(57)【要約】【課題】永久磁石を堅固に保持することができ、且つ、当該永久磁石を外周にらせん状に容易に配置することができる回転電機用ロータ及びこの回転電機用ロータを用いた回転電機を提供する。【解決手段】回転電機用ロータ２０は、多数の永久磁石５からなり所定のらせん角をもってらせん状に設けられた第２磁石列２２を外周に有する。ロータ２０は、ロータ本体２６と、ロータ本体２６外周に設けられ、各々が第２磁石列２２の各永久磁石５を保持する多数の保持枠５０とを有する。各保持枠５０は、対応する永久磁石５を保持する保持溝５１を有し、この保持溝５１は、永久磁石５の形状に合わせて規定され、ロータ本体２６の円周方向に対して所定のらせん角だけ傾斜している。このことにより、多数の永久磁石５からなる第２磁石列２２がロータ本体２６外周に所定のらせん角をもって配置される。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の永久磁石からなる第１磁石列を外周に有し、第１回転軸回りを回転する第１ロータと、
第１ロータの外周近傍に配置され、多数の永久磁石からなり所定のらせん角をもってらせん状に設けられた第２磁石列を外周に有し、第１回転軸と異なる第２回転軸回りを回転する第２ロータとを備え、
第２ロータは、更にロータ本体と、ロータ本体外周に設けられ、各々が第２磁石列の各永久磁石を保持する多数の保持枠とを有し、
各保持枠は、対応する永久磁石を保持すると共に、永久磁石の形状に合わせて規定されロータ本体の円周方向に対して所定のらせん角だけ傾斜する保持溝を有し、これにより、多数の永久磁石からなる第２磁石列がロータ本体外周に所定のらせん角をもって配置される
ことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
各保持溝は、永久磁石の形状に合わせて設けられた一対の側面と一対の開口とにより規定され、
第２ロータの保持枠の一対の開口は、各々隣接する保持枠の開口に対向する
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
各保持枠の下面に係合突起が突設され、
前記ロータ本体に各保持枠の係合突起が嵌合する係合溝が前記第２回転軸の方向に延びて形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記第２回転軸の方向において隣り合う保持枠の間に、磁性材が設けられ、
前記磁性材には、前記ロータ本体の前記係合溝に係合する係合突起が設けられている
ことを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記保持枠は、前記ロータ本体外周側に位置する底部と、前記保持溝を規定する前記側面を有する側部とを有し、
前記保持枠の側部の少なくとも一部が磁性材料からなる
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の回転電機。
【請求項６】
多数の永久磁石からなり、所定のらせん角をもってらせん状に設けられた磁石列を外周に有する回転電機用ロータにおいて、
当該回転電機用ロータは、更にロータ本体と、ロータ本体外周に設けられ、各々が磁石列の各永久磁石を保持する多数の保持枠と、を有し、
各保持枠は、対応する永久磁石を保持すると共に、永久磁石の形状に合わせて規定されロータ本体の円周方向に対して所定のらせん角だけ傾斜する保持溝を有し、これにより、多数の永久磁石からなる磁石列がロータ本体外周に円周方向に対して所定のらせん角をもって配置される
ことを特徴とする回転電機用ロータ。
【請求項７】
各保持溝は、永久磁石の形状に合わせて設けられた一対の側面と一対の開口とにより規定され、
前記保持枠の一対の開口は、各々隣接する保持枠の開口に対向する
ことを特徴とする請求項６に記載の回転電機用ロータ。
【請求項８】
各保持枠の下面に係合突起が突設され、
前記ロータ本体に各保持枠の係合突起が嵌合する係合溝が、当該回転電機用ロータの回転軸の方向に延びて形成されている
ことを特徴とする請求項６または７に記載の回転電機用ロータ。
【請求項９】
前記回転軸の方向において隣り合う保持枠の間に、磁性材が設けられ、
前記磁性材には、前記ロータ本体の前記係合溝に係合する係合突起が設けられている
ことを特徴とする請求項８に記載の回転電機用ロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、多数の永久磁石からなり、所定のらせん角をもってらせん状に設けられた磁石列を外周に有する回転電機用ロータ及びこの回転電機用ロータを用いた回転電機に関する。
【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と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の回転数を増速する回転電機も提案されている。
【０００３】
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式増速機に比べて利点がある。
【０００４】
磁気ウォームギヤを用いた回転電機は、ウォームホイールに相当する大ロータ（第１ロータ）とウォームギヤに相当する小ロータ（第２ロータ）とにより構成され、大ロータの外周近傍に小ロータが配置される。また、大ロータ及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及び磁性材が配列され、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包、若しくは直結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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−５６１４６号公報
【特許文献２】英国特許出願公開２４６３１０２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述のように小ロータ（第２ロータ）の外周には、多数の永久磁石からなり所定のらせん角をもってらせん状に設けられた第２磁石列が設けられている。この第２ロータの永久磁石には、第１ロータの永久磁石との間に作用する強力な磁気力及び自身の高速回転に伴う遠心力が作用するため、第２ロータに永久磁石を確実に保持する必要がある。この第２ロータに永久磁石を保持する機構について図１６（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。図１６（ａ）〜（ｄ）は、永久磁石を第２ロータに保持する機構の一例を示す概略図である。
【０００７】
図１６（ａ）に示す例では、永久磁石５２３に貫通孔５２４を設け、当該貫通孔５２４にボルト５２５を挿入することにより、永久磁石５２３を第２ロータ５２０に固定している。図１６（ｂ）に示す例では、永久磁石５２３と第２ロータ５２０とを接着剤５２６を介して固定している。図１６（ｃ）に示す例では、永久磁石５２３に設けられた貫通孔５２４にボルト５２５を挿入することにより、永久磁石５２３を第２ロータ５２０に固定し、更に、永久磁石５２３の表面を非磁性材料からなるカバー部材５２７で覆っている。図１６（ｄ）に示す例では、第２ロータ５２０に設けられた嵌合溝５２８に永久磁石５２３を嵌合させることで、永久磁石５２３を第２ロータ５２０に固定している。
【０００８】
しかしながら、図１６（ａ）に示す機構では、脆性を有する永久磁石５２３に貫通孔５２４を設けるため、永久磁石５２３が脆くなってしまい、遠心力等の外力により壊れてしまうおそれがある。図１６（ｂ）に示す機構では、接着剤５２６の熱等に対する特性や経年劣化等の要因により、第２磁石列５２２を長期間に渡って安定して保持することができないおそれがある。図１６（ｃ）に示す機構では、貫通孔５２４にボルト５２５を挿入して永久磁石５２３を第２ロータ５２０に固定した後に、更に、永久磁石５２３の表面を非磁性材料からなるカバー部材５２７で覆う必要があるため、非常に手間がかかる。また、カバー部材５２７により機械的間隙が磁気間隙より狭まるため、運転時等における接触の恐れが高まる。図１６（ｄ）に示す機構では、嵌合溝５２８は一般に第２ロータ５２０の外周に回転軸方向に沿って形成されるため、永久磁石５２３をらせん状に配置することは容易ではない。この場合、第２ロータ５２０の外周にらせん状の嵌合溝を形成することも考えられるが、このように第２ロータ５２０の外周にらせん状の嵌合溝を形成することは困難である。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、多数の永久磁石をらせん状に設けてなる磁石列を外周に有する回転電機用ロータにおいて、多数の永久磁石を堅固に保持することができ、且つ、当該永久磁石を外周にらせん状に容易に配置することができる回転電機用ロータ及びこの回転電機用ロータを用いた回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施の形態に係る回転電機は、多数の永久磁石からなる第１磁石列を外周に有し、第１回転軸回りを回転する第１ロータと、第１ロータの外周近傍に配置され、多数の永久磁石からなり所定のらせん角をもってらせん状に設けられた第２磁石列を外周に有し、第１回転軸と異なる第２回転軸回りを回転する第２ロータとを備える。第２ロータは、更にロータ本体と、ロータ本体外周に設けられ、各々が第２磁石列の各永久磁石を保持する多数の保持枠とを有する。各保持枠は、対応する永久磁石を保持すると共に、永久磁石の形状に合わせて規定されロータ本体の円周方向に対して所定のらせん角だけ傾斜する保持溝を有し、これにより、多数の永久磁石からなる第２磁石列がロータ本体外周に所定のらせん角をもって配置される。
【００１１】
実施の形態に係る回転電機用ロータは、多数の永久磁石からなり、所定のらせん角をもってらせん状に設けられた磁石列を外周に有する。回転電機用ロータは、更にロータ本体と、ロータ本体外周に設けられ、各々が磁石列の各永久磁石を保持する多数の保持枠と、を有する。各保持枠は、対応する永久磁石を保持すると共に、永久磁石の形状に合わせて規定されロータ本体の円周方向に対して所定のらせん角だけ傾斜する保持溝を有し、これにより、多数の永久磁石からなる磁石列がロータ本体外周に円周方向に対して所定のらせん角をもって配置される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施の形態における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概略斜視図である。
【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模式図である。
【図３】図２に示されるナセル内に設置される回転電機の構造の一例を示す概略斜視図である。
【図４】図３中の面Ａにて回転電機を切断した部分を第２ロータの第２回転軸方向から見た場合の断面の概略形状を示す模式図である。
【図５】第２ロータの外周にらせん状に設けられた第２磁石列の一例を示す模式図である。
【図６】第１ロータの外周にらせん状に設けられた第１磁石列の一例を示す模式図である。
【図７】図３の回転電機における第２ロータを拡大して示す概略斜視図である。
【図８】第２ロータの第２回転軸を通る断面における当該第２ロータ及び発電機を示す概略断面図である。
【図９】図７における第２ロータの保持枠を拡大して示す概略斜視図である。
【図１０】図９の保持枠の上面図である。
【図１１】第２ロータの保持枠の構成の一例を示す概略正面図であり、（ａ）は、一の例を示し、（ｂ）は、他の例を示す。
【図１２】図９に対応する図であって、ロータ本体の保持溝に磁性材を嵌合させる状態を示す概略斜視図である。
【図１３】図５に対応する図であって、第２ロータの外周にらせん状に設けられた第２磁石列の他の例を示す模式図である。
【図１４】図９に対応する図であって、図１３における第２ロータの保持枠を示す概略斜視図である。
【図１５】図９に対応する図であって、第２ロータの保持枠の他の例を示す概略斜視図である。
【図１６】図１２（ａ）〜（ｄ）は、永久磁石を第２ロータに保持する機構を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施の形態）
以下、図面を参照して、一実施の形態について説明する。図１は、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概略斜視図であり、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模式図である。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、及びタワー３を備えている。
【００１４】
ナセル１は、タワー３の頂部に取付けられ、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。
【００１５】
風車翼２は、ナセル１ 内の回転電機１００の第１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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、その回転力が風車翼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なわれる。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。
【００１８】
電力調整部１０１が地上に設置される場合には、回転電機１００の発電機から発生した電力は、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、電力調整部１０１により調整される。
【００１９】
図３は、図２に示すナセル１内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。図３に示すように、回転電機１００は、第１回転軸１１回りを回転する第１ロータ（大ロータ）１０と、第１ロータ１０の外周近傍に配置され、第１回転軸１１と異なる各々の第２回転軸２１回りを回転する１つまたは複数の第２ロータ（小ロータ）２０と、第２ロータ２０の内径側に配置されたアウターロータ方式の発電機３０と、を備えている。本実施の形態では、第１ロータ１０の第１回転軸１１の方向と各々の第２ロータ２０の第２回転軸２１の方向とは、直交している。
【００２０】
第１ロータ１０は、図３に示すように、風車翼２の翼軸２Ａに直結する第１回転軸１１と支持部材１５とを備え、第１回転軸１１を中心に回転するように構成されている。第１ロータ１０の外周面は、第２ロータ２０の外周面とのギャップを均等に保ちつつ第２ロータ２０の半周分を取り囲むよう、半円環状（Ｕ字形状）を成している。ここで、支持部材１５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１５に複数の開口を設けてもよい。
【００２１】
ここで、図４に、図３中の面Ａにて回転電機１００を切断した部分を第２ロータ２０の第２回転軸２１方向から見た場合の概略断面形状を示し、図５に、第２ロータ２０の外周にらせん状に設けられた第２磁石列２２の一例を示す。図４に示すように、第１ロータ１０と第２ロータ２０との間には、半円環状のギャップＧがある。この第１ロータ１０および第２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。
【００２２】
具体的には、図５に示すように、第２ロータ２０の外周には、多数の永久磁石５からなる第２磁石列２２がらせん角αをもってらせん状に設けられている。この永久磁石５は、Ｎ極５ａとＳ極５ｂとを含み、第２回転軸２１方向に隣り合う永久磁石５は、各々のＮ極５ａとＮ極５ａ、あるいは、Ｓ極５ｂとＳ極５ｂとが対向するように配置される。
【００２３】
また、第２磁石列２２を構成すると共に第２回転軸２１方向に隣り合う永久磁石５の間に磁性材６が介在されている。具体的には、永久磁石５のＮ極５ａ側とこれと第２回転軸２１方向に隣り合う永久磁石５のＮ極５ａ側との間に磁性材６ａが介在され、この磁性材６ａはＮ極の磁極を形成する。一方、永久磁石５のＳ極５ｂ側とこれと第２回転軸２１方向に隣り合う永久磁石５のＳ極５ｂ側との間に磁性材６ｂが介在され、この磁性材６ｂはＳ極の磁極を形成する。
【００２４】
図６は、第１ロータ１０の外周にらせん状に設けられた第１磁石列１２の一例を示す模式図である。図６に示すように、第１ロータ１０の外周には、らせん状に設けられた第２磁石列２２に対応して、多数の永久磁石７からなる第１磁石列１２が傾斜角βをもって傾斜して設けられている。この永久磁石７は、Ｎ極７ａとＳ極７ｂとを含み、第２回転軸２１方向に隣り合う永久磁石７は、各々のＮ極７ａとＮ極７ａ、あるいは、Ｓ極７ｂとＳ極７ｂとが対向するように配置される。
【００２５】
また、第１磁石列１２を構成すると共に第１ロータ１０の円周方向に隣り合う永久磁石７の間に磁性材８が介在されている。具体的には、永久磁石７のＮ極７ａ側とこれと第１ロータ１０の円周方向に隣り合う永久磁石７のＮ極７ａ側との間に磁性材８ａが介在され、この磁性材８ａはＮ極の磁極を形成する。一方、永久磁石７のＳ極７ｂ側とこれと第１ロータ１０の円周方向に隣り合う永久磁石７のＳ極７ｂ側との間に磁性材８ｂが介在され、この磁性材８ｂはＳ極の磁極を形成する。
【００２６】
更に、少なくとも第１ロータ１０と第２ロータ２０とが磁気的に結合する領域においては、第１ロータ１０の第１磁石列１２の磁極間隔および第１磁石列１２の傾斜角度βが、それぞれ、第２ロータ２０の第２磁石列２２の磁極間隔および第２磁石列２２のらせん角度αと略等しくなるように構成されていることが望ましい。
【００２７】
このような構成において、第１ロータ１０が回転すると、第１ロータ１０の磁極と第２ロータ２０の磁極とが吸引または反発することにより、第１ロータ１０の回転に追従して第２ロータ２０が回転する。このとき、第１ロータ１０の第１磁石列１２による磁極数（図６参照）と第２ロータ２０の第２磁石列２２によるギヤ条数（図５参照）とで決まるギヤ比で第２ロータ２０の回転が増速され、第２ロータ２０の回転数に応じた電力が発電機３０から発生する。
【００２８】
更に、第２ロータ２０及び発電機３０について図７及び図８を参照して更に詳細に説明する。図７は、図３の回転電機１００における第２ロータ２０を拡大して示す概略斜視図である。図８は、図３中の面Ｂにて回転電機１００を切断した際の第２ロータ２０及び発電機３０を示す概略断面図である。なお、図８において、第２ロータ２０の保持枠５０の図示を省略している。図７及び図８に示すように、各第２ロータ２０は、ロータ本体２６と、永久磁石５からなり所定のらせん角αをもってらせん状に設けられた第２磁石列２２とを有し、ロータ本体２６外周に、各々が第２磁石列２２の各永久磁石５を保持する多数の保持枠５０が設けられている。このロータ本体２６と保持枠５０については後述する。また、第２ロータ２０のロータ本体２６の内径側に発電機３０が配置されており、発電機３０は、アウターロータ方式永久磁石発電機として構成されている。
【００２９】
図８に示すように、発電機３０の界磁ロータ４０は、界磁ロータ鉄心４１の内周面に、永久磁石９ａを備えた構造であり、永久磁石９ａによって界磁ロータ鉄心４１に生じる磁束が、第２ロータ２０外周の永久磁石５や磁性材６の特性を害さないように、非磁性リング４２を設けている。界磁ロータ４０の内周側には電機子ステータ４３が設置されており、界磁ロータ４０の発生する回転磁束に同期した電力が、電機子巻線４４に誘起され、出力として取り出される。このような第２ロータ２０及び発電機３０が複数あり、電機子巻線４４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て、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。前記電機子巻線の交流出力は、制御回路によって、第２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、位置センサを用いる方法、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。
【００３０】
このような形態によれば、発電機３０の出力は、第２ロータ２０の取り付け位置や製造精度による伝達磁気力のばらつきや、第１ロータ１０の急峻な回転速度の変化によらず、制御することができるので、脱調状態に陥ることなく安定な発電出力を得ることができる。
【００３１】
上述のように、第２ロータ２０のロータ本体２６外周に、第２磁石列２２の永久磁石５を保持する多数の保持枠５０が設けられているが、この保持枠５０について図９及び図１０を参照して詳細に説明する。図９は、図７の第２ロータ２０の保持枠５０を拡大して示す概略斜視図である。図１０は、図９の保持枠５０の上面図である。図９及び図１０に示すように、各保持枠５０は、対応する永久磁石５を保持する保持溝５１を有し、この保持溝５１は、永久磁石５の形状に合わせて規定され、ロータ本体２６の円周方向に対して所定のらせん角αだけ傾斜している。そして保持枠５０を用いることにより、多数の永久磁石５からなる第２磁石列２２をロータ本体２６外周に所定のらせん角αをもって配置することができ、且つ、堅固に固定することができる。また、図５に示すように、第２回転軸２１方向に隣り合う保持枠５０に保持された永久磁石５は、各々のＮ極５ａとＮ極５ａ、あるいは、Ｓ極５ｂとＳ極５ｂとが対向するように配置される。また、本実施の形態では、永久磁石５は、平行六面体状に形成されている。
【００３２】
保持枠５０について更に説明する。各保持枠５０は、ロータ本体２６外周側に位置する底部５３を含んでおり、この底部５３の下面に、楔形の断面を有する係合突起（ダブテール）５２が突設されている。一方、ロータ本体２６の外周に、各保持枠５０の係合突起５２が嵌合する係合溝２７が第２回転軸２１と同一方向に直線状に延びて形成されている。そして、保持枠５０の係合突起５２とロータ本体２６の係合溝２７とが嵌合することにより、保持枠５０がロータ本体２６に堅固に固定されている。また、本実施の形態では、１つの係合溝２７に、複数の保持枠５０の係合突起５２が嵌合されている。
【００３３】
各保持枠５０は、第２回転軸２１の方向に直立して延び対向して配置された一対の側部５４を含んでおり、この側部５４の内側の側面５４ａは、永久磁石５の形状に合わせて形成され、保持溝５１の側縁を規定している。本実施の形態では、図１０に示すように、側部５４の内側の側面５４ａは、係合突起５２の延びる方向と直交する直線Ｌとの間に所定のらせん角αを形成する。また、一対の側部５４の外側の側面５４ｂは、互いに平行に形成されるとともに、係合突起５２の延びる方向と直交する直線Ｌに対して平行に延びている。一対の側部５４の外側の側面５４ｂが互いに平行に形成されることにより、保持枠５０を第２回転軸２１の方向に並列に配置することができるようになっている。
【００３４】
また、各保持枠５０の側部５４は、ロータ本体２６の円周方向に対向する一対の傾斜面５６を含んでおり、この傾斜面５６には、矩形状の開口５６ａが形成されている。各開口５６ａは、永久磁石５の形状に合わせて成形され、保持溝５１の一部を規定する。本実施の形態では、図１０に示すように、側部５４の傾斜面５６は、係合突起５２の延びる方向（第２回転軸２１方向）に対して所定のらせん角αだけ傾斜している。また、この一対の傾斜面５６は、互いに平行に形成されており、多数の保持枠５０をロータ本体２６の円周方向に並べて配置した場合、当該保持枠５０の傾斜面５６の一対の開口５６ａは、各々隣接する保持枠５０の開口５６ａに対向する。
【００３５】
更に、各保持枠５０は、底部５３に対向する上部５５を含んでおり、この上部５５は、第１ロータ１０側に位置している。図９に示すように、保持枠５０の上部５５は、第１ロータ１０の永久磁石７と第２ロータ２０の永久磁石５との間に位置する。第１ロータ１０の永久磁石７と第２ロータ２０の永久磁石５との間には強力な磁力が生じるため、第２ロータ２０の永久磁石５を堅固に保持するよう、保持枠５０の上部５５は、永久磁石５の一部を覆っているのが好ましい。本実施の形態では、図９及び図１０に示すように、保持枠５０の上部５５は、永久磁石５の周縁を当該永久磁石５の長手方向に均等に覆うように形成されている。また、上部５５の中央部は、開口５５ａが形成され、この開口５５ａを介して永久磁石５の上面が外方に露出している。
【００３６】
ところで、保持枠５０の上部５５の厚さが厚くなると、それに応じて、第１ロータ１０の永久磁石７と第２ロータ２０の永久磁石５との間の隙間が大きくなり、これらの間に生じる磁力が弱くなってしまう。その結果、発電効率が低下する。このため、保持枠５０の上部５５は、その厚さができる限り薄い方が好ましい。
【００３７】
このような構成からなる保持枠５０の材料の一例について、図１１（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図１１（ａ）は、保持枠５０の構成の一例を示す概略正面図であり、図１１（ｂ）は、保持枠５０の構成の他の例を示す概略正面図である。図１１（ａ）に示すように、保持枠５０の側部５４と上部５５は磁性材料からなり、保持枠５０の底部５３は非磁性材料からなる。このような構成によれば、保持枠５０の全ての部分を非磁性材料で構成するよりも、第２回転軸２１方向に隣り合う永久磁石５の磁束が強まるため、第２磁石列２２の磁束を効率的に利用することができる。もっとも、図１１（ｂ）に示すように、保持枠５０の側部５４の底部５３側の一部は、非磁性材料からなってもよい。すなわち、保持枠５０の側部５４の少なくとも一部が磁性材料からなることが好ましい。
【００３８】
また、図５に示すように、第２回転軸２１方向に隣り合う永久磁石５の間には、磁性材６が配置されている。この磁性材６をロータ本体２６に配置する態様について、図１２を参照して説明する。図１２は、図９に対応する図であって、ロータ本体２６の保持溝５１に磁性材６を嵌合させる状態を示す概略斜視図である。図１２に示すように、磁性材６は、保持枠５０の側部５４の外面５４ｂに対向する直方体状の本体部６１を有しており、本実施の形態では、本体部６１は、保持枠５０の側部５４の外面５４ｂの全面に亘って対向するように形成されている。また、磁性材６は、ロータ本体２６の係合溝２７に嵌合する係合突起６２を更に有している。磁性材６の係合突起６２とロータ本体２６の係合溝２７とが嵌合することにより、磁性材６をロータ本体２６に容易且つ堅固に固定することができる。また、磁性材６は、絶縁処理が施されていることが好ましい。この場合、第２回転軸２１方向に発生し得る渦電流損を低減することができる。このような磁性材６として、本実施の形態では、表面に絶縁処理が施された複数の平板６３からなる積層鉄心を用いている。
【００３９】
以上のように、本実施の形態によれば、回転電機用のロータとしての第２ロータ２０に設けられた保持枠５０が、永久磁石５の形状に合わせて規定されロータ本体２６の円周方向に対して所定のらせん角αだけ傾斜する保持溝５１を有するため、多数の永久磁石５を堅固に保持することができ、且つ、当該永久磁石５をらせん状に容易に配置することができる。
【００４０】
また、本実施の形態によれば、保持枠５０の保持溝５１を規定する一対の開口５６ａが、各々隣接する保持枠５０の開口５６ａに対向するため、保持枠５０に保持された永久磁石５を滑らかならせん状に配置することができる。
【００４１】
また、本実施の形態によれば、保持枠５０の係合突起５２とロータ本体２６の係合溝２７とが嵌合することにより、保持枠５０をロータ本体２６に容易且つ堅固に固定することができる。
【００４２】
（変形例）
以上の実施の形態では、図５に示すように、第２磁石列２２がいわゆる磁束集中型に配置された例を示したが、このような例に限定されない。図１３に、第２磁石列２２の配置例を示し、図１４に、このときの保持枠５０に保持された永久磁石５を示す。図１３に示す例では、第２磁石列２２がいわゆる表面配置型に配置されている。この場合、図１４に示すように、保持枠５０に保持された永久磁石５は、Ｓ極及びＮ極のうち一方の磁極がロータ本体２６側に位置し、他方の磁極が第１ロータ１０側に位置するように配置されている。そして、第２回転軸２１方向に隣り合う永久磁石５において、第１ロータ１０側に位置する磁極は、Ｎ極及びＳ極が交互に位置するように配置される。なお、この場合、第２回転軸２１方向に隣り合う永久磁石５の間に磁性材６を配置する必要はない。このような形態によっても、第２回転軸２１方向にＮ極、Ｓ極が交互に位置する第２磁石列２２を形成することができる。
【００４３】
以上の実施の形態では、図９に示すように、保持枠５０が平行六面体からなる永久磁石５を保持する例を示したが、このような例に限定されない。図１５に、保持枠５０が永久磁石５を保持する他の例を示す。図１５に示す例では、永久磁石５は、保持枠５０の傾斜面５６に平行な断面において楔形状の断面を有する角柱として形成されており、本実施の形態では、台形形状の断面を有する角柱として形成されている。この場合、保持枠５０の傾斜面５６の開口５６ａは、楔形状を有し、本実施の形態では、台形形状を有する。このような形態によれば、保持枠５０の上部５５がなくても、第１ロータ１０の永久磁石７と第２ロータ２０の永久磁石５との間に作用する強力な磁力に対して、保持枠５０が永久磁石５を充分に保持することができる。このため、第１ロータ１０の永久磁石７と第２ロータ２０の永久磁石５との間の隙間を小さくすることができ、保持枠５０を用いることによりこれらの間に生じる磁力が弱まることを回避することができる。
【００４４】
なお、実施の形態は例示であり、発明の範囲はそれに限定されない。
【符号の説明】
【００４５】
１…ナセル、２…風車翼、３…タワー、５…永久磁石、６…磁性材、７…永久磁石、８…磁性材、１０…第１ロータ、１１…第１回転軸、１２…第１磁石列、１５…支持部材、２０…第２ロータ、２１…第２回転軸、２２…第２磁石列、２６…ロータ本体、２７…係合溝、３０…発電機、４０…界磁ロータ、５０…保持枠、５１…保持溝、５２…係合突起、５３…底部、５４…側部、５５…上部、５６…傾斜面、５６ａ…開口、６１…本体部、６２…係合突起、６３…平板、１００…回転電機、１０１…電力調整部、５２０…第２ロータ、５２３…永久磁石、５２４…貫通孔、５２５…ボルト、５２６…接着剤、５２７…カバー部材、５２８…嵌合溝
【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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