(57)【要約】【課題】小型化を図ることが可能な回転電機、回転電機システム及び永久磁石の製造方法を提供。【解決手段】コイル３２の内側コイルエンド部３４は、軸線方向Ｄａから見て、軸線方向Ｄａで隣接する他のコイル３２の内側コイルエンド部３４と重なる位置に、他のコイル３２の内側コイルエンド部３４を軸線方向Ｄａから収容可能な内側切欠き部３７Ａ，３７Ｂを備える。コイル３２の外側コイルエンド部３５は、軸線方向Ｄａから見て、軸線方向Ｄａで隣接する他のコイル３２の外側コイルエンド部３５と重なる位置に、他のコイル３２の外側コイルエンド部３５を軸線方向Ｄａから収容可能な外側切欠き部３８Ａ，３８Ｂを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に複数が重ねて配置されて軸線回りの位相が互いに異なるように配置されたコイルであって、
前記軸線を中心とした周方向に延びる内側コイルエンド部と、
前記軸線を中心とした径方向で前記内側コイルエンド部よりも外側に配置されて前記周方向に延びる外側コイルエンド部と、
前記径方向に延びて前記周方向における前記内側コイルエンド部の端部と前記外側コイルエンド部の端部とを電気的に接続するコイルスロット部と、を備え、
前記内側コイルエンド部は、
前記軸線方向から見て、前記軸線方向で隣接する他のコイルの内側コイルエンド部と重なる位置に、前記他のコイルの内側コイルエンド部を前記軸線方向から収容可能な内側切欠き部を備え、
前記外側コイルエンド部は、
前記軸線方向から見て、前記軸線方向で隣接する他のコイルの外側コイルエンド部と重なる位置に、前記他のコイルの外側コイルエンド部を前記軸線方向から収容可能な外側切欠き部を備えるコイル。
【請求項２】
前記内側コイルエンド部は、
前記軸線方向の一方に隣接する他の第一のコイルの内側コイルエンド部と重なる位置に設けられ、前記第一のコイルの内側コイルエンド部を前記軸線方向の一方から収容可能な第一の内側切欠き部と、
前記軸線方向の他方に隣接する他の第二のコイルの内側コイルエンド部と重なる位置に設けられ、前記第二のコイルの内側コイルエンド部を前記軸線方向の他方から収容可能な第二の内側切欠き部とを備える、
請求項１に記載のコイル。
【請求項３】
前記外側コイルエンド部は、
前記軸線方向の一方に隣接する他の第一のコイルの外側コイルエンド部と重なる位置に設けられ、前記第一のコイルの外側コイルエンド部を前記軸線方向の一方から収容可能な第一の外側切欠き部と、
前記軸線方向の他方に隣接する他の第二のコイルの外側コイルエンド部と重なる位置に設けられ、前記第二のコイルの外側コイルエンド部を前記軸線方向の他方から収容可能な第二の外側切欠き部とを備える、
請求項１又は２に記載のコイル。
【請求項４】
前記コイルスロット部は、
前記軸線と交差する方向に複数積層されて、前記コイルスロット部を流れる電流の周波数に対する表皮深さよりも前記積層される方向の厚さが小さい積層板部を備える請求項１から３の何れか一項に記載のコイル。
【請求項５】
前記積層板部は、
前記コイルスロット部の延びる方向と同一方向に延びている請求項４に記載のコイル。
【請求項６】
前記内側切欠き部は、
前記内側コイルエンド部のうち前記内側切欠き部が形成されていない箇所における前記軸線方向の寸法の半分以上の深さ寸法を有し、
前記外側切欠き部は、
前記外側コイルエンド部のうち前記外側切欠き部が形成されていない箇所における前記軸線方向の寸法の半分以上の深さ寸法を有している請求項１から５の何れか一項に記載のコイル。
【請求項７】
互いに独立した複数の磁性材が絶縁材を介して重ね合わされた線材を備え、
前記線材は、前記軸線を中心とした周方向で複数回巻き回された状態とされている請求項１から６の何れか一項に記載のコイル。
【請求項８】
互いに独立した複数の磁性材が絶縁材を介して重ね合われた線材を備え、
前記線材は、軸線を中心とした周方向で複数回巻き回された状態とされているコイル。
【請求項９】
アキシャルギャップ型の回転電機であって、
軸線方向に重なるとともに軸線回りの位相が互いに異なる請求項１から７の何れか一項に記載の複数のコイルを備えたステータと、
軸線を中心とした径方向の外側から前記ステータを覆うケーシングと、
永久磁石を有し前記軸線方向で前記複数のコイルと対向するように配置されたロータと、
前記ケーシングに支持されて前記ロータと共に前記軸線回りに回転可能な回転軸と、
を備える回転電機。
【請求項１０】
前記ケーシングは、冷媒が流れる冷媒流路を内部に備え、
前記ステータの外側コイルエンドの少なくとも一部は、前記冷媒流路の内部に配置されている請求項９に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記ステータ及び前記ロータは、前記軸線方向に間隔をあけて複数段設けられている請求項９又は１０に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記ステータは、前記ケーシングに支持されるモールド部を備え、
前記モールド部は、複合材料からなる請求項９又は１０に記載の回転電機。
【請求項１３】
前記モールド部は、前記コイルを軸線方向から覆うアキシャルモールド部を備え、
前記アキシャルモールド部は、前記複数のコイルを収容する溝を有する請求項１２に記載の回転電機。
【請求項１４】
前記アキシャルモールド部は、軸線を中心とした周方向に冷媒を流す周方向冷媒流路を備える請求項１３に記載の回転電機。
【請求項１５】
前記永久磁石は、
前記軸線を中心とした周方向に並んで配置された複数の磁石ブロックを有し、前記軸線を中心としたリング状に形成され、
前記ロータは、
前記軸線を中心とした径方向の外側に向かって前記永久磁石を押圧するとともに、前記永久磁石に作用する前記軸線を中心とした回転方向へのトルクを前記回転軸へ伝達するトルク伝達部と、
前記永久磁石に遠心力が作用した際に、前記永久磁石が前記径方向の外側へ変位することを抑える外側リング部と、を備える請求項９から１４の何れか一項に記載の回転電機。
【請求項１６】
前記トルク伝達部は、
前記回転軸又は、前記回転軸の外周面に固定された内側リング部に形成されたキー溝内に配置され、前記径方向にスライド可能なキー部と、
前記キー部を前記径方向の外側へ向かって付勢するバネ部と、
前記キー部により前記径方向の内側から押圧されて、前記永久磁石の内周面に全面が面接触する外側面を有した面接触部と、を備える請求項１５に記載の回転電機。
【請求項１７】
前記トルク伝達部は、
前記径方向に圧縮変形可能なＵ字状のバネ部を有した弾性屈曲部と、
前記弾性屈曲部により前記径方向の内側から押圧されて、前記永久磁石の内周面に全面が面接触する外側面を有した面接触部と、を備える請求項１５に記載の回転電機。
【請求項１８】
複数のコイルを有したステータと、
永久磁石を有し前記複数のコイルと対向するように配置されたロータと、
前記ロータと共に軸線回りに回転可能な回転軸と、を備えた回転電機であって、
前記永久磁石は、
前記軸線を中心とした周方向に並んで配置された複数の磁石ブロックを有し、前記軸線を中心としたリング状に形成され、
前記ロータは、
前記軸線を中心とした径方向の外側に向かって前記永久磁石を押圧するとともに、前記永久磁石に作用する前記軸線を中心とした回転方向へのトルクを前記回転軸へ伝達するトルク伝達部と、
前記永久磁石に遠心力が作用した際に、前記永久磁石が前記径方向の外側へ変位することを抑える外側リング部と、を備える回転電機。
【請求項１９】
前記トルク伝達部は、
前記回転軸又は、前記回転軸の外周面に固定された内側リング部に形成されたキー溝内に配置され、前記径方向にスライド可能なキー部と、
前記キー部を前記径方向の外側へ向かって付勢するバネ部と、
前記キー部により前記径方向の内側から押圧されて、前記永久磁石の内周面に全面が面接触する外側面を有した面接触部と、を備える請求項１８に記載の回転電機。
【請求項２０】
前記トルク伝達部は、
前記径方向に圧縮変形可能なＵ字状のバネ部を有した弾性屈曲部と、
前記弾性屈曲部により前記径方向の内側から押圧されて、前記永久磁石の内周面に全面が面接触する外側面を有した面接触部と、を備える請求項１８に記載の回転電機。
【請求項２１】
請求項１１に記載の回転電機を備える回転電機システムであって、
前記回転電機で発電された電力を変換する電力変換器を備え、
前記電力変換器は、
複数の前記ステータのそれぞれに接続され、前記ステータの交流出力を直流変換するコンバータと、
複数の前記コンバータのそれぞれに接続され、前記コンバータの直流出力を交流変換するインバータと、を備え、
複数の前記インバータのうち、同相の交流出力を行う複数のインバータの出力端子がそれぞれ直列接続されている回転電機システム。
【請求項２２】
前記コンバータは、
前記ステータの各段に対して一つずつ設けられ、前記ステータの各段から出力される多相の交流出力を直流変換する請求項２１に記載の回転電機システム。
【請求項２３】
前記コンバータは、
前記ステータのコイル毎に設けられ、一つの前記コイルから出力される単相の交流出力を直流変換する請求項２１に記載の回転電機システム。
【請求項２４】
各相のコイルが複数の分割コイルからなる発電機と、
前記発電機で発電された電力を変換する電力変換器と、を備え、
前記電力変換器は、
前記分割コイルに対して一つずつ接続され、前記分割コイルの交流出力を直流変換するコンバータと、
複数の前記コンバータのそれぞれに接続され、前記コンバータの直流出力を交流変換するインバータと、を備え、
複数の前記インバータのうち、同相の交流出力を行う複数のインバータの出力端子がそれぞれ直列接続されている回転電機システム。
【請求項２５】
多相のコイルが複数層設けられた発電機と、
前記発電機で発電された電力を変換する電力変換器と、を備え、
前記電力変換器は、
各層に対して一つずつ設けられ、各層の前記多相のコイルから出力される多相の交流出力を直流変換するコンバータと、
複数の前記コンバータのそれぞれに接続され、前記コンバータの直流出力を交流変換するインバータと、を備え、
複数の前記インバータのうち、同相の交流出力を行う複数のインバータの出力端子がそれぞれ直列接続されている回転電機システム。
【請求項２６】
請求項９から２０の何れか一項に記載の回転電機に用いる永久磁石の製造方法であって、
渦電流損の上限値及び磁石コストの上限値をそれぞれ設定し、
前記渦電流損と前記永久磁石の分割数との関係、及び、前記磁石コストと前記永久磁石の分割数との関係に基づいて、
前記渦電流損の上限値及び前記磁石コストの上限値を上回らない範囲で軸線を中心とした周方向又は径方向における永久磁石の分割数を決定する永久磁石の製造方法。
【請求項２７】
請求項９から２０の何れか一項に記載の回転電機に用いる永久磁石の製造方法であって、
渦電流損の上限値及び磁石コストの上限値をそれぞれ設定し、
前記渦電流損と磁石アスペクト比との関係、及び、前記磁石コストと磁石アスペクト比との関係に基づいて、
前記渦電流損の上限値及び前記磁石コストの上限値を上回らない範囲で前記永久磁石を構成する複数の磁石ブロックの磁石アスペクト比を決定する永久磁石の製造方法。
【請求項２８】
回転電機に用いる永久磁石の製造方法であって、
渦電流損の上限値及び磁石コストの上限値をそれぞれ設定し、
前記渦電流損と前記永久磁石の分割数との関係、及び、前記磁石コストと前記永久磁石の分割数との関係に基づいて、
前記渦電流損の上限値及び前記磁石コストの上限値を上回らない範囲で軸線を中心とした周方向又は径方向における永久磁石の分割数を決定する永久磁石の製造方法。
【請求項２９】
回転電機に用いる永久磁石の製造方法であって、
渦電流損の上限値及び磁石コストの上限値をそれぞれ設定し、
前記渦電流損と磁石アスペクト比との関係、及び、前記磁石コストと磁石アスペクト比との関係に基づいて、
前記渦電流損の上限値及び前記磁石コストの上限値を上回らない範囲で前記永久磁石を構成する複数の磁石ブロックの磁石アスペクト比を決定する永久磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コイル、回転電機、回転電機システム及び永久磁石の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機や電動機等の回転電機では、更なる高速回転化や小型化が望まれている。
特許文献１には、鉄心を使用しないコアレス化を図るとともに帯状の線材を渦巻き状に巻回したコイルを採用することで、鉄心で発生する損失をゼロにするとともに、漏れ磁束がコイルに鎖交して渦電流が生じることを抑制可能なアキシャルギャップ型のモータが記載されている。
特許文献２には、一次巻線が複数に分割された変圧器を用いて、モータを制御する多重インバータ装置を備えたシステムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５５７６２４６号公報
【特許文献２】特開平１１−１２２９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のコイルのように、帯状の線材を渦巻き状に巻回する場合、コイルエンドが大型化するため分布巻きにすることが困難になる場合がある。また、特許文献１のように帯状の線材を渦巻き状に巻回したコイルや、複数の細い導線を束ねたリッツ線などの線材により形成されたコイルは、導体の占積率が低くなるためコイル及び回転電機が大型化してしまう場合がある。
【０００５】
特許文献２のモータは、駆動するために高電圧・大電流が必要となる。そのため、大型の変圧器が必要となり、システム全体が大型化してしまうという課題がある。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、小型化を図り商品性を向上可能なコイル、回転電機、回転電機システム及び永久磁石の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために以下の構成を採用する。
この発明の第一態様によれば、コイルは、軸線方向に複数が重ねて配置されて軸線回りの位相が互いに異なるように配置されたコイルである。コイルは、内側コイルエンド部と、外側コイルエンド部と、コイルスロット部と、を備えている。内側コイルエンド部は、前記軸線を中心とした周方向に延びている。外側コイルエンド部は、前記軸線を中心とした径方向で前記内側コイルエンド部よりも外側に配置されて前記周方向に延びている。コイルスロット部は、前記径方向に延びて前記周方向における前記内側コイルエンド部の端部と前記外側コイルエンド部の端部とを電気的に接続する。前記内側コイルエンド部は、前記軸線方向から見て、前記軸線方向で隣接する他のコイルの内側コイルエンド部と重なる位置に、前記他のコイルの内側コイルエンド部を前記軸線方向から収容可能な内側切欠き部を備えている。前記外側コイルエンド部は、前記軸線方向から見て、前記軸線方向で隣接する他のコイルの外側コイルエンド部と重なる位置に、前記他のコイルの外側コイルエンド部を前記軸線方向から収容可能な外側切欠き部を備えている。
【０００７】
この第一態様では、内側コイルエンド部に内側切欠き部を備え、外側コイルエンド部に外側切欠き部を備えている。そのため、軸線方向に複数のコイルを重ねて配置して、これらコイルの軸線回りの位相が互いに異なるように配置した場合に、軸線方向で隣接する他のコイルの内側コイルエンド部を内側切欠き部に収容するとともに、軸線方向で隣接する他のコイルの外側コイルエンド部を外側切欠き部に収容することができる。ここで、他のコイルにも内側切欠き部と外側切欠き部とが形成されているため、軸線方向で複数のコイルを重ねた際に、隣接するコイルの内側切欠き部同士及び外側切欠き部同士が互いを収容し合う状態にすることができる。そのため、複数のコイルを重ねたコイル組立体の軸線方向の寸法を短くすることができる。
また、内側切欠き部や外側切欠き部が配置される箇所には、積層板部が配置されないため、内側切欠き部や外側切欠き部の導体の占積率が低下することを抑制できる。
したがって、渦電流損を低減しつつコイルエンドの小型化を図ることが可能となる。
【０００８】
この発明の第二態様によれば、第一態様に係る内側コイルエンド部は、第一の内側切欠き部と、第二の内側切欠き部と、を備えていてもよい。第一の内側切欠き部は、前記軸線方向の一方に隣接する他の第一のコイルの内側コイルエンド部と重なる位置に設けられている。第一の内側切欠き部は、前記第一のコイルの内側コイルエンド部を前記軸線方向の一方から収容可能に形成されている。第二の内側切欠き部は、前記軸線方向の他方に隣接する他の第二のコイルの内側コイルエンド部と重なる位置に設けられている。第二の内側切欠き部は、前記第二のコイルの内側コイルエンド部を前記軸線方向の他方から収容可能に形成されている。
この第二態様では、内側コイルエンド部に第一の内側切欠き部と第二の内側切欠き部とを備えている。そのため、軸線方向の一方に他の第一のコイルを重ねて配置し、軸線方向の他方に他の第二のコイルを重ねて配置した場合に、他の第一のコイルの内側コイルエンド部を第一の内側切欠き部に収容することができる。同様に、他の第二のコイルの内側コイルエンド部を第二の内側切欠き部に収容することができる。そのため、複数のコイルを重ねたコイル組立体の内側コイルエンド部側における軸線方向の寸法を短くすることができる。
【０００９】
この発明の第三態様によれば、第一又は第二態様に係る外側コイルエンド部は、第一の外側切欠き部と、第二の外側切欠き部とを備えていてもよい。第一の外側切欠き部は、前記軸線方向の一方に隣接する他の第一のコイルの外側コイルエンド部と重なる位置に設けられている。第一の外側切欠き部は、前記第一のコイルの外側コイルエンド部を前記軸線方向の一方から収容可能に形成されている。第二の外側切欠き部は、前記軸線方向の他方に隣接する他の第二のコイルの外側コイルエンド部と重なる位置に設けられている。第二の外側切欠き部は、前記第二のコイルの外側コイルエンド部を前記軸線方向の他方から収容可能に形成されている。
この第三態様では、外側コイルエンド部に第一の外側切欠き部と第二の外側切欠き部とを備えている。そのため、軸線方向の一方に他の第一のコイルを重ねて配置し、軸線方向の他方に他の第二のコイルを重ねて配置した場合に、他の第一のコイルの外側コイルエンド部を第一の外側切欠き部に収容することができる。同様に、他の第二のコイルの外側コイルエンド部を第二の外側切欠き部に収容することができる。そのため、複数のコイルを重ねたコイル組立体の外側コイルエンド部側における軸線方向の寸法を短くすることができる。
【００１０】
この発明の第四態様によれば、第一から第三態様の何れか一つの態様に係るコイルスロット部は、前記軸線と交差する方向に複数積層されて、前記コイルスロット部を流れる電流の周波数に対する表皮深さよりも前記積層される方向の厚さが小さい積層板部を備えていてもよい。
この第三態様では、コイルスロット部に、軸線と交差する方向に複数積層された積層板部を備えている。軸線方向で隣接する他のコイルの位相が異なり、且つコアレスである場合等において、コイルスロット部には、軸線方向で隣接するコイルで発生した磁束が軸線方向に鎖交し易い。しかし、コイルスロット部には、コイルスロット部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の厚さが小さく形成された積層板部が設けられている。これにより、積層板部が積層される方向に電流が流れ難くなっている。そのため、他のコイルによって発生させた磁束がコイルスロット部に対して軸線方向で鎖交したとしても、積層板部の積層された方向に渦電流が発生することを抑制できる。
【００１１】
この発明の第五態様によれば、第一から第四態様の何れか一つの態様に係る積層板部は、前記コイルスロット部の延びる方向と同一方向に延びていてもよい。
第五態様のように構成することで、渦電流の発生を抑制しつつコイルスロット部の剛性低下も抑制できる。
【００１２】
この発明の第六態様によれば、第一から第五態様の何れか一つの態様に係る内側切欠き部は、前記内側コイルエンド部のうち前記内側切欠き部が形成されていない箇所における前記軸線方向の寸法の半分以上の深さ寸法を有するようにしてもよい。前記外側切欠き部は、前記外側コイルエンド部のうち前記外側切欠き部が形成されていない箇所における前記軸線方向の寸法の半分以上の深さ寸法を有するようにしてもよい。
この第三態様では、内側切欠き部は、内側切欠き部が形成されていない箇所における内側コイルエンド部の軸線方向の寸法の半分以上の深さ寸法を有し、外側切欠き部は、外側切欠き部が形成されていない箇所における外側コイルエンド部の軸線方向の寸法の半分以上の深さを有する。そのため、軸線方向で複数のコイルを重ねて、隣接するコイルの内側切欠き部同士が互いを収容し合う状態とし、隣接するコイルの外側切欠き部同士が互いを収容し合う状態にすると、コイル組立体の軸線方向の寸法が一つのコイルの軸線方向の寸法と同等になる。
したがって、分布巻にした場合に、コイルエンドを小型化することが可能となる。
【００１３】
この発明の第七態様によれば、第一から第六態様の何れか一つの態様に係る回転電機は、互いに独立した複数の磁性材が絶縁材を介して重ね合わされた線材を備え、前記線材は、前記軸線を中心とした周方向で複数回巻き回された状態とされていてもよい。
このようにすることで、隣り合う磁性材が絶縁材によって電気的に絶縁されるため、渦電流損をより一層低減し、発熱や効率低下を抑制できる。さらに、電流密度が大きくなることを抑制できるため、ジュール熱による発熱も抑制することができる。
【００１４】
この発明の第八態様によれば、回転電機は、互いに独立した複数の磁性材が絶縁材を介して重ね合わされた線材を備え、前記線材は、前記軸線を中心とした周方向で複数回巻き回された状態とされている。
【００１５】
この発明の第九態様によれば、回転電機は、アキシャルギャップ型の回転電機である。回転電機は、ステータと、ケーシングと、ロータと、回転軸と、を備えている。ステータは、軸線方向に重なるとともに軸線回りの位相が互いに異なる第一態様から第七態様の何れか一つの態様に係る複数のコイルを備える。ケーシングは、軸線を中心とした径方向の外側からステータを覆っている。ロータは、永久磁石を有している。ロータは、軸線方向で複数のコイルと対向するように配置されている。回転軸は、ケーシングに支持されてロータと共に軸線回りに回転可能となっている。
第九態様のように構成することで、渦電流損を低減しつつ小型化を図ることができるため、高速回転させた際の効率向上を図ることができる。
【００１６】
この発明の第十態様によれば、第九態様に係る前記ケーシングは、冷媒が流れる冷媒流路を内部に備え、前記ステータの外側コイルエンドの少なくとも一部は、前記冷媒流路の内部に配置されていてもよい。
この第十態様のように構成することで、コイルを冷媒によって直接的に冷却することができるため、冷却性能を向上することができる。したがって、コイルを空冷のみで冷却する場合と比較して、空気流路を小さくしたり、空気と接触するコイルの面積を小さくしたりすることができる。その結果、回転電機の小型化や軽量化を実現できる。
【００１７】
この発明の第十一態様によれば、第九又は第十態様に係るステータ及びロータは、前記軸線方向に間隔をあけて複数段設けられていてもよい。
このようにステータ及びロータが軸線方向に間隔をあけて複数段設けられている場合、段数が多いほど小型化の効果が大きくなる。
【００１８】
この発明の第十二態様によれば、第九から第十態様の何れか一つの態様に係るステータは、前記ケーシングに支持されるモールド部を備え、前記モールド部は、複合材料からなるようにしてもよい。
このように構成することで、モールド部の熱伝導、絶縁性、耐熱性の調整を容易に行うことができる。
【００１９】
この発明の第十三態様によれば、第十二態様に係るモールド部は、前記コイルを軸線方向から覆うアキシャルモールド部を備え、前記アキシャルモールド部は、前記複数のコイルを収容する溝を有するようにしてもよい。
このように構成することで、コイルとモールド部との接触面積を向上できるため、コイルに対してモールド部をより強固に固定することができる。
【００２０】
この発明の第十四態様によれば、第十三態様に係るアキシャルモールド部は、軸線を中心とした周方向に冷媒を流す周方向冷媒流路を備えるようにしてもよい。
このようにすることで、コイルを効率よく冷却することができる。
【００２１】
この発明の第十五態様によれば、第九から第十四態様の何れか一つの態様に係る永久磁石は、前記軸線を中心とした周方向に並んで配置された複数の磁石ブロックを有し、前記軸線を中心としたリング状に形成されていてもよい。さらに、前記ロータは、トルク伝達部と、外側リング部とを備えていてもよい。トルク伝達部は、前記軸線を中心とした径方向の外側に向かって前記永久磁石を押圧するとともに、前記永久磁石に作用する前記軸線を中心とした回転方向へのトルクを前記回転軸へ伝達する。外側リング部は、前記永久磁石に遠心力が作用した際に、前記永久磁石が前記径方向の外側へ変位することを抑える。
このように構成することで、例えば、ロータが高速回転して、遠心力により永久磁石が径方向外側に変位や変形をしたとしても、トルク伝達部が永久磁石を径方向の外側に向かって押圧するため、永久磁石とトルク伝達部との間に隙間が形成されない。その結果、永久磁石から回転軸へのトルク伝達が阻害されることを抑制できる。
【００２２】
この発明の第十六態様によれば、第十五態様に係るトルク伝達部は、キー部と、バネ部と、面接触部と、を備えていてもよい。キー部は、前記回転軸又は、前記回転軸の外周面に固定された内側リング部に形成されたキー溝内に配置され、前記径方向にスライド可能とされる。バネ部は、前記キー部を前記径方向の外側へ向かって付勢する。面接触部は、前記キー部により前記径方向の内側から押圧されて、前記永久磁石の内周面に全面が面接触する外側面を有している。
このように構成することで、面接触部が径方向の外側に向かって付勢されるので、永久磁石に遠心力が作用したとしても、面接触部の外側面の全面が永久磁石の内周面に面接触した状態を維持できる。
【００２３】
この発明の第十七態様によれば、第十五態様に係るトルク伝達部は、弾性屈曲部と、面接触部と、を備えていてもよい。弾性屈曲部は、前記径方向に圧縮変形可能なＵ字状のバネ部を有している。面接触部は、前記弾性屈曲部により前記径方向の内側から押圧されて、前記永久磁石の内周面に全面が面接触する外側面を有している。
このように構成することで、面接触部が径方向の外側に向かって付勢されるので、永久磁石に遠心力が作用したとしても、面接触部の外側面の全面が永久磁石の内周面に面接触した状態を維持できる。さらに、遠心力によって永久磁石の内周面の角度が変化したとしても、Ｕ字状のバネ部が弾性変形することで、面接触部の外側面を内周面の角度変化に追従させることができる。したがって、永久磁石の内周面に面接触部の外周面の全面を面接触させて、永久磁石のトルクを効率よく内側リング部に伝達させることができる。
【００２４】
この発明の第十八態様によれば、回転電機は、複数のコイルを有したステータと、永久磁石を有し前記複数のコイルと対向するように配置されたロータと、前記ロータと共に軸線回りに回転可能な回転軸と、を備えた回転電機である。前記永久磁石は、前記軸線を中心とした周方向に並んで配置された複数の磁石ブロックを有し、前記軸線を中心としたリング状に形成されている。前記ロータは、トルク伝達部と、外側リング部と、を備える。トルク伝達部は、前記軸線を中心とした径方向の外側に向かって前記永久磁石を押圧するとともに、前記永久磁石に作用する前記軸線を中心とした回転方向へのトルクを前記回転軸へ伝達する。外側リング部は、前記永久磁石に遠心力が作用した際に、前記永久磁石が前記径方向の外側へ変位することを抑える。
【００２５】
この発明の第十九態様によれば、第十八態様に係るトルク伝達部は、キー部と、バネ部と、面接触部と、を備えていてもよい。キー部は、前記回転軸又は、前記回転軸の外周面に固定された内側リング部に形成されたキー溝内に配置され、前記径方向にスライド可能とされる。バネ部は、前記キー部を前記径方向の外側へ向かって付勢する。面接触部は、前記キー部により前記径方向の内側から押圧されて、前記永久磁石の内周面に全面が面接触する外側面を有している。
【００２６】
この発明の第二十態様によれば、第十九態様に係るトルク伝達部は、弾性屈曲部と、面接触部と、を備えていてもよい。弾性屈曲部は、前記径方向に圧縮変形可能なＵ字状のバネ部を有している。面接触部は、前記弾性屈曲部により前記径方向の内側から押圧されて、前記永久磁石の内周面に全面が面接触する外側面を有している。
【００２７】
この発明の第二十一態様によれば、回転電機システムは、第十一態様に係る回転電機を備える回転電機システムである。回転電機システムは、発電機により発電された電力を変換する電力変換器を備える。電力変換器は、コンバータと、インバータと、を備えている。コンバータは、複数の前記ステータのそれぞれに接続され、前記ステータの交流出力を直流変換する。インバータは、複数の前記コンバータのそれぞれに接続され、前記コンバータの直流出力を交流変換する。複数の前記インバータのうち、同相の交流出力を行う複数のインバータの出力端子がそれぞれ直列接続されている。
この第二十一態様のように構成することで、複数段設けられたステータ毎にコンバータによって直流変換された後にインバータによって交流変換される。同相の交流出力を行う複数のインバータの出力端子は、それぞれ直列接続されているため、インバータが直列接続された数の分だけ、高電圧化することができる。また、回転電機の回転数によらず、インバータによって所望の周波数の電力を得ることができる。
したがって、回転電機の出力を一つのコンバータやインバータによって電力変換したりする場合と比較して、定格電圧の低いコンバータやインバータを用いることができるため、部品コストを抑制できる。さらに、変圧器を用いずに、回転電機全体の出力電圧を分圧して取り出すことができるため、変圧器を省略して部品点数を低減することができる。
【００２８】
この発明の第二十二態様によれば、第二十一態様に係るコンバータは、前記ステータのコイル毎に設けられ、一つの前記コイルから出力される単相の交流出力を直流変換するようにしてもよい。
この第二十二態様のように構成することで、回転電機の有するステータの段数に制限されることなく、所望の相数の交流出力を得ることができる。
【００２９】
この発明の第二十三態様によれば、第二十一態様に係るコンバータは、前記ステータの各段に対して一つずつ設けられ、インバータは、前記ステータの各段から出力される多相の交流出力を直流変換するようにしてもよい。
この第二十三態様のように構成することで、ステータ毎にコンバータ及びインバータを設ければ良いため、回転電機が多数のステータを有する場合には、部品点数の増加を抑制できる。
【００３０】
この発明の第二十四態様によれば、回転電機システムは、各相のコイルが複数の分割コイルからなる発電機と、発電機で発電された電力を変換する電力変換器とを備える。電力変換器は、コンバータと、インバータと、を備えている。コンバータは、前記分割コイルに対して一つずつ接続され、前記分割コイルの交流出力を直流変換する。インバータは、複数の前記コンバータのそれぞれに接続され、前記コンバータの直流出力を交流変換する。複数の前記インバータのうち、同相の交流出力を行う複数のインバータの出力端子は、それぞれ直列接続されている。
第二十四態様では、コイルの出力は、分割コイル毎にコンバータによって直流変換された後にインバータによって交流変換される。同相の交流出力を行う複数のインバータの出力端子は、それぞれ直列接続されているため、インバータが直列接続された数の分だけ、高電圧化することができる。また、回転電機の回転数によらず、インバータによって所望の周波数の電力を得ることができる。
【００３１】
この発明の第二十五態様によれば、回転電機システムは、多相のコイルからなる層が複数層設けられた発電機と、発電機で発電された電力を変換する電力変換器と、を備える。電力変換器は、コンバータと、インバータと、を備えている。コンバータは、各層に対して一つずつ設けられ、各層の前記多相のコイルから出力される多相の交流出力を直流変換する。インバータは、複数の前記コンバータのそれぞれに接続され、前記コンバータの直流出力を交流変換する。複数の前記インバータのうち、同相の交流出力を行う複数のインバータの出力端子は、それぞれ直列接続されている。
第二十五態様では、コイルの出力は、多相のコイルからなる層毎にコンバータによって直流変換された後にインバータによって交流変換される。同相の交流出力を行う複数のインバータの出力端子は、それぞれ直列接続されているため、インバータが直列接続された数の分だけ、高電圧化することができる。また、回転電機の回転数によらず、インバータによって所望の周波数の電力を得ることができる。
【００３２】
第二十四態様、第二十五態様によれば、回転電機の出力を一つのコンバータやインバータによって電力変換したりする場合と比較して、定格電圧の低いコンバータやインバータを用いることができるため、部品コストを抑制できる。さらに、変圧器を用いずに、回転電機全体の出力電圧を分圧して取り出すことができるため、変圧器を省略して部品点数を低減することができる。
【００３３】
第二十六態様によれば、第九から第二十態様の何れか一つの態様に係る回転電機に用いる永久磁石の製造方法は、渦電流損の上限値及び磁石コストの上限値をそれぞれ設定し、前記渦電流損と前記永久磁石の分割数との関係、及び、前記磁石コストと前記永久磁石の分割数との関係に基づいて、前記渦電流損の上限値及び前記磁石コストの上限値を上回らない範囲で軸線を中心とした周方向又は径方向における永久磁石の分割数を決定する。
このようにすることで、回転電機の製品要求（効率、コスト）を満たすように、周方向と径方向との何れか一方における永久磁石の分割数を最適化することができる。
【００３４】
第二十七態様によれば、第九から第二十態様の何れか一つの態様に係る回転電機に用いる永久磁石の製造方法は、渦電流損の上限値及び磁石コストの上限値をそれぞれ設定し、前記渦電流損と磁石アスペクト比との関係、及び、前記磁石コストと磁石アスペクト比との関係に基づいて、前記渦電流損の上限値及び前記磁石コストの上限値を上回らない範囲で前記永久磁石を構成する複数の磁石ブロックの磁石アスペクト比を決定する。
永久磁石を周方向及び径方向の両方に分割する場合に、回転電機の製品要求（効率、コスト）を満たすように、永久磁石の磁石ブロックの磁石アスペクト比を最適化することができる。
【００３５】
第二十八態様によれば、永久磁石の製造方法は、回転電機に用いる永久磁石の製造方法であって、渦電流損の上限値及び磁石コストの上限値をそれぞれ設定し、前記渦電流損と前記永久磁石の分割数との関係、及び、前記磁石コストと前記永久磁石の分割数との関係に基づいて、前記渦電流損の上限値及び前記磁石コストの上限値を上回らない範囲で軸線を中心とした周方向又は径方向における永久磁石の分割数を決定する。
【００３６】
第二十九態様によれば、永久磁石の製造方法は、回転電機に用いる永久磁石の製造方法であって、渦電流損の上限値及び磁石コストの上限値をそれぞれ設定し、前記渦電流損と磁石アスペクト比との関係、及び、前記磁石コストと磁石アスペクト比との関係に基づいて、前記渦電流損の上限値及び前記磁石コストの上限値を上回らない範囲で前記永久磁石を構成する複数の磁石ブロックの磁石アスペクト比を決定する。
【発明の効果】
【００３７】
上記コイル、回転電機、回転電機システム及び永久磁石の製造方法によれば、小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の第一実施形態における発電機の概略構成を示す構成図である。
【図２】この発明の第一実施形態におけるステータを軸線方向から見た図である。
【図３】この発明の第一実施形態における一相分のコイルを軸線方向から見た図である。
【図４】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を示す斜視図である。
【図５】この発明の第一実施形態における電力変換器の概略構成を示す図である。
【図６】この発明の第二実施形態におけるコイルを拡大した軸線を含む断面図である。
【図７】この発明の第二実施形態における冷媒流路の軸線と垂直な断面図である。
【図８】この発明の第三実施形態における電力変換器の図５に相当する図である。
【図９】この発明の第四実施形態における発電機のステータの概略構成を示す図である。
【図１０】この発明の第四実施形態におけるコイルの等価回路を示す図である。
【図１１】この発明の第四実施形態における電力変換器の概略構成を示す図である。
【図１２】この発明の第五実施形態におけるコイルの等価回路を示す図である。
【図１３】この発明の第五実施形態における電力変換器の図１１に相当する図である。
【図１４】この発明の第六実施形態における図３に相当する図である。
【図１５】この発明の第六実施形態における線材を拡大した図である。
【図１６】この発明の第七実施形態におけるステータの断面図である。
【図１７】図１６におけるＸＶＩＩ方向から見た図である。
【図１８】図１６におけるＸＶＩＩ方向からステータ単体を見た図である。
【図１９】この発明の第七実施形態におけるアキシャルモールド部の断面図である。
【図２０】この発明の第八実施形態におけるロータの断面図である。
【図２１】この発明の第八実施形態におけるロータを軸線方向から見た図である。
【図２２】この発明の第八実施形態の変形例におけるトルク伝達部の断面図である。
【図２３】縦軸を渦電流損及び磁石コストとし、横軸を磁石分割数としたグラフである。
【図２４】縦軸を渦電流損及び磁石コストとし、横軸を磁石アスペクト比としたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
次に、この発明の実施形態におけるコイル、回転電機及び回転電機システムを図面に基づき説明する。
（第一実施形態）
この発明の第一実施形態における回転電機システムは、回転電機と電力変換器とを備えている。この第一実施形態の回転電機は、アキシャルギャップ型の発電機である。この第一実施形態の発電機は、例えば、風力発電や水力発電等で用いる交流発電機である。なお、回転電機は、発電電動機（モータジェネレータ）であっても良い。
【００４０】
図１は、この発明の第一実施形態における発電機の概略構成を示す構成図である。
図１に示すように、この第一実施形態における発電機１００は、回転軸１０と、ロータ２０と、ステータ３０と、ケーシング４０と、を備えている。
回転軸１０は、ケーシング４０に支持されて軸線ａ回りに回転可能になっている。回転軸１０には、例えば、タービンや風車等の駆動源から回転エネルギーが入力される。なお、回転軸１０は、冷却用の空気が通る中空な円筒状に形成しても良い。
【００４１】
ロータ２０は、回転軸１０の外周面１０ａ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回りに回転可能となっている。この第一実施形態で例示するロータ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の中央部に永久磁石（図示せず）を有している。この実施形態の発電機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良い。
【００４２】
ステータ３０は、軸線方向Ｄａで僅かな隙間を介してロータ２０と対向するように配置されている。つまり、上述したロータ２０と同様に、軸線方向Ｄａに間隔をあけて複数段のステータ３０が設けられている。この実施形態では、軸線方向Ｄａに二つのロータ２０を軸線方向Ｄａの外側から二つのステータ３０により挟み込むように配置されている。これらステータ３０は、モールド部３１を介してケーシング４０に支持されている。ステータ３０は、軸線方向Ｄａに重なるとともに軸線ａ回りの位相が互いに異なる複数のコイル３２（詳細は後述する）を備えている。これらコイル３２は、いわゆるコアレス型のコイル３２であり、これらコイル３２と対向するように上述したロータ２０の永久磁石が配置されている。
【００４３】
ケーシング４０は、径方向外側Ｄｒｏからステータ３０及びロータ２０を覆っている。この実施形態のケーシング４０は、軸線方向Ｄａの両端部が閉塞された円筒状、言い換えれば中空な円柱状に形成されている。ケーシング４０は、更に、軸線方向Ｄａの両端部に軸受４１を有し、これら軸受４１によって回転軸１０を回転自在に支持している。
【００４４】
図２は、この発明の第一実施形態におけるステータを軸線方向から見た図である。図３は、この発明の第一実施形態における一相分のコイルを軸線方向から見た図である。
図２、図３に示すように、この第一実施形態における一つのステータ３０は、コイル３２として、三相分のコイル３２ｕ，３２ｖ，３２ｗを備えている。これら三相分のコイル３２ｕ，３２ｖ，３２ｗは、例えば銅などの金属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、軸線方向Ｄａ（図２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回りの位相が互いに異なっている。この第一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。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、単にコイル３２と総称する場合が有る。
【００４５】
図３に示すように、一相分のコイル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、９０度毎に設けられている。なお、図２，３において、図示都合上、コイル３２の端部を省略しているが、コイル３２は、周方向の両側にそれぞれ端部を有している。これら端部には、口出し線（図示せず）が接続されている。これら口出し線の端部には、後述する電力変換器が接続される。この実施形態におけるステータ３０のコイル３２の巻き方は、コアレスではあるが、複数のスロットに渡る分布巻であり、且つ波巻きとなっている。
【００４６】
コイル３２は、内側コイルエンド部３４と、外側コイルエンド部３５と、コイルスロット部３６と、を備えている。
内側コイルエンド部３４は、周方向Ｄｃに延びている。内側コイルエンド部３４は、コイル３２における最も軸線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部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部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。内側コイルエンド部３４は、内側コイルエンド部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。
【００４７】
外側コイルエンド部３５は、内側コイルエンド部３４よりも径方向外側Ｄｒｏに配置されている。外側コイルエンド部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部３５は、四つ設けられ、周方向Ｄｃに等間隔で配置されている。外側コイルエンド部３５の周方向第一側Ｄｃ１の端部３５ａは、径方向外側Ｄｒｏから見て、内側コイルエンド部３４の周方向第二側Ｄｃ２の端部３４ｂと重なるように配置されている。
【００４８】
同様に、外側コイルエンド部３５の周方向第二側Ｄｃ２の端部３５ｂは、径方向外側Ｄｒｏから見て、内側コイルエンド部３４の周方向第一側Ｄｃ１の端部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部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、外側コイルエンド部３５は、内側コイルエンド部３４と同様に、外側コイルエンド部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、外側コイルエンド部３５の断面形状は上記形状に限られない。
【００４９】
コイルスロット部３６は、径方向Ｄｒに延びて内側コイルエンド部３４の端部３４ａと、外側コイルエンド部３５の端部３５ｂと、を電気的に接続するとともに、内側コイルエンド部３４の端部３４ｂと、外側コイルエンド部３５の端部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部３６は、径方向Ｄｒに直線状に延びている。
【００５０】
図４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を示す斜視図である。
図４に示すように、内側コイルエンド部３４は、軸線方向Ｄａから見て、軸線方向Ｄａで隣接する他相のコイル３２の内側コイルエンド部３４と重なる位置（図２参照）に、内側切欠き部３７Ａ（第一の内側切欠き部）及び内側切欠き部３７Ｂ（第二の内側切欠き部）を備えている。ここで、他相のコイル３２とは、図４に示すコイル３２がコイル３２ｖの場合、コイル３２ｕ（他の第一のコイル）及びコイル３２ｗ（他の第二のコイル）（図２参照）が相当する。
【００５１】
内側切欠き部３７Ａ，３７Ｂは、他相のコイル３２の内側コイルエンド部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、他相のコイル３２の内側コイルエンド部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、内側コイルエンド部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。
【００５２】
外側コイルエンド部３５は、内側コイルエンド部３４と同様に、軸線方向Ｄａから見て、軸線方向Ｄａで隣接する他相のコイル３２の外側コイルエンド部３５と重なる位置（図２参照）に、外側切欠き部３８Ａ（第一の外側切欠き部）及び外側切欠き部３８Ｂ（第二の外側切欠き部）を備えている。外側切欠き部３８Ａ，３８Ｂは、他相のコイル３２の外側コイルエンド部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、上記内側切欠き部３７Ａ，３７Ｂと同様に、他相のコイル３２の外側コイルエンド部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、内側コイルエンド部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。
【００５３】
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部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部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部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部３５を収容する外側切欠き部３８Ｂと、を備えている。
つまり、コイル３２の一つの巻回部３３には、内側コイルエンド部３４と外側コイルエンド部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。
【００５４】
したがって、コイル３２ｕ、コイル３２ｖ、及びコイル３２ｗをそれぞれ軸線方向Ｄａで重ねることで、隣接するコイル３２の内側切欠き部３７Ａ，３７Ｂ同士及び外側切欠き部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。
【００５５】
コイルスロット部３６は、複数の積層板部３９を備えている。積層板部３９は、軸線と交差する方向に複数積層されている。積層板部３９は、外側コイルエンド部３５や内側コイルエンド部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、コイルスロット部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、幅寸法及び厚さが一定な帯状に形成されている。
【００５６】
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。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２のように配置されたコイル３２のコイルスロット部３６は、軸線方向Ｄａで隣接する他相のコイル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、コイルスロット部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。
【００５７】
図５は、この発明の第一実施形態における電力変換器の概略構成を示す図である。
図５に示すように、この第一実施形態における回転電機システム１は、上述した発電機１００と、電力変換器５０と、を備えている。電力変換器５０は、複数のコンバータ５１と、複数のインバータ５２とを備えている。電力変換器５０は、上述した発電機により発電された電力を変換する。この実施形態における電力変換器５０は、発電機によって発電された交流電力を、商用周波数（例えば、日本国においては５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の三相交流電力として出力する。
【００５８】
コンバータ５１は、複数のステータ３０のそれぞれに接続されている。言い換えれば、複数のコンバータ５１は、それぞれ異なる段のステータ３０に接続されている。これらコンバータ５１は、各ステータ３０の交流出力を直流変換する。より具体的には、コンバータ５１は、ステータ３０の各段に対して一つずつ設けられている。コンバータ５１は、ステータ３０の各段から出力される三相の交流出力を直流変換する。つまり、上述したコイル３２ｕ，３２ｖ，３２ｗから出力された三相の交流電力を、一つの直流電力に変換する。なお、コンバータ５１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。
【００５９】
インバータ５２は、複数のコンバータ５１のそれぞれに接続されている。言い換えれば、一つのコンバータ５１に対して、一つのインバータ５２が接続されている。インバータ５２は、コンバータ５１の直流出力を交流変換する。これら複数のインバータ５２のうち、同相の交流出力を行う複数のインバータ５２の出力端子は、それぞれ直列接続されている。
【００６０】
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５２ｕ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５２ｖ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５２ｗの出力端子がそれぞれ直列接続されている。この実施形態において、上述したインバータ５２ｕが直列接続されたＵ相の電力線ＵＬ、インバータ５２ｖが直列接続されたＶ相の電力線ＶＬ、及び、インバータ５２ｗ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無く、他の結線形態であっても良い。なお、以下の説明において、インバータ５２ｕ，５２ｖ，５２ｗの相を区別する必要のない場合には、単にインバータ５２と総称する場合がある。
【００６１】
この実施形態において、Ｕ相の交流出力を行うインバータ５２ｕの数と、Ｖ相の交流出力を行うインバータ５２ｖの数と、Ｗ相の交流出力を行うインバータ５２ｗの数とは、それぞれ同一になっている。各相の交流出力を行うインバータ５２は、それぞれ図示しないコントローラによってＰＷＭ制御されている。各相の交流出力を行うインバータ５２をｎ個直列に接続している場合、各相の交流出力の波形を整えるために、各インバータ５２のＰＷＭ制御の周期は１／ｎ周期ずつずらすようにしてもよい。また、各相の交流出力の波形を整えるために、リアクトルを接続するようにしても良い。なお、コンバータ５１やインバータ５２の設置数は、上述した設置数に限られず、コンバータ５１やインバータ５２の定格電流が小さい場合などには、複数のコンバータ５１やインバータ５２を適宜並列接続して用いるようにしても良い。
【００６２】
上述した第一実施形態では、軸線方向Ｄａで隣接する他のコイル３２の位相が異なり且つコアレスであることで、コイルスロット部３６には、軸線方向Ｄａで隣接するコイル３２で発生した磁束が軸線方向Ｄａに鎖交し易い。しかし、コイルスロット部３６に、軸線ａと交差する方向に複数積層された積層板部３９を備えている。しかも、積層板部３９は、コイルスロット部３６を流れる電流の周波数に対する表皮深さｄよりも積層される方向の厚さが小さく形成されている。これにより、積層板部３９が積層される方向に渦電流が流れ難なる。そのため、他のコイル３２によって発生する磁束がコイルスロット部３６に対して軸線方向Ｄａで鎖交したとしても、渦電流が発生することを抑制できる。
【００６３】
第一実施形態では、更に、内側コイルエンド部３４に内側切欠き部３７Ａ，３７Ｂを備え、外側コイルエンド部３５に外側切欠き部３８Ａ，３８Ｂを備えている。そのため、軸線方向Ｄａに複数のコイル３２を重ねて配置して、これらコイル３２の軸線ａ回りの位相が互いに異なるように配置した場合に、軸線方向Ｄａで隣接する他のコイル３２の内側コイルエンド部３４を内側切欠き部３７Ａ，３７Ｂに収容するとともに、軸線方向Ｄａで隣接する他のコイル３２の外側コイルエンド部３５を外側切欠き部３８Ａ，３８Ｂに収容することができる。ここで、他のコイル３２にも内側切欠き部３７Ａ，３７Ｂと外側切欠き部３８Ａ，３８Ｂとが形成されているため、軸線方向Ｄａで複数のコイル３２を重ねた際に、隣接するコイル３２の内側切欠き部３７Ａ，３７Ｂ同士が互いを収容し合うとともに、外側切欠き部３８Ａ，３８Ｂ同士が互いに収容し合う状態とすることができる。これにより、複数のコイルを重ねたコイル組立体の軸線方向Ｄａの寸法を短くすることができる。
第一実地形態では、内側切欠き部３７Ａ，３７Ｂや外側切欠き部が配置される箇所に、積層板部３９が配置されていない。そのため、内側切欠き部３７Ａ，３７Ｂや外側切欠き部３８Ａ，３８Ｂの導体の占積率が低下することを抑制できる。また、内側コイルエンド部３４、外側コイルエンド部３５は、磁束が鎖交し易い場所に配置されないため、積層板部３９を有さなくても渦電流の影響は無視できる。
したがって、渦電流損を低減しつつステータ３０のコイルエンドを小型化することが可能となる。そして、高速回転させた際には、発電機１００の効率向上を図ることができる。
【００６４】
第一実施形態では、積層板部３９は、コイルスロット部３６の延びる方向と同一方向に延びている。そのため、渦電流の発生を抑制しつつコイルスロット部３６の剛性低下も抑制できる。
第一実施形態では、更に、内側切欠き部３７Ａ，３７Ｂは、内側切欠き部３７Ａ，３７Ｂが形成されていない箇所における内側コイルエンド部３４の軸線方向Ｄａの寸法の半分以上の深さ寸法を有するため、コイル組立体であるステータ３０の軸線方向Ｄａの寸法を一つのコイルの軸線方向Ｄａの寸法と同等にできる。
したがって、分布巻であってもステータ３０のコイルエンドを小型化することが可能となる。
上述した第一実施形態では、ステータ３０及びロータ２０が軸線方向Ｄａに複数段設けられているため、ステータ３０の段数が多いほど発電機１００の小型化の効果が大きくなる。
【００６５】
第一実施形態では、コンバータ５１は、複数のステータ３０のそれぞれに接続され、ステータ３０の交流出力を直流変換する。インバータ５２は、複数のコンバータ５１のそれぞれに接続され、コンバータ５１の直流出力を交流変換する。同相の交流出力を行う複数のインバータ５２の出力端子は、それぞれ直列接続されている。そのため、インバータ５２が直列接続された数の分だけ、電力変換器５０の出力電圧を高電圧化することができる。また、発電機１００の回転数によらず、インバータ５２によって所望の周波数の電力を得ることができる。
したがって、発電機１００の出力を一つのコンバータやインバータによって電力変換したりする場合と比較して、定格電圧の低いコンバータ５１やインバータ５２を用いることができるため、部品コストを抑制できる。さらに、変圧器を用いずに、発電機１００全体の出力電圧を分圧して取り出すことができるため、変圧器を省略して部品点数を低減することができる。
【００６６】
第一実施形態では、コンバータ５１は、ステータ３０の各段に対して一つずつ設けられている。コンバータ５１は、更に、ステータ３０の各段から出力される三相の交流出力を直流変換している。そのため、ステータ３０毎にコンバータ５１及びインバータ５２を設ければ良いため、発電機１００が多数のステータ３０を有する場合には、コイル３２の相ごとに直流変換する場合と比較して、部品点数の増加を抑制できる。また、同相のインバータ５２がコンバータ５１を介して接続されている各ステータ３０は、それぞれ物理的に離間されるため、これらステータ３０のそれぞれのコイル３２間の電気的な絶縁処理が不要になる。
【００６７】
（第二実施形態）
次に、この発明の第二実施形態を図面に基づき説明する。この第二実施形態における回転電機は、上述した第一実施形態の回転電機に対して、冷媒を介してコイルを冷却する冷却構造を加えたものである。そのため、上述した第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複する説明を省略する。
【００６８】
図６は、この発明の第二実施形態におけるコイルを拡大した軸線を含む断面図である。図７は、この発明の第二実施形態における冷媒流路の軸線と垂直な断面図である。
この第二実施形態の発電機２００も、第一実施形態の発電機１００と同様に、アキシャルギャップ型の交流発電機である。発電機２００は、第一実施形態と同様に、発電電動機であっても良い。
図６、図７に示すように、この第二実施形態の発電機（回転電機）２００は、上述した第一実施形態の発電機１００と同様に、回転軸１０と、ロータ２０と、ステータ３０と、ケーシング４０と、を備えている。
【００６９】
ケーシング４０は、径方向外側Ｄｒｏからステータ３０及びロータ２０を覆っている。この第二実施形態のケーシング４０は、軸線方向Ｄａに延びる外周部４２の内部に冷媒流路４３を備えている。冷媒流路４３は、少なくとも一部がステータ３０の径方向外側Ｄｒｏに配置されている。この第二実施形態における冷媒流路４３は、複数のステータ３０のそれぞれの径方向外側Ｄｒｏに位置する環状に形成されている。この冷媒流路４３には、冷媒供給装置（図示せず）から冷却水などの冷媒が供給される。なお、冷媒流路４３の形状は環状に限られない。
【００７０】
ケーシング４０は、冷媒流路４３と、ロータ２０等が配置されるケーシング４０の内部空間Ｓとを連通させる貫通孔４４を備えている。これら貫通孔４４は、軸線方向Ｄａでステータ３０が配置されている位置と同一位置に、周方向Ｄｒに間隔をあけて形成されている。より具体的には、これら貫通孔４４は、周方向Ｄｃで、コイル３２の角部３５ｃが形成されている複数の外側コイルエンド部３５の中央位置とそれぞれ同一の位置に形成されている。
【００７１】
ステータ３０は、ケーシング４０の内径よりも大径に形成されている点を除き、第一実施形態と同様の構成である。ステータ３０の外側コイルエンド部３５の少なくとも一部は、上述した貫通孔４４を介して冷媒流路４３中に配置されている。貫通孔４４の内周面と、貫通孔４４を通る外側コイルエンド部３５の外面との間には、貫通孔４４の内周面と外側コイルエンド部３５との隙間から冷媒が漏れないようにＯリング４５が挟み込まれている。上記のように構成することで、外側コイルエンド部３５は、冷媒によって直接的に冷却可能になっている。
【００７２】
したがって、上述した第二実施形態によれば、冷媒流路４３を流れる冷媒によって外側コイルエンド部３５を直接的に冷却することができる。そのため、熱伝導によりコイル３２全体の冷却性能を向上することができる。その結果、コイル３２を空冷のみで冷却する場合と冷却性能を同一にした場合、ケーシング４０内部の空気流路を小さくしたり、空気と接触するコイル３２の面積を小さくしたりすることができる。その結果、発電機２００の小型化や軽量化を実現できる。
【００７３】
（第三実施形態）
次に、この発明の第三実施形態を図面に基づき説明する。この第三実施形態における回転電機は、上述した第一実施形態に対して、電力変換器の構成が異なるだけである。そのため、上述した第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複する説明を省略する。
【００７４】
図８は、この発明の第三実施形態における電力変換器の図５に相当する図である。
図８に示すように、この第三実施形態における回転電機システム３０１は、発電機３００と、電力変換器３５０と、を備えている。電力変換器３５０は、複数のコンバータと、複数のインバータとを備えている。電力変換器３５０は、第一実施形態と同様のアキシャルギャップ型の発電機３００により発電された電力を変換する。この実施形態における電力変換器３５０は、発電機３００によって発電された交流電力を、商用周波数（例えば、日本国においては５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の三相交流電力（図８中、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）として出力する。
【００７５】
コンバータ３５１は、複数段設けられたステータ３０の各コイル３２にそれぞれに接続されている。これらコンバータ３５１は、それぞれ一つのコイル３２から出力される単相交流を直流変換する。より具体的には、コンバータ３５１は、一つのステータ３０に対して三つずつ設けられている。言い換えれば、コイル３２ｕ，３２ｖ，３２ｗからそれぞれ出力された単相交流を、三つの直流電力に変換する。なお、コンバータ３５１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。
【００７６】
インバータ５２は、複数のコンバータ３５１のそれぞれに接続されている。つまり、第一実施形態と同様の構成であり、一つのコンバータ３５１に対して一つのインバータ５２が接続されている。インバータ５２は、コンバータ３５１の直流出力を交流変換する。これら複数のインバータ５２のうち、同相の交流出力を行う複数のインバータ５２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５２ｕ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５２ｖ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５２ｗの出力端子がそれぞれ直列接続されている。第一実施形態と同様に、上述したインバータ５２ｕが直列接続されたＵ相の電力線ＵＬ、インバータ５２ｖが直列接続されたＶ相の電力線ＶＬ、及び、インバータ５２ｗ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無く、他の結線形態であっても良い。
【００７７】
この第三実施形態において、Ｕ相の交流出力を行うインバータ５２ｕの数と、Ｖ相の交流出力を行うインバータ５２ｖの数と、Ｗ相の交流出力を行うインバータ５２ｗの数とは、第一実施形態と同様に、それぞれ同一になっている。インバータ５２は、それぞれ図示しないコントローラによってＰＷＭ制御されている。この第三実施形態においても、第一実施形態と同様に、インバータ５２をｎ個直列に接続している場合、各相の交流出力の波形を整えるために、各インバータ５２のＰＷＭ制御の周期は１／ｎ周期ずつずらすようにしてもよい。また、各相の交流出力の波形を整えるために、リアクトルを接続するようにしても良い。なお、コンバータ３５１やインバータ５２の設置数は、上述した設置数に限られず、コンバータ３５１やインバータ５２の定格電流が小さい場合などには、複数のコンバータ３５１やインバータ５２を適宜並列接続して用いるようにしても良い。
【００７８】
したがって、上述した第三実施形態によれば、発電機３００の有するステータ３０の段数に制限されることなく、所望の相数の交流出力を得ることができる。つまり、上述した第一実施形態では、ステータ３０の段数が電力変換器３５０から出力される交流の相数の倍数である必要があるが、第三実施形態では、第一実施形態のようにステータ３０の段数が制限されることが無い。
【００７９】
第三実施形態では、更に、第一実施形態と同様に、発電機３００の出力を一つのコンバータやインバータによって電力変換したりする場合と比較して、定格電圧の低いコンバータ３５１やインバータ５２を用いることができるため、部品コストを抑制できる。さらに、変圧器を用いずに、回転電機全体の出力電圧を分圧して取り出すことができるため、変圧器を省略して部品点数を低減することができる。
【００８０】
（第四実施形態）
次に、この発明の第四実施形態を図面に基づき説明する。この第四実施形態における回転電機システムは、上述した第一実施形態に対して、発電機の構成が異なるだけである。そのため、上述した第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明する。
上述した第一から第三実施形態の発電機がアキシャルギャップ型の発電機であったのに対して、この第四実施形態の発電機は、ラジアルギャップ型の発電機である。この発電機は、さらに、複数のコイルが、同一の鉄心に巻き回されている。
【００８１】
図９は、この発明の第四実施形態における発電機のステータの概略構成を示す図である。
図９に示すように、この第四実施形態の発電機４００は、回転軸（図示せず）と、ロータ４２０と、ステータ４３０と、ケーシング（図示せず）と、を備えている。
ステータ４３０は、鉄心６０と、複数層のコイル４３２と、を備えている。鉄心６０は、周方向Ｄｃ周りに連続する環状に形成されている。鉄心６０の径方向内側Ｄｒｉには、周方向Ｄｃに間隔をあけて複数のスロット６１が形成されている。
【００８２】
コイル４３２は、鉄心６０のスロット６１内に配置されている。この第四実施形態で例示する一つのスロット６１内には、絶縁パネル６２によって複数（ｎ個）の部屋が形成されている。これら複数の部屋は、径方向Ｄｒに複数並んでいる。これら複数の部屋に、それぞれ異なるＹ結線を構成する複数のコイル４３２が収容されている。言い換えれば、一つのスロット６１の内部には、異なるＹ結線を構成するコイル４３２が径方向Ｄｒに積層されて層状をなしている。さらに、コイル４３２と鉄心６０とが電気的に絶縁されるように、コイル４３２と鉄心６０との間にも絶縁パネル（図示せず）が配置されている。なお、絶縁パネル６２及びコイル４３２と鉄心６０との間の絶縁パネル（図示せず）は、それぞれ、相間電圧や相電圧（鉄心＝接地電位）に応じた絶縁性能を有していればよく、例えば、フェノール樹脂等の合成樹脂からなる板材やマイカテープ等を用いることができる。なお、図９において、一つのスロット６１内に、それぞれ異なるコイル４３２が三層設けられている場合を例示したが、一つのスロット６１内に形成されるコイル４３２の層数は、三層に限られない。二層であったり、四層以上であったりしても良い。
【００８３】
図１０は、この発明の第四実施形態におけるコイルの等価回路を示す図である。
図１０に示すように、この第四実施形態における発電機４００は、それぞれＹ結線された三つのコイルからなる三相コイルＵ１，Ｕ２，・・・Ｕｎ（ｎは３以上の自然数）と、三相コイルＶ１，Ｖ２，・・・Ｖｎ（ｎは３以上の自然数）と、三相コイルＷ１，Ｗ２，・・・Ｗｎ（ｎは３以上の自然数）と、を備えている。
【００８４】
三相コイルＵ１は、三つのコイルＬｕａ１，Ｌｕｂ１，Ｌｕｃ１を備えるとともに、端子ｕａ１，ｕｂ１，ｕｃ１を備えている。三相コイルＵ２は、三つのコイルＬｕａ２，Ｌｕｂ２，Ｌｕｃ２を備えるとともに、端子ｕａ２，ｕｂ２，ｕｃ２を備えている。三相コイルＵｎは、三つのコイルＬｕａｎ，Ｌｕｂｎ，Ｌｕｃｎを備えるとともに、端子ｕａｎ，ｕｂｎ，ｕｃｎ（ｎは３以上の自然数）を備えている。これら三相コイルＵ１，Ｕ２，・・・Ｕｎ（ｎは３以上の自然数）は、永久磁石を有するロータ４２０が軸線ａ回りに回転すると、電力変換器４５０（後述する）から出力される三相交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のうちＵ相を出力するための電力を発生する。
【００８５】
三相コイルＶ１は、三つのコイルＬｖａ１，Ｌｖｂ１，Ｌｖｃ１を備えるとともに、端子ｖａ１，ｖｂ１，ｖｃ１を備えている。三相コイルＶ２は、三つのコイルＬｖａ２，Ｌｖｂ２，Ｌｖｃ２を備えるとともに、端子ｖａ２，ｖｂ２，ｖｃ２を備えている。三相コイルＶｎは、三つのコイルＬｖａｎ，Ｌｖｂｎ，Ｌｖｃｎを備えるとともに、端子ｖａｎ，ｖｂｎ，ｖｃｎ（ｎは３以上の自然数）を備えている。これら三相コイルＶ１，Ｖ２，・・・Ｖｎ（ｎは３以上の自然数）は、永久磁石を有するロータ４２０が軸線ａ回りに回転すると、後述する電力変換器４５０（後述する）から出力される三相交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のうちＶ相を出力するための電力を発生する。
【００８６】
三相コイルＷ１は、三つのコイルＬｗａ１，Ｌｗｂ１，Ｌｗｃ１を備えるとともに、端子ｗａ１，ｗｂ１，ｗｃ１を備えている。三相コイルＷ２は、三つのコイルＬｗａ２，Ｌｗｂ２，Ｌｗｃ２を備えるとともに、端子ｗａ２，ｗｂ２，ｗｃ２を備えている。三相コイルＷｎは、三つのコイルＬｗａｎ，Ｌｗｂｎ，Ｌｗｃｎを備えるとともに、端子ｗａｎ，ｗｂｎ，ｗｃｎ（ｎは３以上の自然数）を備えている。これら三相コイルＷ１，Ｗ２，・・・Ｗｎ（ｎは３以上の自然数）は、永久磁石を有するロータ２０が軸線回りに回転すると、電力変換器４５０（後述する）から出力される三相交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のうちＷ相を出力するための電力を発生する。
【００８７】
この第四実施形態では、三相コイルＵ１、Ｕ２，・・・ＵｎのＬｕａ１、コイルＬｕａ２、・・・及びコイルＬｕａｎは、鉄心６０の同一スロット６１内に収容されている。同様に、コイルＬｕｂ１、コイルＬｕｂ２、・・・及びコイルＬｕｂｎも、同一スロット６１内に収容されている。さらに、コイルＬｕｃ１、コイルＬｕｃ２、・・・及びコイルＬｕｃｎも、同一スロット６１内に収容されている。
【００８８】
三相コイルＶ１、Ｖ２，・・・ＶｎのＬｖａ１、コイルＬｖａ２、・・・及びコイルＬｖａｎは、鉄心６０の同一スロット６１内に収容されている。同様に、コイルＬｖｂ１、コイルＬｖｂ２、・・・及びコイルＬｖｂｎも、同一スロット６１内に収容されている。さらに、コイルＬｖｃ１、コイルＬｖｃ２、・・・及びコイルＬｖｃｎも、同一スロット６１内に収容されている。
【００８９】
三相コイルＷ１、Ｗ２，・・・ＷｎのＬｗａ１、コイルＬｗａ２、・・・及びコイルＬｗａｎは、鉄心６０の同一スロット内に収容されている。同様に、コイルＬｗｂ１、コイルＬｗｂ２、・・・及びコイルＬｗｂｎも、同一スロット内に収容されている。さらに、コイルＬｗｃ１、コイルＬｗｃ２、・・・及びコイルＬｗｃｎも、同一スロット内に収容されている。
なお、三相コイルＵ１、Ｕ２，・・・Ｕｎと、三相コイルＶ１、Ｖ２，・・・Ｖｎと、三相コイルＷ１、Ｗ２，・・・Ｗｎとの収容されるスロット６１は、それぞれ異なっている。
【００９０】
図１１は、この発明の第四実施形態における電力変換器の概略構成を示す図である。
図１１に示すように、電力変換器４５０は、複数のコンバータ５１と、複数のインバータとを備えている。電力変換器は、上述した発電機により発電された電力を変換する。この実施形態における電力変換器は、第一実施形態と同様に、発電機によって発電された交流電力を、商用周波数（例えば、日本国においては５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の三相交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）電力として出力する。
【００９１】
複数のコンバータ５１は、三相の交流出力を直流変換する。この第四実施形態では、複数のコンバータ５１として、Ｕ相コンバータ５１ｕ１，５１ｕ２，・・・５１ｕｎ（ｎは３以上の自然数）、Ｖ相コンバータ５１ｖ１，５１ｖ２，・・・５１ｖｎ（ｎは３以上の自然数）、Ｗ相コンバータ５１ｗ１，５１ｗ２、・・・５１ｗｎ（ｎは３以上の自然数）を備える。これら複数のコンバータ５１は、第一実施形態と同様に、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。
【００９２】
この第四実施形態におけるＵ相コンバータ５１ｕ１には、端子ｕａ１，ｕｂ１，ｕｃ１が接続されている。Ｕ相コンバータ５１ｕ２には、端子ｕａ２，ｕｂ２，ｕｃ２が接続されている。Ｕ相コンバータ５１ｕｎには、端子ｕａｎ、ｕｂｎ，ｕｃｎが接続されている。Ｖ相コンバータ５１ｖ１には、端子ｖａ１，ｖｂ１，ｖｃ１が接続されている。Ｖ相コンバータ５１ｖ２には、端子ｖａ２，ｖｂ２，ｖｃ２が接続されている。Ｖ相コンバータ５１ｖｎには、端子ｖａｎ，ｖｂｎ，ｖｃｎが接続されている。Ｗ相コンバータ５１ｗ１には、端子ｗａ１，ｗｂ１，ｗｃ１が接続されている。Ｗ相コンバータ５１ｗ２には、端子Ｗａ２，Ｗｂ２，Ｗｃ２が接続されている。Ｗ相コンバータ５１ｗｎには、端子ｗａｎ，ｗｂｎ，ｗｃｎが接続されている。
【００９３】
インバータ５２は、複数のコンバータ５１のそれぞれに接続されている。言い換えれば、一つのコンバータに５１対して、一つのインバータ５２が接続されている。インバータ５２は、コンバータ５１の直流出力を交流変換する。第一実施形態と同様に、これら複数のインバータ５２のうち、同相の交流出力を行う複数のインバータ５２の出力端子は、それぞれ直列接続されている。
【００９４】
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５２ｕ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５２ｖ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５２ｗの出力端子がそれぞれ直列接続されている。すなわち、第四実施形態の電力変換器４５０では、それぞれ各相でｎ個（ｎは３以上の自然数）のインバータ５２が直列接続されている。この第四実施形態では、Ｕ相の交流出力を行うインバータ５２ｕの数と、Ｖ相の交流出力を行うインバータ５２ｖの数と、Ｗ相の交流出力を行うインバータ５２ｗの数とは、それぞれ同一になっている。なお、この第四実施形態において、上述したインバータ５２が直列接続されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電力線ＵＬ，ＶＬ，ＷＬは、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が他の結線方法であっても良い。
【００９５】
各相の交流出力を行うインバータ５２は、それぞれ図示しないコントローラによってＰＷＭ制御されている。各相のインバータ５２をｎ個（ｎは３以上の自然数）直列に接続している場合、各相の交流出力の波形を整えるために、各インバータ５２のＰＷＭ制御の周期は１／ｎ周期ずつずらすようにしてもよい。また、各相の交流出力の波形を整えるために、リアクトルを接続するようにしても良い。なお、コンバータ５１やインバータ５２の設置数は、上述した設置数に限られず、コンバータ５１やインバータ５２の定格電流が小さい場合などには、複数のコンバータ５１やインバータ５２を適宜並列接続して用いるようにしても良い。
【００９６】
上述した第四実施形態では、ラジアルギャップ型で三相のコイル４３２からなる層が複数設けられた発電機４００の出力を、上述したような複数のコンバータ５１と複数のインバータ５２とを用いて電力変換している。そのため、発電機４００の回転数によらず、インバータ５２によって所望の周波数の交流電力を得ることができる。さらに、発電機４００全体の出力電圧を、変圧器を用いずに分圧して取り出すことができるため、変圧器を省略して部品点数を低減することができる。
【００９７】
第四実施形態では、さらに同相の交流出力を行うｎ個のインバータ５２の出力端子が、それぞれ直列接続されている。そのため、インバータ５２を直列接続させる数を増加させることで、容易に交流出力を高電圧化することができる。さらに、発電機４００の出力を一つのコンバータやインバータによって電力変換したりする場合と比較して、定格電圧の低いコンバータ５１やインバータ５２を用いることができるため、部品コストを抑制できる。
【００９８】
（第五実施形態）
次に、この発明の第五実施形態を図面に基づき説明する。この第五実施形態における回転電機システムは、上述した第三実施形態に対して、発電機の構成が異なるだけである。また、第四実施形態に対して、コンバータの構成が異なるとともにコイル数が異なるだけである。そのため、図９を援用し、上述した第三、第四実施形態と同一部分に同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００９９】
この第五実施形態の発電機も、第四実施形態と同様に、ラジアルギャップ型の発電機である。発電機は、回転軸と、ロータ４２０と、ステータ４３０と、ケーシングと、を備えている（何れも図示せず）。
ステータ４３０は、第四実施形態と同様に、鉄心６０と、複数層のコイル４３２と、を備えている。鉄心６０は、周方向Ｄｃ周りに連続する環状に形成されている。鉄心６０の径方向内側Ｄｒｉには、周方向Ｄｃに間隔をあけて複数のスロット６１が形成されている。
【０１００】
コイル４３２は、鉄心６０のスロット６１内に配置されている。一つのスロット内には、絶縁パネル６２によって複数（ｎ個）の部屋が形成されている。これら複数の部屋は、径方向Ｄｒに複数並んでいる。これら複数の部屋に、それぞれコイル４３２が収容されている。言い換えれば、一つのスロットの内部には、異なるコイル４３２が径方向Ｄｒに積層されて層状をなしている。コイル４３２と鉄心６０とが電気的に絶縁されるようにコイル４３２と鉄心６０との間にも絶縁パネル（図示せず）が配置されている。
【０１０１】
図１２は、この発明の第五実施形態におけるコイルの等価回路を示す図である。
図１２に示すように、この第五実施形態における発電機５００は、それぞれ三つの分割コイルからなる三相コイルＡ１，Ａ２，・・・Ａｎ（ｎは３以上の自然数）を備えている。三相コイルＡ１は，分割コイルＬａ１，Ｌｂ１，Ｌｃ１を備え、三相コイルＡ２は、分割コイルＬａ２，Ｌｂ２，Ｌｃ２を備えている。三相コイルＡｎは、分割コイルＬａｎ，Ｌｂｎ，Ｌｃｎ（ｎは３以上の自然数）を備えている。
【０１０２】
分割コイルＬａ１，Ｌａ２，・・・Ｌａｎは、永久磁石を有するロータ２０が軸線ａ回りに回転することで、電力変換器５５０から出力される三相交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のうちＵ相を出力するための交流電力を発生する。分割コイルＬｂ１，Ｌｂ２，・・・Ｌｂｎは、ロータ２０が軸線ａ回りに回転することで、電力変換器５５０から出力される三相交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のうちＶ相を出力するための交流電力を発生する。分割コイルＬｃ１，Ｌｃ２，・・・Ｌｃｎは、ロータ２０が軸線回りに回転することで、後述する電力変換器から出力される三相交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のうちＷ相を出力するための交流電力を発生する。
【０１０３】
この第五実施形態では、分割コイルＬａ１，Ｌａ２，・・・Ｌａｎ（ｎは３以上の自然数）は、鉄心６０の同一スロット６１内に収容されている。同様に、分割コイルＬｂ１，Ｌｂ２，・・・Ｌｂｎ（ｎは３以上の自然数）も、同一スロット６１内に収容されている。さらに、分割コイルＬｃ１，Ｌｃ２，・・・Ｌｃｎ（ｎは３以上の自然数）も、同一スロット６１内に収容されている。
【０１０４】
図１３は、この発明の第五実施形態における電力変換器の図１１に相当する図である。
図１３に示すように、電力変換器５５０は、複数のコンバータ３５１と、複数のインバータ５２とを備えている。電力変換器５５０は、上述した発電機５００により発電された電力を変換する。この実施形態における電力変換器５５０は、第一実施形態と同様に、発電機５００によって発電された交流電力を、商用周波数（例えば、日本国においては５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の三相交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）電力として出力する。
【０１０５】
複数のコンバータ３５１は、それぞれ単相の交流出力を直流変換する。この第五実施形態では、複数のコンバータ３５１として、Ｕ相コンバータ３５１ｕ１，３５１ｕ２，・・・３５１ｕｎ（ｎは３以上の自然数）、Ｖ相コンバータ３５１ｖ１，３５１ｖ２，・・・３５１ｖｎ（ｎは３以上の自然数）、Ｗ相コンバータ３５１ｗ１，３５１ｗ２，・・・３５１ｗｎ（ｎは３以上の自然数）を備えている。これら複数のコンバータ３５１は、第一実施形態と同様に、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。
【０１０６】
Ｕ相コンバータ３５１ｕ１には、コイルＬａ１の端子ａ１，ａ１’が接続されている。Ｕ相コンバータ３５１ｕ２には、コイルＬａ２の端子ａ２，ａ２’が接続されている。第ｎＵ相コンバータ３５１ｕｎには、コイルＬａｎの端子ａｎ，ａｎ’が接続されている。以下同様に、第一Ｖ相コンバータ３５１ｖ１には、コイルＬｂ１の端子ｂ１，ｂ１’が接続されている。第二Ｖ相コンバータ３５１ｖ２には、コイルＬｂ２の端子ｂ２，ｂ２’が接続されている。第ｎＶ相コンバータ３５１ｖｎには、コイルＬｂｎの端子ｂｎ，ｂｎ’が接続されている。第一Ｗ相コンバータ３５１ｗ１には、コイルＬｃ１の端子ｃ１，ｃ１’が接続されている。第二Ｗ相コンバータ３５１ｗ２には、コイルＬｃ２の端子ｃ２，ｃ２’が接続されている。第ｎＷ相コンバータ３５１ｗｎには、コイルＬｃｎの端子ｃｎ，ｃｎ’が接続されている。
【０１０７】
インバータ５２は、複数のコンバータ３５１のそれぞれに接続されている。つまり、第四実施形態と同様に、一つのコンバータ３５１に対して、一つのインバータ５２が接続されている。インバータ５２は、コンバータ３５１の直流出力を交流変換する。これら複数のインバータ５２のうち、同相の交流出力を行う複数のインバータ５２の出力端子は、第一実施形態と同様に、それぞれ直列接続されている。
【０１０８】
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５２ｕ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５２ｖ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５２ｗの出力端子がそれぞれ直列接続されている。すなわち、第五実施形態の電力変換器５５０では、第四実施形態と同様に、それぞれ各相でｎ個（ｎは３以上の自然数）のインバータ５２が直列接続され、Ｕ相の交流出力を行うインバータ５２ｕの数と、Ｖ相の交流出力を行うインバータ５２ｖの数と、Ｗ相の交流出力を行うインバータ５２ｗの数とは、それぞれ同一になっている。なお、この第五実施形態において、上述したインバータ５２が直列接続されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電力線ＵＬ，ＶＬ，ＷＬは、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が他の結線方法であっても良い。
【０１０９】
各相の交流出力を行うインバータ５２は、それぞれ図示しないコントローラによってＰＷＭ制御されている。この第五実施形態も上述した第四実施形態と同様に、各相の交流出力を行うインバータをｎ個（ｎは３以上の自然数）直列に接続している場合、各相の交流出力の波形を整えるために、各インバータのＰＷＭ制御の周期は１／ｎ周期ずつずらすようにしてもよい。さらに、各相の交流出力の波形を整えるために、リアクトルを接続するようにしても良い。なお、コンバータ３５１やインバータ５２の設置数は、上述した設置数に限られず、コンバータ３５１やインバータ５２の定格電流が小さい場合などには、複数のコンバータやインバータを適宜並列接続して用いるようにしても良い。
【０１１０】
上述した第五実施形態の発電機５００は、第四実施形態と同様に、ラジアルギャップ型で三相のコイル４３２からなる層が複数設けられている。この第五実施形態の発電機５００の出力は、複数のコンバータ３５１と複数のインバータ５２とを用いて電力変換している。そのため、第四実施形態と同様に、発電機５００の回転数によらず、インバータ５２によって所望の周波数の電力を得ることができる。さらに、変圧器を用いずに、発電機５００全体の出力電圧を分圧して取り出すことができるため、変圧器を省略して部品点数を低減することができる。
【０１１１】
第五実施形態では、さらに同相の交流出力を行うｎ個のインバータ５２の出力端子が、それぞれ直列接続されている。そのため、インバータ５２を直列接続させる数を増加させることで、容易に交流出力を高電圧化することができる。さらに、発電機５００の出力を一つのコンバータやインバータによって電力変換したりする場合と比較して、定格電圧の低いコンバータ３５１やインバータ５２を用いることができるため、部品コストを抑制できる。
【０１１２】
この第五実施形態では、三相コイルＡ１，Ａ２，・・・Ａｎの各コイルの単相出力が、コンバータ３５１によって直流変換される。そのため、第四実施形態のように、コンバータ５１によって三相交流を直流に変換する場合と比較して、発電機５００のコイル層数が３の倍数等、相数によって制限されることがない点で有利となる。
【０１１３】
（第六実施形態）
次に、この発明の第六実施形態を図面に基づき説明する。この第六実施形態における回転電機は、上述した第一実施形態の回転電機に対して、コイルの構造が異なる。そのため、上述した第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複する説明を省略する。
【０１１４】
図１４は、この発明の第六実施形態における図３に相当する図である。図１５は、この発明の第六実施形態における線材を拡大した図である。
この第六実施形態における発電機（図示せず）も、第一実施形態の発電機１００と同様にアキシャルギャップ型の交流発電機である。発電機は、回転軸１０と、ロータ２０と、ステータ６３０と、ケーシング４０と、を備えている。一つのステータ６３０は、三相分のコイル６３２と、モールド部３１と、を備えている。
【０１１５】
図１４に示すように、一相分のコイル６３２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、９０度毎に設けられている。コイル６３２は、第一実施形態のコイル３２と同様に、内側コイルエンド部３４と、外側コイルエンド部３５と、コイルスロット部３６と、を備えている。なお、内側コイルエンド部３４は、第一実施形態と同様に、内側切欠き部３７Ａ，３７Ｂ（図４参照）を有していてもよい。外側コイルエンド部３５は、外側切欠き部３８Ａ，３８Ｂ（図４参照）を有していてもよい。
【０１１６】
コイル６３２は、二つの端部ｔ１，ｔ２を有している。端部ｔ１は、コイル６３２の径方向内側Ｄｒｉに形成されている。端部ｔ２は、コイル６３２の径方向外側Ｄｒｏに形成されている。これら端部ｔ１，ｔ２は、口出し線（図示せず）に接続される。第六実施形態におけるステータ６３０のコイル６３２の巻き方は、第一実施形態と同様に、コアレスではあるが、複数のスロットに渡る分布巻であり、且つ波巻きとなっている。なお、端部ｔ１の位置は、内側コイルエンド部３４に限られず、また、端部ｔ２の位置は、外側コイルエンド部３５に限られない。
【０１１７】
コイル６３２は、線材Ｗｍを備えている。線材Ｗｍは、軸線ａを中心とした周方向Ｄｃで複数回、巻き回された状態になっている。言い換えれば、コイル６３２は、一本の線材Ｗｍが四つの巻回部３３を形成しつつ、軸線ａ（言い換えれば、磁束が鎖交する方向）と交差する方向に積層された状態となっている。なお、径方向Ｄｒで隣り合う線材Ｗｍの間には電位差が生じるため、この電位差が大きい場合には、線材Ｗｍ同士を電気的に絶縁するために、例えば、線材Ｗｍの間に絶縁紙や、繊維含有率の高いＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）のプリプレグなどを挟むようにしてもよい。
【０１１８】
図１５に示すように、線材Ｗｍは、複数の磁性材層Ｍｍと絶縁材層Ｉｍとを備えている。複数の磁性材層Ｍｍは、互いに独立している。複数の磁性材層Ｍｍは、絶縁材層Ｉｍを介して重ね合わされている。磁性材層Ｍｍは、銅を用いることができる。この実施形態における磁性材層Ｍｍは、銅製の平角線を用いる場合を例示している。磁性材層Ｍｍの平角線としては、例えば、アスペクト比が２０（厚さ：幅）よりも大きい薄い平角線を用いてもよい。平角線のアスペクト比は、例えば、４０±１０としてもよい。この平角線の厚さは、コイル６２３を流れる電流の周波数に対する表皮深さよりも小さい。なお、線材Ｗｍは、表面にポリイミド等の絶縁層が電着等により形成されたものを用いてもよい。
【０１１９】
絶縁材層Ｉｍは、複数の磁性材層Ｍｍをそれぞれ電気的に絶縁している。絶縁材層Ｉｍとしては、電気的な絶縁性に優れた、有機材料（例えば、プラスチック）や、複合材料（例えば、ＧＦＲＰのプリプレグ）を用いることができる。絶縁材層Ｉｍは、線材Ｗｍが巻き回されて複数の巻回部３３を形成した状態で、隣り合う磁性材層Ｍｍ同士を固定している。例えば、絶縁材層Ｉｍが複合材料で形成される場合、複数の巻回部３３を形成した後に焼結させることで、隣り合う磁性材層Ｍｍ同士を固定することができる。上記のように絶縁材Ｉｍによって隣り合う磁性材Ｍｍ同士を固定することで、振動を抑制し、コイル６３２の摩耗や損傷を抑制することができる。
【０１２０】
したがって、第六実施形態によれば、隣り合う磁性材層Ｍｍが絶縁材層Ｉｍによって電気的に絶縁されるため、コイル６３２の全域で渦電流損を低減し、発熱や効率低下を抑制できる。さらに、電流密度が大きくなることを抑制できるため、ジュール熱による発熱をより一層抑制することができる。
【０１２１】
（第七実施形態）
次に、この発明の第七実施形態を図面に基づき説明する。この第七実施形態における回転電機は、上述した第一、第六実施形態の回転電機に対して、ケーシングの構造が異なる。そのため、上述した第一、第六実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複する説明を省略する。
図１６は、この発明の第七実施形態におけるステータの断面図である。図１７は、図１６におけるＸＶＩＩ方向から見た図である。図１８は、図１６におけるＸＶＩＩ方向からステータ単体を見た図である。図１９は、この発明の第七実施形態におけるアキシャルモールド部の断面図である。
【０１２２】
この第七実施形態における発電機（図示せず）も、第一実施形態の発電機１００と同様にアキシャルギャップ型の交流発電機である。発電機は、回転軸１０（図示せず）と、ロータ２０（図示せず）と、ステータ７３０と、ケーシング４０（図示せず）と、を備えている。一つのステータ７３０は、三相分のコイル７３２と、モールド部７３１と、を備えている。なお、コイル７３２は、上述した第一実施形態のコイル３２又は第六実施形態のコイル６３２を用いることができる。
【０１２３】
図１６、図１７に示すように、モールド部７３１は、モールド本体部７３１Ａと、アキシャルモールド部７３１Ｂと、を備えている。モールド本体部７３１Ａは、コイル７３２を径方向外側Ｄｒｏの外側から覆うように形成される。このモールド本体部７３１Ａは、ケーシング４０（図示せず）に支持される。モールド部７３１の材料は、例えば、複合材料（例えば、繊維強化複合材料等）、セラミックを用いることができる。この実施形態におけるモールド本体部７３１Ａの内部には、軸線方向Ｄａに延びる二つの冷媒流路７４３Ａ，７４３Ｂが形成されている。これら冷媒流路７４３Ａと冷媒流路７４３Ｂとの一方に外部から冷媒が流入し、他方から外部へ冷媒が流出する。なお、モールド部７３１の添加材（言い換えれば、フィラー）としては、ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、及びマイカ粒子等を用いることができる。ピッチ系炭素繊維を用いた場合、熱伝導性の向上の点で有利となる。ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維を用いた場合、強度向上の点で有利となる。さらに、マイカ粒子を用いた場合、絶縁性向上の点で有利となる。
【０１２４】
アキシャルモールド部７３１Ｂは、コイル３２を軸線方向Ｄａから覆うように形成されている。この実施形態におけるアキシャルモールド部７３１Ｂは、軸線方向Ｄａから見て円盤状に形成されている。
【０１２５】
図１７から図１９に示すように、アキシャルモールド部７３１Ｂは、溝Ｇｒと、周方向冷媒流路７４３Ｃと、を備えている。
溝Ｇｒは、複数のコイル３２を軸線方向Ｄａから収容する。この実施形態における溝Ｇｒは、図１８に示すように、軸線方向Ｄａに三つのコイル３２を重ねた形状に対応するように軸線方向Ｄａに凹んで形成されている。
【０１２６】
周方向冷媒流路７４３Ｃは、周方向Ｄｃに冷媒を流す。図１９に示すように、この実施形態における周方向冷媒流路７４３Ｃは、軸線方向Ｄａから見てＣ字状に形成されている。このＣ字状に形成された周方向冷媒流路７４３Ｃの周方向の一端が、上述した冷媒流路７４３Ａと冷媒流路７４３Ｂとの何れか一方に接続され、周方向冷媒流路７４３Ｃの周方向の他端が、上述した冷媒流路７４３Ａと冷媒流路７４３Ｂとの他方に接続されている。つまり、冷媒は、周方向冷媒流路７４３Ｃの一端と他端との間を周方向Ｄｃに流れる。この実施形態では、径方向Ｄｒにおける周方向冷媒流路７４３Ｃの寸法は、周方向Ｄｒにおけるアキシャルモールド部７３１Ｂの寸法よりも僅かに小さく形成されている。
【０１２７】
この実施形態における周方向冷媒流路７４３Ｃには、周方向冷媒流路７４の内部を径方向に隔てる複数のＣ字状の壁部７４３Ｃａ〜７４３Ｃｃが形成されている。これら壁部７４３Ｃａ〜７４３Ｃｃを設けることで、周方向冷媒流路７４３Ｃの内部を流れる冷媒の流量が、径方向Ｄｒで偏ることを抑制できる。なお、冷媒として絶縁油脂を流すようにしてもよい。このように絶縁油脂を流した場合、絶縁性の向上を図ることができる。周方向冷媒流路７４３Ｃが三つの壁部７４３Ｃａ〜７４３Ｃｃを備える場合を例示した。しかし、これら壁部７４３Ｃａ〜７２３Ｃｃを省略してもよい。さらに周方向冷媒流路７４３Ｃは、四つ以上のＣ字状の壁部を設けてもよい。
【０１２８】
したがって、第七実施形態によれば、モールド部７３１を複合材料にすることで、熱伝導、絶縁性、耐熱性の調整を容易に行うことができる。
さらに、モールド部７３１の冷媒流路７４３に冷媒や絶縁油脂を流すことで、冷却、絶縁性の向上を図ることが可能となる。
また、アキシャルモールド部７３１Ｂが溝Ｇｒを有することで、コイル７３２に対してモールド部７３１をより強固に固定することができる。さらに、アキシャルモールド部７３１Ｂとコイル７３２との接触面積を増加することができる。そのため、冷媒の流量を増加させずにコイル７３２を効率よく冷却することができる。
【０１２９】
（第八実施形態）
次に、この発明の第八実施形態を図面に基づき説明する。
この発明の第八実施形態における回転電機システムは、第一実施形態と同様に、回転電機と電力変換器とを備えている。この第八実施形態の回転電機は、アキシャルギャップ型の発電機である。この第八実施形態の発電機は、例えば、風力発電や水力発電等で用いる交流発電機である。なお、回転電機は、発電電動機（モータジェネレータ）であっても良い。
【０１３０】
回転電機は、一般に、高速回転させるようにすれば、例えば、小型化、軽量化、高効率化を図ることができる。しかし、回転電機は、ロータを高速回転させることで、ロータの磁石に作用する遠心力が大きくなる。そのため、磁石が変形するなどして、磁石とロータ軸との間に空隙が生じ、磁石からロータ軸へのトルク伝達が阻害される可能性がある。この第八実施形態の回転電機システムでは、磁石とロータ軸との間のトルク伝達低下を抑制することが可能となる。なお、以下の説明においては、図１を援用して回転電機システムの全体構成について説明する。また、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して、重複説明を省略する。
【０１３１】
図１に示すように、この実施形態における回転電機である発電機１００は、回転軸１０と、ロータ８２０と、ステータ３０と、ケーシング４０と、を備えている。
回転軸１０は、ケーシング４０に支持されて軸線ａ回りに回転可能になっている。回転軸１０には、例えば、タービンや風車等の駆動源から回転エネルギーが入力される。
ロータ８２０は、回転軸１０の外周面１０ａから径方向外側Ｄｒｏに向かって延びている。すなわち、ロータ８２０は、回転軸１０と共に軸線ａ回りに回転可能となっている。ロータ８２０は、軸線ａを中心とした円盤状に形成され、その径方向Ｄｒの中央部に永久磁石８２１（図２０参照）を有している。この実施形態の発電機１００では、軸線方向Ｄａに間隔をあけて複数段のロータ８２０が設けられている。
【０１３２】
ステータ３０は、軸線方向Ｄａで僅かな隙間を介してロータ８２０と対向するように配置されている。ステータ３０は、ロータ８２０を回転駆動させるための回転磁界を発生させるコイル３２を有している。
ケーシング４０は、径方向外側Ｄｒｏからステータ３０及びロータ８２０を覆っている。ケーシング４０は、軸線方向Ｄａの両端部に軸受４１を有し、これら軸受４１によって回転軸１０を回転自在に支持している。
【０１３３】
図２０は、この発明の第八実施形態におけるロータの断面図である。図２１は、この発明の第八実施形態におけるロータを軸線方向から見た図である。
図２０、図２１に示すように、ロータ８２０は、内側リング部８２２と、トルク伝達部８２３と、永久磁石８２１と、外側リング部８２４と、を備えている。
【０１３４】
内側リング部８２２は、回転軸１０に固定される。内側リング部８２２は、複数の扇台状の第一ブロック８２２ａを周方向Ｄｃに並べて配置されている。これら第一ブロック８２２ａは、それぞれボルト等の締結具により回転軸１０の外周面に形成された凸部８１０に締結される。この実施形態における内側リング部８２２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８２２は、炭素繊維強化プラスチック等の複合材により形成してもよい。また、これら第一ブロック８２２ａは、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８２２ａａを有している。
【０１３５】
トルク伝達部８２３は、永久磁石８２１を径方向外側Ｄｒｏに押圧するとともに、永久磁石８２１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８２３は、ロータ８２０の回転時、遠心力による永久磁石８２１の変位や変形しても、永久磁石８２１の回転方向へのトルクを回転軸１０へ効率よく伝達する。この第八実施形態におけるトルク伝達部８２３は、キー部８２３ａと、バネ部８２３ｂと、面接触部８２３ｃと、をそれぞれ有している。
【０１３６】
キー部８２３ａの端部は、上述したキー溝８２２ａａ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、キー部８２３ａは、キー溝８２２ａａに対して径方向Ｄｒに出没可能に形成されている。
バネ部８２３ｂは、キー部８２３ａを径方向外側Ｄｒｏに向かって付勢している。バネ部８２３ｂは、例えば、キー部８２３ａの径方向内側Ｄｒｉの端部と、キー溝８２２ａａの底部との間に圧縮状態で配置することができる。このバネ部８２３ｂとしては、例えば、コイルバネを用いることができる。バネ部８２３ｂは、キー部８２３ａ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。
【０１３７】
面接触部８２３ｃは、リング状に配置された永久磁石８２１の径方向Ｄｒの内周面８２１ｉに平行な外側面８２３ｏを有している。面接触部８２３ｃは、キー部８２３ａにより径方向内側Ｄｒｉから押圧されることで径方向外側Ｄｒｏに付勢されている。これにより外側面８２３ｃａの全面が内周面８２１ｉ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永久磁石８２１の内周面８２１ｉは、軸線ａを中心とした円筒状に形成されている。面接触部８２３ｃの外側面８２３ｏは、軸線方向Ｄａから見て、この内周面８２１ｉと同等の曲率半径を有している。
【０１３８】
永久磁石８２１は、軸線ａを中心としたリング状に形成されている。この永久磁石８２１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８２１ａによって形成されている。
【０１３９】
外側リング部８２４は、ロータ８２０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８２４は、遠心力等により永久磁石８２１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８２４は、永久磁石８２１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８２４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。
【０１４０】
したがって、第八実施形態によれば、面接触部８２３ｃが径方向外側Ｄｒｏに向かって付勢されるので、永久磁石８２１に遠心力が作用したとしても、面接触部８２３ｃの外側面の全面が永久磁石８２１の内周面８２１ｉに面接触した状態を維持できる。その結果、永久磁石８２１と回転軸１０との間のトルク伝達低下を抑制することが可能となる。
なお、上述した第八実施形態では、ロータ８２０が内側リング部８２２を備える場合について説明したが、例えば、内側リング部８２２のキー溝８２２ａａを回転軸１０に形成して内側リング部８２２を省略するようにしてもよい。
【０１４１】
（第八実施形態の変形例）
上述した第八実施形態では、トルク伝達部８２３が、キー部８２３ａ、キー溝８２２ａａ、及び、バネ部８２３ｂを備える場合について説明した。しかし、トルク伝達部は、遠心力による永久磁石８２１の変位や変形の有無にかかわらず、永久磁石８２１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へ伝達可能な構成であれば、上記構成に限られない。例えば、図２２のように構成してもよい。なお、この第八実施形態の変形例では、上述した第八実施形態と同一部分に同一符号を付して重複説明を省略する。
【０１４２】
図２２は、この発明の第八実施形態の変形例におけるトルク伝達部の断面図である。
図２２に示すように、第八実施形態の変形例におけるトルク伝達部９２３は、弾性屈曲部９２３ａと、面接触部９２３ｃと、をそれぞれ有している。トルク伝達部９２３は、第八実施形態のトルク伝達部８２３と同様に、ロータ回転による遠心力で永久磁石８２１の変位や変形が生じても、永久磁石８２１の回転方向へのトルクを回転軸１０へ効率よく伝達可能とする。
【０１４３】
弾性屈曲部９２３ａは、内側リング部８２２と面接触部９２３ｃとの間に配置されている。弾性屈曲部９２３ａは、面接触部９２３ｃを径方向外側Ｄｒｏに付勢する。弾性屈曲部９２３ａは、軸線ａを中心としたリング状に形成されている。弾性屈曲部９２３ａの径方向内側Ｄｒｉの基部ｋは、内側リング部８２２に固定され、径方向外側Ｄｒｏの端部ｔは、面接触部９２３ｃに固定されている。弾性屈曲部９２３ａは、軸線方向Ｄａで少なくとも一回折り返されたＵ字状のバネ部９２３ａｂを備えている。バネ部９２３ａｂは、ロータ９２０にトルク伝達部９２３を装着した状態で、径方向Ｄｒに圧縮変形されている。この弾性屈曲部９２３ａは、例えば、合成樹脂によって形成することができる。
【０１４４】
面接触部９２３ｃは、リング状に配置された永久磁石８２１の径方向Ｄｒの内周面８２１ｉに平行な外側面９２３ｏを有している。面接触部９２３ｃは、弾性屈曲部９２３ａにより径方向外側Ｄｒｏに付勢されている。これにより面接触部９２３ｃの外側面８２３ｏの全面が、永久磁石８２１の内周面８２１ｉ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面接触部９２３ｃの外側面９２３ｏは、軸線方向Ｄａから見て、永久磁石８２１の内周面８２１ｉと同等の曲率半径を有している。
【０１４５】
したがって、第八実施形態の変形例によれば、上述した第八実施形態の作用効果に加えて、遠心力によって永久磁石８２１の内周面８２１ｉの角度が変化したとしても、Ｕ字状のバネ部が弾性変形することで、面接触部９２３ｃの外側面９２３ｏを内周面８２１ｉの角度変化に追従させることができる。その結果、永久磁石８２１の内周面８２１ｉに面接触部９２３ｃの外側面９２３ｏの全面を面接触させて、永久磁石８２１のトルクを効率よく内側リング部８２２に伝達させることができる。
【０１４６】
なお、上述した第八実施形態及び変形例で説明したロータ８２０，９２０は、上述した第一から第七実施形態と適宜組み合わせて用いてもよい。また、第一から第七実施形態以外の回転電機に用いるようにしてもよい。
【０１４７】
（第九実施形態）
次に、この発明の第九実施形態を図面に基づき説明する。
この発明の第九実施形態における回転電機システムは、第一実施形態と同様に、回転電機と電力変換器とを備えている。この第九実施形態の回転電機は、アキシャルギャップ型の発電機である。この第九実施形態の発電機は、例えば、風力発電や水力発電等で用いる交流発電機である。なお、回転電機は、発電電動機（モータジェネレータ）であっても良い。
【０１４８】
回転電機における永久磁石は、一般に、軸線ａを中心とした周方向Ｄｃと径方向Ｄｒとのうち、一つの方向に分割数を増加させるにつれて、渦電流損が低減する。さらに、回転電機における永久磁石は、同一の分割数の場合、周方向Ｄｃと径方向Ｄｒとのうち、一つの方向に分割した場合の方が、周方向Ｄｃと径方向Ｄｒとの両方に分割した場合よりも渦電流損が低減する。
【０１４９】
しかしながら、周方向Ｄｃと径方向Ｄｒとのうち、一つの方向に分割数を増加させると、磁石ブロックの厚さが薄くなり、加工精度の要求が高くなる。そのため、コストが増加するという課題がある。この第九実施形態の回転電機の永久磁石の製造方法では、永久磁石の分割数を最適化することが可能となる。
【０１５０】
図２３は、縦軸を渦電流損及び磁石コストとし、横軸を磁石分割数としたグラフである。
図２３に示すように、渦電流損は、永久磁石の分割数が増加する（図２３中、「少」から「多」に向かう）につれて低下する。より具体的には、渦電流損の低下率は、分割数が「０」に近いほど高くなり、分割数が増加するにつれて低くなる。一方で、磁石コストは、永久磁石の分割数が増加するにつれて増加する。より具体的には、磁石コストの増加率は、永久磁石の分割数の増加に伴い僅かに高くなる。なお、「磁石コスト」は、永久磁石を構成する磁石ブロックの成形に掛かる費用を意味する。
【０１５１】
この第九実施形態では、回転電機の製品要求（効率、コスト）を満たす渦電流損の上限値及び磁石コストの上限値をそれぞれ設定し、図２３のグラフにおいて、これら渦電流損及び磁石コストの各上限値を上回らない範囲で、永久磁石の分割数を決定する。
【０１５２】
したがって、第九実施形態によれば、回転電機の製品要求（効率、コスト）を満たすように、周方向Ｄｃと径方向Ｄｒとの何れか一方における永久磁石の分割数を最適化することができる。
【０１５３】
（第九実施形態の変形例）
上述した第九実施形態では、永久磁石を永久磁石の周方向Ｄｃと径方向Ｄｒとの何れか一方に分割する場合について説明した。しかし、永久磁石を分割する方向は、周方向Ｄｃと径方向Ｄｒとの両方であってもよい。この第九実施形態の変形例においては、永久磁石を構成する磁石ブロックの形状（分割形状；磁石アスペクト比）を決定する。ここで、アスペクト比とは、磁石ブロックの周方向Ｄｃの寸法と、径方向Ｄｒの寸法との比であり、この実施形態で例示するアスペクト比は、軸線方向Ｄａから見た磁石ブロックの（長辺の長さ）／（短辺の長さ）である。
【０１５４】
図２４は、縦軸を渦電流損及び磁石コストとし、横軸を磁石アスペクト比としたグラフである。
図２４に示すように、渦電流損は、永久磁石の磁石アスペクト比が高くなるにつれて低くなる。より具体的には、渦電流損の低下率は、磁石アスペクト比が低いほど高くなり、磁石アスペクト比が高くなるにつれて低くなる。一方で、磁石コストは、永久磁石の磁石アスペクト比が高くなるにつれて高くなる。より具体的には、磁石コストの増加率は、永久磁石の磁石アスペクト比が上昇するにしたがって僅かに高くなっていく。
【０１５５】
この第九実施形態の変形例では、回転電機の製品要求（効率、コスト）を満たす渦電流損の上限値及び磁石コストの上限値をそれぞれ設定し、図２４のグラフにおいて、これら渦電流損及び磁石コストの各上限値を上回らない範囲で、永久磁石の磁石アスペクト比を決定する。
【０１５６】
したがって、第九実施形態の変形例によれば、永久磁石を周方向Ｄｃ及び径方向Ｄｒの両方に分割する場合に、回転電機の製品要求（効率、コスト）を満たすように、永久磁石の磁石ブロックの磁石アスペクト比を最適化することができる。
【０１５７】
なお、第九実施形態及び第九実施形態の変形例により製造した永久磁石は、第一から第八実施形態と適宜組み合わせて用いてもよい。また、第一から第八実施形態以外の回転電機の永久磁石に用いるようにしてもよい。
【０１５８】
（その他の変形例）
この発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、各実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上述した各実施形態の電力変換器５０，３５０，４５０，５５０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれで、３つ以上のインバータ５２を直列接続する場合について説明した。しかし、インバータ５２を直列接続する数は３つ以上に限られず、例えば、２つのインバータ５２を直列接続するようにしても良い。
【０１５９】
上述した各実施形態の電力変換器５０，３５０，４５０，５５０は、三相交流を出力する場合について説明したが、出力する交流は、三相に限られない。例えば、単相や二相の交流を出力するようにしても良い。また、複数系統の単相や二相の交流を出力するようにしても良い。
上述した第四実施形態では、絶縁パネル６２によって一つのスロット６１内に複数（ｎ個）の部屋が形成されている場合を例示した。しかし、複数のコイル４３２の分離や絶縁する構造は、第四実施形態で例示した構造に限られない。複数のコイル４３２を分離、絶縁可能であれば、如何なる構成であっても良い。
【０１６０】
上述した第六実施形態では、発電機がアキシャルギャップ型の交流発電機である場合について説明した。しかし、アキシャルギャップ型の発電機に限らず、例えば、ラジアルギャップ型の発電機に適用してもよい。
【符号の説明】
【０１６１】
１０  回転軸
２０，４２０，８２０  ロータ
３０，４３０，６３０，７３０  ステータ
３１，７３１  モールド部
３２，４３２，６２３，７３２  コイル
３３  巻回部
３４  内側コイルエンド部
３５  外側コイルエンド部
３６  コイルスロット部
３７Ａ，３７Ｂ  内側切欠き部
３８Ａ，３８Ｂ  外側切欠き部
３９  積層板部
４０  ケーシング
４１  軸受
４２  外周部
４３，７４３  冷媒流路
４４  貫通孔
４５  Ｏリング
５０，３５０，４５０，５５０  電力変換器
５１，３５１  コンバータ
５２  インバータ
６０  鉄心
６１  スロット
６２  絶縁パネル
１００，２００，３００，４００，５００  発電機
８１０  凸部
８２１  永久磁石
８２２  内側リング部
８２２ａ  第一ブロック
８２２ａａ  キー溝
８２３，９２３  トルク伝達部
８２３ａ  キー部
８２３ｂ  バネ部
８２３ｃ，９２３ｃ  面接触部
８２３ｃａ  外側面
８２３ｏ，９２３ｏ  外側面
８２４  外側リング部
９２０  ロータ
９２３ａ  弾性屈曲部
９２３ａｂ  バネ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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