(57)【要約】【課題】第２ロータ内に内蔵された発電機に対して外方から容易にアクセスすること。【解決手段】回転電機１００は永久磁石５ａ、５ｂからなる第１磁石列１０Ａが外周に傾斜して配置され第１回転軸１１回りを回転する第１ロータ１０と、第１ロータ１０の外周近傍に設けられ永久磁石５ａ、５ｂからなる第２磁石列２０Ａがらせん状に設けられ、第２回転軸２１回りを回転する複数の第２ロータ２０とを備えている。第２ロータ２０内に発電機３０が内蔵され、発電機３０は発電機ロータ４１と発電機ステータ５０とを有する。第２ロータ２０内に軸受５４を介して発電機ステータ５０を保持する固定軸５３が設けられ、発電機３０の発電機ロータ４１と発電機ステータ５０は第２ロータ２０内の外側に配置されている。【選択図】図５
2014060905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石からなる第１磁石列が外周に傾斜して設けられ、第１回転軸回りを回転するウォームホイールを構成する第１ロータと、
第１ロータの外周近傍に配置され、永久磁石からなる第２磁石列が外周にらせん状に設けられ、第１回転軸と異なる第２回転軸回りを回転するウォームを構成する複数の第２ロータと、
各第２ロータ内に内蔵された発電機とを備え、
各発電機は対応する第２ロータ内周面に設けられた発電機ロータと、発電機ロータの内側に発電機ロータに対向して設けられた発電機ステータとを有し、
当該第２ロータ内に第２ロータとの間に設けられた軸受を介して、発電機ステータを保持する固定軸が設けられ、
各第２ロータ内において発電機ロータと発電機ステータは、軸線方向外側に配置されることを特徴とする磁気ウォームギアを用いた回転電機。
【請求項２】
発電機ロータは第１発電機ロータと、第２発電機ロータとを有し、発電機ステータは第１発電機ロータに対向する第１発電機ステータと、第２発電機ロータに対向する第２発電機ステータとを有し、
第１発電機ロータおよび第１発電機ステータは第２ロータ内において軸受の一方側に配置され、
第２発電機ロータおよび第２発電機ステータは第２ロータ内において軸受の他方側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の磁気ウォームギアを用いた回転電機。
【請求項３】
各第２ロータ内において、発電機ロータおよび発電機ステータは第２ロータの一方側に配置され、軸受は第２ロータの他方側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の磁気ウォームギアを用いた回転電機。
【請求項４】
軸受は第２ロータの軸線方向に沿って設けられた第１軸受と、第２軸受とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の磁気ウォームギアを用いた回転電機。
【請求項５】
磁気ウォームギアを用いた回転電機用の発電機内蔵ロータにおいて、
回転軸回りを回転するウォームを構成するロータと、
ロータ内に内蔵された発電機とを備え、
発電機はロータ内周面に設けられた発電機ロータと、発電機ロータの内側に発電機ロータに対向して設けられた発電機ステータとを有し、
ロータ内にロータとの間に設けられた軸受を介して、発電機ステータを保持する固定軸が設けられ、
ロータ内において発電機ロータと発電機ステータは、軸線方向外側に配置されることを特徴とする発電機内蔵ロータ。
【請求項６】
発電機ロータは第１発電機ロータと、第２発電機ロータとを有し、発電機ステータは第１発電機ロータに対向する第１発電機ステータと、第２発電機ロータに対向する第２発電機ステータとを有し、
第１発電機ロータおよび第１発電機ステータはロータ内において軸受の一方側に配置され、
第２発電機ロータおよび第２発電機ステータはロータ内において軸受の他方側に配置されていることを特徴とする請求項５記載の発電機内蔵ロータ。
【請求項７】
ロータ内において、発電機ロータおよび発電機ステータはロータの一方側に配置され、軸受はロータの他方側に配置されていることを特徴とする請求項５記載の発電機内蔵ロータ。
【請求項８】
軸受はロータの軸線方向に沿って設けられた第１軸受と、第２軸受とを有することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか記載の発電機内蔵ロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、回転電機および発電機内蔵ロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機等の回転電機においては、発電機体格は発電機の回転数に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ーを動力源とした回転電機では、タービン翼などにより自然エネルギーを回転エネルギーに変換するが、回転速度は、低速であり、タービン翼によって得られた回転速度にて発電機を駆動する場合には発電機体格が大型となる傾向にある。発電機の体格を小型にするためタービン翼と発電機の間に機械式増速機を配置して、発電機の回転数を増速する方式が一般的であるが、磁気ウォームギヤを用いて発電機を増速する回転電機も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−５６１４６号公報
【特許文献２】英国特許第２４６３１０２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
磁気ウォームギヤを用いた回転電機は、２種類のロータ（大ロータ、小ロータ）が機械的に非接触であるため、エネルギーの伝達効率が高く、保守性の面でも機械的増速機に比べ利点がある。
【０００５】
磁気ウォームギアを用いた増速システムは、ウォームホイールに相当する大ロータとウォームに相当する小ロータにより構成されるシステムであり、大ロータの円周上に小ロータが配置される構造となる。また大ロータおよび小ロータの表面には、ウォーム角度に応じてらせん状に永久磁石および磁性体が配列されており、その増速比に応じて小ロータの回転速度を増速する。また小ロータに発電機を内蔵させることによって、発電機を駆動し発電を行うことができる。
【０００６】
ところで小ロータに内蔵された発電機は小ロータ内周面に設けられた発電機ロータと、発電機ロータに対向して設けられた発電機ステータとを有している。また小ロータ内に、小ロータとの間に設けられた軸受を介して発電機ステータを保持する固定軸が設けられている。
【０００７】
一般に小ロータ内に内蔵された発電機は小ロータの中央に配置され、発電機の両側に小ロータと固定軸との間に介在される軸受が配置される。しかしながら発電機の両側に軸受を配置した場合、外方から発電機にアクセスすることがむずかしく、発電機の保守管理をすることがむずかしい。
【０００８】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、小ロータ内に内蔵された発電機に対し、外方から容易かつ確実にアクセスすることができる回転電機および発電機内蔵ロータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施形態の磁気ウォームギアを用いた回転電機は、永久磁石からなる第１磁石列が外周に傾斜して設けられ、第１回転軸回りを回転するウォームホイールを構成する第１ロータと、第１ロータの外周近傍に配置され、永久磁石からなる第２磁石列が外周にらせん状に設けられ、第１回転軸と異なる第２回転軸回りを回転するウォームを構成する複数の第２ロータと、各第２ロータ内に内蔵された発電機とを備える。各発電機は対応する第２ロータ内周面に設けられた発電機ロータと、発電機ロータの内側に発電機ロータに対向して設けられた発電機ステータとを有する。当該第２ロータ内に第２ロータとの間に設けられた軸受を介して、発電機ステータを保持する固定軸が設けられ、各第２ロータ内において発電機ロータと発電機ステータは、軸線方向外側に配置される。
【００１０】
本実施形態の磁気ウォームギアを用いた回転電機用の発電機内蔵ロータは、回転軸回りを回転するウォームを構成するロータと、ロータ内に内蔵された発電機とを備える。発電機はロータ内周面に設けられた発電機ロータと、発電機ロータの内側に発電機ロータに対向して設けられた発電機ステータとを有する。ロータ内にロータとの間に設けられた軸受を介して、発電機ステータを保持する固定軸が設けられ、ロータ内において発電機ロータと発電機ステータは、軸線方向外側に配置される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】回転電機が組込まれた風力発電システムの概略構成を示す斜視図。
【図２】図１の風力発電システムにおけるナセルの内部構成の一例を示す概念図。
【図３】図２中に示されるナセルの中に設置される回転電機の構造の一例を示す斜視図。
【図４】図３中の面Ａにて回転電機を切断した部分を小ロータの軸方向から見た場合の断面の概略形状を示す断面図。
【図５】本実施形態による小ロータに内蔵された発電機を示す図。
【図６】小ロータの外周面に永久磁石によりらせん状の磁極がＮ極、Ｓ極交互に配置されるよう形成された構成を説明するための概念図。
【図７】第１の実施形態による小ロータの鳥瞰図。
【図８】図７におけるＡ−Ａ断面図であって磁気吸引力を示す図。
【図９】図７におけるＢ−Ｂ断面図であって小ロータの半径方向に働く半径方向分力を示す図。
【図１０】本実施形態による小ロータの磁気吸引分力を示す図。
【図１１】図７におけるＢ−Ｂ断面図であって大ロータに作用する磁気吸引力を示す図。
【図１２】小ロータに内蔵された発電機の変形例を示す図。
【図１３】比較例としての小ロータに内蔵された発電機を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。
【００１３】
（本実施形態）
最初に、図１乃至図１１を参照して、本実施形態について説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る風力発電システム概略構成の一例を示す斜視図である。
【００１５】
また、図２は、図１の風力発電システムにおけるナセルの内部構成の一例を示す概略図である。
【００１６】
図１に示される風力発電システムは、主な要素として、ナセル１、風車翼２、およびタワー３を備えている。
【００１７】
ナセル１は、タワー３の頂部に取り付けられ、図２に示されるように、回転電機１００を収容するほか、回転電機１００に搭載された発電機から発生される電力に対して電圧調整や周波数調整を行う電力調整部１０１などを収容している。ただし、電力調整部１０１は場合により地上に設けられる場合もある。
【００１８】
風車翼２は、ナセル１内の回転電機１００の回転軸１１に直結するよう取り付けられた翼軸（ブレード軸）２Ａと、この翼軸２Ａの周囲に取り付けられた複数の風車翼本体２Ｂとから成る。
【００１９】
タワー３は、地面に設置され、ナセル１を支持する。タワー３の内側には電力を伝達するケーブルＣが設けられている。ケーブルＣは、ナセル１側からタワー３の内側を通って下方に導かれ、地面近傍にてタワー３の外側へと導かれる。
【００２０】
このような構成において、風力により風車翼２が回転すると、その回転力は風車翼２の翼軸２Ａからナセル１内に設置された回転電機１００の回転軸１１へと伝わり、回転電機１００に搭載された発電機により発電が行われる。回転電機１００の発電機から発生した電力は、電力調整部１０１により調整された後、ケーブルＣを通じてナセル１からタワー３を通り、タワー３の外側へ送り出される。
【００２１】
電力調整部１０１が地上に設置される場合には、回転電機１００の発電機から発生じた電力は、ケーブルを通じてナセル１からタワー３を通り、タワー３の外側へ送り出され、電力調整部１０１により調整される。
【００２２】
図３は、図２中に示されるナセル１の中に設置される回転電機１００の構造の一例を示す斜視図である。
【００２３】
図３に示されるように、回転電機１００は、トロイド状の第１ロータ１０（以下、「大ロータ１０」と称す）と、大ロータ１０の外周側に離間して配置される１つ又は複数の円筒状の第２ロータ２０（以下、「小ロータ２０」と称す）と、小ロータ２０の内側に配置されるアウターロータ方式の発電機３０とを有する。発電機３０は、本実施形態では、永久磁石同期発電機によって構成され、永久磁石を備えた回転子（発電機ロータ）およびコイルを備えた固定子（発電機ステータ）により構成される。
【００２４】
大ロータ１０は、図３に示されるように、風車翼２の翼軸２Ａに直結するとともに軸受け１１Ａに支持された回転軸（第１回転軸）１１と、支持部材（スポーク）１２とを備え、回転軸１１を中心に回転するように構成されている。大ロータ１０の外周面は、小ロータ２０の外周面とのギャップＧを均等に保ちつつ小ロータ２０の半周分を取り囲むよう、半円環状（Ｕ字形状）を構成している。ここで支持部材１２は全面に渡って板状に形成されているが、重量、通風を考慮して板状の支持部材１２に複数の開口を設けてもよい。小ロータ２０は、大ロータ１０の回転軸１の方向に対して垂直方向を向いた回転軸（第２回転軸）２１を中心に回転するように構成されている。図３中の面Ａにて回転電機１００を切断した部分を小ロータ２０の軸方向から見た場合の断面概略形状を図４に示す。図４に示されるように、大ロータ１０と小ロータ２０との間には、半円環状のギャップＧがある。このように、大ロータ１０の回転軸１と、小ロータ２０の回転軸２１とは、互いに直交している。
【００２５】
大ロータ１０および小ロータ２０は、それぞれの外周面に永久磁石を備え、磁気ウォームギヤを構成している。
【００２６】
具体的には図３に示すように、大ロータ１０の外周には多数の永久磁石５Ｂからなる第１磁石列１０Ａが傾斜角αをもって傾斜して設けられている。
【００２７】
このうち各永久磁石５Ｂは、Ｎ極５ｃとＳ極５ｄを有し、、Ｎ極５ｃとＳ極５ｄとを有する永久磁石５Ｂが連続して配置されて第１磁石列１０Ａを構成している。
【００２８】
また第１磁石列１０Ａを構成する永久磁石５Ｂ間に磁性材６Ｂが介在されている。この磁性材６Ｂは永久磁石５Ｂを近接配置することにより磁極を形成するとともに、永久磁石５Ｂにより生じる渦電流損を抑える機能を果たす。
【００２９】
また図６に示すように、小ロータ２０の外周には多数の永久磁石５Ａからなる第２磁石列２０Ａが所定のらせん角βをもってらせん状に設けられている。
【００３０】
このうち各永久磁石５Ａは、Ｎ極５ａとＳ極５ｂとを有し、Ｎ極５ａとＳ極５ｂとを有する永久磁石５Ａが連続して配置されて第２磁石列２０Ａを構成している。
【００３１】
また第２磁石列２０Ａを構成する永久磁石５Ａ間に磁性材６Ａが介在されている。この磁性材６Ａは永久磁石５Ａを近接配置することにより磁極を形成するとともに、永久磁石５Ａにより生じる渦電流損を抑える機能を果たす。
【００３２】
なお、第２磁石列２０Ａのらせん角βは磁気ウォームギアのウォーム角に対応する。
【００３３】
また少なくとも大ロータ１０と小ロータ２０とが磁気的に結合する領域においては、大ロータ１０の第１磁石列１０Ａの間隔および第１磁石列１０Ａの傾斜角度αが、それぞれ、小ロータ２０の第２磁石列２０Ａの間隔および第２磁石列２０Ａのらせん角βと略等しくなるように構成されていることが望ましい。
【００３４】
このような構成において、大ロータ１０が回転すると、大ロータ１０の第１磁石列１０Ａと小ロータ２０の第２磁石列２０Ａとが吸引または反発することにより、大ロータ１０の回転に追従して小ロータ２０が回転する。このとき、大ロータ１０の第１磁石列１０Ａによる磁極数と小ロータ２０の第２磁石列２０Ａによるギヤ条数とで決まるギヤ比で小ロータ２０の回転が増速され、小ロータ２０の回転数に応じた電力が発電機３０（図５参照）から発生する。
【００３５】
図５は本実施形態に係り、図３中の面Ｂにて回転電機１００を切断した部分を小ロータ２０の断面の概略形状を示すものである。図５において、発電機３０は、対応する小ロータ２０内に内蔵されたアウターロータ方式永久磁石発電機からなる。
【００３６】
この場合、小ロータ２０と、小ロータ２０内に内蔵された発電機３０によって発電機内蔵ロータ２００が構成される。
【００３７】
このような発電機３０は小ロータ２０の内周面に設けられた発電機ロータ４１と、発電機ロータ４１の内側に発電機ロータ４１に対向して設けられた発電機ステータ５０とを備えている。このうち発電機ロータ４１は小ロータ２０の内周面に固着された界磁ロータ鉄心５１と、この界磁ロータ鉄心５１の内周面に取付けられた永久磁石９とを有している。また発電機ステータ５０はステータヨーク５０ａと、ステータヨーク５０ａの外周に設けられた電機子巻線２２とを有している。
【００３８】
さらにまた発電機ステータ５０のステータヨーク５０ａは、固定軸５３に連結されてこの固定軸５３により保持されている。
【００３９】
また小ロータ２０と固定軸５３との間には、第１軸受５４ａと第２軸受５４ｂとからなる軸受５４が介在され、この軸受５４によって小ロータ２０が固定軸５３の周囲を第２回転軸２１を中心として回転する。
【００４０】
また、永久磁石９によって界磁ロータ鉄心５１に生じる磁束が、小ロータ２０の外周に設けられた永久磁石５Ａが磁性材６Ａの特性を害さないよう、小ロータ２０は非磁性リングからなる。図５において、永久磁石５Ａは小ロータ２０の外周に部分的に示されている。
【００４１】
ところで、小ロータ２０内において、発電機ロータ４１と発電機ステータ５０は、小ロータ２０の一方側（図５の左側）に配置され、第１軸受５４ａと第２軸受５４ｂとからなる軸受５４は小ロータ２０の他方側（図５の右側）に配置されている。
【００４２】
図５に示すように、小ロータ２０内において、発電機ロータ４１と発電機ステータ５０は小ロータ２０の一方側に配置され、このことにより、発電機ロータ４１と発電機ステータ５０は小ロータ２０内において軸線方向外方に位置することになる。このため、発電機ロータ４１と発電機ステータ５０に対して外方から容易にアクセスすることができ、発電機ロータ４１と発電機ステータ５０を組立てた後、発電機ロータ４１と発電機ステータ５０との間のギャップを容易に確認して、このギャップの大きさを調整することができる。また発電機ロータ４１と発電機ステータ５０に対するメンテナンス性を向上させることができる。
【００４３】
さらにまた発電機ロータ４１と発電機ステータ５０からなる発電機３０に小ロータ２０の外方から容易に気流を流すことができ、このことにより発電機３０を外部の気流により容易に冷却することができる。
【００４４】
上述のように、小ロータ２０と固定軸５３との間に介在される軸受５４は、第１軸受５４ａと第２軸受５４ｂとを有するが、これら第１軸受５４ａと第２軸受５４ｂは小ロータ２０の軸線方向に沿って配置されている。
【００４５】
図５において、小ロータ２０が回転すると、発電機ロータ４１が発生する回転磁束に同期した電力が、電機子巻線２２に誘起され、電機子巻線２２から電力が出力として取り出される。このような小ロータ２０は複数あり、電機子巻線２２の出力は、変換器によって、個別に整流され、その直流出力は加算回路によって加算され、更に交流変換器によって系統出力に相応した周波数の交流電力に変換される。電機子巻線２２の交流出力は、制御回路によって、小ロータ２０ごとに制御される。出力制御には界磁ロータ４１の位置検出を行う必要があるが、これについては、位置センタを用いる方法、センサレス制御による方法など種々の方法が知られており、条件に応じて選択される。
【００４６】
本実施形態によれば、発電機ロータ４１と発電機ステータ５０とからなる発電機３０は小ロータ２０内において軸線方向外側に位置することになるため、発電機３０のメンテナンス性を高め、かつ発電機３０を外部の気流により容易に冷却することができる。
【００４７】
次に図１３により比較例としての小ロータ２０に内蔵された発電機３０について説明する。
【００４８】
発電機３０は小ロータ２０の内周面に設けられた発電機ロータ４１と、発電機ロータ４１の内側に発電機ロータ４１に対向して設けられた発電機ステータ５０とを備えている。このうち発電機ロータ４１は小ロータ２０の内周面に固着された界磁ロータ鉄心５１と、この界磁ロータ鉄心５１の内周面に取付けられた永久磁石９とを有している。また発電機ステータ５０はステータヨーク５０ａと、ステータヨーク５０ａの外周に設けられた電機子巻線２２とを有している。
【００４９】
さらにまた発電機ステータ５０のステータヨーク５０ａは、左右方向に延びて固定軸５３を形成し、ステータヨーク５０ａはこの固定軸５３により保持されている。
【００５０】
また小ロータ２０と固定軸５３との間には、第１軸受５４ａと第２軸受５４ｂとからなる軸受５４が介在され、この軸受５４によって小ロータ２０が固定軸５３の周囲を第２回転軸２１を中心として回転する。
【００５１】
図１３に示す比較例において、発電機ロータ４１と発電機ステータ５０とからなる電動機３０は小ロータ２０の軸線方向中央部に配置され、電動機３０の両側に第１軸受５４ａと第２軸受５４ｂが各々配置されている。
【００５２】
図１３に示すように、小ロータ２０内において、電動機３０の両側に第１軸受５４ａと第２軸受５４ｂが配置されているため、外方から電動機３０にアクセスすることはむずかしくなる。このため発電機ロータ４１と発電機ステータ５０を組立てた後、これら発電機ロータ４１と発電機ステータ５０に対してメンテナンスすることはむずかしく、かつ第１軸受５４ａおよび第２軸受５４ｂの存在により、発電機３０を外部の気流により冷却することも容易ではない。
【００５３】
これに対して本実施形態によれば、図５に示すように、発電機ロータ４１と発電機ステータ５０とからなる発電機３０を小ロータ２０内においてその一方側に配置することができ、発電機ロータ４１と発電機ステータ５０に対して外方から容易にアクセスすることができる。
【００５４】
次に図６乃至図１１により、大ロータ１０と小ロータ２０との間に生じる力の作用について説明する。
【００５５】
図６乃至図１１に示すように、小ロータ２０の外周にはＮ極５ａおよびＳ極５ｂを含む永久磁石５Ａからなる第２磁石列２０Ａが、小ロータ２０の円周方向に対して所定のらせん角βをもってらせん状に配置されている。上述のように、同様に大ロータ１０の外周にもＮ極５ｃおよびＳ極５ｄを含む永久磁石５Ｂからなる第１磁石列１０Ａが、大ロータ１０の軸方向に対して傾斜して設けられている。
【００５６】
また小ロータ２０の第２磁石列２０Ａ間には、磁性材６Ａが介在され、大ロータ１０の第１磁石列１０Ａ間にも磁性材６Ｂが介在されている。
【００５７】
ここで大ロータ１０の第１磁石列１０Ａと小ロータ２０の第２磁石列２０Ａとの間に位相差が生じた場合、大ロータ１０と小ロータ２０との間のギャップＧにおいて大ロータ１０の第１磁石列１０Ａと小ロータ２０の第２磁石列２０Ａとの間に磁気吸引力が生じ、この磁気吸引力により大ロータ１０の回転が小ロータ２０の回転を生じさせる。
【００５８】
図８に示すように、大ロータ１０と小ロータ２０との間のギャップＧに生じる磁気吸引力を２１Ｆで表すことができる。
【００５９】
この場合、大ロータ１０と小ロータ２０との間の磁気吸引力２１Ｆは更に、ギャップＧにおいて小ロータ２０の半径方向に働く半径方向分力２３Ｆと、この半径方向分力２３Ｆに直交するせん断方向分力２２Ｆとに分解することができる。
【００６０】
ここで、図９は図７におけるＢ−Ｂ断面を示している。上述した小ロータ２０の半径方向に働く半径方向分力２３Ｆは、更にｘ軸方向の力と、ｙ軸方向の力に分解される。図９に示すように、半径方向分力２３Ｆのうちｘ軸方向の力は互いにキャンセルされることになる。このため結局、半径方向分力２３Ｆは、ｙ軸方向の合成ベクトルとなる。
【００６１】
次に大ロータ１０と小ロータ２０との間のギャップＧに働く磁気吸引力２１Ｆのうち、せん断方向分力２２Ｆについて、図６、図１０および図１１により説明する。
【００６２】
図６に示すように、小ロータ２０外表面にはＮ極５ａとＳ極５ｂとを含む永久磁石５Ａにより構成される第２磁石列２０Ａがウォーム角度に対応するらせん角βに応じてらせん状に配列されている。ここで磁気吸引力２１Ｆのせん断方向分力２２Ｆは、この第２磁石列２０Ａに対して直交する方向に作用する。この場合、せん断方向分力２２Ｆは小ロータ２０の軸方向分力２４Ｆと接線方向分力２５Ｆに分解されるが、この接線方向分力２５Ｆが発電機の回転に用いられる磁気力となる。
【００６３】
図１０に、小ロータ２０における磁気吸引力２１Ｆのうち、半径方向分力２３Ｆ、軸方向分力２４Ｆ、および接線方向分力２５Ｆをそれぞれ示す。
【００６４】
次に図１１により大ロータ１０側に作用する磁気吸引力について説明する。図１１は図７のＢ−Ｂ線断面図であり、大ロータ１０に加わる接線方向分力と半径方向分力を表したものである。ここで、小ロータ２０から大ロータ１０に作用する接続方向分力２５Ｆは、更にｘ軸方向分力とｙ軸方向分力に分解される。小ロータ２０からのｙ軸方向分力は大ロータ１０において偶力の関係となるが、大ロータ１０の回転軸１１とは直交する軸における偶力であるため、接線方向分力２５Ｆの合成ベクトルはｘ軸方向のベクトルとなり、大ロータ１０の軸方向分力３５Ｆとして作用する。また小ロータ２０における半径方向分力２３Ｆは大ロータ１０に対して反対方向のベクトルを持つ半径方向分力３３Ｆとなり、同様に小ロータ２０における軸方向分力２４Ｆも反対方向のベクトルとなり、大ロータ１０においては接線方向分力３４Ｆとなる（図１０および図１１参照）。
【００６５】
（変形例）
次に小ロータに内蔵された発電機の変形例について図１２により説明する。
【００６６】
図１２に示すように、変形例としての発電機３０は小ロータ２０の内周面に設けられた発電機ロータ４１と、発電機ロータ４１の内側に発電機ロータ４１に対向して設けられた発電機ステータ５０とを備えている。
【００６７】
この場合、小ロータ２０と、小ロータ２０内に内蔵された発電機３０によって発電機内蔵ロータ２００が構成される。
【００６８】
また発電機ロータ４１は、小ロータ２０内の一方側（図１２の左側）に設けられた第１発電機ロータ４１Ａと、小ロータ２０内の他方側（図１２の右側）に設けられた第２発電機ロータ４１Ｂとを有する。また発電機ステータ５０は、小ロータ２０内の一方側に設けられ第１発電機ロータ４１Ａに対向する第１発電機ステータ５０Ａと、小ロータ２０内の他方側に設けられ第２発電機ロータ４１Ｂに対向する第２発電機ステータ５０Ｂとを有している。
【００６９】
また第１発電機ロータ４１Ａおよび第２発電機ロータ４１Ｂは略同一構造をもち、第１発電機ステータ５０Ａおよび第２発電機ステータ５０Ｂも略同一構造をもつ。
【００７０】
すなわち、第１発電機ロータ４１Ａおよび第２発電機ロータ４１Ｂはいずれも、小ロータ２０の内周面に固着された界磁ロータ鉄心５１と、この界磁ロータ鉄心５１の内周面に取付けられた永久磁石９とを有している。また第１発電機ステータ５０Ａおよび第２発電機ステータ５０Ｂはいずれもステータヨーク５０ａと、ステータヨーク５０ａの外周に設けられた電機子巻線２２とを有している。
【００７１】
さらにまた第１発電機ステータ５０Ａのステータヨーク５０ａおよび第２発電機ステータ５０Ｂのステータヨーク５０ａは、いずれも小ロータ２０の中央に配置された固定軸５３に連結されてこの固定軸５３により保持されている。
【００７２】
また小ロータ２０と固定軸５３との間には、第１軸受５４ａと第２軸受５４ｂとからなる軸受５４が介在され、この軸受５４によって小ロータ２０が固定軸５３の周囲を第２回転軸２１を中心として回転する。
【００７３】
また、永久磁石９によって界磁ロータ鉄心５１に生じる磁束が、小ロータ２０の外周に設けられた永久磁石５Ａが磁性材６Ａの特性を害さないよう、小ロータ２０は非磁性リングからなる。図１２において永久磁石５Ａは小ロータ２０の外周に部分的に示されている。
【００７４】
ところで、小ロータ２０内において、第１発電機ロータ４１Ａと発電機ステータ５０Ａは、軸受５４の一方側（図１２の左側）に配置され、第２発電機ロータ４１Ｂと第２発電機ステータ５０Ｂは軸受５４の他方側（図１２の右側）に配置されている。
【００７５】
図１２に示すように、小ロータ２０内において、第１発電機ロータ４１Ａと第１発電機ステータ５０Ａは軸受５４の一方側に配置され、第２発電機ロータ４１Ｂと第２発電機ステータ５０Ｂは軸受５４の他方側に配置され、このことにより、第１発電機ロータ４１Ａと第１発電機ステータ５０Ａ、および第２発電機ロータ４１Ｂと第２発電機ステータ５０Ｂは、いずれも小ロータ２０内において軸線方向外方に位置することになる。このため、第１発電機ロータ４１Ａと第１発電機ステータ５０Ａ、および第２発電機ロータ４１Ｂと第２発電機ステータ５０Ｂに対して外方から容易にアクセスすることができ、第１発電機ロータ４１Ａおよび第２発電機ロータ４１Ｂと、第１発電機ステータ５０Ａおよび第２発電機ステータ５０Ｂを組立てた後、第１発電機ロータ４１Ａと第１発電機ステータ５０Ａとの間のギャップ、および第２発電機ロータ４１Ｂと第２発電機ステータ５０Ｂとの間のギャップを容易に確認して、このギャップの大きさを調整することができる。また第１発電機ロータ４１Ａと第１発電機ステータ５０Ａ、および第２発電機ロータ４１Ｂと第２発電機ステータ５０Ｂに対するメンテナンス性を向上させることができる。
【００７６】
さらにまた第１発電機ロータ４１Ａおよび第２発電機ロータ４１Ｂと、第１発電機ステータ５０Ａおよび第２発電機ステータ５０Ｂとからなる発電機３０に、小ロータ２０の外方から容易に気流を流すことができ、このことにより発電機３０を外部の気流により容易に冷却することができる。
【００７７】
上述のように、小ロータ２０と固定軸５３との間に介在される軸受５４は、第１軸受５４ａと第２軸受５４ｂとを有するが、これら第１軸受５４ａと第２軸受５４ｂは小ロータ２０の軸線方向に沿って配置されている。
【００７８】
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され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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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】
【００７９】
１  ナセル、２  風車翼、２Ａ  翼軸、２Ｂ  風車軸本体、３  タワー、５Ａ  小ロータの永久磁石、５Ｂ  大ロータの永久磁石、６Ａ  磁性材、６Ｂ  磁性材、９  永久磁石、１０  大ロータ、１０Ａ  第１磁石列、２０  小ロータ、２０Ａ  第２磁石列、２２  電機子巻線、３０  発電機、４１、４１Ａ、４１Ｂ  発電機ロータ、５０、５０Ａ、５０Ｂ  発電機ステータ、５０ａ  ステータヨーク、５１  界磁ロータ鉄心、５４  軸受、５４ａ  第１軸受、５４ｂ  第２軸受、１００  回転電機、２００  電動機内蔵ロータ
【図１】
2014060905.tif 000003
【図２】
2014060905.tif 000004
【図３】
2014060905.tif 000005
【図４】
2014060905.tif 000006
【図５】
2014060905.tif 000007
【図６】
2014060905.tif 000008
【図７】
2014060905.tif 000009
【図８】
2014060905.tif 000010
【図９】
2014060905.tif 000011
【図１０】
2014060905.tif 000012
【図１１】
2014060905.tif 000013
【図１２】
2014060905.tif 000014
【図１３】
2014060905.tif 000015