專利名稱：永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機及風力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機及風力發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
風力發(fā)電導入量近年來飛躍增長，大容量化的要求漸漸趨高。在進行大容量化時，例如即使效率高，其損失作為絕對值很大。因而，在為了將發(fā)熱密度設為與小容量機相同程度而增大旋轉(zhuǎn)電機體積的情況下，導致重量增加?？紤]風力發(fā)電的特性，旋轉(zhuǎn)電機設置在距地面大約100m左右的塔架上部，因此，需要將重物懸掛在100m的高處的作業(yè)，從而希望的是。為降低建設成本而盡量減輕重量。
因此，需要設小體積并提高發(fā)熱密度，但高發(fā)熱密度需要冷卻性能，其結(jié)果，導致成本增加。
另外，由于至今的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機容量小，因此，不存在冷卻問題。
作為改善對策，連接多階段的小容量的旋轉(zhuǎn)電機，但這樣則不能避免軸方向的增加。
專利文獻1特開2001-186740號公報專利文獻2特開平10-318120號公報發(fā)明內(nèi)容欲解決的課題是，在永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機尤其在風力發(fā)電用永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機中提高冷卻性能，同時縮小體積。
本發(fā)明的一個特征在于，在永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機和風力發(fā)電系統(tǒng)中，具有實施分布繞組的定子鐵芯的定子和永久磁鐵轉(zhuǎn)子，使所述永久磁鐵轉(zhuǎn)子在軸方向上配置有通風路。
另外，本發(fā)明的另一特征在于，在永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機和風力發(fā)電系統(tǒng)中，在轉(zhuǎn)子部設置管片而組合了軸向流動和徑向流動。
根據(jù)本發(fā)明，可以提高永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機及風力發(fā)電系統(tǒng)的冷卻效率。


圖1是表示旋轉(zhuǎn)電機的實施方法的說明圖(實施例1)。
圖2是表示旋轉(zhuǎn)電機的實施方法的說明圖(實施例1)。
圖3是表示旋轉(zhuǎn)電機的實施方法的說明圖(實施例1)。
圖4是表示旋轉(zhuǎn)電機的實施方法的說明圖(實施例1)。
圖5是表示旋轉(zhuǎn)電機的實施方法的說明圖(實施例1)。
圖6是表示旋轉(zhuǎn)電機的實施方法的說明圖(實施例1)。
圖7是表示旋轉(zhuǎn)電機的實施方法的說明圖(實施例1)。
圖8是表示旋轉(zhuǎn)電機的實施方法的說明圖(實施例1)。
圖9是表示旋轉(zhuǎn)電機的實施方法的說明圖(實施例1)。
圖10是表示旋轉(zhuǎn)電機的實施方法的說明圖(實施例1)。
圖11是表示旋轉(zhuǎn)電機的實施方法的說明圖(實施例1)。
圖12是表示旋轉(zhuǎn)電機的實施方法的說明圖(實施例1)。
圖13是表示旋轉(zhuǎn)電機的實施方法的說明圖(實施例1)。
圖14是表示旋轉(zhuǎn)電機的實施方法的說明圖(實施例1)。
圖15是表示旋轉(zhuǎn)電機的實施方法的說明圖(實施例1)。
圖16是表示旋轉(zhuǎn)電機的實施方法的說明圖(實施例2)。
圖17是表示旋轉(zhuǎn)電機的實施方法的說明圖(實施例3)。
圖中，1，100-定子、2，30，50，60，70-轉(zhuǎn)子、4-管片、5-轉(zhuǎn)子支架、6-旋轉(zhuǎn)軸、7-冷卻導管、8-上線圈、9-下線圈、10-線圈端、11-線圈、12-定子齒、13-定子槽、14-永久磁鐵槽、20-轉(zhuǎn)子鐵芯、21-空氣冷卻器、22-風扇、23-冷卻風的流動、24-外氣、25-導管空間、31-弧型磁鐵、41，42-平板磁鐵、51，61，71-通風孔、82，92-永久磁鐵、83-引導部、101-粘接劑、102-突起、103-非磁性楔、111-旋轉(zhuǎn)電機、112-風車、113-增速齒輪、114-風車艙、115-功率轉(zhuǎn)換器。
具體實施例方式
下面，使用本發(fā)明的詳細圖面進行說明。在各圖中相同的部分附加了相同的符號。
實施例1圖1是本發(fā)明裝置的實施例1的6極72槽永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的發(fā)電機端部的剖面圖。該機適于數(shù)MW級別的風力發(fā)電用發(fā)電機，允許1000～2000rpm的轉(zhuǎn)速。定子1是將線圈11分布式卷在定子齒12的分布繞組定子。線圈11配置為有UVW的3相繞組纏繞，以用72槽電氣式做成6極的方式配置。另外，線圈11在定子齒12之間的定子槽13中配置為上線圈8、下線圈9并由線圈端10構(gòu)成。在實施例1中，線圈11以稱作全節(jié)矩繞組的方式纏繞，在定子槽13上從以逆時針方向適宜地附上的#1到#72槽中的#1槽的下線圈9出來的線圈11，被設為進入加上將槽數(shù)72用極數(shù)6除得的12的#13槽的上線圈8中。如此，在周方向上連續(xù)地形成3相繞組。在定子1的中心以能夠旋轉(zhuǎn)的方式配置有轉(zhuǎn)子2。在轉(zhuǎn)子2中永久磁鐵3收容在轉(zhuǎn)子鐵芯20的永久磁鐵槽14內(nèi)，相對轉(zhuǎn)子2配置為輻射狀。另外，轉(zhuǎn)子鐵芯20使用轉(zhuǎn)子支架(spider)5而連接在旋轉(zhuǎn)軸6上。通過由該轉(zhuǎn)子支架5做成的冷卻導管7的冷卻風，通過由配置在轉(zhuǎn)子2的端面的管片4做成的徑向?qū)Ч懿慷ㄟ^定子側(cè)之后排出，由此，利用永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機中心部有效冷卻線圈11，并通過提高發(fā)電機的發(fā)熱密度而減小發(fā)電機體積。另外，管片4能夠抑制永久磁鐵3在軸方向上活動，從而能夠提高組裝性。下面，使用圖2對冷卻風的流動進行說明圖2是本發(fā)明裝置的實施例1的6極72槽永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的軸方向1/2剖面圖。如果觀察冷卻風的流動23，則在空氣冷卻器21中由外氣24冷卻的空氣通過連接在旋轉(zhuǎn)軸的風扇22，通過冷卻導管7，排出到由管片4做成的導管空間25，在空氣冷卻器21內(nèi)循環(huán)。通過設置導管空間25，能夠有效冷卻發(fā)電機中心部，從而能夠減小發(fā)動機的體積。
另外，在實施例1中，轉(zhuǎn)子2也可以使用如圖3、圖4所示的使用了弧型磁鐵31的轉(zhuǎn)子30、或?qū)τ谄桨宕盆F41、42使相同極互相面對地配置為V字的轉(zhuǎn)子40。
另外，在實施例1中，冷卻導管7可以不使用轉(zhuǎn)子支架5，而使用如圖5、圖6、圖7所示的具有通風孔51、61、71的50、60、70。
另外，將永久磁鐵固定在永久磁鐵槽14的方法如圖8、圖9所示。將實施例1中的永久磁鐵3分割為兩部分的永久磁鐵82通過安裝在磁鐵槽81的引導部83固定，或?qū)⒃搶嵤├?中的永久磁鐵3分割為兩部分的永久磁鐵92通過粘接劑101固定。在數(shù)MW級別的大容量永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的情況下，所使用的磁鐵也變得大型化。此時，制造大的磁鐵非常困難，因此，通過采用分割磁鐵的方式，能夠提高制造磁鐵旋轉(zhuǎn)電機的容易性。
圖10是所述永久磁鐵轉(zhuǎn)子的所述鐵芯20和轉(zhuǎn)子支架5的連接圖。通過在轉(zhuǎn)子支架5上設置燕尾構(gòu)造的突起102，能夠容易地與轉(zhuǎn)子鐵芯20連接。
圖11是永久磁鐵插入法。在永久磁鐵轉(zhuǎn)子上設置外周側(cè)開口部，并由非磁性楔103固定磁鐵。由此，能夠降低磁鐵端部的磁通泄漏，同時能夠固定磁鐵。
圖12是所述轉(zhuǎn)子鐵芯20和轉(zhuǎn)子支架5的連接圖。通過在轉(zhuǎn)子鐵芯20設置燕尾構(gòu)造的突起201，能夠容易地連接非磁性金屬部件202與轉(zhuǎn)子鐵芯20，所述非磁性金屬部件202連接在轉(zhuǎn)子支架5且用于防止磁鐵內(nèi)周側(cè)的磁通短路。
圖13是使用非磁性楔103時的永久磁鐵固定法。采用分割磁鐵的方式，并將永久磁鐵131、132插入磁鐵插入孔。進而通過將固定用栓(cotter)133插入永久磁鐵131和132之間，能夠?qū)⒂谰么盆F131、132固定在磁鐵插入孔內(nèi)。
圖14是在所述永久磁鐵轉(zhuǎn)子上設置了內(nèi)周側(cè)開口部時的所述轉(zhuǎn)子鐵芯20和旋轉(zhuǎn)軸6的連接圖。將非磁性楔141插入內(nèi)周側(cè)開口部，并固定永久磁鐵3。非磁性楔141介由轉(zhuǎn)子支架142，與旋轉(zhuǎn)軸6連接。由此，能夠降低磁鐵端部的磁通泄漏，同時能夠固定磁鐵。
圖15是在所述永久磁鐵轉(zhuǎn)子上設置了內(nèi)周側(cè)開口部時的所述轉(zhuǎn)子鐵芯20和旋轉(zhuǎn)軸6的連接圖。將非磁性楔141插入內(nèi)周側(cè)開口部，并固定永久磁鐵3。轉(zhuǎn)子鐵芯介由轉(zhuǎn)子支架151，與旋轉(zhuǎn)軸6連接。由此，能夠降低磁鐵端部的磁通泄漏，同時能夠固定磁鐵，還有，金屬部件之間的連接變得容易。
實施例2圖16是本發(fā)明的實施例2的6極72槽永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的發(fā)電機端部剖面圖。定子100為將線圈11分布卷繞在定子齒12的分布繞組定子。線圈11配置為有UVW的3相繞組纏繞，以用72槽電氣式做成6極的方式配置。另外，線圈110在定子齒12之間的定子槽13中配置為上線圈8、下線圈9并由線圈端10構(gòu)成。在實施例1中，線圈11以稱作短節(jié)矩繞組的方式纏繞，從以逆時針方向適宜地附在定子槽13的#1到#72槽中的#1槽的下線圈9出來的線圈11，被設為進入加上比將槽數(shù)72用極數(shù)6除得的12少的10的#11槽的上線圈8中。如此，在周方向上連續(xù)地形成3相繞組。代替實施例1中的定子1而使用實施例2定子100，也可以得到如上所述的效果。
實施例3圖17是表示將本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機適用在風力發(fā)電系統(tǒng)的例。實施例1及實施例2中所示的旋轉(zhuǎn)電機111介由增速齒輪113而與風車112連接，并設置在風車艙114內(nèi)。進而，旋轉(zhuǎn)電機111介由動力源115，與電力系統(tǒng)116連接，從而能夠進行發(fā)電運行。還有，在本發(fā)明中，將風力作為動力源，但可以充分適用例如水車、發(fā)動機、渦輪等。在旋轉(zhuǎn)電機設置場所的限制嚴格的風力發(fā)電的情況下，最為有效。另外，風車112和旋轉(zhuǎn)電機111可以直接連結(jié)。
上述實施例中的風力發(fā)電旋轉(zhuǎn)電機具有在構(gòu)成大容量的情況下能以小型進行冷卻的優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機，具有對定子鐵芯實施分布繞組的定子和永久磁鐵轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述永久磁鐵轉(zhuǎn)子在軸方向上配置有通風路。
2.一種永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機，具有對定子鐵芯實施分布繞組的定子和永久磁鐵轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述永久磁鐵轉(zhuǎn)子在軸方向上配置有通風路，所述永久磁鐵轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子芯使用轉(zhuǎn)子支架與旋轉(zhuǎn)軸連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，所述永久磁鐵轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子芯具有通風孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，在旋轉(zhuǎn)軸上配置有向軸方向送出冷卻風的風扇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，所述永久磁鐵轉(zhuǎn)子在周方向上配置有弧形狀的磁鐵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，所述永久磁鐵轉(zhuǎn)子將平板磁鐵以V字狀以同級相對的方式配置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，所述永久磁鐵轉(zhuǎn)子將平板磁鐵以放射狀以同級相對的方式配置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，分割了永久磁鐵。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，轉(zhuǎn)子鐵芯通過設置在轉(zhuǎn)子支架的燕尾構(gòu)造的突起，與旋轉(zhuǎn)軸連接。
10.一種風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，配置有如下的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機，即，所述永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機具有對定子鐵芯實施分布繞組的定子和永久磁鐵轉(zhuǎn)子，所述永久磁鐵轉(zhuǎn)子在軸方向上配置有通風路。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)電機和風力發(fā)電系統(tǒng)，在具有對定子鐵芯實施分布繞組的定子和永久磁鐵轉(zhuǎn)子的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機中，所述永久磁鐵轉(zhuǎn)子在軸方向上配置有通風路。另外，在軸方向上，將送出冷卻風的風扇配置在旋轉(zhuǎn)軸上。進而，將永久磁鐵轉(zhuǎn)子設成轉(zhuǎn)子芯使用轉(zhuǎn)子支架與旋轉(zhuǎn)軸連接的結(jié)構(gòu)。從而，在旋轉(zhuǎn)電機，尤其在風力發(fā)電旋轉(zhuǎn)電機中，能提高冷卻性能并縮小體積。
文檔編號H02K1/27GK1756038SQ20051010885
公開日2006年4月5日 申請日期2005年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月1日
發(fā)明者木村守, 井出一正, 飯塚元信, 水谷修二, 藤垣哲朗, 巖重健五, 田川久人, 丸野祐策 申請人:株式會社日立制作所