(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の固定子巻線を有する固定子と、
第１の回転子巻線を有すると共に、該第１の固定子の内径側に間隙を設けて配置される第１の回転子と、
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、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、
前記第１の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、
前記第１の固定子巻線及び前記第２の固定子巻線が電力系統に接続されており、
前記第１の回転子における磁極数と第２の回転子における磁極数が異なり、
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を特徴とする発電機システム。
【請求項２】
請求項１に記載の発電機システムであって、
前記電力変換器は、前記第１の回転子または前記第２の回転子のいずれかに配置されていることを特徴とする発電機システム。
【請求項３】
請求項１に記載の発電機システムであって、
前記電力変換器は、前記第１の回転子及び前記第２の回転子のいずれにも配置されていることを特徴とする発電機システム。
【請求項４】
請求項３に記載の発電機システムであって、
前記第１の回転子巻線と前記第２の回転子巻線との間には、各電力変換器を通過する回路と並列の回路が備えてあり、該並列の回路には遮断器が配置されることを特徴とする発電機システム。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれか一つに記載の発電機システムであって、
前記電力変換器は前記第１の回転子及び／または前記第２の回転子に、周方向１２０°間隔で相分離されて配置されていることを特徴とする発電機システム。
【請求項６】
請求項２ないし５のいずれか一つに記載の発電機システムであって、
前記第１の回転子と前記第２の回転子は同一のシャフトに固定されており、該シャフトを回転軸として回転することを特徴とする発電機システム。
【請求項７】
請求項６に記載の発電機システムであって、
前記第１の回転子と前記第２の回転子は、同一軸上に配置されて同一速度で回転することを特徴とする発電機システム。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか一つに記載の発電機システムであって、
前記第１の回転子及び前記第１の固定子、更に前記第２の回転子及び前記第２の固定子は共通のフレーム内に配置されていることを特徴とする発電機システム。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか一つに記載の発電機システムであって、
前記電力変換器には、無線による情報伝送が可能な受信機が接続されていることを特徴とする発電機システム。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか一つに記載の発電機システムであって、
前記電力変換器は、前記第１の回転子及び／または前記第２の回転子の内部に配置されていることを特徴とする発電機システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の発電機システムであって、
更に前記第１の回転子とシャフトを繋ぐスパイダと、
前記第２の回転子とシャフトを繋ぐ第２のスパイダと、を備え、
かつ、前記第１の回転子は第１の回転子鉄心を備え、
前記第２の回転子は第２の回転子鉄心を備え、  
前記電力変換器は、前記第１の回転子鉄心及び／または前記第２の回転子鉄心の内径側面に接して固定されていることを特徴とする発電機システム。
【請求項１２】
請求項１０に記載の発電機システムであって、
更に前記第１の回転子と前記シャフトを繋ぐ第１のスパイダと、
前記第２の回転子と前記シャフトを繋ぐ第２のスパイダとを備え、
前記第１の回転子及び／または前記第２の回転子の内周面には、内径側が平面の平面部が配置され、
前記電力変換器は該平面部の内径側面に接して固定されていることを特徴とする発電機システム。
【請求項１３】
請求項１０に記載の発電機システムであって、
前記電力変換器は、前記第１の回転子及び／または前記第２の回転子の径方向において半径の半分の長さより内径側に固定されていることを特徴とする発電機システム。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれか一つに記載の発電機システムと、
風を受けて回転するロータと、
前記発電機システムを内部に収納するナセルと、
該ナセルの水平面内の回転を可能に、該ナセルを支持するタワーとを備え、
前記回転子は前記ロータの回転力により回転し、前記固定子巻線及び前記第２の固定子巻線は電力系統側と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１５】
風を受けて回転するロータと、
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、該第１の固定子の内径側に間隙を設けて配置され、
かつ前記ロータの回転に伴って回転する第１の回転子と、
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、該第２の固定子の内径側に間隙を設けて配置され、
かつ前記ロータの回転に伴って回転する第２の回転子と、
前記第１の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て、かつ少なくともいずれかの前記回転子内に配置される電力変換器とを備え、
前記第１の固定子巻線及び前記第２の固定子巻線が電力系統に接続されており、
前記第１の回転子における磁極数と第２の回転子における磁極数が異な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と言った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。そして、風力発電では励磁式回転電機を使用する例が多い。
【０００３】
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、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通電する様にしていた。しかし、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。しかしながら、風力発電システムにおいては、励磁式回転電機は風車のタワー上にあるナセル内という限られた空間内で行う必要があるため、メンテナンス軽減の方法が求められていた。
【０００４】
ここで、ブラシレス交流励磁同期回転電機として例えば特許文献１に記載されたものがある。該特許文献１には、電力を回転エネルギーの形態で蓄えるフライホイールに巻線形誘導機が接続されたものであって、該巻線形誘導機の二次巻線側は励磁用の巻線形誘導機の二次巻線に直接電気的に接続されており、更に両巻線形誘導機の回転子同士は機械的に接続されていると共に、励磁用の巻線形誘導機の一次巻線は誘導機外に配置される電力変換器に接続されているものが記載されている。巻線形誘導機と励磁用の巻線形誘導機では、極数を変えており、同期速度は励磁用の巻線形誘導機の方が巻線形誘導機よりも早くなる様に構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−９５２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１に記載された構造によれば、巻線形誘導機と励磁用の巻線形誘導機の二次巻線同士が直接電気的に接続されているので、（二次巻線に発生する電圧は交流電圧であることから）同期速度近傍で印加すべき直流電圧は供給できない。この様子を図１３に示す。即ち、上記構造によれば同期速度近傍における発電運転が行えず、発電効率が低下する。
【０００７】
そこで、本発明ではメンテナンスを容易にしつつ発電効率向上可能な回転電機等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】
【０００８】
上記の課題を解決するための一つの手段として、本発明に係る発電機システムは、第１の固定子巻線を有する固定子と、第１の回転子巻線を有すると共に、該第１の固定子の内径側に間隙を設けて配置される第１の回転子と、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、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、前記第１の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、  前記第１の固定子巻線及び前記第２の固定子巻線が電力系統に接続されており、前記第１の回転子における磁極数と第２の回転子における磁極数が異なり、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を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、メンテナンスを容易にしつつ発電効率向上可能な運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１に係る回転電機システムの発電機軸方向断面図である。
【図２】実施例１に係る回転電機システムの電気エネルギーの流れを説明する図である。
【図３】発電電力Ｐ＞０の場合の、固定子における誘起電圧と系統電圧との位相関係を示す図である。
【図４】発電電力Ｐ＜０の場合の、固定子における誘起電圧と系統電圧との位相関係を示す図である。
【図５】実施例１における周波数と発電電力の相関を示す図である。
【図６】実施例２に係る回転電機システムの発電機軸方向断面図である。
【図７】実施例３について説明する図であり、回転電機を軸中心４０にて分割した発電機軸方向断面図である。
【図８】実施例４について説明する図であり、回転電機を軸中心４０にて分割した発電機軸方向断面図である。
【図９】実施例５について説明する図であり、回転子径方向断面図である。
【図１０】実施例６について説明する図であり、回転子径方向断面図である。
【図１１】実施例７について説明する図であり、回転子径方向断面図である。
【図１２】実施例８に係る回転電機システムの電気エネルギーの流れを説明する図である。
【図１３】公知例における周波数と発電電力の相関を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、上記した本発明を実施する上で好適な実施例について図面を用いて説明する。下記はあくまでも実施例に過ぎず、発明内容が係る特定の態様に限定して解釈されることを意図する趣旨ではない。
【実施例１】
【００１２】
実施例１について図１ないし図５を用いて説明する。本実施例で説明する構造は、特に数百ｋＷから数十ＭＷの交流励磁同期回転電機に適している。
【００１３】
図１に示す様に、本実施例に係る回転電機システム１は、電力系統１６に発電電力を送る主発電機として働く回転電機２と励磁用回転電機３を備えている。
【００１４】
回転電機２は、固定子４と、固定子４の内径側に間隙を設けて配置される回転子６と、固定子４に設けたスロット内に短節巻にして二層に巻回される三相の固定子巻線５と、回転子６内に設けたスロット内に全節巻にして二層に巻回される三相の回転子巻線７と、回転子６に配置されて回転子巻線７と接続される電力変換器１０を備えている。三相の固定子巻線５及び三相の回転子巻線７は、円周上に１２０°間隔で配置されている。
【００１５】
また励磁用回転電機３は、固定子１１と、固定子１１の内径側に間隙を設けて配置される回転子１３と、固定子１１に設けたスロット内に短節巻にして二層に巻回される三相の固定子巻線１２と、回転子１３内に設けたスロット内に全節巻にして二層に巻回される三相の回転子巻線１４と、回転子１３に配置されて回転子巻線１４と接続される電力変換器１５を備えている。三相の固定子巻線１２及び三相の回転子巻線１４は、円周上に１２０°間隔で配置されている。励磁用回転電機３における磁極数は、回転電機２における磁極数とは異なる様にしており、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、回転子６と回転子１３との間で異なる様に形成している。
【００１６】
本実施例では、電力変換器１０と電力変換器１５間で電力が移動できるように両者の間は直流にて接続されている。交流接続をする場合、各電力変換器１０，１５がＡＣ→ＤＣ→ＡＣの電力変換器を備えている必要があるが、直流接続とすることで、各電力変換器１０，１５はＡＣとＤＣを変換するだけで足り、各電力変換器が備える機能を半分に削減できる。
【００１７】
電力変換器１０，１５は主発電機として働く回転電機２の回転子６が理想的な商用周波数の電力を発生する様に（別の言い方をすると、同期速度で回転する様に）制御を行うが、制御対象である回転電機２が理想的な商用周波数の電力を発生しているか（別の言い方をすると、回転子６が如何なる速度で回転しているか）についての情報を入手する必要がある。具体的には、系統の電圧や電流等の情報を入手する必要があるが、電力変換器１０，１５は運転中において回転している回転子内に配置されているため、情報の伝送には無線による通信が有効である。よって、本実施例では電力変換器１０，１５は無線による情報の伝送が可能な受信機を接続する様にしている。
【００１８】
また図１では、更に本実施例に係る回転電機システム１が風力発電システムに搭載される様子を説明しており、風を受けて回転するロータ９と、該ロータ９に接続されると共に、上述した回転子６及び回転子１３の回転軸となるシャフト８も記載されている。回転子６及び回転子１３は、共通のシャフト８を回転軸としており、シャフト８の回転に伴って同一速度で回転する。同一のシャフトに固定されて回転することにより、同一軸上・同一速度で回転することが担保され、各回転子６，１３の内部に配置された電力変換器１０，１５が両者に対して相対的に回転しないことを実現でき、両者をつなぐ配線に加わるよじれ等の負荷が軽減できる。
【００１９】
尚、本実施例では磁極の数を増やすことで１回転辺りに発生する磁界の周波数を大きくして、磁極数を減らして回転子を高速回転させなくても同様の周波数とすることにより、ロータ９と回転電機システム１が増速機を介さずに、直接接続させている。増速機を排除（ギアレス）することで増速機による損失や騒音を低減すると共に、増速機のメンテナンスも不要となるため、風力発電システムとしては効率的な運転が可能となり、かつメンテナンスも容易となる。ロータ９の回転エネルギーは、回転子の回転により、電気エネルギーとして電力系統１６へ供給される。尚、各実施例中ではギアレスの場合について説明しているが、無論、増速機を設けた場合にも適用可能である。
回転電機２と励磁用回転電機３の固定子巻線５と固定子巻線１２は電力系統１６と接続されている。電力系統１６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、励磁用の巻線形回転電機３の回転子１３は回転することにより、回転子巻線１４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。回転子巻線１４は、電力変換器１０，１５を経由して回転電機２の回転子巻線７と電気的に接続されており、回転子巻線１４の回転により発生した誘導電流により回転電機２の励磁電流を賄うことができる。これにより、スリップリング及びブラシを用いずとも励磁電流を回転子巻線７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。
【００２０】
上記の様に構成した本実施例に係るブラシレスＤＦＧの制御方法及び電力の流れについて図２ないし図４を用いて説明する。
【００２１】
尚、図２では電力変換器１０および電力変換器１５は、便宜上回転電機２及び励磁用回転電機３の外側に配置されている様に図示されているが、回転子内部に配置されている。ここで、ロータ９の回転周波数及びシャフト８の回転周波数（増速機を用いないため、両者の回転速度は等しくなる）をＦｍとすると、電気周波数は回転子６、回転子１３はそれぞれが有する磁極数に応じて、回転子６で電気周波数Ｆｍ１、回転子１３で電気周波数Ｆｍ２になる。
【００２２】
図３及び図４に示すように、発電機の固定子側における誘起電圧Ｖｇの位相と該固定子に印加される系統電圧Ｖｓの位相の関係には、発電機の固定子側における電圧の位相が進んでいる場合と固定子に印加される系統電圧Ｖｓの位相が進んでいる場合とが存在する。そして、図３に示す様に発電機の固定子側誘起電圧Ｖｇの位相が該固定子に印加される系統電圧Ｖｓの位相に比べて進んでいる場合、発電機から系統へ電力の供給を行うことになる。即ち、発電機の固定子側誘起電圧Ｖｇの位相が該固定子に印加される系統電圧Ｖｓの位相より進んでいる場合、該固定子から系統に対して電力の供給が行われ、一方、図４に示す様に発電機の固定子側誘起電圧Ｖｇの位相が該固定子に印加される系統電圧Ｖｓの位相より遅れている場合、系統から該固定子に対して電力の供給が行われる。よって、系統に対して発電電力を常に供給する回転電機２の固定子側誘起電圧Ｖｇの位相は、系統電圧Ｖｓの位相に対して常に進むように制御されており、励磁用回転電機３については後述するように必要に応じて系統電圧Ｖｓの位相に対して進む様に制御する場合と遅れる様に制御する場合とが存在する。尚、発電機の固定子側誘起電圧Ｖｇの位相と該固定子に印加される系統電圧Ｖｓの位相が等しい場合には相互に電力の移動は生じない。
【００２３】
また、所定の電力を定常的に発電するためには、回転電機２の回転子が同期速度と異なる回転数で回転している場合でも、回転電機２の回転子の生ずる回転磁界の回転速度は、系統周波数Ｆ０に常に等しくなることが求められる。係る関係を満たさない場合、回転磁界の回転周波数Ｆｍ１と系統周波数Ｆ０がずれてしまい、定常的に上記した回転電機２の固定子側誘起電圧Ｖｇの位相が該固定子に印加される系統電圧Ｖｓの位相に比べて進んでいる関係を維持できず、定常的に回転電機２から系統１６へ電力の供給を行うことができなくなるためである。
【００２４】
この回転磁界の回転数の系統同期化は回転電機２の回転子６にすべり周波数（系統周波数Ｆ０と回転周波数の差）Ｆ１相当の周波数成分を有する励磁電流を電力変換器１０，１５により供給することで実現できる。すべり周波数Ｆ１は、Ｆ１＝Ｆ０−Ｆｍ１の関係を有する。
【００２５】
初めに、回転電機２の回転子６の回転周波数Ｆｍ１が系統電圧の周波数Ｆ０より小さい場合について説明する。この場合、回転電機２の回転子６には系統電圧の周波数Ｆ０と回転電機２の回転子の回転周波数Ｆｍ１との差分に応じた電圧の周波数（すべり周波数Ｆ１）を持った電力が電力変換器１０から供給される。
【００２６】
この時、電力変換器１０から回転電機２には有効電力が供給されるため、励磁用回転電機３は電力変換器１０，１５を介して回転電機２の回転子６に対して電力を供給する必要がある。よって、励磁用回転電機３は系統側から固定子１１に対して電力の供給を受け、回転子１３から電力変換器１０，１５側に電力を供給しなければならない。即ち、励磁用回転電機３の固定子１１の電圧Ｖｇの位相が系統電圧Ｖｓの位相より遅れる様に制御することを要する。これにより、系統１６側から固定子１１が電力の供給を受け、回転子１３に発電電力を発生させることができ、該回転子１３に発生した発電電力を電力変換器１０，１５を介してすべり周波数Ｆ１相当の周波数成分を有する励磁電流に変換して回転電機２の回転子６に供給できる様になる。よって、回転磁界の回転数の系統同期化が実現される。
【００２７】
次に、回転電機２の回転子６の回転周波数Ｆｍ１と系統電圧Ｆ０の周波数が等しい場合について説明する。この場合、すべり周波数は０であるため、回転電機２の回転子６には（周波数成分を有しない）直流の励磁電流を供給すれば良く、励磁用回転電機３は回転電機２の回転子６での導通損及び電力変換器損失を補う電力のみ系統から受け取ればよい。
【００２８】
この場合においても、励磁用回転電機３から回転電機２に対して電力を供給する必要はあるため、励磁用回転電機３における固定子４電圧の位相Ｖｇと系統電圧の位相Ｖｓとの関係は、図３に示す様にＶｇがＶｓに対して進んだ関係であることを要する。よって、励磁用回転電機３から電力変換器１５に対して励磁用の発電電力が印加される。但し、この時回転子１３から電力変換器１０，１５に対して印加される発電電力は、交流であり、直接発電電力を供給したのでは直流の励磁電流を供給することができない。電力変換器は、スイッチング素子の切替パターン及びタイミングを制御することにより、直流を含めた任意の周波数の電圧を出力できるので、励磁用回転電機３回転子から電力変換器１５に対して供給される交流の発電電力を直流の電力に変換することができ、更にもう一つの電力変換器１０を用いることで、当該直流電力を所望の電圧の直流電流に変換可能である。よって、直流の励磁電圧を印加することで、図５に示す様に、同期速度でも発電を継続できる。
【００２９】
続いて、回転電機２の回転子６の回転周波数Ｆｍ１が系統電圧Ｖｓの周波数Ｆ０より大きい場合について説明する。この場合にも、所定の電力を定常的に発電するためには、回転電機２の回転子６の生ずる回転磁界の回転周波数Ｆｍ１は、系統周波数Ｆ０に常に等しくなることが求められる。
【００３０】
そして、この回転磁界の回転数の系統同期化は、回転電機２回転子からすべり周波数Ｆ１相当の周波数成分の大きさを有する電流を電力変換器１０，１５を通じて励磁用回転電機３に供給することで実現できる。尚、この際も励磁用回転電機３の回転子１３−電力変換器１０，１５−回転電機２の回転子６は電気的に接続されており、励磁電圧は回転電機２の回転子６に印加されている。
【００３１】
この場合には、即ち、励磁用回転電機３は電力変換器１０，１５を介して回転電機２の回転子６から電力を引き抜く必要がある。よって、電力変換器１０，１５側から励磁用回転電機３の回転子１３に電力を供給し、固定子１１側から系統に対して電力の供給を行わなければならない。この場合には上述したいずれの場合とも異なり、電力の供給方向が逆転するので、励磁用回転電機３の固定子１１の電圧Ｖｇの位相が系統電圧の位相より進む様に（図４に示す様に）制御することを要する。これにより、回転電機２の回転子６から引き抜いた電力を電力変換器１０，１５を介して励磁用回転電機３の回転子１３に供給し、励磁用回転電機３の固定子１１から系統１６側に電力の供給を行うことが可能となる。よって、すべり周波数Ｆ１相当の周波数成分を有する電流を電力変換器１０，１５を介して励磁用回転電機３の回転子１３に供給することで、回転電機２の回転磁界の回転数の系統同期化が実現される。
【００３２】
また、この際電力変換器１０，１５は励磁用回転電機３の回転子の生ずる回転磁界の回転速度が系統周波数に等しくなる様、励磁用回転電機３についてのすべり周波数Ｆ２を出力する。よって、励磁用回転電機３についても系統同期化が実現される。
【００３３】
本実施例によれば、磁極の数を増やすことで１回転辺りに発生する磁界の周波数を大きくして、磁極数を減らして回転子を高速回転させなくても同様の周波数とし、ロータ９と回転電機システム１が増速機を介さずに、直接接続させている。これにより、増速機を排除することで増速機による損失や騒音を低減し、効率的な運転が可能となると共に、増速機のメンテナンスも不要となる。特に、風力発電システムに適用する場合には、タワー上でのメンテナンスを減らすことができ、有用である。
【００３４】
また、本実施例では回転子６の回転子巻線７に、回転する回転子１３の回転子巻線１４から発電電力を励磁電源として送る様に形成したので、スリップリング及びブラシを用いずとも励磁電流を回転子巻線７に流すことができ、ブラシの摩耗によるメンテナンスが不要となる。
【００３５】
更に、本実施例では回転子巻線７及び回転子巻線１４の間に電力変換器１０，１５を配置しており、回転子１３から電力変換器１０，１５に対して印加される励磁用の交流の発電電力を電力変換器を通じて直流の電力に変換することができ、同期速度でも発電を継続できる。これにより、発電効率を向上させることが可能となる。
【００３６】
尚、本実施例では電力変換器１０，１５への情報の伝送には無線を用いているが、情報伝送のためのエネルギーは大きくないため、摩耗の程度は小さく、電力変換器と接続されて回転子の回転中に共に回転するスリップリングと、該スリップリングと接触するブラシを設けても良い。
【実施例２】
【００３７】
実施例２について図６を用いて説明する。尚、実施例１と重複する点については説明を省略する。
【００３８】
回転電機システム３１は、回転電機３２と励磁用回転電機３３とを備え、更に回転電機３２は、固定子４と、固定子４の内径側に間隙を設けて配置される回転子３６を備え、励磁用回転電機３３は、固定子１１と、固定子１１の内径側に間隙を設けて配置される回転子３５を備えている。
【００３９】
そして、実施例１では、電力変換器１０，１５を分割し、回転電機２の回転子６と励磁用回転電機３の回転子１３に配置していたが、本実施例では回転電機３２の回転子３６に電力変換器３４を集約している。尚、分割せずに集約しているが、役割については実施例１と同様である。
【００４０】
本実施例とは逆に、励磁用回転電機内に電力変換器を集約することも考えられる。しかし、好ましくは励磁用回転電機より大型である回転電機内に納めた方が収納スペースが広く望ましい。
【実施例３】
【００４１】
実施例３について図７を用いて説明する。尚、上記各実施例と重複する点については説明を省略する。本図は軸中心４０から紙面内上側のみを示しているが、実際には周方向において対称系となっている。
【００４２】
上記各実施例では特段説明を行っていないが、回転電機２と励磁用回転電機３は共通のフレーム４１内部に収納することが可能である。共通のフレーム４１に収納することで、下述する実施例４の様に異なるフレームに収納する場合と比較して中間ベアリング５３を省略できる結果、回転電機システム全体としての軸方向長さを縮小でき、小型化に寄与する。
【実施例４】
【００４３】
実施例４について図８を用いて説明する。本実施例において実施例３と相違する点は、回転電機２と励磁用回転電機３を共通のフレーム内部に収納する代わりに各々独立したフレーム５１、フレーム５２内部に収納する点である。本実施例の様に回転電機２と励磁用回転電機３を独立したフレーム５１、フレーム５２内部に分割して収納することも可能である。
【実施例５】
【００４４】
実施例５について図９を用いて説明する。以下、実施例５から実施例７については、回転子の径方向断面図を用いて説明し、回転電機と励磁用回転電機について設ける構造について同時に説明する。尚、上記各実施例と重複する点についてはやはり説明を省略する。上記各実施例では、増速機を用いない場合について説明したが、増速機を用いない場合、緩やかなシャフトの回転速度のまま系統周波数と同期する必要があるので、例えば固定子スロット数７２０、回転子スロット数５４０の様に多極機となる。多極機の場合には、多極を収納できる様大型化するため、シャフトは削り出して作るのではなく、予め作成したシャフト部材と回転子とを、トルク伝達に必要な強度を残してスパイダ１８で繋ぐ様にして軽量化を図る。この時、回転子内部には空間が多く生じる。そこで、該空間内であり、特に回転子の内径側面に電力変換器モジュール６１を収納する。回転子の内径側面は、円弧状になっているため変換器モジュールは当該形状に対応させるべく、円弧状となっている。
【００４５】
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６１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。また回転子６の（外側でなく）内側に設置することにより電力変換器モジュール６１に発生する遠心力を回転子６が支持することができ、電力変換器モジュール６１の強度的にも望ましい。
【実施例６】
【００４６】
実施例６について図１０を用いて説明する。実施例５と相違する点は、回転子内部の電力変換器モジュール７１を支持する部位と、電力変換器モジュール７１自体の形状のみである。それ以外の点については同様であり、ここでの説明は省略する。
【００４７】
実施例５においては、回転子６の内径側は円弧状になっているため、変換器モジュールは円弧状とする必要があり、製作に比較的時間を要することも考えられる。そこで本実施例では回転子６の内周部に平面加工部７２を施すことにより、電力変換器モジュール７１を円弧状に設置する必要が無くなり製作性が向上する。
【実施例７】
【００４８】
実施例７について図１１を用いて説明する。実施例６と相違する点は、電力変換器モジュール８１を、（回転子の内径側ではなく）回転子内部においての内径側（特に、遠心力の軽減を図る上では径方向において半径の半分の長さより内径側であることが好ましい）に設けた平面加工部８２に固定した点である。それ以外の点については同様であり、ここでの説明は省略する。
【００４９】
回転子内部における配置の態様として、本実施例のように内径側に平面加工部８２を施し、電力変換器モジュール８１を配置することも考えられる。この場合のメリットとしては、数ＭＷ級の多極機の場合、回転子外径は４ｍから１０ｍ程度になるため、外径側に配置した場合と内径側に配置した場合とでは、遠心力の差が大きく、内径側に配置することで電力変換器モジュール８１にかかる遠心力を低減できることである。
【００５０】
尚、実施例５ないし７において、回転子内部に電力変換器を配置する幾つかの象徴的なケースについて説明したが、無論これら特別な配置の仕方に限定されるものでなく、種々の配置態様が可能であることは言うまでもない。
【実施例８】
【００５１】
実施例８について図１２を用いて説明する。本実施例では、遮断器９１を設け、該遮断器９１を通過する回路を、回転子に設置された電力変換器１０および電力変換器１５を通過する回路と並列に接続している。係る構成とすることで系統事故時に変換器へ過大な電力が流れず、保護回路として動作することが可能となる。他の構成については、実施例１において説明した場合と同様であるため、重複説明は省略する。
【符号の説明】
【００５２】
１，３１  回転電機システム
２，３２  回転電機
３，３３  励磁用回転電機
４，１１  固定子
５，１２  固定子巻線
６，１３，３６  回転子
７，１４  回転子巻線
８  シャフト
９  ロータ
１０，１５，３４  電力変換器
１６  系統
１８  スパイダ
４０  軸中心
４１，５１，５２  フレーム
５３  中間ベアリング
６１，７１，８１  電力変換器モジュール
７２  平面加工部
９１  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】
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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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