチのオフ後、非通電状態となることにより巻線温度は低下し、磁石温度に近づく。停止時間が長いと、巻線温度は磁石温度にほぼ一致する。本実施形態に係る制御装置１１０によれば、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替えられると、オフからオンまでの停止時間を取得し、停止時間に応じて推定磁石温度の今回値を設定する。
【０２５４】
停止時間が短い場合、制御装置１１０は、前回値に基づいて推定磁石温度の今回値を設定する。停止時間が長い場合、制御装置１１０は、前回値を用いず、取得した巻線温度を含む温度情報に基づいて推定磁石温度の今回値を設定する。したがって、車両の起動時において、磁石温度を精度良く推定することができる。また、減衰係数を用いることで、磁石温度の推定精度をより高めることができる。
【０２５５】
上記したように、制御装置１１０の初期化が実施されると、メモリに保存された前回値もクリアされる。すなわち、前回値を保持しておくことができない。巻線温度と磁石温度とが大きく乖離した状態で、推定磁石温度として巻線温度を設定するのは好ましくない。これに対し、推定磁石温度として許容上限温度を設定すると、制御装置１１０の初期化後の状態において、減磁に至るのを回避することができる。また、前回値がない場合に、巻線温度などの温度情報に基づいて磁石温度を推定すると、推定磁石温度として巻線温度を設定する構成よりも、減磁が生じるのを抑制することができる。
【０２５６】
なお、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替えられると、制御装置１１０は、ステップＳ２０Ｂの処理を実行する例を示したが、これに限定されない。オフからオンへの切り替えタイミングにおいて、ステップＳ１０〜Ｓ２０Ａの処理を実行してもよい。すなわち、ステップＳ９，Ｓ２０Ｂの処理を実行しない構成としてもよい。
【０２５７】
推定磁石温度の今回値を前回値として保存するタイミングは、上記した例に限定されない。推定磁石温度に応じて過電流閾値を設定した後であればよい。
【０２５８】
（第６実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、過電流判定の結果に応じて、インバータのスイッチング素子が制御されていた。これに代えて、この実施形態では、過電流判定の結果に応じて、固定子巻線のターン数も切り替え可能に構成されている。
【０２５９】
図４５及び図４６に示すように、本実施形態に係る回転電機システム１５０において、回転電機１０を構成する固定子巻線５１のターン数は、制御装置１１０によって制御される。固定子巻線５１は、第１ターン部５１ｃと、第２ターン部５１ｄとが通電方向に対して直列に配置されている。以下において、第１ターン部５１ｃ、第２ターン部５２ｄを、ターン部５１ｃ，５１ｄと称する場合がある。そして、ターン数を切り替えるためのスイッチ５１ｅ，５１ｆ，５１ｇが設けられている。
【０２６０】
スイッチ５１ｅは、ターン部５１ｃ，５１ｄの間に設けられている。スイッチ５１ｆは、第１ターン部５１ｃ及びスイッチ５１ｅに対して並列に設けられている。スイッチ５１ｇは、スイッチ５１ｅ及び第２ターン部５１ｄに対して並列に設けられている。各相の固定子巻線５１は同様の構成となっている。制御装置１１０は、スイッチ５１ｅ，５１ｆ，５１ｇのオンオフを切り替えることで、各相の固定子巻線５１のターン数を制御する。
【０２６１】
図４７は、本実施形態に係る制御装置１１０が実行する処理を示すフローチャートである。先行実施形態（第１実施形態）に示した処理と異なる点は、ステップＳ５１〜Ｓ５４が追加されている点である。
【０２６２】
ステップＳ１０〜Ｓ５０の処理は、図３２と同じである。電流値が過電流閾値を上回る場合、減磁が生じる虞があるため、制御装置１１０は、先ず２つのターン部５１ｃ，５１ｄが直列接続される処理を実行する（ステップＳ５１）。具体的には、図４８に示すように、スイッチ５１ｅをオン制御し、スイッチ５１ｆ，５１ｇをオフ制御する。これにより、スイッチ５１ｅを介してターン部５１ｃ，５１ｄが直列に接続される。直列接続により、固定子巻線５１のターン数（巻き数）が、後述する並列接続に対して増加する。このように、過電流が流れていると判定された場合、制御装置１１０は、固定子巻線５１のターン数が後述する第１ターン数よりも多い第２ターン数となるように、固定子巻線５１のターン数を制御する。
【０２６３】
次いで、制御装置１１０は、ステップＳ６０の処理、すなわち電流制限制御を実行する。そして一連の処理を終了する。
【０２６４】
ステップＳ５０において、電流値が過電流閾値以下の場合、制御装置１１０は高トルク要求があるか否かを判定する（ステップＳ５２）。制御装置１１０は、ＥＣＵ２００からのトルク指令値に基づいて、高トルク要求があるか否かを判定する。制御装置１１０は、トルク指令値が所定の閾値よりも高いと高トルク要求があると判定し、トルク指令値が閾値以下であると高トルク要求がないと判定する。
【０２６５】
高トルク要求がある場合、制御装置１１０は、ステップＳ５１の処理同様、２つのターン部５１ｃ，５１ｄが直列接続される処理を実行する（ステップＳ５３）。制御装置１１０は、上記したように、スイッチ５１ｅをオン制御し、スイッチ５１ｆ，５１ｇをオフ制御する。直列接続により、固定子巻線５１のターン数が増加する。次いで、制御装置１１０は、ステップＳ７０の処理、すなわち通常制御を実行する。そして、一連の処理を終了する。
【０２６６】
一方、高トルク要求がない場合、制御装置１１０は、２つのターン部５１ｃ，５１ｄが並列接続される処理を実行する（ステップＳ５４）。具体的には、図４９に示すように、スイッチ５１ｅをオフ制御し、スイッチ５１ｆ，５１ｇをオン制御する。これにより、２つのターン部５１ｃ，５１ｄが並列に接続される。並列接続により、固定子巻線５１のターン数が、直列接続に対して低減する。次いで、制御装置１１０は、ステップＳ７０の処理、すなわち通常制御を実行する。そして、一連の処理を終了する。
【０２６７】
このように、過電流が流れていないと判定された場合、制御装置１１０は、トルク指令値が閾値以下であるとターン数が第１ターン数となり、トルク指令値が閾値よりも高いとターン数が第１ターン数よりも多いターン数となるように、固定子巻線５１のターン数を制御する。なお、ステップＳ５１〜Ｓ５４の処理は、制御部に相当する。ステップＳ５１の処理により設定されるターン数が、第２ターン数に相当する。ステップＳ５４の処理により設定されるターン数が、第１ターン数に相当する。ステップＳ５３の処理により設定されるターン数が、第１ターン数よりも多いターン数に相当する。
【０２６８】
＜第６実施形態のまとめ＞
本実施形態によれば、過電流が流れている場合、ターン部５１ｃ，５１ｄが直列に接続される。これにより、固定子巻線５１が高ターン化される。高ターン化により逆起電圧が大きくなるため、通電電流を抑制することができる。このように、高ターン化することにより、減磁が生じるのを抑制することができる。電流制限制御と合わせて、減磁抑制の効果を高めることができる。
【０２６９】
また、過電流が流れていない場合、高トルク要求の有無に応じて、ターン数が切り替えられる。高トルク要求がある場合には、ターン部５１ｃ，５１ｄが直列接続され、固定子巻線５１が高ターン化される。これにより、高トルク化が可能となる。一方、高トルク要求がない場合には、ターン部５１ｃ，５１ｄが並列接続され、固定子巻線５１が低ターン化される。これにより、高出力化が可能となる。
【０２７０】
なお、固定子巻線５１の構成は上記した例に限定されない。固定子巻線５１のターン数は、上記した例に限定されない。制御装置１１０が、トルク指令値と比較する閾値として、第１閾値と、第１閾値よりも低い第２閾値を有してもよい。制御装置１１０は、トルク指令値が第１閾値を上回ると、固定子巻線５１のターン数を増加させるように、ターン数を切り替える。制御装置１１０は、トルク指令値が第２閾値以下まで低下すると、固定子巻線５１のターン数を低減させるように、ターン数を切り替える。このように、ターン数の切り替えにヒステリシスをもたせてもよい。
【０２７１】
本実施形態に示したターン数の切り替えを、第１実施形態以外の先行実施形態と組み合わせてもよい。本実施形態では、ステップＳ５１の処理により設定されるターン数（第２ターン数）と、ステップＳ５３の処理により設定されるターン数とが等しい例を示したが、これに限定されない。ステップＳ５１，Ｓ５３で設定されるターン数が互いに異なってもよい。過電流が流れていない場合に、高トルク要求の有無によってターン数を切り替える例を示したが、これに限定されない。過電流が流れていない場合、高トルク要求の有無によらず、ステップＳ５４の処理を実行し、第１ターン数を設定するようにしてもよい。すなわち、トルク指令値に基づくターン数の切り替えを実行しないようにしてもよい。
【０２７２】
この明細書および図面等における開示は、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。
【０２７３】
明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。
【０２７４】
この明細書における制御装置は、電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）とも呼ばれる場合がある。制御装置、または制御システムは、（ａ）ｉｆ−ｔｈｅｎ−ｅｌｓｅ形式と呼ばれる複数の論理としてのアルゴリズム、または（ｂ）機械学習によってチューニングされた学習済みモデル、例えばニューラルネットワークとしてのアルゴリズムによって提供される。
【０２７５】
制御装置は、少なくともひとつのコンピュータを含む制御システムによって提供される。制御システムは、データ通信装置によってリンクされた複数のコンピュータを含む場合がある。コンピュータは、ハードウェアである少なくともひとつのプロセッサ（ハードウェアプロセッサ）を含む。ハードウェアプロセッサは、下記（ｉ）、（ｉｉ）、または（ｉｉｉ）により提供することができる。
【０２７６】
（ｉ）ハードウェアプロセッサは、少なくともひとつのメモリに格納されたプログラムを実行する少なくともひとつのプロセッサコアである場合がある。この場合、コンピュータは、少なくともひとつのメモリと、少なくともひとつのプロセッサコアとによって提供される。プロセッサコアは、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＲＩＳＣ−ＣＰＵなどと呼ばれる。メモリは、記憶媒体とも呼ばれる。メモリは、プロセッサによって読み取り可能な「プログラムおよび／またはデータ」を非一時的に格納する非遷移的かつ実体的な記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリ、磁気ディスク、または光学ディスクなどによって提供される。プログラムは、それ単体で、またはプログラムが格納された記憶媒体として流通する場合がある。
【０２７７】
（ｉｉ）ハードウェアプロセッサは、ハードウェア論理回路である場合がある。この場合、コンピュータは、プログラムされた多数の論理ユニット（ゲート回路）を含むデジタル回路によって提供される。デジタル回路は、ロジック回路アレイ、例えば、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなどとも呼ばれる。デジタル回路は、プログラムおよび／またはデータを格納したメモリを備える場合がある。コンピュータは、アナログ回路によって提供される場合がある。コンピュータは、デジタル回路とアナログ回路との組み合わせによって提供される場合がある。
【０２７８】
（ｉｉｉ）ハードウェアプロセッサは、上記（ｉ）と上記（ｉｉ）との組み合わせである場合がある。（ｉ）と（ｉｉ）とは、異なるチップの上、または共通のチップの上に配置される。これらの場合、（ｉｉ）の部分は、アクセラレータとも呼ばれる。
【０２７９】
制御装置１１０と信号源と制御対象物とは、多様な要素を提供する。それらの要素の少なくとも一部は、ブロック、モジュール、またはセクションと呼ぶことができる。さらに、制御システムに含まれる要素は、意図的な場合にのみ、機能的な手段と呼ばれる。
【符号の説明】
【０２８０】
１０…回転電機、１１…回転軸、４０…回転子、４２…磁石部、５０…固定子、５１…固定子巻線、５１ｃ…第１ターン部、５１ｄ…第２ターン部、５１ｅ〜５１ｇ…スイッチ、５３…コイルサイド部、５４，５５…コイルエンド部、６０…インバータユニット、６６…半導体モジュール、１００…インバータ、１１０…制御装置、１５０…回転電機システム、１５１…巻線温度センサ、１５２…電流センサ、１５３…素子温度センサ、１５４…水温センサ、２００…バス、２０１…ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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