[第1の発明の実施の形態]
 以下、本発明の実施形態を、図面を用いて� ��明する。図1から図6は、本発明の第1の実施� ��形態を示している。図1は、第1の実施形態� �回転電機を示す略断面図である。図2は、図1 の略A-A断面図である。図3は、図1の片側ステ� ��タ及び他側ステータにおいて、同じ相のス� ��ータ巻線の電気角が互いにずれている様子� ��説明するためのステータの周方向一部の周� ��向を左右方向に伸ばして示す図である。図4 は、図1の片側ステータ及び他側ステータに� �いて、発生磁束の分布を示す図である。図5� ��、ステータ巻線を分布巻巻線とした比較例1 と、ステータ巻線を集中巻巻線とした比較例 2と、第1の実施の形態の構造を有する本発明� ��とにおいて、回転電機の定すべり時の出力� ��損失とを比較した図である。図6は、定すべ り時を説明するための、回転電機のすべりと トルクとの関係の1例を示す図である。

 図1に示すように、本実施の形態の回転電 機10は、誘導機である、誘導電動機として使� ��可能とするもので、ケーシング12に固定さ� �た2個のステータである片側ステータ14及び� �側ステータ16と、両ステータ14,16の間に所定� ��空隙を空けて各ステータ14,16と軸方向に対� �配置され、各ステータ14,16に対し回転可能な 1個のロータ18とを備える。すなわち、回転電 機10は、1個のロータ18と、1個のロータ18の軸� ��向両側にロータ18を介して対向させた2個の� ��テータ14,16とを備える。図1は、ステータ14,1 6とロータ18とが軸方向に対向するように配置 された、アキシャル型の回転電機の例を示し ている。

 各ステータ14,16は、複数の電磁鋼板を積� �する等により構成するステータコア20と、複 数相である、U相、V相、W相の3相のステータ� �線22とを備える。ステータ巻線22は、1次導体 である。各ステータコア20の互いに対向する� ��方向片側面の周方向複数個所の等間隔位置� ��、軸方向に突出するようにティース24を設� �ている。例えば、各ステータコア20に複数の ティース24を設けるために、ステータコア20� �周方向複数個所に軸方向の孔部を形成する� �ともに、孔部に、鋼板等の磁性材製のティ� �ス構成部材を挿入し、ティース構成部材の� �テータコア20の片側面から突出した部分によ り、複数のティース24を構成することもでき� ��。

 そして、各ティース24にステータ巻線22を 巻回している。各ステータ巻線22は、複数の� ��ィース24のうち、周方向に隣り合うティー� �24同士で異なる相の巻線が巻き付けられる集 中巻巻線としている。また、図1において、� �ステータ巻線22の内側に示した○の中に・ま たは×を示した記号は、ステータ巻線22を流� �る電流の向きを表しており、○の中に・を� �したものは、電流が図の表側に流れること� �、○の中に×を示したものは電流が図の裏側 に流れることを表している(後述する図3、図7 、図8で同様とする)。

 また、図2に示すように、ロータ18は、回� ��軸26の軸方向中間部外径側に固定された、� �板状のロータ導電体28と、ロータ導電体28の� ��方向複数個所の等間隔位置に設けられた磁� ��材製のロータコア30とを有する。ロータ導� �体28は、銅やアルミニウム等により構成する 円板状の導電材に、プレス加工により打ち抜 くことにより、周方向複数個所に埋め込み用 孔部32を、軸方向(図2の表裏方向)に貫通する� ��うに設けるとともに、ロータ導電体28の中� �部に回転軸26及び後述する筒部34を挿通する� ��めの孔部36を形成している。そして、ロー� �導電体28に形成した複数の埋め込み用孔部32� ��積層鋼板や圧粉磁心等の磁性材を埋め込む� ��とにより、ロータ導電体28の周方向複数個� �に、ロータ導電体28の軸方向全長にわたって ロータコア30を設けている。これにより、ロ� ��タ18を構成する。ロータ導電体28は、2次導� �であり、ロータ18の周方向複数個所にロータ 巻線を設ける場合の、ロータ巻線と同様の機 能を有する。ロータ導電体28は、ロータ18の� �方向全長にわたって設けている。すなわち� �ロータ導電体28の軸方向の全長は、ロータコ ア30の軸方向の全長と同じか、またはロータ� ��ア30の軸方向の全長よりも大きくしている� �

 なお、ロータ導電体28は、プレス加工の� �ち抜きにより、周方向複数個所に埋め込み� �孔部を形成した円板状の薄板素子を、複数� �積層することにより構成することもできる� �

 図1に戻り、このようなロータ18は、回転� ��26の軸方向中間部外径側に円筒状の筒部34を 介して固定している。そして、筒部34の外径� ��でロータ18の軸方向両側に部分円錐状の抑� �部材38を固定し、抑え部材38によりロータ18� �軸方向両側から狭持している。なお、抑え� �材38の代わりに、ロータ18の軸方向両側で、� ��部34とロータ18との間の周方向複数個所に板 状等の補強部材を固定することにより、補強 部材によりロータ18を軸方向両側から狭持す� ��こともできる。なお、回転軸26の外径側に� �ータ18を、筒部34を介さずに直接固定するこ� ��もできる。また、回転軸26の軸方向に離れ� �2個所位置と、ケーシング12の2個所位置に設� ��た開口部との間に一対の軸受40を設けて、� �ーシング12に回転軸26を回転可能に支持して� ��る。

 また、図3に示すように、ロータ18の軸方� ��両側に設ける片側ステータ14及び他側ステ� �タ16は、両ステータ14,16同士で同じ相のステ� ��タ巻線22が発生する磁束の向きを、軸方向� �ある図3の上下方向に関して互いに逆方向、� ��なわち、図3に示すように対向する方向、ま たは外側に向く方向としている。図3におい� �、ティース24の内側に配置した矢印の向きは 、ステータ14,16の周方向一部に設けたティー� ��24から出る磁束の向きを表している。なお� �実際には、片側ステータ14及び他側ステータ 16の間にロータ18が配置されるが、図3では図� ��を省略している。また、図3では、ステータ 14,16の周方向が図の左右方向となっている。� ��3に示すように、片側ステータ14及び他側ス� ��ータ16同士で同じ相のステータ巻線22は、周 方向に互いに電気角で180度ずれて配置されて いる。なお、図1で示した2個のステータ14,16� �おいて、ステータ巻線22の周方向に関する配 置関係は、実際の関係を表すものではなく、 実際には、図3に示すように2個のステータ14,1 6同士でステータ巻線22の周方向に関する位置 がずれている。

 このような回転電機10は、次のようにし� �回転駆動する。すなわち、3相のステータ巻� ��22に3相の交流電流を流すことで各ステータ1 4,16により生成された回転磁界がロータ18に作 用すると、ロータコア30の周囲であるロータ1 8の周方向複数個所のロータ導電体28に誘導電 流が流れる。この誘導電流によりロータ18に� ��磁力が発生し、ロータ18は、各ステータ14,16 の回転磁界と同じ方向に回転駆動する。

 また、本実施の形態の回転電機10によれ� �、1個のロータ18の軸方向両側にロータ18を介 して対向させた2個のステータ14,16を備え、各 ステータ14,16は、周方向複数個所に設けられ� ��ティース24と、各ティース24に巻回されたス テータ巻線22とを有し、各ステータ巻線22は� �複数のティース24のうち、周方向に隣り合う ティース24同士で異なる相の巻線が巻き付け� ��れる集中巻巻線であり、2個のステータ14,16� ��士で同じ相のステータ巻線22が発生する磁� �の向きは、軸方向に関して互いに逆方向と� �ており、2個のステータ14,16同士で同じ相の� �テータ巻線22は、周方向に互いに電気角で180 度ずれて配置されている。このため、それぞ れ集中巻巻線のステータ巻線22を有する2個の ステータ14,16によりロータ18を挟み、2個のス� ��ータ14,16による空間高調波磁束をロータ18で 互いに相殺させることができる。このため、 ロータ18で発生する誘導電流において、高調� ��電流の発生を抑えることができ、さらに各� ��テータ巻線22の各ステータ14,16の周方向に関 する幅が小さくならないため、ステータ14,16� ��発生する基本波磁束が低減しない。したが� ��て、ステータ巻線22を集中巻巻線とした場� �に、ステータ14,16が発生する基本波磁束を低 減させることなく起磁力高調波を低減させる ことにより、ロータ18側の2次銅損等の2次導� �損失を大幅に低減でき、これにより、回転� �機10の性能を大きく向上させることができる 。また、ロータ18を2個のステータ14,16で軸方� ��の両側から挟むため、ステータ14,16からロ� �タ18に流れる磁束量を調整しやすくできる。

 図4は、互いに対向する片側ステータ14(図 1、図3)と他側ステータ16(図1、図3)とにおいて 、発生磁束の分布を相対的に示す図である。 なお、以下の本実施の形態の説明において、 図1から図3に示した要素と同一の要素には、� ��一の符号を用いて説明する。図4において、 実線αは、すべての次数の高調波と基本波と� ��合成して得られる発生磁束を表す矩形波で� ��る。また、一点鎖線βは、発生磁束の基本� �磁束、すなわち1次の磁束であり、破線γは� �発生磁束の一部の次数の高調波である、2次� ��高調波磁束である。図4に示すように、片側 ステータ14と他側ステータ16とで、ステータ� �線22を集中巻巻線としている場合には、各ス テータ14,16が生成する磁束の基本波に対して� ��数倍の次数の空間高調波磁束が多く含まれ� ��特に2次の空間高調波磁束が多く含まれる。 このような基本波以外の高調波磁束は、ロー タ18に鎖交すると、不必要な誘導電流である� ��電流を生じさせ、銅損等の2次導体損失を増 大させる原因となる等、回転電機の性能を劣 化させる原因となる。このため、従来から、 ステータが発生する磁束から誘導電流を発生 させる誘導電動機において、ロータに鎖交す る高調波磁束を抑えることが望まれている。

 これに対して、本実施の形態では、上記� ��ように互いにロータ18を介して対向する2個� ��ステータ14,16で同じ相のステータ巻線22の電 気角を180度ずれて配置している。このため、 図4に示すように、両ステータ14,16の発生磁束 の基本波は電気角の位相が同じで、同じ大き さとなるが、基本波でない2次の高調波の磁� �は、同じ電気角で大きさが同じで向きが反� �になる。このため、片側ステータ14と他側ス テータ16とから出る磁束のうち、特に影響が� ��きい2次の高調波の磁束を、ロータ18で互い� ��相殺することができる。したがって、片側� ��テータ14と他側ステータ16とからロータ18に� ��交する磁束において、主に基本波磁束だけ� ��残ることになり、ロータ18に高調波磁束に� �づいて高調波電流が誘導されるのを抑制す� �ことができる。この結果、高調波電流によ� �ロータ18側の銅損等の導体損失を低減して、 ロータ18の発熱を抑えることができる。また� ��誘導電動機として使用される回転電機10の� �能向上を図れる。

 また、上記の特許文献3に記載された誘導 電動機の場合と異なり、各ステータ巻線22の� ��ステータ14,16の周方向に関する幅が小さく� �らないため、各ステータ14,16が発生する基本 波磁束が低減しない。

 図5は、本実施の形態の効果を確認するた めに、本実施の形態の構成を有する本発明品 の回転電機と、本発明から外れる構成を有す る比較例1、比較例2との、出力及び損失を計� ��で求め、その計算結果を比較した図である� ��比較例1は、従来から一般的に考えられてい るアキシャル型の回転電機、すなわち、1個� �ロータに対してステータとして1個のみ設け� ��ロータとステータとを軸方向に対向させた� ��転電機で、ステータに設けるステータ巻線� ��分布巻きとした回転電機である。また、比� ��例2は、やはり従来から一般的に考えられて いる上記のアキシャル型の回転電機で、ステ ータに設けるステータ巻線を集中巻巻線とし た回転電機である。また、図5に示す計算結� �では、回転電機10のすべりを一定、すなわち 「定すべり時」としている。

 図6は、この「定すべり時」を説明するた めの図である。すなわち、誘導電動機では、 ステータ14,16が発生する回転磁界の回転速度� ��、ロータ18の回転速度とは運転時において� �同期しない。そして、回転磁界の回転速度� �ロータ18の回転速度との速度差を「すべり」 と定義した場合に、「すべり」に対応して誘 導電動機のトルクが発生する。「定すべり時 」とは、この「すべり」を一定とした場合、 例えば、図6の「すべり」を一定のδとするこ とを意味する。

 図5では、斜線部により2次銅損等の2次導� ��損失、すなわちロータ18側の導体損失を表� �ており、斜格子部により1次銅損等の1次導体 損失、すなわちステータ14,16側の導体損失を� ��している。また、図5では、梨地部により、 誘導電動機として使用される回転電機10の出� ��を表している。図5に示す計算結果から明ら かなように、回転電機10のステータ巻線22を� �布巻きから集中巻きとすることにより、す� �わち、比較例1から比較例2にすることにより 、ロータ18に鎖交する高調波磁束が多くなる� ��により、2次導体損失が大きくなり、出力も これに伴って小さくなる。

 これに対して、本発明品では、図5に示す ように、ステータ巻線22を集中巻巻線とする� ��にもかかわらず、2次導体損失を小さくでき 、このことと、ロータ18の両側に2個のステー タ14,16とを配置し、2個のステータ14,16から出� ��基本波磁束によりロータ18に鎖交する磁束� �大きくなることとが相まって、回転電機10の 出力を大きくできる。

[第2の発明の実施の形態]
 図7は、本発明の第2の実施の形態の回転電� �を示す略断面図である。本実施の形態の回� �電機10aは、同期機である同期電動機として� �用可能とするもので、上記の図1から図6に示 した第1の実施の形態の回転電機10において、 ロータ18aにロータ導電体28(図1参照)を設けず� ��その代わりにロータ導電体28と同形状であ� �、円板状の鉄製のロータコア42を設けている 。また、上記の第1の実施の形態において、� �ータ18aの周方向複数個所に設けていたロー� �コア30(図1、図2参照)を設けず、その代わり� �ロータ18aの周方向複数個所に永久磁石44を設 けている。永久磁石44は、ロータコア42の周� �向複数個所の等間隔位置に軸方向に貫通す� �ように設けた埋め込み用孔部36に挿入してい る。永久磁石44は、ロータ18aの軸方向に着磁� ��て、その着磁方向をロータ18aの周方向に隣� ��合う永久磁石44同士で互いに異ならせてい� �。このため、ロータ18aの両側面のそれぞれ� �、永久磁石44のN極とS極とが周方向に関して� ��互に配置される。このような永久磁石44は� �ロータ18aの軸方向の全長にわたる部分に設� �ている。また、ロータ18a以外の回転電機10a� �構成は、上記の第1の実施の形態の回転電機1 0の構成と同様である。

 このような本実施の形態の回転電機10aの� ��用時には、3相のステータ巻線22に3相の交流 電流を流すことで片側ステータ14及び他側ス� ��ータ16により生成された回転磁界がロータ18 aに作用すると、回転磁界とロータ18aに設け� �永久磁石44による磁界とが相互作用して、吸 引及び反発作用が生じる。このため、ロータ 18aが、各ステータ14,16で生成される回転磁界� ��同期して回転駆動する。また、ロータ18aの� ��方向複数個所に永久磁石44を配置すること� �、ロータ18aの周方向複数個所に磁気突極を� �たせることができ、その磁気突極によるリ� �クタンストルクによっても、ロータ18aが回� �駆動する。

 また、本実施の形態の場合も、1個のロー タ18aの両側に2個のステータ14,16を設け、2個� �ステータ14,16が発生する磁束の向きを、ステ ータ14,16の軸方向とするとともに、2個のステ ータ14,16同士で同じ相のステータ巻線22は、� �方向に互いに電気角で180度ずらせて配置し� �いる。このため、2個のステータ14,16が発生� �る磁束に含まれる空間高調波磁束をロータ18 aで互いに相殺させることができ、磁束の漏� �や渦電流による鉄損を低減して、同期電動� �として使用される回転電機10aの性能向上を� �れる。

 さらに各ステータ巻線22の各ステータ14,16 の周方向に関する幅が小さくならないため、 ステータ14,16が発生する基本波磁束が低減し� ��い。したがって、ステータ巻線22を集中巻� �線とした場合に、ステータ14,16が発生する基 本波磁束を低減させることなく起磁力高調波 を低減させることにより、空間高調波磁束に よるロータ18a側の磁束の漏れや鉄損を低減す ることができ、これにより、回転電機10aの性 能を大きく向上させることができる。その他 の構成及び作用については、上記の第1の実� �の形態と同様であるため、同等部分には同� �符号を付して重複する説明を省略する。

[第3の発明の実施の形態]
 図8は、本発明の第3の実施の形態の回転電� �を示す略断面図である。本実施の形態の回� �電機10bは、上記の図1から図6に示した第1の� �施の形態と同様に、誘導電動機として使用� �能とする。特に、本実施の形態では、2個の� ��側ステータである外側ステータ46と、他側� �テータである内側ステータ48とを、1個のロ� �タ18bを介して径方向に対向させている。す� �わち、本実施の形態の回転電機10bは、ステ� �タ46,48とロータ18bとが径方向に対向するよう に配置された、ラジアル型の誘導電動機とし ている。

 すなわち、回転電機10bは、ケーシング12� �内周面に円筒状の外側ステータ46を嵌合固定 し、ケーシング12の内面の軸方向片側面に軸� ��向に突出する状態で、内側ステータ48を固� �している。外側ステータ46と内側ステータ48� ��の間に、所定の径方向の空隙を空けている� ��各ステータ46,48は、複数の電磁鋼板を積層� �る等により構成するステータコア50、52と、� ��数相である、U相、V相、W相の3相のステータ 巻線54とを備える。各ステータコア50,52の互� �に対向する径方向片側面の周方向複数個所� �等間隔位置に、径方向に突出するようにテ� �ース56,58を設けている。例えば、各ステータ コア50,52に複数のティース56,58を設けるため� �、ステータコア50,52の周方向複数個所に径方 向の孔部を形成するとともに、孔部に、鋼板 等の磁性材製のティース構成部材を挿入し、 ティース構成部材のステータコア50,52の径方� ��片側面から突出した部分により、複数のテ� ��ース56,58を構成することもできる。

 そして、各ティース56,58にステータ巻線54 を巻回している。各ステータ巻線54は、複数� ��ティース56,58のうち、周方向に隣り合うテ� �ース56,58同士で異なる相の巻線が巻き付けら れる集中巻巻線としている。

 また、ロータ18bは、回転軸26の軸方向中� �部外径側に固定された有底円筒状のロータ� �電体60と、ロータ導電体60を構成する筒部61� �周方向複数個所の等間隔位置に設けられた� �性材製のロータコア62とを有する。ロータコ ア62は、ロータ導電体60を構成する筒部61の径 方向全長にわたって設けている。

 このようなロータ18bは、回転軸26の軸方� �中間部外径側に、ロータ導電体60を構成する 底板部64に設けた孔部66を嵌合することによ� �固定している。また、ロータ18bの径方向両� �に設ける外側ステータ46及び内側ステータ48� ��、両ステータ46,48同士で同じ相のステータ� �線54が発生する磁束の向きを、径方向に関し て互いに逆方向としている。また、外側ステ ータ46及び内側ステータ48同士で同じ相のス� �ータ巻線54は、周方向に互いに電気角で180度 ずれて配置されている。なお、図8で示した2� ��のステータ46,48において、ステータ巻線54の 周方向に関する配置関係は、実際の配置関係 を表すものではなく、実際には、2個のステ� �タ46,48同士でステータ巻線54の周方向に関す� ��位置がずれている。

 このような本実施の形態の場合も、上記� ��図1から図6に示した第1の実施の形態と同様� ��、ステータ巻線54を集中巻巻線とした場合� �、ステータ46,48が発生する基本波磁束を低減 させることなく起磁力高調波を低減させるこ とにより、ロータ18b側の2次銅損等の2次導体� ��失を大幅に低減でき、回転電機10bの性能を� ��きく向上させることができる。その他の構� ��及び作用については、上記の第1の実施の形 態と同様であるため、同等部分には同一符号 を付して重複する説明を省略する。

 なお、図示は省略するが、上記の図7に示 した第2の実施の形態と、上記の図8に示した� ��3の実施の形態とを組み合わせた構成とする こともできる。すなわち、上記の図8に示し� �第3の実施の形態において、ロータ導電体60� �同形状の鉄製のロータコアとし、ロータ導� �体60の周方向複数個所に設けたロータコア62� ��代わりに、径方向に着磁した永久磁石を配� ��し、その着磁方向を周方向に隣り合う永久� ��石同士で逆にすることもできる。

 また、図示は省略するが、上記の図7に示 した第2の実施の形態、または第2の実施の形� ��と第3の実施の形態とを組み合わせた構成に おいて、ロータ18aに永久磁石44を設けず、ま� ��は永久磁石44を設けるとともに、ロータ18a� �軸方向の両側面またはロータの径方向両周� �の周方向複数個所に、軸方向または径方向� �突出する突部を設け、ロータ18aの回転トル� �において、リラクタンストルクの利用率を� �くすることもできる。なお、上記の各実施� �形態の回転電機は、電動機として使用する� �合に限定するものではなく、発電機として� �用することもできる。