JP4709846B2 - 回転電機および車載回転電機システム - Google Patents

Description

本発明は、クローポール型ロータを備えた回転電機および車載回転電機システムに係り、特に、ハイブリッド電気自動車，電気自動車，燃料電池車などに搭載するに好適な回転電機および車載回転電機システムに関する。

現在、高出力が要求される自動車用回転電機としては、永久磁石同期回転電機が広く使われている。従来一般に用いられている永久磁石同期回転電機は、埋込式若しくは表面磁石式の永久磁石を備えたロータと、ステータコアのスロットに集中巻若しくは分布巻によりステータコイルが巻回されたステータとから構成される。ここで、ステータコアに巻回されたステータコイルのコイルエンドは、ステータコアの両端部から飛び出すため、回転電機の軸方向の長さが長くなる。

それに対して、自動車用回転電機ではないが、例えば、特開平７−２２７０７５号公報や、特開２００４−１５９９８号公報に記載のように、ステータとして、クローポール型ステータを３段軸方向に積層したものが知られている。ステータコイルは、ステータの内部に環状に収納されるため、回転電機の軸方向の長さを短くできる。

特開平７−２２７０７５号公報 特開２００４−１５９９８号公報

しかしながら、上記のように、ロータに永久磁石を備えたものでは、自動車用回転電機として用いるには不都合が生じてくる。すなわち、自動車用回転電機は一般に広範な回転数領域で使用されるが、ロータに永久磁石を備えたものでは、界磁磁束が一定であるため、高速回転時にはステータコイルに誘起される逆起電力が回転数に比例して大きくなる。そのため高速回転させるには、電源電圧及び電流を大きくする必要がある。またトルクを発生させる必要のない状況下では、永久磁石の界磁磁束はロストルクの原因となる。

そこで、本願発明者らは、ロータとして、従来からオルタネータ等で用いられているクローポール型ロータを用いた場合について、磁束解析を行って検討した。ステータとしては、特開平７−２２７０７５号公報や、特開２００４−１５９９８号公報に記載のようなクローポール型ステータを３段軸方向に積層したものを用い、ロータとしては、従来のオルタネータ等に用いられているシングルのクローポール型ロータを用いた回転電機では、磁束が不均一となるため、磁束利用率が低下し、出力トルクが小さいという問題があることが判明した。

本発明の目的は、高速回転が可能で、かつ、出力トルクの大きい回転電機および車載回転電機システムを提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、ステータコアとステータコイルとを有するステータと、ロータコアとロータコイルとを有するロータとを備えた回転電機であって、前記ステータは、クローポール型の単位ステータを回転電機の回転軸方向に３個並置した構成であり、前記ロータは、クローポール型の単位ロータを回転電機の軸方向に３個並置した構成であり、前記単位ステータの前記ステータコイルは、前記回転軸周りにリング状に巻回された一つの環状コイルからなり、前記単位ステータの前記ステータコアは、前記回転軸周りの環状ヨークと、前記環状ヨークの軸方向両端から径方向に伸びたティースと、前記ティースの先端に設けられ、前記環状コイルに通電したときに周方向に交互に異極性に磁化されるクローポールとからなり、前記単位ロータの前記ロータコイルは、前記回転軸周りにリング状に巻回された一つの環状コイルからなり、前記単位ロータの前記ロータコアは、前記回転軸周りの環状ヨークと、前記環状ヨークの軸方向両端から径方向に伸びたティースと、前記ティースの先端に設けられ、前記環状コイルに通電したときに周方向に交互に異極性に磁化されるクローポールとからなるものである。
かかる構成により、高速回転が可能で、かつ、出力トルクの大きい回転電機を得ることができる。

（２）上記（１）において、好ましくは、並置された３個の前記単位ロータの内、隣接する単位ロータの同極性のクローポール位置が電気角でα°ずつ周方向に変位しており、並置された３個の前記単位ステータの内、隣接する単位ステータのクローポール位置が電気角でβ°ずつ周方向に変位しており、ここで、｜α―β｜＝６０°としたものである。

（３）上記（１）において、好ましくは、並置された３個の前記単位ロータの内、隣接する単位ロータの同極性のクローポール位置が電気角でα°ずつ周方向に変位しており、並置された３個の前記単位ステータの内、隣接する単位ステータのクローポール位置が電気角でβ°ずつ周方向に変位しており、ここで、｜α―β｜＝１２０°としたものである。
ことを特徴とする回転電機。

（４）上記（１）若しくは（２）において、好ましくは、α＋β＝０である。

（５）上記（４）において、好ましくは、α＝３０、β＝−３０、あるいはα＝−３０、β＝３０としたものである。

（６）上記（１）において、好ましくは、対向する前記単位ロータと前記単位ステータを単位ブロックとしたとき、隣接する前記単位ブロック間に設けられた磁気的空隙を備えるようにしたものである。

（７）上記（１）において、好ましくは、前記ロータの前記クローポール及び前記ステータの前記クローポールは、圧粉磁心で製作するようにしたものである。

（８）上記（１）において、好ましくは、前記単位ロータは、それぞれ、互いに異極性のクローポール間に配置され、このクローポール間の漏れ磁場を打ち消すような向きに着磁された永久磁石を備えるようにしたものである。

（９）上記（８）において、好ましくは、前記永久磁石がボンド磁石で構成され、前記クローポールは、圧粉磁心で製作され、前記永久磁石と前記クローポールとは、二色一体で圧縮成形されるものである。

（１０）また、上記目的を達成するために、本発明は、車両駆動力又は車載補機用駆動力を発生する回転電機と、この回転電機に供給する電力を制御するインバータとを有する車載回転電機システムであって、前記回転電機は、ステータコアとステータコイルとを有するステータと、ロータコアとロータコイルとを有するロータとを備えており、前記ステータは、クローポール型の単位ステータを回転電機の回転軸方向に３個並置した構成であり、前記ロータは、クローポール型の単位ロータを回転電機の軸方向に３個並置した構成であり、前記単位ステータの前記ステータコイルは、前記回転軸周りにリング状に巻回された一つの環状コイルからなり、前記単位ステータの前記ステータコアは、前記回転軸周りの環状ヨークと、前記環状ヨークの軸方向両端から径方向に伸びたティースと、前記ティースの先端に設けられ、前記環状コイルに通電したときに周方向に交互に異極性に磁化されるクローポールとからなり、前記単位ロータの前記ロータコイルは、前記回転軸周りにリング状に巻回された一つの環状コイルからなり、前記単位ロータの前記ロータコアは、前記回転軸周りの環状ヨークと、前記環状ヨークの軸方向両端から径方向に伸びたティースと、前記ティースの先端に設けられ、前記環状コイルに通電したときに周方向に交互に異極性に磁化されるクローポールとからなるものである。
かかる構成により、高速回転が可能で、かつ、出力トルクの大きい車載回転電機システムを得ることができる。

本発明によれば、高速回転が可能で、かつ、出力トルクを大きくすることができる。

本発明の第１の実施形態による回転電機の全体構成を示す縦断面図である。 本発明の第１の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態による回転電機に用いるロータとステータとの組立状態を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態による回転電機に用いるロータを構成する単位ロータの構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態による回転電機に用いるステータを構成する単位ステータの構成を示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態による回転電機に用いるロータを構成する単位ロータの構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態による回転電機に用いるステータを構成する単位ステータの構成を示す分解斜視図である。 本発明の第２の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。 本発明の第３の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。 本発明の第４の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。 本発明の第５の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。 本発明の第６の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。 本発明の第７の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。 本発明の第７の実施形態による回転電機に用いるロータの構成を示す要部展開図である。 本発明の第８の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。 本発明の第９の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。 本発明の各実施形態による回転電機を用いた電動車両の一つであるハイブリッド電気自動車の電機駆動システムを示すブロック図である。 本発明の各実施形態による回転電機を用いた電動車両の一つである電気自動車の電機駆動システムを示すブロック図である。 本発明の各実施形態による回転電機をインホイールモータ／ジェネレータとして用いた場合の電気自動車の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０…ロータ
１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ…単位ロータ
１１，１２，１３，１４…ロータコア
１１Ａ，１２Ａ…環状ヨーク
１１Ｂ，１２Ｂ…ティース
１１Ｃ，１２Ｃ…クローポール
２０…ステータ
２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗ…単位ステータ
２１，２２，２３，２４…ステータコア
２１Ａ，２２Ａ…環状ヨーク
２１Ｂ，２２Ｂ…ティース
２１Ｃ，２２Ｃ…クローポール
３１，３２，３３，４１，４２，４３…環状コイル
５０…永久磁石

以下、図１〜図１５を用いて、本発明の第１の実施形態による回転電機の構成について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による回転電機の全体構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による回転電機の全体構成を示す縦断面図である。

回転電機は、ロータ１０と、ステータ２０とを備えている。ロータ１０は、クローポール型のＵ相ロータ１０Ｕと、Ｗ相ロータ１０Ｗと、Ｖ相ロータ１０Ｖとの単位ロータが、３個図示するように、回転電機の軸方向に積層され、保持部材１０Ｈによって保持固定されている。各相の単位ロータ１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗの構成については、図２を用いて後述する。ロータ１０は、保持部材１０Ｈを介して、中空シャフト６０に固定されている。

ステータ２０は、クローポール型のＵ相ステータ２０Ｕと、Ｗ相ステータ２０Ｗと、Ｖ相ステータ２０Ｖとの単位ステータが、３個図示するように、回転電機の軸方向に積層され、保持部材２０Ｈによって保持固定されている。各相の単位ステータ２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗの構成については、図２を用いて後述する。ステータ２０は、保持部材２０Ｈを介して、ハウジング７０の内周側に固定されている。

ここで、クローポール型のＵ相ロータ１０Ｕの回転軸方向の長さと、クローポール型のＵ相ステータ２０Ｕの回転軸方向の長さとは、等しくなっている。また、クローポール型のＷ相ロータ１０Ｗの回転軸方向の長さと、クローポール型のＷ相ステータ２０Ｗの回転軸方向の長さとは、等しくなっている。さらに、クローポール型のＶ相ロータ１０Ｖの回転軸方向の長さと、クローポール型のＶ相ステータ２０Ｖの回転軸方向の長さとは、等しくなっている。したがって、ロータ及びステータの間の磁束の不均一を改善して、磁束を均一化することができる。その結果、出力トルクを大きくすることができる。

ハウジング７０は、それの両端にフロントブラケット７２Ｆ，リアブラケット７２Ｒが固定されている。フロントブラケット７２Ｆ及びリアブラケット７２Ｒには、それぞれ、軸受６１Ｆ，６１Ｒが取り付けられ、中空シャフト６０を回転可能に支持している。

ステータ２０の内周側と、ロータ１０の外周側の間には、１ｍｍ以下のギャップが設けられ、ロータ１０は、ステータ２０に対して回転可能となっている。

以上の構成は、インナーロータ型の回転電機の構成を示しているが、本実施形態は、アウターロータ型の回転電機に対しても適用できるものである。

次に、図２〜図７を用いて、本実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。図３は、本発明の第１の実施形態による回転電機に用いるロータとステータとの組立状態を示す斜視図である。図４は、本発明の第１の実施形態による回転電機に用いるロータを構成する単位ロータの構成を示す斜視図である。図５は、本発明の第１の実施形態による回転電機に用いるステータを構成する単位ステータの構成を示す分解斜視図である。図６は、本発明の第１の実施形態による回転電機に用いるロータを構成する単位ロータの構成を示す斜視図である。図７は、本発明の第１の実施形態による回転電機に用いるステータを構成する単位ステータの構成を示す分解斜視図である。なお、各図において、同一符号は同一部分を示し、また、図１と同一符号は、同一部分を示している。

図２においては、ロータ１０とステータ２０とは回転軸方向に分解されて表示されているが、実際には図３のように組み合わされて使用される。

図２に示すように、ロータ１０は、ロータコア１１，１２，１３，１４と、環状コイル３１，３２，３３とから構成される。図１と対比して説明すると、ロータコア１１と、ロータコア１２の半分と、環状コイル３１とによって、Ｕ相ロータ１０Ｕが構成される。また、ロータコア１２の残りの半分と、ロータコア１３の半分と、環状コイル３２とによって、Ｗ相ロータ１０Ｗが構成される。さらに、ロータコア１３の残りの半分と、ロータコア１４と、環状コイル３３とによって、Ｖ相ロータ１０Ｖが構成される。

ステータ２０は、ステータコア２１，２２，２３，２４と、環状コイル４１，４２，４３とから構成される。図１と対比して説明すると、ステータコア２１と、ステータコア２２の半分と、環状コイル４１とによって、Ｕ相ステータ２０Ｕが構成される。また、ステータコア２２の残りの半分と、ステータコア２３の半分と、環状コイル４２とによって、Ｗ相ステータ２０Ｗが構成される。さらに、ステータコア２３の残りの半分と、ステータコア２４と、環状コイル４３とによって、Ｖ相ステータ２０Ｖが構成される。

次に、図４を用いて、本実施形態による回転電機に用いる単位ロータコアであるＵ相ロータ１０Ｕの構成について説明する。なお、図４では、前記単位ロータの一部分を切り欠いて表示している。また、Ｖ相ロータ１０Ｖ及びＷ相ロータ１０Ｗの構成も同様である。各単位ロータ１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗが、軸方向に３個並置されて、ロータ１０が構成される。

単位ロータであるＵ相ロータ１０Ｕは、ロータコア１１，１２’と、環状コイル３１とから構成される。ロータコア１２’は、図２に示したロータコア１２の半分に相当するものである。ロータコア１１は、回転軸周りの環状ヨーク１１Ａと、環状ヨーク１１Ａの軸方向両端から径方向に伸びたティース１１Ｂと、ティース１１Ｂの先端に設けられ、環状コイル３１に通電したときに周方向に交互に異極性に磁化されるクローポール１１Ａとからなる。また、ロータコア１２’は、回転軸周りの環状ヨーク１２Ａと、環状ヨーク１２Ａの軸方向両端から径方向に伸びたティース１２Ｂと、ティース１２Ｂの先端に設けられ、環状コイル３１に通電したときに周方向に交互に異極性に磁化されるクローポール１２Ａとからなる。これらのロータコア１１，１２’は、それぞれ、圧粉磁心により一体的に成形され、製造される。

環状コイル３１は、ティース１１Ｂ，１２Ｂと環状ヨーク１１Ａ，１２Ａとに囲まれ領域に配設される。単位ロータ１０Ｕの磁極数は、２４である。環状コイル３１は、予め、絶縁被覆の導線を所定ターン数分、リング状に巻回して、成形されている。環状コイル３１は、平角線を用いて高密度に巻回するのが望ましいものである。

次に、図５を用いて、本実施形態による回転電機に用いるロータ１０の組み立て工程について説明する。

ロータコア１４に環状コイル３３が挿入される。次に、ロータコア１４にロータコア１３を圧入することで、ロータコア１４とロータコア１３の間に環状コイル３３が保持される。次に、ロータコア１３に環状コイル３２が挿入される。そして、ロータコア１３にロータコア１２を圧入することで、ロータコア１３とロータコア１２の間に環状コイル３２が保持される。最後に、ロータコア１２に環状コイル３１が挿入される。そして、ロータコア１２にロータコア１１を圧入することで、ロータコア１２とロータコア１１の間に環状コイル３１が保持される。

なお、ロータコア１１，１２，１３，１４は、さらに複数の部品に分割して成形したものを組み合わせて構成してもよいものである。

次に、図６を用いて、本実施形態による回転電機に用いる単位ステータコアであるＵ相ステータ2０Ｕの構成について説明する。なお、図６では、前記単位ステータの一部分を切り欠いて表示している。また、Ｖ相ステータ2０Ｖ及びＷ相ステータ2０Ｗの構成も同様である。各単位ステータ2０Ｕ，2０Ｖ，2０Ｗが、軸方向に３個並置されて、ステータ2０が構成される。

単位ステータであるＵ相ステータ2０Ｕは、ステータコア2１，2２’と、環状コイル３１とから構成される。ステータコア2２’は、図２に示したステータコア2２の半分に相当するものである。ステータコア2１は、回転軸周りの環状ヨーク2１Ａと、環状ヨーク2１Ａの軸方向両端から径方向に伸びたティース2１Ｂと、ティース2１Ｂの先端に設けられ、環状コイル４１に通電したときに周方向に交互に異極性に磁化されるクローポール2１Ａとからなる。また、ステータコア2２’は、回転軸周りの環状ヨーク2２Ａと、環状ヨーク2２Ａの軸方向両端から径方向に伸びたティース2２Ｂと、ティース2２Ｂの先端に設けられ、環状コイル４１に通電したときに周方向に交互に異極性に磁化されるクローポール2２Ａとからなる。これらのステータコア2１，2２’は、それぞれ、圧粉磁心により一体的に成形され、製造される。

環状コイル４１は、ティース2１Ｂ，2２Ｂと環状ヨーク2１Ａ，2２Ａとに囲まれ領域に配設される。単位ステータ2０Ｕの磁極数は、２４である。環状コイル４１は、予め、絶縁被覆の導線を所定ターン数分、リング状に巻回して、成形されている。環状コイル４１は、平角線を用いて高密度に巻回するのが望ましいものである。

次に、図７を用いて、本実施形態による回転電機に用いるステータ2０の組み立て工程について説明する。

ステータコア2４に環状コイル４３が挿入される。次に、ステータコア2４にステータコア2３を圧入することで、ステータコア2４とステータコア2３の間に環状コイル４３が保持される。次に、ステータコア2３に環状コイル４２が挿入される。そして、ステータコア2３にステータコア2２を圧入することで、ステータコア2３とステータコア2２の間に環状コイル４２が保持される。最後に、ステータコア2２に環状コイル４１が挿入される。そして、ステータコア2２にステータコア2１を圧入することで、ステータコア2２とステータコア2１の間に環状コイル４１が保持される。

なお、ステータコア2１，2２，2３，2４は、さらに複数の部品に分割して成形したものを組み合わせて構成してもよいものである。

さらに、図２に示したロータ１０及びステータ２０の構成において、環状コイル３１及び環状コイル３３に供給する電流の向きは、同じ向きであり、環状コイル３２に供給する電流の向きは、それらとは逆向きになるようにする。ロータ１０を構成する各単位ロータの同極性のクローポールは、電気角でα＝３０°（機械角でα／Ｎ＝２．５°）ずつ周方向に変位している。ここで、２Ｎはステータの磁極数であり、図２に示す例では、Ｎ＝１２である。

一方、ステータ２０を構成する各単位ステータの同極性のクローポールは、電気角でβ＝−３０°（機械角でβ／Ｍ＝−２．５°）ずつ周方向に変位している。ここで、２Ｍはロータの磁極数であり、図２に示すでは、Ｍ＝１２である。したがって、｜α―β｜＝６０°である。すなわち、ステータ２０の環状コイル４１，４２，４３の属性は、環状コイル４１をＵ相とすると、前記環状コイル４２は−Ｗ相（結線の向きを反転させればＷ相）、環状コイル４３はＶ相となる。

ここで、α＋β＝０とすることで、段間，すなわち、Ｕ相ロータ１１とＷ相ロータ１２の間及びＵ相ステータ２１とＷ相ステータ２２の間における磁束の漏れを小さくすることができる。したがって、磁束の漏れを小さくできる分、出力トルクを大きくできる。

クローポール型のロータを用いる場合、問題となるのは、高速回転した時、ロータのクローポール（爪型磁極の爪部分）の遠心力による起きあがりである。爪部分の回転軸方向の長さが長いほど、起きあがりやすくなる。従って、ロータを単一のクローポール型のロータとした場合に比べて、図１や図２に示すように、クローポール型の単位ロータを、軸方向に３個並置してロータを構成した場合、クローポールの爪部分の回転軸方向の爪部分の長さを、略１／３とすることができる。したがって、遠心力も小さくなるため、爪部分の元の部分の半径方向の肉厚を薄くできる。結果として、ロータのコアの半径方向の厚さ（図４において、（クローポール１１Ｃ，１１２Ｃの外側の径）−（環状コア１１Ａ，１２Ａの内側の径））を薄くできるので、図４に示すように、ロータ１０の内径側に空間を設けることができる。すなわち、半径方向に肉厚が薄いロータとすることができる。この空間内には、減速機などの機構部を配置することができる。

本実施形態によれば、クローポールの形状をロータとステータとでほぼ同じにすることができ、磁気回路が短く閉じると同時に漏れ磁束が減少するので、ロータ及びステータの間の磁束の不均一を改善して、磁束を均一化することができる。したがって、出力トルクを大きくすることができる。

また、クローポールの爪部分の回転軸方向の爪部分の長さを短くできることから、ロータのコアの半径方向の厚さが薄い肉薄のロータとすることができ、この空間内には、減速機などの機構部を配置することができる。

さらに、ロータコイルが環状であり、コイルエンドがないことから、ジュール損失が減少すると共に、ロータが小型・軽量になる。また巻線作業が簡単になるので、生産性が向上する。また、ステータコイルが環状であり、コイルエンドがないことから、ジュール損失が減少すると共にステータが小型・軽量になる。また巻線作業が簡単になるので生産性が向上する。

また、ロータを構成する各単位ロータ間、及びステータを構成する各単位ステータ間の双方において、同極性のクローポール位置を所定の角度ずつ周方向に変位させることで、ロータとステータの一方のみを変位させるよりも、変位させる角度の絶対値が小さくなる。それにより漏れ磁束が減少するので、トルクが増加する。並置された３個の単位ロータの内、隣接する単位ロータの同極性のクローポール位置が電気角でα°ずつ周方向に変位しており、並置された３個の単位ステータの内、隣接する単位ステータのクローポール位置が電気角でβ°ずつ周方向に変位しており、｜α―β｜＝６０°とすることで、並置された３個の単位ロータの内、隣接する単位ロータの同極性のクローポール位置が電気角でα°ずつ周方向に変位しており、並置された３個の単位ステータの内、隣接する単位ステータのクローポール位置が電気角でβ°ずつ周方向に変位しており、｜α―β｜＝１２０°とした場合に比べて、変位させる角度の絶対値が小さくなるので、段間の磁束の漏れをより小さくできる。

さらに、各単位ブロック間に空隙を設けることで、この空隙に各種歯車を設置するといったように、空間配置の自由度を高めることができる。

また、ロータやステータのクローポールを圧粉磁心で制作することにより、多極化や偏平化が可能になる。それによりロータの内側が広く開けられるので、ロータコイルに電力を供給するためのブラシや各種歯車を設置するなどして回転電機全体を小型化できる。また材料の特長として渦電流損が減るので、効率が向上する。

さらに、ロータコイルやステータコイルに平角線を用いることで、巻線さらに高密度に巻回することが可能になり、効率が向上する。

また、ロータの互いに異極性のクローポール間に永久磁石を備えることで、ロータの互いに異極性のクローポール間の漏れ磁場が減少するので、トルクがさらに増加する。

また、永久磁石をボンド磁石とし、圧粉鉄心で制作されるクローポールと二色一体で圧縮成形することで、組み立てに要する部品数が減るので、生産性が向上する。

次に、図８を用いて、本発明の第２の実施形態による回転電機の構成について説明する。なお、本実施形態による回転電機の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図８は、本発明の第２の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。

ロータ１０Ａは、ロータコア１１，１２Ａ，１３Ａ，１４Ａと、環状コイル３１，３２，３３とから構成される。ステータ２０Ａは、ステータコア２１，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａと、環状コイル４１，４２，４３とから構成される。

ここで、ロータ１０Ａを構成する各単位ロータの同極性のクローポールは、周方向に一致しており、α＝０°である。ステータ２０を構成する各単位ステータの同極性のクローポールは、電気角でβ＝−６０°（機械角でβ／Ｍ＝−５°）ずつ周方向に変位している。したがって、図２に示した実施形態と同様に｜α―β｜＝６０°である。すなわち、ステータの環状コイル４１，４２，４３の属性は、環状コイル４１をＵ相とすると、環状コイル４２は−Ｗ相（結線の向きを反転させればＷ相）、前記環状コイル４３はＶ相となる。

本実施形態においても、ロータ及びステータの間の磁束の不均一を改善して、磁束を均一化することができ、出力トルクを大きくすることができる。

また、クローポールの爪部分の回転軸方向の爪部分の長さを短くできることから、ロータのコアの半径方向の厚さが薄い肉薄のロータとすることができ、この空間内には、減速機などの機構部を配置することができる。

次に、図９を用いて、本発明の第３の実施形態による回転電機の構成について説明する。なお、本実施形態による回転電機の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図９は、本発明の第３の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。

ロータ１０Ｂは、ロータコア１１，１２Ｂ，１３Ｂ，１４Ｂと、環状コイル３１，３２，３３とから構成される。ステータ２０Ｂは、ステータコア２１，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂと、環状コイル４１，４２，４３とから構成される。

ここで、ロータ１０Ｂを構成する各単位ロータの同極性のクローポールは、電気角でα＝６０°ずつ周方向に変位している。ステータ２０を構成する各単位ステータの同極性のクローポールは、電気角でβ＝−６０°（機械角でβ／Ｍ＝−５°）ずつ周方向に変位している。したがって、図２に示した実施形態とは異なり、｜α―β｜＝１２０°である。すなわち、ステータの環状コイル４１，４２，４３の属性は、環状コイル４１をＵ相とすると、環状コイル４２はＶ相、前記環状コイル４３はＷ相となる。

本実施形態では、｜α―β｜＝１２０°であるので、図２や図８に示したような｜α―β｜＝６０°のものに比べて、段間，すなわち、Ｕ相ロータ１１とＶ相ロータ１２の間及びＵ相ステータ２１とＶ相ステータ２２の間における磁束の漏れの程度は若干大きくなる。それでも、ロータを３段積み重ねたものでなく、単一のクローポール型ロータとした場合に比べると、磁束の不均一を改善できるため、出力トルクを大きくできる。

本実施形態においても、ロータ及びステータの間の磁束の不均一を改善して、磁束を均一化することができ、出力トルクを大きくすることができる。

また、クローポールの爪部分の回転軸方向の爪部分の長さを短くできることから、ロータのコアの半径方向の厚さが薄い肉薄のロータとすることができ、この空間内には、減速機などの機構部を配置することができる。

次に、図１０を用いて、本発明の第４の実施形態による回転電機の構成について説明する。なお、本実施形態による回転電機の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図１０は、本発明の第４の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。

ロータ１０Ｃは、ロータコア１１，１２Ｃ，１３Ｃ，１４Ｃと、環状コイル３１，３２，３３とから構成される。ステータ２０Ｃは、ステータコア２１，２２Ｃ，２３Ｃ，２４Ｃと、環状コイル４１，４２，４３とから構成される。

ここで、ロータ１０Ｃを構成する各単位ロータの同極性のクローポールは、図８の例と同じように、周方向に一致しており、α＝０°である。ステータ２０を構成する各単位ステータの同極性のクローポールは、電気角でβ＝−１２０°ずつ周方向に変位している。したがって、図９に示した実施形態と同様に、｜α―β｜＝１２０°である。すなわち、ステータの環状コイル４１，４２，４３の属性は、環状コイル４１をＵ相とすると、環状コイル４２はＶ相、前記環状コイル４３はＷ相となる。

本実施形態では、｜α―β｜＝１２０°であるので、図２や図８に示したような｜α―β｜＝６０°のものに比べて、段間，すなわち、Ｕ相ロータ１１とＶ相ロータ１２の間及びＵ相ステータ２１とＶ相ステータ２２の間における磁束の漏れの程度は若干大きくなる。それでも、ロータを３段積み重ねたものでなく、単一のクローポール型ロータとした場合に比べると、磁束の不均一を改善できるため、出力トルクを大きくできる。

本実施形態においても、ロータ及びステータの間の磁束の不均一を改善して、磁束を均一化することができ、出力トルクを大きくすることができる。

また、クローポールの爪部分の回転軸方向の爪部分の長さを短くできることから、ロータのコアの半径方向の厚さが薄い肉薄のロータとすることができ、この空間内には、減速機などの機構部を配置することができる。

次に、図１１を用いて、本発明の第５の実施形態による回転電機の構成について説明する。なお、本実施形態による回転電機の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図１１は、本発明の第５の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。

本実施形態では、ロータ１０Ｄは、Ｕ相単位ロータ１０Ｕと、Ｗ相単位ロータ１０Ｗと、Ｖ相単位ロータ１０Ｖとから構成される。各単位ロータ１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗの構成は、図４に示したようなものである。ステータ２０Ｄは、Ｕ相単位ステータ２０Ｕと、Ｗ相単位ステータ２０Ｗと、Ｖ相単位ステータ２０Ｖとから構成される。各単位ステータ２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗの構成は、図６に示したようなものである。

ここで、各単位ロータ１０Ｕ，１０Ｗ，１０Ｖは、回転電機の回転軸方向に３個並置されるとともに、単位ロータ１０Ｕと単位ロータ１０Ｗの間には、磁気的空隙ＭＧＡ１が形成され、また、単位ロータ１０Ｗと単位ロータ１０Ｖの間には、磁気的空隙ＭＧＡ２が形成されている。磁気的空隙ＭＧＡ１，ＭＧＡ２は、例えば、ギャップ長１ｍｍ程度の空隙である。なお、この空隙の間にワニスのような樹脂材からなる非磁性体を充填してもよいものである。

また、各単位ステータ２０Ｕ，２０Ｗ，２０Ｖは、回転電機の回転軸方向に３個並置されるとともに、単位ステータ２０Ｕと単位ステータ２０Ｗの間には、磁気的空隙ＭＧＡ１が形成され、また、単位ステータ２０Ｗと単位ステータ２０Ｖの間には、磁気的空隙ＭＧＡ２が形成されている。磁気的空隙ＭＧＡ１，ＭＧＡ２は、例えば、ギャップ長１ｍｍ程度の空隙である。なお、この空隙の間にワニスのような樹脂材からなる非磁性体を充填してもよいものである。

上記のように、ロータの各単位ロータの間、及びステータの各単位ステータの間に磁気的空隙を設けることで、段間の磁束の漏れを小さくすることができ、したがって、出力トルクを大きくできる。

本実施形態においても、ロータ及びステータの間の磁束の不均一を改善して、磁束を均一化することができ、出力トルクを大きくすることができる。

また、クローポールの爪部分の回転軸方向の爪部分の長さを短くできることから、ロータのコアの半径方向の厚さが薄い肉薄のロータとすることができ、この空間内には、減速機などの機構部を配置することができる。

次に、図１２を用いて、本発明の第６の実施形態による回転電機の構成について説明する。なお、本実施形態による回転電機の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図１２は、本発明の第６の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。

本実施形態では、ロータ１０Ｅは、Ｕ相単位ロータ１０Ｕと、Ｗ相単位ロータ１０Ｗと、Ｖ相単位ロータ１０Ｖとから構成される。各単位ロータ１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗの構成は、図４に示したようなものである。ステータ２０Ｅは、Ｕ相単位ステータ２０Ｕと、Ｗ相単位ステータ２０Ｗと、Ｖ相単位ステータ２０Ｖとから構成される。各単位ステータ２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗの構成は、図６に示したようなものである。

ここで、各単位ロータ１０Ｕ，１０Ｗ，１０Ｖは、回転電機の回転軸方向に３個並置されるとともに、単位ロータ１０Ｕと単位ロータ１０Ｗの間には、磁気的空隙ＭＧＡ３が形成され、また、単位ロータ１０Ｗと単位ロータ１０Ｖの間には、磁気的空隙ＭＧＡ２が形成されている。磁気的空隙ＭＧＡ３は、例えば、ギャップ長が数十ｍｍ程度の空隙である。磁気的空隙ＭＧＡ１は、例えば、ギャップ長１ｍｍ程度の空隙である。なお、この空隙の間にワニスのような樹脂材からなる非磁性体を充填してもよいものである。

また、各単位ステータ２０Ｕ，２０Ｗ，２０Ｖは、回転電機の回転軸方向に３個並置されるとともに、単位ステータ２０Ｕと単位ステータ２０Ｗの間には、磁気的空隙ＭＧＡ３が形成され、また、単位ステータ２０Ｗと単位ステータ２０Ｖの間には、磁気的空隙ＭＧＡ２が形成されている。磁気的空隙ＭＧＡ３は、例えば、ギャップ長が数十ｍｍ程度の空隙である。磁気的空隙ＭＧＡ１は、例えば、ギャップ長１ｍｍ程度の空隙である。なお、この空隙の間にワニスのような樹脂材からなる非磁性体を充填してもよいものである。

磁気的空隙ＭＧＡ３は、数十ｍｍの空隙であるため、この空隙内に、歯車等の機構部品を配置することもできる。

上記のように、ロータの各単位ロータの間、及びステータの各単位ステータの間に磁気的空隙を設けることで、段間の磁束の漏れを小さくすることができ、したがって、出力トルクを大きくできる。

本実施形態においても、ロータ及びステータの間の磁束の不均一を改善して、磁束を均一化することができ、出力トルクを大きくすることができる。

また、クローポールの爪部分の回転軸方向の爪部分の長さを短くできることから、ロータのコアの半径方向の厚さが薄い肉薄のロータとすることができ、この空間内には、減速機などの機構部を配置することができる。

次に、図１３及び図１４を用いて、本発明の第７の実施形態による回転電機の構成について説明する。なお、本実施形態による回転電機の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図１３は、本発明の第７の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。図１４は、本発明の第７の実施形態による回転電機に用いるロータの構成を示す要部展開図である。

ロータ１０Ｆは、図２に示したロータ１０と同様に、ロータコア１１，１２，１３，１４と、環状コイル３１，３２，３３とから構成される。図１と対比して説明すると、ロータコア１１と、ロータコア１２の半分と、環状コイル３１とによって、Ｕ相ロータ１０Ｕが構成される。また、ロータコア１２の残りの半分と、ロータコア１３の半分と、環状コイル３２とによって、Ｗ相ロータ１０Ｗが構成される。さらに、ロータコア１３の残りの半分と、ロータコア１４と、環状コイル３３とによって、Ｖ相ロータ１０Ｖが構成される。

さらに、本実施形態では、ロータ１０Ｆの互いに異極性のクローポール１１Ｃ，１２Ｃの間に、永久磁石５０が配置されている。本実施例では、ロータ全体で計７２箇所に永久磁石５０が配置されている。永久磁石５０は、クローポール１８間の漏れ磁場を打ち消すような向きに着磁されている。すなわち、図１４に示すように、クローポール１２ＣがＳ極で、クローポール１１ＣがＮ極の場合、クローポール１１Ｃ，１２Ｃに挟まれた位置の永久磁石５０は、クローポール１２Ｃと接する側がＳ極となり、クローポール１１Ｃと接する側がＮ極となるように着磁される。

一方、ステータ２０は、図２に示したステータ２０と同じであり、ステータコア２１，２２，２３，２４と、環状コイル４１，４２，４３とから構成される。図１と対比して説明すると、ステータコア２１と、ステータコア２２の半分と、環状コイル４１とによって、Ｕ相ステータ２０Ｕが構成される。また、ステータコア２２の残りの半分と、ステータコア２３の半分と、環状コイル４２とによって、Ｗ相ステータ２０Ｗが構成される。さらに、ステータコア２３の残りの半分と、ステータコア２４と、環状コイル４３とによって、Ｖ相ステータ２０Ｖが構成される。

本実施形態では、異極のクローポール間に、クローポール１１Ｃ，１２Ｃ間の漏れ磁場を打ち消すような向きに着磁された永久磁石を配置することで、段間の漏れ磁束を低減でき、出力トルクを大きくすることができる。

ここで、ロータコア１１，１２，１３，１４を圧粉磁心で製作する場合は、永久磁石５０をボンド磁石で製作し、かつロータコア１１，１２，１３，１４のいずれかと二色一体で圧縮成形することで、生産性を向上することができる。

本実施形態においても、ロータ及びステータの間の磁束の不均一を改善して、磁束を均一化することができ、出力トルクを大きくすることができる。

また、クローポールの爪部分の回転軸方向の爪部分の長さを短くできることから、ロータのコアの半径方向の厚さが薄い肉薄のロータとすることができ、この空間内には、減速機などの機構部を配置することができる。

さらに、ロータコアと永久磁石の二色一体の圧縮成形により、生産性を向上することができる。

次に、図１５を用いて、本発明の第８の実施形態による回転電機の構成について説明する。なお、本実施形態による回転電機の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図１５は、本発明の第８の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。

ロータ１０Ｇは、図２に示したロータ１０と同様に、ロータコア１１Ｇ，１２Ｇ，１３Ｇ，１４Ｇと、環状コイル３１，３２，３３とから構成される。図１と対比して説明すると、ロータコア１１Ｇと、ロータコア１２Ｇの半分と、環状コイル３１とによって、Ｕ相ロータ１０Ｕが構成される。また、ロータコア１２Ｇの残りの半分と、ロータコア１３Ｇの半分と、環状コイル３２とによって、Ｗ相ロータ１０Ｗが構成される。さらに、ロータコア１３Ｇの残りの半分と、ロータコア１４Ｇと、環状コイル３３とによって、Ｖ相ロータ１０Ｖが構成される。本実施形態では、図２の例と異なり、ロータの磁極数は１２としている。

さらに、本実施形態では、ロータ１０Ｇの互いに異極性のクローポールの間に、永久磁石５０が配置されている。本実施例では、ロータ全体で計３６箇所に永久磁石５０が配置されている。永久磁石５０は、クローポール間の漏れ磁場を打ち消すような向きに着磁されている。

一方、ステータ２０Ｇは、図２に示したステータ２０と同様に、ステータコア２１Ｇ，２２Ｇ，２３Ｇ，２４Ｇと、環状コイル４１，４２，４３とから構成される。図１と対比して説明すると、ステータコア２１Ｇと、ステータコア２２Ｇの半分と、環状コイル４１とによって、Ｕ相ステータ２０Ｕが構成される。また、ステータコア２２Ｇの残りの半分と、ステータコア２３Ｇの半分と、環状コイル４２とによって、Ｗ相ステータ２０Ｗが構成される。さらに、ステータコア２３Ｇの残りの半分と、ステータコア２４Ｇと、環状コイル４３とによって、Ｖ相ステータ２０Ｖが構成される。本実施形態では、図２の例と異なり、ステータの磁極数は１２としている。磁極数は、要求される回転数やトルク、電源電圧などから適宜選択される。

本実施形態では、異極のクローポール間に、クローポール間の漏れ磁場を打ち消すような向きに着磁された永久磁石を配置することで、段間の漏れ磁束を低減でき、出力トルクを大きくすることができる。

ここで、ロータコアを圧粉磁心で製作する場合は、永久磁石５０をボンド磁石で製作し、かつロータコアのいずれかと二色一体で圧縮成形することで、生産性を向上することができる。

本実施形態においても、ロータ及びステータの間の磁束の不均一を改善して、磁束を均一化することができ、出力トルクを大きくすることができる。

また、クローポールの爪部分の回転軸方向の爪部分の長さを短くできることから、ロータのコアの半径方向の厚さが薄い肉薄のロータとすることができ、この空間内には、減速機などの機構部を配置することができる。

次に、図１６を用いて、本発明の第９の実施形態による回転電機の構成について説明する。なお、本実施形態による回転電機の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図１６は、本発明の第９の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。

ロータ１０Ｈは、図２に示したロータ１０と同様に、ロータコア１１Ｈ，１２Ｈ，１３Ｈ，１４Ｈと、環状コイル３１，３２，３３とから構成される。図１と対比して説明すると、ロータコア１１Ｈと、ロータコア１２Ｈの半分と、環状コイル３１とによって、Ｕ相ロータ１０Ｕが構成される。また、ロータコア１２Ｈの残りの半分と、ロータコア１３Ｈの半分と、環状コイル３２とによって、Ｗ相ロータ１０Ｗが構成される。さらに、ロータコア１３Ｈの残りの半分と、ロータコア１４Ｈと、環状コイル３３とによって、Ｖ相ロータ１０Ｖが構成される。本実施形態では、図２の例と異なり、ロータの磁極数は４８としている。

さらに、本実施形態では、ロータ１０Ｈの互いに異極性のクローポールの間に、永久磁石５０が配置されている。本実施例では、ロータ全体で計１４４箇所に永久磁石５０が配置されている。永久磁石５０は、クローポール間の漏れ磁場を打ち消すような向きに着磁されている。

一方、ステータ２０Ｈは、図２に示したステータ２０と同様に、ステータコア２１Ｈ，２２Ｈ，２３Ｈ，２４Ｈと、環状コイル４１，４２，４３とから構成される。図１と対比して説明すると、ステータコア２１Ｈと、ステータコア２２Ｈの半分と、環状コイル４１とによって、Ｕ相ステータ２０Ｕが構成される。また、ステータコア２２Ｈの残りの半分と、ステータコア２３Ｈの半分と、環状コイル４２とによって、Ｗ相ステータ２０Ｗが構成される。さらに、ステータコア２３Ｈの残りの半分と、ステータコア２４Ｈと、環状コイル４３とによって、Ｖ相ステータ２０Ｖが構成される。本実施形態では、図２の例と異なり、ステータの磁極数は４８としている。磁極数は、要求される回転数やトルク、電源電圧などから適宜選択される。

本実施形態では、異極のクローポール間に、クローポール間の漏れ磁場を打ち消すような向きに着磁された永久磁石を配置することで、段間の漏れ磁束を低減でき、出力トルクを大きくすることができる。

ここで、ロータコアを圧粉磁心で製作する場合は、永久磁石５０をボンド磁石で製作し、かつロータコアのいずれかと二色一体で圧縮成形することで、生産性を向上することができる。

本実施形態においても、ロータ及びステータの間の磁束の不均一を改善して、磁束を均一化することができ、出力トルクを大きくすることができる。

また、クローポールの爪部分の回転軸方向の爪部分の長さを短くできることから、ロータのコアの半径方向の厚さが薄い肉薄のロータとすることができ、この空間内には、減速機などの機構部を配置することができる。

次に、図１７を用いて、本発明の各実施形態による回転電機を用いた電動車両の一つであるハイブリッド電気自動車の電機駆動システムの構成について説明する。
図１７は、本発明の各実施形態による回転電機を用いた電動車両の一つであるハイブリッド電気自動車の電機駆動システムを示すブロック図である。

図において、１００は回転電機であり、図１及び図２若しくは、図８〜図１３，図１５，図１６に示された回転電機に加えて、減速機や差動装置から構成される。

本実施形態のハイブリッド電気自動車は、内燃機関であるエンジンＥＮとモータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを、回転電機１００の電動機によって後輪ＷＨ−Ｒをそれぞれ駆動するように構成された四輪駆動式のものである。尚、本実施形態では、エンジンＥＮとモータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを、回転電機１００の電動機によって後輪ＷＨ−Ｒをそれぞれ駆動する場合について説明するが、エンジンＥＮとモータ・ジェネレータＭＧによって後輪ＷＨ−Ｒを、回転電機１００の電動機によって前輪ＷＨ−Ｆをそれぞれ駆動するようにしてもよい。

前輪ＷＨ−Ｆの前輪車軸ＤＳ−Ｆには差動装置（図示省略）を介して変速機ＴＭが機械的に接続されている。変速機ＴＭには出力制御機構（図示省略）を介してエンジンＥＮとモータ・ジェネレータＭＧが機械的に接続されている。出力制御機構（図示省略）は、回転出力の合成や分配を司る機構である。モータ・ジェネレータＭＧの固定子巻線にはインバータＩＮＶの交流側が電気的に接続されている。インバータＩＮＶは、直流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置であり、モータ・ジェネレータＭＧの駆動を制御するものである。インバータＩＮＶの直流側にはバッテリＢＡが電気的に接続されている。

後輪ＷＨ−Ｒの後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２には回転電機１００の差動装置の出力軸の端部が機械的に接続されている。回転電機１００の電動機の固定子巻線にはインバータＩＮＶの交流側が電気的に接続されている。ここで、インバータＩＮＶはモータ・ジェネレータＭＧと回転電機１００の電動機に対して共用のものであり、モータ・ジェネレータＭＧ用の変換回路部と、回転電機１００の電動機の変換回路部と、それらを駆動するための駆動制御部とを有する。

ハイブリッド電気自動車の始動時及び低速走行時（エンジンＥＮの運転効率（燃費）が低下する走行領域）は、モータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。尚、本実施形態では、ハイブリッド電気自動車５の始動時及び低速走行時、モータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する場合について説明するが、モータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動し、回転電機１００の電動機によって後輪ＷＨ−Ｒを駆動するようにしてもよい（四輪駆動走行をしてもよい）。インバータＩＮＶにはバッテリＢＡから直流電力が供給される。供給された直流電力はインバータＩＮＶによって三相交流電力に変換される。これによって得られた三相交流電力はモータ・ジェネレータＭＧの固定子巻線に供給される。これにより、モータ・ジェネレータＭＧは駆動され、回転出力を発生する。この回転出力は出力制御機構（図示省略）を介して変速機ＴＭに入力される。入力された回転出力は変速機ＴＭによって変速され、差動装置（図示省略）に入力される。入力された回転出力は差動装置（図示省略）によって左右に分配され、前輪ＷＨ−Ｆの一方における前輪車軸ＤＳ−Ｆと前輪ＷＨ−Ｆの他方における前輪車軸ＤＳ−Ｆにそれぞれ伝達される。これにより、前輪車軸ＤＳ−Ｆが回転駆動される。そして、前輪車軸ＤＳ−Ｆの回転駆動によって前輪ＷＨ−Ｆが回転駆動される。

ハイブリッド電気自動車の通常走行時（乾いた路面を走行する場合であって、エンジンＥＮの運転効率（燃費）が良い走行領域）は、エンジンＥＮによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。このため、エンジンＥＮの回転出力は出力制御機構（図示省略）を介して変速機ＴＭに入力される。入力された回転出力は変速機ＴＭによって変速される。変速された回転出力は差動装置（図示省略）を介して前輪車軸ＤＳ−Ｆに伝達される。これにより、前輪ＷＨ−Ｆが回転駆動される。また、バッテリＢＡの充電状態を検出し、バッテリＢＡを充電する必要がある場合は、エンジンＥＮの回転出力を、出力制御機構（図示省略）を介してモータ・ジェネレータＭＧに分配し、モータ・ジェネレータＭＧを回転駆動する。これにより、モータ・ジェネレータＭＧは発電機として動作する。この動作により、モータ・ジェネレータＭＧの固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリＢＡに供給される。これにより、バッテリＢＡは充電される。

ハイブリッド電気自動車の四輪駆動走行時（雪道などの低μ路を走行する場合であって、エンジンＥＮの運転効率（燃費）が良い走行領域）は、回転電機１００の電動機によって後輪ＷＨ−Ｒを駆動する。また、上記通常走行と同様に、エンジン１によって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。さらに、回転電機１００の電動機の駆動によってバッテリＢＡの蓄電量が減少するので、上記通常走行と同様に、エンジンＥＮの回転出力によってモータ・ジェネレータＭＧを回転駆動してバッテリＢＡを充電する。回転電機１００の電動機によって後輪ＷＨ−Ｒを駆動するめに、インバータＩＮＶにはバッテリＢＡから直流電力が供給される。供給された直流電力はインバータＩＮＶによって三相交流電力に変換され、この変換によって得られた交流電力が回転電機１００の固定子巻線に供給される。これにより、回転電機１００の電動機は駆動され、回転出力を発生する。発生した回転出力は、回転電機１００の減速機によって減速され、回転電機１００の差動装置の入力される。入力された回転出力は回転電機１００の差動装置によって左右に分配され、後輪ＷＨ−Ｒの一方における後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２と後輪ＷＨ−Ｒの他方における後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２にそれぞれ伝達される。これにより、後輪車軸ＤＳ−Ｆ４回転駆動される。そして、後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２の回転駆動によって後輪ＷＨ−Ｒが回転駆動される。

ハイブリッド電気自動車の加速時は、エンジンＥＮとモータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。尚、本実施形態では、ハイブリッド電気自動車の加速時、エンジンＥＮとモータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する場合について説明するが、エンジンＥＮとモータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動し、回転電機１００の電動機によって後輪ＷＨ−Ｒを駆動するようにしてもよい（四輪駆動走行をしてもよい）。エンジンＥＮとモータ・ジェネレータの回転出力は出力制御機構（図示省略）を介して変速機ＴＭに入力される。入力された回転出力は変速機ＴＭによって変速される。変速された回転出力は差動装置（図示省略）を介して前輪車軸ＤＳ−Ｆに伝達される。これにより、前輪ＷＨ−Ｆが回転駆動される。

ハイブリッド電気自動車の回生時（ブレーキを踏み込み時，アクセルの踏み込みを緩めた時或いはアクセルの踏み込みを止めた時などの減速時）は、前輪ＷＨ−Ｆの回転出力を前輪車軸ＤＳ−Ｆ，差動装置（図示省略）、変速機ＴＭ、出力制御機構（図示省略）を介してモータ・ジェネレータＭＧに伝達し、モータジェネレータＭＧを回転駆動する。これにより、モータ・ジェネレータＭＧは発電機として動作する。この動作により、モータ・ジェネレータＭＧの固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリＢＡに供給される。これにより、バッテリＢＡは充電される。一方、後輪ＷＨ−Ｒの回転出力を後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２，回転電機１００の差動装置、回転電機１００の減速機を介して回転電機１００の電動機に伝達し、回転電機１００の電動機を回転駆動する。これにより、回転電機１００の電動機は発電機として動作する。この動作により、回転電機１００の電動機の固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリＢＡに供給される。これにより、バッテリＢＡは充電される。

また、モータ・ジェネレータＭＧとしては、回転電機１００と同じ構成のものを用いることができる。モータ・ジェネレータＭＧは、エンジンＥＮと変速機ＴＭの間に配置されるので、ここで、モータ・ジェネレータＭＧの構成を、回転電機１００と同じ構成とすることで、回転電機１００はコイルエンドがないため、より扁平にでき、小型化に寄与できる。

次に、図１８を用いて、本発明の各実施形態による回転電機を用いた電動車両の一つである電気自動車の電機駆動システムの構成について説明する。
図１８は、本発明の各実施形態による回転電機を用いた電動車両の一つである電気自動車の電機駆動システムを示すブロック図である。

図において、１００は回転電機であり、図１及び図２若しくは、図８〜図１３，図１５，図１６に示された回転電機に加えて、減速機や差動装置から構成される。

回転電機１００の差動装置の出力軸の端部には前輪ＷＨ−Ｆの前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２が機械的に接続されている。これにより、回転電機１００の電動機の出力は前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２に伝達されて前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２を回転駆動する。そして、前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２の回転駆動によって前輪ＷＨ−Ｆが回転駆動させ、図示する構成の電気自動車が駆動される。尚、本実施形態では、回転電機１００によって前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２を回転駆動して前輪ＷＨ−Ｆを回転駆動する場合について説明するが、回転電機１００によって後輪車軸４を回転駆動して後輪ＷＨ−Ｒを回転駆動するようにしてもよい。回転電機１００の電動機の固定子巻線にはインバータＩＮＶの交流側が電気的に接続されている。インバータＩＮＶは、直流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置であり、回転電機１００の電動機の駆動を制御するものである。インバータＩＮＶの直流側にはバッテリＢＡが電気的に接続されている。

電気自動車の力行時（始動時、走行時、加速時など）は、回転電機１００の電動機によって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。このため、インバータＩＮＶにはバッテリＢＡから直流電力が供給される。供給された直流電力はインバータＩＮＶによって三相交流電力に変換される。これによって得られた三相交流電力は回転電機１００の電動機の固定子巻線に供給される。これにより、回転電機１００の電動機は駆動され、回転出力を発生する。この回転出力は回転電機１００の減速機によって減速され、回転電機１００の差動装置に入力される。入力された回転出力は回転電機１００の差動装置によって左右に分配され、前輪ＷＨ−Ｆの一方における前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２と前輪ＷＨ−Ｆの他方における前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２にそれぞれ伝達される。これにより、前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２が回転駆動される。そして、前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２の回転駆動によって前輪ＷＨ−Ｆが回転駆動される。

電気自動車の回生時（ブレーキを踏み込み時，アクセルの踏み込みを緩めた時或いはアクセルの踏み込みを止めた時などの減速時）は、前輪ＷＨ−Ｆの回転出力を前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２，回転電機１００の差動装置、回転電機１００の減速機を介して回転電機１００の電動機に伝達し、回転電機１００の電動機を回転駆動する。これにより、回転電機１００の電動機は発電機として動作する。この動作により、回転電機１００の電動機の固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリＢＡに供給される。これにより、バッテリＢＡは充電される。

本実施形態の電機駆動システムによれば、前述したいずれかの実施形態に記載の回転電機、すなわち減速機のトルクの伝達効率が高い回転電機を備えているので、電気自動車を効率よく駆動させることができ、一充電当りの走行距離を向上させることができる。また、本実施形態の電機駆動システムによれば、コンパクトな回転電機を備えているので、車両への搭載省スペース化を図ることができるので、車両の小型化，軽量化及び低コスト化に寄与することができる。

次に、図１９を用いて、本発明の各実施形態による回転電機をインホイールモータ／ジェネレータとして用いた場合の電気自動車の構成について説明する。
図１９は、本発明の各実施形態による回転電機をインホイールモータ／ジェネレータとして用いた場合の電気自動車の構成を示すブロック図である。

車両は、左前輪ＷＨ−ＦＬと、右前輪ＷＨ−ＦＲと、左後輪ＷＨ−ＲＬと、右後輪ＷＨ−ＲＲとを備えている。各車輪ＷＨ−ＦＬ，ＷＨ−ＦＲ，ＷＨ−ＲＬ，ＷＨ−ＲＲには、インホイールモータ／ジェネレータとして用いられる回転電機１００ＦＬ，１００ＦＲ，１００ＲＬ，１００ＲＲが備えられている。回転電機１００ＦＬ，１００ＦＲ，１００ＲＬ，１００ＲＲは、図１及び図２若しくは、図８〜図１３，図１５，図１６に示された回転電機に加えて、中空シャフトの内部に設けられた減速機を備えている。

回転電機１００ＦＬ，１００ＦＲ，１００ＲＬ，１００ＲＲの減速機の出力軸の端部には、左前輪ＷＨ−ＦＬ，右前輪ＷＨ−ＦＲ，左後輪ＷＨ−ＲＬ，右後輪ＷＨ−ＲＲが、それぞれ、機械的に接続されている。これにより、回転電機１００ＦＬ，１００ＦＲ，１００ＲＬ，１００ＲＲの電動機の出力は、左前輪ＷＨ−ＦＬ，右前輪ＷＨ−ＦＲ，左後輪ＷＨ−ＲＬ，右後輪ＷＨ−ＲＲに伝達され、これらを回転駆動させ、図示する構成の電気自動車が駆動される。回転電機１００ＦＬ，１００ＦＲ，１００ＲＬ，１００ＲＲの電動機の固定子巻線にはインバータＩＮＶの交流側が電気的に接続されている。インバータＩＮＶは、直流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置であり、回転電機１００ＦＬ，１００ＦＲ，１００ＲＬ，１００ＲＲの電動機の駆動を制御するものである。インバータＩＮＶの直流側にはバッテリＢＡが電気的に接続されている。

電気自動車の力行時（始動時、走行時、加速時など）は、回転電機１００ＦＬ，１００ＦＲ，１００ＲＬ，１００ＲＲの電動機によって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。このため、インバータＩＮＶにはバッテリＢＡから直流電力が供給される。供給された直流電力はインバータＩＮＶによって三相交流電力に変換される。これによって得られた三相交流電力は回転電機１００ＦＬ，１００ＦＲ，１００ＲＬ，１００ＲＲの電動機の固定子巻線に供給される。これにより、回転電機１００の電動機は駆動され、回転出力を発生する。この回転出力は回転電機１００ＦＬ，１００ＦＲ，１００ＲＬ，１００ＲＲの減速機によって減速され、左前輪ＷＨ−ＦＬ，右前輪ＷＨ−ＦＲ，左後輪ＷＨ−ＲＬ，右後輪ＷＨ−ＲＲが回転駆動される。

電気自動車の回生時（ブレーキを踏み込み時，アクセルの踏み込みを緩めた時或いはアクセルの踏み込みを止めた時などの減速時）は、左前輪ＷＨ−ＦＬ，右前輪ＷＨ−ＦＲ，左後輪ＷＨ−ＲＬ，右後輪ＷＨ−ＲＲの回転出力は、回転電機１００ＦＬ，１００ＦＲ，１００ＲＬ，１００ＲＲの減速機を介して回転電機１００ＦＬ，１００ＦＲ，１００ＲＬ，１００ＲＲの電動機に伝達し、回転電機１００ＦＬ，１００ＦＲ，１００ＲＬ，１００ＲＲの電動機を回転駆動する。これにより、回転電機１００ＦＬ，１００ＦＲ，１００ＲＬ，１００ＲＲの電動機は発電機として動作する。この動作により、回転電機１００ＦＬ，１００ＦＲ，１００ＲＬ，１００ＲＲの電動機の固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリＢＡに供給される。これにより、バッテリＢＡは充電される。

本実施形態の電機駆動システムによれば、前述したいずれかの実施形態に記載の回転電機、すなわち減速機のトルクの伝達効率が高い回転電機を備えているので、電気自動車を効率よく駆動させることができ、一充電当りの走行距離を向上させることができる。また、本実施形態の電機駆動システムによれば、コンパクトな回転電機を備えているので、車両への搭載省スペース化を図ることができるので、車両の小型化，軽量化及び低コスト化に寄与することができる。

Claims (10)

1. ステータコアとステータコイルとを有するステータと、ロータコアとロータコイルとを有するロータとを備えた回転電機であって、
   前記ステータは、クローポール型の単位ステータを回転電機の回転軸方向に３個並置した構成であり、
   前記ロータは、クローポール型の単位ロータを回転電機の軸方向に３個並置した構成であり、
   前記単位ステータの前記ステータコイルは、前記回転軸周りにリング状に巻回された一つの環状コイルからなり、
   前記単位ステータの前記ステータコアは、
   前記回転軸周りの環状ヨークと、
   前記環状ヨークの軸方向両端から径方向に伸びたティースと、
   前記ティースの先端に設けられ、前記環状コイルに通電したときに周方向に交互に異極性に磁化されるクローポールとからなり、
   前記単位ロータの前記ロータコイルは、前記回転軸周りにリング状に巻回された一つの環状コイルからなり、
   前記単位ロータの前記ロータコアは、
   前記回転軸周りの環状ヨークと、
   前記環状ヨークの軸方向両端から径方向に伸びたティースと、
   前記ティースの先端に設けられ、前記環状コイルに通電したときに周方向に交互に異極性に磁化されるクローポールとからなることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１記載の回転電機において、
   並置された３個の前記単位ロータの内、隣接する単位ロータの同極性のクローポール位置が電気角でα°ずつ周方向に変位しており、
   並置された３個の前記単位ステータの内、隣接する単位ステータのクローポール位置が電気角でβ°ずつ周方向に変位しており、
   ここで、｜α―β｜＝６０°であることを特徴とする回転電機。
3. 請求項１記載の回転電機において、
   並置された３個の前記単位ロータの内、隣接する単位ロータの同極性のクローポール位置が電気角でα°ずつ周方向に変位しており、
   並置された３個の前記単位ステータの内、隣接する単位ステータのクローポール位置が電気角でβ°ずつ周方向に変位しており、
   ここで、｜α―β｜＝１２０°であることを特徴とする回転電機。
4. 請求項２若しくは請求項３のいずれかに記載の回転電機において、
   α＋β＝０であることを特徴とする回転電機。
5. 請求項４記載の回転電機において、
   α＝３０、β＝−３０、あるいはα＝−３０、β＝３０であることを特徴とする回転電機。
6. 請求項１記載の回転電機において、
   対向する前記単位ロータと前記単位ステータを単位ブロックとしたとき、隣接する前記単位ブロック間に設けられた磁気的空隙を備えることを特徴とする記載の回転電機。
7. 請求項１記載の回転電機において、
   前記ロータの前記クローポール及び前記ステータの前記クローポールは、圧粉磁心で製作されることを特徴とする回転電機。
8. 請求項１記載の回転電機において、
   前記単位ロータは、それぞれ、互いに異極性のクローポール間に配置され、このクローポール間の漏れ磁場を打ち消すような向きに着磁された永久磁石を備えることを特徴とする回転電機。
9. 請求項８記載の回転電機において、
   前記永久磁石がボンド磁石で構成され、
   前記クローポールは、圧粉磁心で製作され、
   前記永久磁石と前記クローポールとは、二色一体で圧縮成形されることを特徴とする回転電機。
10. 車両駆動力又は車載補機用駆動力を発生する回転電機と、この回転電機に供給する電力を制御するインバータとを有する車載回転電機システムであって、
    前記回転電機は、ステータコアとステータコイルとを有するステータと、ロータコアとロータコイルとを有するロータとを備えており、
    前記ステータは、クローポール型の単位ステータを回転電機の回転軸方向に３個並置した構成であり、
    前記ロータは、クローポール型の単位ロータを回転電機の軸方向に３個並置した構成であり、
    前記単位ステータの前記ステータコイルは、前記回転軸周りにリング状に巻回された一つの環状コイルからなり、
    前記単位ステータの前記ステータコアは、
    前記回転軸周りの環状ヨークと、
    前記環状ヨークの軸方向両端から径方向に伸びたティースと、
    前記ティースの先端に設けられ、前記環状コイルに通電したときに周方向に交互に異極性に磁化されるクローポールとからなり、
    前記単位ロータの前記ロータコイルは、前記回転軸周りにリング状に巻回された一つの環状コイルからなり、
    前記単位ロータの前記ロータコアは、
    前記回転軸周りの環状ヨークと、
    前記環状ヨークの軸方向両端から径方向に伸びたティースと、
    前記ティースの先端に設けられ、前記環状コイルに通電したときに周方向に交互に異極性に磁化されるクローポールとからなることを特徴とする車載回転電機システム。

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