WO2022153530A1 - 回転電機および回転電機の製造方法 - Google Patents

Abstract

アキシャルギャップ型でコアレスの回転電機は、ロータ、ステータおよびケースを備える。ステータの電機子コイルは、第１コイルセグメントと、第１コイルセグメントと対向して配置される第２コイルセグメントと、を有する。ケースは、第１ケースセグメントと、第１ケースセグメントと対向して配置される第２ケースセグメントと、を有する。

Description

回転電機および回転電機の製造方法

　本開示は、アキシャルギャップ型でコアレスの回転電機に関する。

　回転電機は、電力の供給源である発電機および供給される電力に基づいて回転エネルギを生成する電動機として利用される。つまり、回転電機とは、発電機と電動機の総称である。回転電機およびと回転電機と軸結合され回転する機器、例えばタービン、コンプレッサは高速化による小型化が望まれる。

　回転電機の一種としてアキシャルギャップ型の回転電機が広く知られている。アキシャルギャップ型の回転電機は、例えば特許文献１に開示されるように、ロータ（回転子）とステータ（固定子）が軸方向に対向して配置される。アキシャルギャップ型の回転電機において、複数段のロータとステータの組み合わせを有することにより、高速化に対応できる。

特開２０１２－１５７１５７号公報

　回転電機を高速化する場合の課題の一つとして、ロータの回転に伴う振動が掲げられる。この振動の要因の一つとして、回転軸に対するロータのアンバランスが掲げられる。特に、複数段のロータとステータの組み合わせを備える回転電機においては、ロータのアンバランスによる振動が顕著になるおそれがある。

　以上より、本開示は、複数段のロータとステータの組み合わせを備える回転電機において、回転動作時の振動を抑制する技術を提供することを目的とする。

　本開示に係るアキシャルギャップ型でコアレスの回転電機は、ロータ、ステータおよびケースを備える。
　ロータは、複数の界磁磁石が軸線方向に間隔を隔てて回転軸に固定される。ステータは、界磁磁石と対向して配置される複数の電機子コイルを有する。ケースは、ロータおよび複数のステータを収容し、かつ、回転軸を回転可能に支持する。
　本開示において、ステータの電機子コイルは、第１コイルセグメントと、第１コイルセグメントに対向して配置される第２コイルセグメントと、を有する。
　本開示において、ケースは、第１ケースセグメントと、第１ケースセグメントに対向して配置される第２ケースセグメントと、を有する。

　本開示は、上述したロータ、ステータおよびケースを備えるアキシャルギャップ型でコアレスの回転電機の製造方法を提供する。この製造方法は、以下の第１ステップ、第２ステップおよび第３ステップを備える。
　第１ステップ：複数の第１コイルセグメントが所定位置に配置された第１ケースセグメントを用意する。
　第２ステップ：複数の界磁磁石が回転軸に取り付けられたロータを、第１ケースセグメントの所定位置に配置する。
　第３ステップ：複数の第２コイルセグメントが所定位置に配置された第２ケースセグメントを第１ケースセグメントに突き合わせる。
　本開示に係る製造方法おいて、ケースは、第１ケースセグメントと第２ケースセグメントを含み、電機子コイルは、第１コイルセグメントと第２コイルセグメントを含む。

　本開示によれば、ケースが第１ケースセグメントと第２ケースセグメントに分割され、かつ、ステータの電機子コイルが第１コイルセグメントと第２コイルセグメントに分割される。これにより、複数の第１コイルセグメントが所定位置に配置された第１ケースセグメントに、複数の界磁磁石が回転軸に取り付けられたロータを一体として配置できる。したがって、第１ケースセグメントに配置されたロータについて、一体としてバランスの調整ができる。これにより、複数段のロータとステータの組み合わせを備える回転電機において、ロータのアンバランスによる振動を抑制できる。

本開示の第一実施形態に係る回転電機の概略構成を示す縦断面図である。 第一実施形態に係るロータを示す縦断面図である。 第一実施形態に係るロータを示す横断面図である。 第一実施形態に係るステータを構成するコイルを軸線方向から示す図である。 第一実施形態に係るコイルから１相分を抜き出して示す図である。 第一実施形態に係るコイルの一つの巻回部を示す斜視図である 第一実施形態に係る回転電機システムの概略構成を示す図である。 図１の回転電機を分解して示す図である。 第一実施形態に係る回転電機の製造手順を示す図である。 図９に続き、第一実施形態に係る回転電機の製造手順を示す図である。 図１０に続き、第一実施形態に係る回転電機の製造手順を示す図である。 本開示の第二実施形態に係る回転電機の概略構成を示す縦断面図である。 図１２の回転電機を軸線方向から示す部分断面図である。

　以下、添付図面を参照しながら、実施形態について説明する。
〔第一実施形態〕
　第一実施形態に係る回転電機システム１は、図７に示すように、回転電機１００と電力変換器２００とを備えている。この第一実施形態の回転電機には、アキシャルギャップ型の電動機が適用される。この電動機は、複数段のロータとステータの組み合わせを備える交流電動機であり、高速回転時における振動を抑えることができる。なお、回転電機１００を発電機に適用することもできる。
　以下、回転電機システム１の構成を回転電機１００、電力変換器２００の順に説明し、その後、回転電機１００の製造手順に言及する。

［回転電機１００］
　図１に示すように、回転電機１００は、回転軸１０と、回転軸１０に固定され回転軸１０とともに回転するロータ２０と、ロータ２０と軸線方向Ｄａに対向して配置されるステータ３０と、を備える。また、回転電機１００は、ロータ２０およびステータ３０を収容するとともに、回転軸１０を回転可能に支持するケース４０を備える。
　回転電機１００は、軸線方向Ｄａにできるだけ多くのロータ２０およびステータ３０を設けるために、二つのロータ２０が接し、かつ、二つのステータ３０が接して設けられている。

［回転軸１０］
　回転軸１０は、図１に示すように、軸受４９を介して、軸線ａの回りに回転可能にケース４０に支持されている。回転電機１００が駆動すると回転軸１０には回転エネルギが生じ、回転軸１０に直接的にまたは間接的に接続される回転機械、例えば圧縮機、タービンを駆動させる。
　回転軸１０は、回転電機１００に生じた回転エネルギを外部の負荷に伝達するものであり、これに耐えうる強度を備えるように、例えば金属材料により作製される。

［ロータ２０］
　ロータ２０は、図１に示すように、回転軸１０の外周面１１から軸線ａを中心とした径方向Ｄｒの外側（以下、単に径方向外側Ｄｒｏと称する）に向かって延びている。すなわち、ロータ２０は、回転軸１０と共に軸線ａの回りに回転可能となっている。ここで例示するロータ２０は、軸線ａを中心とした円盤状に形成され、その径方向Ｄｒの中央部に図１には図示を省略する永久磁石を有している。この実施形態の回転電機１００では、軸線方向Ｄａに間隔をあけて複数段のロータ２０が設けられている。なお、ロータ２０において永久磁石よりも径方向外側Ｄｒｏに配置される部分には、ロータ２０回転時に作用する遠心力に対して補強を行う補強材を配置してもよい。図１に示すように、軸線方向Ｄａに対向する一対のロータ２０が対応するステータ３０を間に挟むように配置されている。径方向Ｄｒは鉛直方向Ｖに沿っており、軸線方向Ｄａは水平方向Ｈに沿っている。

　図２および図３を参照して、好ましいロータ２０の例を説明する。
　ロータ２０は、径方向Ｄｒの内側に設けられる内側リング部２２と、内側リング部２２の外側に設けられるトルク伝達部２３と、を備える。また、ロータ２０は、トルク伝達部２３の外側に設けられる界磁磁石２１と、界磁磁石２１の外側に設けられる外側リング部２４と、を備えている。界磁磁石２１は、永久磁石から構成される。

　内側リング部２２は、回転軸１０に固定される。内側リング部２２は、図３に示すように、複数の扇台状の第１ブロック２２Ａを周方向Ｄｃに並べて配置されている。これら第１ブロック２２Ａは、図２に示すように、それぞれボルト等の締結具により回転軸１０の外周面１１に形成された凸部１３に締結される。この実施形態における内側リング部２２は、フェノール樹脂等の合成樹脂により形成することができる。また、内側リング部２２は、炭素繊維強化プラスチック等の複合材により形成することもできる。また、これら第１ブロック２２Ａは、図３に示すように、その径方向外側Ｄｒｏを向く外周面に、それぞれ径方向内側Ｄｒｉに凹むように形成されたキー溝２２Ｋを有している。

　トルク伝達部２３は、界磁磁石２１を径方向外側Ｄｒｏに押圧するとともに、界磁磁石２１に作用する軸線ａを中心とした回転方向へのトルクを回転軸１０へ伝達する。言い換えれば、トルク伝達部２３は、ロータ２０の回転時、遠心力による界磁磁石２１の変位や変形によっても、界磁磁石２１の回転方向へのトルクを回転軸１０へ効率よく伝達する。このトルク伝達部２３は、キー２３Ｋと、バネ２３Ｓと、接触面２３Ｃと、をそれぞれ有している。

　キー２３Ｋの端部は、上述したキー溝２２Ｋ内に配置され、径方向Ｄｒにスライド可能とされている。言い換えれば、キー２３Ｋは、キー溝２２Ｋに対して径方向Ｄｒに出没可能に形成されている。
　バネ２３Ｓは、キー２３Ｋを径方向外側Ｄｒｏに向かって付勢している。バネ２３Ｓは、図３では白抜きで示されているが、例えば、キー２３Ｋの径方向内側Ｄｒｉの端部と、キー溝２２Ｋの底部との間に圧縮状態で配置することができる。このバネ２３Ｓとしては、例えば、コイルバネを用いることができる。バネ２３Ｓは、キー２３Ｋを径方向外側Ｄｒｏに向かって付勢可能なバネであれば板バネ等、他の弾性部材であってもよい。

　接触面２３Ｃは、リング状に配置された界磁磁石２１の径方向Ｄｒの内周面２１Ｉに平行な外側面２３Ｏを有している。接触面２３Ｃは、キー２３Ｋにより径方向内側Ｄｒｉから径方向外側Ｄｒｏに向けて界磁磁石２１の内周面２１Ｉに押圧されている。これにより外側面２３Ｏの全面が内周面２１Ｉに対して面接触するようになっている。この実施形態における界磁磁石２１の内周面２１Ｉは、軸線ａを中心とした円筒状に形成されている。接触面２３Ｃの外側面２３Ｏは、軸線方向Ｄａから見て、この内周面２１Ｉと同等の曲率半径を有している。

　界磁磁石２１は、軸線ａを中心としたリング状に形成されている。この界磁磁石２１は、周方向Ｄｃに並んで配置された複数の扇台状の磁石ブロック２１Ａによって形成されている。隣接する磁石ブロック２１Ａ，２１Ａは、互いに逆の磁極を有するように配置されている。

　外側リング部２４は、ロータ２０の回転時に作用する遠心力に対して補強を行う補強材として機能する。言い換えれば、外側リング部２４は、遠心力等により界磁磁石２１が径方向外側Ｄｒｏに変位することを抑えている。この実施形態における外側リング部２４は、界磁磁石２１を径方向外側Ｄｒｏから覆うリング状に形成されている。この外側リング部２４は、炭素繊維強化プラスチック等の複合材により形成することができる。

　したがって、ロータ２０によれば、接触面２３Ｃが径方向外側Ｄｒｏに向かって内周面２１Ｉに付勢されるので、界磁磁石２１に遠心力が作用したとしても、接触面２３Ｃの外側面２３Ｏの全面が界磁磁石２１の内周面２１Ｉに面接触した状態を維持できる。その結果、界磁磁石２１と回転軸１０との間のトルク伝達力が低下するのを抑制することが可能となる。
　なお、ここでは、ロータ２０が内側リング部２２を備える場合について説明したが、例えば、内側リング部２２のキー溝２２Ｋを回転軸１０に形成して内側リング部２２を省略してもよい。

［ステータ３０］
　次に、図４、図５および図６を参照して、ステータ３０について説明する。
　ステータ３０は、図４に示すように、周方向Ｄｃに１／２に分割された第１コイルセグメント３２Ａと第２コイルセグメント３２Ｂを備える電機子コイル３２を主たる構成要素とする。図４は、第１コイルセグメント３２Ａと第２コイルセグメント３２Ｂが分割されたものであることを明確に示すために両者を相当の距離だけ離して示しているが、実際には適切な隙間を空けて設けられる。隙間は、電機子コイル３２を冷却する冷媒の流路となって、電機子コイル３２の冷却を促進する。
　本開示において、セグメント（segment）とは、一つのものを分割した一部分を意味する。電機子コイル３２と第１コイルセグメント３２Ａおよび第２コイルセグメント３２Ｂとを例にすると、電機子コイル３２が「一つのもの」に該当し、第１コイルセグメント３２Ａおよび第２コイルセグメント３２Ｂのそれぞれが「一つのものを分割した一部分」に該当する。ケース４０におけるセグメントも同様である。

　交流の電力で駆動する回転電機１００の電機子コイル３２は、三相分の第１コイル３２Ｕ、第２コイル３２Ｖ、第３コイル３２Ｗを備えている。これら三相分の第１コイル３２Ｕ、第２コイル３２Ｖ、第３コイル３２Ｗは、第１コイルセグメント３２Ａに属するコイル要素３２ＵＡ、３２ＶＡ、３２ＷＡと、第２コイルセグメント３２Ｂに属するコイル要素３２ＵＢ、３２ＶＢ、３２ＷＢと、を備える。なお、以下の説明において、コイル３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗの相を区別する必要のない場合には、単に電機子コイル３２と総称する場合がある。また、コイル要素３２ＵＡ、３２ＶＡ、３２ＷＡとコイル要素３２ＵＢ、３２ＶＢ、３２ＷＢとを区別する必要がない場合には、コイル３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗと称する場合がある。

　コイル３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗは、導電性の優れた金属材料、例えば銅、銅合金などによってそれぞれ同一形状に形成されている。これら三相分のコイル３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗは、電機子コイル３２において、軸線方向Ｄａ（図４における紙面表裏方向）で重なるように配置されている。これら三相分のコイル３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗは、軸線ａの回りの位相が互いに異なっている。この実施形態においては、それぞれ３０度ずつ位相が異なっている。なお、コイル３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗのそれぞれの表面には、絶縁性の被膜が形成され、コイル３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗは互いに電気的に絶縁されている。

　コイル要素３２ＵＡとコイル要素３２ＵＢの両端は電気的に接続され、一方端、例えば、図中右側は端子などを介して後述する電力変換器２００のＵ相に接続される。コイル要素３２ＶＡとコイル要素３２ＶＢ、コイル要素３２ＷＡとコイル要素３２ＷＢについても同様である。

　図５に示すように、一相分の電機子コイル３２は、軸線ａを中心とした径方向外側Ｄｒｏに突出するように形成された四つの巻回部３３を備えている。これら四つの巻回部３３は、軸線ａを中心とした周方向Ｄｃで、１８０度毎に設けられている。

　電機子コイル３２は、内側コイルエンド３４と、外側コイルエンド３５と、コイルスロット３６と、を備えている。
　内側コイルエンド３４は、周方向Ｄｃに延びている。内側コイルエンド３４は、電機子コイル３２における軸線ａに近い位置に配置されている。この実施形態における内側コイルエンド３４は、四つ設けられ、周方向Ｄｃに等間隔で配置されている。この実施形態で例示する内側コイルエンド３４は、軸線方向Ｄａから見て、径方向内側Ｄｒｉに向かって凸となる曲線状に形成されている。内側コイルエンド３４は、内側コイルエンド３４の延びる方向に垂直な断面が矩形状に形成されている。

　外側コイルエンド３５は、内側コイルエンド３４よりも径方向外側Ｄｒｏに配置されている。外側コイルエンド３５は、周方向Ｄｃに延びている。この実施形態における外側コイルエンド３５は、四つ設けられ、周方向Ｄｃに等間隔で配置されている。外側コイルエンド３５の周方向の一端部３５Ａは、径方向外側Ｄｒｏから見て、内側コイルエンド３４の周方向の他端部３４Ｂと重なるように配置されている。

　同様に、外側コイルエンド３５の周方向の他端部３５Ｂは、径方向外側Ｄｒｏから見て、内側コイルエンド３４の周方向の一端部３４Ａと重なるように配置されている。この実施形態で例示する外側コイルエンド３５は、軸線方向Ｄａから見て、周方向Ｄｃの中央部に角部３５Ｃが配置されたＬ字状に形成されている。また、外側コイルエンド３５は、内側コイルエンド３４と同様に、外側コイルエンド３５の延びる方向に対して垂直な断面が矩形状になっている。なお、外側コイルエンド３５の断面形状は上記形状に限られない。

　コイルスロット３６は、径方向Ｄｒに延びて内側コイルエンド３４の一端部３４Ａと、外側コイルエンド３５の他端部３５Ｂと、を電気的に接続するとともに、内側コイルエンド３４の他端部３４Ｂと、外側コイルエンド３５の一端部３５Ａと、を電気的に接続する。この第一実施形態におけるコイルスロット３６は、径方向Ｄｒに直線状に延びている。

　図６は、この発明の第一実施形態におけるコイルの一つの巻回部３３およびその近傍を示す斜視図である。
　図６に示すように、内側コイルエンド３４は、軸線方向Ｄａから見て、軸線方向Ｄａで隣接する他相の電機子コイル３２の内側コイルエンド３４と重なる位置（図４参照）に、内側切欠き部３７Ａおよび内側切欠き部３７Ｂを備えている。ここで、他相の電機子コイル３２とは、図６に示す電機子コイル３２がコイル３２Ｖの場合、コイル３２Ｕおよびコイル３２Ｗ（図４参照）が相当する。

　内側切欠き部３７Ａ、３７Ｂは、他相の電機子コイル３２の内側コイルエンド３４を軸線方向Ｄａから収容する。この実施形態で例示する内側切欠き部３７Ａ、３７Ｂは、他相の電機子コイル３２の内側コイルエンド３４の幅よりも僅かに大きい幅を有した角溝状に形成されている。内側切欠き部３７Ａ、３７Ｂの深さ寸法ｄ１は、内側コイルエンド３４のうち内側切欠き部３７Ａ、３７Ｂが形成されていない箇所における軸線方向Ｄａの寸法ｗ１の半分以上になっている。この実施形態では、内側切欠き部３７Ａ、３７Ｂの深さ寸法ｄ１が軸線方向Ｄａの寸法ｗ１の半分の場合を例示している。

　外側コイルエンド３５は、内側コイルエンド３４と同様に、軸線方向Ｄａから見て、軸線方向Ｄａで隣接する他相の電機子コイル３２の外側コイルエンド３５と重なる位置（図４参照）に、外側切欠き部３８Ａおよび外側切欠き部３８Ｂを備えている。外側切欠き部３８Ａ、３８Ｂは、他相の電機子コイル３２の外側コイルエンド３５を軸線方向Ｄａから収容する。この実施形態で例示する外側切欠き部３８Ａ、３８Ｂも、内側切欠き部３７Ａ、３７Ｂと同様に、他相の電機子コイル３２の外側コイルエンド３５の幅よりも僅かに大きい幅を有した角溝状に形成されている。外側切欠き部の深さ寸法ｄ２は、内側コイルエンド３４のうち内側切欠き部３７Ａ、３７Ｂが形成されていない箇所における軸線方向Ｄａの寸法ｗ２の半分以上になっている。この実施形態では、外側切欠き部の深さ寸法ｄ２が軸線方向Ｄａの寸法ｗ２の半分の場合であり、且つ、寸法ｗ１と寸法ｗ２が等しい場合を例示している。

　例えば、コイル３２Ｖの巻回部３３の場合、一つの巻回部３３は、周方向第一側Ｄｃ１に、コイル３２Ｕの内側コイルエンド３４を収容する内側切欠き部３７Ａと、Ｕ相コイルの外側コイルエンド３５を収容する外側切欠き部３８Ａと、を備えている。その一方で、周方向第二側Ｄｃ２に、コイル３２Ｗの内側コイルエンド３４を収容する内側切欠き部３７Ｂと、コイル３２Ｗの外側コイルエンド３５を収容する外側切欠き部３８Ｂと、を備えている。つまり、電機子コイル３２の一つの巻回部３３には、内側コイルエンド３４と外側コイルエンド３５とが二つずつ形成されている。二つの内側切欠き部３７Ａ、３７Ｂは、それぞれ軸線方向Ｄａで互いに反対側に開口するように形成され、同様に、二つの外側切欠き部３８Ａ、３８Ｂは、それぞれ軸線方向Ｄａで互いに反対側に開口するように形成されている。

　したがって、コイル３２Ｕ、コイル３２Ｖおよびコイル３２Ｗをそれぞれ軸線方向Ｄａで重ねることで、隣接する電機子コイル３２の内側切欠き部３７Ａ、３７Ｂ同士および外側切欠き部３８Ａ、３８Ｂ同士が向かい合って互いを収容し合う状態になる。そのため、コイル３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗを重ねたコイル組立体であるステータ３０の軸線方向Ｄａの寸法を、一つの電機子コイル３２における軸線方向Ｄａの寸法程度に短くすることができる。

　コイルスロット３６は、複数の積層板部３９を備えている。積層板部３９は、軸線方向Ｄａと交差する方向に複数積層されている。積層板部３９は、外側コイルエンド３５や内側コイルエンド３４と同じ銅などの金属によって形成されている。これら積層板部３９は、コイルスロット３６を流れる電流の周波数に対する表皮深さよりも積層される方向（以下、単に積層方向と称する）の厚さが小さい。例えば、表皮深さｄは、ｄ＝（２ρ／ωμ）１／２で求めることができる。ここで、ωは角速度、ρは導電率、μは透磁率である。
　この第一実施形態における積層板部３９は、幅寸法および厚さが一定な帯状に形成され
ている。

　上述したステータ３０は、鉄心等のコアを有していないコアレス型である。電機子コイル３２を形成する銅の透磁率は、空気の透磁率と同等である。そのため、図４のように配置された電機子コイル３２のコイルスロット３６は、軸線方向Ｄａで隣接する他相の電機子コイル３２によって発生した磁束が鎖交し易い。磁束が鎖交することによって生じる渦電流の大きさは、板厚に比例するので、上記のように表皮深さｄよりも厚さの小さい積層板部３９を複数積層することで、鎖交磁束により生じる渦電流を小さくすることができる。この実施形態で例示する積層板部３９は、コイルスロット３６の延びる方向である径方向Ｄｒに延びている場合を例示している。しかし、積層板部３９の延びる方向は、磁束が鎖交する軸線方向Ｄａと交差する方向であればよい。

［ケース４０］
　ケース４０は、図１に示すように、ロータ２０およびステータ３０を収容するとともに、回転軸１０を回転可能に支持する。
　本実施形態に係るケース４０は、図１および図８に示すように、鉛直方向Ｖに二つに分割される第１ケースセグメント４０Ａと第２ケースセグメント４０Ｂを備える。第１ケースセグメント４０Ａは鉛直方向Ｖの下側に配置され、第２ケースセグメント４０Ｂは鉛直方向Ｖの上側に配置され、第１ケースセグメント４０Ａと第２ケースセグメント４０Ｂとがそれぞれの開口４２Ａ，４２Ｂを突き合わせることで、収容室４５が形成される。収容室４５には、回転軸１０、ロータ２０およびステータ３０が収容される。
　ケース４０は、軸線方向Ｄａの両端部に軸孔４６，４７が設けられており、回転軸１０はこの軸孔４６，４７に挿入された状態で、軸受４９により支持される。軸受４９は、第１ケースセグメント４０Ａと第２ケースセグメント４０Ｂの間で支持されている。

［回転電機システム１］
　本実施形態に係る回転電機システム１は、図７に示すように、電動機として機能する回転電機１００と、外部電源から供給される電力を変換して回転電機１００に供給する電力変換器２００と、を備えている。図７において、回転電機１００のステータ３０は記載が省略されている。

［電力変換器２００］
　電力変換器２００は、複数のコンバータ７１と、複数のインバータ７２と、を備える。コンバータ７１が外部の交流電源からの交流電流を直流電流に変換し、コンバータ７１から受ける直流電流をインバータ７２が交流電流に変換して、回転電機１００に供給する。

　コンバータ７１は、複数段設けられたステータ３０の各電機子コイル３２にそれぞれが接続されている。これらコンバータ７１は、一例として、一つのステータ３０に対して三つずつ設けられており、交流電源のＵ相、Ｖ相、３２相からそれぞれ供給される交流電力を直流電力に変換する。なお、コンバータ７１としては、ダイオードを用いる整流回路や、スイッチング素子によるブリッジ回路を用いることができる。

　インバータ７２は、複数のコンバータ７１のそれぞれとステータ３０の各電機子コイル３２の間に接続されている。つまり、一つのコンバータ７１に対して一つのインバータ７２が接続されている。インバータ７２は、コンバータ７１の直流出力を交流変換する。これら複数のインバータ７２のうち、同相の交流出力を行う複数のインバータ７２の出力端子は、それぞれ直列接続されている。より具体的には、Ｕ相の交流出力を行う複数のインバータ７２Ｕの出力端子がそれぞれ直列接続され、Ｖ相の交流出力を行う複数のインバータ７２Ｖの出力端子がそれぞれ直列接続され、Ｗ相の交流出力を行う複数のインバータ７２Ｗの出力端子がそれぞれ直列接続されている。上述したインバータ７２Ｕが直列接続されたＵ相の電力線ＵＬ、インバータ７２Ｖが直列接続されたＶ相の電力線ＶＬ、および、インバータ７２Ｗが直列接続されたＷ相の電力線ＷＬは、それぞれ中性点で接続されたＹ結線となっている場合を例示している。しかし、Ｙ結線に限られるものではなく、他の結線形態であってもよい。

　なお、コンバータ７１やインバータ７２の設置数は、上述した設置数に限られず、コンバータ７１やインバータ７２の定格電流が小さい場合などには、複数のコンバータ７１やインバータ７２を並列に接続して用いるようにしてもよい。

［回転電機１００の製造方法］
　次に、回転電機１００の製造手順を図８から図１１を参照して説明する。
　回転電機１００の要素が図８に分解して示されているが、これらの要素を順に組み付けることで、回転電機１００が製造される。なお、ロータ２０は予め回転軸１０に組付けられているものとするが、実際には回転軸１０にロータ２０を組付ける手順が事前に行われる。

　始めに、図９に示すように、第１ケースセグメント４０Ａにステータ３０の第１コイルセグメント３２Ａを取り付ける。ロータ２０が配置される軸線方向Ｄａの間隔を空けて、所定数の第１コイルセグメント３２Ａが取り付けられる。第１コイルセグメント３２Ａは、例えば図示を省略するモールドを介して第１ケースセグメント４０Ａの内周面に固定される。第２コイルセグメント３２Ｂと第２ケースセグメント４０Ｂの固定についても同様である。
　なお、図示を省略するが、第２ケースセグメント４０Ｂについて、第２コイルセグメント３２Ｂを所定位置に取り付けておく。

　次に、図１０に示すように、複数のロータ２０が組み付けられた回転軸１０を第１ケースセグメント４０Ａに支持させる。回転軸１０には軸線方向Ｄａの両端に軸受４９，４９が取り付けられており、軸受４９，４９を第１ケースセグメント４０Ａの軸線方向Ｄａの両端に支持されるように、回転軸１０を第１ケースセグメント４０Ａに載せる。回転軸１０に支持された複数のロータ２０は、それぞれが対応するステータ３０に対向して配置される。
　回転軸１０およびロータ２０を第１ケースセグメント４０Ａに載せた後に、回転軸１０を含めたロータ２０のバランスの調整を行うことができる。バランスの調整作業は、ロータ２０を回転軸１０とともに回転させてバランス状態を把握してから行われる。バランスの調整作業は、公知の手段を採用できる。

　次に、図１１に示すように、第２コイルセグメント３２Ｂが取り付けられている第２ケースセグメント４０Ｂを、回転軸１０が支持されている第１ケースセグメント４０Ａに載せる。図示を省略するが、第１ケースセグメント４０Ａと第２ケースセグメント４０Ｂとは相対的な移動ができないように、互いに固定される。
　以上の手順を経ることにより、回転電機１００を得ることができる。

［効果］
　次に、回転電機１００が奏する効果を説明する。
　回転電機１００は、ステータ３０を上下に分割される第１コイルセグメント３２Ａと第２コイルセグメント３２Ｂとから構成するとともに、ケース４０を上下に分割される第１ケースセグメント４０Ａと第２ケースセグメント４０Ｂとから構成する。したがって、図１０に示すように、ステータ３０の第１コイルセグメント３２Ａがすでに固定された第１ケースセグメント４０Ａに、回転軸１０とロータ２０が一体となったロータ組立体２５を設置できる。

　第１ケースセグメント４０Ａに載せられた状態のロータ組立体２５は、回転体としてのバランスを欠いていることがある。高速で回転されるロータ組立体２５は、バランスを欠いていると、振動が顕著になる。したがって、ロータ組立体２５についてバランスの調整をする必要があるが、本実施形態においては、回転軸１０と複数段のロータ２０が一体となったロータ組立体２５が第１ケースセグメント４０Ａに載せられているので、ロータ組立体２５の全体についてバランスの調整を容易に行うことができる。

〔第二実施形態〕
　次に、第二実施形態に係る回転電機３００について、図１２および図１３を参照して説明する。回転電機３００は、ステータ３０を構成する電機子コイル３２の温度上昇を抑制できる機能を備える。

［構成］
　回転電機３００は、ケース４０の周囲を覆う外ケース６０が設けられる。以下、ケース４０は、外ケース６０との関係を明確にするために、内ケース４０と表記する。外ケース６０は、第１内ケースセグメント４０Ａを覆い鉛直方向の下側に設けられる第１外ケースセグメント６０Ａと、第２内ケースセグメント４０Ｂを覆い鉛直方向の上側に設けられる第２外ケースセグメント６０Ｂと、を備えている。内ケース４０と外ケース６０の間には、所定の空隙が設けられている。

　外ケース６０には、図示を省略する供給源から供給される冷却媒体ＣＭを外ケース６０の内部に導く外導入口６２と、外ケース６０および内ケース４０を通過して冷却媒体ＣＭを外部に向けて排出する外排出口６４と、を備える。また、内ケース４０には、冷却媒体ＣＭが導入される内導入口５２と、冷却媒体ＣＭが排出される内排出口５４と、を備える。図１３に示すように、対応する外導入口６２と内導入口５２は鉛直方向Ｖおよび水平方向Ｈが一致する位置に設けられ、かつ、外排出口６４と内排出口５４も鉛直方向Ｖおよび水平方向Ｈが一致する位置に設けられる。図１２において、外導入口６２、内導入口５２、外排出口６４および内排出口５４が設けられる位置を図１２に破線で示すが、水平方向Ｈの複数個所に内導入口５２、外排出口６４および内排出口５４が設けられている。本実施形態においては、冷却の対象である電機子コイル３２に対応して外導入口６２などが設けられている。

　回転電機３００は、その動作中において、ステータ３０の電機子コイル３２に冷却媒体ＣＭを吹き付けて、電機子コイル３２の温度上昇を抑制することができる。冷却媒体ＣＭの種類はその目的を果たすことができる限り任意であり、常温または常温以下に冷却されたガス、例えば空気を用いることができる。

［動作］
　供給源から供給された冷却媒体ＣＭは、外導入口６２から外ケース６０の内部に導入され、さらに、内導入口５２から外ケース６０の内部に導入され、電機子コイル３２の冷却に供される。電機子コイル３２の冷却に供された冷却媒体ＣＭは、外ケース６０の内部から内排出口５４および外ケース６０の外排出口６４を通って外ケース６０の外部に排出される。排出された冷却媒体ＣＭは、例えば空気の場合には大気中に放出することができる。または、外排出口６４から排出された冷却媒体ＣＭを回収して、外導入口６２から外ケース６０の内部に導入する、冷却媒体ＣＭの循環経路を設けることもできる。

［効果］
　回転電機３００によれば、第１コイルセグメント３２Ａと第２コイルセグメント３２Ｂの間の隙間を介して冷却がしにくい電機子コイル３２の内径側に冷媒を流すことにより、
電機子コイル３２の温度上昇を抑制できる。特に、電機子コイル３２は、コアレス構造であるために、電機子コイル３２の内部の空隙に冷媒が入り込むので高い冷却能力が得られる一方、空隙があってもトルク低下の影響はほとんどない。

　以上の実施形態に記載の回転電機は、以下のように把握される。
［第１の態様に係る回転電機］
　第１の態様に係るアキシャルギャップ型コアレスの回転電機１００，３００は、ロータ２０、ステータ３０およびケース４０を備える。
　ロータ２０は、複数の界磁磁石２１が軸線ａ方向に間隔を隔てて回転軸１０に固定される。ステータ３０は、界磁磁石２１と対向して配置される複数の電機子コイル３２を有する。ケース４０は、ロータ２０および複数のステータ３０を収容し、かつ、回転軸１０を回転可能に支持する。
　本開示において、ステータ３０の電機子コイル３２は、第１コイルセグメント３２Ａと、第１コイルセグメント３２Ａと回転軸１０の径方向に対向して配置される第２コイルセグメント３２Ｂと、を有する。
　本開示において、ケース４０は、第１ケースセグメント４０Ａと、第１ケースセグメントと回転軸の径方向に対向して配置される第２ケースセグメント４０Ｂと、を有する。

［第１の態様に係る回転電機の作用・効果］
　第１の態様に係る回転電機１００，３００によれば、ケース４０が第１ケースセグメント４０Ａと第２ケースセグメント４０Ｂに分割され、かつ、ステータ３０の電機子コイル３２が第１コイルセグメント３２Ａと第２コイルセグメント３２Ｂに分割される。これにより、複数の第１コイルセグメント３２Ａが所定位置に配置された第１ケースセグメント４０Ａに、複数の界磁磁石２１が回転軸１０に取り付けられたロータ２０を一体として配置できる。したがって、第１ケースセグメント４０Ａに配置されたロータ２０について、一体としてバランスの調整ができる。これにより、複数段のロータ２０とステータ３０の組み合わせを備える回転電機１００，３００において、ロータ２０のアンバランスによる振動を抑制できる。

［第２の態様に係る回転電機］
　第２の態様に係る回転電機１００，３００において、好ましくは、第１コイルセグメント３２Ａと第２コイルセグメント３２Ｂは、電機子コイル３２の周期の１／２ずつを担う。

［第２の態様に係る回転電機の作用・効果］
　第２の態様に係る回転電機１００，３００によれば、第１コイルセグメント３２Ａと第２コイルセグメント３２Ｂが同じ形状、寸法にできる。したがって、電機子コイル３２の周方向に均一な磁界を発生させることができるので、ロータ２０の回転を安定させることができる。

［第３の態様に係る回転電機］
　第３の態様に係る回転電機１００，３００の電機子コイル３２は、回転軸１０軸線ａの回りの位相が互いに異なる第１コイル３２Ｕ、第２コイル３２Ｖおよび第３コイル３２Ｗを有する。
　第３の態様に係る第１コイルセグメント３２Ａは、第１コイル３２Ｕの一部をなす第１Ａコイル要素と、第２コイル３２Ｖの一部をなす第１Ｂコイル要素と、第３コイル３２Ｗの一部をなす第１Ｃコイル要素と、を備える。また、第３の態様に係る第２コイルセグメントは、第１コイル３２Ｕの他部をなす第１ａコイル要素と、第２コイル３２Ｖの他部をなす第１ｂコイル要素と、第３コイル３２Ｗの他部をなす第１ｃコイル要素と、を備える。

［第３の態様に係る回転電機の作用・効果］
　第３の態様に係る回転電機１００，３００によれば、３相交流型の回転電機に適用される。

［第４の態様に係る回転電機］
　第４の態様に係る回転電機１００，３００において、好ましくは、第１コイルセグメント３２Ａおよび第２コイルセグメント３２Ｂは、鉛直方向に分割される。

［第４の態様に係る回転電機の作用・効果］
　第４の態様に係る回転電機１００，３００によれば、第１コイルセグメント３２Ａを第１ケースセグメント４０Ａに設置し、第２コイルセグメント３２Ｂを第２ケースセグメント４０Ｂに設置する作業が容易である。

［第５の態様に係る回転電機］
　第５の態様に係る回転電機１００，３００によれば、好ましくは、第１ケースセグメント４０Ａと第２ケースセグメント４０Ｂは、鉛直方向に分割される。

［第５の態様に係る回転電機の作用・効果］
　第５の態様に係る回転電機１００，３００によれば、第１ケースセグメント４０Ａにロータ２０を設置する作業が容易である。

［第６の態様に係る回転電機］
　第６の態様に係る回転電機１００，３００によれば、好ましくは、ケースの中に冷却媒体を供給する冷却機構を備える。

［第６の態様に係る回転電機の作用・効果］
　第６の態様に係る回転電機１００，３００によれば、電機子コイル３２を効果的に冷却できる。

　以上の実施形態に記載の回転電機の製造方法は、以下のように把握される。
［第１の態様に係る回転電機の製造方法］
　本開示は、上述したロータ、ステータおよびケースを備えるアキシャルギャップ型コアレス回転電機の製造方法を提供する。この製造方法は、以下の第１ステップ、第２ステップおよび第３ステップを備える。
　第１ステップ：複数の第１コイルセグメントが所定位置に配置された第１ケースセグメントを用意する。
　第２ステップ：複数の界磁磁石が回転軸に取り付けられたロータを、第１ケースセグメントの所定位置に配置する。
　第３ステップ：複数の第２コイルセグメントが所定位置に配置された第２ケースセグメントを第１ケースセグメントに突き合わせる。
　本開示に係る製造方法おいて、ケースは、第１ケースセグメントと第２ケースセグメントを含み、電機子コイルは、第１コイルセグメントと第２コイルセグメントを含む。

［第１の態様に係る回転電機の製造方法の作用・効果］
　第１の態様に係る回転電機の製造方法によれば、ケース４０が第１ケースセグメント４０Ａと第２ケースセグメント４０Ｂに分割され、かつ、ステータ３０の電機子コイル３２が第１コイルセグメント３２Ａと第２コイルセグメント３２Ｂに分割される。これにより、複数の第１コイルセグメント３２Ａが所定位置に配置された第１ケースセグメント４０Ａに、複数の界磁磁石２１が回転軸１０に取り付けられたロータ２０を一体として配置できる。したがって、第１ケースセグメント４０Ａに配置されたロータ２０について、一体としてバランスの調整ができる。これにより、複数段のロータ２０とステータ３０の組み合わせを備える回転電機１００，３００において、ロータ２０のアンバランスによる振動を抑制できる。

［第２の態様に係る回転電機の製造方法］
　第１の態様に係る回転電機の製造方法によれば、好ましくは、第２ステップと第３ステップの間に、ロータのバランス調整が行われる。

［第２の態様に係る回転電機の製造方法の作用・効果］
　第２の態様に係る回転電機の製造方法によれば、複数段のロータ２０とステータ３０の組み合わせを備える回転電機１００，３００において、ロータ２０のアンバランスによる振動を容易に抑制できる。

［付記］
　上記以外にも、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
　例えば、実施形態においては、ケース４０は鉛直方向Ｖに第１ケースセグメント４０Ａと第２ケースセグメント４０Ｂに分割される最も好ましい例を示した。しかし、本開示においては、ロータ２０のバランスを一体として調整できる限り、ケース４０を水平方向Ｈに分割することもできる。この場合、第１ケースセグメント４０Ａと第２ケースセグメント４０Ｂとを組み付けるまでの間、他の部材により回転軸１０を含む複数段のロータ２０を支持しておけばよい。

　区部が鉛直方向Ｖに限らないのは、ケース４０だけではなく電機子コイル３２についても当てはまる。つまり、実施形態においては、ケース４０が鉛直方向Ｖに分割されているのに対応して、電機子コイル３２についても鉛直方向Ｖに分割されているが、例えばケース４０が水平方向Ｈに分割されるのであれば、これに対応して電機子コイル３２を水平方向Ｈに分割できる。

　また、実施形態で示した電機子コイル３２は好ましい形態である。しかし、二つに分割されたとしても、ステータとして磁界を発生できる限り本開示に適用される電機子コイルに制限はない。

１　　　回転電機システム
１０　　回転軸
１１　　外周面
１３　　凸部
２０　　ロータ
２１　　界磁磁石
２１Ａ　磁石ブロック
２１Ｉ　内周面
２２　　内側リング部
２２Ａ　第１ブロック
２２Ｋ　キー溝
２３　　トルク伝達部
２３Ｃ　接触面
２３Ｋ　キー
２３Ｏ　外側面
２３Ｓ　バネ
２４　　外側リング部
２５　　ロータ組立体
３０　　ステータ
３２　　電機子コイル
３２Ａ　第１コイルセグメント
３２Ｂ　第２コイルセグメント
３２Ｕ　第１コイル
３２ＵＡ　コイル要素（第１Ａコイル要素）
３２ＵＢ　コイル要素（第１ａコイル要素）
３２Ｖ　第２コイル
３２ＶＡ　コイル要素（第１Ｂコイル要素）
３２ＶＢ　コイル要素（第１ｂコイル要素）
３２Ｗ　第３コイル
３２ＷＡ　コイル要素（第１Ｃコイル要素）
３２ＷＢ　コイル要素（第１ｃコイル要素）
３３　　巻回部
３４　　内側コイルエンド
３５　　外側コイルエンド
３５Ｃ　角部
３６　　コイルスロット
３７Ａ，３７Ｂ　内側切欠き部
３８Ａ，３８Ｂ　外側切欠き部
３９　　積層板部
４０　　ケース
４０Ａ　第１ケースセグメント
４０Ｂ　第２ケースセグメント
４２Ａ，４２Ｂ　開口
４５　　収容室
４６，４７　軸孔
４９　　軸受
５２　　内導入口
５４　　内排出口
６０　　外ケース
６０Ａ　第１外ケースセグメント
６０Ｂ　第２外ケースセグメント
６２　　外導入口
６４　外排出口
７１　　コンバータ
７２，７２Ｕ，７２Ｖ，７２Ｗ　インバータ
１００　回転電機
２００　電力変換器
３００　回転電機
ＵＬ，ＶＬ，ＷＬ　電力線
ＣＭ　冷却媒体

Claims (8)

1. 　複数の界磁磁石が軸線方向に間隔を隔てて回転軸に固定されるロータと、
   　前記界磁磁石と対向して配置される複数の電機子コイルを有するステータと、
   　前記ロータおよび複数の前記ステータを収容し、かつ、前記回転軸を回転可能に支持するケースと、を備え、
   　前記ステータの前記電機子コイルは、
   　第１コイルセグメントと、前記第１コイルセグメントに対向して配置される第２コイルセグメントと、を有し、
   　前記ケースは、
   　第１ケースセグメントと、前記第１ケースセグメントに対向して配置される第２ケースセグメントと、を有する、
   アキシャルギャップ型でコアレスの回転電機。
2. 　前記第１コイルセグメントと前記第２コイルセグメントは、
   　前記電機子コイルの周期の１／２ずつを担う、
   請求項１に記載の回転電機。
3. 　前記電機子コイルは、
   　前記回転軸の軸線回りの位相が互いに異なる第１コイル、第２コイルおよび第３コイルを有し、
   　前記第１コイルセグメントは、
   　前記第１コイルの一部をなす第１Ａコイル要素と、前記第２コイルの一部をなす第１Ｂコイル要素と、前記第３コイルの一部をなす第１Ｃコイル要素と、を備え、
   　前記第２コイルセグメントは、
   　前記第１コイルの他部をなす第１ａコイル要素と、前記第２コイルの他部をなす第１ｂコイル要素と、前記第３コイルの他部をなす第１ｃコイル要素と、を備える、
   請求項１または請求項２に記載の回転電機。
4. 　前記第１コイルセグメントおよび前記第２コイルセグメントは、
   　鉛直方向に分割される、
   請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の回転電機。
5. 　前記第１ケースセグメントと前記第２ケースセグメントは、
   　鉛直方向に分割される、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。
6. 　前記ケースの中に冷却媒体を供給する冷却機構を備える、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の回転電機。
7. 　複数の界磁磁石が軸線方向に間隔を隔てて回転軸に設けられるロータと、
   　前記界磁磁石と対向して配置される複数の電機子コイルを有するステータと、
   　前記ロータおよび複数の前記ステータを収容し、かつ、前記回転軸を回転可能に支持するケースと、を備えるアキシャルギャップ型でコアレスの回転電機の製造方法であって、
   　複数の第１コイルセグメントが所定位置に配置された第１ケースセグメントを用意する第１ステップと、
   　複数の前記界磁磁石が前記回転軸に取り付けられた前記ロータを、前記第１ケースセグメントの所定位置に配置する第２ステップと、
   　複数の第２コイルセグメントが所定位置に配置された第２ケースセグメントを前記第１ケースセグメントに突き合わせる第３ステップと、を備え、
   　前記ケースは、前記第１ケースセグメントと前記第２ケースセグメントを含み、
   　前記電機子コイルは、前記第１コイルセグメントと前記第２コイルセグメントを含む、回転電機の製造方法。
8. 　前記第２ステップと前記第３ステップの間に、
   　前記ロータのバランス調整が行われる、
   請求項７に記載の回転電機の製造方法。

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