(57)【要約】【課題】  発電機の巻線占積率の向上と発電効率の低下抑制を図る。【解決手段】  平角銅線を略中空台形状に巻回したコイル６を上下に段積する。段積みしたコイル６は互いに逆巻きとし、各コイル６最内周端部の引出線同士をコイル６の中空部内を利用して結線する。また、平角銅線を２本持ちで巻回する場合は、コイル６の最内周端部の引出線の引出位置を２箇所とし、上下のコイル６同士で結線することにより、各コイル６に発生する誘起電圧を相殺する。さらに、段積したコイル６のうち、界磁用の永久磁石５ａに近接して配置されるコイル６は、その高さ寸法をこれに挟まれて配置されるコイル６の高さ寸法と比較して小さくすることで、コイル６に発生する渦電流を減少させる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平角銅線を正方向に巻回して略中空台形状に形成したコイルと、平角銅線を逆方向に巻回して略中空台形状に形成したコイルを互いに逆巻きとなる順番で段積みして１組とし、ケーシング内に複数組のコイルを放射状に隣接配置して構成した発電機において、段積みした前記コイルの最内周端部の引出線同士を、該コイルの中空部内を利用して結線するように構成したことを特徴とする発電機の巻線構造。
【請求項２】
平角銅線を正方向に２本持ちで巻回して略中空台形状に形成したコイルと、平角銅線を逆方向に２本持ちで巻回して略中空台形状に形成したコイルを互いに逆巻きとなる順番で段積みして１組とし、ケーシング内に複数組のコイルを放射状に隣接配置して構成した発電機において、２本持ちで巻回した前記コイルの最内周端部の引出線の引出位置を２箇所とし、段積みしたコイルの引出線同士を、該コイルの中空部内を利用して結線するように構成したことを特徴とする発電機の巻線構造。
【請求項３】
最上段と最下段に位置する前記コイルの高さ寸法を、それに挟まれて中段に位置するコイルの高さ寸法と比較して小さくしたことを特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の発電機の巻線構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機を構成する固定子巻線の構造と、固定子巻線相互間の接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境負荷低減の観点から二酸化炭素を排出しない再生可能エネルギーの利用が注目されている。特に、風力発電は発電資源が枯渇する心配がなく、石油や天然ガス等の８割以上を海外から輸入する我が国のエネルギー安全保障の観点からも期待が大きい。
【０００３】
風力発電機としては、磁界発生用の界磁コイルに電力を供給して発電を行う誘導発電型の他、永久磁石によって形成された磁界を利用して発電を行う永久磁石型が知られている。永久磁石型の風力発電機は主に出力が１００［Ｗ］程度の小出力の発電機として利用される。
【０００４】
図８に風力発電機の概略を示す。風力発電機は、例えば、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製の羽根１０１と、羽根１０１の回転から電力を発生させる発電機本体１０２と、羽根１０１および発電機本体１０２を支える支柱１０３から構成されている。
【０００５】
発電機本体１０２内部には、図９に示すように、羽根１０１の回転運動を増速する増速機１０４と、増速機１０４で増速されて回転軸１０５によって伝達される回転運動から電力を発生させる発電機１０６が収納されている。発電機１０６としては、例えば、下記特許文献１に記載の構造が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１５３０３６
【０００７】
図１０，図１１に特許文献１記載の発電機の構造を示す。図１０に示すように、ケーシング１０７内に互いに極性が異なる永久磁石１０８が対向配置されており、永久磁石１０８間には、永久磁石１０８と一定距離隔てて、コイル１０９が設けられている。
【０００８】
コイル１０９は図１１に示すように、円形状をなすケーシング１０７内にシャフト１１０を中心にして放射状に配列されており、個々のコイル１０９に対応する個数の永久磁石１０８が互いに異なる極性が隣接するように配置されている。
【０００９】
そして、永久磁石１０８がコイル１０９に対して回転移動することにより、コイル１０９に方向が反転する磁束が鎖交することとなり、コイル１０９に電磁誘導作用による交流電流が流れる。コイル１０９に発生した電力は、図９に示す電力線１１１を介して外部へ取り出される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した発電機１０６には、コイル１０９に丸銅線を使用することが一般的であるが、これに代えて平角銅線を使用することにより、丸銅線を使用する場合と比較してコイル１０９の占積率を向上させることができる。占積率の向上は発電効率の向上につながる。
【００１１】
しかし、平角銅線を使用すると、コイル１０９同士の結線が困難となる。つまり、図１１に示す個々のコイル１０９はシャフト１１０を中心に放射状に配列されているが、コイル１０９で発生する渦電流損を低減すべく、上下（図１１の紙面に垂直方向）に分割して段積されることが通常である。
【００１２】
このとき、上下に段積した複数のコイル１０９同士を結線しようとする場合、個々のコイル１０９の引出線をコイル１０９の端面に沿ってコイル１０９の外側へ導出する必要があり容易でない。特に平角銅線を使用した場合は、導出作業と結線作業は相当困難となる。
【００１３】
また、コイル１０９の端面に沿って引出線を外側へ導出して結線することは、引出線を引出すためのスペースと、結線するためのスペースが必要となり、コイル１０９の占積率を悪化させ、発電効率の低下につながる問題がある。
【００１４】
そこで、本発明は、コイル間の結線作業を容易とし、かつ、コイルの占積率の悪化を招来することのない発電機の巻線構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１記載の発電機の巻線構造は、平角銅線を正方向に巻回して略中空台形状に形成したコイルと、平角銅線を逆方向に巻回して略中空台形状に形成したコイルを互いに逆巻きとなる順番で段積みして１組とし、ケーシング内に複数組のコイルを放射状に隣接配置して構成した発電機において、段積みした前記コイルの最内周端部の引出線同士を、該コイルの中空部内を利用して結線するように構成したことを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載の発電機の巻線構造は、平角銅線を正方向に２本持ちで巻回して略中空台形状に形成したコイルと、平角銅線を逆方向に２本持ちで巻回して略中空台形状に形成したコイルを互いに逆巻きとなる順番で段積みして１組とし、ケーシング内に複数組のコイルを放射状に隣接配置して構成した発電機において、２本持ちで巻回した前記コイルの最内周端部の引出線の引出位置を２箇所とし、段積みしたコイルの引出線同士を、該コイルの中空部内を利用して結線するように構成したことを特徴とする。
【００１７】
請求項３記載の発電機の巻線構造は、請求項１又は請求項２の何れかに記載の発電機の巻線構造において、最上段と最下段に位置する前記コイルの高さ寸法を、それに挟まれて中段に位置するコイルの高さ寸法と比較して小さくしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１記載の発電機の巻線構造によれば、上下に段積した略中空台形状に巻回した平角銅線の最内周端部の引出線同士を、コイルの中空部内を利用して結線するように構成したので、引出線同士を結線するためにスペースを別途確保する必要はなく、コイルの占積率を高くすることができる。
【００１９】
請求項２記載の発電機の巻線構造によれば、２本持ちで巻回した平角銅線の最内周端部において、引出し位置の異なる２本の引出線を、段積して同様に最内周端部において引出し位置の異なる２本の引出線と、コイルの中空部内を利用して結線するように構成したので、上下に段積みしたコイルの各々に発生する無効な誘起電圧を相殺することができ、短絡電流の発生を阻止することができる。
【００２０】
請求項３記載の発電機の巻線構造によれば、最上段と最下段のコイルの高さ寸法を、これに挟まれて中段に位置するコイルの高さ寸法と比較して小さくすることによって、コイルに発生する渦電流を減少させることができ、発電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の発電機の側方断面図である。
【図２】本発明の発電機の正方断面図である。
【図３】本発明の発電機の要部切欠断面斜視図である。
【図４】本発明の発電機の巻線構造の第一実施例を説明する斜視図である。
【図５】本発明の発電機の巻線構造の第二実施例を説明する斜視図である。
【図６】本発明の発電機の巻線に生じる漏れ磁束の分布図である。
【図７】本発明の発電機の巻線構造の第三実施例を説明する斜視図である。
【図８】一般的な風力発電機を示す概略図である。
【図９】一般的な風力発電設備の発電機本体の構造を示す断面図である。
【図１０】従来の風力発電機の側方断面図である。
【図１１】従来の風力発電機の正方断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図７を用いて説明する。図１は図９に示す風力発電機を構成する発電機１の側方断面図であり、フランジ２ａ,２ｂを有する有底円皿形状をなす一対のケーシング３ａ,３ｂと、ケーシング３ａ,３ｂの底部側に配置されるプレート４ａ,４ｂ、プレート４ａ,４ｂ上に配置される永久磁石５ａ,５ｂ、および、永久磁石５ａ,５ｂ間に、当該永久磁石５ａ,５ｂと一定距離隔てて配置される電機子巻線（以下、コイルという）６から概略構成されている。
【００２３】
また、前記プレート４ａ,４ｂは、中空円筒状の第１の連結部７に連結されており、第１の連結部７は、中空円盤状の第２の連結部８に連結されている。そして、第２の連結部８は回転軸９に連結されているので、図９に示す羽根１０１の回転動作にしたがって回転し、永久磁石５ａ,５ｂを回転軸９周りに回転させる。
【００２４】
図２は図１に示す発電機１のＡ−Ａ矢視図である。前記コイル６は平角銅線を略中空台形状に巻回した後、回転軸９を中心に放射状に配列している。永久磁石５ａは、コイル６とケーシング３ａの底部間に、円周方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に、個々のコイル６に対応して配置されている。発電機１を構成するこれら各部材の位置関係を図３にわかりやすく示した。
【００２５】
次に、本発明の第１実施例について図４を用いて説明する。本発明の発電機１を構成するコイル６は、前述したように、コイルの占積率を向上させる目的から平角銅線を巻回して形成している。ここで、コイル６に発生する渦電流損を極力抑制すべくコイル６は図４に示すように、上下方向（図１では左右方向）に分割（例えば２分割）して構成されている。
【００２６】
したがって、コイル６を構成する上段コイル６ａと下段コイル６ｂはその端部同士を結線する必要が生じる。そこで、上段コイル６ａと下段コイル６ｂの最内周端部に位置する引出線１０ａと引出線１０ｂをコイル６の中空部内を利用して互いに結線することとした。
【００２７】
これにより、従来のように、上段コイル６ａと下段コイル６ｂの各引出線１０ａ,１０ｂをコイル６の端面に沿ってコイル６の外側まで導出して、コイル６の外側位置で結線する必要はなくなり、平角銅線を導出して結線する困難さを解消し、かつ、導出および結線するためのスペースの確保を不要として、コイル６の占積率を向上させることが可能となる。
【００２８】
つづいて、本発明の第２実施例について図５を用いて説明する。第２実施例に係る発電機１のコイル６は、図５に示すように、巻きやすさの観点から２本持ちで巻回した上段コイル６ｃと下段コイル６ｄを段積して形成されている。
【００２９】
そして、上段コイル６ｃと下段コイル６ｄの最内周端部は、重ねて巻いた２枚の平角銅線の引出線１０ｃ,１０ｄおよび引出線１０ｅ,１０ｆの引出位置を各々相違させて２箇所づつとしている。
【００３０】
この状態で、上段コイル６ｃの最内周端部の引出線１０ｃと下段コイル６ｄの最内周端部の引出線１０ｅを、コイル６の中空部内を利用して結線し、また、上段コイル６ｃの最内周端部の引出線１０ｄと下段コイル６ｄの最内周端部の引出線１０ｆを、コイル６の中空部内を利用して結線することにより、平角銅線をコイル６の外側に導出して結線する作業を無くし、引出線を導出・結線するためのスペースの確保を不要とした。
【００３１】
その上で、図５に示す第２実施例においては、上段コイル６ｃの最外周端部の引出線１０ｇと引出線１０ｈが重なった（接続された）状態にあり、また、下段コイル６ｄの最外周端部の引出線１０ｉと引出線１０ｊが重なった（接続された）状態にあるので、上段コイル６ｃの端部１０ｃ→１０ｈ→１０ｇ→１０ｄと、下段コイル６ｄの端部１０ｅ→１０ｉ→１０ｊ→１０ｆに電流ループが形成されることとなり、この電流ループを要因とする電磁誘導作用によって短絡電流が流れ、コイル６に損失が生じてしまう。
【００３２】
そこで、本発明の第２実施例では、上段コイル６ｃと下段コイル６ｄを逆巻きに構成するとともに、上段コイル６ｃの最内周端部の引出線１０ｃと下段コイル６ｄの最内周端部の引出線１０ｅを結線し、かつ、上段コイル６ｃの最内周端部の引出線１０ｄと下段コイル６ｄの最内周端部の引出線１０ｆを結線することにより、上記電流ループによって上下各コイル６ｃ,６ｄに発生する誘起電圧を相殺し、短絡電流の発生を解消している。
【００３３】
これにより、コイルに発生する損失を確実に解消し、発電機の効率低下を確実に抑制している。
【００３４】
最後に、図６，図７を用いて本発明の第３実施例について説明する。図６は永久磁石５ａを回転軸９周り（図２参照）に回転させた際に、コイル６に発生する渦電流の分布を示す図である。図２に示すように、放射状に隣接する永久磁石５ａ,５ａ間のコイル６には、永久磁石５ａ,５ａが回転する方向（図６の矢印方向）に渦電流が発生する。
【００３５】
渦電流の発生は発電機１の発電効率を低下させる要因となるので、これを防止する必要がある。そこで、本発明の第３実施例では、永久磁石５ａ,５ａに近い側に位置するコイル６内に渦電流が発生することに鑑み、図７に示すように、コイル６のうち、永久磁石５ａ,５ａに近接する位置にある最上段コイル６ｅと最下段コイル６ｆの高さ寸法ｈを、これらに挟まれる中段コイル６ｇ,６ｈの高さ寸法Ｈと比較して小さくしたことに特徴を有する。
【００３６】
これにより、コイル６に発生する渦電流を抑制することが可能となり、発電機１の効率低下を確実に防止することができる。
【００３７】
なお、図７に示すコイル６においても、各コイル６ｅ,６ｆ，６ｇ,６ｈの最内周端部の引出線は、各コイル６ｅ,６ｆ,６ｇ,６ｈの中空部内を利用して結線することは、図４に示す第１実施例と同様である。
【００３８】
以上説明したように、本発明に係る発電機の巻線構造によれば、上下に段積した各コイルの最内周端部の引出線同士を、コイルの中空部内を利用して結線するように構成したので、引出線をコイルの端面に沿ってコイルの外側へ導出する作業負担と、コイルの外側で結線する作業負担を解消することができる。
【００３９】
また、上下に段積した各コイルは互いに逆巻きにして、各コイルの最内周端部の引出線同士を結線することにより、各コイルを２本持ちで巻回した場合においても、各コイルに発生する誘起電圧を互いに相殺することができ、短絡電流による発電効率の低下を防止できる。
【００４０】
さらに、段積したコイルのうち、界磁用の永久磁石に近接する位置に配置されるコイルの高さ寸法を、これらに挟まれるコイルの高さ寸法と比較して小さくすることにより、永久磁石の回転方向に発生するコイル内の渦電流を抑制することができ、発電効率の低下抑制に努めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、平角銅線を巻回した巻線に利用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１,１０６  発電機
２ａ,２ｂ  フランジ
３ａ,３ｂ，１０７  ケーシング
４ａ,４ｂ  プレート
５ａ,５ｂ，１０８  永久磁石
６（６ａ〜６ｈ）,１０９  コイル
７  第１の連結部
８  第２の連結部
９,１０５  回転軸
１０ａ〜１０ｊ  引出線
１０１  羽根
１０２  発電機本体
１０３  支柱
１０４  増速機
１１０  シャフト
１１１  電力線
【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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