(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸部と、
前記回転軸部に接続されたロータコアを含むロータと、
前記ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを含むステータと、
前記ロータと前記ステータとが収納される凹部が設けられた筐体と、
前記筐体に設けられ前記回転軸部を回転可能に支持する回転軸支持部とを備え、
前記ロータコアの前記回転軸支持部側の端部から、前記回転軸部が前記回転軸支持部に挿入される際に前記回転軸支持部に最初に接触する部分までの前記回転軸部が延びる方向の長さは、前記回転軸支持部の前記ステータ側の端部から、前記ステータコアの前記回転軸支持部とは反対側の端部までの前記回転軸部が延びる方向の長さよりも大きくなるように構成されており、
前記ロータは、前記回転軸支持部により片持ち状に回転可能に支持されている、回転電機。
【請求項２】
前記ロータコアの前記回転軸支持部側の端部から、前記回転軸部が前記回転軸支持部に挿入される際に前記回転軸支持部に最初に接触する部分までの前記回転軸部が延びる方向の長さは、前記回転軸支持部の前記ステータ側の端部から前記ステータコアの前記回転軸支持部側の端部までの前記回転軸部が延びる方向の長さと、前記ステータコアの前記回転軸部が延びる方向の長さとの合計の長さよりも大きくなるように構成されている、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記回転軸部は、第１回転軸と前記第１回転軸に予め取り付けられた第１軸受とを含むとともに、前記回転軸支持部は、前記第１軸受が挿入可能な第１回転軸支持孔を含み、
前記ロータコアの前記第１回転軸支持孔側の端部から、前記第１軸受の前記第１回転軸支持孔側の端部までの前記第１回転軸が延びる方向の長さは、前記第１回転軸支持孔の前記ステータ側の端部から、前記ステータコアの前記第１回転軸支持孔とは反対側の端部までの前記第１回転軸が延びる方向の長さよりも大きくなるように構成されている、請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記回転軸部は、第２回転軸を含むとともに、前記回転軸支持部は、第２回転軸支持孔と前記第２回転軸支持孔に予め取り付けられた第２軸受とを含み、
前記ロータコアの前記第２回転軸支持孔側の端部から前記第２回転軸の先端までの前記第２回転軸が延びる方向の長さは、前記第２軸受の前記ステータ側の端部から、前記ステータコアの前記第２回転軸支持孔とは反対側の端部までの前記第２回転軸が延びる方向の長さよりも大きくなるように構成されている、請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項５】
前記第２回転軸は、前記ロータコアに接続される第１部分と、前記第１部分に接続可能に構成される第２部分とを含み、
前記ロータコアの前記第２回転軸支持孔側の端部から前記第２回転軸の前記第２部分の先端までの前記第２回転軸が延びる方向の長さは、前記第２軸受の前記ステータ側の端部から、前記ステータコアの前記第２回転軸支持孔とは反対側の端部までの前記第２回転軸が延びる方向の長さよりも大きくなるように構成されている、請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記回転軸部は、外輪と内輪とを有する軸受を含み、
前記軸受の内輪と外輪とには、それぞれ、前記回転軸部が延びる方向に沿って互いに逆方向の応力がかかるように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
回転軸部と、前記回転軸部に接続されたロータコアを含むロータと、前記ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを含むステータと、前記ロータと前記ステータとが収納される凹部が設けられた筐体と、前記筐体に設けられ前記回転軸部を回転可能に支持する回転軸支持部とが設けられた発電機と、
前記回転軸部に接続されたブレードと、を備え、
前記ロータコアの前記回転軸支持部側の端部から、前記回転軸部が前記回転軸支持部に挿入される際に前記回転軸支持部に最初に接触する部分までの前記回転軸部が延びる方向の長さは、前記回転軸支持部の前記ステータ側の端部から、前記ステータコアの前記回転軸支持部とは反対側の端部までの前記回転軸部が延びる方向の長さよりも大きくなるように構成されており、
前記ロータは、前記回転軸支持部により片持ち状に回転可能に支持されている、風力発電システム。
【請求項８】
回転軸部と、前記回転軸部に接続されたロータコアを含むロータと、前記ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを含むステータと、前記ロータと前記ステータとが収納される凹部が設けられた筐体と、前記筐体に設けられ前記回転軸部を回転可能に支持する回転軸支持部とを備えた回転電機の製造方法であって、
前記ロータコアの前記回転軸支持部側の端部から、前記回転軸部が前記回転軸支持部に挿入される際に前記回転軸支持部に最初に接触する部分までの前記回転軸部が延びる方向の長さを、前記回転軸支持部の前記ステータ側の端部から、前記ステータコアの前記回転軸支持部とは反対側の端部までの前記回転軸部が延びる方向の長さよりも大きくなるように構成することによって、前記ロータコアと前記ステータコアとが半径方向に対向しない状態で、前記回転軸部と前記回転軸支持部の前記ステータ側の端部とを接触させるステップと、
前記ロータコアと前記ステータコアとが接触しない状態を維持しながら、前記回転軸部を前記回転軸支持部に挿入するステップとを備え、
前記ロータは、前記回転軸支持部により片持ち状に回転可能に支持されている、回転電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機、風力発電システムおよび回転電機の製造方法に関し、特に、ロータとロータに対して半径方向に対向するステータとを備える回転電機、風力発電システムおよび回転電機の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロータとロータに対して半径方向に対向するステータとを備える回転電機が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、ロータおよびロータに対して半径方向に対向するステータと、ロータとステータとを収容するハウジング（筐体）と、ロータに接続されるとともにハウジングに一対の軸受を介して回転可能に支持される回転軸とを備えた発電機（回転電機）が開示されている。この発電機では、ロータの外周に永久磁石が設けられている。また、ロータとステータとは、ロータの永久磁石と、ステータの巻線が巻回されるステータコアとが半径方向に対向するように配置されている。また、上記特許文献１では、回転軸のロータから突出している部分の長さが比較的短い。このため、発電機の組み立て時に回転軸を軸受に挿入する際に、回転軸の先端が軸受に挿入される前に、ロータの永久磁石とステータコアとが対向する状態になると考えられる。この結果、ロータを軸受に挿入する際に、ロータとステータコアとが磁力によって引っ張り合って接触してしまうのを避けるように、極めて慎重に作業が行う必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−６０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載のような従来の発電機において、組立時に、極めて慎重に作業を行う必要があるので、組み立てが非常に困難で長時間を要するという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、組み立て作業を容易かつ迅速に行うことが可能な回転電機、風力発電システムおよび回転電機の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による回転電機は、回転軸部と、回転軸部に接続されたロータコアを含むロータと、ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを含むステータと、ロータとステータとが収納される凹部が設けられた筐体と、筐体に設けられ回転軸部を回転可能に支持する回転軸支持部とを備え、ロータコアの回転軸支持部側の端部から、回転軸部が回転軸支持部に挿入される際に回転軸支持部に最初に接触する部分までの回転軸部が延びる方向の長さは、回転軸支持部のステータ側の端部から、ステータコアの回転軸支持部とは反対側の端部までの回転軸部が延びる方向の長さよりも大きくなるように構成されており、ロータは、回転軸支持部により片持ち状に回転可能に支持されている。
【０００８】
この第１の局面による回転電機では、上記のように、ロータコアの回転軸支持部側の端部から、回転軸部が回転軸支持部に挿入される際に回転軸支持部に最初に接触する部分までの回転軸部が延びる方向の長さを、回転軸支持部のステータ側の端部から、ステータコアの回転軸支持部とは反対側の端部までの回転軸部が延びる方向の長さよりも大きくなるように構成する。これにより、回転軸部が回転軸支持部に最初に接触した状態では、ロータコアとステータコアとが半径方向に対向しない。そして、その後回転軸支持部をガイドとして回転軸部を回転軸支持部に挿入することにより、ロータコアとステータコアとが半径方向に対向しても、ロータコアに含まれる永久磁石の磁力によってロータコアがステータコア側に移動するのが回転軸支持部により抑制される。その結果、ロータとステータコアとが磁力によって引っ張り合って接触してしまうのが抑制されるので、組み立てを容易かつ迅速に行うことができる。また、本発明の長さ関係になるように回転軸部の長さなどを調節するだけで、ロータとステータコアとが磁力によって引っ張り合って接触してしまうのが抑制されるので、ロータの移動を抑制するようにロータを固定するための専用の冶具を用いる必要もない。この点でも、組み立て作業を容易かつ迅速に行うことができる。
【０００９】
この発明の第２の局面による風力発電システムは、回転軸部と、回転軸部に接続されたロータコアを含むロータと、ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを含むステータと、ロータとステータとが収納される凹部が設けられた筐体と、筐体に設けられ回転軸部を回転可能に支持する回転軸支持部とが設けられた発電機と、回転軸部に接続されたブレードと、を備え、ロータコアの回転軸支持部側の端部から、回転軸部が回転軸支持部に挿入される際に回転軸支持部に最初に接触する部分までの回転軸部が延びる方向の長さは、回転軸支持部のステータ側の端部から、ステータコアの回転軸支持部とは反対側の端部までの回転軸部が延びる方向の長さよりも大きくなるように構成されており、ロータは、回転軸支持部により片持ち状に回転可能に支持されている。
【００１０】
この第２の局面による風力発電システムでは、上記のように、ロータコアの回転軸支持部側の端部から、回転軸部が回転軸支持部に挿入される際に回転軸支持部に最初に接触する部分までの回転軸部が延びる方向の長さを、回転軸支持部のステータ側の端部から、ステータコアの回転軸支持部とは反対側の端部までの回転軸部が延びる方向の長さよりも大きくなるように構成する。これにより、回転軸部が回転軸支持部に最初に接触した状態では、ロータコアとステータコアとが半径方向に対向しない。そして、その後回転軸支持部をガイドとして回転軸部を回転軸支持部に挿入することにより、ロータコアとステータコアとが半径方向に対向しても、ロータコアに含まれる永久磁石の磁力によってロータコアがステータコア側に移動するのが回転軸支持部により抑制される。その結果、ロータとステータコアとが磁力によって引っ張り合って接触してしまうのが抑制されるので、組み立てを容易かつ迅速に行うことが可能な風力発電システムを得ることができる。また、本発明の長さ関係になるように回転軸部の長さなどを調節するだけで、ロータとステータコアとが磁力によって引っ張り合って接触してしまうのが抑制されるので、ロータの移動を抑制するようにロータを固定するための専用の冶具を用いる必要もない。この点でも、組み立て作業を容易かつ迅速に行うことが可能な風力発電システムを得ることができる。
【００１１】
この発明の第３の局面による回転電機の製造方法は、回転軸部と、回転軸部に接続されたロータコアを含むロータと、ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを含むステータと、ロータとステータとが収納される凹部が設けられた筐体と、筐体に設けられ回転軸部を回転可能に支持する回転軸支持部とを備えた回転電機の製造方法であって、ロータコアの回転軸支持部側の端部から、回転軸部が回転軸支持部に挿入される際に回転軸支持部に最初に接触する部分までの回転軸部が延びる方向の長さを、回転軸支持部のステータ側の端部から、ステータコアの回転軸支持部とは反対側の端部までの回転軸部が延びる方向の長さよりも大きくなるように構成することによって、ロータコアとステータコアとが半径方向に対向しない状態で、回転軸部と回転軸支持部のステータ側の端部とを接触させるステップと、ロータコアとステータコアとが接触しない状態を維持しながら、回転軸部を回転軸支持部に挿入するステップとを備え、ロータは、回転軸支持部により片持ち状に回転可能に支持されている。
【００１２】
この第３の局面による回転電機の製造方法では、上記のように、ロータコアとステータコアとが半径方向に対向しない状態で、回転軸部と回転軸支持部のステータ側の端部とを接触させるステップと、ロータコアとステータコアとが接触しない状態を維持しながら、回転軸部を回転軸支持部に挿入するステップとを備える。これにより、回転軸部が回転軸支持部に最初に接触した状態では、ロータコアとステータコアとが半径方向に対向しない。そして、その後回転軸支持部をガイドとして回転軸部を回転軸支持部に挿入することにより、ロータコアとステータコアとが半径方向に対向しても、ロータコアに含まれる永久磁石の磁力によってロータコアがステータコア側に移動するのが回転軸支持部により抑制される。その結果、ロータとステータコアとが磁力によって引っ張り合って接触してしまうのが抑制されるので、組み立てを容易かつ迅速に行うことができる。また、本発明の長さ関係になるように回転軸部の長さなどを調節するだけで、ロータとステータコアとが磁力によって引っ張り合って接触してしまうのが抑制されるので、ロータの移動を抑制するようにロータを固定するための専用の冶具を用いる必要もない。この点でも、組み立て作業を容易かつ迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態による風力発電システムの全体構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態による風力発電システムの発電機の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による発電機の軸受の断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による発電機のロータを筐体に取り付ける前の状態を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態による発電機のロータが筐体に接触した状態を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態による発電機のロータが筐体に回転軸支持孔に挿入された状態を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態による発電機のロータが筐体に取り付けられた状態を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態による発電機の断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態による発電機のロータを筐体に取り付ける前の状態を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による発電機のロータが筐体に接触した状態を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施形態による発電機のロータが筐体に軸受に挿入された状態を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施形態による発電機のロータが筐体に取り付けられた状態を示す図である。
【図１３】本発明の第１および第２実施形態の変形例による風力発電システムの全体構成を示す図である。
【図１４】本発明の第１および第２実施形態の変形例による発電機の軸受の断面図である。
【図１５】本発明の第２実施形態の変形例による発電機の回転軸の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
まず、図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態による風力発電システム１００の構成について説明する。なお、第１実施形態では、風力発電システム１００に用いる本発明の回転電機を発電機１に適用する例について説明する。
【００１６】
図１に示すように、風力発電システム１００は、発電機１と、発電機１を収納するためのナセル２と、ロータハブ３と、ブレード４と、タワー５とによって構成されている。発電機１は、ナセル２に収納されている。また、ロータハブ３は、発電機１の後述する回転軸３３に取り付けられている。また、ロータハブ３には、複数のブレード４が取り付けられている。また、ナセル２は、タワー（支持柱）５に取り付けられている。
【００１７】
図４に示すように、発電機１は、筐体１１と、ステータ２１と、ロータ３１とによって構成されている。筐体１１は、円柱形状に形成されている。また、筐体１１には、ステータ２１とロータ３１とが収納される凹部１２が設けられている。また、筐体１１の凹部１２には、ロータ３１の回転軸３３を挿入するための回転軸支持孔１３が設けられている。また、筐体１１の凹部１２には、後述するネジ４２を通すための貫通孔からなるネジ挿入孔１３ａが設けられている。また、筐体１１の凹部１２を覆うように、蓋部１４（図２参照）が設けられている。なお、回転軸支持孔１３は、本発明の「回転軸支持部」および「第１回転軸支持孔」の一例である。
【００１８】
ステータ２１は、ステータコア２２と、巻線２３とから構成されている。ステータコア２２は、たとえば、積層されたケイ素鋼板からなる。また、ステータコア２２には、複数のスロット（図示せず）が設けられている。また、巻線２３は、ステータコア２２のスロット内に収納されている。また、巻線２３は、たとえばＵ相、Ｖ相およびＷ相の３相電流を通電可能な複数の巻線から構成されている。
【００１９】
ロータ３１は、ロータコア３２と、回転軸３３とを含んでいる。ロータコア３２は、扁平な円柱形状を有し、回転軸３３に接続されている。なお、回転軸３３は、ロータコア３２のステータ２１の回転軸支持孔１３側（矢印Ｚ１方向）にのみ突出して延びるように設けられている。これにより、第１実施形態では、回転軸３３は、ステータ２１の回転軸支持孔１３により片持ち状に回転可能に支持されている。また、ロータコア３２は、たとえば積層されたケイ素鋼板からなるとともに、ロータコア３２には、外周部に永久磁石３２ａが設けられている。また、回転軸３３の先端側（矢印Ｚ１方向側）には、後述する軸受ナット３８を螺合するためのネジ部３４が設けられている。なお、回転軸３３は、本発明の「回転軸部」および「第１回転軸」の一例である。
【００２０】
また、図３に示すように、回転軸３３には、第１玉軸受３５と第２玉軸受３６とが予め取り付けられている。これにより、軸受が１つの場合と比べて、回転軸３３のＸ方向の移動をより規制することが可能となる。また、第１玉軸受３５は、内輪３５ａと、外輪３５ｂと、ボール３５ｃとにより構成されている。また、第２玉軸受３６は、内輪３６ａと、外輪３６ｂと、ボール３６ｃとにより構成されている。なお、第１玉軸受３５と第２玉軸受３６との間には、カラー３７が設けられている。そして、カラー３７により、第１玉軸受３５と第２玉軸受３６との間の間隔が所定の間隔に保持されている。なお、第１玉軸受３５および第２玉軸受３６は、本発明の「回転軸支持部」および「第１軸受」の一例である。
【００２１】
また、回転軸３３の矢印Ｚ２方向側の直径Ｄ１は、回転軸３３の矢印Ｚ１方向側の直径Ｄ２よりも大きくなるように構成されている。そして、第１玉軸受３５および第２玉軸受３６の内径は、Ｄ２である。これにより、第１玉軸受３５と第２玉軸受３６とは、直径Ｄ１を有する回転軸３３の部分と、直径Ｄ２を有する回転軸３３の部分との境界の段差部３３ａにより、矢印Ｚ２方向側の移動が規制されている。また、第１玉軸受３５と第２玉軸受３６とは、軸受ナット３８が回転軸３３に螺号されることにより、矢印Ｚ１方向側の移動が規制されている。
【００２２】
ここで、第１実施形態では、回転軸３３の段差部３３ａと軸受ナット３８とにより、第１玉軸受３５および第２玉軸受３６ならびにカラー３７が挟み込まれることによって、第１玉軸受３５の内輪３５ａには、矢印Ｚ１方向に応力がかけられている。また、第１玉軸受３５の外輪３５ｂには、内輪３５ａとは反対の矢印Ｚ２方向に応力がかけられている。また、第２玉軸受３６の内輪３６ａには、矢印Ｚ２方向に応力がかけられている。また、第２玉軸受３６の外輪３６ｂには、内輪３６ａとは反対の矢印Ｚ１方向に応力がかけられている。これにより、ボール３５ｃには、Ａ点とＢ点とに力がかかる。また、ボール３６ｃには、Ｃ点とＤ点とに力がかかる。上記のように応力を付与することにより第１玉軸受３５および第２玉軸受３６のガタ（遊び）をなくすように構成されている。
【００２３】
また、図２に示すように、筐体１１の凹部１２の内底面には、ネジ部を有する軸受押え４１が設けられている。そして、軸受押え４１のネジ部にネジ４２を螺合することにより、第１玉軸受３５と第２玉軸受３６とが、筐体１１の凹部１２に固定されている。
【００２４】
ここで、第１実施形態では、図４に示すように、ロータコア３２の回転軸支持孔１３側（矢印Ｚ１方向側）の端部３２ｂから、回転軸３３が回転軸支持孔１３に挿入される際に第２玉軸受３６が回転軸支持孔１３に最初に接触する部分（第２玉軸受３６の矢印Ｚ１方向側の端部３６ｄ）までの回転軸３３が延びる方向（Ｚ方向）の長さＬ１は、回転軸支持孔１３のステータ２１側の端部１３ｂから、ステータコア２２の回転軸支持孔１３とは反対側（矢印Ｚ２方向側）の端部２２ａまでの回転軸３３が延びる方向（Ｚ方向）の長さＬ２よりも大きくなる（Ｌ１＞Ｌ２）ように構成されている。言い換えると、ロータコア３２の回転軸支持孔１３側の端部３２ｂから、第２玉軸受３６の矢印Ｚ１方向側の端部３６ｄまでのＺ方向の長さＬ１は、回転軸支持孔１３のステータ２１側の端部１３ｂからステータコア２２の回転軸支持孔１３側の端部２２ｂまでのＺ方向の長さＬ３と、ステータコア２２のＺ方向の長さＬ４（ステータコア２２の厚み）との合計の長さよりも大きくなる（Ｌ１＞Ｌ３＋Ｌ４）ように構成されている。
【００２５】
また、第１実施形態では、ロータコア３２の回転軸支持孔１３側の端部３２ｂから、第２玉軸受３６の矢印Ｚ１方向側の端部３６ｄまでのＺ方向の長さＬ１は、回転軸支持孔１３のステータ２１側の端部１３ｂから、筐体１１の回転軸支持孔１３とは反対側（矢印Ｚ２方向側）の端部１１ａまでのＺ方向の長さＬ５よりも大きくなる（Ｌ１＞Ｌ５）ように構成されている。
【００２６】
次に、図４〜図７を参照して、ロータ３１を筐体１１に取り付ける際の組立方法（製造方法）について説明する。
【００２７】
図４に示すように、人手またはクレーンなどにより、ロータ３１を筐体１１の矢印Ｚ２方向側に配置する。このとき、回転軸３３の半径方向の中心線Ｃ２と、筐体１１の回転軸支持孔１３の半径方向の中心線Ｃ１とが略一致するように、ロータ３１を筐体１１の矢印Ｚ２方向側に配置する。このとき、第１玉軸受３５の矢印Ｚ２方向側の表面には、軸受押え４１が仮止めされている。
【００２８】
次に、図５に示すように、第２玉軸受３６の矢印Ｚ１方向側の端部３６ｄと回転軸支持孔１３のステータ２１側（矢印Ｚ２方向側）の端部１３ｂとを接触させる。このとき、ロータコア３２の回転軸支持孔１３側の端部３２ｂから、第２玉軸受３６の矢印Ｚ１方向側の端部３６ｄまでのＺ方向の長さＬ１が、回転軸支持孔１３のステータ２１側の端部１３ｂから、ステータコア２２の矢印Ｚ２方向側の端部２２ａまでのＺ方向の長さＬ２よりも大きい（Ｌ１＞Ｌ２（図４参照））ので、ロータコア３２とステータコア２２とが半径方向（Ｘ方向）に対向しない状態となる。これにより、ロータコア３２とステータコア２２とが永久磁石３２ａの磁力により引っ張り合って接触することはない。なお、図５に示した状態において、ロータコア３２の回転軸支持孔１３側の端部３２ｂから、ステータコア２２の矢印Ｚ２方向側の端部２２ａまでのＺ方向の長さ（間隔）Ｌ６は、ロータコア３２の大きさ（ロータコア３２の磁力の強さ）に応じて設定されており、比較的小さいロータコア３２の場合は、たとえば約５ｍｍ以上約１０ｍｍ以下に設定されており、比較的大きいロータコア３２の場合は、たとえば約３０ｍｍ以上約４０ｍｍ以下に設定されているが、これらの例示した寸法に限定されるものではない。
【００２９】
次に、図６に示すように、ロータコア３２とステータコア２２とが接触しない状態を維持しながら、回転軸支持孔１３をガイドとして回転軸３３（第１玉軸受３５および第２玉軸受３６）を回転軸支持孔１３に挿入する。なお、第２玉軸受３６の端部３６ｄが回転軸支持孔１３に挿入された状態では、回転軸３３のＸ方向（半径方向）の移動が回転軸支持孔１３により規制される。そして、図６に示すように、ロータコア３２の矢印Ｚ１方向側の端部３２ｂが、ステータコア２２の矢印Ｚ２方向側の端部２２ａと同じ高さになった状態では、第２玉軸受３６が完全に回転軸支持孔１３に嵌まり込んでいるので、回転軸３３の半径方向の移動が完全に規制される。これにより、回転軸３３の挿入時において、ロータコア３２とステータコア２２とが永久磁石３２ａの磁力により引っ張り合って接触するのが抑制される。そして、図７に示すように、ロータコア３２とステータコア２２とが接触しない状態を維持しながら回転軸支持孔１３をガイドとして第１玉軸受３５が回転軸支持孔１３に嵌まり込むまで、回転軸３３を回転軸支持孔１３に挿入する。その後、軸受押え４１とネジ４２とを螺合する。これにより、第１玉軸受３５および第２玉軸受３６が回転軸支持孔１３に固定されるので、ロータ３１が、筐体１１の凹部１２に回転可能に固定される。その後、図２に示すように、筐体１１に蓋部１４が取り付けられることにより、第１実施形態による発電機１の組み立て作業が完了する。
【００３０】
第１実施形態では、上記のように、ロータコア３２の回転軸支持孔１３側（矢印Ｚ１方向側）の端部３２ｂから、第２玉軸受３６の矢印Ｚ１方向側の端部３６ｄまでの回転軸３３が延びる方向（Ｚ方向）の長さＬ１を、回転軸支持孔１３のステータ２１側の端部１３ｂから、ステータコア２２の回転軸支持孔１３とは反対側（矢印Ｚ２方向側）の端部２２ａまでの回転軸３３が延びる方向（Ｚ方向）の長さＬ２よりも大きく（Ｌ１＞Ｌ２）する。これにより、第２玉軸受３６が回転軸支持孔１３に最初に接触した状態では、ロータコア３２とステータコア２２とが半径方向に対向しない。そして、その後回転軸支持孔１３をガイドとして回転軸３３を回転軸支持孔１３に挿入することにより、ロータコア３２とステータコア２２とが半径方向に対向しても、ロータコア３２に含まれる永久磁石３２ａの磁力によってロータコア３２がステータコア２２側に移動するのが回転軸支持孔１３により抑制される。その結果、ロータ３１とステータコア２２とが磁力によって引っ張り合って接触してしまうのが抑制されるので、組み立てを容易かつ迅速に行うことができる。また、上記の長さ関係になるように回転軸３３の長さなどを調節するだけで、ロータ３１とステータコア２２とが磁力によって引っ張り合って接触してしまうのが抑制されるので、ロータ３１の移動を抑制するようにロータ３１を固定するための専用の冶具を用いる必要もない。この点でも、組み立て作業を容易かつ迅速に行うことができる。
【００３１】
また、第１実施形態では、上記のように、回転軸３３を、回転軸支持孔１３により片持ち状に回転可能に支持する。これにより、回転軸３３の両方の端部側に軸受を設けて、回転軸３３を両持ち状に支持する場合と異なり、回転軸３３が片側にのみ設けられている分、発電機１の軸方向の大きさを小さく（薄型化、小型化）することができる。その結果、発電機１を軽量化することができる。また、軸受が片側にのみ設けられているので、発電機１を構成する部品点数を少なくすることができる。また、発電機１が薄型化、小型化および軽量化されることにより、発電機１を風力発電システム１００に取り付ける際に、作業が容易になる。また、風力発電システム１００に取り付けた発電機１を取り外して地上に降ろす際にも作業が容易となる。その結果、風力発電システム１００のメンテナンスを容易に行うことができる。
【００３２】
また、第１実施形態では、上記のように、ロータコア３２の回転軸支持孔１３側の端部３２ｂから、第２玉軸受３６が回転軸支持孔１３に挿入される際に第２玉軸受３６が回転軸支持孔１３に最初に接触する部分までの回転軸３３が延びる方向の長さＬ１を、回転軸支持孔１３のステータ２１側の端部１３ｂからステータコア２２の回転軸支持孔１３側の端部２２ｂまでの回転軸３３が延びる方向の長さＬ３と、ステータコア２２の回転軸３３が延びる方向の長さＬ４との合計の長さよりも大きくなるように構成する。これにより、第２玉軸受３６が回転軸支持孔１３に最初に接触した状態では、ロータコア３２とステータコア２２とが半径方向に対向しないようにすることができる。
【００３３】
また、第１実施形態では、上記のように、ロータコア３２の回転軸支持孔１３側の端部３２ｂから、第２玉軸受３６が回転軸支持孔１３に挿入される際に第２玉軸受３６が回転軸支持孔１３に最初に接触する部分までの回転軸３３が延びる方向の長さＬ１を、回転軸支持孔１３のステータ２１側の端部１３ｂから、筐体１１の回転軸支持孔１３とは反対側の端部１１ａまでの回転軸３３が延びる方向の長さＬ５よりも大きくなるように構成する。これにより、第２玉軸受３６の矢印Ｚ１方向側の端部３６ｄと回転軸支持孔１３のステータ２１側（矢印Ｚ２方向側）の端部１３ｂとが接触した状態で、ロータコア３２とステータコア２２との間のＺ方向の距離をより大きくすることができるので、ロータコア３２とステータコア２２とが永久磁石３２ａの磁力により接触するのをより抑制することができる。
【００３４】
また、第１実施形態では、上記のように、第１玉軸受３５の内輪３５ａと外輪３５ｂとには、それぞれ、回転軸３３が延びる方向に沿って互いに逆方向の応力がかかるように構成する。また、第２玉軸受３６の内輪３６ａと外輪３６ｂとには、それぞれ、回転軸３３が延びる方向に沿って互いに逆方向の応力がかかるように構成する。これにより、第１玉軸受３５（第２玉軸受３６）のボール３５ｃ（ボール３６ｃ）には、軸方向の一方側と他方側とから力がかかるので、第１玉軸受３５および第２玉軸受３６のガタ（遊び）をなくすことができ、その結果、回転軸３３の軸方向（Ｚ方向）の移動を規制することができる。
【００３５】
（第２実施形態）
次に、図８および図９を参照して、第２実施形態の発電機１ａについて説明する。この第２実施形態では、上記第１玉軸受３５および第２玉軸受３６が予め回転軸３３に取り付けられている第１実施形態と異なり、第１玉軸受５５および第２玉軸受５６が、予め回転軸支持孔５３に取り付けられている。なお、第２実施形態の風力発電システムの全体構成は、上記第１実施形態（図１参照）と同様である。
【００３６】
図９に示すように、第２実施形態の発電機１ａは、筐体５１と、ステータ６１と、ロータ７１とによって構成されている。筐体５１は、円柱形状に形成されている。また、筐体５１には、ステータ６１とロータ７１とが収納される凹部５２が設けられている。また、凹部５２の底面には、ロータ７１の回転軸７３を挿入するための回転軸支持孔５３が設けられている。また、筐体５１の凹部５２を覆うように、蓋部５４（図８参照）が設けられている。なお、回転軸支持孔５３は、本発明の「回転軸支持部」および「第２回転軸支持孔」の一例である。
【００３７】
ステータ６１は、ステータコア６２と、巻線６３とから構成されている。ステータコア６２は、たとえば、積層されたケイ素鋼板からなる。また、ステータコア６２には、複数のスロット（図示せず）が設けられている。また、巻線６３は、ステータコア６２のスロット内に収納されている。また、巻線６３は、たとえばＵ相、Ｖ相およびＷ相の３相電流を通電可能な複数の巻線から構成されている。
【００３８】
ロータ７１は、ロータコア７２と回転軸７３とを含んでいる。ロータコア７２は、積層されたケイ素鋼板などからなる扁平な円柱形状を有し、回転軸７３に接続されている。また、ロータコア７２の外周部には、永久磁石７２ａが設けられている。なお、回転軸７３は、ロータコア７２のステータ６１の回転軸支持孔５３側（矢印Ｚ１方向）にのみ突出して延びるように設けられている。これにより、第２実施形態では、回転軸７３は、ステータ６１の回転軸支持孔５３により片持ち状に回転可能に支持されている。また、回転軸７３のロータコア７２側（矢印Ｚ２方向側）には、回転軸７３の矢印Ｚ１方向側の移動を規制するＣリングまたはＥリングなどからなる抜け止め７４が設けられている。なお、回転軸７３は、本発明の「回転軸部」および「第２回転軸」の一例である。
【００３９】
また、第１玉軸受５５および第２玉軸受５６は、筐体５１の回転軸支持孔５３にたとえば圧入することにより予め取り付けられている。また、第１玉軸受５５および第２玉軸受５６は、本発明の「回転軸支持部」および「第２軸受」の一例である。なお、第１玉軸受５５と第２玉軸受５６との間には、カラー５７が設けられている。そして、カラー５７により、第１玉軸受５５と第２玉軸受５６との間の間隔が所定の間隔に保持されている。また、第１玉軸受５５および第２玉軸受５６の詳細な構成は、上記第１実施形態の第１玉軸受３５および第２玉軸受３６（図３参照）と同様である。また、第１玉軸受５５、カラー５７および第２玉軸受５６は、凹部５２に設けられるネジ挿入孔５３ａにネジ７７を通して、軸受押え７６とネジ７７とを螺合することにより、凹部５２に固定されている。
【００４０】
また、図８に示すように、回転軸７３の先端側（矢印Ｚ１方向側）には、ＣリングまたはＥリングなどからなる抜け止め７５が取り付けられている。この抜け止め７５によって、回転軸７３が矢印Ｚ２方向に移動するのが抑制される。なお、抜け止め７５としては、軸受ナット、軸押さえ部品など、様々なものを採用できる。
【００４１】
ここで、第２実施形態では、図９に示すように、ロータコア７２の回転軸支持孔５３側の端部７２ｂから、回転軸７３が第１玉軸受５５に挿入される際に回転軸７３が第１玉軸受５５に最初に接触する部分（回転軸７３の矢印Ｚ１方向側の先端７３ａ）までの回転軸７３が延びる方向（Ｚ方向）の長さＬ７は、第１玉軸受５５のステータ６１側の端部５５ａから、ステータコア６２の第１玉軸受５５とは反対側（矢印Ｚ２方向側）の端部６２ａまでの回転軸７３が延びる方向（Ｚ方向）の長さＬ８よりも大きくなる（Ｌ７＞Ｌ８）ように構成されている。言い換えると、ロータコア７２の第１玉軸受５５側の端部７２ｂから、回転軸７３の矢印Ｚ１方向側の先端７３ａまでのＺ方向の長さＬ７は、第１玉軸受５５のステータ６１側の端部５５ａからステータコア６２の第１玉軸受５５側の端部６２ｂまでのＺ方向の長さＬ９と、ステータコア６２のＺ方向の長さ（ステータコア６２の厚み）Ｌ１０との合計の長さよりも大きくなる（Ｌ７＞Ｌ９＋Ｌ１０）ように構成されている。
【００４２】
また、第２実施形態では、ロータコア７２の第１玉軸受５５側の端部７２ｂから、回転軸７３の矢印Ｚ１方向側の先端７３ａまでのＺ方向の長さＬ７は、第１玉軸受５５のステータ６１側の端部５５ａから、筐体５１の第１玉軸受５５とは反対側（矢印Ｚ２方向側）の端部５１ａまでのＺ方向の長さＬ１１よりも大きくなる（Ｌ７＞Ｌ１１）ように構成されている。
【００４３】
次に、図９〜図１２を参照して、ロータ７１を筐体５１に取り付ける際の組立方法（製造方法）について説明する。
【００４４】
図９に示すように、人手またはクレーンなどにより、ロータ７１を筐体５１の矢印Ｚ２方向側に配置する。このとき、回転軸７３の半径方向の中心線Ｃ４と、筐体５１の第１玉軸受５５の半径方向の中心線Ｃ３とが略一致するように、ロータ７１を筐体５１の矢印Ｚ２方向側に配置する。
【００４５】
次に、図１０に示すように、回転軸７３の矢印Ｚ１方向側の先端７３ａと第１玉軸受５５のステータ６１側（矢印Ｚ２方向側）の端部５５ａとを接触させる。このとき、ロータコア７２の第１玉軸受５５側の端部７２ｂから、回転軸７３の矢印Ｚ１方向側の先端７３ａまでのＺ方向の長さＬ７が、第１玉軸受５５のステータ６１側の端部５５ａから、ステータコア６２の矢印Ｚ２方向側の端部６２ａまでのＺ方向の長さＬ８よりも大きい（Ｌ７＞Ｌ８（図９参照））ので、ロータコア７２とステータコア６２とが半径方向（Ｘ方向）に対向しない状態となる。これにより、ロータコア７２とステータコア６２とが永久磁石７２ａの磁力により引っ張り合って接触することはない。
【００４６】
次に、図１１に示すように、ロータコア７２とステータコア６２とが接触しない状態を維持しながら、第１玉軸受５５をガイドとして回転軸７３を第１玉軸受５５に挿入する。なお、回転軸７３が第１玉軸受５５に挿入された状態では、回転軸７３のＸ方向（半径方向）の移動が第１玉軸受５５により規制される。そして、図１１に示すように、ロータコア７２の矢印Ｚ１方向側の端部７２ｂが、ステータコア６２の矢印Ｚ２方向側の端部６２ａと同じ高さになった状態では、回転軸７３が完全に第１玉軸受５５に嵌まり込んでいるので、回転軸７３の半径方向の移動が完全に規制される。これにより、回転軸７３の挿入時において、ロータコア７２とステータコア６２とが永久磁石７２ａの磁力により引っ張り合って接触するのが抑制される。そして、図１２に示すように、ロータコア７２とステータコア６２とが接触しない状態を維持しながら第１玉軸受５５をガイドとして回転軸７３が第２玉軸受５６に嵌まり込むまで、回転軸７３を第２玉軸受５６に挿入する。その後、回転軸７３に抜け止め７５を取り付ける。これにより、ロータ７１が、筐体５１の凹部５２に固定される。その後、図８に示すように、筐体５１に蓋部５４が取り付けられることにより、第２実施形態による発電機１ａの組み立て作業が完了する。
【００４７】
第２実施形態では、上記のように、ロータコア７２の第１玉軸受５５側の端部７２ｂから、回転軸７３の矢印Ｚ１方向側の先端７３ａまでのＺ方向の長さＬ７を、第１玉軸受５５のステータ６１側の端部５５ａから、ステータコア６２の矢印Ｚ２方向側の端部６２ａまでのＺ方向の長さＬ８よりも大きく（Ｌ７＞Ｌ８）する。これにより、回転軸７３が第１玉軸受５５に最初に接触した状態では、ロータコア７２とステータコア６２とが半径方向に対向しない。そして、その後第１玉軸受５５をガイドとして回転軸７３を第２玉軸受５６に挿入することにより、ロータコア７２とステータコア６２とが半径方向に対向しても、ロータコア７２に含まれる永久磁石７２ａの磁力によってロータコア７２がステータコア６２側に移動するのが第１玉軸受５５および第２玉軸受５６により抑制される。その結果、ロータ７１とステータコア６２とが磁力によって引っ張り合って接触してしまうのが抑制されるので、組み立てを容易かつ迅速に行うことができる。また、上記の長さ関係になるように回転軸７３の長さなどを調節するだけで、ロータ７１とステータコア６２とが磁力によって引っ張り合って接触してしまうのが抑制されるので、ロータ７１の移動を抑制するようにロータ７１を固定するための専用の冶具を用いる必要もない。この点でも、組み立て作業を容易かつ迅速に行うことができる。
【００４８】
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００４９】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００５０】
たとえば、上記第１および第２実施形態では、本発明の回転電機を発電機に適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明の回転電機をモータに適用してもよい。
【００５１】
また、上記第１および第２実施形態では、風力発電システムの発電機に本発明を適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、風力発電システム以外の発電機に本発明を適用してもよい。
【００５２】
また、上記第１および第２実施形態では、ロータハブが発電機の回転軸に取り付けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１３に示す変形例による風力発電システム１０１のように、ロータハブ３と発電機１との間にギア１０２を設けてもよい。
【００５３】
また、上記第１および第２実施形態では、軸受が、玉軸受から構成される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１４に示すように、軸受を、第１円錐軸受８１と第２円錐軸受８２とによって構成してもよい。なお、第１円錐軸受８１および第２円錐軸受８２は、本発明の「回転軸部」および「第１軸受」の一例である。
【００５４】
また、上記第１および第２実施形態では、回転軸が、一体の回転軸により構成される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１５に示すように、回転軸９１をロータコア９２に接続される第１部分９１ａと、第１部分９１ａにボルト９３によって接合される第２部分９１ｂとによって構成してもよい。これにより、第２部分９１ｂの長さを調整することにより、容易に、回転軸９１の長さを調整することができる。その結果、発電機の筐体、ステータおよびロータなど大きさに合わせて、ロータコア９２とステータコアとが半径方向に対向しない状態で、回転軸９１を孔部に挿入できるように、容易に、回転軸９１の長さを調整することができる。なお、回転軸９１は、本発明の「回転軸部」および「第２回転軸」の一例である。
【００５５】
また、上記第１および第２実施形態では、回転軸が、片持ち状に回転可能に支持されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、回転軸が両持ち状に回転可能に支持されている場合にも適用可能である。
【００５６】
また、上記第１および第２実施形態では、ロータがステータの内側に配置されるインナーロータタイプの発電機に本発明を適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、ロータがステータの外側に配置されるアウターロータタイプの発電機にも適用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１、１ａ  発電機
４  ブレード
１１、５１  筐体
１３  回転軸支持孔（回転軸支持部、第１回転軸支持孔）
２１、６１  ステータ
２２、６２  ステータコア
３１、７１  ロータ
３２、７２、９２  ロータコア
３３  回転軸（回転軸部、第１回転軸）
３５  第１玉軸受（回転軸支持部、第１軸受）
３５ａ、３６ａ  内輪
３５ｂ、３６ｂ  外輪
３６  第２玉軸受（回転軸支持部、第１軸受）
５３  孔部（回転軸支持部、第２回転軸支持孔）
５５  第１玉軸受（回転軸支持部、第２軸受）
５６  第２玉軸受（回転軸支持部、第２軸受）
７３、９１  回転軸（回転軸部、第２回転軸）
８１  第１円錐軸受（回転軸支持部、第１軸受）
８２  第２円錐軸受（回転軸支持部、第１軸受）
９１ａ  第１部分
９１ｂ  第２部分
１００、１０１  風力発電システム
【要約】
【課題】組み立て作業を容易かつ迅速に行うことが可能な回転電機を提供する。
【解決手段】この発電機１は、ロータコア３２および回転軸３３を含むロータ３１と、ロータコア３２と半径方向に対向するように配置されるステータコア２２を含むステータ２１と、ロータ３１の回転軸３３を回転可能に支持する回転軸支持孔１３とを備え、ロータコア３２の回転軸支持孔１３側の端部３２ｂから、第２玉軸受３６が回転軸支持孔１３に挿入される際に回転軸支持孔１３に最初に接触する部分までの回転軸３３が延びる方向の長さＬ１は、回転軸支持孔１３のステータ２１側の端部１３ｂから、ステータコア２２の回転軸支持孔１３とは反対側の端部２２ａまでの回転軸３３が延びる方向の長さＬ２よりも大きくなるように構成されている。
【選択図】図４【図１】
0004730475.tif 000002
【図２】
0004730475.tif 000003
【図３】
0004730475.tif 000004
【図４】
0004730475.tif 000005
【図５】
0004730475.tif 000006
【図６】
0004730475.tif 000007
【図７】
0004730475.tif 000008
【図８】
0004730475.tif 000009
【図９】
0004730475.tif 000010
【図１０】
0004730475.tif 000011
【図１１】
0004730475.tif 000012
【図１２】
0004730475.tif 000013
【図１３】
0004730475.tif 000014
【図１４】
0004730475.tif 000015
【図１５】
0004730475.tif 000016