(57)【要約】【課題】所定の発電量を確保しつつ小型化を図ることができる回転電機を提供する。【解決手段】実施の形態の回転電機は、第１のロータ、第２のロータ及びステータを備えている。第１のロータは、外周面に磁極を有し、第１の軸を中心に回転する。第２のロータは、第１のロータの磁極と対向する磁極を外周面に有し、回転する第１のロータとの間で相互に作用する磁力によって、第２の軸を中心に回転する。また、第２のロータは、界磁を備えている。ステータは、第２の軸の軸方向において前記界磁と対向する電機子を備えている。【選択図】図３
2014053980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に磁極を有し、第１の軸を中心に回転する第１のロータと、
前記第１のロータの磁極と対向する磁極を外周面に有し、回転する前記第１のロータとの間で相互に作用する磁力によって、第２の軸を中心に回転する界磁を備えた第２のロータと、
前記第２の軸の軸方向において前記界磁と対向する電機子を備えたステータと、
を具備する回転電機。
【請求項２】
前記第２のロータは、前記第２の軸の軸方向から前記電機子を挟んで対向する位置に前記界磁が対で配置されている、
請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
前記第２のロータは、前記第２の軸の軸方向に沿って並ぶ位置に前記界磁が対で配置されており、
前記ステータは、前記第２の軸の軸方向から前記界磁の対を挟んで対向する位置に前記電機子が対で配置されている、
請求項１記載の回転電機。
【請求項４】
互いに対向する前記界磁と前記電機子との組は、前記第２の軸の軸方向に沿って並ぶ位置に複数組配置されている、
請求項１又は２記載の回転電機。
【請求項５】
前記第２のロータは、前記対で配置される前記界磁どうしを磁気的に結合する鉄心をさらに備える、
請求項２記載の回転電機。
【請求項６】
前記第２のロータと前記ステータとの組で構成される発電可能なモジュールを複数備えていると共にこれらのモジュールをそれぞれ２つ以上束ねた複数のモジュール群を有し、
個々の前記モジュールから得られる発電出力をモジュール群ごとに加算し、このモジュール群ごとに加算した発電出力を系統に個別に出力する加算回路をさらに備える、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記複数のモジュール群のうちの少なくとも１つのモジュール群に属する各モジュールを、モータ又は発電機として選択的に切り換えて動作させる切換回路をさらに備える、
請求項６記載の回転電機。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の回転電機と、
前記第１の軸と機械的に連結された風車翼と、
を具備する風力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、回転電機及び風力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量発電機などとして活用される回転電機においては、一般に、発電機の体格（サイズ）は、発電機の定格回転数に対して反比例することが知られている。風力、潮力、波力などの自然エネルギを利用する回転電機は、翼などによって自然エネルギから変換された回転エネルギを動力源とする。しかしながら、このような自然エネルギで翼を回転させる場合、翼の回転速度が低速になる。このため、翼によって得られた回転エネルギが直接伝達される構成の発電機は、体格が大型となる傾向にある。
【０００３】
そこで、発電機の小型化を図るために、自然エネルギを受ける翼と発電機との間に機械式増速機を介在させることによって、発電機を駆動する駆動回転数を増速させる方法などが適用されている。また、磁気式ウォームギヤなどを利用して発電機の駆動回転数を増加させる技術なども提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−５６１４６号公報
【特許文献２】英国特許出願公開第２４６３１０２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
磁気式ウォームギヤを用いた回転電機において、例えば磁気式ウォームホイールと発電側の磁気式ウォームギヤとを磁気的にかみ合せる増速機構部分は、機械的に非接触な状態で配置される。したがって、このような構成の回転電機は、動力の伝達効率が高く、しかも、保守性の面でも機械式増速機に比べて優位である。ここで、多くの利点を持つこの種の回転電機においても、上述した小型化への要請がある。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、所定の発電量を確保しつつ小型化を図ることができる回転電機及び風力発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施の形態の回転電機は、第１のロータ、第２のロータ及びステータを備えている。第１のロータは、外周面に磁極を有し、第１の軸を中心に回転する。第２のロータは、第１のロータの磁極と対向する磁極を外周面に有し、回転する第１のロータとの間で相互に作用する磁力によって、第２の軸を中心に回転する。また、第２のロータは、界磁を備えている。ステータは、第２の軸の軸方向において前記界磁と対向する電機子を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る回転電機を備えた風力発電システムを示す斜視図。
【図２】図１の風力発電システムが備えるナセル内の構成を示す図。
【図３】図２のナセル内に設置された回転電機の構造を示す図。
【図４】図３の回転電機が備える発電モジュールの周辺を切断面Ａで切断したときの断面図。
【図５】図３の発電モジュールの外周面に配置される磁極の構成を説明するための図。
【図６】図５に示す磁極の構成とは異なる他の磁極の構成を説明するための図。
【図７】図３の回転電機が備える発電モジュールを切断面Ｂで切断したときの断面図。
【図８】図７中の発電モジュールを矢視Ｃ方向からみた矢視図。
【図９】図７中の発電モジュールを矢視Ｄ方向からみた矢視図。
【図１０】図７の発電モジュールとは一部構造が異なる他の発電モジュールの構造を示す断面図。
【図１１】第２の実施形態の回転電機が備えた発電モジュールの構造を示す断面図。
【図１２】第３の実施形態の回転電機が備えた発電モジュールの構造を示す断面図。
【図１３】第４の実施形態の回転電機が備えた発電モジュールの構造を示す断面図。
【図１４】第５の実施形態に係る回転電機の構成を示す図。
【図１５】図１４の回転電機とは一部構成が異なる他の回転電機の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態を図面に基づき説明する。
［第１の実施の形態］
図１に示すように、本実施形態の風力発電システム１は、ナセル２、風車翼（ブレード）３及びタワー７を主に備えている。
【００１０】
ナセル２は、タワー７の頂部に取り付けられている。また、図２に示すように、ナセル２は、回転電機１０及び電力調整部１２を収容している。電力調整部１２は、回転電機１０が発生させる電力に対して電圧調整や周波数調整を行う。なお、電力調整部１２は、地上に設けられる場合もある。
【００１１】
図１、図２に示すように、風車翼３は、複数設けられている。これら複数の風車翼３は、翼軸（ブレード軸）５の周囲にそれぞれ取り付けられている。翼軸５は、回転電機１０を駆動させる第１の軸としての回転軸１１に直結するように取り付けられている。タワー７は、地面に設置され、ナセル２を支持する。タワー７の内部には電力を送電するケーブル８が設けられている。ケーブル８は、例えば、ナセル２側からタワー７の内部を通って下方に導かれ、地面近傍にてタワー７の外部へと導かれている。
【００１２】
上記した風力発電システム１において、風力を受けて風車翼３が回転すると、その回転力は、風車翼３を取り付けた翼軸５からナセル２内の回転軸１１を介して回転電機１０へと伝達される。この伝達された回転力によって回転電機１０が駆動され、発電が行なわれる。回転電機１０から発生した電力は、電力調整部１２により調整された後、ケーブル８を通じてナセル２からタワー７の内部をとおり、さらにタワー７の外部へと導かれる。
【００１３】
図３に示すように、回転電機１０は、第１のロータとして機能するトロイド状（環状）のロータ（以下「大ロータ」と記述）１５と、第２のロータとして機能する円筒状のロータ（以下「小ロータ」と記述）２５を含む円柱状の発電モジュール２０と、を備える発電機である。小ロータ２５は、自身の外周面と大ロータ１５の外周面とが間隙をおいて対向する位置に配置されている。
【００１４】
小ロータ２５を含む発電モジュール２０は、大ロータ１５に対して少なくとも１つ設けられている。図３では、小ロータ２５をそれぞれ備えた複数の発電モジュール２０を、大ロータ１５の外周面を周回する方向に沿って、各々配列させた構成を例示している。
【００１５】
大ロータ１５は、図３に示すように、風車翼３の翼軸５に直結する回転軸１１と、大ロータ１５が回転軸１１の回転とともに回転するように大ロータ１５を支持する支持部材１４とを備えている。支持部材１４は、例えば、回転軸１１の外周面と大ロータ１５の内周面との間を塞ぐように形成された、円盤状の部材で構成される。なお、支持部材１４の構成は、これに限られるものではなく、重量や通風を考慮して、円盤状の部材に貫通口などの開口を設けてもよい。つまり、回転軸１１は、風力を回転エネルギとして伝達する伝達軸である。また、図３に示すように、支持部材１４を介して回転軸１１と同軸的に固定される大ロータ１５は、回転軸１１を中心に、当該回転軸１１とともに一体となって回転する。図４に示すように、大ロータ１５の外周面１５ａは、小ロータ２５の外周面２５ａとの間隙を均等に維持しつつ小ロータ２５の半周分を取り囲むよう、半円環状（Ｕ字形状）に構成されている。
【００１６】
図３、図４に示すように、小ロータ２５は、大ロータ１５の中心に位置する回転軸１１の軸方向に対して、直交する方向に、軸方向を向けた第２の軸としての軸２１を中心に回転するように構成されている。図４に示すように、大ロータ１５と小ロータ２５との間には、半円環状のギャップ（間隙）１６が設けられている。
【００１７】
大ロータ１５は、外周面１５ａに磁極を有しており、磁気式ウォームホイールとしての機能を備えている。一方、小ロータ２５は、大ロータ１５の外周面１５ａ上の磁極と対向する磁極とを外周面２５ａに有しており、磁気式ウォームギヤとしての機能を備えている。つまり、小ロータ２５は、回転する大ロータ１５との間で相互に作用する磁力によって、軸２１を中心に回転する。軸２１は、例えばナセル２本体を構成する筐体部分に固定されている。
【００１８】
具体的には、図３に示すように、大ロータ１５及び小ロータ２５は、それぞれの外周面に永久磁石１７、２２を備えている。詳述すると、図５に示すように、小ロータ２５の外周面には、螺旋状に配置した磁性材２３を、同極の磁極で挟むように永久磁石２２が螺旋状に配置されている。これにより、図５に示すように、小ロータ２５の外周面上には、Ｎ極、Ｓ極が交互に並ぶ螺旋状の磁極パターンが構成される。
【００１９】
磁性材２３を永久磁石２２で挟む構成を適用することで、磁性材２３を挟まない場合に比べて、大きな磁気力を得ることができる。言い換えれば、得られる磁気力を一定とした場合、磁性材２３を永久磁石２２で挟む構成を適用したときには、磁性材２３を挟まない場合に比べて、永久磁石２２の小型化を図ることができ、製造コストを削減することができるほか、発電機の小型化によりナセルの重量を軽くすることもでき、さらに、タワーの組立性、風に対するタワーの安定性などにも寄与することができる。
【００２０】
一方、大ロータ１５の外周面には、大ロータ１５側と小ロータ２５側とが磁気的に結合するように、小ロータ２５の磁極間隔に対応させて、当該大ロータ１５の外周面上の磁性材１８を、同極の磁極で挟むように永久磁石１７がそれぞれ配置されている。これにより、大ロータ１５の外周面上には、Ｎ極、Ｓ極が交互に並ぶ磁極パターンが構成される。
【００２１】
少なくとも大ロータ１５と小ロータ２５とが磁気的に結合する領域においては、大ロータ１５の磁極間隔及び磁極パターンの傾斜角度が、それぞれ、小ロータ２５の磁極間隔及び磁極パターンの傾斜角度とほぼ等しくなるように構成されていることが好ましい。
【００２２】
このような構成において、大ロータ１５が回転すると、大ロータ１５の磁極と小ロータ２５の磁極とが吸引又は反発することにより、大ロータ１５の回転に追従して小ロータ２５が回転する。このとき、大ロータ１５の磁極数と小ロータ２５のギヤ条数とで決まるギヤ比で小ロータ２５の回転が増速され、小ロータ２５の回転数に応じた電力が、小ロータ２５を含む発電モジュール２０から発生する。ここで、図５に示した構成に代えて、図６に示すように、磁性材を介在させずに永久磁石２４の磁極を所定の向きで螺旋状に配置することによって、小ロータ２５の外周面上に、Ｎ極、Ｓ極が交互に並ぶ螺旋状の磁極パターンを構成してもよい。
【００２３】
次に、回転電機１０に複数設けられた発電モジュール２０の構造を主に図３及び図７〜図１０に基づいて詳述する。図７に示すように、発電モジュール２０は、小ロータ２５とステータ２６との組で構成されている。小ロータ２５は、ともに一体となって回転する界磁２７、２９を備えている。ステータ２６は、軸２１の軸方向（長さ方向）において界磁２７、２９と対向する電機子２８を備えている。
【００２４】
図７に示すように、小ロータ２５は、大ロータ１５側に固定された軸２１に対し、軸受２１ａを介して回転可能に支持されている。また、小ロータ２５は、軸２１の軸方向から電機子２８を挟んで対向する位置に上記した界磁２７、２９が対で配置されている。つまり、発電モジュール２０は、界磁２７、２９と電機子２８との間のギャップがアキシャル方向に形成されるアキシャルギャップ型の発電ユニットである。
【００２５】
より具体的には、図７、図９に示すように、ステータ２６側の電機子２８は、軸２１に固定された電機子巻線２８ａと電機子巻線２８ａ内に挿入された電機子鉄心２８ｂとを備えている。一方、小ロータ２５側の界磁２７、２９は、図７、図８に示すように、界磁用永久磁石２７ａ、２９ａ及び界磁鉄心２７ｂ、２９ｂを備えている。界磁用永久磁石２７ａ、２９ａは、電機子巻線２８ａを挟んで互いに対向する位置に配置されている。
【００２６】
電機子巻線２８ａを挟んで対向する界磁用永久磁石２７ａ側の対向面と界磁用永久磁石２９ａ側の対向面とは、相異なる磁極（一方がＮ極の場合、他方はＳ極）となるように配置されている。界磁鉄心２７ｂ、２９ｂは、それぞれ円板状に構成されており、中心部分には軸２１を貫通させる貫通穴が形成されている。この貫通穴の内壁部分に上記軸受２１ａが配置されている。
【００２７】
また、界磁鉄心２７ｂ、２９ｂは、界磁用永久磁石２７ａ、２９ａの各々における電機子巻線２８ａ側と対向してない非対向面側にそれぞれ接合されている。さらに、小ロータ２５は、外周面の磁気ウォームギヤとして機能する部位の内周側に、ステンレス鋼などを材料とする円筒状の非磁性材２５ｂを備えている。
【００２８】
ここで、一般的なこの種の回転電機は、発電モジュールの発電容量に応じて、必要となる大ロータ及び小ロータ間の伝達磁気力が決定される。例えば所定の発電容量に対して必要な伝達磁気力が得られない場合には、大ロータと小ロータとが同期して回転せずに脱調状態になることなどが想定される。風力発電などでは、風速変動に対応するために、大ロータと小ロータとの間の伝達磁気力をより高める設計が求められる。
【００２９】
大ロータ及び小ロータ間の伝達磁気力を増加させる方法としては、永久磁石を厚くして磁力を増加させる方法などが考えられる。しかしながら、大ロータ及び小ロータ間の磁極ピッチは、ギヤ比よって決められるため、永久磁石の厚さには制約がある。つまり、永久磁石を厚くする際には、大ロータ及び小ロータの例えば径方向に永久磁石を厚くする必要がある。しかしながら、永久磁石の厚さを小ロータの径方向に増加させた場合、界磁と電電機子とで構成される実質的な発電部分を配置するスペースが十分には得られず、所望の発電量を確保できないことなどが懸念される。
【００３０】
ところで、本実施形態の回転電機１０は、個々の発電モジュール２０で発電された電力を加算したものが当該回転電機１０本体から出力される電力となる。このため、例えば発電される電力量を維持しつつ回転電機１０の小型化を図る場合には、実質的に発電モジュール自体の単位体積あたりの発電量を増加させたうえで、発電モジュールの体格を小さくする必要がある。
【００３１】
発電モジュールの体格は、主に、小ロータとステータとで挟むギャップ面積と比例関係にある。例えば、ラジアルギャップ型の発電モジュールの適用を想定した場合、所望のギャップ面積を十分に確保することが困難であり、小ロータの外径又は小ロータの軸方向の長さを増大させる必要性などが生じる。
【００３２】
しかしながら、図７に示すように、本実施形態の回転電機１０は、アキシャルギャップ型の発電モジュール２０を構成していることで、界磁２７、２９と電機子２８との間の対向面のギャップ面積を、ラジアルギャップ型の発電モジュールなどと比べて増加させることができる。これにより、発電モジュール２０の体格を小型化でき、また、発電モジュール２０の単位体積あたりの発電容量を高めることが可能となる。したがって、本実施形態の回転電機１０によれば、所定の発電量を確保しつつ回転電機１０全体の小型化を図ることができる。
【００３３】
また、本実施形態の回転電機１０は、発電モジュール２０の小型化に伴い、小ロータ２５の軸方向における非磁性材２５ｂの長さを短縮できるので、図４に示すように、大ロータ１５の外周面１５ａが半円環状であるゆえに非磁性リング２５ａの位置で発生し得る渦電流損を低減できる。
【００３４】
なお、図１０に示すように、電機子鉄心２８ｂを設けずに電機子２８（電機子巻線２８ａ）を空芯コイル４８にした発電モジュール４０を構成することも可能である。このような発電モジュール４０によれば、重量を軽減できると共に、製造時に界磁用永久磁石２７ａ、２９ａと電機子鉄心２８ｂとの吸引についての配慮が不要になるので、容易に製造することができる。なお、後述する第２〜第４の実施形態の発電モジュールが備える電機子巻線についても、空芯コイルを適用することが可能である。
【００３５】
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施形態を図１１に基づき説明する。なお、図１１中において、図７に示した第１の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。
【００３６】
本実施形態の風力発電システムは、発電モジュール２０を複数備えていた第１の実施形態の回転電機１０に代えて、図１１に示す発電モジュール５０を複数備えた回転電機が適用されている。複数の発電モジュール５０は、第１の実施形態の発電モジュール２０が備えていた小ロータ２５及びステータ２６に代えて、小ロータ５５及びステータ５６を備えている。小ロータ５５は、界磁５７、５９を備えている。ステータ５６は、軸２１の軸方向において界磁５７、５９とそれぞれ対向する電機子５４、５８を備えている。
【００３７】
具体的には、図１１に示すように、小ロータ５５は、軸２１の軸方向に沿って並ぶ位置に界磁５７、５９が対で配置されている。一方、ステータ５６は、軸２１の軸方向から界磁５７、５９の対を挟んで対向する位置に電機子５４、５８が対で配置されている。ステータ５６側の電機子５４、５８は、電機子巻線５４ａ、５８ａと電機子鉄心５４ｂ、５８ｂとヨーク５４ｃ、５８ｃとを備えている。
【００３８】
ヨーク５４ｃ、５８ｃは、それぞれ円板状に構成されており、中心部分には軸２１を貫通させる貫通穴が形成されている。ヨーク５４ｃ、５８ｃにおける貫通穴の内壁部分が軸受２１ａに固定されている。電機子鉄心５４ｂ、５８ｂは、電機子巻線５４ａ、５８ａ内に挿入されている。電機子鉄心５４ｂ、５８ｂが挿入された電機子巻線５４ａ、５８ａは、円板状のヨーク５４ｃ、５８ｃにおける小ロータ５５と対向する側の面に接合されている。
【００３９】
一方、小ロータ５５側の界磁５７、５９は、図１１に示すように、界磁用永久磁石５７ａ、５９ａ及び界磁鉄心５７ｂ、５９ｂを備えている。界磁用永久磁石５７ａ、５９ａは、電機子巻線５４ａ、５８ａとそれぞれ対向する位置に配置されている。界磁鉄心５７ｂ、５９ｂは、それぞれ円板状に構成されており、中心部分には軸２１を貫通させる貫通穴が形成されている。この貫通穴の内壁部分に軸受２１ａが配置されている。また、界磁鉄心５７ｂ、５９ｂは、界磁用永久磁石５７ａ、５９ａの各々における電機子巻線５４ａ、５８ａ側と対向してない非対向面側にそれぞれ接合されている。
【００４０】
本実施形態の回転電機は、小ロータ５５の界磁５７、５９の対を軸２１の軸方向から挟んで対向する位置に、ステータ５６の電機子５４、５８が対で配置されている。本実施形態の回転電機では、このような構成によって、発電モジュール５０内に発電のための内部部品を配置するうえでの部品レイアウト上の制約が緩和されるので、所望の発電出力を確保しつつ発電モジュール５０及び回転電機本体の小型化を図ることができる。
【００４１】
なお、図１１に示した発電モジュール５０では、２組の界磁用永久磁石５７ａ、５９ａ及び界磁鉄心５７ｂ、５９ｂで界磁が構成されていたが、小ロータ５５の磁気ウォームギヤとして機能する部位の軸方向の長さが比較的短い場合には、１つの界磁鉄心の両側に界磁用永久磁石を配置して界磁を構成することで、発電モジュールのさらなる小形化を図ることができる。
【００４２】
［第３の実施の形態］
次に、第３の実施形態を図１２に基づき説明する。なお、図１２中において、図７に示した第１の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。
【００４３】
本実施形態の風力発電システムは、発電モジュール２０を複数備えていた第１の実施形態の回転電機１０に代えて、図１２に示す発電モジュール６０を複数備えた回転電機が適用されている。複数の発電モジュール６０は、第１の実施形態の発電モジュール２０が備えていた小ロータ２５及びステータ２６に代えて、小ロータ６５及びステータ６６を備えている。
【００４４】
小ロータ６５は、界磁６３、６７、６９を備えている。ステータ６６は、軸２１の軸方向において界磁６３、６７、６９と対向する電機子６４、６８を備えている。つまり、図１２に示すように、発電モジュール６０では、互いに対向する界磁と電機子との組は、軸２１の軸方向に沿って並ぶ位置に複数組配置されている。本実施形態では、図１２に示すように、界磁と電機子との組が、２組並ぶ発電モジュール６０を例示している。
【００４５】
本実施形態の回転電機によれば、界磁と電機子との組からなる発電機構部分をアキシャル方向（軸２１の長さ方向）に２組並べて配置した発電モジュール６０を備えていることで、発電モジュール１台あたりの発電量を増大させることが可能となる。図１２では、界磁と電機子との組からなる発電機構部分を２組並べた構成を例示したが、２組よりも多く配置することで更に大きな発電量を得ることが可能となる。また、軸方向中央部の軸受を共用できるとともに、軸方向中央部の磁界鉄心も共用でき、部品点数を削除することも可能となる。
【００４６】
［第４の実施の形態］
次に、第４の実施形態を図１３に基づき説明する。なお、図１３中において、図７に示した第１の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。
【００４７】
本実施形態の風力発電システムは、発電モジュール２０を複数備えていた第１の実施形態の回転電機１０に代えて、図１３に示す発電モジュール７０を複数備えた回転電機が適用されている。複数の発電モジュール７０は、第１の実施形態の発電モジュール２０が備えていた小ロータ２５及びステータ２６に代えて、小ロータ７５及びステータ７６を備えている。
【００４８】
図１３に示すように、小ロータ７５は、第１の実施形態の小ロータ２５において、対で配置されていた界磁２７、２９（界磁鉄心２７ｂ、２９ｂ）どうしを磁気的に結合した構成の界磁鉄心７７ｂを備えている。つまり、界磁鉄心７７ｂは、図１３に示すように、小ロータ７５の内周面にも配置されることになる。また、界磁鉄心７７ｂは、第１の実施形態において界磁鉄心２７ｂ、２９ｂを配置していた部位の軸方向の厚さ（小ロータの軸方向の両端部における鉄心部分の厚さ）が、界磁鉄心２７ｂ、２９ｂに比べて薄く形成されている。
【００４９】
本実施形態の発電モジュール７０では、小ロータ７５の内周面に鉄心を設けることで磁路を形成し、この磁路を形成した効果によって、小ロータ７５の軸方向の両端部における鉄心部分の磁束密度が低くなるため、この鉄心部分の厚さを薄くすることが可能となる。この結果、発電モジュール７０の軸方向の長さを短縮して小形化を図ることができる。
【００５０】
［第５の実施の形態］
次に、第５の実施形態を図１４に基づき説明する。なお、図１４中において、図３などに示した第１の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。
【００５１】
本実施形態の風力発電システムは、第１の実施形態の風力発電システム１が備えていた回転電機１０に代えて、回転電機８０を備えている。回転電機８０は、回転電機１０の構成に加え、加算回路（加算器）８１、８２、８３、８４をさらに備えている。また、回転電機８０は、発電モジュール２０（又は既述した発電モジュール４０、５０、６０、７０）を複数備えていると共に、これらのモジュールをそれぞれ２つ以上束ねた複数（例えば４つ）のモジュール群として管理している。
【００５２】
加算回路８１、８２、８３、８４は、個々の発電モジュール２０の電機子巻線から得られる発電出力をモジュール群ごとに加算（統合）し、このモジュール群ごとに加算した発電出力を、変圧器などを介して系統に個別に出力する。
【００５３】
したがって、本実施形態の回転電機８０によれば、モジュール群ごとの出力が独立して系統に送られるので、一部のモジュール群の運転を停止しても、残りのモジュール群から発電出力が得られるため、事故時の交換作業や保守作業を、発電出力を得ながら実施することができる。また、系統側の要求負荷が小さい場合には、一部のモジュール群における発電モジュールを運転することによって、運転しないモジュール群における発電モジュールの小ロータやステータの部品寿命を延伸することも可能となる。
【００５４】
また、図１５に示すように、回転電機９０を構成してもよい。回転電機９０は、切換回路９２を備えている。切換回路９２は、複数のモジュール群のうちの少なくとも１つのモジュール群に属する各発電モジュールを、モータ又は発電機として選択的に切り換えて動作させる。切換回路９２は、上記した加算回路８１、８２、８３、８４としての機能を有すると共に、接続されたモジュール群における発電モジュール内の電機子巻線に通電を行う機能を有している。図１５の例では、回転電機９０は、回転電機８０が備える加算回路８１、８２、８３、８４のうちの加算回路８２に代えて切換回路９２を備えている。
【００５５】
したがって、回転電機９０を備える風力発電システムでは、例えば風速が低く、風車翼を回転できない場合に、切換回路９２が接続されたモジュール群の各発電モジュールをモータ（発動機）として機能させ、風車翼にトルクを与えることが可能となる。このように、風車翼を電力により回転させ、カットイン速度（風車翼起動時の負荷）を小さくすることで、回転電機９０の運転範囲を広げることができる。さらに、ここで、切換回路９２に接続されたモジュール群の発電モジュールに、誘導機としての機能部品を搭載させておけば、永久磁石同期機のような位置センサを用いることなく、より簡素な構成でモジュールを起動させることができる。
【００５６】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
１…風力発電システム、３…風車翼（ブレード）、１０，８０，９０…回転電機、１１…回転軸、１２…電力調整部、１５…大ロータ、１５ａ…大ロータの外周面、１６…ギャップ、１７，２２，２４…永久磁石、１８，２３…磁性材、２０，４０，５０，６０，７０…発電モジュール、２１…軸、２５，５５，６５，７５…小ロータ、２５ａ…小ロータの外周面、２６，５６，６６，７６…ステータ、２７，２９，５７，５９，６３，６７，６９…界磁、２８，５４，５８，６４，６８…電機子、４８…空芯コイル、８１，８２，８３，８４…加算回路、９２…切換回路。
【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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