(57)【要約】  第１の回転電機（主発電機）と第２の回転電機（補助発電機）を備えたものであっても、回転電機をブラシレス化することは勿論、省スペース化が図れること回転電機システムを提供する。  本発明の回転電機システムは、第1の回転電機と、第２の回転電機と、前記第１及び第２の回転電機と電気的に接続されている電力変換器とを備え、前記第1及び第２の回転電機と前記電力変換器が機械的に回転軸に接続されて成り、かつ、前記第２の回転電機の固定子の外径は、前記第１の回転電機の回転子の内径より小さく、しかも、前記第1の回転電機の固定子巻線及び回転子巻線と前記第２の回転電機の固定子巻線及び回転子巻線が径方向に重ねて配置されていることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1の固定子巻線を有する第1の固定子、第1の回転子巻線を有すると共に、前記第1の固定子の内径側に所定の間隙を介して配置されている第1の回転子から成る第1の回転電機と、第２の固定子巻線を有する第２の固定子、第２の回転子巻線を有すると共に、前記第２の固定子の内径側に所定の間隙を介して配置されている第２の回転子から成る第２の回転電機と、前記第１及び第２の回転電機と電気的に接続されている電力変換器とを備え、
前記第1及び第２の回転電機と前記電力変換器が機械的に回転軸に接続されて成り、かつ、前記第２の回転電機の固定子の外径は、前記第１の回転電機の回転子の内径より小さく、しかも、前記第1の回転電機の固定子巻線及び回転子巻線と前記第２の回転電機の固定子巻線及び回転子巻線が径方向に重ねて配置されていることを特徴とする回転電機システム。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機システムにおいて、
前記第1の回転電機と前記第２の回転電機及び前記電力変換器は、同一の回転電機フレーム内に配置されていることを特徴とする回転電機システム。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機システムにおいて、
前記電力変換器が配置されている前記電力変換器フレームは、前記第１の回転電機の回転子と第２の回転電機の回転子の両方の内径側に跨いで配置されていることを特徴とする回転電機システム。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の回転電機システムにおいて、
前記第1の回転電機の固定子と第２の回転電機の固定子は、前記回転電機フレームに複数のアームを介して接続され、かつ、前記第1の回転電機の回転子と第２の回転電機の回転子は、内部に前記電力変換器が配置されている電力変換器フレームの一端に複数のアームを介して接続されていると共に、前記電力変換器フレームの他端は、前記回転軸に接続されていることを特徴とする回転電機システム。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の回転電機システムにおいて、
前記電力変換器が配置されている前記電力変換器フレームは、前記第１の回転電機の内径側に配置されていることを特徴とする回転電機システム。
【請求項６】
請求項５に記載の回転電機システムにおいて、
前記第1の回転電機の固定子と第２の回転電機の固定子は、前記回転電機フレームに複数のアームを介して接続され、かつ、前記第1の回転電機の回転子は、前記電力変換器フレームの一端に複数のアームを介して接続されていると共に、前記電力変換器フレームの他端は、前記回転軸に接続され、更に、前記第２の回転電機の回転子は、前記回転軸に複数のアームを介して接続されていることを特徴とする回転電機システム。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の回転電機システムにおいて、
前記回転電機フレームは、前記第１の回転電機が配置されている部分と前記第２の回転電機が配置されている部分の径が異なり、段になるように構成されていることを特徴とする回転電機システム。
【請求項８】
請求項７に記載の回転電機システムにおいて、
前記第２の回転電機の固定子と前記回転電機フレームを接続する複数のアームは、前記回転電機フレームの径の小さい方に接続されていることを特徴とする回転電機システム。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の回転電機システムにおいて、
前記第１及び第２の回転電機は、その固定子と回転子の間隙が径方向に形成されるラジアルギャップ方式回転電機、或いは前記第１の回転電機の固定子と回転子の間隙が径方向に形成されるラジアルギャップ方式回転電機であり、かつ、前記第２の回転電機の固定子と回転子の間隙が軸方向に形成されるアキシャルギャップ方式回転電機であることを特徴とする回転電機システム。
【請求項１０】
風を受けて回転するロータと、該ロータに主軸を介して接続される請求項１乃至８のいずれか１項に記載の回転電機システムと、該回転電機システムを内部に収納するナセルと、該ナセルを支持するタワーとを備え、
前記第１及び第２の回転電機は、前記ロータの回転力により回転すると共に、前記第１及び第２の回転電機の固定子巻線は、電力系統側に接続されていることを特徴とする風力発電システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の風力発電システムにおいて、
前記回転電機システムの電力変換器と並列に遮断器が設置されていることを特徴とする風力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機システム及び風力発電システムに係り、特に、第１の回転電機（主発電機）と第２の回転電機（補助発電機）を備えているものに好適な回転電機システムまたは風力発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止のため風力発電或いは太陽光発電等のような自然エネルギーを利用した発電システムが注目を浴びている。この中で、風力を利用した風力発電システムでは、発電装置として交流励磁式回転電機を使用する例が多い。【０００３】
風力発電システムの発電装置として交流励磁式回転電機を使用する場合、運転中は、回転している回転子内の回転子巻線に励磁電力を供給する必要がある。通常は、回転子巻線に電力を供給するために、スリップリング及びブラシを設け、回転するスリップリングにブラシを接触させて通電するようにしている。【０００４】
しかし、風力発電システムにおいて発電運転を行うためのエネルギーは大きく、発電運転を行う上での励磁電力供給用にスリップリング及びブラシを設けると、ブラシの摩耗が進んでしまうため、定期的なメンテナンスが必要となる。【０００５】
ところが、風力発電システムでは、交流励磁式回転電機は風車のタワー上にあるナセル内に設置されており、定期的なメンテナンスは、ナセル内という限られた空間内で行う必要があり、ブラシレス化などのメンテナンス軽減が求められていた。【０００６】
ブラシレスの交流励磁式回転電機として、例えば、特許文献１に記載された技術がある。この特許文献１には、交流励磁同期発電機と同軸に回転励磁機と電力変換器を設けて系統の電力を直流に整流し、回転励磁機の固定子に通電させ、同期発電機の原理により回転子に電力を供給した後、電力変換器により、電圧、周波数を変換した電力を交流励磁同期発電機の回転子に電力を供給し、発電運転を行うことが記載されている。【０００７】
一方、特許文献２には、電力系統に送電する電力を発電する主発電機と、所内電源回路に送電する電力を発電する補助発電機と、主発電機及び補助発電機に連結する回転軸と、回転軸に固定され、回転軸を回転させる発電用水車とを備えた発電システムが記載され、主発電機の径より補助発電機の径が小さい構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２-１３６１９１号公報
【特許文献２】特開２０１１-２５９５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の一般的な交流励磁同期発電機では、同期速度以下の場合は、系統の電力を電力変換器を通して回転子に供給し、同期速度以上の場合は、回転子の電力を電力変換器を通して系統に供給している。【００１０】
しかしながら、特許文献１では、系統から交流励磁同期発電機に電力を供給することができるが、系統の電圧を整流器で整流した後、回転励磁機に供給しているため、整流器が設置されていることから、交流励磁同期発電機から系統に電力を供給することができない。よって、従来の一般的な交流励磁同期発電機に比べ、動作範囲が狭くなってしまう。即ち、発電機への電力供給と電力系統への電力供給の両方ができなくなってしまう。【００１１】
加えて、特許文献1では、発電機の他に回転励磁機を設けているため、発電機のトータルの体格が、回転励磁機を設けることで大きくなり、広い配置スペースが必要となる。【００１２】
一方、特許文献２では、主発電機と補助発電機が軸方向に並べて、しかも、間隔をおいて離れて設置されているため、発電用水車も含めると軸方向にかなり長くなり、その発電システムの配置スペースが広いものとなる。【００１３】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、第１の回転電機（主発電機）と第２の回転電機（補助発電機）を備えたものであっても、回転電機をブラシレス化することは勿論、省スペース化が図れる回転電機システム及び風力発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の回転電機システムは、上記目的を達成するために、第1の固定子巻線を有する第1の固定子、第1の回転子巻線を有すると共に、前記第1の固定子の内径側に所定の間隙を介して配置されている第1の回転子から成る第1の回転電機と、第２の固定子巻線を有する第２の固定子、第２の回転子巻線を有すると共に、前記第２の固定子の内径側に所定の間隙を介して配置されている第２の回転子から成る第２の回転電機と、前記第１及び第２の回転電機と電気的に接続されている電力変換器とを備え、前記第1及び第２の回転電機と前記電力変換器が機械的に回転軸に接続されて成り、かつ、前記第２の回転電機の固定子の外径は、前記第１の回転電機の回転子の内径より小さく、しかも、前記第1の回転電機の固定子巻線及び回転子巻線と前記第２の回転電機の固定子巻線及び回転子巻線が径方向に重ねて配置されていることを特徴とする。【００１５】
また、前記第1の回転電機と前記第２の回転電機及び前記電力変換器は、同一の回転電機フレーム内に配置されていることを特徴とする。【００１６】
また、前記第1の回転電機の固定子と第２の回転電機の固定子は、前記回転電機フレームに複数のアームを介して接続され、かつ、前記第1の回転電機の回転子と第２の回転電機の回転子は、内部に前記電力変換器が配置されている電力変換器フレームの一端に複数のアームを介して接続されていると共に、前記電力変換器フレームの他端は、前記回転軸に接続されていることを特徴とする。【００１７】
また、前記電力変換器が配置されている前記電力変換器フレームは、前記第１の回転電機の回転子と第２の回転電機の回転子の両方の内径側に跨いで配置されていることを特徴とする。【００１８】
また、前記電力変換器が配置されている前記電力変換器フレームは、前記第１の回転電機の内径側に配置されていることを特徴とする。【００１９】
また、前記第1の回転電機の固定子と第２の回転電機の固定子は、前記回転電機フレームに複数のアームを介して接続され、かつ、前記第1の回転電機の回転子は、前記電力変換器フレームの一端に複数のアームを介して接続されていると共に、前記電力変換器フレームの他端は、前記回転軸に接続され、更に、前記第２の回転電機の回転子は、前記回転軸に複数のアームを介して接続されていることを特徴とする。【００２０】
また、前記回転電機フレームは、前記第１の回転電機が配置されている部分と前記第２の回転電機が配置されている部分の径が異なり、段になるように構成されていることを特徴とする。【００２１】
また、前記第２の回転電機の固定子と前記回転電機フレームを接続する複数のアームは、前記回転電機フレームの径の小さい方に接続されていることを特徴とする。【００２２】
また、前記第１及び第２の回転電機は、その固定子と回転子の間隙が径方向に形成されるラジアルギャップ方式回転電機、或いは第１の回転電機の固定子と回転子の間隙が径方向に形成されるラジアルギャップ方式回転電機であり、かつ、前記第２の回転電機の固定子と回転子の間隙が軸方向に形成されるアキシャルギャップ方式回転電機であることを特徴とする。【００２３】
更に、本発明の風力発電システムは、上記目的を達成するために、風を受けて回転するロータと、該ロータに主軸を介して接続される上記構成の回転電機システムと、該回転電機システムを内部に収納するナセルと、該ナセルを支持するタワーとを備え、前記第１及び第２の回転電機は、前記ロータの回転力により回転すると共に、前記第１及び第２の回転電機の固定子巻線は、電力系統側に接続されていることを特徴とする。【００２４】
また、前記風力発電システムは、前記回転電機システムの電力変換器と並列に遮断器が設置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、第１の回転電機（主発電機）と第２の回転電機（補助発電機）を備えたものであっても、回転電機をブラシレス化することは勿論、省スペース化が図れる回転電機システム及び風力発電システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の回転電機システムの実施例１を示す断面図である。
【図２】本発明の回転電機システムの実施例１における回転軸の回転速度が主発電機の同期速度より小さい場合のエネルギーの流れを説明するための図である。
【図３】本発明の回転電機システムの実施例１における回転軸の回転速度が主発電機の回転速度より大きい場合のエネルギーの流れを説明するための図である。
【図４】本発明の回転電機システムの実施例２を示す断面図である。
【図５】本発明の回転電機システムの実施例３を示す断面図である。
【図６】本発明の回転電機システムの実施例４を示す断面図である。
【図７】本発明の回転電機システムを採用した風力発電システムを示す概略構成図である。(実施例５)
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図示した実施例に基づいて本発明の回転電機システム及び風力発電システムを説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を用いて説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１に、本発明の回転電機システムの実施例１を示す。なお、以下に説明する主発電機と補助発電機は、いずれもその固定子と回転子の間隙が径方向に形成されるラジアルギャップ方式の回転電機である。【００２９】
該図に示す如く、本実施例の回転電機システム１は、電力系統に発電電力を送るための発電機として働く第１の回転電機である主発電機２と、運転条件により励磁機と発電機の２つの働きをする第２の回転電機である補助発電機３と、主発電機２及び補助発電機３と電気的に接続される電力変換器４とを備え、これらは同一の回転電機フレーム１６内に配置されている。【００３０】
主発電機２は、主発電機固定子５と、この主発電機固定子５の内径側に所定の間隙を設けて配置される主発電機回転子６と、主発電機固定子５に設けられているスロット内に短節巻にて二層に巻回される三相の主発電機固定子巻線７と、主発電機回転子６内に設けられているスロット内に全節巻にて二層に巻回される三相の主発電機回転子巻線８とから構成されている。なお、三相の主発電機固定子巻線７及び三相の主発電機回転子巻線８は、電気的に１２０°間隔で配置されている。【００３１】
また、補助発電機３も同様に、補助発電機固定子９と、この補助発電機固定子９の内径側に所定の間隙を設けて配置される補助発電機回転子１０と、補助発電機固定子９に設けられているスロット内に短節巻にて二層に巻回される三相の補助発電機固定子巻線１１と、補助発電機回転子１０内に設けられているスロット内に全節巻にて二層に巻回される三相の補助発電機回転子巻線１２とから構成されている。なお、三相の補助発電機固定子巻線１１及び三相の補助発電機回転子巻線１２は、電気的に１２０°間隔で配置されている。【００３２】
そして、本実施例では、補助発電機固定子９の外径を主発電機回転子６の内径より小さくて、主発電機２と補助発電機３が段違いになるように、しかも、主発電機固定子巻線７及び主発電機回転子巻線８と補助発電機固定子巻線１１及び補助発電機回転子巻線１２が径方向に重ねて配置されている。【００３３】
上述した主発電機２と補助発電機３は、それぞれ磁極数が異なり、それにより、回転子が同期周波数となる場合の回転速度は、主発電機２と補助発電機３では異なる。また、主発電機２の出力は、補助発電機３の出力と同等以上である。【００３４】
一方、上記電力変換器４は、主発電機２に電気的に接続されている電力変換器１３と、補助発電機３に電気的に接続されている電力変換器１４とにより構成されている。また、電力変換器１３と電力変換器１４は、電気的に直流で接続されている。電力変換器１３と電力変換器１４を交流接続する場合、電力変換器１３と電力変換器１４は、それぞれＡＣ→ＤＣ→ＡＣの電力変換器を備える必要があるが、電力変換器１３と電力変換器１４を直流接続することで、各電力変換器１３、１４は、それぞれＡＣとＤＣを変換するだけで足り、各電力変換器１３、１４が備える機能を半分に削減できる。【００３５】
また、上述した主発電機２と補助発電機３及び電力変換器４は、回転軸１５に機械的に接続されている。【００３６】
即ち、主発電機固定子５と補助発電機固定子９は、回転電機フレーム１６に複数本のアーム１７を介して接続されているが、主発電機回転子６と補助発電機回転子１０は、内部に電力変換器１３、１４が配置されている電力変換器フレーム１８の一端に複数本のアーム１９を介して接続され、電力変換器フレーム１８の他端が回転軸１５に回転可能に機械的に接続されている。しかも、電力変換器１３、１４が配置されている電力変換器フレーム１８は、主発電機回転子６と補助発電機回転子１０の両方の内径側に、両者を跨いで配置されている。これにより、電力変換器４の配置スペースを大きくできる。【００３７】
上述した構成を言い換えれば、回転軸１５が回転することにより、主発電機２と補助発電機３及び電力変換器４も同時に同様の回転数で回転することを意味する。これにより、主発電機２と電力変換器１３、電力変換器１３と電力変換器１４、電力変換器１４と補助発電機３とを繋ぐ配線によじれ等の問題が発生しない。【００３８】
また、運転条件に合わせ制御するために、電力変換器４は外部から指令情報を受信したり、運転状況の情報を送信する必要がある。そこで、本実施例では、電力変換器４が回転しているため、情報の伝達に無線による通信が有効であり、電力変換器４には、無線による情報の送受信が可能な装置を接続することが好ましい。【００３９】
次に、この回転電機システムのエネルギーの流れを説明する。【００４０】
まず、図２に、回転軸１５の回転速度が、主発電機２の同期速度より小さい場合のエネルギーの流れを示す。【００４１】
該図において、主発電機固定子巻線７と補助発電機固定子巻線１１は、電力系統と接続されている。電力系統は商用周波数を持った交流電流が流れていることから、電圧が時間的に変化し、補助発電機回転子１０が回転することにより、補助発電機回転子巻線１２内には、磁極数及び回転速度に応じた誘導電流が発生する。補助発電機回転子巻線１２は、電力変換器４を経由して主発電機回転子巻線８と電気的に接続されており、補助発電機回転子巻線１２の回転により発生した誘導電流により主発電機２の励磁電流を賄うことができる。【００４２】
従って、回転軸１５の回転速度が、主発電機２の同期速度より小さい条件では、補助発電機３は励磁機として運転していることになる。なお、回転軸１５の回転速度と主発電機２の同期速度が一致した場合、主発電機回転子巻線８には直流電流を流す必要があるが、電力変換器４により直流電圧を印加することで、運転が可能である。【００４３】
次に、図３に、回転軸１５の回転速度が、主発電機２の回転速度より大きい場合のエネルギーの流れを示す。【００４４】
該図において、主発電機回転子巻線８に発生した誘導電流が、電力変換器４を介して、補助発電機回転子巻線１２に流れ、補助発電機３から電力系統に電力を供給することになる。【００４５】
従って、回転軸１５の回転速度が、主発電機２の回転速度より大きい条件では、補助発電機３は、発電機として運転することになる。【００４６】
このようなことより、スリップリング及びブラシを用いずとも（ブラシレス化）励磁電流を、主発電機回転子巻線８及び補助発電機回転子巻線１２に流すことができるため、ブラシの摩耗によるメンテナンスが不要となる。【００４７】
ところで、回転電機システム１は、主発電機２と補助発電機３を配置する必要があるため、主発電機固定子５と補助発電機固定子９の径が近い場合、各巻線を重ねて配置することができなくなり、主発電機２と補助発電機３を軸方向に並べて配置しなければならない。この場合、発熱源が集中することを防ぐため、主発電機固定子巻線７と補助発電機固定子巻線１１とを十分に離す必要がある。このため、軸方向長さが増加し、回転電機システム１の体格が増加することが懸念される。【００４８】
そこで、本実施例では、上述した如く、主発電機回転子６の内径に比べ、補助発電機固定子９の外径を巻線エンド部が重なる程度小さくして、主発電機２と補助発電機３を段違いに配置しているため、主発電機固定子巻線７と補助発電機固定子巻線１１を径方向に離すことができるので、これらの冷却性能のために軸方向に離す必要が無くなる。しかも、主発電機固定子巻線７と補助発電機固定子巻線１１を径方向に重なるように配置しているので、軸方向長さをより低減することができ、省スペース化が図れる。【００４９】
このように本実施例によれば、主発電機２と補助発電機３を備えたものであっても、回転電機をブラシレス化することができる勿論、省スペース化が図れる効果がある。【００５０】
なお、本実施例では、電力変換器１３、１４への情報の伝達には無線を用いた例について説明したが、情報の伝達のためのエネルギーは大きくないため、ブラシを用いても摩耗が少ない。従って、電力変換器１３、１４の情報伝達のためのブラシ、スリップリングを設けても良い。また、同様に、アースのためのブラシ、スリップリングを設けても良い。
【実施例２】
【００５１】
図４に、本発明の回転電機システムの実施例２を示す。【００５２】
上述した実施例１では、電力変換器４が、主発電機回転子６と補助発電機回転子１０との両方の内径側に跨いで配置されているが、本実施例では、図４に示すように、電力変換器４を、主発電機回転子６の内径側に集約して配置している。【００５３】
即ち、電力変換器４が配置されている電力変換器フレーム１８を、主発電機２の内径側にのみ配置し、補助発電機３側には配置していないものである。【００５４】
そして、主発電機固定子５と補助発電機固定子９は、回転電機フレーム１６に複数本のアーム１７を介して機械的に接続され、かつ、主発電機回転子６は、電力変換器フレーム１８の一端に複数本のアーム１９を介して機械的に接続されていると共に、電力変換器フレーム１８の他端は、回転軸１５に機械的に接続され、更に、補助発電機回転子１０は、回転軸１５に複数本のアーム２１を介して接続されている。【００５５】
このような本実施例によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、補助発電機３側に電力変換器４が配置されていないため、補助発電機固定子９と補助発電機回転子１０の径を出力に合わせて適切に選択できるため、システム効率の向上が可能となる効果がある。
【実施例３】
【００５６】
図５に、本発明の回転電機システムの実施例３を示す。【００５７】
該図に示す本実施例は、図４に示した実施例２の変形例であり、回転電機フレーム２２Ａと２２Ｂを主発電機固定子５と補助発電機固定子９の径に合わせ、２つの径で構成したものである。【００５８】
即ち、主発電機固定子５と補助発電機固定子９の径に合わせ、主発電機２が配置されている回転電機フレーム２２Ａの径を、補助発電機３が配置されている回転電機フレーム２２Ｂの径より大きく構成したものである。【００５９】
そして、主発電機固定子５は回転電機フレーム２２Ａに複数本のアーム１７を介して機械的に接続され、補助発電機固定子９は回転電機フレーム２２Ｂに複数本のアーム１７ａを介して機械的に接続され、かつ、主発電機回転子６は、電力変換器フレーム１８の一端に複数本のアーム１９を介して機械的に接続されていると共に、電力変換器フレーム１８の他端は、回転軸１５に機械的に接続され、更に、補助発電機回転子１０は、回転軸１５に複数本のアーム２１を介して接続されている。【００６０】
このような本実施例によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、余分なスペースが無くなり、更なる省スペース化が図れ、軽量化が可能となる効果がある。
【実施例４】
【００６１】
図６に、本発明の回転電機システムの実施例４を示す。【００６２】
上述した実施例１乃至３で説明した主発電機２と補助発電機３は、その固定子と回転子の間隙が径方向に形成されるラジアルギャップ方式の回転電機であるが、本実施例では、図６に示すように、主発電機２を主発電機固定子５と主発電機回転子６の間隙が径方向に形成されるラジアルギャップ方式の回転電機とし、補助発電機３を補助発電機固定子９と補助発電機回転子１０の間隙が軸方向に形成されるアキシャルギャップ方式の回転電機としたものである。【００６３】
このような本実施例によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、アキシャルギャップ方式の回転電機は、扁平な構造となるため、フレーム内のスペースを有効的に利用できる配置ができ、更なる省スペース化が図れ、軽量化が可能となる効果がある。
【実施例５】
【００６４】
図７に、本発明の回転電機システムを風力発電システムに適応した実施例５を示す。【００６５】
該図に示す如く、本実施例の風力発電システムは、風を受けて回転するロータ２４と、このロータ２４に主軸２５及び増速機２６を介して接続される本発明の回転電機システム１と、この回転電機システム１を内部に収納するナセル（図示せず）と、ナセルを支持するタワー（図示せず）とから構成され、主発電機２と補助発電機３は、ロータ２４の回転力により回転すると共に、主発電機固定子巻線７と補助発電機固定子巻線１１は、電力系統２７側に接続されているものである。【００６６】
これにより、ロータ２４が受けた風のエネルギーを回転電機システム１が電気エネルギーに変換し、電力系統２７に送電することができる。【００６７】
このような本実施例によれば、上述した回転電機システムを採用しているので、装置の大型化が防止でき、ナセルの小型化に寄与することができる。【００６８】
なお、電力変換器４と並列に遮断器２８を設けても良い。これにより、系統故障時に加わる過大な電力から、電力変換器４を保護できる。また、増速機２６を失くしたギアレスシステムに本発明を適用しても良い。【００６９】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成を置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１…回転電機システム、２…主発電機、３…補助発電機、４、１３、１４…電力変換器、５…主発電機固定子、６…主発電機回転子、７…主発電機固定子巻線、８…主発電機回転子巻線、９…補助発電機固定子、１０…補助発電機回転子、１１…補助発電機固定子巻線、１２…補助発電機回転子巻線、１５…回転軸、１６、２２Ａ、２２Ｂ…回転電機フレーム、１７、１７ａ、１９、２１…アーム、１８…電力変換器フレーム、２４…ロータ、２５…主軸、２６…増速機、２７…電力系統、２８…遮断器。
【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】
2014064747.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成27年10月21日(2015.10.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の固定子巻線を有する第１の固定子、第１の回転子巻線を有すると共に、前記第１の固定子の内径側に所定の間隙を介して配置されている第１の回転子から成る第１の回転電機と、第２の固定子巻線を有する第２の固定子、第２の回転子巻線を有すると共に、前記第２の固定子の内径側に所定の間隙を介して配置されている第２の回転子から成る第２の回転電機と、前記第１及び第２の回転電機と電気的に接続されている電力変換器とを備え、
前記第１及び第２の回転電機と前記電力変換器が機械的に回転軸に接続されて成り、かつ、前記第２の回転電機の固定子の外径は、前記第１の回転電機の回転子の内径より小さく、しかも、前記第１の回転電機の固定子巻線及び回転子巻線と前記第２の回転電機の固定子巻線及び回転子巻線が径方向に重ねて配置されていると共に、前記第１の回転電機と前記第２の回転電機及び前記電力変換器は、同一の回転電機フレーム内に配置され、前記電力変換器が配置されている電力変換器フレームは、前記第１の回転電機の回転子と第２の回転電機の回転子の両方の内径側に跨いで配置されていることを特徴とする回転電機システム。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機システムにおいて、
前記第１の回転電機の固定子と第２の回転電機の固定子は、前記回転電機フレームに複数のアームを介して接続され、かつ、前記第１の回転電機の回転子と第２の回転電機の回転子は、内部に前記電力変換器が配置されている電力変換器フレームの一端に複数のアームを介して接続されていると共に、前記電力変換器フレームの他端は、前記回転軸に接続されていることを特徴とする回転電機システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転電機システムにおいて、
前記第１及び第２の回転電機は、その固定子と回転子の間隙が径方向に形成されるラジアルギャップ方式回転電機、或いは前記第１の回転電機の固定子と回転子の間隙が径方向に形成されるラジアルギャップ方式回転電機であり、かつ、前記第２の回転電機の固定子と回転子の間隙が軸方向に形成されるアキシャルギャップ方式回転電機であることを特徴とする回転電機システム。
【請求項４】
第１の固定子巻線を有する第１の固定子、第１の回転子巻線を有すると共に、前記第１の固定子の内径側に所定の間隙を介して配置されている第１の回転子から成る第１の回転電機と、第２の固定子巻線を有する第２の固定子、第２の回転子巻線を有すると共に、前記第２の固定子の内径側に所定の間隙を介して配置されている第２の回転子から成る第２の回転電機と、前記第１及び第２の回転電機と電気的に接続されている電力変換器とを備え、
前記第１及び第２の回転電機と前記電力変換器が機械的に回転軸に接続されて成り、かつ、前記第２の回転電機の固定子の外径は、前記第１の回転電機の回転子の内径より小さく、しかも、前記第１の回転電機の固定子巻線及び回転子巻線と前記第２の回転電機の固定子巻線及び回転子巻線が径方向に重ねて配置されていると共に、前記電力変換器が配置されている電力変換器フレームは、前記第１の回転電機の内径側に配置されていることを特徴とする回転電機システム。
【請求項５】
請求項４に記載の回転電機システムにおいて、
前記第１の回転電機と前記第２の回転電機及び前記電力変換器は、同一の回転電機フレーム内に配置されていることを特徴とする回転電機システム。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の回転電機システムにおいて、
前記第１の回転電機の固定子と第２の回転電機の固定子は、前記回転電機フレームに複数のアームを介して接続され、かつ、前記第１の回転電機の回転子は、前記電力変換器フレームの一端に複数のアームを介して接続されていると共に、前記電力変換器フレームの他端は、前記回転軸に接続され、更に、前記第２の回転電機の回転子は、前記回転軸に複数のアームを介して接続されていることを特徴とする回転電機システム。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれか１項に記載の回転電機システムにおいて、
前記回転電機フレームは、前記第１の回転電機が配置されている部分と前記第２の回転電機が配置されている部分の径が異なり、段になるように構成されていることを特徴とする回転電機システム。
【請求項８】
請求項７に記載の回転電機システムにおいて、
前記第２の回転電機の固定子と前記回転電機フレームを接続する複数のアームは、前記回転電機フレームの径の小さい方に接続されていることを特徴とする回転電機システム。
【請求項９】
請求項４乃至８いずれか１項に記載の回転電機システムにおいて、
前記第１及び第２の回転電機は、その固定子と回転子の間隙が径方向に形成されるラジアルギャップ方式回転電機、或いは前記第１の回転電機の固定子と回転子の間隙が径方向に形成されるラジアルギャップ方式回転電機であり、かつ、前記第２の回転電機の固定子と回転子の間隙が軸方向に形成されるアキシャルギャップ方式回転電機であることを特徴とする回転電機システム。
【請求項１０】
風を受けて回転するロータと、該ロータに主軸を介して接続される請求項１乃至９のいずれか１項に記載の回転電機システムと、該回転電機システムを内部に収納するナセルと、該ナセルを支持するタワーとを備え、
前記第１及び第２の回転電機は、前記ロータの回転力により回転すると共に、前記第１及び第２の回転電機の固定子巻線は、電力系統側に接続されていることを特徴とする風力発電システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の風力発電システムにおいて、
前記回転電機システムの電力変換器と並列に遮断器が設置されていることを特徴とする風力発電システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明の回転電機システムは、上記目的を達成するために、第１の固定子巻線を有する第１の固定子、第１の回転子巻線を有すると共に、前記第１の固定子の内径側に所定の間隙を介して配置されている第１の回転子から成る第１の回転電機と、第２の固定子巻線を有する第２の固定子、第２の回転子巻線を有すると共に、前記第２の固定子の内径側に所定の間隙を介して配置されている第２の回転子から成る第２の回転電機と、前記第１及び第２の回転電機と電気的に接続されている電力変換器とを備え、前記第１及び第２の回転電機と前記電力変換器が機械的に回転軸に接続されて成り、かつ、前記第２の回転電機の固定子の外径は、前記第１の回転電機の回転子の内径より小さく、しかも、前記第１の回転電機の固定子巻線及び回転子巻線と前記第２の回転電機の固定子巻線及び回転子巻線が径方向に重ねて配置されていると共に、前記第１の回転電機と前記第２の回転電機及び前記電力変換器は、同一の回転電機フレーム内に配置され、前記電力変換器が配置されている電力変換器フレームは、前記第１の回転電機の回転子と第２の回転電機の回転子の両方の内径側に跨いで配置されていることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
また、本発明の回転電機システムは、上記目的を達成するために、第１の固定子巻線を有する第１の固定子、第１の回転子巻線を有すると共に、前記第１の固定子の内径側に所定の間隙を介して配置されている第１の回転子から成る第１の回転電機と、第２の固定子巻線を有する第２の固定子、第２の回転子巻線を有すると共に、前記第２の固定子の内径側に所定の間隙を介して配置されている第２の回転子から成る第２の回転電機と、前記第１及び第２の回転電機と電気的に接続されている電力変換器とを備え、前記第１及び第２の回転電機と前記電力変換器が機械的に回転軸に接続されて成り、かつ、前記第２の回転電機の固定子の外径は、前記第１の回転電機の回転子の内径より小さく、しかも、前記第１の回転電機の固定子巻線及び回転子巻線と前記第２の回転電機の固定子巻線及び回転子巻線が径方向に重ねて配置されていると共に、前記電力変換器が配置されている電力変換器フレームは、前記第１の回転電機の内径側に配置されていることを特徴とする。
【国際調査報告】
2014064747.tif 000010
2014064747.tif 000011
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