旋转电机的制作方法
本申请以2017年7月21日申请的日本专利申请号2017-142223号、2017年7月21日申请的日本专利申请号2017-142224号、2017年7月21日申请的日本专利申请号2017-142225号、2017年7月21日申请的日本专利申请号2017-142226号、2017年7月21日申请的日本专利申请号2017-142227号、2017年12月28日申请的日本专利申请号2017-255048号、2017年12月28日申请的日本专利申请号2017-255049号、2017年12月28日申请的日本专利申请号2017-255050号、2017年12月28日申请的日本专利申请号2017-255051号、2017年12月28日申请的日本专利申请号2017-255052号、2017年12月28日申请的日本专利申请号2017-255053号为基础，在此援引其记载内容。
本发明涉及一种旋转电机。
背景技术：
以往，作为旋转电机，提出了一种旋转电机和能理想地内置逆变器装置的结构(例如专利文献1)。在上述专利文献1中，旋转电机的定子和转子呈圆环状，在形成于旋转电机的内侧的空间部内置逆变器装置等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2004-213622号公报
专利文献2：日本专利特开2004-213622号公报
专利文献3：日本专利特开2011-78298号公报
专利文献4：日本专利特开2012-165614号公报
专利文献5：日本专利特开平6-70522号公报
专利文献6：日本专利特开2012-175755号公报
技术实现要素：
对于上述专利文献1所公开的旋转电机，当在定子和转子的内侧内置有逆变器装置等发热体时，需要高效地进行散热。尤其是，由于在定子或者转子所使用的线圈中也产生发热，因此需要确保散热性能。
本发明是鉴于上述情况作出的，其主要目的在于，提供一种具有理想的收容空间并具有理想的散热性能的旋转电机。
第一方式中，旋转电机包括：转子，该转子具有转子主体和磁体部并支承为旋转自如，所述转子主体具有中空部，所述磁体部设于所述转子主体；筒状的定子，该定子具有由多个相绕组构成的定子绕组，并且相对于所述转子同轴地相对配置；以及外壳，该外壳收容所述转子和所述定子，所述旋转电机的特征在于，所述转子主体具有：固定有所述磁体部的筒状的磁体保持部；以及中间部，该中间部是将所述转子的从旋转轴到所述磁体保持部的部位连接的部分，并在所述旋转轴的径向的内外延伸，从由所述定子和所述转子构成的磁路组件的内周面向径向内侧的第一区域的体积比在所述径向上从所述磁路组件的内周面到所述外壳之间的第二区域的体积大。
根据上述结构，在磁路组件的内周面侧形成有第一区域，但是该第一区域的体积比从磁路组件的内周面到所述外壳之间的第二区域的体积大。通过增大体积，使第一区域比第二区域容易散热。由此，能具有理想的散热性能。
根据第二方式，在第一方式中，当将所述外壳的内周面的半径设为d时，在距旋转中心d×0.705的距离的径向外侧配置有所述磁路组件。
根据上述结构，在外壳中，从磁路组件的内周面向径向内侧的第一区域的体积比在径向上从磁路组件的内周面到外壳之间的第二区域的体积大。由此，能具有理想的散热性能。
根据第三方式，旋转电机包括：转子，该转子具有转子主体和磁体部并支承为旋转自如，所述转子主体具有中空部，所述磁体部设于所述转子主体；筒状的定子，该定子具有由多个相绕组构成的定子绕组，并且相对于所述转子同轴地相对配置；以及外壳，该外壳收容所述转子和所述定子，所述旋转电机的特征在于，所述转子主体具有：固定有所述磁体部的筒状的磁体保持部；以及中间部，该中间部是将所述转子的从旋转轴到所述磁体保持部的部位连接的部分，并在所述旋转轴的径向的内外延伸，当将所述外壳的内周面的半径设为d时，在距旋转中心d×0.705的距离的径向外侧配置有由所述定子和所述转子构成的磁路组件。
根据上述结构，在外壳中，从磁路组件的内周面向径向内侧的区域的体积比在径向上从磁路组件的内周面到外壳之间的区域的体积大。由此，能具有理想的散热性能。
根据第四方式，在第一至第三方式中的任一个方式中，所述中间部在所述转子的轴向上配置于比所述转子的中央靠任意一方侧。
根据上述结构，与在转子的中央设有中间部的情况、在轴向的两侧设有中间部的情况相比，能增大从磁路组件的内周面向径向内侧的第一区域的体积。此外，由于中间部在轴向上配置于比转子的中央靠任意一方侧，因此转子在与中间部相反的一侧开口，从而易于散热。由此，能具有理想的散热性能。
根据第五方式，在第一至第四方式中的任一个方式中，所述转子是配置于所述定子的径向外侧的外转子结构，所述磁体部固定于所述转子主体的径向内侧。
由此，与内转子结构不同，即使当转子旋转时朝磁体部作用离心力，也能通过转子主体使磁体部不会脱落，从而将磁体部理想地保持在径向内侧。即，与内转子结构相比，能使将磁体固定于转子主体的结构最少。例如，可以采用表面磁体式的转子。其结果是，与内转子结构相比，能使转子变薄，并且能增大从磁路组件的内周面向径向内侧的第一区域。
根据第六方式，在第五方式中，旋转电机具有对所述定子进行保持的定子保持构件，所述定子保持构件具有组装于所述定子的径向内侧的筒状部，并在所述筒状部设有冷却部。
通过上述冷却部，能对磁路组件进行散热(冷却)，并且能对收容于筒状部的内侧且从磁路组件的内周面向径向内侧的第一区域的构件进行散热。此外，通过设置具有能理想地冷却磁路组件的冷却性能的冷却部，即使在第一区域收容有产生与磁路组件相等或以下的发热的发热体的情况下，由于第一区域形成为比从磁路组件的内周面到外壳之间的第二区域大，因此也能理想地散热。
根据第七方式，在第六方式中，在所述筒状部的内侧包括电气组件，所述电气组件具有因通电而发热的发热构件，所述发热构件沿着所述筒状部的内周面配置，所述冷却部设于在径向内外与所述发热构件重叠的位置。
根据上述结构，能利用冷却部对磁路组件进行散热(冷却)并有效地对电气组件进行散热。
根据第八方式，在第一至第七方式中的任意一个方式中，在所述磁路组件的内周面的径向内侧的区域收容有能产生电磁波的电磁波发生体。
在从磁路组件的内周面向径向内侧的第一区域的径向外侧配置有外壳、由转子和定子构成的磁路组件。因此，能抑制从电磁波发生体产生的电磁噪声向外部放出。
根据第九方式，在第一至第八方式中的任意一个方式中，所述磁体部设置成，在所述转子中的与所述定子相对的面，沿着周向使磁极不同，所述定子在沿周向相邻的磁体相对部之间具有绕组间构件，当将所述磁体部的与1极对应的范围中通过所述定子绕组的通电而励磁的所述绕组间构件的周向的宽度尺寸设为wt，将所述绕组间构件的饱和磁通密度设为bs，将所述磁体部的与1极对应的周向的宽度尺寸设为wm，将所述磁体部的残留磁通密度设为br时，所述绕组间构件由满足wt×bs≤wm×br的磁性材料或者非磁性材料构成。
由此，能增大定子绕组的导体面积，并抑制其发热。此外，能使径向的厚度变薄，并且能增大从磁路组件的内周面向径向内侧的第一区域的体积。
根据第十方式，在第九方式中，所述定子绕组具有各向异性导体。
当设为无切槽结构时，定子绕组的导体的密度变高。因此，通过利用各向异性导体能使绝缘设计更容易。
根据第十一方式，在第一至第十方式中的任意一个方式中，当将所述转子和所述定子的气隙的外径的直径设为d，将极数设为p时，满足d/p＜12.2。
根据如上所述的结构，能在维持可输出的转矩的状态下，使从磁路组件的内周面向径向内侧的第一区域比从磁路组件的内周面到外壳之间的第二区域大。
根据第十二方式，在第一至第十一方式中的任意一个方式中，所述转子是在所述转子主体固定有作为所述磁体部的永磁体的表面磁体式的转子，所述磁体部具有使磁化方向为所述旋转轴的径向的第一磁体和使磁化方向为所述旋转轴的周向的第二磁体，使用在所述周向上以规定间隔配置有所述第一磁体并且在所述周向上在相邻的所述第一磁体之间配置有所述第二磁体的磁体阵列来构成所述磁体部。
由此，通过采用表面磁体式的转子，能将铁等金属磁性体的使用量抑制在最小，并能变薄。此外，通过使用上述磁体阵列，能仅利用永磁体来抑制磁通泄漏，并构成转子的磁路。即，仅利用永磁体就能完成转子的磁路的作用。通过设为上述结构，能变薄。由此，能提高可输出的转矩并且增大从磁路组件的内周面向径向内侧的第一区域。
根据第十三方式，在第一至第十一方式中的任意一个方式中，所述转子是在所述转子主体固定有作为所述磁体部的永磁体的表面磁体式的转子，所述磁体部是极性各向异性的磁体。
通过采用表面磁体式的转子，能将铁等金属磁性体的使用量抑制在最小，并能变薄。此外，通过使用上述极性各向异性的磁体，能仅利用永磁体来抑制磁通泄漏，并构成转子的磁路。即，仅利用永磁体就能完成转子的磁路的作用。通过设为上述结构，能变薄。由此，能提高可输出的转矩并且增大从磁路组件的内周面向径向内侧的第一区域。
根据第十四方式，在第一至第十三方式中的任意一个方式中，包括轴承，该轴承设于所述外壳，并将所述转子的旋转轴支承为能旋转，所述旋转轴由在所述旋转轴的轴向上位置不同的多个所述轴承支承为能旋转，多个所述轴承配置于比所述转子的所述轴向上的中央靠近所述轴向的任意一方侧的位置。
在将多个轴承配置于轴向的任意一方侧的悬臂支承结构中，轴承的发热集中于轴向的任意一方侧。因此，即使在从磁路组件的内周面向径向内侧的第一区域收容例如电容器等发热体，也能从轴承相反侧有效地释放热量。
根据第十五方式，旋转电机包括：转子，该转子具有转子主体和磁体部并支承为旋转自如，所述转子主体具有中空部，所述磁体部设于所述转子主体；定子，该定子具有由多个相绕组构成的定子绕组，并且相对于所述转子同轴地相对配置；外壳，该外壳固定所述定子；以及轴承，该轴承设于所述外壳，并将所述转子的旋转轴支承为能旋转，所述旋转电机的特征在于，所述旋转轴由在所述旋转轴的轴向上位置不同的多个所述轴承支承为能旋转，多个所述轴承配置于比所述转子的所述轴向上的中央靠近所述轴向的任意一方侧的位置。
以往，作为旋转电机，提出了一种旋转电机和能理想地内置逆变器装置的结构(例如专利文献2)。在上述专利文献2中，旋转电机的定子和转子呈圆环状，在形成于旋转电机的内侧的空间部内置逆变器装置。
上述专利文献2所公开的旋转电机经由一对轴承可旋转地固定于车辆的轴。详细地说明，一对轮盘在轴向上互相分开地安装于轴。通过设于轮盘的中心部的轴承，能相对于轴旋转。而且，逆变器装置在轴向上收容于成对的轮盘之间。
因此，在专利文献2所记载的旋转电机中，具有电容器等发热部件等的逆变器装置收容于旋转并发热的一对轴承之间的空间，从而难以释放热量。
因此，第十五方式的主要目的在于提供一种具有理想的散热性能的旋转电机。根据第十五方式，构成为将多个轴承配置于轴向的任意一方侧的悬臂支承结构。在上述结构中，轴承的发热集中于轴向的任意一方侧。因此，即使在转子主体的中空部收容有例如电容器等发热体，也能从轴承相反侧有效地释放热量。
根据第十六方式，在第十五方式中，多个所述轴承是径向滚珠轴承，并且分别具有外圈、内圈以及配置于所述外圈与所述内圈之间的多个滚珠，使多个所述轴承中的一部分的外圈、内圈与滚珠之间的间隙尺寸与其他的所述轴承不同。
由此，在靠近转子的中心的一侧，即使转子的抖动、因部件公差引起的不平衡所导致的振动作用于轴承，也能良好地吸收上述抖动、振动的影响。
根据第十七方式，在第十五或第十六方式中，所述转子是在所述转子主体固定有作为磁体部的永磁体的表面磁体式的转子
在采用了悬臂支承结构的情况下，转子中的轴承相反侧的重量变重，惯量变大时，转子的抖动、振动会变大。因此，通过采用表面磁体式的转子，能将铁等金属磁性体的使用量抑制在最小，并能使惯量最小。由此，即使采用了悬臂支承结构，也能抑制转子的抖动、振动。
根据第十八方式，在第十七方式中，所述永磁体具有使磁化方向为所述旋转轴的径向的第一磁体和使磁化方向为所述旋转轴的周向的第二磁体，使用在所述周向上以规定间隔配置有所述第一磁体并且在所述周向上在相邻的所述第一磁体之间配置有所述第二磁体的磁体阵列来构成所述永磁体。
通过使用上述磁体阵列，能仅利用永磁体来抑制磁通泄漏，并构成转子的磁路。即，仅利用永磁体就能完成转子的磁路的作用。通过设为上述结构，对作为惯量的永磁体进行保持的转子主体例如可以不是金属磁性体而是cfrp这样的合成树脂。通过将转子主体不设为金属磁性体而设为合成树脂等，能使惯量最小化，其结果是，即使采用悬臂支承结构也能使惯量最小并抑制转子的抖动、振动。
根据第十九方式，在第十七方式中，所述永磁体是极性各向异性的磁体。
与使用称为海尔贝克阵列的磁体阵列的情况相比，能抑制退磁的影响。
根据第二十方式，在第十五至第十九方式的任意一个方式中，所述转子是配置于所述定子的径向外侧的外转子结构。
由此，在转子主体的径向内侧固定有磁体部。因此，与内转子结构不同，即使当转子旋转时朝磁体部作用离心力，也能通过转子主体使磁体部理想地保持在径向内侧。即，与内转子结构相比，能使将磁体固定于转子主体的结构最少。其结果是，即使采用了悬臂支承结构，也能使惯量最小，并抑制转子的抖动、振动。
根据第二十一方式，在第十五至第二十方式的任意一个方式中，所述转子主体具有：固定有所述磁体部的筒状的磁体保持部；固定部，该固定部是直径比所述磁体保持部小的筒状，并且供所述旋转轴插通；以及中间部，该中间部将所述磁体保持部和所述固定部连接，在以使所述固定部与所述旋转轴一体旋转的方式固定所述旋转轴的状态下，所述固定部经由所述轴承能旋转地固定于所述外壳，所述中间部在所述转子的径向的内侧与外侧之间具有所述轴向的台阶，在所述轴向上所述磁体保持部和所述固定部部分重叠。
由此，能够缩短旋转电机的轴向的长度并且分别确保轴向上的磁体保持部和固定部的长度。通过确保固定部的长度，能确保轴承的间隔，更加稳定。此外，能使轴承的至少一部分更加靠近转子的重心，从而更稳定。
根据第二十二方式，在第十五至第二十一方式的任意一个方式中，所述转子包括空冷翅片。
能利用空冷翅片有效地释放热量。
根据第二十三方式，在第十五至第二十二方式的任意一个方式中，所述转子主体在所述轴向上在配置有所述轴承的一侧的相反侧开口。
因此，即使在转子的内部收容发热体，也能利用开口侧来有效地释放热量。此外，在这种情况下，由于在开口侧没有配置伴随旋转产生发热的轴承，因此能使风向开口侧流动，从而有效地释放热量。
根据第二十四方式，旋转电机包括：转子，该转子具有产生励磁磁通的磁体部，并支承为旋转自如；以及定子，该定子具有由多个相绕组构成的定子绕组，并且相对于所述转子同轴地相对配置；所述旋转电机的特征在于，所述磁体部具有多个第一磁体和多个第二磁体，所述第一磁体设置成磁化方向沿着所述转子的径向，所述第二磁体设置成磁化方向沿着所述转子的周向，多个所述第一磁体在所述周向上以规定间隔配置，并且多个所述第二磁体在所述周向上配置于相邻的所述第一磁体之间的位置，在所述磁体部设有凹部，该凹部构成为所述第一磁体的定子相反侧的端面和所述第二磁体的定子相反侧的端面中的至少任意一个端面在径向上向所述定子侧凹陷，在所述转子中，在所述定子相反侧的面上，由软磁性材料构成的磁性体设于所述凹部。
以往，已知一种旋转电机，通过将永磁体的磁体阵列设为规定的阵列来增加磁通密度(例如，上述专利文献3)。在专利文献3的旋转电机中，永磁体具有使磁化方向为径向的第一磁体和使磁化方向为周向的第二磁体，在周向上配置有第一磁体并且在周向上在相邻的第一磁体之间且第一磁体的径向外侧配置有第二磁体。此外，在旋转电机中，第一磁体的磁化方向是与相邻的第一磁体相反的方向，同样地，第二磁体的磁化方向是与相邻的第二磁体相反的方向。此外，在第一磁体的径向外侧且第二磁体之间配置铁芯片。由此，能增加向定子侧的磁通密度并能实现旋转电机的小型高输出化。
在专利文献3的旋转电机中，将第一磁体固定于轴。在这种情况下，磁路可能在轴侧磁饱和。当产生了磁饱和时，磁通的流动变差，使第一磁体退磁。其结果是，伴随磁通密度降低，旋转电机的输出降低。
因此，第二十四方式的主要目的在于提供一种使磁通的流动变好的旋转电机。在第二十四方式的磁体部设有凹部，该凹部构成为第一磁体的定子相反侧的端面和第二磁体的定子相反侧的端面中的至少任意一个端面在径向上向定子侧凹陷。而且，在转子的凹部设置由软磁性材料构成的磁性体。由此，能使来自磁体的磁通的流动变好，从而提高向定子侧的磁通密度。
例如，当在上述磁体阵列中，在磁体部的定子相反侧且遍及在周向上相邻的第一磁体和第二磁体地设有由软磁性材料构成的磁体保持部时，在该磁体保持部内，磁路有可能磁饱和。尤其是，在相邻的第一磁体和第二磁体的边界部分容易磁饱和。在磁体保持部内，当产生磁饱和时，由于磁通以绕过该磁饱和的部分的方式流动，因此磁路歪斜，从而导致退磁。
因此，通过在磁体部的定子相反侧的面上设置所述凹部并在该凹部设置由软磁性材料构成的磁性体，能缓和该磁饱和并防止磁体的退磁。即，能抑制旋转电机的输出降低。
此外，例如即使在磁体部的定子相反侧没有设置由软磁性材料构成的磁体保持部的情况下，也能通过磁性体抑制磁通在磁体部中从定子相反侧泄漏，并能提高向定子侧的磁通密度。
根据第二十五方式，在第二十四方式中，通过使所述第一磁体和所述第二磁体的任意一方的径向厚度尺寸比另一方的径向厚度尺寸小来设置所述凹部，所述磁性体在所述径向厚度尺寸较小的一方的磁体中设于所述定子相反侧。
由此，能使来自磁体的磁通的流动变好，从而提高向定子侧的磁通密度。
根据第二十六方式，在第二十四方式中，通过使所述第一磁体的径向厚度尺寸比所述第二磁体的径向厚度尺寸小来设置所述凹部，所述磁性体在所述第一磁体中设于所述定子相反侧，所述第一磁体的径向厚度尺寸和所述磁性体的径向厚度尺寸相加而成的尺寸与所述第二磁体的径向厚度尺寸相等。
在磁化方向是径向的第一磁体中，上述定子相反侧最容易退磁。因此，通过在径向上将磁性体配置于第一磁体的内外，能有效地抑制退磁，并能有效地减少第一磁体的量。此外，通过使第一磁体的径向厚度尺寸和磁性体的径向厚度尺寸相加而成的尺寸与第二磁体的径向厚度尺寸相同，能使磁通的流动变好，从而提高磁通密度。
根据第二十七方式，在第二十四或第二十六方式中，在所述第一磁体中的磁化方向在径向上的定子侧的所述第一磁体中，在所述定子相反侧设有所述磁性体。
由此，能够抑制转子的铁损，并良好地抑制退磁。
根据第二十八方式，在第二十四方式中，通过使所述第二磁体的径向厚度尺寸比所述第一磁体的径向厚度尺寸小来设置所述凹部，所述磁性体在所述第二磁体中设于所述定子相反侧，所述第二磁体的径向厚度尺寸和所述磁性体的径向厚度尺寸相加而成的尺寸与所述第一磁体的径向厚度尺寸相等。
通过在径向上将磁性体配置于第二磁体的内外，能有效地抑制退磁，并能有效地减少第二磁体的量。此外，通过使第二磁体的径向厚度尺寸和磁性体的径向厚度尺寸相加而成的尺寸与第一磁体的径向厚度尺寸相同，能使磁通的流动变好，从而提高磁通密度。
根据第二十九方式，在第二十四至第二十八方式中的任意一个方式中，所述转子包括磁体保持部，该磁体保持部由软磁性材料构成并且对所述磁体部和所述磁性体进行保持，所述磁体保持部在所述磁体部设于所述定子相反侧，并且遍及在周向上相邻的所述第一磁体和所述第二磁体地设置。
通过在磁体部中在定子相反侧设置由软磁性材料构成的保持部，能抑制磁通在磁体部中从定子相反侧泄漏，从而提高向定子侧的磁通密度。此时，在保持部内磁路磁饱和，有可能使第一磁体退磁，但是如上所述，通过在凹部设置磁性体能缓和磁饱和并防止磁体的退磁。
根据第三十方式，在第二十四至第二十九方式中的任意一个方式中，当用电角度α〔dege〕来表示周向上的所述第二磁体的长度时，所述第二磁体的长度处于52＜α＜80的范围。
通过配置磁性体，通常为60〔dege〕的中间极角度最优值偏移为68〔dege〕。因此，通过在上述范围设定第二磁体(中间极)，能不退磁且良好地进行机械止转。
根据第三十一方式，在第二十四至第三十方式的任意一个方式中，所述转子是配置于所述定子的径向外侧的外转子结构。
由此，外转子结构与内转子结构相比，由于利用离心力使磁体难以脱落，因此能不需要防脱落构件，使转子变薄，缩短定子与转子之间的气隙长度，从而提高输出转矩。
根据第三十二方式，在第二十四至第三十一方式的任意一个方式中，所述转子包括磁体保持部，该磁体保持部对所述磁体部和所述磁性体进行保持，所述磁性体包括卡合部，该卡合部在周向上与所述磁体保持部卡合。
通过在通常机械特性(刚度等)比磁体好的磁性体设置卡合部，能够良好地进行和保持部的止转。
根据第三十三方式，在第二十四至第三十二方式的任意一个方式中，所述第一磁体包括磁化方向是径向外侧的第一a磁体和磁化方向是径向内侧的第一b磁体，所述第二磁体包括磁化方向是周向的两侧中的一方侧的第二a磁体和磁化方向是另一方侧的第二b磁体，所述磁体部按照所述第一a磁体、所述第二a磁体、所述第一b磁体、所述第二b磁体的顺序在周向上排列。
通过设为如上所述的磁体阵列，能提高向定子侧的磁通密度。
根据第三十四方式，旋转电机包括：转子，该转子具有磁体部并支承为旋转自如；以及定子，该定子具有由多个相绕组构成的定子绕组，并且与所述转子同轴配置，所述旋转电机的特征在于，所述定子绕组具有磁体相对部和拐弯部，所述磁体相对部配置于在轴向上与所述磁体部重叠的位置，所述拐弯部在所述磁体部的轴向外侧的位置处将同相的所述磁体相对部彼此隔开规定数量地互相连接，通过所述拐弯部互相连接的同相的所述磁体相对部彼此配置于以所述转子的轴心为中心的同一个节圆上的位置，当将所述同一个节圆上的周向长度且沿周向相邻的所述磁体相对部彼此的周向上的中心位置之间的长度即配置间距设为ps，将所述同一个节圆的直径设为ds，将ds/ps设为ι时，设定为24＜ι＜34。
作为旋转电机，例如如上述专利文献4所公开的那样，已知一种旋转电机，包括：转子，该转子具有磁体部并支承为旋转自如；以及定子，该定子具有由多个相绕组构成的定子绕组，并且与转子同轴配置。定子绕组具有磁体相对部和拐弯部，磁体相对部配置于在轴向上与磁体部重叠的位置，拐弯部在磁体部的轴向外侧的位置处将同相的磁体相对部彼此隔开规定数量地互相连接。
在实现旋转电机的转矩的增强的基础上，要求适当地设置定子绕组的各磁体相对部的周向上的配置位置的间距。但是，上述间距根据旋转电机的体型可以改变。在这种情况下，需要进行与旋转电机的体型相应的间距的设计，会使设计工时增加。
因此，第三十四方式的主要目的在于提供一种旋转电机，在适当地设置各磁体相对部的配置位置的间距时，能抑制设计工时的增加。在第三十四方式中，通过拐弯部互相连接的同相的磁体相对部彼此配置于以转子的轴心为中心的同一个节圆上的位置。将同一个节圆上的周向长度且沿周向相邻的磁体相对部彼此的周向上的中心位置之间的长度设为配置间距，将该配置间距设为ps。此外，将同一个节圆的直径设为ds。上述直径ds是与旋转电机的体型相应的值。此处，本发明人发现，当将ds/ps设为ι时，通过将ι设定为适当的范围内的值，能不依赖旋转电机的体型而适当且简单地实施转矩的增强。此外，发现了上述范围是24＜ι＜34。
因此，根据第三十四方式，以设定为24＜ι＜34的方式确定各磁体相对部的周向上的配置位置的间距。根据使用ι的设定方法，能在适当设置各磁体相对部的配置位置的间距时，抑制设计工时的增加。
磁体相对部和拐弯部由铜之外的导电性材料构成。在这种情况下，如第三十五方式所示，当将铜的电阻率〔ωm〕设为ρ1，将导电性材料的电阻率设为ρ2，将ρ1/ρ2设为ρs时，设定成24/ρs＜ι＜34/ρs即可。例如，当使用电阻率比铜大的导电性材料(例如铝)时，ρs低于1，使ι的下限值和上限值变大。这表示，使用电阻率比铜大的导电性材料的情况与使用铜的情况相比，缩短了配置间距。根据以上说明的第三十五方式，即使在磁体相对部和拐弯部由铜之外的导电性材料构成的情况下，也能抑制设计工时的增加。
此处，能使转子的极对数在例如12以上。
根据第三十六方式，在第三十四或第三十五方式中，在沿周向相邻的所述磁体相对部之间没有设置由软磁性体构成的极齿。
根据第三十六方式，构成为在沿周向相邻的磁体相对部之间没有设置由软磁性体制成的极齿的所谓的无切槽结构。因此，与在各磁体相对部之间设有极齿的情况相比，能通过拉近相邻的各磁体相对部来增大导体截面积。此外，根据无切槽结构，不存在磁体相对部之间的铁芯构件，能消除磁饱和。通过消除磁饱和并增大导体截面积，能增大向定子绕组的通电电流。由此，能在增强旋转电机的转矩的基础上实现理想的结构。
另外，在沿周向排列的各导线之间设有极齿的结构是指，极齿在径向上具有规定厚度并且在周向上具有规定宽度，从而在各导线之间形成磁路的一部分即磁体磁路的结构。关于上述这一点，在各导线之间没有设置极齿的结构是指没有形成上述的磁路的结构。
作为无切槽结构的旋转电机，也存在例如第三十七方式那样的结构。根据第三十七方式，旋转电机包括：转子，该转子具有磁体部，并支承为旋转自如；以及定子，该定子具有由多个相绕组构成的定子绕组，并且与所述转子同轴配置，所述旋转电机的特征在于，所述导线具有磁体相对部和拐弯部，所述磁体相对部配置于在径向上与所述磁体部相对的位置，所述拐弯部在所述磁体相对部的轴向外侧的位置处将同相的所述磁体相对部彼此隔开规定数量地互相连接，所述定子绕组的所述磁体相对部分别配置于在周向上以规定间隔确定的位置，所述磁体部在所述转子的与所述定子相对的面上具有多个磁体，该多个磁体设置成使磁极沿着周向交替，所述定子在沿周向相邻的所述磁体相对部之间具有绕组间构件，当将所述磁体部的与1极对应的范围中通过所述定子绕组的通电而励磁的所述绕组间构件的周向的宽度尺寸设为wt，将所述绕组间构件的饱和磁通密度设为bs，将所述磁体部的与1极对应的周向的宽度尺寸设为wm，将所述磁体部的残留磁通密度设为br时，所述绕组间构件由满足wt×bs≤wm×br的磁性材料或者非磁性材料构成。
根据第三十七方式，能够利用定子充分接收转子具有的磁体部的磁通。
另外，在第三十七方式中，也可以构成为，所述定子具有定子铁芯，所述定子铁芯设于所述定子绕组的径向两侧中的与所述转子相反的一侧，所述定子铁芯具有轭部和突起部，所述轭部设于所述定子绕组的径向两侧中的与所述转子相反的一侧，所述突起部从所述轭部向沿周向相邻的所述磁体相对部之间延伸，所述突起部的从所述轭部起算的径向的厚度尺寸比在径向上与所述轭部相邻的所述磁体相对部的径向的厚度尺寸的1/2小。
根据第三十八方式，在第三十六或者第三十七方式中，所述定子具有定子铁芯，所述定子铁芯设于所述定子绕组的径向两侧中的与所述转子相反的一侧。
根据第三十八方式，构成为在定子绕组组装有定子铁芯，在上述组装状态下，在沿周向相邻的磁体相对部之间没有设置由软磁性材料构成的铁芯构件。在这种情况下，通过使相对于转子设于径向相反侧的定子铁芯作为背轭发挥作用，即使在各磁体相对部之间不存在铁芯构件，也能形成适当的磁路。
根据第三十九方式，在第三十四或第三十五方式中，所述定子具有定子铁芯，所述定子铁芯设于所述定子绕组的径向两侧中的与所述转子相反的一侧，所述定子铁芯具有轭部和突起部，所述轭部设于所述定子绕组的径向两侧中的与所述转子相反的一侧，所述突起部从所述轭部延伸到沿周向相邻的所述磁体相对部之间，所述突起部的从所述轭部起算的径向的厚度尺寸比在径向上与所述轭部相邻的所述磁体相对部的径向的厚度尺寸的1/2小。
根据第三十九方式，定子铁芯具有突起部，突起部从相对于转子设于径向相反侧的轭部以朝向沿周向相邻的磁体相对部之间突出的方式延伸，突起部的径向的厚度尺寸比磁体相对部的径向的厚度尺寸的1/2小。在这种情况下，突起部的径向的厚度尺寸被限制，该突起部在沿周向相邻的磁体相对部之间不会作为极齿发挥作用。因此，第三十九方式的旋转电机是无切槽结构。因此，能消除磁饱和，从而增大向定子绕组的通电电流。由此，能在增强旋转电机的转矩的基础上实现理想的结构。
此外，第三十九方式具体可以是例如第四十方式。根据第四十方式，在第三十九方式中，在所述定子绕组中，在沿周向以规定间隔确定的位置沿径向内外配置有多层的所述磁体相对部，所述突起部的从所述轭部起算的径向的厚度尺寸比所述多层的所述磁体相对部中的在径向上与所述轭部相邻的所述磁体相对部的径向的厚度尺寸的1/2小。
此外，第四十方式具体可以是例如第四十一方式。根据第四十一方式，在第四十方式中，所述突起部在周向上与所述磁体相对部卡合。
根据第四十一方式，能将突起部作为定位部使用，来将定子绕组的各磁体相对部沿周向并排配置。
根据第四十二方式，在第三十九方式中，通过将由所述磁体相对部和所述拐弯部构成的多个导体构件电连接来构成同相的所述相绕组，所述定子铁芯具有所述导体构件的数量以上的所述突起部，各所述突起部设于所述定子中的与各所述导体构件的配置位置相对应的位置。
根据第四十二方式，在同相的相绕组由多个导体构件构成的情况下，能容易地实施周向上的各导体构件的定位。
根据第四十三方式，在第三十六至第四十二方式中的任意一个方式中，使用径向的厚度尺寸小于周向的宽度尺寸的截面呈扁平状的导线来构成所述定子绕组。
根据第四十三方式，通过在定子绕组中将导线设为扁平状而使磁体相对部的径向厚度变薄，能使上述磁体相对部的径向的中心位置靠近转子的磁体部。由此，能采用无切槽结构来抑制定子处的磁饱和，并且能提高定子绕组的磁体相对部中的磁通密度从而增强转矩。
根据第四十四方式，在第三十六方式至第四十三方式中的任意一个方式中，所述定子绕组所使用的导线具有导体，该导体由捻合了多股线材的集合体构成。
在无切槽结构中，转子的磁体部产生的磁场直接施加到空气中，并且也直接施加到构成定子绕组的导线中。转子的磁体部产生的磁场由于转子机械旋转而成为旋转磁场，从定子绕组观察到的磁场强度是正弦波状的交流磁场。上述旋转磁场有时会包括比与转子的机械旋转频率同步的基本频率高的谐波分量。
导线的电阻远远小于空气的电阻。因此，包含了谐波分量的交流磁场与导线交链，由此，产生了与上述交链磁通的时间变化率成比例的、在导线中循环的谐波电动势，因上述电动势引起的循环电流即涡电流在导线中流动。其结果是，产生了涡电流损失，有可能使定子的温度上升，定子的振动增大。
因此，根据第四十四方式，定子绕组的各导线具有由多股线材的集合体构成的导体。因此，能实现导线中的电流流通路径的细线化，并且能增大导线的对于包含了谐波磁场的从磁体部发出的磁场与导线交链时流动的涡电流的电阻。其结果是，能减小流动于导线的涡电流。
此外，由于各导线是通过捻合线材而构成的，因此在各线材中产生了磁场的施加方向互相相反的部位，从而抵消了因交链磁场引起的反电动势。其结果是，能提高在导线中流动的涡电流的减小效果。
根据第四十五方式，在第四十四方式中，各所述线材中的相邻的至少一组线材彼此之间被电绝缘。
根据第四十五方式，能减小供涡电流流动的电流回路的面积，从而能提高涡电流的减小效果。
根据第四十六方式，在第四十四或者第四十五方式中，所述线材具有以下特性：与对于在自身流动的电流的电阻相比，自身与相邻的线材之间的电阻更大。
根据第四十六方式，各线材具有上述特性，即所谓的电各向异性。因此，即使各线材在例如自身的外周面不具有绝缘层，也能提高涡电流的减小效果。
根据第四十七方式，在第三十四至第四十七方式的任意一个方式中，所述拐弯部至少固定于所述定子的轴向两端部。
根据第四十七方式，能将定子绕组牢固地固定于定子。
根据第四十八方式，所述拐弯部的截面积比所述磁体相对部的截面积大。
由于磁体相对部的轴向外侧的位置附近是在径向上不与磁体部相对的位置，因此配置拐弯部时的空间上的制约较小。因此，根据第四十八方式，拐弯部的截面积比磁体相对部的截面积大。由此，能减小拐弯部的电阻，从而实现转矩的增强。
根据第五十方式，旋转电机包括：转子，该转子具有磁体部并支承为旋转自如；以及定子，该定子具有包含了多根导线的定子绕组，并与所述转子相对配置，所述旋转电机的特征在于，构成为在沿周向相邻的所述导线之间没有设置由软磁性体构成的铁芯构件，所述导线具有导体，该导体由捻合了多股线材的集合体构成。
以往，如例如上述专利文献5所记载的那样，已知一种应用于家电用、工业机械用、游戏机用、农业机械用、汽车用的旋转电机。通常，由极齿划分出的绕组收容部即所谓的切槽形成于定子铁芯(即铁心)，铜线、铝线等导线收容于切槽，从而构成定子绕组。
另一方面，也提出了去除定子的极齿的无切槽电动机。
在无切槽电动机中，转子的磁体部产生的磁场直接施加到空气中，并且也直接施加到构成定子绕组的导线中。由于导线的导磁率和空气的导磁率几乎相等，因此无论空气中还是导体中，施加了均匀的磁场。转子的磁体部产生的磁场由于转子机械旋转而成为旋转磁场，从定子绕组观察到的磁场强度是正弦波状的交流磁场。上述旋转磁场有时会包括比与转子的机械旋转频率同步的基本频率高的谐波分量。
导线的电阻远远小于空气的电阻。因此，包含了谐波分量的交流磁场与导线交链，由此，产生了与上述交链磁通的时间变化率成比例的、在导线中循环的谐波电动势，因上述电动势引起的循环电流即涡电流在导线中流动。其结果是，产生了涡电流损失，有可能使定子的温度上升，定子的振动增大。
因此，第五十方式的主要目的在于提供一种能够减小涡电流损失的无切槽结构的旋转电机。根据第五十方式，构成为在沿周向相邻的导线之间没有设置由软磁性体制成的极齿的结构，即无切槽结构。在上述结构中，根据第五十方式，定子绕组的各导线具有由多股线材的集合体构成的导体。因此，能实现导线中的电流流通路径的细线化，并且即使在包含了谐波磁场的来自磁体部的磁场与导线交链时产生了涡电流，也能增大导线对于上述涡电流的涡电流抑制效果。其结果是，能够减少流动于导线的涡电流，从而减少涡电流损失。
此外，由于各导线是通过捻合线材而构成的，因此在各线材中产生了磁场的施加方向互相相反的部位，从而抵消了因交链磁场引起的反电动势。其结果是，能够提高在导线中流动的涡电流的减少效果，从而能够提高涡电流损失的减少效果。
另外，在沿周向排列的各导线之间设有极齿的结构是指，极齿在径向上具有规定厚度并且在周向上具有规定宽度，从而在各导线之间形成磁路的一部分即磁体磁路的结构。关于上述这一点，在各导线之间没有设置极齿的结构是指没有形成上述的磁路的结构。
根据第五十一方式，旋转电机包括：转子，该转子具有磁体部，并支承为旋转自如；以及定子，该定子具有包含了多根导线的定子绕组和定子铁芯，并与所述转子相对地配置，所述旋转电机的特征在于，所述导线具有磁体相对部和拐弯部，所述磁体相对部配置于在径向上与所述磁体部相对的位置，所述拐弯部在所述磁体相对部的轴向外侧的位置处将同相的所述磁体相对部彼此隔开规定数量地互相连接，通过所述拐弯部互相连接的同相的所述磁体相对部彼此配置于以所述转子的轴心为中心的同一个节圆上的位置，所述定子铁芯具有轭部和突起部，所述轭部设于所述定子绕组的径向两侧中的与所述转子相反的一侧，所述突起部从所述轭部以朝向沿周向相邻的所述磁体相对部之间突出的方式延伸，所述突起部的从所述轭部起算的径向的厚度尺寸比所述磁体相对部的径向的厚度尺寸的1/2小，所述导线具有导体，该导体由捻合了多股线材的集合体构成。
根据第五十一方式，定子铁芯具有突起部，所述突起部从相对于转子设于径向相反侧的轭部以朝向沿周向相邻的磁体相对部之间突出的方式延伸，突起部的从轭部起算的径向的厚度尺寸比磁体相对部的径向的厚度尺寸的1/2小。在这种情况下，突起部的径向的厚度尺寸被限制，该突起部在沿周向相邻的磁体相对部之间不作为极齿发挥作用。因此，第二方式的旋转电机是无切槽结构。
此处，由于突起部的径向的厚度尺寸被限制，因此在径向上从突起部突出的磁体相对部的交链磁通增大。交链磁通的增大导致涡电流的增大。但是，根据第五十一方式，由于定子绕组的各导线是多股线材的集合体，并且，捻合线材来构成各导体，因此提高了在导线中流动的涡电流的减小效果。因此，根据第二方式，能实现定位功能并减小涡电流，从而减少涡电流损失。
此外，第五十一方式具体可以是例如第五十二方式。根据第五十二方式，在第五十一方式中，在所述定子绕组中，在沿周向以规定间隔确定的位置沿径向内外配置有多层的所述磁体相对部，所述突起部的从所述轭部起算的径向的厚度尺寸比所述多层的所述磁体相对部中的在径向上与所述轭部相邻的所述磁体相对部的径向的厚度尺寸的1/2小。
此外，第五十二方式具体可以是例如第五十三方式。根据第五十三方式，在第五十三方式中，所述突起部在周向上与所述磁体相对部卡合。
根据第五十三方式，能将突起部作为定位部使用，来将定子绕组的各磁体相对部沿周向并排配置。
此处，作为无切槽结构，具体例如可以使用第五十四方式。根据第五十四方式，旋转电机包括：定子，该定子具有包含了多根导线的定子绕组；以及转子，该转子在与所述定子相对的面具有磁体部，并且配置为旋转自如，所述导线具有磁体相对部和拐弯部，所述磁体相对部配置于在径向上与所述磁体部相对的位置，所述拐弯部在所述磁体相对部的轴向外侧的位置处将同相的所述磁体相对部彼此隔开规定数量地互相连接，所述定子绕组的所述磁体相对部分别配置于在周向上以规定间隔确定的位置，所述磁体部在所述转子的与所述定子相对的面上具有多个磁体，该多个磁体设置成使磁极沿着周向交替，所述定子在沿周向相邻的所述磁体相对部之间具有绕组间构件，当将所述磁体部的与1极对应的范围中通过所述定子绕组的通电而励磁的所述绕组间构件的周向的宽度尺寸设为wt，将所述绕组间构件的饱和磁通密度设为bs，将所述磁体部的与1极对应的周向的宽度尺寸设为wm，将所述磁体部的残留磁通密度设为br时，所述绕组间构件由满足wt×bs≤wm×br的磁性材料或者非磁性材料构成。
根据第五十四方式，能够利用定子充分接收转子具有的磁体部的磁通。
根据第五十五方式，在第五十至第五十四方式中的任意一个方式中，所述线材由纤维状的导电构件构成。
根据第五十五方式，由于各线材由纤维状的导电构件构成，因此能使导体中的电流流通路径更细线化，并且能进一步增大电流流通路径的捻合次数。由此，能提高涡电流的减小效果并提高涡电流损失的减少效果。
此处，各线材具体如例如第五十六方式所示，至少由碳纳米管纤维(以下称为cnt)构成。在这种情况下，能进一步增大涡电流抑制效果并进一步减少涡电流损失。
此外，各线材具体如例如第五十七方式所示，由包含了以硼置换碳纳米管纤维的至少一部分碳的含硼微细纤维的纤维构成。在这种情况下，能进一步增大涡电流抑制效果并进一步提高涡电流损失的减少效果。
根据第五十八方式，在第五十至五十七方式中的任意一个方式中，使用径向的厚度尺寸小于周向的宽度尺寸的截面呈扁平状的导线来构成所述定子绕组。
根据第五十八方式，通过在定子绕组中将导线设为扁平状而使磁体相对部的径向厚度变薄，能使上述磁体相对部的径向的中心位置靠近转子的磁体部。由此，能采用无切槽结构而抑制定子处的磁饱和，并且能提高定子绕组的磁体相对部中的磁通密度从而增强转矩。
此处，通过将导线设为扁平状来增强转矩，但是由于是扁平状会使导线的交链磁通增大。交链磁通的增大导致涡电流的增大。但是，根据第五十八方式，由于定子绕组的各导线是多股线材的集合体，并且，捻合线材来构成各导体，因此提高了在导线中流动的涡电流的减小效果。此外，通过使导线呈在径向上较薄的扁平状，也能提高涡电流的减少效果。因此，根据第五十八方式，能增强旋转电机的转矩并减少涡电流。
根据第五十八方式，也可以包括以下结构：所述定子具有定子铁心，所述定子铁心设于所述定子绕组的径向两侧中与所述转子相反的一侧。在这种情况下，通过将导线设为扁平状而使磁体相对部的径向厚度变薄，能够缩小定子铁芯与转子之间的气隙。其结果是，能够减少穿过定子和转子的磁通的磁路的磁阻，从而增大磁路的磁通。由此，能采用无切槽结构而抑制定子处的磁饱和，并且能增强旋转电机的转矩。
根据第五十九方式，在第五十至第五十八方式的任意一个方式中，所述磁体部具有永磁体。
在磁体部包括励磁绕组的结构中，当不实施旋转电机的驱动控制时，不使励磁绕组通电，不从励磁绕组产生磁通。与此相对，在磁体部包括永磁体的结构中，始终从永磁体产生磁场。因此，例如当旋转电机的旋转轴能和车辆的车轮传递动力时，即使在不实施旋转电机的驱动控制时，转子也会通过车轮的旋转而旋转。其结果是，始终从磁体部产生旋转磁场，由于谐波磁场使涡电流在导线中流动，从而产生涡电流损失。
但是，根据第五十九方式，由于定子绕组的各导线是多股线材的集合体，并且，捻合线材来构成各导体，因此提高了在导线中流动的涡电流的减小效果。因此，根据第五十九方式，即使在没有实施旋转电机的驱动控制的情况下，也能理想地减少涡电流损失。
根据第六十方式，在第五十九方式中，所述永磁体具有第一磁体和第二磁体，所述第一磁体的磁化方向朝向磁极中心圆弧状地延伸，所述第二磁体的磁化方向朝向磁极中心圆弧状地延伸并且磁极与所述第一磁体不同，在所述转子中在与所述定子的相对面，沿周向交替地配置有所述第一磁体和所述第二磁体。
通常，作为埋入磁体式旋转电机的转子的结构，已知一种结构，在d轴配置有永磁体，在q轴配置有铁芯。在这种情况下，通过使d轴附近的定子绕组励磁，励磁电流从定子流入转子的q轴。由此，在转子的q轴铁芯部分会产生大范围的磁饱和。
因此，为了消除在q轴铁芯部分产生的磁饱和，在第六十方式中，构成为在转子中在与定子的相对面配置有永磁体。以上述结构为前提，为了增强旋转电机的转矩，在第六十方式中，采用极性各向异性结构的永磁体。详细地，永磁体具有第一磁体和第二磁体，第一磁体的磁化方向朝向磁极中心圆弧状地延伸，第二磁体的磁化方向朝向磁极中心圆弧状地延伸并且磁极与第一磁体不同，第一磁体和第二磁体在周向上交替配置。由此，能增大磁路的磁通并增强旋转电机的转矩。
此处，通过增大磁通来增强转矩，但是会导致导线的交链磁通增大。交链磁通的增大导致涡电流的增大。但是，根据第六十方式，由于定子绕组的各导线是多股线材的集合体，并且，捻合线材来构成各导体，因此提高了在导线中流动的涡电流的减小效果，因此，根据第六十方式，能增强旋转电机的转矩并减少涡电流损失。
作为永磁体的结构，代替第六十方式，可以采用例如第六十一方式。根据第六十一方式，所述永磁体具有使磁化方向为径向的第一磁体和使磁化方向为径向之外的方向的第二磁体，在所述转子中在与所述定子的相对面，在周向上以规定间隔配置有所述第一磁体，在周向上在相邻的所述第一磁体之间的位置配置有所述第二磁体。
根据第六十二方式，在第五十至第六十一方式中的任意一个方式中，所述导线具有磁体相对部和拐弯部，所述磁体相对部配置于在径向上与所述磁体部相对的位置，所述拐弯部在所述磁体相对部的轴向外侧的位置处将同相的所述磁体相对部彼此隔开规定数量地互相连接，所述拐弯部的截面积比所述磁体相对部的截面积大。
由于磁体相对部的轴向外侧的位置附近是在径向上不与磁体部相对的位置，因此配置拐弯部时的空间上的制约较小。因此，根据第六十二方式，拐弯部的截面积比磁体相对部的截面积大。由此，能减小拐弯部的电阻，从而实现转矩的增强。
此处，转子磁场的漏磁通会与拐弯部交链。在这种情况下，由于拐弯部的截面积较大，涡电流也可能变大。但是，根据第六十二方式，由于定子绕组的各导线是多股线材的集合体，并且，捻合线材来构成各导体，因此提高了在导线中流动的涡电流的减小效果，因此，根据第六十二方式，能增强旋转电机的转矩并减少涡电流损失。
根据第六十三方式，旋转电机包括：转子，该转子具有磁体部并支承为旋转自如；以及定子，该定子具有包含了多根导线的定子绕组，并且与所述转子同轴配置，所述旋转电机的特征在于，构成为在沿周向相邻的所述导线之间没有设置由软磁性体构成的极齿，所述磁体部中的径向上的所述定子侧的面和所述转子的轴心之间的径向上的距离在50mm以上，当将所述磁体部中的径向上的所述定子侧的相反侧的面和所述定子绕组中的径向上的所述转子侧的相反侧的面之间的距离设为ls，将所述磁体部的径向的厚度尺寸设为lm时，lm/ls在0.6以上且1以下，当在所述定子和所述转子的磁路中，将距所述转子的轴心的径向上的距离的最大值即第一距离设为ma，将距所述转子的轴心的径向上的距离的最小值即第二距离设为mb时，mb/ma为0.7以上且低于1。
以往，作为无电刷的旋转电机，众所周知一种例如上述专利文献6所记载的称为无铁芯电动机或者无切槽电动机的、在定子不使用铁芯的无切槽结构的旋转电机。
作为无切槽结构的旋转电机，只有用于输出在几十w至几百w级别的模型用等的小规模的旋转电机，而超过10kw这样的工业用的大型旋转电机很少见。对于其理由本申请发明人进行了探讨。
近年主流的旋转电机大致分为以下四种。这些旋转电机是指，带刷电动机、笼式感应电动机、永磁体式同步电动机和磁阻电机。
带刷电动机中，经由电刷供给励磁电流。因此，在大型设备的带刷电动机的情况下，电刷大型化，从而维护变得烦杂。由此，伴随半导体技术的显著发展，逐步置换为感应电动机等无刷电动机。另一方面，在小型电动机的领域中，从较低的惯性和经济性的优点出发，还向市面供给有许多无芯电动机。
笼式感应电动机中，原理如下：通过用次级侧的转子的铁芯接收在初级侧的定子绕组产生的磁场来使感应电流集中向笼式导体流动而形成反作用磁场，从而产生转矩。因此，从设备的小型高效的观点出发，在定子侧和转子侧均去除铁芯并不是好的对策。
磁阻电机是利用铁芯的磁阻变化的电动机，原理上不能去除铁芯。
永磁体式同步电动机中，近年来，ipm(即埋入磁体式转子)成为主流，尤其是在大型设备中，只要没有特殊情况，最好考虑使用ipm。
ipm具有兼备磁体转矩和磁阻转矩的特性，并且在通过逆变器控制适当调节上述转矩的比例的同时进行运转。因此，ipm是小型且控制性优异的电动机。
根据本申请发明人的分析，当以横轴描绘转子中的永磁体的径向两侧中的与定子相对的面与转子的轴心之间的径向上的距离dm、即一般的内转子的定子铁芯的半径时，产生磁体转矩和磁阻转矩的转子表面的转矩如图73所示。
磁体转矩如下式(eq1)所示，通过永磁体产生的磁场强度来确定其势位，与此相对，磁阻转矩如下式(eq2)所示，电感尤其是q轴电感的大小确定其势位。
磁体转矩＝k·ψ·iq·······(eq1)
磁阻转矩＝k·(lq-ld)·iq·id·····(eq2)
此处，用定子铁芯半径对永磁体的磁场强度和绕组的电感的大小进行比较。永磁体产生的磁场强度即磁通量ψ和与定子相对的面的永磁体的总面积成比例。若是圆筒式的转子则为圆筒的表面积。严格来讲，由于存在n极和s极，因此和圆筒表面的一半的专有面积成比例。圆筒的表面积和圆筒的半径、圆筒长度成比例。即，若圆筒长度恒定，则和圆筒的半径成比例。
另一方面，尽管绕组的电感lq取决于铁芯的形状，但灵敏度较低，而由于绕组的电感lq与定子绕组的匝数的平方成比例，因此与匝数高度相关。另外，当将μ设为磁路的导磁率、n设为匝数、s设为磁路的截面积、δ设为磁路的有效长度时，电感l＝μ·n2×s/δ。由于绕组的匝数取决于绕组空间的大小，因此若是圆筒式电动机，则取决于定子的绕组空间，即切槽面积。如图74所示，由于切槽的形状为大致四边形，因此，切槽面积与周向的长度尺寸a和径向的长度尺寸b的乘积a×b成比例。
由于切槽的周向的长度尺寸随着圆筒的直径变大而变大，因此与圆筒的直径成比例。切槽的径向的长度尺寸与圆筒的直径成比例。即，切槽面积与圆筒的直径的平方成比例。此外，从上式(eq2)也可以看出，磁阻转矩与定子电流的平方成比例，因此旋转电机的性能由流过多少大电流确定，并且该性能取决于定子的切槽面积。综上，若圆筒的长度恒定，则磁阻转矩与圆筒的直径的平方成比例。图73是基于此绘制了磁体转矩、磁阻转矩与定子铁芯半径的关系性的图。
如图73所示，磁体转矩相对于定子铁芯半径呈线性增加，磁阻转矩相对于定子铁芯半径呈二次函数增加。可以看出，当定子铁芯半径相对较小时，磁体转矩占主导，随着定子铁芯半径变大，磁阻转矩占主导。本申请发明人得出了以下结论：在规定的条件下，图73中的磁体转矩和磁阻转矩的交点大约在定子铁芯半径＝50mm的附近。即，在定子铁芯半径充分超过50mm这样的10kw级电动机中，由于利用磁阻转矩是当前的主流，因此难以去除铁芯，推定这是在大型设备的领域中不存在无切槽结构的旋转电机的理由之一。
在将铁芯用于定子的旋转电机的情况下，铁芯的磁饱和始终是技术问题。尤其是，在径向间隙式旋转电机中，旋转轴的纵截面形状是对应每个磁极呈扇形，磁路宽度越朝向设备内周侧越窄而形成切槽的极齿部分的内周侧尺寸确定旋转电机的性能界限。无论使用何种高性能的永磁体，当在上述部分中发生磁饱和时，都不能充分利用永磁体的性能。为了在上述部分中不产生磁饱和，将内周径设计得较大，这会导致设备的大型化。
例如，在分布绕组的旋转电机中，若是三相绕组，则每个磁极由三个到六个极齿分担磁通并使其流动，但是由于磁通倾向集中于周向前方的极齿，因此磁通并不会均匀地在三个到六个极齿中流动。在这种情况下，磁通集中地流动于一部分(例如，一个或两个)极齿，并且随着转子的旋转而使磁饱和的极齿也在周向上移动。这也成为产生切槽纹波的主要原因。
综上，在定子铁芯半径为50mm以上的无切槽结构的旋转电机中，希望去除极齿来消除磁饱和。然而，当去除极齿时，转子和定子中的磁路的磁阻增加，导致旋转电机的转矩降低。作为磁阻增加的理由之一，例如转子与定子之间的气隙会变大。这样，在定子铁芯半径为50mm以上的无切槽结构的旋转电机中，对于增强转矩有改进的余地。
因此，第六十三方式的主要目的在于，提供一种上述dm为50mm以上的无切槽结构的旋转电机，能增强转矩。根据第六十三方式，构成为在沿周向相邻的导线之间没有设置由软磁性体制成的极齿的结构，即无切槽结构。
根据第六十三方式，上述lm/ls越大，磁体部的径向的厚度尺寸越大，永磁体的磁动势越大。其结果是，在无切槽结构的旋转电机中，能提高定子绕组中的磁通密度，从而实现旋转电机的转矩的增强。此外，lm/ls越大，转子与定子绕组之间的气隙越小，转子和定子中的磁路的磁阻越小。其结果是，能实现转矩的增强。根据第六十三方式，由于lm/ls在0.6以上，因此能在实现转矩的增强的基础上实现理想的结构。
此外，根据第六十三方式，当在转子和定子的磁路中，将距转子的轴心的径向上的距离的最大值即第一距离设为ma，将距转子的轴心的径向上的距离的最小值即第二距离设为mb时，mb/ma为0.7以上且低于1。mb/ma较大，表示磁路在径向上较薄，磁路在径向上较薄，表示磁路变短而磁阻变小。因此，根据第六十三方式，通过使mb/ma为0.7以上，能够实现能减小磁阻的理想的结构。由此，能实现转矩的增强。
另外，沿周向排列的各导线之间设有极齿的结构是指，极齿在径向上具有规定厚度并且在周向上具有规定宽度，从而在各导线之间形成磁路的一部分即磁体磁路的结构。关于上述这一点，在各导线之间没有设置极齿的结构是指没有形成上述的磁路的结构。
作为无切槽结构的旋转电机，也存在例如第六十四方式那样的结构。根据第六十四方式，旋转电机包括：定子，该定子具有包含了多根导线的定子绕组；以及转子，该转子在与所述定子相对的面具有磁体部，并且配置为旋转自如，所述旋转电机的特征在于，所述导线具有磁体相对部和拐弯部，所述磁体相对部配置于在径向上与所述磁体部相对的位置，所述拐弯部在所述磁体相对部的轴向外侧的位置处将同相的所述磁体相对部彼此隔开规定数量地互相连接，所述定子绕组的所述磁体相对部分别配置于在周向上以规定间隔确定的位置，所述磁体部在所述转子的与所述定子相对的面上具有多个磁体，该多个磁体设置成使磁极沿着周向交替，所述定子在沿周向相邻的所述磁体相对部之间具有绕组间构件，当将所述磁体部的与1极对应的范围中通过所述定子绕组的通电而励磁的所述绕组间构件的周向的宽度尺寸设为wt，将所述绕组间构件的饱和磁通密度设为bs，将所述磁体部的与1极对应的周向的宽度尺寸设为wm，将所述磁体部的残留磁通密度设为br时，所述绕组间构件由满足wt×bs≤wm×br的磁性材料或者非磁性材料构成。
根据第六十四方式，能够利用定子充分接收转子具有的磁体部的磁通。
作为无切槽结构的旋转电机，也存在例如第六十六方式那样的结构。根据第六十六方式，旋转电机包括：转子，该转子具有磁体部并支承为旋转自如；以及定子，该定子具有包含了多根导线的定子绕组和定子铁芯，并且与所述转子同轴配置，所述旋转电机的特征在于，所述磁体部中的径向上的所述定子侧的面和所述转子的轴心之间的径向上的距离在50mm以上，所述导线具有磁体相对部和拐弯部，所述磁体相对部配置于在径向上与所述磁体部相对的位置，所述拐弯部在所述磁体相对部的轴向外侧的位置处将同相的所述磁体相对部彼此隔开规定数量地互相连接，通过所述拐弯部互相连接的同相的所述磁体相对部彼此配置于以所述转子的轴心为中心的同一个节圆上的位置，所述定子铁芯具有轭部和突起部，所述轭部设于所述定子绕组的径向两侧中的与所述转子相反的一侧，所述突起部从所述轭部延伸到沿周向相邻的所述磁体相对部之间，所述突起部的从所述轭部起算的径向的厚度尺寸比在径向上与所述轭部相邻的所述磁体相对部的径向的厚度尺寸的1/2小。
根据第六十六方式，定子铁芯具有突起部，该突起部从相对于转子设于径向相反侧的轭部，延伸到沿周向相邻的磁体相对部之间，所述突起部的径向的厚度尺寸比在径向上与轭部相邻的磁体相对部的径向的厚度尺寸的1/2小。在这种情况下，能将突起部作为定位部使用，来将定子绕组的各磁体相对部沿周向并排配置。此外，突起部的径向的厚度尺寸被限制，该突起部在沿周向相邻的磁体相对部之间不作为极齿发挥作用。因此，第六十六方式的旋转电机是无切槽结构。
此处，第六十六方式具体可以是例如第六十七方式。根据第六十七方式，在第六十六方式中，在所述定子绕组中，在沿周向以规定间隔确定的位置沿径向内外配置有多层的所述磁体相对部，所述突起部的从所述轭部起算的径向的厚度尺寸比所述多层的所述磁体相对部中的在径向上与所述轭部相邻的所述磁体相对部的径向的厚度尺寸的1/2小。
此外，第六十七方式具体可以是例如第六十八方式。根据第六十八方式，所述突起部在周向上与所述磁体相对部卡合。
根据第六十八方式，能将突起部作为定位部使用，来将定子绕组的各磁体相对部沿周向并排配置。
根据第六十九方式，在第六十五至第六十八方式的任意一个方式中，所述定子具有定子铁芯，所述定子铁芯设于所述定子绕组的径向两侧中的与所述转子相反的一侧。
根据第六十九方式，通过使相对于转子设于径向相反侧的定子铁芯作为背轭发挥作用，即使在沿周向相邻的各导线之间不存在极齿，也能形成适当的磁路。
根据第七十方式，在第六十五至第六十八方式的任意一个方式中，所述转子配置于所述定子的径向外侧，所述磁体部具有第一磁体和第二磁体，所述第一磁体的磁化方向朝向磁极中心圆弧状地延伸，所述第二磁体的磁化方向朝向磁极中心圆弧状地延伸且磁极与所述第一磁体不同，在所述转子中与所述定子的相对面上，所述第一磁体和所述第二磁体在周向上交替配置，所述第一距离是从所述转子的轴心到圆环状的所述磁体部的径向外侧的面的径向上的距离，所述第二距离是从所述转子的轴心到圆环状的所述定子铁芯的径向内侧的面的径向上的距离。
根据第七十方式，构成为转子配置于定子的径向外侧的外转子结构。因此，第二距离是从转子的轴心到定子铁芯的径向内侧的面的径向上的距离。
此外，根据第七十方式，为了增强旋转电机的转矩，采用极性各向异性结构的永磁体。详细地，磁体部具有第一磁体和第二磁体，第一磁体的磁化方向朝向磁极中心圆弧状地延伸，第二磁体的磁化方向朝向磁极中心圆弧状地延伸并且磁极与第一磁体不同，第一磁体和第二磁体在周向上交替配置。由此，能增大磁路的磁通并增强旋转电机的转矩。在上述结构中，磁体部的磁通的大部分穿过磁体部。因此，根据第七十方式，第一距离是从转子的轴心到圆环状的磁体部的径向外侧的面的径向上的距离。
根据第七十一方式，在第六十五至第六十八方式的任意一个方式中，所述转子配置于所述定子的径向外侧，所述磁体部具有使磁化方向为径向的第一磁体和使磁化方向为径向之外的方向的第二磁体，在所述转子中与所述定子的相对面上，在周向上以规定间隔配置有所述第一磁体，在周向上在相邻的所述第一磁体之间的位置配置有所述第二磁体，当将从所述磁体部的径向外侧的面，所述磁体部的周向上的磁极间的长度设为df时，所述第一距离是从距所述磁体部的径向外侧的面向径向外侧偏移df/2的位置到所述转子的轴心的径向上的距离，所述第二距离是从所述转子的轴心到圆环状的所述定子铁芯的径向内侧的面的径向上的距离。
根据第七十一方式，由于是外转子结构，第二距离是从转子的轴心到定子铁芯的径向内侧的面的径向上的距离。
此外，根据第七十一方式，为了增加磁体磁通，构成为包括磁化方向为径向的第一磁体和磁化方向为径向之外的方向的第二磁体。在上述结构中，磁体部的磁通的一部分从定子铁芯泄漏。因此，与第九方式相比，磁路在径向外侧变大。能够通过磁体部的径向外侧的面的磁体部的周向上的磁极间的长度即df来使在外侧变大的影响定量化。因此，根据第七十一方式，第一距离为从磁体部的径向外侧的面向径向外侧偏移df/2的位置到转子的轴心的径向上的距离。
根据第七十二方式，在第六十五至第六十八方式的任意一个方式中，所述转子配置于所述定子的径向内侧，所述磁体部具有第一磁体和第二磁体，所述第一磁体的磁化方向朝向磁极中心圆弧状地延伸，所述第二磁体的磁化方向朝向磁极中心圆弧状地延伸并且磁极与所述第一磁体不同，在所述转子中与所述定子的相对面上，所述第一磁体和所述第二磁体在周向上交替配置，所述第一距离是从所述转子的轴心到圆环状的所述定子铁芯的径向外侧的面的径向上的距离，所述第二距离是从所述转子的轴心到所述磁体部的径向内侧的面的径向上的距离。
根据第七十二方式，构成为转子配置于定子的径向内侧的内转子结构。因此，第二距离是从转子的轴心到定子铁芯的径向内侧的面的径向上的距离。
此外，根据第七十二方式，采用极性各向异性结构的永磁体。在上述结构中，磁体部的磁通的大部分穿过磁体部。因此，根据第七十二方式，第一距离是从转子的轴心到定子铁芯的径向外侧的面的径向上的距离。
根据第七十二方式，所述转子配置于所述定子的径向内侧，所述磁体部具有使磁化方向为径向的第一磁体和使磁化方向为径向之外的方向的第二磁体，在所述转子中与所述定子的相对面上，在周向上以规定间隔配置有所述第一磁体，在周向上相邻的所述第一磁体之间的位置配置有所述第二磁体，从所述磁体部的径向外侧的面，当将所述磁体部的周向上的磁极间的长度设为df时，所述第一距离是从距所述定子铁芯的径向内侧的面向径向内侧偏移df/2的位置到所述转子的轴心的径向上的距离，所述第二距离是从所述转子的轴心到所述磁体部的径向内侧的面的径向上的距离。
根据第七十二方式，构成为转子配置于定子的径向内侧的内转子结构。因此，第二距离是从转子的轴心到定子铁芯的径向内侧的面的径向上的距离。
此外，根据第七十二方式，为了增加磁体磁通，构成为包括磁化方向为径向的第一磁体和磁化方向为径向之外的方向的第二磁体。在上述结构中，磁体部的磁通的一部分从定子铁芯泄漏。因此，根据第七十二方式，第一距离为从定子铁芯的径向外侧的面向径向内侧偏移df/2的位置到转子的轴心的径向上的距离。
根据第七十三方式，在第六十九至第七十二方式的任意一个方式中，所述定子铁芯的径向的厚度尺寸比所述磁体部的径向的厚度尺寸小，并且比所述定子绕组的径向的厚度尺寸大。
根据第七十三方式，定子以不使磁体部的磁体产生的磁通磁饱和的方式接收磁通，并且能使磁通不会从定子泄漏。
根据第七十四方式，在第六十三至第七十三方式中的任意一个方式中，使用径向的厚度尺寸小于周向的宽度尺寸的截面呈扁平状的导线来构成所述定子绕组。
根据第七十四方式，通过在定子绕组中将导线设为扁平状而使磁体相对部的径向厚度变薄，能使上述磁体相对部的径向的中心位置靠近转子的磁体部。由此，能采用无切槽结构而抑制定子处的磁饱和，并且能提高定子绕组的磁体相对部中的磁通密度从而增强转矩。
根据第七十五方式，在第六十三至第七十四方式中的任意一个方式中，当将所述磁体部的1磁极间距的周向上的长度设为cs时，2×dm/cs为3.5以上且12以下。
磁体部中定子侧的面的周向长度大约为2π×dm，2π×dm/cs表示1磁极的周向长度相对于上述周向长度的比例。当2×dm/cs为3.5以上且12以下时，2π×dm/cs的整数值为11以上且37以下。即，构成为上述结构的旋转电机的磁极数是12极以上且36极以下这样的磁极数较多的旋转电机。由于磁极数较多，因此例如能减少每1磁极对应的磁通量，并且能期待磁体量的减少效果。
附图说明
参照附图和以下详细的记述，可以更明确本发明的上述目的、其他目的、特征和优点。附图如下所述。
图1是旋转电机的纵剖立体图。
图2是旋转电机的纵剖视图。
图3是图2的iii-iii线剖视图。
图4是放大表示图3的一部分的剖视图。
图5是旋转电机的分解图。
图6是逆变器单元的分解图。
图7是表示定子绕组的安培匝数和转矩密度之间的关系的转矩线图。
图8是转子和定子的横剖视图。
图9是放大表示图8的一部分的图。
图10是定子的横剖视图。
图11是定子的纵剖视图。
图12是定子绕组的立体图。
图13是表示导线的结构的立体图。
图14是表示线材的结构的示意图。
图15是表示线材的截面的示意图。
图16是表示含硼微细纤维的示意图。
图17是包含了cnt纤维的线材组的示意图。
图18是用于说明涡电流的减少效果的图。
图19是用于说明涡电流的减少效果的图。
图20是表示绕组比例和导体的厚度的关系的图。
图21是用于说明线材的电各向异性的说明图。
图22是表示第n层的各导线的形态的图。
图23是表示第n层和第n+1层的各导线的侧视图。
图24是表示实施方式的磁体的电角度和磁通密度之间的关系的图。
图25是表示比较例的磁体的电角度和磁通密度之间的关系的图。
图26是旋转电机的控制系统的电路图。
图27是表示控制装置的电流反馈控制处理的功能框图。
图28是表示控制装置的转矩反馈控制处理的功能框图。
图29是表示在定子绕组中流动的电流值和旋转电机的转矩的推移的时序图。
图30是第一实施方式变形例的旋转电机的纵剖视图。
图31是第一实施方式变形例的旋转电机的纵剖视图。
图32是第一实施方式变形例的旋转电机的纵剖视图。
图33是第一实施方式变形例的轴承部的纵剖视图。
图34是第二实施方式的转子和定子的横剖视图。
图35是放大表示图34的一部分的图。
图36是具体表示磁体部的磁通的流动的图。
图37是表示磁体的电角度和磁通密度之间的关系的图。
图38是表示第二实施方式变形例的磁体部的图。
图39是表示第二实施方式变形例的磁体部的图。
图40是表示第二磁体的周向的角度和产生磁通之间的关系的图。
图41是用于说明ι(＝ds/ps)的定义的图。
图42是表示电流密度和ι之间的关系的图。
图43是表示电流密度、极数和ι之间的关系的图。
图44是第三实施方式变形例1中的定子绕组的立体图。
图45是表示直线部和拐弯部的连接方式的示意图。
图46是表示第三实施方式变形例2中的直线部和拐弯部的连接方式的示意图。
图47是第三实施方式变形例3的旋转电机的纵剖视图。
图48是表示第三实施方式其他变形例的拐弯部的固定方式的图。
图49是表示第三实施方式其他变形例中的直线部和拐弯部的一部分的图。
图50是表示第三实施方式其他变形例的转子的结构的图。
图51是表示第三实施方式其他变形例的转子和定子的结构的图。
图52是表示第三实施方式其他变形例的转子的结构的图。
图53是表示第三实施方式其他变形例的转子的结构的图。
图54是表示第三实施方式其他变形例的定子绕组周边的图。
图55是表示第三实施方式其他变形例的定子绕组周边的图。
图56是第四实施方式中的旋转电机的纵剖视图。
图57是第四实施方式变形例1的旋转电机的纵剖视图。
图58是第四实施方式变形例2的旋转电机的纵剖视图。
图59是表示定子绕组的图。
图60是第四实施方式变形例3的旋转电机的纵剖视图。
图61是第五实施方式中的定子的剖视图。
图62是第五实施方式变形例2的定子的剖视图。
图63是第五实施方式变形例3的定子的剖视图。
图64是第五实施方式变形例4的定子的剖视图。
图65是放大表示第六实施方式中的旋转电机的纵剖视图的一部分的图。
图66是放大表示转子和定子的横剖视图的一部分的图。
图67是表示df的定义的图。
图68是第六实施方式变形例2中的转子和定子的横剖视图的放大图。
图69是第六实施方式变形例3的旋转电机的纵剖视图。
图70是第六实施方式变形例4的旋转电机的纵剖视图。
图71是第六实施方式变形例5的旋转电机的纵剖视图。
图72是旋转电机的说明图。
图73是表示磁阻转矩、磁体转矩和dm之间的关系的图。
图74是表示极齿的图。
具体实施方式
以下，基于附图对实施方式进行说明。本实施方式中的旋转电机作为例如车辆动力源使用。但是，旋转电机能作为产业用、车辆用、家电用、oa设备用、游戏机用等广泛使用。另外，在以下各实施方式中，对于彼此相同或等同的部分，在附图中标注相同的符号，对于相同符号的部分引用其说明。
(第一实施方式)
本实施方式的旋转电机10是同步式多相交流电动机，是外转子结构(外转结构)。图1至图5示出了旋转电机10的概要。图1是旋转电机10的纵剖立体图，图2是旋转电机10的沿着旋转轴11的方向的纵剖视图，图3是旋转电机10的与旋转轴11正交的方向上的横剖视图(图2的iii－iii线剖视图)，图4是放大表示图3的一部分的剖视图，图5是旋转电机10的分解图。另外，在图3中，为了便于图示，除了旋转轴11之外，省略了表示切断面的阴影。在以下的记载中，将旋转轴11延伸的方向作为轴向，将从旋转轴11的中心放射状地延伸的方向作为径向，将以旋转轴11为中心圆周状地延伸的方向作为周向。
旋转电机10大致包括轴承部20、外壳30、转子40、定子50以及逆变器单元60。上述各构件均和旋转轴11一起同轴地配置，以规定顺序在轴向上组装，从而构成旋转电机10。
轴承部20具有：在轴向上彼此分开地配置的两个轴承21、22；以及保持上述轴承21、22的保持构件23。轴承21、22例如是径向滚珠轴承，并且分别具有：外圈25、内圈26以及配置于上述外圈25与内圈26之间的多个滚珠27。保持构件23呈圆筒状，并且在该保持构件23的径向内侧组装轴承21、22。此外，旋转轴11和转子40旋转自如地支承于轴承21、22的径向内侧。
外壳30具有呈圆筒状的周壁部31和端面部32，该端面部32设于上述周壁部31的轴向两端部中的一方的端部。周壁部31的轴向两端部中的端面部32的相反侧为开口部33，外壳30是端面部32的相反侧通过开口部33全面打开的结构。在端面部32的中央形成有圆形的孔34，在插通于上述孔34的状态下，轴承部20通过螺钉、铆钉等固定工具而固定。此外，在外壳30内、即在由周壁部31和端面部32划分出的内部空间收容有转子40和定子50。在本实施方式中，旋转电机10是外转子型，并且在外壳30内，在呈筒状的转子40的径向内侧配置有定子50。转子40在轴向上在端面部32一侧悬臂支承于旋转轴11。
转子40具有：形成为中空筒状的转子主体41；以及设于该转子主体41的径向内侧的环状的磁体部42。转子主体41呈大致杯状，具有作为磁体保持构件的功能。转子主体41具有：呈筒状的磁体保持部43；同样呈圆筒状并且直径比磁体保持部43小的固定部44；以及作为连接上述磁体保持部43和固定部44的部位的中间部45。在磁体保持部43的内周面安装有磁体部42。
在固定部44的通孔44a插通有旋转轴11，在该插通状态下固定部44固定于旋转轴11。即，转子主体41通过固定部44固定到旋转轴11。另外，固定部44最好通过利用了凹凸的花键结合、键结合、焊接或铆接等固定到旋转轴11。由此，转子40和旋转轴11一体地旋转。
此外，轴承部20的轴承21、22被组装到固定部44的径向外侧。如上所述，由于轴承部20固定于外壳30的端面部32，因此旋转轴11和转子40可旋转地支承于外壳30。由此，转子40在外壳30内旋转自如。
在转子40的轴向两侧中的仅单侧设有固定部44，由此，转子40悬臂支承于旋转轴11。此处，转子40的固定部44在轴向上的两个不同位置处由轴承部20的轴承21、22支承为能旋转。即，转子40在转子主体41的轴向的两侧端部中的一方侧由轴向两个部位的轴承21、22支承为能旋转。因此，即使是转子40悬臂支承于旋转轴11的结构，也能实现转子40的稳定旋转。在这种情况下，在转子40的相对于轴向中心位置向单侧偏移的位置处，转子40由轴承21、22支承。
此外，在轴承部20中，对于靠近转子40的中心(图的下侧)的轴承22和其相反侧(图的上侧)的轴承21，外圈25、内圈26与滚珠27之间的间隙尺寸不同，例如，靠近转子40的中心的轴承22与其相反侧的轴承21相比，间隙尺寸更大。在这种情况下，在靠近转子40的中心的一侧，即使转子40的抖动、因部件公差引起的不平衡所导致的振动作用于轴承部20，也能良好地吸收上述抖动、振动的影响。具体而言，通过在靠近转子40的中心(图的下侧)的轴承22中利用预压使游隙尺寸(间隙尺寸)变大，从而能通过上述游隙部分吸收在悬臂支承结构中产生的振动。上述预压可以是恒定位置预压，也可以通过向轴承22的轴向外侧(图的上侧)的台阶插入预压用弹簧、波形垫圈等来施加上述预压。
此外，中间部45构成为在径向中心侧和其外侧具有轴向的台阶。在这种情况下，在中间部45中，径向的内侧端部和外侧端部在轴向上的位置不同，由此，磁体保持部43和固定部44在轴向上一部分重叠。即，磁体保持部43比固定部44的基端部(图的下侧的里侧端部)向轴向外侧突出。根据本结构，与中间部45无台阶地设为平板状的情况相比，能够在转子40的重心附近的位置使转子40支承于旋转轴11，从而能实现转子40的稳定动作。
根据上述中间部45的结构，转子40中，在径向上包围固定部44并且靠近中间部45内的位置，环状地形成有收容轴承部20的一部分的轴承收容凹部46，并且在径向上包围轴承收容凹部46并且靠近中间部45外的位置形成有收容后述的定子50的定子绕组51的线圈边端部54的线圈收容凹部47。并且，上述各收容凹部46、47配置为在径向的内外相邻。即，轴承部20的一部分和定子绕组51的线圈边端部54配置为在径向内外重叠。由此，能够缩短旋转电机10中轴向的长度尺寸。
能够通过使线圈边端部54向径向的内侧或外侧弯曲来减小该线圈边端部54的轴向尺寸，从而能够缩短定子轴长。线圈边端部54的弯曲方向最好考虑和转子40的组装。假设将定子50组装在转子40的径向内侧，则在对于该转子40的插入前端侧，线圈边端部54最好向径向内侧弯曲。相反侧的弯曲方向可以是任意的，但是在制造方面优选空间上有富余的外径侧。
此外，磁体部42由多个磁体构成，该多个磁体配置为在磁体保持部43的径向内侧沿着周向交替地改变磁极。在后面详细描述磁体部42。
定子50设于转子40的径向内侧。定子50具有卷绕形成为大致筒状的定子绕组51以及配置于径向内侧的定子铁芯52，定子绕组51配置为夹着规定的气隙与圆环状的磁体部42相对。定子绕组51由多个相绕组构成。通过以规定间距将在周向上排列的多根导线彼此连接来构成上述各相绕组。在本实施方式中，通过使用u相、v相和w相的三相绕组以及x相、y相和z相的三相绕组并且使用两组的上述三相绕组，从而将定子绕组51构成为六相的相绕组。
定子铁芯52通过由软磁性材料构成的层叠钢板而形成为圆环状，并组装在定子绕组51的径向内侧。
定子绕组51具有线圈侧部53和线圈边端部54、55，上述线圈侧部53是在轴向上与定子铁芯52重叠的部分并且位于定子铁芯52的径向外侧，上述线圈边端部54、55在轴向上向定子铁芯52的一端侧和另一端侧分别突出。线圈侧部53在径向上与定子铁芯52、转子40的磁体部42分别相对。在转子40的内侧配置有定子50的状态下，轴向两侧的线圈边端部54、55中的位于轴承部20侧(图的上侧)的线圈边端部54收容于由转子40的转子主体41形成的线圈收容凹部47。在后面详细描述定子50。
逆变器单元60具有：通过螺栓等紧固工具固定于外壳30的单元基座61；以及组装于上述单元基座61的电气组件62。单元基座61包括：固定于外壳30的开口部33侧的端部的端板部63；以及一体地设于该端板部63并在轴向上延伸的壳体部64。端板部63在其中心部具有圆形的开口部65，并且以从开口部65的周缘部立起的方式形成壳体部64。
定子50组装于壳体部64的外周面。即，壳体部64的外径尺寸与定子铁芯52的内径尺寸相同，或者略小于定子铁芯52的内径尺寸。通过将定子铁芯52组装于壳体部64的外侧，使定子50和单元基座61一体化。由此，单元基座61相当于定子保持构件。此外，由于单元基座61固定于外壳30，因此在将定子铁芯52组装于壳体部64的状态下，定子50为与外壳30一体化的状态。
此外，壳体部64的径向内侧是收容电气组件62的收容空间，在该收容空间以包围旋转轴11的方式配置有电气组件62。壳体部64具有作为收容空间形成部的作用。电气组件62构成为包括：构成逆变器电路的半导体模块66、控制基板67以及电容器模块68。
此处，除了上述图1至图5之外，还使用逆变器单元60的分解图即图6进一步说明逆变器单元60的结构。
在单元基座61中，壳体部64具有筒状部71和端面部72，该端面部72设于上述筒状部71的轴向两端部中的一方的端部(轴承部20侧的端部)。筒状部71的轴向两端部中的端面部72的相反侧通过端板部63的开口部65全面打开。在端面部72的中央形成有圆形的孔73，并且旋转轴11可插通于该孔73。
壳体部64的筒状部71是对配置于其径向外侧的转子40、定子50与配置于其径向内侧的电气组件62之间进行分隔的分隔部，转子40、定子50与电气组件62分别配置成夹着筒状部71在径向内外排列。
此外，电气组件62是构成逆变器电路的电气部件，具有动力运行功能和发电功能，上述动力运行功能使电流以规定顺序向定子绕组51的各相绕组流动从而使转子40旋转，上述发电功能伴随旋转轴11的旋转而输入流向定子绕组51的三相交流电流，作为发电电力向外部输出。另外，电气组件62也可以仅具有动力运行功能和发电功能中的任意一方。例如，当旋转电机10用作车辆用动力源时，发电功能是向外部输出再生电力的再生功能。
作为电气组件62的具体结构，在旋转轴11的周围设有呈中空圆筒状的电容器模块68，并且在该电容器模块68的外周面上沿周向并排配置有多个半导体模块66。电容器模块68包括彼此并联连接的多个平滑用电容器68a。具体地，电容器68a是层叠有多个薄膜电容器而成的层叠式薄膜电容器，且横截面呈梯形。通过环状地并排配置有十二个电容器68a而构成电容器模块68。
另外，在电容器68a的制造过程中，例如，使用多个薄膜层叠而成的规定宽度的长条薄膜，将薄膜宽度方向设为梯形高度方向，并且以梯形的上底和下底交替的方式将长条薄膜切断为等腰梯形，从而制作电容器元件。然后，通过将电极等安装于上述电容器元件来制作电容器68a。
半导体模块66具有例如mosfet(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransisto：金属-氧化物半导体场效应晶体管)和igbt(insulatedgatebipolartransistor：绝缘栅双极型晶体管)等半导体开关元件，并且形成为大致板状。在本实施方式中，旋转电机10包括两组三相绕组，由于针对每个三相绕组设有逆变器电路，因此将共计十二个半导体模块66设于电气组件62。
半导体模块66以夹在壳体部64的筒状部71与电容器模块68之间的状态配置。半导体模块66的外周面与筒状部71的内周面抵接，半导体模块66的内周面与电容器模块68的外周面抵接。在这种情况下，在半导体模块66产生的热量通过壳体部64传递到端板部63，并从端板部63释放。
半导体模块66最好在外周面侧即在径向上，在半导体模块66与筒状部71之间具有间隔件69。在这种情况下，在电容器模块68中与轴向正交的横截面的截面形状为正十二边形，而筒状部71的内周面的横截面形状为圆形，因此，间隔件69的内周面为平坦面，外周面为曲面。间隔件69也可以在各半导体模块66的径向外侧以连接为圆环状的方式一体地设置。另外，筒状部71的内周面的横截面形状也可以是与电容器模块68相同的十二边形。在这种情况下，间隔件69的内周面和外周面均优选为平坦面。
此外，在本实施方式中，在壳体部64的筒状部71形成有作为供冷却水流通的冷却部的冷却水通路74，在半导体模块66产生的热量也向在冷却水通路74中流动的冷却水释放。即，壳体部64包括水冷机构。如图3和图4所示，冷却水通路74形成为环状，以包围电气组件62(半导体模块66和电容器模块68)。半导体模块66沿着筒状部71的内周面配置，在沿径向内外与上述半导体模块66重叠的位置设有冷却水通路74。
由于在筒状部71的外侧配置有定子50，在内侧配置有电气组件62，因此定子50的热量从上述外侧传递到筒状部71并且半导体模块66的热量从内侧传递到筒状部71。在这种情况下，能同时冷却定子50和半导体模块66，能高效地释放旋转电机10中的发热构件的热量。
此外，电气组件62在轴向上包括：设于电容器模块68的一方的端面的绝缘片75；以及设于另一方的端面的配线模块76。在这种情况下，电容器模块68的轴向两端面中的一方的端面(轴承部20侧的端面)与壳体部64的端面部72相对，并且以夹着绝缘片75的状态与端面部72重合。此外，在另一方的端面(开口部65侧的端面)组装有配线模块76。
配线模块76具有由合成树脂材料制成并呈圆形板状的主体部76a以及埋设于其内部的多个母线76b、76c，并且通过该母线76b、76c和半导体模块66、电容器模块68电连接。具体地，半导体模块66具有从其轴向端面延伸的连接销66a，并且该连接销66a在主体部76a的径向外侧连接到母线76b。此外，母线76c在主体部76a的径向外侧向与电容器模块68相反的一侧延伸，并且在其前端部连接到配线构件79(参照图2)
如上所述，根据在电容器模块68的轴向两侧分别设有绝缘片75和配线模块76的结构，作为电容器模块68的散热路径，形成有从电容器模块68的轴向两端面到端面部72和筒状部71的路径。由此，能够从电容器模块68中设有半导体模块66的外周面以外的端面部散热。即，不仅能沿径向散热还能沿轴向散热。
此外，由于电容器模块68呈中空圆筒状，并且在其内周部隔着规定的间隙配置有旋转轴11，因此电容器模块68的热量也能从上述中空部释放。在这种情况下，由于通过旋转轴11的旋转而产生气流，从而提高了上述冷却效果。
圆板状的控制基板67安装于配线模块76。控制基板67具有形成有规定的配线图案的印刷电路板(pcb)，在上述板上安装有由各种ic、微型计算机等构成的控制装置77。控制基板67通过螺钉等固定工具固定于配线模块76。控制基板67在其中央部具有供旋转轴11插通的插通孔67a。
另外，构成为，在配线模块76的轴向两侧中的电容器模块68的相反侧设有控制基板67，配线模块76的母线76c从上述控制基板67的两面的一方侧向另一方侧延伸。在上述结构中，控制基板67优选设有避免与母线76c的干涉的切口。例如，优选切除呈圆形的控制基板67的外缘部的一部分。
如上所述，根据在壳体部64所包围的空间内收容有电气组件62，在其外侧层状地设有外壳30、转子40以及定子50的结构，能理想地屏蔽在逆变器电路产生的电磁噪声。即，在逆变器电路中，利用由规定的载波频率产生的pwm控制进行各半导体模块66中的开关控制，虽然认为上述开关控制会产生电磁噪声，但是能通过电气组件62的径向外侧的外壳30、转子40、定子50等理想地屏蔽上述电磁噪声。
在筒状部71中在端板部63的附近形成有通孔78，该通孔78供将筒状部71的外侧的定子50和内侧的电气组件62电连接的配线构件79(参照图2)插通。如图2所示，配线构件79通过压接、焊接等分别连接到定子绕组51的端部和配线模块76的母线76c。配线构件79是例如母线，其接合面优选是压扁的。通孔78优选设于一个部位或者多个部位，在本实施方式中，在两个部位设有通孔78。根据在两个部位设有通孔78的结构，能够分别通过配线构件79容易地将从两组的三相绕组延伸的绕组端子连接，从而适用于进行多相连接。
如上所述，在外壳30内，如图4所示，从径向外侧依次设有转子40和定子50，并且在定子50的径向内侧设有逆变器单元60。此处，在将外壳30的内周面的半径设为d的情况下，在距转子中心d×0.705的距离的径向外侧配置有转子40和定子50。在这种情况下，若将从转子40和定子50中的径向内侧的定子50的内周面(即定子铁芯52的内周面)向径向内侧的区域设为第一区域x1，将在径向上从定子50的内周面到外壳30之间的区域设为第二区域x2，则第一区域x1的横截面的面积大于第二区域x2的横截面的面积。此外，在转子40的磁体部42和定子绕组51在轴向上重复的范围观察，第一区域x1的体积大于第二区域x2的体积。
另外，若将转子40和定子50设为磁路组件，则在外壳30内，从上述磁路组件的内周面向径向内侧的第一区域x1的体积大于在径向上从磁路组件的内周面到外壳30之间的第二区域x2的体积。
接着，更详细地说明转子40和定子50的结构。
一般，作为旋转电机的定子的结构，已知一种结构，在由层叠钢板制成并且呈圆环状的定子铁芯沿周向设置多个切槽，并且在该切槽内卷绕定子绕组。具体地，定子铁芯具有以规定间隔从轭部沿径向延伸的多个极齿，在周向上相邻的极齿之间形成有切槽。而且，在切槽内例如在径向上收容有多层导线，由该导线构成定子绕组。
但是，根据上述的定子结构，在定子绕组通电时，伴随定子绕组的磁动势增加，在定子铁芯的极齿部分产生磁饱和，认为这会导致旋转电机的转矩密度被限制。即，认为在定子铁芯中，由定子绕组的通电产生的旋转磁通集中于极齿，从而产生磁饱和。
此外，一般地，作为旋转电机的ipm(interiorpermanentmagnet：内部永磁体)转子的结构，已知一种结构，在d轴配置有永磁体，在q轴配置有转子铁芯。在这种情况下，通过使d轴附近的定子绕组励磁，根据弗莱明定律，励磁磁通从定子流入转子的q轴。而且由此认为在转子的q轴铁芯部分产生了大范围的磁饱和。
图7是表示定子绕组的磁动势的安培匝数[at]和转矩密度[nm/l]的关系的转矩线图。虚线表示一般的ipm转子式旋转电机的特性。如图7所示，在一般的旋转电机中，由于在定子中增加磁动势会使切槽之间的极齿部分和q轴铁芯部分这两个部位产生磁饱和，从而导致转矩的增加被限制。这样，在上述一般的旋转电机中，安培匝数方案值限制为a1。
因此，在本实施方式中，为了克服磁饱和引起的转矩限制，在旋转电机10中设置以下所示的结构。即，作为第一方案，为了使定子中在定子铁芯的极齿处产生的磁饱和消失，在定子50中采用无切槽结构，并且为了使ipm转子的q轴铁芯部分处产生的磁饱和消失，采用spm(surfacepermanentmagnet：表面式永磁体)转子。根据第一方案，虽然能够使产生磁饱和的上述两个部位的部分消失，但是认为会使低电流区域的转矩减少(参照图7的点划线)。因此，作为第二方案，为了通过实现spm转子的磁通增强来挽回转矩减少，在转子40的磁体部42中采用使磁体磁路变长来提高磁力的极性各向异性结构。
此外，作为第三方案，在定子绕组51的线圈侧部53中采用使导线的径向厚度变小的扁平导线结构，以挽回转矩的减少。此处，认为通过上述提高了磁力的极性各向异性结构，在相对的定子绕组51产生更大的涡电流。然而，根据第三方案，由于是在径向上较薄的扁平导线结构，因此能抑制定子绕组51中的径向的涡电流的产生。这样，根据上述各第一至第三的结构，如图7的实线所示，能采用磁力较高的磁体来实现转矩特性的大幅改进，并且还能改进磁力较高的磁体会导致产生较大的涡电流的担忧。
此外，作为第四方案，采用利用极性各向异性结构并具有与正弦波相近的磁通密度分布的磁体部。由此，能够通过后述的脉冲控制等来提高正弦波匹配率从而实现转矩增强，并且由于是与径向磁体相比更缓和的磁通变化，因此还能进一步抑制涡电流损耗。
此外，作为第五方案，将定子绕组51设为聚集并捆绑多股线材的线材导体结构。由此，由于基本波成分被集中而流过大电流，并且线材各自的截面面积变小，因此与第三方案的在径向上变薄的结构相比，能够更有效地抑制在扁平导线结构中沿周向扩展的导线处产生周向引起的涡电流。而且，由于捻合了多股线材，能够消除相对于来自导体的磁动势相对于电流通电方向根据右旋法则产生的磁通相对应的涡电流。
这样，当进一步增加第四方案和第五方案时，在采用第二方案的磁力较高的磁体的同时，可以进一步抑制由上述较高的磁力引起的涡电流损耗并且实现扭矩增强。
以下，对上述的定子50的无切槽结构、定子绕组51的扁平导线结构以及磁体部42的极性各向异性结构分别增加说明。此处，首先对定子50的无切槽结构和定子绕组51的扁平导线结构进行说明。图8是转子40和定子50的横剖视图，图9是放大表示图8所示的转子40和定子50的一部分的图。图10是表示定子50的横截面的剖视图，图11是表示定子50的纵截面的剖视图。此外，图12是定子绕组51的立体图。另外，图8和图9中，用箭头表示磁体部42中磁体的磁化方向。
如图8至图11所示，定子铁芯52在轴向上层叠有多个电磁钢板，并且呈在径向上具有规定厚度的圆筒状，定子绕组51组装于定子铁芯52的径向外侧。定子铁芯52的外周面为导线设置部。定子铁芯52的外周面呈没有凹凸的曲面状，在该外周面上沿周向并列配置有多个导线组81。定子铁芯52作为背轭发挥作用，该背轭成为用于使转子40旋转的磁路的一部分。在这种情况下，成为在沿周向相邻的各导线组81之间没有设置由软磁性材料制成的极齿(即铁芯)的结构(即无切槽结构)。在本实施方式中，构成为密封部57的树脂材料进入上述各导线组81的间隙56。即，关于密封部57的密封前的状态，在定子铁芯52的径向外侧以分别隔开导线间区域即间隙56的方式以规定间隔沿周向配置有导线组81，由此构成无切槽结构的定子50。
另外，沿周向排列的各导线组81之间设有极齿的结构是指，极齿在径向上具有规定厚度并且在周向上具有规定宽度，从而在各导线组81之间形成磁路的一部分即磁体磁路的结构。关于上述这一点，在各导线组81之间没有设置极齿的结构是指没有形成上述的磁路的结构。
如图10和图11所示，定子绕组51由密封部57密封，该密封部57由作为密封材料的合成树脂材料制成。在图10的横截面观察，构成为，密封部57设为在各导线组81之间、即间隙56填充合成树脂材料，通过密封部57在各导线组81之间夹设绝缘构件。即，密封部57在间隙56中作为绝缘构件发挥作用。密封部57在定子铁芯52的径向外侧设置在包含所有各导线组81的范围、即径向的厚度尺寸大于各导线组81的径向的厚度尺寸的范围。
此外，在图11的纵截面观察，密封部57设置在包含定子绕组51的拐弯部84的范围。在定子绕组51的径向内侧，密封部57设置在包含定子铁芯52的端面的至少一部分的范围。在这种情况下，定子绕组51中除了各相的相绕组的端部、即和逆变器电路的连接端子之外的大致整体被树脂密封。
根据密封部57设置在包含定子铁芯52的端面的范围的结构，能够通过密封部57将定子铁芯52的层叠钢板向轴向内侧按压。由此，能够使用密封部57保持各钢板的层叠状态。另外，虽然在本实施方式中，没有对定子铁芯52的内周面进行树脂密封，但是除此之外，还可以构成为对包含了定子铁芯52的内周面的定子铁芯52的整体进行树脂密封。
当旋转电机10作为车辆动力源使用时，密封部57优选由高耐热性氟树脂、环氧树脂、pps树脂、peek树脂、lcp树脂、硅树脂、pai树脂、pi树脂等构成。此外，当从抑制由膨胀差引起的断裂的观点出发考虑线性膨胀系数时，期望是与定子绕组51的导线的外膜相同的材质。即，期望排除线性膨胀系数一般为其他树脂的成倍以上的硅树脂。另外，在像电动车辆那样，不具有利用了燃烧的装置的电气产品中，具有180℃左右的耐热性的pp0树脂、酚醛树脂、frp树脂也成为候补。在旋转电机的周围温度看作低于100℃的领域中，没有上述限定。
旋转电机10的转矩与磁通的大小成比例。此处，当定子铁芯具有极齿时，定子处的最大磁通量依赖并限制于极齿处的饱和磁通密度，但是当定子铁芯不具有极齿时，定子处的最大磁通量不被限制。因此，在增加对于定子绕组51的通电电流来实现旋转电机10的转矩增加这方面是有利的。
截面呈扁平矩形的多个导线82在径向上并列设置，从而构成定子铁芯52的径向外侧的各导线组81。各导线82沿在横截面中“径向尺寸＜周向尺寸”的方向配置。由此，在各导线组81中实现了径向的薄壁化。此外，实现了径向的薄壁化的同时，并且导体区域平坦地延伸到以往有极齿的区域，成为扁平导线区域结构。由此，通过在周向上扁平化来增加导体的截面积，从而抑制由于薄壁化而使截面积变小所导致的导线的发热量的增加。另外，即使是在周向上排列多股导线并使上述导线并联连接的结构，也会发生因导体包覆膜导致的导体截面积下降，但是能够得到基于相同的理由的效果。
由于没有切槽，在本实施方式的定子绕组51中，能将其周向的一周上的导体区域设计得比间隙区域大。另外，以往的车辆用旋转电机中，定子绕组的周向的一周上的导体区域/间隙区域自然在1以下。另一方面，在本实施方式中，将各导线组81设置成导体区域与间隙区域相等或者导体区域大于间隙区域。此处，如图10所示，若将在周向上配置有导线82(即后述的直线部83)的导线区域设为wa，将相邻的导线82之间的导线间区域设为wb，则导线区域wa在周向上大于导线间区域wb。
旋转电机10的转矩与导线组81的径向的厚度大致成反比。关于这点，通过在定子铁芯52的径向外侧使导线组81的厚度变薄，成为对实现旋转电机10的转矩增加这方面有利的结构。作为上述理由，是因为能够缩小从转子40的磁体部42到定子铁芯52的距离(即没有铁的部分的距离)，从而降低磁阻。由此，能够增大永磁体与定子铁芯52的交链磁通，从而能增强转矩。
导线82由导体82a的表面被绝缘膜82b包覆的包覆导线构成，从而在径向上互相重合的导线82彼此之间以及在导线82与定子铁芯52之间分别确保绝缘性。导线82中的绝缘膜82b的厚度是例如80μm，与通常使用的导线的膜厚(20～40μm)相比更加厚壁。由此，即使在导线82与定子铁芯52之间没有夹设绝缘纸等，也能确保上述两者之间的绝缘性。另外，除了用于连接的露出部分之外，由导线82构成的各相绕组通过绝缘膜82b保持绝缘性。作为露出部分，例如是输入输出端子部或者形成星形连接时的中性点部分。在导线组81中，使用树脂固接或自身粘接包覆线，将在径向上相邻的各导线82互相固接。由此，抑制了导线82彼此相互摩擦导致的绝缘破坏、振动以及声音。
在本实施方式中，导体82a构成为多股线材86的集合体，在各导体82a中多股线材86并联。具体地，如图13所示，导体82a通过将多股线材86捻合而形成为捻线状。即，导体82a相当于各向异性导体。电阻一般与线材的截面积成反比。因此，线材86的数量越多，线材86的截面积越小，涡电流的衰减效果越大。另外，如图14所示，线材86构成为将较细的纤维状的导电构件87捆扎而成的复合体。例如，线材86是cnt(碳纳米管)纤维的复合体，作为cnt纤维，使用包含了以硼置换至少一部分碳的含硼微细纤维的纤维。作为碳微细纤维，除了cnt纤维以外，还可以使用气相生长法碳纤维(vgcf)等，但优选使用cnt纤维。另外，如图15所示，线材86的表面由搪瓷等高分子绝缘层86a覆盖。
由于在上述导体82a中捻合多股线材86而构成，因此能够抑制各线材86处的涡电流的产生，并且减小导体82a的涡电流。此外，通过捻合各线材86，在一股线材86中产生了磁场的施加方向互相相反的部位，从而抵消反电动势。因此，仍然能够减小涡电流。尤其是，通过用纤维状的导电构件87构成线材86，能够细线化并大幅增加捻合次数，从而进一步理想地减小涡电流。
对线材86是cnt(碳纳米管)纤维的复合体的情况进行说明。可以期待cnt的电阻是铜线的1/5左右以下。在本实施方式中，作为cnt纤维，使用包含了以硼置换至少一部分碳的含硼微细纤维的纤维。由于含硼微细纤维的导线性较高，因此能进一步减小导线82的电阻。另外，作为碳微细纤维，除了cnt纤维以外，还可以使用气相生长法碳纤维(vgcf)等，但优选使用cnt纤维。
作为cnt纤维，如图16所示，优选以硼、氮置换碳微细纤维中基本上全部的碳原子。此外，含硼氮的微细纤维中的硼和氮的比例优选原子数的比为1：1。
例如可以通过以下两个工序来制造含硼氮的微细纤维：将包含碳微细纤维的纤维状集合体和硼元素混合，在氮气氛下进行加热而将一部分碳微细纤维转换为含硼氮的微细纤维的工序；以及将包含碳微细纤维的纤维状集合体和硼元素混合，在实质上不包含氮元素的惰性气体气氛下进行加热而将一部分碳微细纤维转换为含硼微细纤维的工序。对于cnt中的碳的置换，通过例如日本专利4577385号公报所公开的方法来生成即可。
以下说明上述方法，将cnt线材和硼酸以摩尔比2∶1放入加热用的石墨坩埚。通过高频加热炉以2000℃的温度在氩气氛(200sccm，1.0atm)下对上述内容加热30分钟，之后自然冷却至室温。在上述工序中，在构成cnt线材的一部分cnt中，以硼置换至少一部分碳。将坩埚从加热炉中取出，再次添加硼酸，使cnt线材与硼酸的摩尔比为5：1。通过加热炉以2000℃的温度在氮气氛(200sccm，1.0atm)下加热30分钟。在上述工序中，在构成cnt线材的一部分cnt中，如图16所示，以氮和硼置换碳。在以硼和氮置换碳的cnt中，由于氮的电负性较高，构成六元环的氮具有的二价的价电子不能自由移动。其结果是，以硼和氮置换碳的cnt具有电绝缘性。另外，如上所述，将以硼和氮置换一部分的cnt中的碳的线材称为处理后cnt线材，将没有置换碳的cnt线材称为未处理cnt线材。如图17的(a)所示，处理后cnt线材222的外层由以硼和氮置换了碳的处理后cnt224覆盖。此外，在处理后cnt线材222的中心部混合存在有cnt223和cnt225，上述cnt223没有以硼或氮置换碳，上述cnt225以硼置换一部分碳。
作为处理后cnt线材，如图17的(a)所示，也可以混合存在有cnt223、cnt224和cnt223，上述cnt223没有以硼或氮置换碳，上述cnt224以硼置换一部分碳，上述cnt223没有以硼或氮置换碳。
以往，如图18的(a)所示，由于通过较粗的导体(例如截面呈矩形的方形导线)构成定子绕组，因此环状的涡电流ie1流向施加于导体的磁场h。由于导体中电导率均匀地较大，因此不会阻止涡电流，涡电流ie1的环的面积变大，涡电流亦变大。与此相对，在本实施方式的导体82a中，如图18的(b)所示，由于捻合多股线材86而构成，各线材86由绝缘层覆盖，因此涡电流不会跨过线材86流动。因此，能使涡电流ie2的环面积变小，从而使涡电流变小。
此外，如图19的(a)所示，通过捻合各线材86，在一根线材86中产生了磁场的施加方向互相相反的部位。当展开一根线材86时，如图19的(b)所示，抵消了磁场引起的反电动势。因此，仍然能够减小涡电流。尤其是，通过用纤维状的导电构件87构成线材86，能够细线化并大幅增加捻合次数，从而进一步理想地减小涡电流。
如图4所示，将从磁体部42的径向内侧的内周面到定子铁芯52的径向外侧的距离设为g1，将从磁体部42的径向内侧的内周面到定子绕组51的径向外侧的外周面的距离设为g2。“g1-g2”相当于定子绕组51的径向的厚度尺寸。此外，用k＝(g1-g2)/g1来定义绕组比例k。根据使用了cnt纤维的结构，如图20所示，能使绕组比例k在66％以下。图20是示出了导体的厚度与绕组比例k的关系的图。图20中用百分率表示纵轴的绕组比例k。能减小绕组比例k是因为，通过使用cnt能使电导率大幅增加，提高电装负载的安装密度。其结果是，能够大幅缩短从磁体部42的径向内侧的内周面到定子铁芯52的径向外侧的外周面的距离，从而大幅减少磁路的磁阻。其结果是，例如能够减少产生等量的磁通所需的磁动势，能使转子的永磁体的厚度变薄。
另外，图20是定子铁芯52的外径为大约200mm的设计事例。当采用了铜线时，不能使占据空隙的导体的比例低于75％，难以缩短空隙的长度。铜合金的电阻率大于纯铜。即使是电阻比纯铜小的银，也不能使绕组比例k低于70％。例如，尽管也可以选择高温超电导，但是当前的可动作温度离室温尚且很远，当然不能用于汽车的车载用。由于若是cnt则即使在室温环境下也能维持低电阻，因此能有效地缩短从磁体部42的径向内侧的内周面到定子铁芯52的径向外侧的外周面的距离。
代替所有各线材86被高分子绝缘层86a覆盖的结构，也可以是各线材86的一部分且至少一根线材86被高分子绝缘层86a覆盖的结构。
此外，也可以是，当线材86具有电各向异性时，各线材86均不被高分子绝缘层86a覆盖。如图21所示，上述特性如下：与向线材86自身流动的电流所对应的电阻ra相比，相邻的线材之间的电阻rb足够大。在这种情况下，由于即使不具有绝缘层也能起到涡电流的阻碍效果，因此能廉价地抑制发热。
由于利用纤维状的导电构件87来构成各线材86，因此能够使导线82中的电流流通路径更加细线化，并且能进一步增加电流流通路径的捻合次数。由此，能提高涡电流的降低效果。另外，线材86也可以由铜和碳纳米管纤维的复合材料导体构成。
如上所述的导线82最好是截面呈扁平矩形并且在径向上并列配置有多个的构件，例如使多根线材86以捻合的状态集合，在上述状态下通过合成树脂等牢固地成型为期望的形状。
各导线82弯曲形成为在周向上以规定的配置图案配置，由此，作为定子绕组51形成针对各相的相绕组。如图12所示，在定子绕组51中，通过各导线82中的在轴向上直线状地延伸的直线部83形成线圈侧部53，通过在轴向上向线圈侧部53的两外侧突出的拐弯部84形成线圈边端部54、55。交替地重复直线部83和拐弯部84，从而各导线82构成为波形的一连串的导线。直线部83配置于在径向上与磁体部42相对的位置，在磁体部42的轴向外侧的位置隔着规定间隔配置的同相的直线部83彼此通过拐弯部84互相连接。另外，直线部83相当于“磁体相对部”。
在本实施方式中，定子绕组51通过分布绕组而卷绕形成为圆环状。在这种情况下，线圈侧部53中，针对每相在周向上以与磁体部42的一极对对应的间距配置有直线部83，在线圈边端部54、55中，每相的各直线部83通过形成为大致v字形的拐弯部84互相连接。与一极对对应而成对的各直线部83的各自的电流的方向互相相反。此外，在一方的线圈边端部54和另一方的线圈边端部55，由拐弯部84连接的一对直线部83的组合分别不同，通过在周向上重复上述线圈边端部54、55处的连接，使定子绕组51形成为大致圆筒状。
更具体地，定子绕组51每相使用两对导线82来构成各相的绕组，定子绕组51中的一方的三相绕组(u相、v相、w相)和另一方的三相绕组(x相、y相、z相)设于径向内外的两层。在这种情况下，若将绕组的相数设为s，将导线82的对数设为m，则针对各极对形成有2×s×m＝2sm个的导线组81。在本实施方式中，由于相数s为3、对数m为2且是8极对(16极)的旋转电机，因此在周向上配置有2×3×2×8＝96个导线组81。
在图12所示的定子绕组51中构成为，在线圈侧部53中，在径向内外的两层重叠配置有直线部83，并且在线圈边端部54、55中，拐弯部84从沿径向内外重叠的各直线部83在互相沿周向相反的方向上沿周向延伸。即，在沿径向相邻的各导线82中，除了线圈端的部分，拐弯部84的方向互相相反。
此处，对定子绕组51中导线82的卷绕结构进行具体的说明。在本实施方式中，将形成为波形的多个导线82设置成在径向内外重叠设置多层(例如两层)。图22是表示第n层的各导线82的形态的图，其中(a)表示从定子绕组51的侧方观察到的导线82的形状，(b)表示从定子绕组51的轴向一侧观察到的导线82的形状。另外，在图22中，将配置有导线组81的位置分别表示为d1、d2、d3…。此外，为了便于说明，仅表示了三股导线82，将其设为第一导线82_a、第二导线82_b、第三导线82_c。
各导线82_a～82_c中，直线部83均配置于第n层的位置、即在径向上相同的位置，在周向上每6个位置(相当于3×m对)分开的直线部83彼此通过拐弯部84互相连接。换言之，在各导线82_a～82_c中，均在以转子40的轴心为中心的相同的节圆上，隔开5个位置的直线部83通过拐弯部84互相连接。例如，在第一导线82_a中，一对直线部83分别配置于d1、d7，上述一对直线部83彼此通过倒v字形的拐弯部84连接。此外，其他的导线82_b、82_c在相同的第n层中分别配置为使周向的位置错开一个位置。在这种情况下，由于各导线82_a～82_c均配置于相同层，因此认为拐弯部84会互相干涉。因此，在本实施方式中，在各导线82_a～82_c的拐弯部84形成使一部分沿径向偏置的干涉避免部。
具体地，各导线82_a～82_c的拐弯部84具有倾斜部84a和顶部84b、倾斜部84c、返回部84d，上述倾斜部84a是在同一个节圆上沿周向延伸的部分，上述顶部84b、倾斜部84c、返回部84d是从倾斜部84a向比上述同一个节圆靠近径向内侧(图22的(b)中为上侧)偏移，在其他节圆上沿周向延伸的部分。顶部84b、倾斜部84c以及返回部84d相当于干涉避免部。另外，倾斜部84c也可以是相对于倾斜部84a向径向外侧偏移的结构。
即，各导线82_a～82_c的拐弯部84夹着周向的中央位置即顶部84b在其两侧具有一方侧的倾斜部84a和另一方侧的倾斜部84c，上述各倾斜部84a、84c的径向的位置(图22的(a)中为纸面前后方向的位置，图22的(b)中为上下方向的位置)互相不同。例如，第一导线82_a的拐弯部84构成为，以n层的d1位置为起点位置沿着周向延伸并在周向的中央位置即顶部84b向径向(例如径向内侧)弯曲后，再次朝周向弯曲，再次沿着周向延伸，进一步在返回部84d处再次向径向(例如径向外侧)弯曲，从而到达终点位置即n层的d9位置。
根据上述结构，在导线82_a～82_c中构成为，一方的各倾斜部84a从上方以第一导线82_a→第二导线82_b→第三导线82_c的顺序沿上下排列，并且各导线82_a～82_c的上下在顶部84b处交换，另一方的各倾斜部84c从上方以第三导线82_c→第二导线82_b→第一导线82_a的顺序沿上下排列。因此，能够使各导线82_a～82_c不互相干涉地在周向上配置。
此处，在沿径向重叠多个导线82来形成导线组81的结构中，连接到多层的各直线部83中的径向内侧的直线部83的拐弯部84和连接到径向外侧的直线部83的拐弯部84最好配置为沿径向远离上述各直线部83彼此。此外，当多层导线82在拐弯部84的端部即和直线部83的边界部附近向径向的相同侧弯曲时，最好不发生因上述相邻层的导线82彼此的干涉使绝缘性受损。
例如在图22的d7～d9中，沿径向重叠的各导线82在拐弯部84的返回部84d处分别向径向弯曲。在这种情况下，如图23所示，最好使在第n层的导线82和第n+1层的导线82的弯曲部的曲率半径不同。具体地，使径向内侧(第n层)的导线82的曲率半径r1小于径向外侧(第n+1层)的导线82的曲率半径r2。
此外，最好使第n层的导线82和第n+1层的导线82的径向的偏移量不同。具体地，使径向内侧(第n层)的导线82的偏移量s1大于径向外侧(第n+1层)的导线82的偏移量s2。
根据上述结构，即使在沿径向重叠的各导线82沿相同方向弯曲的情况下，也能理想地避免各导线82的相互干涉。由此，会得到良好的绝缘性。
接着，对转子40中磁体部42的结构进行说明。在本实施方式中，作为永磁体，假设残留磁通密度br＝1.0[t]、内禀矫顽力bhc＝400[ka/m]以上。由于通过相间励磁施加了5000～10000〔at〕，因此若在一极对中使用25〔mm〕的永磁体，则bhc＝10000〔a〕，不会退磁。此处，在本实施方式中，由于利用了通过取向来控制易磁化轴的永磁体，因此能够使上述磁体内部的磁路长度比以往的具有1.0[t]以上的直线取向磁体的磁路长度长。即，除了能用较少的磁体量来实现每一极对的磁路长度之外，与利用了以往的直线取向磁体的设计相比，即使暴露在严酷的高温条件下，也能保持其可逆退磁范围。此外，本申请的发明人发现了一种结构，即使使用现有技术的磁体，也能得到与极性各向异性磁体相近的特性。
如图8和图9所示，磁体部42呈圆环状，并设于转子主体41的内侧(详细而言磁体保持部43的径向内侧)。磁体部42具有分别是极性各向异性磁体并且磁极互相不同的第一磁体91和第二磁体92。第一磁体91和第二磁体92在周向上交替配置。第一磁体91是在转子40中成为n极的磁体，第二磁体92是在转子40中成为s极的磁体。第一磁体91和第二磁体92是由例如钕磁体等稀土类磁体构成的永磁体。
在各磁体91、92中，磁化方向分别在磁极中心即d轴与磁极边界即q轴之间圆弧状地延伸。分别在各磁体91、92中，d轴侧的磁化方向为径向，q轴侧的磁化方向为周向。在磁体部42中，由于通过各磁体91、92使磁通在相邻的n极与s极之间圆弧状地流动，因此与例如径向各向异性磁体相比，磁体磁路更长。因此，如图24所示，磁通密度分布接近正弦波。其结果是，与图25中作为比较例而示出的径向各向异性磁体的磁通密度分布不同，能使磁通集中在磁极位置，并且能提高旋转电机10的转矩。另外，在图24和图25中，横轴表示电角度，纵轴表示磁通密度。此外，在图24和图25中，横轴的90°表示d轴(即，磁极中心)，横轴的0°和180°表示q轴。
此外，磁通密度分布的正弦波匹配率最好是例如40％以上的值。这样，与使用正弦波匹配率为30％左右的径向取向磁体或使用平行取向磁体的情况相比，能够可靠地提高波形中央部分的磁通量。此外，若将正弦波匹配率设为60％以上，则与称为海尔贝克阵列的磁通集中阵列相比，能可靠地提高波形中央部分的磁通量。
在图25所示的比较例中，磁通密度在q轴附近急剧变化。磁通密度的变化越急剧，在定子绕组51产生的涡电流越增加。与此相对，在本实施方式中，磁通密度分布接近正弦波。因此，在q轴附近，磁通密度的变化小于径向各向异性磁体的磁通密度的变化。由此，能抑制涡电流的产生。
在磁体部42中，在各磁体91、92的d轴附近(即磁极中心)，在与磁极面正交的方向上产生磁通，上述磁通呈越远离磁极面越远离d轴的圆弧状。此外，越是与磁极面正交的磁通，磁通越强。在这方面，在本实施方式的旋转电机10中，由于如上所述使各导线组81沿径向变薄，因此导线组81的径向的中心位置靠近磁体部42的磁极面，从而能够在定子50中从转子40接收较强的磁体磁通。
此外，在定子50的定子绕组51的径向内侧，即在夹着定子绕组51的转子40的相反侧设有圆筒状的定子铁芯52。因此，在将定子铁芯52用作磁路的一部分的同时，从各磁体91、92的磁极面延伸的磁通被定子铁芯52吸引并绕定子铁芯52一周。在这种情况下，能够优化磁体磁通的方向和路径。
接着，对控制旋转电机10的控制系统的结构进行说明。图26是旋转电机10的控制系统的电路图，图27是示出了控制装置110的控制处理的功能框图。
在图26中，作为定子绕组51示出了两组三相绕组51a、51b，三相绕组51a由u相绕组、v相绕组和w相绕组构成，三相绕组51b由x相绕组、y相绕组和z相绕组构成。针对三相绕组51a、51b，分别设有第一逆变器101和第二逆变器102。逆变器101、102由具有上下臂的全桥电路构成，该上下臂的数量与相绕组的相数相同，通过设于各臂的开关(半导体开关元件)的接通断开对定子绕组51的各相绕组中的通电电流进行调节。
直流电源103和平滑用电容器104并联连接到各逆变器101、102。直流电源103由例如多个单电池串联连接的组电池构成。另外，逆变器101、102的各开关相当于图1等所示的半导体模块66，电容器104相当于图1等所示的电容器模块68。
控制装置110包括由cpu和各种存储器构成的微型计算机，基于旋转电机10中的各种检测信息、动力运行驱动和发电的请求，通过逆变器101、102的各开关的接通断开实施通电控制。控制装置110相当于图6所示的控制装置77。旋转电机10的检测信息包括：例如由解析器等角度检测器检测出的转子40的旋转角度(电角度信息)、由电压传感器检测出的电源电压(逆变器输入电压)、以及由电流传感器检测出的各相的通电电流。控制装置110生成并输出对逆变器101、102的各开关进行操作的操作信号。另外，例如当旋转电机10用作车辆用动力源时，发电的请求是再生驱动的请求。
第一逆变器101在由u相、v相和w相构成的三相中分别包括上臂开关sp和下臂开关sn的串联连接体。各相的上臂开关sp的高电位侧端子连接到直流电源103的正极端子，各相的下臂开关sn的低电位侧端子连接到直流电源103的负极端子(接地)。在各相的上臂开关sp与下臂开关sn之间的中间连接点分别连接有u相绕组、v相绕组和w相绕组的一端。上述各相绕组被星形连接(y连接)，并且各相绕组的另一端在中性点处互相连接。
第二逆变器102具有与第一逆变器101相同的结构，在由x相、y相和z相构成的三相中分别包括上臂开关sp和下臂开关sn的串联连接体。各相的上臂开关sp的高电位侧端子连接到直流电源103的正极端子，各相的下臂开关sn的低电位侧端子连接到直流电源103的负极端子(接地)。在各相的上臂开关sp与下臂开关sn之间的中间连接点分别连接有x相绕组、y相绕组和z相绕组的一端。上述各相绕组被星形连接(y连接)，并且各相绕组的另一端在中性点处互相连接。
图27示出了控制u相、v相和w相的各相电流的电流反馈控制处理以及控制x相、y相和z相的各相电流的电流反馈控制处理。此处首先对u相、v相和w相侧的控制处理进行说明。
在图27中，电流指令值设定部111使用转矩-dq图，基于对于旋转电机10的动力运行转矩指令值或者发电转矩指令值、对电角度θ进行时间积分而得到的电角速度ω，来设定d轴的电流指令值和q轴的电流指令值。另外，电流指令值设定部111在u相、v相、w相侧和x相、y相、z相侧共用设置。另外，例如当将旋转电机10用作车辆用动力源时，发电转矩指令值是再生转矩指令值。
dq转换部112将针对各相设置的电流传感器检测到的电流检测值(各相电流)转换为以励磁方向为d轴的正交二维旋转坐标系的成分即d轴电流和q轴电流。
d轴电流反馈控制部113计算d轴的指令电压作为用于将d轴电流反馈控制为d轴的电流指令值的操作量。此外，q轴电流反馈控制部114计算q轴的指令电压作为用于将q轴电流反馈控制为q轴的电流指令值的操作量。在上述各反馈控制部113、114中，基于d轴电流和q轴电流的与电流指令值的偏差，使用pi反馈方法来计算指令电压。
三相转换部115将d轴和q轴的指令电压转换为u相、v相和w相的指令电压。另外，上述各部111～115是实施基于dq转换理论的基本波电流的反馈控制的反馈控制部，u相、v相和w相的指令电压是反馈控制值。
然后，操作信号生成部116使用周知的三角波载波比较方法，基于三相的指令电压生成第一逆变器101的操作信号。具体地，操作信号生成部116通过基于用电源电压使三相的指令电压标准化的信号和三角波信号等载波信号的大小比较的pwm控制，来生成各相的上下臂的开关操作信号(占空比信号)。
此外，在x相、y相、z相侧也具有相同的结构，dq转换部122将针对各相设置的电流传感器检测到的电流检测值(各相电流)转换为以励磁方向为d轴的正交二维旋转坐标系的成分即d轴电流和q轴电流。
d轴电流反馈控制部123计算d轴的指令电压，q轴电流反馈控制部124计算q轴的指令电压。三相转换部125将d轴和q轴的指令电压转换为x相、y相和z相的指令电压。然后，操作信号生成部126基于三相的指令电压生成第二逆变器102的操作信号。具体地，操作信号生成部126通过基于用电源电压使三相的指令电压标准化的信号和三角波信号等载波信号的大小比较的pwm控制，来生成各相的上下臂的开关操作信号(占空比信号)。
驱动器117基于由操作信号生成部116、126生成的开关操作信号，使各逆变器101、102中的各三相的开关sp、sn接通和断开。
接着，对转矩反馈控制处理进行说明。在例如高旋转区域和高输出区域等各逆变器101、102的输出电压变大的运转条件下，主要以旋转电机10的高输出化和减小损耗为目的来使用上述处理。控制装置110基于旋转电机10的运转条件，选择并执行转矩反馈控制处理和电流反馈控制处理中的任意一方的处理。
图28示出了与u相、v相和w相对应的转矩反馈控制处理以及与x相、y相和z相对应的转矩反馈控制处理。另外，在图28中，对于与图27相同的结构标注相同的标号而省略说明。此处首先对u相、v相和w相侧的控制处理进行说明。
电压振幅计算部127基于对旋转电机10的动力运行转矩指令值或者发电转矩指令值、对电角度θ进行时间积分而得到的电角速度ω，计算电压矢量的大小的指令值即电压振幅指令。
转矩推定部128a基于由dq转换部112转换的d轴电流和q轴电流来计算与u相、v相和w相对应的转矩推定值。另外，转矩推定部128a基于设定d轴电流、q轴电流和电压振幅指令的关系的图信息，来计算电压振幅指令即可。
转矩反馈控制部129a计算电压矢量的相位的指令值即电压相位指令，作为用于将转矩推定值反馈控制为动力运行转矩指令值或发电转矩指令值的操作量。在转矩反馈控制部129a中，基于转矩推定值相对于动力运行转矩指令值或发电转矩指令值的偏差，使用pi反馈方法计算出电压相位指令。
操作信号生成部130a基于电压振幅指令、电压相位指令以及电角度θ，生成第一逆变器101的操作信号。具体地，操作信号生成部130a基于电压振幅指令、电压相位指令和电角度θ计算三相的指令电压，通过基于用电源电压使计算出的三相的指令电压标准化的信号和三角波信号等载波信号的大小比较的pwm控制，来生成各相中的上下臂的开关操作信号。
操作信号生成部130a也可以基于设定电压振幅指令、电压相位指令、电角度θ、开关操作信号的关系的图信息即脉冲模式信息、电压振幅指令、电压相位指令以及电角度θ，来生成开关操作信号。
此外，在x相、y相、z相侧也具有相同的结构，转矩推定部128b基于由dq转换部122转换的d轴电流和q轴电流，计算与x相、y相、z相对应的转矩推定值。
转矩反馈控制部129b计算电压相位指令，作为用于将转矩推定值反馈控制为动力运行转矩指令值或发电转矩指令值的操作量。在转矩反馈控制部129b中，基于转矩推定值相对于动力运行转矩指令值或发电转矩指令值的偏差，使用pi反馈方法计算出电压相位指令。
操作信号生成部130b基于电压振幅指令、电压相位指令以及电角度θ，生成第二逆变器102的操作信号。具体地，操作信号生成部130b基于电压振幅指令、电压相位指令和电角度θ计算三相的指令电压，通过基于用电源电压使计算出的三相的指令电压标准化的信号和三角波信号等载波信号的大小比较的pwm控制，来生成各相中的上下臂的开关操作信号。驱动器117基于由操作信号生成部130a、130b生成的开关操作信号，使各逆变器101、102中的各三相的开关sp、sn接通和断开。
操作信号生成部130b也可以基于设定电压振幅指令、电压相位指令、电角度θ、开关操作信号的关系的图信息即脉冲模式信息、电压振幅指令、电压相位指令以及电角度θ，来生成开关操作信号。
如图29的(a)所示，利用开关sp、sn的接通断开，使两组的三相绕组51a、51b中的各相电流分别以错开电角度30°的方式流动。由此，如图29的(b)所示，能产生与三相绕组51a对应的转矩tr1和与三相绕组51b对应的转矩tr2，理想地减小旋转电机10的产生转矩中的六次谐波的脉动分量。
根据以上详细叙述的本实施方式，能够得到以下优异效果。
轴承21、22由于转子40的旋转而摩擦生热。基于上述转子40的旋转产生的轴承21、22的热量会成为收容于转子主体41的定子绕组51、电气组件62等的热量释放时的阻碍原因。因此，在上述旋转电机10中，将多个轴承21、22配置于比轴向上的转子40的中央靠近轴向的任意一方侧的位置。即，是将多个轴承21、22配置于轴向的仅任意一方侧的悬臂支承结构。由此，伴随转子40的旋转产生的轴承21、22的热量集中在轴向的任意一方侧。因此，在另一方侧，在散热时没有阻碍原因。
此外，当伴随转子40的旋转产生于轴承21、22的热量在轴向上仅集中产生于任意一方侧时，在轴向上产生温度差。由此，从轴承21、22侧朝向转子40的一侧，空气变得容易流动。因此，即使在转子主体41的中空部收容电气组件62等，也能从轴承21、22的相反侧有效地释放热量。
此外，转子主体41在轴向上在与配置有轴承21、22的一侧的相反侧开口。因此，即使在转子主体41的内部收容电气组件62等发热体，也能从转子主体41的开口部分有效地释放上述热量。
当将旋转轴11设为悬臂支承结构时，伴随转子40的旋转，担心旋转轴11的抖动、振动变大。因此，使多个轴承21、22中的一部分的外圈25、内圈26与滚珠27之间的间隙尺寸与其他轴承不同。由此，在靠近转子40的中心的一侧，即使转子40的抖动、因部件公差引起的不平衡所导致的振动作用于轴承部20，也能良好地吸收上述抖动、振动的影响。因此，即使将旋转轴11设为悬臂支承结构，也能稳定地维持转子40的旋转。
此外，当在采用了悬臂支承结构的情况下，转子中的轴承相反侧的重量变重，惯量变大时，转子的抖动、振动会变大。因此，将转子40设为在转子主体41固定有作为磁体部42的永磁体即第一磁体91和第二磁体92的表面磁体式的转子。由此，与采用ipm转子的情况相比，能够抑制铁等金属磁性体的使用量，抑制惯量。因此，即使采用了悬臂支承结构，也能抑制转子40的抖动、振动。
此外，在磁体部42采用了极性各向异性磁体即第一磁体91和第二磁体92，通过各磁体91、92使磁通在相邻的n、s极之间圆弧状地流动。因此，与例如径向各向异性磁体相比磁体磁路更长，如图17所示，磁通密度分布接近正弦波。其结果是，能够使磁通集中于磁极位置，提高旋转电机10的转矩。伴随于此，仅利用永磁体就能抑制磁通泄漏，并构成转子40的磁路。即，仅利用永磁体就能实现转子40的磁路的作用。
因此，对作为惯量的磁体91、92进行保持的转子主体41例如可以不是金属磁性体而是cfrp这样的合成树脂。通过将转子主体41不设为金属磁性体而设为合成树脂等，能使惯量最小化，其结果是，即使采用悬臂支承结构也能抑制惯量并抑制转子40的抖动、振动。
此外，在上述旋转电机10中，设为将转子40配置于定子50的径向外侧的外转子结构。由此，在转子主体41的径向内侧即内周面固定有磁体部42。因此，与内转子结构不同，即使当转子40旋转时朝磁体部42作用离心力，也能通过转子主体41将磁体部42理想地保持在径向内侧。即，与内转子结构相比，能使将磁体部42固定于转子主体41的结构最少。其结果是，即使采用了悬臂支承结构，也能抑制惯量，并抑制转子40的抖动、振动。
中间部45在径向的内侧与外侧之间具有轴向的台阶，磁体保持部43和固定部44在轴向上部分重叠。由此，能够缩短旋转电机10的轴向的长度并且分别确保轴向上的磁体保持部43和固定部44的长度。通过确保固定部44的长度，能确保轴承21、22的间隔，更加稳定。此外，与中间部45设为无台阶的平板状的情况相比，能够在转子40的重心附近的位置使转子40支承于旋转轴11，从而能实现转子40的稳定动作。
旋转电机10是在沿周向相邻的导线82之间没有设置由软磁性体制成的极齿的无切槽结构。在上述结构中，各导线82具有由多股线材86的集合体构成的导体82a。因此，能够实现导线82中的电流流通路径的细线化，即使在包含谐波磁场的来自磁体部42的磁场与导线82交链时产生了涡电流的情况下，也能增大导线82对于该涡电流的电阻。其结果是，能够减少在导线82流动的涡电流，从而减少涡电流损失。
此外，由于各导线82是通过捻合线材86而构成的，因此在各线材86中产生了磁场的施加方向互相相反的部位，从而抵消因交链磁场导致的反电动势。其结果是，能够提高在导线82中流动的涡电流的减少效果，从而能够提高涡电流损失的减少效果。
尤其在本实施方式中，各线材86由包含了以硼置换了碳纳米管纤维的至少一部分碳的含硼微细纤维的纤维构成。在这种情况下，能够使导体82a中的电流流通路径更加细线化，并且能进一步增大电流流通路径的捻合次数。由此，能够进一步增大对于涡电流的电阻，从而进一步提高涡电流损失的减少效果。
将定子绕组51的导线82设为扁平状。因此，能够使直线部83的径向厚度变薄，使上述直线部83的径向的中心位置靠近磁体部42。此外，通过将导线82设为扁平状而使直线部83的径向厚度变薄，能够缩小定子铁芯52与磁体部42之间的气隙。因此，能够减少穿过定子50和转子40的磁通的磁路的磁阻，从而增大磁路的磁通。由此，能采用无切槽结构抑制定子50处的磁饱和，从而提高直线部83中的磁通密度并增强旋转电机10的转矩。
此处，虽然通过将导线82设为扁平状来增强转矩，但是扁平状会导致从磁体部42向导线82的交链磁通增大，使涡电流增大。但是，在本实施方式中，各导线82是多股线材86的集合体，并且，捻合线材86来构成各导体82a。因此，能提高在导线82流动的涡电流的减少效果。此外，通过使导线82呈在径向上较薄的扁平状，也能提高涡电流的减少效果。因此，根据本实施方式，能增强旋转电机10的转矩并减少涡电流损失。
磁体部42具有作为永磁体的第一磁体91和第二磁体92。在上述结构中，始终从磁体部42产生磁场。因此，即使在没有通过控制装置110来实施旋转电机10的驱动控制的情况下，通过转子40的空转也会始终从磁体部42产生旋转磁场，因谐波磁场使涡电流在导线82流动。但是，在本实施方式中，各导线82是多股线材86的集合体，并且，捻合线材86来构成各导体82a。因此，能提高在导线82流动的涡电流的减少效果。因此，根据本实施方式，即使在没有实施旋转电机10的驱动控制的情况下，也能理想地减少涡电流损失。
为了使在q轴铁芯部分产生的磁饱和消失，在转子40中在与定子50的相反面配置有第一磁体91和第二磁体92。以上述结构为前提，为了增强旋转电机10的转矩，采用极性各向异性结构的永磁体作为第一磁体91和第二磁体92。根据上述结构，虽然由于磁通的增大使转矩增强，但是导线82的交链磁通增大，涡电流增大。但是，在本实施方式中，各导线82是多股线材86的集合体，并且，捻合线材86来构成各导体82a。因此，能提高流动于导线82的涡电流的减少效果。因此，根据本实施方式，能增强旋转电机10的转矩并减少涡电流损失。
在上述旋转电机10中，在外壳30内，从由定子50和转子40构成的磁路组件的内周面向径向内侧的第一区域x1的体积大于在径向上从磁路组件的内周面到外壳30之间的第二区域x2的体积。通过增大体积，在第一区域x1中比在第二区域x2中容易散热。由此，能具有理想的散热性能。
此外，构成为第一区域x1的横截面的面积大于第二区域x2的横截面的面积。即，当将外壳30的内周面的半径设为d时，在距旋转中心d×0.705的距离的径向外侧配置有由定子50和转子40构成的磁路组件。此外，在转子40的磁体部42和定子绕组51在轴向上重叠的范围观察，第一区域x1的体积大于第二区域x2的体积。通过上述结构，使第一区域x1的体积大于第二区域x2的体积。由此，能具有理想的散热性能。
中间部45在轴向上配置于比转子40的中央靠任意一方侧。通过上述结构，与在转子的中央设有中间部的情况、在轴向的两侧设有中间部的情况相比，能增大第一区域x1的体积。此外，由于本实施方式的中间部45在轴向上配置于比转子40的中央靠任意一方侧，因此转子40在与中间部45的相反侧开口，从而易于散热。由此，能具有理想的散热性能。
转子40是配置于定子50的径向外侧的外转子结构，磁体部42固定于转子主体41的径向内侧。因此，与内转子结构不同，即使当转子40旋转时朝磁体部42作用离心力，也能通过转子主体41使磁体部42不会脱落，从而将磁体部42理想地保持在径向内侧。即，与内转子结构相比，能使将磁体部42固定于转子主体41的结构最少。例如，可以采用表面磁体式的转子40。其结果是，与内转子结构相比，能使转子40更薄，并使第一区域x1、第二区域x2更大。
具有作为保持定子50的定子保持构件的单元基座61，单元基座61具有组装于定子50的径向内侧的筒状部71。而且，在该筒状部71设有供冷却水流通的冷却水通路74(相当于冷却部)。通过冷却水通路74，能够对磁路组件进行散热(冷却)并且对收容于筒状部71的径向内侧且第一区域x1的电气组件62进行散热。此外，设有冷却水通路74，该冷却水通路74具有能理想地冷却磁路组件的冷却性能。由此，即使在第一区域x1收容有电气组件62的情况下，由于第一区域x1形成为大于第二区域x2，因此能理想地散热，上述电气组件62具有产生与磁路组件相等或以下的发热的发热构件(半导体模块66等)。
电气组件62具有因通电而发热的发热构件(半导体模块66、电容器模块68)，半导体模块66沿着筒状部71的内周面配置。冷却水通路74设于在径向内外与半导体模块66重叠的位置。通过上述结构，利用冷却水通路74能对磁路组件(转子40和定子50)进行散热(冷却)，并且能有效地对电气组件62进行散热。
半导体模块66构成逆变器电路，并且具有半导体开关元件。因此，半导体模块66在进行开关时会产生电磁波。因此，电气组件62相当于电磁波发生体。此外，电气组件62收容于被壳体部64包围的空间内，在其外侧层状地设有外壳30、转子40以及定子50。根据上述结构，能理想地屏蔽在逆变器电路产生的电磁噪声。
定子50是无切槽结构。由此，能增大定子绕组51的导体面积，并抑制其发热。此外，能使径向的厚度变薄，并增大第一区域x1的体积。
另外，当设为无切槽结构时，定子绕组51的导体的密度变高。因此，将各向异性导体用于定子绕组51。即，利用绝缘膜82b来包覆通过捻合多股线材86而成为捻线状的导体82a，从而构成导线82，该导线82构成定子绕组51。由此，能使绝缘设计容易。
当将转子40和定子50的气隙区域的外径的直径设为d，将极数设为p时，满足d/p＜12.2。更详细地说明，当将转子40的内径(即位于转子40与定子50之间的气隙区域的外径的直径)设为d，将旋转电机10的极数(本实施方式中为16极)设为p时，d/p是小于12.2的值。通过将d/p设为12.2以下，能使第一区域x1大于第二区域x2。
转子40是在转子主体41固定有作为磁体部42的永磁体的表面磁体式的转子。由此，能将铁等金属磁性体的使用量抑制在最小，并能变薄。
此外，在磁体部42采用了极性各向异性磁体即第一磁体91和第二磁体92，通过各磁体91、92使磁通在相邻的n、s极之间圆弧状地流动。因此，与例如径向各向异性磁体相比磁体磁路更长，如图24所示，磁通密度分布接近正弦波。其结果是，能够使磁通集中于磁极位置，提高旋转电机10的转矩。伴随于此，仅利用永磁体就能抑制磁通泄漏，并构成转子40的磁路。即，仅利用永磁体就能实现转子40的磁路的作用。因此，例如能采用表面磁体式的转子来提高可输出的转矩，并且使转子40变薄。由此，能提高可输出的转矩并增大第一区域x1。
旋转轴11由在轴向上位置不同的多个轴承21、22支承为可旋转，多个轴承21、22配置于轴向上的比转子40的中央靠轴向的任意一方侧。即，成为将多个轴承21、22配置于轴向的任意一方侧的悬臂支承结构。当设为悬臂支承结构时，轴承21、22的发热集中在轴向的任意一方侧。因此，即使在第一区域x1收容有包含了电容器模块68等发热体的电气组件62，也能从轴承21、22的相反侧有效地释放热量。
(第一实施方式的变形例)
·在上述实施方式中，将转子40中转子主体41的中间部45设为在轴向上具有台阶的结构，但是也可以对此进行变更，如图30所示，没有中间部45的台阶而设为平板状。
·如图31所示，也可以将内转子结构(内转结构)的旋转电机应用于本发明。在这种情况下，最好例如在外壳31内，从径向外侧依次设有定子50、转子40，在转子40的径向内侧设有逆变器单元60。
·如图32所示，也可以在转子40包括空冷翅片98。能利用空冷翅片98来制造空气的流动，从而有效地释放热量。
·在上述实施方式中，也可以在轴向上在转子40的中心侧的轴承22中，对外圈25从轴向向转子40侧施加压力。例如，如图33所示，在轴向上将圆环状的间隔件99配置于轴承21与轴承22之间。间隔件99具有向轴承22的外圈25侧突出的圆环状的凸部99a。凸部99a的内径构成为大于轴承22的内圈26的外径，小于外圈25的外径。此外，在设于保持构件23的径向内侧的台阶部23a与间隔件99之间夹设碟形弹簧等弹性构件ep，向间隔件99施加轴承22侧的按压力。由此，能仅对轴承22的外圈25从轴向向转子40侧施加压力。通过施加压力，能使轴承22内部的间隙消失，并减小振动。
以下，以与第一实施方式的不同点为中心，对其他实施方式进行说明。
(第二实施方式)
在本实施方式中，改变转子40中的磁体部42的极性各向异性结构，以下进行详细的说明。
如图34和图35所示，使用称为海尔贝克阵列的磁体阵列来构成磁体部42。即，磁体部42具有：将磁化方向(磁极的方向)设为径向的第一磁体131、以及将磁化方向(磁极的方向)设为周向的第二磁体132，以规定间隔在周向上配置有第一磁体131并且在周向上相邻的第一磁体131之间的位置配置有第二磁体132。第一磁体131和第二磁体132是由例如钕磁体等稀土类磁体构成的永磁体。
第一磁体131以使与定子50相对的一侧(径向内侧)的极交替为n极和s极的方式在周向上互相分开配置。此外，第2磁体132配置为在与各第1磁体131相邻的位置，周向的磁极方向交替地成为相反方向。因此，在第一磁体131包括磁化方向是径向外侧的第一a磁体131a和磁化方向是径向内侧的第一b磁体131b，在第二磁体132包括磁化方向是周向的两侧中的一方侧的第二a磁体132a和磁化方向是另一方侧的第二b磁体132b。此外，在磁体部42中，以第一a磁体131a→第二a磁体132a→第一b磁体131b→第二b磁体132b→第一a磁体131a的顺序在周向上配置各磁体。
磁体保持部43由软磁性材料构成，可以形成磁路。即，磁体保持部43抑制了磁通从第一磁体131和第二磁体132向径向外侧(定子50的相反侧)泄漏，并将磁通引导成向径向内侧返回。由此，提高了从第一磁体131和第二磁体132向径向内侧的磁通密度。
此外，在第一磁体131的径向外侧即转子主体41的磁体保持部43的一侧设有向径向内侧即定子50侧凹陷的凹部136。更详细地，在磁体部42设有凹部136，该凹部136构成为第一磁体131的定子相反侧的端面(磁极面131a)和第二磁体132的定子相反侧的端面(侧面132b)中的至少任意一个端面在径向上向定子50侧凹陷。具体地，凹部136设为，第一磁体131的径向外侧的端面(磁极面131a)和与上述第一磁体131相邻的第二磁体132的径向外侧的端面(侧面132b)在径向上互相不同。在本实施方式中，所有第一磁体131的磁极面131a比第二磁体132的侧面132b在径向上向定子50侧凹陷，从而设置凹部136。即，凹部136设于第一磁体131的径向外侧。此外，在周向上凹部136的长度是与第一磁体131的长度(尤其是第一磁体131的外周部的周向的长度)相对应的宽度。
此外，在上述凹部136配置有由软磁性材料构成的磁性体133。即，在第一磁体131的径向外侧，即转子主体41的磁体保持部43侧配置有由软磁性材料构成的磁性体133。例如磁性体133最好由电磁钢板、软铁和压粉铁心材料构成。
在这种情况下，磁性体133的周向的长度与第一磁体131的周向的长度(尤其是第一磁体131的外周部的周向的长度)相同。此外，在使第一磁体131和磁性体133一体化的状态下的该一体物的径向的厚度与第二磁体132的径向的厚度相同。换言之，第一磁体131的径向厚度比第二磁体132的径向厚度薄了磁性体133的量。即，以填补凹部136的方式设置磁性体133。各磁体131、132和磁性体133例如通过粘接剂互相固接。在磁体部42中，第一磁体131的径向外侧是与定子50相反的一侧，磁性体133设于径向上的第一磁体131的两侧中的与定子50相反的一侧(定子相反侧)。
在磁性体133的外周部形成有键134，该键134是向径向外侧、即转子主体41的磁体保持部43一侧突出的凸部。此外，在磁体保持部43的内周面形成有键槽135，该键槽135是收容磁性体133的键134的凹部。键134的突出形状和键槽135的槽形状相同，并且与形成于各磁性体133的键134对应地形成有数量与键134相同的键槽135。通过键134和键槽135的卡合来抑制第一磁体131和第二磁体132与转子主体41在周向(旋转方向)上的位置偏移。另外，可以将键134和键槽135(凸部和凹部，或者卡合部和被卡合部)设于转子主体41的磁体保持部43和磁性体133中的任意一个，也可以与上述相反地，在磁性体133的外周部设置键槽135并且在转子主体41的磁体保持部43的内周部设置键134。
此处，在磁体部42中，能通过交替地排列第一磁体131和第二磁体132来增大第一磁体131中的磁通密度。因此，在磁体部42中，能够产生磁通的单面集中，从而实现靠近定子50一侧的磁通强化。
此外，通过在第一磁体131的径向外侧即定子相反侧配置磁性体133，能抑制第一磁体131的径向外侧的局部磁饱和，进而能抑制因磁饱和而产生的第一磁体131的退磁。由此，最终能够增加磁体部42的磁力。换言之，本实施方式的磁体部42构成为在第一磁体131中将容易产生退磁的部分更换为磁性体133。
图36是具体表示磁体部42中的磁通的流动的图，其中(a)表示使用在磁体部42中不具有磁性体133的现有结构的情况，(b)表示使用在磁体部42中具有磁性体133的本实施方式的结构的情况。另外，在图36中，将转子主体41的磁体保持部43和磁体部42直线状地展开表示，图的下侧是定子侧，上侧是定子相反侧。
在图36的(a)的结构中，第一磁体131的磁极面和第二磁体132的侧面分别与磁体保持部43的内周面接触。此外，第二磁体132的磁极面与第一磁体131的侧面接触。第一磁体91和第二磁体92中，与磁极中心相比，在各自的磁极面的端部处磁通密度容易变大(磁通出入较多)。此外，根据图36的(a)的结构，在第一磁体131和第二磁体132的接触面(边界)处，第一磁体131的磁极面131a的端部和第二磁体132的磁极面132a的端部接近。因此，根据图36的(a)的结构，在磁体保持部43中的第一磁体131和第二磁体132的接触面附近容易产生磁饱和。
此外，在磁体保持部43产生了通过第二磁体132的外侧路径进入和第一磁体131接触的接触面的磁通f1、以及与磁体保持部43大致平行且吸引第二磁体132的磁通f2的磁通的合成磁通。穿过磁体保持部43的磁通绕过磁体保持部43中的局部磁饱和的部位(第一磁体131和第二磁体132的接触面附近)。其结果是，穿过磁体保持部43的磁路变长，容易发生退磁。
与此相对，在图36的(b)的结构中，凹部36设为，第一磁体131的径向外侧的端面(磁极面131a)和与上述第一磁体131相邻的第二磁体132的径向外侧的端面(侧面132b)在径向上互相不同。由此，第一磁体131的磁极面131a的端部和第二磁体132的磁极面132a的端部分开，抑制了在磁体保持部43中的第一磁体131和第二磁体132的接触面附近产生磁饱和。即，能够抑制磁体保持部43中的磁饱和并抑制磁通的流动偏斜。因此，提高了对于退磁的耐力。
此外，在设有凹部136的空间填补有磁性体133。因此，在磁体部42的径向外侧，在第一a磁体131a与第一b磁体131b之间，磁通容易经由磁性体133和磁体保持部43流动。即，与代替磁性体133设为非磁性体或气隙的情况相比，通过磁性体133填补凹部136能使磁通易于流动。此外，来自第二磁体132的磁极面132a的磁通也容易经由磁性体133向第一磁体131的磁极面131a流动。由此，来自第一磁体131和第二磁体132的磁通能良好地穿过磁体保持部43和磁性体133。
此外，在图36的(b)的结构中，与图36的(a)不同，能够消除促进磁饱和的f2。由此，能有效地提高整个磁路的磁导。通过上述结构，即使在严酷的高温条件下也能保持上述磁路特性。
此外，与以往的spm转子中的径向磁体相比，通过磁体内部的磁体磁路更长。因此，能够使磁体磁导上升，提高磁力，从而增强转矩。此外，能通过使磁通集中在d轴的中央来提高正弦波匹配率。尤其是，当通过pwm控制使电流波形成为正弦波或梯形波，或者利用120度通电的开关ic时，能更有效地增强转矩。
即，如图37所示，磁通密度分布接近正弦波。其结果是，与图25中作为比较例而示出的径向各向异性磁体的磁通密度分布不同，能使磁通集中在磁极位置，并且能提高旋转电机10的转矩。另外，在图37中，横轴表示电角度，纵轴表示磁通密度。此外，在图37中，横轴的90°表示d轴(即，磁极中心)，横轴的0°和180°表示q轴。
在图25所示的比较例中，磁通密度在q轴附近急剧变化。磁通密度的变化越急剧，在定子绕组51产生的涡电流越增加。与此相对，在本实施方式中，磁通密度分布接近正弦波。因此，在q轴附近，磁通密度的变化小于径向各向异性磁体的磁通密度的变化。由此，能抑制涡电流的产生。另外，磁通密度分布的正弦波匹配率最好是例如40％以上的值。这样，与使用正弦波匹配率为30％左右的径向取向磁体或使用平行取向磁体的情况相比，能够可靠地提高波形中央部分的磁通量。
在磁体部42中，在各磁体131、132的d轴附近(即磁极中心)，在与磁极面正交的方向上产生磁通，上述磁通呈越远离磁极面则越远离d轴的圆弧状。此外，越是与磁极面正交的磁通，磁通越强。在这方面，在本实施方式的旋转电机10中，由于如上所述使各导线组81沿径向变薄，因此导线组81的径向的中心位置靠近磁体部42的磁极面，从而能够在定子50中从转子40接收较强的磁体磁通。
此外，在定子50的定子绕组51的径向内侧，即在夹着定子绕组51的转子40的相反侧设有圆筒状的定子铁芯52。因此，在将定子铁芯52用作磁路的一部分的同时，从各磁体131、132的磁极面延伸的磁通被定子铁芯52吸引并绕定子铁芯52一周。在这种情况下，能够优化磁体磁通的方向和路径。
根据以上详述的第二实施方式，能够得到以下优异的效果。
在磁体部42设有凹部136，该凹部136构成为第一磁体131的定子相反侧的端面(磁极面131a)和第二磁体132的定子相反侧的端面(侧面132b)中的至少任意一个端面在径向上向上述定子侧凹陷。更详细地，在磁体部42设有凹部136，该凹部136构成为向径向内侧凹陷，使得第一磁体131的径向外侧的端面(磁极面131a)和与上述第一磁体131相邻的第二磁体132的径向外侧的端面(侧面132b)在径向上互相不同。此外，在凹部136设有由软磁性材料构成的磁性体133。
由此，第一磁体131的磁极面131a的端部和第二磁体132的磁极面132a的端部分开，抑制了在磁体保持部43中的第一磁体131和第二磁体132的接触面附近产生磁饱和。由此，能抑制磁通的流动偏斜，并抑制退磁。此外，由于在设有凹部136的空间填补有磁性体133，因此在磁体部42的径向外侧，在第一a磁体131a与第一b磁体131b之间，磁通容易经由磁性体133和磁体保持部43流动。此外，来自第二磁体132的磁极面132a的磁通也容易经由磁性体133向第一磁体131的磁极面131a流动。由此，来自第一磁体131和第二磁体132的磁通能良好地穿过磁体保持部43和磁性体133。综上，能使来自磁体131、132的磁通的流动变好，从而提高向定子50侧的磁通密度。
此外，在磁化方向是径向的第一磁体131中，上述定子50的相反侧最容易退磁。因此，在上述结构中，使所有第一磁体131的端面比第二磁体132的端面向径向内侧凹陷来设置凹部136，将磁性体133配置成在径向上位于第一磁体131的内外。由此，能有效地抑制退磁，并有效地减少第一磁体131的量。
此外，通过使第一磁体131的径向厚度尺寸和磁性体133的径向厚度尺寸相加而成的尺寸与第二磁体132的径向厚度尺寸相同，能使磁通的流动变好，从而提高磁通密度。
由软磁性材料构成的磁体保持部43在磁体部42中设于定子50的相反侧，并且遍及在周向上相邻的多个磁体131、132地设置。由此，能抑制在磁体部42中磁通从定子50的相反侧泄漏，从而提高向定子50侧的磁通密度。此时，在磁体保持部43内，有产生局部磁饱和，第一磁体131发生退磁的可能性，但是如上所述，通过在凹部136设置磁性体133能抑制磁饱和，并防止第一磁体131的退磁。
构成为转子40配置于定子50的径向外侧的外转子结构。外转子结构与内转子结构相比，由于离心力会使磁体部42难以脱落，因此不需要防脱落构件。由此，能够使转子40变薄，缩短定子50与转子40之间的气隙长度，从而提高输出转矩。
磁性体133包括在周向上与磁体保持部43卡合的键134。通过在通常机械特性(刚度等)比磁体好的磁性体133设置作为卡合部的键134，能够良好地进行和磁体保持部43的止转。
磁体部42以第一a磁体131a、第二a磁体132a、第一b磁体131b、第二b磁体132b的顺序在周向上排列。通过设为上述磁体阵列(磁通集中阵列)，能提高向定子50侧的磁通密度。
在采用了第二实施方式的磁体阵列的情况下，也能仅利用磁体131、132来抑制磁通泄漏，构成转子40的磁路。即，仅利用磁体131、132就能实现转子40的磁路的作用。
因此，对作为惯量的磁体131、132进行保持的转子主体41例如可以不是金属磁性体而是cfrp这样的合成树脂。通过将转子主体41不设为金属磁性体而设为合成树脂等，能使惯量最小化，其结果是，即使采用悬臂支承结构也能抑制惯量并抑制转子40的抖动、振动。
此外，由于仅利用磁体131、132就能实现转子40的磁路作用，因此能采用表面磁体式的转子来提高可输出的转矩，并使转子40变薄。由此，能提高可输出的转矩并增大第一区域x1。
(第二实施方式的变形例)
·在第二实施方式中，在第一磁体131的定子50的相反侧设置凹部136并配置有磁性体133，但是，也可以在第二磁体132的定子50的相反侧配置磁性体133。例如，如图38所示，也可以使第二磁体132的径向厚度尺寸小于第一磁体131径向厚度尺寸，从而设置凹部136。此外，也可以通过在上述凹部136配置磁性体133，将磁性体133在第二磁体132中设于定子50的相反侧。此时，期望的是第二磁体132的径向厚度尺寸和磁性体133的径向厚度尺寸相加而成的尺寸与第一磁体131的径向厚度尺寸相同。
由此，能有效地抑制退磁，并有效地减少第二磁体132的量。此外，通过使第二磁体132的径向厚度尺寸和磁性体133的径向厚度尺寸相加而成的尺寸与第一磁体131的径向厚度尺寸相同，能使磁通的流动变好，从而提高磁通密度。
·在第二实施方式中，在第一a磁体131a和第一b磁体131b这两者设置有凹部136和磁性体133，但是也可以仅在磁化方向是定子50侧(径向内侧)的第一a磁体131a或第一b磁体131b的任意一方设置凹部136和磁性体133。由此，能够抑制转子40的铁损，并良好地抑制退磁。同样地，也可以在第二a磁体132a或第二b磁体132b的任意一方设置凹部136和磁性体133。此外，也可以设置第一a磁体131a、第一b磁体131b、第二a磁体132a、第二b磁体132b中的至少一个的端面向定子50侧凹陷的凹部136，并在该凹部136设置磁性体133。此外，也可以设置多个第一a磁体131a的端面中的至少一个端面向定子50侧凹陷的凹部136。第一b磁体131b、第二a磁体132a、第二b磁体132b也一样。此外，也可以通过各磁体131、132的定子相反侧的端面中的至少一个以上的端面向定子50侧凹陷来设置凹部136。
·在第二实施方式中，第一磁体131的周向上的长度和第二磁体132的周向上的长度可以分别任意进行变更。例如，如图39所示，也可以使第一磁体131比第二磁体132短。此时，若周向上的第二磁体132的长度由电角度α〔dege〕表示，则期望在52＜α＜80的范围(参照图40)。通过配置磁性体133，通常为60〔dege〕的中间极角度最优值偏移为68〔dege〕。因此，通过在上述范围设定第二磁体132(中间极)，能不退磁且良好地进行机械止转。
·在第二实施方式中，在磁性体133和磁体保持部43设有键134和键槽135，但是也可以不设置。例如，也可以利用粘接等固定。
·在第二实施方式中，磁性体133和键134不是必须的。
·在第二实施方式中，通过软磁性材料构成磁体保持部43，但是也可以不通过软磁性材料构成。
·在第二实施方式中，第二磁体132的磁化方向也可以是包含了径向和周向各自的分量的方向。
(第三实施方式)
在本实施方式中，通过拐弯部84互相连接的同相的直线部83彼此配置于以转子40的轴心为中心的同一个节圆上的位置。此处，将同一个节圆上的周向长度且沿周向相邻的直线部83彼此的周向上的中心位置之间的长度设为配置间距ps。使用图41对上述配置间距ps进行说明。图41中，用c1表示与第一层的直线部83对应的节圆，用c2表示与第二层的直线部83对应的节圆。此外，用p1表示与第一层的直线部83对应的配置间距ps，用p2表示与第二层的直线部83对应的配置间距ps。此外，用dl1表示与第一层对应的节圆c1的直径ds，用dl2表示与第二层对应的节圆c2的直径ds。另外，在图41中，直线状地展开表示定子50等。
在各层中，当将ds/ps设为ι时，通过将ι设定为适当的范围内的值，能不依赖旋转电机10的体型而适当且简单地实施转矩的增强。此外，上述范围如图42所示，为24＜ι＜34。上述范围是在例如作为以往的车辆用旋转电机的最大电流值设定的20[a/mm2]～40[a/mm2]的范围中，设定为能增大上述的导体区域/间隙区域的范围。根据上述设定，例如，能实现相对于旋转电机10的外径具有最大的导体面积的定子绕组51，并且能使旋转电机的输入电力密度成为与旋转电机10的体型相对应的最大值。图43示出了具有6相的相绕组的旋转电机中与各极数pn对应的ι的值。在本实施方式中，由于定子绕组51的极数是16极，因此ι是与16极对应的值。若确定了与旋转电机的规格对应的ds，则能通过使用ι来简单地确定配置间距ps。因此，根据使用ι的设定方法，能在使各直线部83的配置位置的间距适当时，抑制设计工时的增加。
当不需要限定于车辆用的用途时，ι的范围也可以设定为24＜ι＜38。此外，ι的范围优选大于25。此外，由于在本实施方式中没有各相的分布系数，因此例如绕组系数为1。
根据上述说明的本实施方式，能够取得下述技术效果。
通过拐弯部84互相连接的同相的直线部83彼此配置于以转子40的轴心为中心的同一个节圆上的位置。将同一个节圆上的周向长度且沿周向相邻的直线部83彼此的周向上的中心位置之间的长度即配置间距设为ps，将同一个节圆的直径设为ds，将ds/ps设为ι。在这种情况下，以设定为24＜ι＜34的方式确定各直线部83的周向上的配置位置的间距。通过设为24＜ι＜34，能将各直线部83在周向上紧密地配置，从而实现转矩的增强。此时，通过使用ι，能不依赖于旋转电机的体型而适当且简单地确定用于增强转矩的各直线部83的适当的配置位置，能抑制旋转电机的设计工时的增加。此处，配置间距是指导体本身的配置的间距或者例如若是3相绕组则表示导体组u、v、w的相间绝缘层的间距。
直线部83和拐弯部84有时由铜之外的导电性材料构成。在这种情况下，如图42和图43所示，当将铜的电阻率〔ωm〕设为ρ1，将导电性材料的电阻率设为ρ2，将ρ1/ρ2设为ρs时，设定成24/ρs＜ι＜34/ρs即可。另外，当直线部83和拐弯部84由铜构成时，设为ρs＝1。
在定子绕组51组装有定子铁芯52。旋转电机10是在沿周向相邻的直线部83之间没有设置由软磁性体制成的铁芯构件的无切槽结构。在这种情况下，通过使相对于转子40设于径向相反侧的定子铁芯52作为背轭发挥作用，即使在各直线部83之间不存在铁芯构件，也能形成适当的磁路。此外，根据无切槽结构，与在各直线部83之间设有铁芯构件的情况相比，能通过使相邻的各直线部83靠近来增大导体截面积。此外，根据无切槽结构，能通过不设置直线部83之间的铁芯构件来消除磁饱和。由于能消除磁饱和，能增大导体截面积，以及能形成适当的磁路，从而能增大向定子绕组51的通电电流。由此，能实现旋转电机10的转矩的增强。
即，上述ι这样的参数是表示无切槽结构这样的、多个直线部83在周向上相邻配置的结构的定子绕组51中使转矩增强的数值区域的新的参数，是基于与其他表示使转矩增强的数值区域的参数完全不同的技术思想的新的特殊参数。
(第三实施方式的变形例1)
在本实施方式中，如图44所示，定子绕组210由圆导线构成。定子绕组210包括圆环状的定子铁芯200和作为导线的直线部211和拐弯部212。导线是截面呈圆形的圆导线。各导线弯曲形成为在周向上以规定的配置图案配置，由此，作为定子绕组210形成针对各相的相绕组。交替地重复直线部211和拐弯部212，从而各导线构成为波形的连续导体。直线部211配置于在径向上与磁体部相对的位置，在磁体部的轴向外侧的位置隔着规定间隔配置的同相的直线部211彼此通过拐弯部212互相连接。在本实施方式中，定子绕组210通过分布绕组而卷绕形成为圆环状。
定子绕组210每相使用一对导线来构成各相的绕组，并且一层设有3相绕组。另外，在图44所示的例子中，极数是16极。此外，各直线部211和各拐弯部212由绝缘膜覆盖。由此，确保了上述直线部211和拐弯部212之间的绝缘性。另外，除了用于连接的露出部分之外，由各直线部211和各拐弯部212构成的各相绕组通过绝缘膜保持绝缘性。作为露出部分，例如是输入输出端子部或者形成星形连接时的中性点部分。
各直线部211在径向上配置于相同的位置，在周向上每3个位置分开的直线部211彼此通过拐弯部212互相连接。换言之，在各直线部211中，均在以转子的轴心为中心的同一个节圆上，隔开3个位置的直线部211通过拐弯部212互相连接。拐弯部212由在轴向上延伸的拐弯部212a、朝向径向外侧的拐弯部212b和朝向径向内侧的拐弯部212c构成。由此，避免了线圈边端部中的拐弯部212彼此的干涉。
在本实施方式中，以设定为24＜ι＜34的方式确定各直线部211的周向上的配置位置的间距。由此，沿周向相邻的直线部211接触。
在本实施方式中，通过设定为24＜ι＜34，能在例如作为车辆用旋转电机的最大电流值设定的20[a/mm2]～40[a/mm2]的范围中，作为导体，在定子与转子之间紧密地配置成型性良好且宽高比小于2的圆导线。另外，导体也可以是方形导线。
当ι不在24＜ι＜34的范围并且以宽高比在2以上的方式制作导体时，由于铜的伸长率会达到35％以上或者更高，从而处于超过了铜的伸长量的容许值的范围。其结果是，在铜线的弯曲加工中，在铜线上发生断裂等，无法使铜线成型。
此外，根据24＜ι＜34的设定，即使在使用导体段或者圆导线的任意一种的情况下，由于能使输入电力密度最大，因此不需要改变当前的旋转电机的控制系统，能避免成本的大幅增大。
图45示出了与1相对应的直线部211和拐弯部212的连接形态的示意图。另外，在图45中，将配置有各直线部211的位置分别表示为d1、d4、d7…。如图45所示，在本实施方式中，在露出部分即输入输出端子部之间连接有各直线部211和各拐弯部212。因此，通过将定子绕组210的一部分钩挂在定子铁芯200的突起部的简单的作业，就能进行定子绕组210的周向的定位，从而大幅改进定子绕组210的组装性。
另外，如上所述，当假设了穿过直线部211的径向的中心位置(即圆形截面的中心点)的假想圆时，上述情况的突起部最好呈不向该假想圆的径向外侧突出的形状。
(第三实施方式的变形例2)
除了同相的相绕组构成为由各直线部211和各拐弯部212构成的连续导体之外，也可以如图46所示，直线部211和拐弯部212构成的多个(具体例如是两个)导体构件230、240通过焊接或者钎焊等电连接，从而构成波形卷绕的同相的相绕组。在这种情况下，定子铁芯200具有导体构件的数量以上的突起部即可。各突起部设于定子中的与各导体构件230、240的配置位置相对应的位置。根据上述结构，在同相的相绕组由多个导体构件230、240构成的情况下，能容易实施周向上的各导体构件230、240的定位。
(第三实施方式的变形例3)
在本实施方式中，旋转电机是内转子结构(内转结构)。图47是旋转电机300的沿着旋转轴301的方向的纵剖视图。
旋转电机300包括旋转轴301、两个轴承302、303、外壳310、转子320以及定子330。上述各构件均和旋转轴301一起同轴配置。
各轴承302、303设于外壳310，在轴向上互相分开地配置。各轴承302、303是例如径向滚珠轴承。旋转轴301和转子320通过各轴承302、303支承为旋转自如。
转子320具有：形成为圆筒状的转子主体321；以及设于该转子主体321的环状的磁体部322。磁体部322由多个磁体构成，该多个磁体配置为沿着周向交替地改变磁极。在本实施方式中，旋转电机300是埋入磁体式。
定子330设于转子320的径向外侧。定子330具有卷绕形成为大致筒状的定子绕组331和配置于其径向外侧的定子铁芯332。定子铁芯332呈圆环状，并设于外壳310的径向内侧。定子铁芯332例如通过粘结剂等固定于外壳310。定子铁芯332例如与第一实施方式相同，最好构成为不存在极齿的无切槽结构。
定子绕组331配置为隔着规定的气隙与圆环状的磁体部322相对。定子绕组331是3相绕组，绕组方式是全段分布绕组，但是不限定于此。构成定子绕组331的导线与第一实施方式相同是扁平状。此外，构成定子绕组331的导体例如与第一实施方式相同，构成为多股线材的集合体，并且通过捻合多股线材而形成为捻线状。
在本实施方式中，使用32极对的转子320。此外，例如在外壳310内，最好在转子40的径向内侧设有逆变器单元。
根据以上说明的本实施方式，能得到基于第三实施方式的效果的效果。
(第三实施方式的其他变形例)
·如图48所示，构成导线410的拐弯部410b也可以至少固定在定子铁芯400的轴向两端部。由此，能将定子绕组牢固地固定于定子铁芯400。另外，410a表示构成导线410的直线部。
·线圈边端部附近为线圈收容凹部47，因此在配置导线时空间上的制约较小。因此，如图49所示，也可以是拐弯部502的截面积大于直线部501的截面积。由此，能减小拐弯部502的电阻，增大流通电流从而增强转矩。此外，通过增大截面积，能有效地从拐弯部502实施散热。
另外，通过增大截面积，能例如在拐弯部502中增大线圈边端部附近与定子铁芯的接触面，从而更牢固地固定定子绕组。另外，在这种情况下，利用例如粘接剂或者由非导电体构成的铆钉、螺钉等固定用构件，将定子绕组固定于定子铁芯即可。
·作为埋入磁体式的旋转电机的转子，也可以使用图50所示的结构。转子600具有转子主体610和永磁体620。在转子主体610形成有供旋转轴插通的孔630。在上述结构中，由于不仅在磁体磁通直接作用的d轴产生磁通，还在q轴产生磁通，因此能增大磁场强度。其结果是，进一步提高了旋转电机的转矩增强效果。
·作为旋转电机，也可以使用感应电动机。在这种情况下，作为转子也可以使用图51所示的结构。转子700具有转子主体710、转子导体720(例如笼式导体)以及防止转子导体720飞散的板状的构件740。另外，在图51中，730表示旋转轴，750表示定子铁芯。
·作为旋转电机，也可以在转子包括励磁绕组或者永磁体和励磁绕组这两者。作为上述旋转电机，图52示出了包括伦德尔式磁极铁芯810的转子800。另外，在图52中，820表示供旋转轴插通的孔。在上述结构中，由于磁体磁通和励磁磁通混合，从而使d轴周边的磁通进一步复杂，并使磁通量进一步变大。在上述结构中，也能通过适当地设定ι来得到转矩增强效果。
·作为表面磁体式的转子，也可以使用图53所示的转子900。转子900具有作为铁芯的转子主体910和双极对的永磁体920。在转子主体910形成有供旋转轴插通的孔930。
·如图54所示，定子绕组包括导线1041和设于各导线1041之间的由合成树脂制成的密封部1042。定子绕组利用未图示的粘接剂固定于定子铁芯1032。在定子铁芯1032形成有不从导线1041的转子侧的面突出的程度的突起部1033。上述突起部也可以是例如车床切削的工具标记程度的亚微米级的凸起。通过在上述突起部1033缠绕粘接剂，将定子绕组牢固地固定于定子铁芯1032。另外，根据圆导线的曲率或者方形导线的角的曲率，期望突起部1033的径向尺寸是0.1～1.0mm左右。
·如图55所示，定子绕组包括两层的导线1043、1044和设于各导线1043、1044之间的由合成树脂制成的密封部1045。定子绕组利用未图示的粘接剂固定于定子铁芯1034。在定子铁芯1034形成有突起部1035。第一层导线1043比第二层导线在周向上更紧密地配置。
·当没有定子绕组的各直线部的周向的间隙，或者间隙微小时，能增大各直线部与冷却液、空气的接触面积，尤其是能防止在利用冷却液的冷却系统中成为问题的、冷却液从各直线部之间的间隙的扩散。在这种情况下，除了通过增大各直线部的截面积能降低铜损之外，还能有效地从各直线部散热。
·定子绕组的并列根数相对于转子的极数、定子的相数的数量较多，产生于并列导线之间的循环电流变大，会产生存在无效电力的问题。在这种情况下，能够通过将相数增加到6相或者12相等来解决上述问题。
·通过将转子的极数设为12极以上，能在交流发电机等车辆用旋转电机中大量应用的6相的定子绕组中不使用并列连接。由此，由于产生于并列导线之间的循环电流为零，因此能使旋转电机容易控制，并制作出发热较少的定子绕组。此外，作为旋转电机，即使已制作出6相的旋转电机，也能通过将6相的相绕组的每两相并列连接来简单地设为3相的旋转电机。
(第四实施方式)
以下，参照附图，以与第一实施方式的不同点为中心，对第四实施方式进行说明。在本实施方式中，旋转电机是内转子结构(内转结构)。图56是旋转电机1100的在沿着旋转轴1101的方向上的纵剖视图。
旋转电机1100包括旋转轴1101、两个轴承1102、1103、外壳1110、转子1120以及定子1130。上述各构件均和旋转轴1101一起同轴配置。
各轴承1102、1103设于外壳1110，在轴向上互相分开地配置。各轴承1102、1103是例如径向滚珠轴承。旋转轴1101和转子1120通过各轴承1102、1103支承为旋转自如。
转子1120具有：形成为圆筒状的转子主体1121；以及设于该转子主体1121的外周侧的环状的磁体部1122。磁体部1122由多个磁体构成，该多个磁体配置为沿着周向交替地改变磁极。
定子1130设于转子1120的径向外侧。定子1130具有卷绕形成为大致筒状的定子绕组1131和配置于其径向外侧的定子铁芯1132。定子铁芯1132呈圆环状，并设于外壳1110的径向内侧。定子铁芯1132例如通过粘结剂等固定于外壳1110。定子铁芯1132例如与第一实施方式相同，构成为不存在极齿的无切槽结构。
定子绕组1131配置为隔着规定的气隙与圆环状的磁体部1122相对。定子绕组1131是3相绕组，绕组方式是全段分布绕组，但是不限定于此。构成定子绕组1131的导线与第一实施方式相同是扁平状。此外，构成定子绕组1131的导体例如与第一实施方式相同，构成为多股线材的集合体，并且通过捻合多股线材而形成为捻线状。
例如在外壳1110内，最好在转子1120的径向内侧设有逆变器单元。此外，图56中，将从磁体部1122的径向外侧的外周面到定子铁芯1132的径向内侧的内周面的距离表示为g1，将从磁体部1122的径向外侧的外周面到定子绕组1131的径向内侧的内周面的距离表示为g2。在本实施方式中，也能减小绕组比例k，减小磁路的磁阻。
根据以上说明的本实施方式，能得到基于第一实施方式的效果的效果。
(第四实施方式的变形例1)
以下，参照附图，以与上述第一实施方式的不同点为中心，对本实施方式进行说明。在本实施方式中，如图57所示，旋转电机是外转子结构，与第一实施方式的结构不同。图57是旋转电机1200的在沿着旋转轴1201的方向上的纵剖视图。
旋转电机1200包括旋转轴1201、两个轴承1202、1203、外壳1210、转子1220以及定子1230。上述各构件均和旋转轴1201一起同轴配置。各轴承1202、1203设于外壳1210，在轴向上互相分开地配置。旋转轴1201和转子1220通过各轴承1202、1203支承为旋转自如。
转子1220具有：形成为中空圆筒状的转子主体1221、设于该转子主体1221的径向内侧的环状的转子铁芯1222、以及设于该转子铁芯1222的径向内侧的环状的磁体部1223。磁体部1223由多个磁体构成，该多个磁体配置为沿着周向交替地改变磁极。
定子1230设于转子1220的径向内侧。定子1230具有卷绕形成为大致筒状的定子绕组1231和配置于其径向内侧的定子铁芯1232。定子铁芯1232呈圆环状。定子铁芯1232例如与第一实施方式相同，构成为不存在极齿的无切槽结构。
定子绕组1231配置为隔着规定的气隙与圆环状的磁体部1223相对。构成定子绕组1231的导线与第一实施方式相同是扁平状。此外，构成定子绕组1231的导体例如与第一实施方式相同，构成为多股线材的集合体，并且通过捻合多股线材而形成为捻线状。另外，图57中，将从磁体部1223的径向内侧的内周面到定子铁芯1232的径向外侧的外周面的距离表示为g1，将从磁体部1223的径向内侧的内周面到定子绕组1231的径向外侧的外周面的距离表示为g2。
根据以上说明的本实施方式，能得到基于第一实施方式的效果的效果。
(第四实施方式的变形例2)
以下，参照附图，以与第一实施方式的不同点为中心，对本实施方式进行说明。在本实施方式中，旋转电机不是径向间隙结构，而是图58所示的轴向间隙结构。图58是旋转电机1300的在沿着旋转轴1301的方向上的纵剖视图。
旋转电机1300包括旋转轴1301、轴承1302、外壳1310、转子1320以及定子1330。轴承1302设于外壳1310，并且是例如径向滚珠轴承。旋转轴1301和转子1320通过各轴承1302支承为旋转自如。
转子1320具有：形成为圆盘状的转子主体1321；以及设于该转子主体1321的圆盘状的磁体部1322。磁体部1322由多个磁体构成，该多个磁体配置为沿着周向交替地改变磁极。
定子1330设于在轴向上与转子1320相对的位置。定子1330具有形成为圆盘状的定子绕组1331和定子铁芯1332。定子铁芯1332呈圆盘状。定子铁芯1332是不存在极齿的无切槽结构。
定子绕组1331配置为隔着规定的气隙与圆环状的磁体部1323相对。定子绕组1331呈图59所示的扇形。构成定子绕组1331的导线与第一实施方式相同是扁平状。此外，构成定子绕组1331的导体例如与第一实施方式相同，构成为多股线材的集合体，并且通过捻合多股线材而形成为捻线状。另外，图58中，将从磁体部1322中与定子绕组1331的相对面到定子铁芯1332的轴向两端部中的与定子绕组1331相反侧的面的距离表示为g1，将从磁体部1322中与定子绕组1331的相对面到定子绕组1331中与磁体部1322的相对面的距离表示为g2。
以往，在带极齿的轴向间隙结构的旋转电机中，由于绕组作业麻烦，集中绕组成为主流。但是，由于设为无切槽结构，从而能相对容易地实施全段分布绕组等有利于振动噪声的绕组。
根据以上说明的本实施方式，能得到基于第一实施方式的效果的效果。
(第四实施方式的变形例3)
作为轴向间隙结构的旋转电机，如图60所示，可以是在轴向上夹着定子1430配置有两个磁体部1422a、1422b的串联式的旋转电机。旋转电机1400包括旋转轴1401、两个轴承1402、1403、外壳1410、转子1420以及定子1430。定子1430具有第一定子绕组1431a、第二定子绕组1431b以及定子铁芯1432。转子1420具有第一转子铁芯1421a、第二转子铁芯1421b以及第一磁体部1422a、第二磁体部1422b。根据图60所示的结构，能比第四实施方式的变形例3增强旋转电机1400的转矩。
(第五实施方式)
在上述第一实施方式中，构成为将定子铁芯52的外周面设为没有凹凸的曲面状，以规定间隔在该外周面并排配置多个导线组81，但是也可以对此进行变更。例如，如图61所示，定子铁芯52具有圆环状的轭部141和突起部142，其中，上述轭部141设于定子绕组51的径向两侧中的与转子相反的一侧(图的下侧)，上述突起部142以从上述轭部141朝向沿周向相邻的直线部83之间突出的方式延伸。突起部142以规定间隔设于轭部141的径向外侧即转子40侧。定子绕组51的各导线组81和突起部142在周向上卡合，将突起部142用作定位部来沿周向并排配置。另外，突起部142相当于“绕组间构件”。
突起部142构成为，从轭部141起算的径向的厚度尺寸比沿径向与轭部141相邻的直线部83的径向的厚度尺寸的1/2(图的h1)小。通过上述突起部142的厚度限制，在沿周向相邻的导线组81(即直线部83)之间突起部142不作为极齿发挥作用，无法形成由极齿形成的磁路。也可以不针对沿周向排列的各导线组81之间全部设置突起部142，只要在沿周向相邻的至少一组导线组81之间设置突起部142即可。突起部142的形状最好是矩形、圆弧形等任意的形状。
另外，当假定了以旋转轴11的轴心为中心并且通过沿径向与轭部141相邻的直线部83的径向的中心位置的假想圆时，突起部142最好呈在上述假想圆的范围内从轭部141突出的形状，换言之不向假想圆的径向外侧(即转子40侧)突出的形状。
根据上述结构，限制了突起部142的径向的厚度尺寸，并且在沿周向相邻的直线部83之间不作为极齿发挥作用，因此与在各直线部83之间设有极齿的情况相比，能够拉近相邻的各直线部83。由此，能够增大导体截面积，从而能减少伴随定子绕组51的通电而产生的发热。在上述结构中，能够通过不设置极齿来消除磁饱和，从而能增大向定子绕组51的通电电流。在这种情况下，能够理想地应对发热量伴随上述通电电流的增大而增加的情况。此外，在定子绕组51中，拐弯部84具有沿径向偏移来避免和其他拐弯部84的干涉的干涉避免部，因此能够将不同的拐弯部84彼此沿径向分开配置。由此，能够在拐弯部84中也实现散热性的提高。综上，能够使定子50处的散热性能合理化。
根据以上说明的本实施方式，将突起部142用作定位部来将定子绕组51的各直线部83沿周向并排配置。由此，能容易地实施绕组作业。
此处，由于限制了突起部142的径向的厚度尺寸，因此导致从磁体部42向在径向上从突起部142突出的直线部83的交链磁通增大。交链磁通的增大导致涡电流的增大。但是，由于各导线82是多股线材86的集合体，并且，捻合线材86来构成各导体82a，因此能减少涡电流。
通过设置突起部142，能使固定定子绕组51的树脂粘接剂有效地浸透到沿周向相邻的突起部142之间，从而将定子绕组51理想地固定于定子铁芯52。在这种情况下，由于定子铁芯52由层叠钢板构成，因此定子铁芯52具有周向和轴向各自的三维的凹凸面。其结果是，能将定子绕组51牢固地固定于定子铁芯52。
(第五实施方式的变形例1)
此外，若定子铁芯52的轭部141和转子40的磁体部42(即各磁体91、92)分开规定距离以上，则突起部142的径向的厚度尺寸不限于图61的h1。具体地，若轭部141和磁体部142分开2mm以上，则突起部142的径向的厚度尺寸也可以是图61的h1以上。例如，也可以是，当直线部83的径向厚度尺寸超过2mm，并且导线组81由径向内外的两层导线82构成时，在与轭部141不相邻的直线部83即从轭部141起第二层的导线82的一半位置的范围，设置突起部142。在这种情况下，只要突起部142的径向厚度尺寸达到“h1×3/2”，就能够通过增大导线组81中的导体截面积来得到上述效果。
(第五实施方式的变形例2)
定子铁芯52也可以是图62所示的结构。另外，在图62中，省略了密封部57，但是也可以设有密封部57。在图62中，为了便于说明，将磁体部42和定子铁芯52直线状地展开表示。
在图62的结构中，定子50在沿周向相邻的导线82(即直线部83)之间具有作为绕组间构件的突起部142。此处，当将在磁体部42的与1极对应的范围中通过定子绕组51的通电而励磁的突起部142的周向的宽度尺寸设为wt，将突起部142的饱和磁通密度设为bs，将磁体部42的与1极对应的周向的宽度尺寸设为wm，将磁体部42的残留磁通密度设为br时，突起部142由下式限定的磁性材料构成。
wt×bs≤wm×br…(1)
详细地，在本实施方式中，定子绕组51的三相绕组是分布绕组，在上述定子绕组51中，对于磁体部42的一极，突起部142的数量即各导线组81之间的间隙56的数量为“3×m”个。另外，m是导线82的对数。在这种情况下，当定子绕组51以各相规定顺序通电时，在一极内与两相对应的突起部142被励磁。因此，当将突起部142(即间隙56)的周向的宽度尺寸设为a时，在磁体部42的与一极对应的范围，由定子绕组51的通电而励磁的突起部142的周向的宽度尺寸wt为“2×a×m”。接着，在这样规定了宽度尺寸wt的基础上，在定子铁芯52中，突起部142由满足上式(1)的关系的磁性材料构成。另外，宽度尺寸wt是在一极内相对导磁率大于1的部分的周向尺寸。
另外，当将定子绕组51设为集中绕组时，在定子绕组51中，对于磁体部42的1极对(即2极)，突起部142的数量即各导线组81之间的间隙56的数量为“3×m”个。在这种情况下，当定子绕组51以各相规定顺序通电时，在一极内与一相对应的突起部142被励磁。因此，在磁体部42的与一极对应的范围中，通过定子绕组51的通电而励磁的突起部142的周向的宽度尺寸wt是“a×m”。而且，在这样规定了宽度尺寸wt的基础上，突起部142由满足上述(1)的关系的磁性材料构成。
在钕磁体、钐钴磁体、铁氧体磁体这样的bh积为20[mgoe(kj/m3)]以上的磁体中，bd为1.0[t]以上，铁中br为2.0[t]以上。因此，作为高输出电动机，在定子铁芯52中，突起部142只要是满足wt＜1/2×wm的关系的磁性材料即可。
(第五实施方式的变形例3)
在上述实施方式中，将覆盖定子绕组51的密封部57在定子铁芯52的径向外侧设置在包含所有各导线组81的范围、即设置在径向的厚度尺寸大于各导线组81的径向的厚度尺寸的范围，但是也可以对此进行变更。例如，如图63所示，构成为将密封部57设为使导线82的一部分伸出。更具体地，构成为将密封部57设为使导线组81中的最靠近径向外侧的导线82的一部分向径向外侧、即定子50侧露出。在这种情况下，密封部57的径向的厚度尺寸最好与各导线组81的径向的厚度尺寸相同或者小于上述厚度尺寸。
通过以使导线82的一部分伸出的方式设置密封部57，对导线82的露出部分进行空冷。因此，能提高导线82的散热性。
另外，图63示出了没有设置突起部142的结构，但是也可以是设有突起部142的结构。
(第五实施方式的变形例4)
如图64所示，也可以构成为，各导线组81没有被密封部57密封。即，构成为没有使用覆盖定子绕组51的密封部57。在这种情况下，沿周向排列的各导线组81之间成为没有极齿的空隙。
另外，图64示出了没有设置突起部142的结构，但是也可以是设有突起部142的结构。
(第六实施方式)
在本实施方式中，如图65所示，磁体部42(具体地，第一磁体91、第二磁体92)中的径向内侧的面和转子40的轴心在径向上的距离dm为50mm以上。
此外，当将磁体部42中的径向外侧的面和定子绕组51中的径向内侧的面的距离设为ls，将磁体部42的径向的厚度尺寸设为lm时，lm/ls为0.6以上且1以下。
此外，当将第一距离设为ma，将第二距离设为mb时，mb/ma为0.7以上且低于1。第一距离ma是从转子40的轴心到磁体部42的径向外侧的面的径向上的距离。第一距离ma是在定子50和转子40的磁路中，距转子40的轴心的径向上的距离的最大值。第二距离mb是从转子40的轴心到定子铁芯52的径向内侧的面的径向上的距离。第二距离mb是在磁路中距转子40的轴心的径向上的距离的最小值。
此外，如图66所示，当将磁体部42的1磁极间距的周向上的长度设为cs时，2×dm/cs为3.5以上且12以下。
此外，如图66所示，定子铁芯52的径向的厚度尺寸g1小于磁体部42的径向的厚度尺寸g2，并且大于定子绕组51的径向的厚度尺寸g3。
根据上述说明的本实施方式，能够取得下述技术效果。
在外转子结构的旋转电机10中，lm/ls为0.6以上且1以下。lm/ls越大，磁体部42的径向的厚度尺寸越大，磁体部42的磁动势越大。其结果是，在无切槽结构的旋转电机中，能提高定子绕组51中的磁通密度，从而实现旋转电机1的转矩的增强。此外，lm/ls越大，磁体部42与定子绕组51之间的气隙越小，磁路的磁阻越小。其结果是，能实现转矩的增强。因此，通过使lm/ls在0.6以上，能在实现转矩的增强的基础上实现理想的结构。
此外，mb/ma为0.7以上且低于1。mb/ma较大，表示磁路在径向上较薄，磁路在径向上较薄，表示磁路变短而磁阻变小。因此，通过使mb/ma为0.7以上，能够实现能减小磁阻的理想的结构。由此，能实现转矩的增强。
此外，在外转子结构中，mb/ma较大，表示壳体部64的径向内侧的收容空间较宽。由此，能确保电气组件62的收容空间。
定子铁芯52的径向的厚度尺寸g1小于磁体部42的径向的厚度尺寸g2，并且大于定子绕组51的径向的厚度尺寸g3。因此，定子铁芯52能不产生磁饱和地接收磁体部42的磁体产生的磁通，并且能使磁通不会从定子泄漏。
此外，通过设为g3＜g1＜g2，能相对减小定子绕组51的尺寸，并可靠地实现lm/ls为0.6以上的关系。
(第六实施方式的变形例1)
也可以将第六实施方式的结构应用于第二实施方式。在这种情况下，第二距离mb与第四实施方式相同。与此相对，第一距离ma为从磁体部42的径向外侧的面向径向外侧偏移df的转子主体41中的位置到转子40的轴心的径向上的距离。偏移df是因为，在海尔贝克阵列中，磁体部42的一部分磁通向转子主体41侧泄漏。如图67所示，df是从磁体部42的径向外侧的面，磁体部42的周向上的磁极间的长度的1/2。另外，在图67中，将转子主体41的磁体保持部43和磁体部42直线状地展开表示，图的下侧是转子侧，上侧是定子侧。此外，图67的磁体部的箭头表示根据第一磁体131、第二磁体132的合成磁通确定的磁极。
(第六实施方式的变形例2)
作为磁体部42，也可以如图68所示，在径向上被励磁。磁体部42具有磁化方向是径向内侧的第一磁体137和磁化方向是径向外侧的第二磁体138。另外，上述情况下的第一距离ma、第二距离mb与第四实施方式相同。
(第六实施方式的变形例3)
以下，参照附图，以与第六实施方式的不同点为中心，对本变形例3进行说明。在本实施方式中，旋转电机是内转子结构(内转结构)。图69是旋转电机1500的在沿着旋转轴1501的方向上的纵剖视图。
旋转电机1500包括旋转轴1501、两个轴承1502、1503、外壳1510、转子1520以及定子1530。上述各构件均和旋转轴1501一起同轴配置。
各轴承1502、1503设于外壳1510，在轴向上互相分开地配置。各轴承1502、1503是例如径向滚珠轴承。旋转轴1501和转子1520通过各轴承1502、1503支承为旋转自如。
转子1520具有：形成为圆筒状的转子主体1521；以及设于该转子主体1521的外周侧的环状的磁体部1522。磁体部1522由多个磁体构成，该多个磁体配置为沿着周向交替地改变磁极。在本实施方式中，磁体部1522与第一实施方式的极性各向异性结构相同。
定子1530设于转子1520的径向外侧。定子1530具有卷绕形成为大致筒状的定子绕组1531和配置于其径向外侧的定子铁芯1532。定子铁芯1532呈圆环状，并设于外壳1510的径向内侧。定子铁芯1532例如通过粘接剂等固定于外壳1510。定子铁芯1532例如与第一实施方式相同，是不存在极齿的无切槽结构。
定子绕组1531配置为隔着规定的气隙与圆环状的磁体部1522相对。定子绕组1531是3相绕组，绕组方式是全段分布绕组，但是不限定于此。构成定子绕组1531的导线与第一实施方式相同是扁平状。此外，构成定子绕组1531的导体与第一实施方式相同，构成为多股线材的集合体，并且通过捻合多股线材而形成为捻线状。
例如在外壳1510内，最好在转子1520的径向内侧设有逆变器单元。
本实施方式的旋转电机1500是内转子结构。因此，第二距离mb是从转子1520的轴心到定子铁芯1532的径向内侧的面的径向上的距离。此外，采用极性各向异性的永磁体。因此，第一距离ma是从转子1520的轴心到定子铁芯1532的径向外侧的面的径向上的距离。
(第六实施方式的变形例4)
如图70所示，磁体部1523所包括的永磁体可以是第二实施方式中的海尔贝克阵列的磁体或者第二实施方式的变形例中的磁体。在这种情况下，第二距离mb与第四实施方式相同。此外，第一距离ma为从定子铁芯1532的径向内侧的面向径向内侧偏移df/2的位置到转子1520的轴心的径向上的距离。
(第六实施方式的变形例5)
以下，参照附图，以与第一实施方式的不同点为中心，对本变形例5进行说明。在本实施方式中，如图71所示，旋转电机是外转子结构，与第一实施方式的结构不同。图71是旋转电机1600的在沿着旋转轴1601的方向上的纵剖视图。
旋转电机1600包括旋转轴1601、两个轴承1602、1603、外壳1610、转子1620以及定子1630。上述各构件均和旋转轴1601一起同轴配置。各轴承1602、1603设于外壳1610，在轴向上互相分开地配置。旋转轴1601和转子1620通过各轴承1602、1603支承为旋转自如。
转子1620具有：形成为中空圆筒状的转子主体1621、设于该转子主体1621的径向内侧的环状的转子铁芯1622、以及设于该转子铁芯1622的径向内侧的环状的磁体部1623。磁体部1623由多个磁体构成，该多个磁体配置为沿着周向交替地改变磁极。
定子1630设于转子1620的径向内侧。定子1630具有卷绕形成为大致筒状的定子绕组1631和配置于其径向内侧的定子铁芯1632。定子铁芯1632例如与第一实施方式相同，是不存在极齿的无切槽结构。
定子绕组1631配置为隔着规定的气隙与圆环状的磁体部1623相对。构成定子绕组1631的导线与第一实施方式相同是扁平状。此外，构成定子绕组1631的导体与第一实施方式相同，构成为多股线材的集合体，并且通过捻合多股线材而形成为捻线状。
本实施方式的定子铁芯1632的形状与第一实施方式的定子铁芯52不同。在第一实施方式中，将定子铁芯52的外周面用作用于确定第二距离mb的基准，但是本实施方式中无法做到这一点。因此，利用模拟等确定定子铁芯1632内的作为用于确定第二距离mb的基准的线即可。
(其他实施方式)
例如也可以如下所述改变上述实施方式。
·也可以构成为定子50不具备定子铁芯52。在这种情况下，定子50由图12所示的定子绕组51构成。另外，也可以构成为，在不具备定子铁芯52的定子50中，通过密封构件来密封定子绕组51。此外，也可以构成为，代替由软磁性材料制成的定子铁芯52，定子50包括由合成树脂等非磁性材料制成的圆环状的绕组保持部。
·在上述实施方式中，将旋转轴11设为在轴向上向旋转电机10的一端侧和另一端侧这两者突出，但是也可以对此进行变更，构成为仅向一端侧突出。在这种情况下，旋转轴11最好设为，由轴承部20悬臂支承的部分为端部，向其轴向外侧延伸。在本结构中，由于旋转轴11不向逆变器单元60的内部突出，因此可以更多地使用逆变器单元60的内部空间，详细地，使用筒状部71的内部空间。
·作为将旋转轴11支承为旋转自如的结构，也可以构成为，在转子40的轴向一端侧和另一端侧的两个部位设置轴承。在这种情况下，在图1的结构中，轴承最好夹着逆变器单元60设于一端侧和另一端侧的两个部位。
·在上述实施方式中，构成为在定子绕组51的导线82中将导体82a设为多股线材86的集合体，但是可以对此进行变更，也可以构成为使用截面呈矩形的方形导线作为导线82。此外，也可以构成为，使用截面呈圆形或截面呈椭圆形的圆导线作为导线82。
·在上述实施方式中，构成为在定子绕组51中，通过拐弯部84将以旋转轴11为中心的同一个节圆上的位置的直线部83彼此连接，上述拐弯部84包括干涉避免部，但是也可以对此进行变更。例如，也可以是，在定子绕组51中，通过拐弯部84将以旋转轴11为中心的不同节圆上的位置的直线部83彼此连接。总之，拐弯部84只要是具有沿径向偏移来避免和其他拐弯部84的干涉的干涉避免部的结构即可。
·在定子绕组51的导线组81中，作为避免在径向上重叠的各导线82的干涉的结构，也可以使用在第n层和第n+1层使拐弯部84的导线偏移的方向相反的结构、在第n层和第n+1层使轴向上的导线偏移位置不同的结构。
·在定子绕组51中，也可以构成为，在径向上将导线82的直线部83设为单层。此外，在将直线部83在径向内外配置为多层的情况下，该层的数量可以是任意的，还可以设为3层、4层、5层、6层等。
·在上述实施方式中，构成为在定子50的径向内侧设置逆变器单元60，但是除此之外，也可以构成为在定子50的径向内侧不设置逆变器单元60。在这种情况下，能将定子50的径向内侧的内部区域作为空间。此外，能在上述内部区域配置与逆变器单元60不同的部件。
例如，也可以将变压器等电压转换器收容于内部区域。电压转换器通过利用高频率使定子绕组51励磁，能以较少的铁损进行电压转换。此时，产生了电磁椅，但是能通过定子50、转子40以及外壳30来抑制其向外部泄漏。
此外，例如也可以将齿轮等减速机构(动力传递机构)收容于内部区域。动力传递机构由于其摩擦热等常常成为超过100℃的高温。然而，通过收容于热容量较大的第一区域x1(内部区域)，能通过冷却水通路74更理想地进行冷却。此时，通过同时采用油冷，能更有效地进行散热。
·在旋转电机10中，也可以构成为不具备外壳30。在这种情况下，也可以构成为在例如轮、其他车辆部件的一部分中保持转子40、定子50等。
·在上述实施方式中，作为转子40采用了表面磁体式(spm)的转子，但是也可以采用埋入磁体式(ipm)的转子。
·在上述实施方式中，通过两个轴承21、22来支承旋转轴11，但是也可以通过轴向的位置不同的三个以上的轴承来支承旋转轴11。
·在上述实施方式中，可以任意改变轴承21、22的种类，例如不限定于径向滚珠轴承，也可以是其他滚动轴承，并且也可以是滑动轴承等。
·在上述实施方式中，转子主体41在轴向上向轴承21、22的相反侧开口，但是也可以不开口。
·在上述实施方式的中间部45、外壳30中，也可以设置在轴向上贯通的通气孔。由此，空气的流动变好，易于散热。
·上述实施方式的定子绕组51的导线82的导体82a可以由任意的导电材料构成，也可以是例如铜、铝和铜合金。
·作为线材，除了第一实施方式中说明的之外，也可以使用例如铜线或者铝线等。
·在上述实施方式中，定子50采用了无切槽结构，但是也可以有切槽。
·对旋转电机追加以下说明。
定子50的内径构成为，当将描绘位于转子40与定子50之间的气隙的径向中点而形成的假想圆直径设为d，将旋转电机的极数设为p时，d/p是小于12.2的值。图72是示出了将卷绕于旋转电机的定子50的导体设定在以铜为上述导体的作为以往的车辆用旋转电机的最大电流值而设定的20[a/mm2]～40[a/mm2]的范围，在此基础上内径产生的空间即半径d×z(1以下的数值)的关系的图。通过使上述d/p在12.2以下，能在维持现有技术的可靠性的状态下，提供大的内径空间。
虽然根据实施例对本发明进行了记述，但是应当理解为本发明并不限定于上述实施例、结构。本发明也包含各种各样的变形例、等同范围内的变形。除此之外，各种各样的组合、方式、进一步包含有仅一个要素、一个以上或一个以下的其它组合、方式也属于本发明的范畴、思想范围。
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