(57)【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の固定子と、第１の回転子巻線を有すると共に前記第１の固定子の内径側でかつ所定の間隙を介して配置される第１の回転子とを備える第１の回転電機と、
第２の固定子巻線を有する第２の固定子と、第２の回転子巻線を有すると共に前記第２の固定子の内径側でかつ所定の間隙を介して配置される第２の回転子とを備える第２の回転電機と、
前記第１の回転子巻線及び前記第２の回転子巻線と電気的に接続され、かつ少なくとも前記第１の回転子または前記第２の回転子のいずれかの内径側に配置される電力変換器と、
前記電力変換器に備えられるコンデンサとを備え、
更に少なくともいずれかの前記回転子の内部には、回転軸に接続される複数本のアームを備え、
前記コンデンサの数が３の倍数であり、
前記コンデンサは複数の前記アーム間に回転対称に配置され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であって、
前記電力変換器は、前記第１の回転子の内部に配置されると共に、前記第２の回転子の内部に配置されない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であって、
前記アームの本数は、６以上の３の倍数本であることを特徴とする回転電機システム。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機システムであって、
前記アームの本数は、６本であり、
ＮとＭを０以上の整数、但し、（Ｎ＋Ｍ）は１以上とし、Ｌを１以上の整数とした際に、前記電力変換器を構成する前記コンデンサは３（Ｎ＋Ｍ）個並列に接続され、かつＬ列直列に接続されており、
前記電力変換器を構成する、前記第１の回転電機側の電力変換モジュール１相分とＮ×Ｌ個のコンデンサを有する第１の回転電機側１相分電力変換器、及び、前記第２の回転電機側の電力変換モジュール１相分とＭ×Ｌ個のコンデンサを有する第２の回転電機側１相分電力変換器は、隣り合う前記アーム間に交互に配置され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であって、
更に、隣り合う前記アーム間に交互に配置される両回転電機側の前記１相分電力変換器の上相分電力変換モジュール同士を接続する上相用渡りバスバーと、
隣り合う前記アーム間に交互に配置される両回転電機側の前記１相分電力変換器の下相分電力変換モジュール同士を接続する下相用渡りバスバーとを備え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であって、
前記アームの本数は、１２本であり、Ｎ１とＮ２、Ｍ１、Ｍ２を０以上の整数、但し、（Ｎ１＋Ｎ２＋Ｍ１＋Ｍ２）は１以上とし、Ｌを１以上の整数とした際に、前記電力変換器を構成するコンデンサは３（Ｎ１＋Ｎ２＋Ｍ１＋Ｍ２）個並列に接続され、かつＬ列直列に接続されており、
前記電力変換器を構成する、前記第１の回転電機側の電力変換モジュール１相上相分とＮ１×Ｌ個のコンデンサを有する前記第１の回転電機側１相上相分電力変換器、及び、前記第１の回転電機側の電力変換モジュール１相下相分とＮ２×Ｌ個のコンデンサを有する前記第１の回転電機側１相下相分電力変換器、及び、
前記第２の回転電機側の電力変換モジュール１相上相分とＭ１×Ｌ個のコンデンサを有する前記第２の回転電機側１相上相分電力変換器、及び、
前記第２の回転電機側の電力変換モジュール１相下相分とＭ２×Ｌ個のコンデンサを有する前記第２の回転電機側１相下相分電力変換器は、隣り合う前記アーム間に交互に配置されることを特徴とする回転電機システム。
【請求項７】
請求項６に記載の回転電機システムであって、
更に、両回転電機側の前記１相分電力変換器の上相分電力変換モジュール同士を接続する渡りバスバーと、両回転電機側の前記１相分電力変換器の下相分電力変換モジュール同士を接続する渡りバスバーとを備えることを特徴とする回転電機システム。
【請求項８】
請求項１に記載の回転電機システムであって、
前記アームの本数は、３の倍数であり、前記アームは前記第１の回転子の内部及び前記第２の回転子の内部の各々に設けられ、各前記回転電機に設けられる前記アームの本数は、３の倍数であり、
前記電力変換器は、前記第１の回転子の内部及び前記第２の回転子の内部の各々に配置され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ないし８のいずれか１項に記載の回転電機システムであって、
更に、前記アーム間に配置される平板を備え、
前記平板の内径側に前記電力変換器を配置したことを特徴とする回転電機システム。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の回転電機システムであって、
更に、前記電力変換器を構成する電力変換モジュールよりも遠心力方向側に冷却フィンを設置したことを特徴とする回転電機システム。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の回転電機システムであって、
更に、前記第１の回転電機と前記第２の回転電機、前記電力変換器を内部に収めるフレームを備えることを特徴とする回転電機システム。
【請求項１２】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の回転電機システムであって、
更に、前記第１の回転電機と前記電力変換器を内部に収める第１のフレームと、
前記第２の回転電機を内部に収める第２のフレームと、
各前記回転電機の回転軸を接続する中空のカップリングを備えることを特徴とする回転電機システム。
【請求項１３】
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ないし１２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、
各前記回転電機は、前記ロータの回転力により回転し、
各前記固定子巻線は、電力系統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１４】
請求項１３に記載の風力発電システムであって、
更に前記電力変換器と並列に配置される遮断器を備え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または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。特許文献１には、固定子巻線を有する固定子と、回転子巻線を有すると共に、該固定子の内径側に間隙を設けて配置される回転子と、更に第２の固定子巻線を有する第２の固定子と、第２の回転子巻線を有すると共に、該第２の固定子の内径側に間隙を設けて配置される第２の回転子とを有する第２の回転電機と、前記回転子巻線及び前記第２の回転子巻線に電気的に接続される電力変換器とを備え、前記回転子の回転時には、前記電力変換器は回転する様に配置されていることが記載されている。これにより、第２の回転電機を介して、第１の回転電機の回転子に電力を供給できるようになり、ブラシレス化が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2013-110801号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、電力変換モジュールの配置について言及しており、回転子に配置される変換器は三相巻線用のため３つのモジュールを３つに分解できる。このとき回転子内部でスパイダ１８間に電力変換器モジュールを周方向１２０度間隔で相分離して均等に設置することにより、回転時の重量アンバランスが解消され振動等が発生しない、とある。しかしながら、電力変換器には、直流電圧平滑のためのコンデンサ必要となるため、このコンデンサも回転子内に配置する必要がある。ここで、コンデンサを重量アンバランスに配置することでも、回転による振動や偏心の原因となる。【０００９】
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、重量アンバランスを低減することができる回転電機システムまたは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】
【００１０】
本発明にかかる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の固定子と、第１の回転子巻線を有すると共に前記第１の固定子の内径側でかつ所定の間隙を介して配置される第１の回転子とを備える第１の回転電機と、第２の固定子巻線を有する第２の固定子と、第２の回転子巻線を有すると共に前記第２の固定子の内径側でかつ所定の間隙を介して配置される第２の回転子とを備える第２の回転電機と、前記第１の回転子巻線及び前記第２の回転子巻線と電気的に接続され、かつ少なくとも前記第１の回転子または前記第２の回転子のいずれかの内径側に配置される電力変換器と、前記電力変換器に備えられるコンデンサとを備え、更に少なくともいずれかの前記回転子の内部には、回転軸に接続される複数本のアームを備え、前記コンデンサの数が３の倍数であり、前記コンデンサは複数の前記アーム間に回転対称に配置されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる風力発電システムは、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、各前記回転電機は、前記ロータの回転力により回転し、各前記固定子巻線は、電力系統に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、重量アンバランスを低減することができる回転電機システムを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１における回転電機システムの概要を示す断面図である。
【図２】実施例１における電力変換器回路を示す回路図である。
【図３】実施例１における主発電機と回転軸、６本のアームの接続を示す斜視図である。
【図４】実施例１における1相分の電力変換器回路を示す回路図である。
【図５】実施例１における1相分の電力変換器回路を電力変換器配置スペースに配置するため変形した回路図である。
【図６】実施例１における電力変換器回路を電力変換器配置スペースに配置するため変形した回路図である。
【図７】実施例２における主発電機と回転軸、１２本のアームの接続を示す斜視図である。
【図８】実施例２における電力変換器回路を示す回路図である。
【図９】実施例２における1相分の電力変換器回路を示す回路図である。
【図１０】実施例２における1相分の電力変換器回路を電力変換器配置スペースに配置するため変形した回路図である。
【図１１】実施例２における電力変換器回路を電力変換器配置スペースに配置するため変形した回路図である。
【図１２】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１３】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１４】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１５】本発明の回転電機システムの実施例５を示す断面図である。
【図１６】本発明の回転電機システムの実施例６を示す断面図である。
【図１７】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７)
【図１８】本発明の回転電機システムの実施例８を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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】
【００１５】
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。また、電力変換器は、電圧形方式の電力変換器である。【００１６】
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とを備える。【００１７】
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。【００１８】
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。【００１９】
上述した主発電機２と補助発電機３は、後述するが運転モードが異なる。具体的には、主発電機２は常に発電運転をするが、補助発電機３は回転速度により、励磁機として運転する場合と、発電機として運転する場合がある。【００２０】
一方、図１では集約的に表記しているが、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と、補助発電機３に電気的に接続されている電力変換器とにより構成されている。また、主発電機２に電気的に接続されている電力変換器と補助発電機３に電気的に接続されている電力変換器は、電気的に直流で接続されている。これにより各電力変換器は、それぞれＡＣとＤＣを変換するだけで足りる。【００２１】
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１３に機械的に接続されている。【００２２】
電力変換器４は、主発電機の内径の電力変換器配置スペース１５に配置されており、補助発電機の内径側には配置されていない。これは、主発電機の方がトルクが大きくなるため、体格も大きく、電力変換器４を内蔵するスペースを広く確保できるためである。本実施例では、係るメリットを考慮して主発電機の内径の電力変換器配置スペース１５に配置して補助発電機の内径側には配置しない場合を説明しているが、無論、補助発電機の内径側にも併せて電力変換器を配置する場合や、本実施例とは逆に補助発電機の内径の電力変換器配置スペースに配置して主発電機の内径側には配置しないものを排除するものではない。前者については、特に後述の実施例８で説明している。【００２３】
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。しかしながら、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４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。【００２４】
図２に、電力変換器の回路の一例を示す。電力変換器の回路は、主発電機側のＵ相上相電力変換モジュール１４、Ｕ相下相電力変換モジュール１５、Ｖ相上相電力変換モジュール１６、Ｖ相下相電力変換モジュール１７、Ｗ相上相電力変換モジュール１８、Ｗ相下相電力変換モジュール１９、補助発電機側の主発電機側のＵ相上相電力変換モジュール２０、Ｕ相下相電力変換モジュール２１、Ｖ相上相電力変換モジュール２２、Ｖ相下相電力変換モジュール２３、Ｗ相上相電力変換モジュール２４、Ｗ相下相電力変換モジュール２５、とコンデンサ２６により構成される。１相分電力変換器は、電力変換モジュール１相分とコンデンサとを備えている。  
ここで、図３に示すように、主発電機と回転軸はアーム２７により接続されるため、主発電機回転子内径（電力変換器配置スペース）はアームにより分割される。そのため、分割された電力変換器配置スペース２８に電力変換器を重量アンバランスを防ぐように配置する必要がある。本実施例においては、電力変換器４は、主発電機の内径の電力変換器配置スペース１５に配置される一方で、補助発電機の内径側には設けられていない。そして、電力変換器４は、主発電機回転子の内部に配置されるが、補助発電機回転子の内部には配置されていない。ここで、主発電機側変換電力変換器モジュールは３相であるため、必ず３の倍数個となる。同様に、補助発電機側変換電力変換器モジュールも３相であるため、必ず３の倍数個となる。よって、電力変換器４を重量アンバランスを防ぐように配置するためには、電力変換器配置スペース２８を６つとし、主発電機側１相分変換電力変換器モジュールと、補助発電機側１相分変換電力変換器モジュールを交互に配置する必要がある。したがって、（一つの回転電機内に、全ての電力変換器モジュールを入れ込む場合、）スペースに無駄が生じない様に配置する上では、アームを６本とすることが好ましい。勿論、６以上の３の倍数本にしても回転対称に形成することは可能である。  
また、電力変換器４に備えられるコンデンサ２６も分割された電力変換器配置スペースに配置する必要があるため、主発電機側１相分変換電力変換器モジュールを配置したスペースにＮ個のコンデンサを、補助発電機側１相分変換電力変換器モジュールを配置したスペースにＭ個のコンデンサを配置したとすると、コンデンサ数はＮ×３＋Ｍ×３＝３（Ｎ＋Ｍ）となる。ここで、ＮとＭは０以上の整数であり、更に（Ｎ＋Ｍ）は１以上の整数である。つまりは、電力変換器を重量アンバランスを防ぐように配置するためには、コンデンサ数を３の倍数とする必要がある。コンデンサは複数の前記アーム間に回転対称に配置される。【００２５】
ここで、図２の回路を、Ｎ＝１、Ｍ＝２とした場合の主発電機側と補助発電機側の１相分の回路を図４に示す。図４の回路を電力変換器配置スペース２８に配置するために、回路を変形すると、図５となる。図５のように、軸方向に上相電力変換モジュール２９、下相電力変換モジュール３０、コンデンサ３１と順に並べている。続いて、図５の回路を、全相接続すると図６となる。図中の一点鎖線は、アームによる区切りを示している。図６からわかるように、アームによる区切りを超える配線(渡りバスバー３２)が必要となる。渡りバスバー３２は、隣り合うアーム２７間に交互に配置される両発電機側の１相分電力変換器の上相分電力変換モジュール同士を接続する上相用渡りバスバーと、隣り合うアーム２７間に交互に配置される両発電機側の１相分電力変換器の下相分電力変換モジュール同士を接続する下相用渡りバスバーとを備える。さらに、渡りバスバーは軸方向電力変換モジュール側に配置することなるため、アームは、軸方向コンデンサ側に配置することが望ましい。これにより、アームが渡りバスバーを妨げることが無くなり、アームをよけるように渡りバスバーを湾曲させる必要や、アームにわたりバスバーを通す穴をあける必要が無くなる。【００２６】
なお、今回は主発電機側電力変換器の電力変換モジュールを３個×上下２箇所×３相＝１８個、補助発電機側電力変換器の電力変換モジュールを２個×上下２箇所×３相＝１２個、コンデンサを９個として説明したが、上記の条件を満たせば他の個数でも同様の効果が得られることは言うまでもない。さらに、コンデンサの直列数をＬとした場合、今回はＬ＝１として説明したが、Ｌが２以上でも同様の効果が得られることは言うまでもない。より一般化して説明すると、主発電機側の電力変換モジュール１相分とＮ×Ｌ個のコンデンサを有する主発電機側１相分電力変換器、及び、補助発電機側の電力変換モジュール１相分とＭ×Ｌ個のコンデンサを有する補助発電機側１相分電力変換器は、隣り合うアーム２７間に交互に配置される。これにより回転対称に配置することができ、重量バランスを低減できる。
【実施例２】
【００２７】
実施例１では、アーム２７の本数を６とし、変換器配置スペース２８を６つに分割することで、重量アンバランスを防ぐように電力変換器を配置したが、図７のように、アーム３３の本数を１２としても、スペースを効果的に利用しつつ、重量アンバランスを防ぐことができる。実施例１では、主発電機または補助発電機の一つの回転電機側の電力変換モジュール１相分につき、アーム間の変換器配置スペース１箇所分を用いていた。一方、本実施例では、一つの回転電機側の電力変換モジュール１相分を更に上相と下相の２つに分けて各々別の変換器は位置スペース１箇所分を用いている。【００２８】
図８に電力変換器の回路を示す。ここで、図８は、Ｎ＝２、Ｍ＝２として、主発電機側と補助発電機側の１相分の回路を図９に示す。図９の回路をアームで区切られた電力変換器配置スペースに配置するために、回路を変形した場合図１０となる。図１０では、上相電力変換モジュールと下相電力変換モジュールを周方向に配置している。これにより、上相電力変換モジュールと下相電力変換モジュールを別々のアーム３３に分けられた変換器配置スペース３４に配置できるようになる。図１０の回路を、全相接続すると図１１となる。図中の一点鎖線は、アーム３３による区切りを示している。図１１からわかるように、アーム３３を１２本とした場合も渡りバスバー３２が必要となる。この場合は、アームを電力変換モジュール側に配置することが望ましい。【００２９】
なお、本実施例では主変換機側の電力変換モジュールを３個×上下２箇所×３相＝１８個、主変換機側の電力変換モジュールを２個×上下２箇所×３相＝１２個、コンデンサを１２個として説明したが、上記の条件を満たせば他の個数でも同様の効果が得られる。本実施例についてより一般化して次の様に説明することが可能である。Ｎ１とＮ２、Ｍ１、Ｍ２を０以上の整数、但し、（Ｎ１＋Ｎ２＋Ｍ１＋Ｍ２）は１以上、更にＬを１以上の整数とした場合に、電力変換器を構成するコンデンサは３（Ｎ１＋Ｎ２＋Ｍ１＋Ｍ２）個並列に接続され、かつＬ列直列に接続されていることになる。但し、Ｎ１は、主発電機側１相分の上相変換電力変換器モジュールを配置したスペースに配置されるコンデンサの数を指す。また、Ｎ２は、主発電機側１相分の下相変換電力変換器モジュールを配置したスペースに配置されるコンデンサの数を指す。そして、Ｍ１は、補助発電機側１相分の上相変換電力変換器モジュールを配置したスペースに配置されるコンデンサの数を指す。さらに、Ｍ２は、補助発電機側１相分の下相変換電力変換器モジュールを配置したスペースに配置されるコンデンサの数を指す。
Ｌについては、実施例１と同様に、コンデンサの直列数を表す。【００３０】
そして、主発電機側の電力変換モジュール１相上相分とＮ１×Ｌ個のコンデンサを有する主発電機側１相上相分電力変換器、及び、主発電機側の電力変換モジュール１相下相分とＮ２×Ｌ個のコンデンサを有する主発電機側１相下相分電力変換器、及び、補助発電機側の電力変換モジュール１相上相分とＭ１×Ｌ個のコンデンサを有する補助発電機側１相上相分電力変換器、及び、補助発電機側の電力変換モジュール１相下相分とＭ２×Ｌ個のコンデンサを有する補助発電機側１相下相分電力変換器は、隣り合う前記アーム間に交互に配置される。これによっても、回転対称に配置することができ、かつ重量バランスを低減することが可能である。
【実施例３】
【００３１】
図１２に、本発電機システムの第３実施例を示す。該図に示す実施例では、アーム間に平板３４を配置している。図１３のように、この平板の内径側に電力変換器を構成する電力変換モジュール３５及びコンデンサ３６を固定することで、回転による遠心力に対し、電力変換モジュール、コンデンサが飛散することを防ぐことができる。【００３２】
なお、図１２、１３はアームの本数を６としているが、アームの本数を１２本としても同様の効果が得られる等、アームの本数については上述した実施例と同様のことが当てはまる。
【実施例４】
【００３３】
図１４に、本発電機システムの第３実施例を示す。該図に示す実施例では、電力変換モジュール３５よりも遠心力方向側（具体的には、遠心力方向外側）に冷却フィン３７を取り付けている。これにより、電力変換モジュールの冷却性能向上、さらに、コンデンサと電力変換モジュールの端子位置を近づけることができ、バスバーの簡略化が可能となる。なお、冷却風により冷却する場合、電力変換モジュールに対し、コンデンサを冷却風の風上に配置したほうが良い。これは、一般に、コンデンサの方が耐熱温度が低いためである。
【実施例５】
【００３４】
図１５に、本発電機システムの第５実施例を示す。該図に示す実施例では、主発電機２、補助発電機３、電力変換器４を同一のフレーム３８内に配置している。これにより、主発電機と補助発電機間のスペースが小さくなる。さらに、１つの冷却用熱交換器により主発電機と補助発電機を冷却できる。よって、発電機システムを小型化できる。
【実施例６】
【００３５】
図１６に、本発電機システムの第６実施例を示す。該図に示す実施例では、主発電機２と電力変換器４を同一のフレーム３９内に配置し、補助発電機３を別のフレーム４０に配置し、それぞれの回転軸を中空のカップリング４１で接続し、電力変換器の補助発電機の回転子巻線を中空カップリング４１を介して接続している。これにより、主発電機と補助発電機を分割できるため、製造、運搬が容易となる。 なお、主発電機２と補助発電機３は、発電システム設置時に接続すればよい。
【実施例７】
【００３６】
図１７に、本発明の回転電機システムを風力発電システムに適用した実施例７を示す。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４４と、このロータ４４に増速機４３を介して接続される本発明の回転電機システム４２と、この回転電機システム４２を内部に収納するナセル５０と、ナセル５０を支持するタワー５１とから構成される。尚、本実施例では、ナセル５０内には、回転電機システム４２の他、増速機４３及び下述する遮断器４９も併せて配置されている。主発電機４５と補助発電機４６は、ロータ４４の回転力により回転すると共に、主発電機固定子巻線と補助発電機固定子巻線は、電力系統４７側に接続されているものである。【００３７】
これにより、ロータ４４が受けた風のエネルギーを回転電機システム４２が電気エネルギーに変換し、電力系統４７に送電することができる。【００３８】
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、回転による回転による振動や偏心の心配がなく安定した発電運転が可能となる。【００３９】
なお、電力変換器４８と並列に遮断器４９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４８を保護できる。また、増速機４３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。
【実施例８】
【００４０】
上記各実施例では、電力変換器は、主発電機の回転子内部に配置されるが、補助発電機の回転子内部には配置されない場合について説明してきた。【００４１】
しかし、図１８のように、アームを主発電機の回転子内部及び補助発電機の回転子内部の各々に設けて、主発電機側の電力変換器配置スペースを主発電機の内径に、補助発電機の電力変換器配置スペースを補助発電機内径にそれぞれ分けて設けることも可能である。これにより、それぞれの電力変換器配置スペースは３となるため、主発電機と補助発電機それぞれのアーム３３を３本とすることができ、配置スペースを拡大できる。この場合には、アームの本数に６本未満の３の倍数（即ち３本）を含めることも可能である。【００４２】
なお、今回は主変換機側の電力変換モジュールを３個×上下２箇所×３相＝１８個、主変換機側の電力変換モジュールを２個×上下２箇所×３相＝１２個、コンデンサを９個として説明したが、上記の条件を満たせば他の個数でも同様の効果が得られる。【００４３】
また、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】
【００４４】
１…回転電機システム、２…主発電機、３…補助発電機、４…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、１３…回転軸、１４…主発電機側Ｕ相上相電力変換モジュール、１５…主発電機側Ｕ相下相電力変換モジュール、１６…主発電機側Ｖ相上相電力変換モジュール、１７…主発電機側Ｖ相下相電力変換モジュール、１８…主発電機側Ｗ相上相電力変換モジュール、１９…主発電機側Ｗ相下相電力変換モジュール、２０…補助発電機側Ｕ相上相電力変換モジュール、２１…補助発電機側Ｕ相下相電力変換モジュール、２２…補助発電機側Ｖ相上相電力変換モジュール、２３…補助発電機側Ｖ相下相電力変換モジュール、２４…補助発電機側Ｗ相上相電力変換モジュール、２５…補助発電機側Ｗ相下相電力変換モジュール、２６、３１、３６…コンデンサ、２７、３３…アーム、２８、３４…電力変換器配置スペース、２９…上相電力変換モジュール、３０…下相電力変換モジュール、３２…渡りバスバー、３４…平板、３５…電力変換モジュール、３７…冷却フィン、３８、３９、４０…フレーム、４１…カップリング、４２…発電システム、４３…増速機、４４…ロータ、４５…主発電機、４６…補助発電機、４７…電力系統、４８…電力変換器、４９…遮断器、５０…ナセル、５１…タワー。
【要約】
重量アンバランスを低減するべく、第１の固定子巻線を有する第１の固定子と、第１の回転子巻線を有すると共に前記第１の固定子の内径側でかつ所定の間隙を介して配置される第１の回転子とを備える第１の回転電機と、第２の固定子巻線を有する第２の固定子と、第２の回転子巻線を有すると共に前記第２の固定子の内径側でかつ所定の間隙を介して配置される第２の回転子とを備える第２の回転電機と、前記第１の回転子巻線及び前記第２の回転子巻線と電気的に接続され、かつ少なくとも前記第１の回転子または前記第２の回転子のいずれかの内径側に配置される電力変換器と、前記電力変換器に備えられるコンデンサとを備え、前記コンデンサの数が３の倍数であることを特徴とする。【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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【図１７】
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【図１８】
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