(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸部と、前記回転軸部を取り囲むロータヨークと、前記ロータヨークの外周面上に配置され、複数の永久磁石が間隔を隔てて周状に埋め込まれるロータコアとを含むロータと、
前記ロータの外周面に対向するように配置されるステータとを備え、
前記ロータコアは、複数のコア部を含むように周方向に分割可能に構成され、
前記複数のコア部の境界部分に配置された締結部材が当該境界部分の内周部を前記ロータヨークの外周面に押し付けることにより、前記ロータヨークと前記ロータコアの内周部とが締結されている、回転電機。
【請求項２】
前記ロータコアは、前記ロータヨークの外周面上に配置される内周面を有する円筒形状に形成されており、
前記複数のコア部は、それぞれ、円筒形状を略等角度間隔に分割した略同一の形状を有するように形成されている、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記ロータコアは、永久磁石を有する複数の第１磁極部と、前記永久磁石を有さない複数の第２磁極部とが１つずつ交互に周状に配置されることにより構成されており、
前記締結部材は、前記ロータコアの内周部の前記第２磁極部に対応する部分に配置されている、請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記締結部材は、ナットと、前記ナットに螺合されるボルトとを含み、
前記ナットは、前記ロータコア側に軸方向に延びるとともに、軸方向に沿って複数の螺合部分を含み、
前記ボルトは、前記ナットの延びる方向に沿って複数配置されているとともに、前記ナットの複数の螺合部分に螺合されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記ロータコアの内周部には、前記ナットを挿入するナット挿入穴と、前記ナット挿入穴と前記ロータコアの内周面とを接続する溝部とが設けられており、
前記ナット挿入穴および前記溝部は、前記ロータコアの軸方向に延びるように設けられているとともに、前記溝部の溝幅は、前記ナット挿入穴の穴幅よりも小さくなるように形成されており、
複数の前記ボルトは、軸方向に延びる前記溝部を介して前記ナット挿入穴に挿入された前記ナットの複数の螺合部分に螺合されている、請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記ロータは、前記回転軸部を取り囲むとともに、前記ロータヨークの内周面に接する円板状の支持部材をさらに含み、
前記ロータヨークは、軸方向の長さが前記円板状の支持部材の厚みよりも大きい円筒形状に形成されているとともに、前記円筒形状のロータヨークの内周面のうちの前記支持部材からはみ出した部分に軸方向に沿って形成された複数のボルト挿入穴を含み、
複数の前記ボルトは、前記複数のボルト挿入穴を介して前記ロータコア側に軸方向に延びるように配置された前記ナットの複数の螺合部分に螺合されている、請求項４または５に記載の回転電機。
【請求項７】
前記ロータコアの内周部には、軸方向に延びる第１キー挿入溝が形成されており、
前記ロータヨークの外周面には、前記ロータコアの前記第１キー挿入溝に対応するように第２キー挿入溝が形成されており、
前記第１キー挿入溝と前記第２キー挿入溝とからなるキー挿入穴には、キー部材が挿入されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
ロータと、前記ロータの外周面に対向するように配置されるステータとを含む発電機と、
前記発電機の前記ロータの前記回転軸部に接続されるブレードとを備え、
前記ロータは、
回転軸部と、
前記回転軸部を取り囲むロータヨークと、
前記ロータヨークの外周面上に配置され、複数の永久磁石が間隔を隔てて周状に埋め込まれるロータコアとを含み、
前記ロータコアは、複数のコア部を含むように周方向に分割可能に構成され、
前記複数のコア部の境界部分に配置された締結部材が当該境界部分の内周部を前記ロータヨークの外周面に押し付けることにより、前記ロータヨークと前記ロータコアの内周部とが締結されている、風力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機および風力発電システムに関し、特に、複数の永久磁石が間隔を隔てて周状に埋め込まれるロータコアを含むロータを備える回転電機および風力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の永久磁石が間隔を隔てて周状に埋め込まれるロータコアを含むロータ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、複数の希土類磁石（永久磁石）が間隔を隔てて周状に埋め込まれる鉄心（ロータコア）を含むロータを備えるＩＰＭモータ（回転電機）が開示されている。このＩＰＭモータのロータの組み立てでは、鉄心の内周部に回転軸が焼き嵌めされることにより、回転軸が鉄心に固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３２４７３８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に開示されたＩＰＭモータでは、ロータの組み立ての際に鉄心と回転軸との焼き嵌めを行っているため、組み立て後にロータに焼き嵌めの熱による残留応力（焼き嵌め応力）が発生してしまうという不都合がある。このように、ロータの組み立ての際に焼き嵌めを行う場合では、ロータ残留応力が発生する分、ロータの耐久性が低下するという問題点がある。また、ロータの組み立ての際に焼き嵌めを行う場合では、焼き嵌めのための加熱設備が必要になるという問題点もある。
【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、ロータの耐久性を高め、かつ、簡易な方法でロータの組み立てを行うことが可能な回転電機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の局面における回転電機は、回転軸部と、回転軸部を取り囲むロータヨークと、ロータヨークの外周面上に配置され、複数の永久磁石が間隔を隔てて周状に埋め込まれるロータコアとを含むロータと、ロータの外周面に対向するように配置されるステータとを備え、ロータコアは、複数のコア部を含むように周方向に分割可能に構成され、複数のコア部の境界部分に配置された締結部材が当該境界部分の内周部をロータヨークの外周面に押し付けることにより、ロータヨークとロータコアの内周部とが締結されている。
【０００８】
この発明の第１の局面による回転電機では、上記のように、ロータヨークとロータコアの内周部とを締結部材により締結する。これにより、ロータの組み立てを行う際に、ロータコアとロータヨークとを焼き嵌めにより固定する場合と異なり、組み立て後のロータに焼き嵌めの熱による残留応力が発生することがないので、ロータの耐久性を高めることができる。また、焼き嵌めを行うための加熱設備が必要ないので、簡易な方法でロータの組み立てを行うことができる。
【０００９】
この発明の第２の局面における風力発電システムは、ロータと、ロータの外周面に対向するように配置されるステータとを含む発電機と、発電機のロータの回転軸部に接続されるブレードとを備え、ロータは、回転軸部と、回転軸部を取り囲むロータヨークと、ロータヨークの外周面上に配置され、複数の永久磁石が間隔を隔てて周状に埋め込まれるロータコアとを含み、ロータコアは、複数のコア部を含むように周方向に分割可能に構成され、複数のコア部の境界部分に配置された締結部材が当該境界部分の内周部をロータヨークの外周面に押し付けることにより、ロータヨークとロータコアの内周部とが締結されている。
【００１０】
この発明の第２の局面による風力発電システムでは、上記のように、発電機のロータのロータヨークとロータコアの内周部とを締結部材により締結する。これにより、ロータの組み立てを行う際に、ロータコアとロータヨークとを焼き嵌めにより固定する場合と異なり、組み立て後のロータに焼き嵌めの熱による残留応力が発生することがないので、ロータの耐久性を高めることができる。また、焼き嵌めを行うための加熱設備が必要ないので、簡易な方法でロータの組み立てを行うことができる。ここで、一般に、風力発電システムは、長期間に渡って使用されるため、高い耐久性が求められる。また、一般に、風力発電システムの発電機に使用されるロータは、サイズが大きいため、ロータの組み立てが困難である。この場合に、本発明では、ロータの耐久性を高め、かつ、簡易な方法でロータの組み立てを行うことができるので、風力発電システムに適した発電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態による風力発電システムの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態による発電機のステータおよびロータを図１のＡ方向側から見た図である。
【図３】図２の拡大図である。
【図４】図３を図１のＢ方向側から見た拡大図である。
【図５】図３および図４の５０−５０線に沿った断面図である。
【図６】図３および図４の１５０−１５０線に沿った断面図である。
【図７】本発明の一実施形態による発電機のロータコアを構成するコア部を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態による発電機のロータコアをロータヨークに取り付ける際に用いるナット部材を示す斜視図である。
【図９】本発明の一実施形態による発電機のロータコアとロータヨークとを締結する手順を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態による発電機のロータコアとロータヨークとをキー部材により固定する手順を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態の変形例による風力発電システムの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態による発電機１を含む風力発電システム１００の構成について説明する。なお、発電機１は、本発明の「回転電機」の一例である。
【００１４】
図１に示すように、風力発電システム１００は、発電機１と、ナセル２と、ロータハブ３と、ブレード４と、タワー（支持柱）５とにより構成されている。発電機１は、ナセル２の内部に収容されている。また、ロータハブ３は、発電機１の後述するシャフト２１に接続されている。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５に取り付けられている。
【００１５】
次に、図２〜図８を参照して、本発明の一実施形態による発電機１の構成について説明する。
【００１６】
図２に示すように、発電機１は、ステータ１０と、ロータ２０とを備えている。ステータ１０は、ロータ２０の外周面に対向するように所定の空間（ギャップ）を隔てて配置されている。また、ステータ１０は、ロータ２０を取り囲む円筒形状を有している。なお、ステータ１０は、複数のスロット１１ａが形成されたステータコア１１と、巻線１２とにより構成されている。これら複数のスロット１１ａは、ステータコア１１の内周に沿って略等角度間隔で配置されている。巻線１２は、スロット１１ａ間に、集中巻または分布巻によって巻回されている。
【００１７】
図２に示すように、ロータ２０は、シャフト２１と、ロータホイール２２と、ロータヨーク２３と、ロータコア２４とにより構成されている。なお、シャフト２０は、本発明の「回転軸部」の一例である。また、ロータホイール２２は、本発明の「支持部材」の一例である。
【００１８】
シャフト２１は、ロータホイール２２の中央部近傍に設けられるシャフト挿入穴２２ａに挿入されることにより、ロータ２０の中心を貫通してＸ方向（図１参照）（以下、軸方向と呼ぶ）に延びるように設けられている。また、ロータホイール２２は、シャフト２１を取り囲むとともに、ロータヨーク２３の内周面に接する円板状に形成されている。このロータホイール２２には、軸方向に貫通する複数の開口部２２ｂが設けられている。また、ロータヨーク２３は、シャフト２１を取り囲むとともに、円板状のロータホイール２２の外周部に接する内周面を有する円筒形状に形成されている。なお、図５および図６に示すように、円筒形状のロータヨーク２３の軸方向の長さＬは、円板状のロータホイール２２の厚みｔよりも大きくなるように構成されている。
【００１９】
ロータコア２４は、ロータヨーク２３の外周面上に配置される内周面を有する円筒形状を有している。また、ロータコア２４は、図５および図６に示すように、軸方向に重なるように積層された複数の電磁鋼板により構成されている。本実施形態では、ロータコア２４は、軸方向の中央部において２つに分割されている。すなわち、ロータコア２４は、軸方向に重なるように配置されたロータコア２４ａ（Ａ方向（図１参照）側のロータコア２４）と、ロータコア２４ｂ（Ｂ方向（図１参照）側のロータコア２４）とにより構成されている。
【００２０】
図２〜図４に示すように、ロータコア２４ａおよび２４ｂには、それぞれ、複数の永久磁石３０および３１が回転方向（以下、周方向と呼ぶ）に沿って間隔を隔てて周状に埋め込まれている。具体的には、図２および図３に示すように、ロータコア２４ａは、永久磁石３０を有する第１磁極部２４１ａと、永久磁石３０を有さない第２磁極部２４２ａとが１つずつ交互に周状に配置されることにより構成されている。同様に、図４に示すように、ロータコア２４ｂは、永久磁石３１を有する第１磁極部２４１ｂと、永久磁石３１を有さない第２磁極部２４２ｂとが１つずつ交互に周状に配置されることにより構成されている。
【００２１】
なお、後述するように、複数の永久磁石３０は、共に、半径方向の着磁方向が同一となるように着磁されている。また、複数の永久磁石３１は、共に、半径方向の着磁方向が同一（永久磁石３０とは反対の着磁方向）となるように着磁されている。一般に、このような半径方向の着磁方向が同一となるように周状に複数の永久磁石３０（３１）が配置されたロータコア２４ａ（２４ｂ）の構造は、コンシクエントポール構造と呼ばれている。
【００２２】
ここで、本実施形態では、図３および図４に示すように、第１磁極部２４１ａ（２４１ｂ）は、永久磁石３０の外周側を覆う磁石被覆部２４３と、永久磁石３０の両側端面を露出する２つの空隙２４４と、２つの空隙２４４のそれぞれに対応するように設けられる２つの連結部２４５とを含むように構成されている。
【００２３】
磁石被覆部２４３の外周側の表面は、軸方向から見て、永久磁石３０の中央部に対応する部分を頂部とする凸形状を有するように形成されている。また、空隙２４４の連結部２４５に対応する部分の第２磁極部２４２側の角部２４４ａは、円弧状の断面形状を有するように形成されている。また、連結部２４５は、磁石被覆部２４３と、第１磁極部部２４１ａ（２４１ｂ）に隣接する２つの第２磁極部部２４２ａ（２４２ｂ）とをロータコア２４ａ（２４ｂ）の外周に沿って連結する薄肉状に形成されている。なお、本実施形態では、連結部２４５の半径方向の厚みｔ１は、磁石被覆部２４３の半径方向の厚みｔ２よりも小さくなるように構成されている。たとえば、連結部２４５の半径方向の厚みｔ１は、約１ｍｍ以上約１．５ｍｍ以下であるとともに、磁石被覆部２４３の中央部の半径方向の厚みｔ２は、約３ｍｍ以上約４ｍｍ以下である。
【００２４】
また、本実施形態では、図３および図４に示すように、第１磁極部部２４１ａ（２４１ｂ）には、空隙２４４に連続するように、永久磁石３０（３１）を取り付けるための孔部２４６ａ（２６４ｂ）が設けられている。この孔部２４６ａ（２６４ｂ）には、永久磁石３０（３１）の後述する傾斜部３０ａ（３１ａ）と当接することにより係合する一対の係合部２４７が設けられている。これら一対の係合部２４７の間の周方向の幅は、ロータコア２４ａ（２４ｂ）の内周側から外周側に向かうにしたがって徐々に小さくなるように構成されている。ここで、永久磁石３０（３１）は、略台形形状の断面を有するように形成されている。具体的には、永久磁石３０（３１）の両側端面には、永久磁石３０（３１）の周方向の幅がロータコア２４ａ（２４ｂ）の内周側から外周側に向かうにしたがって徐々に小さくなるように傾斜部３０ａ（３１ａ）が設けられている。
【００２５】
なお、本実施形態では、ロータコア２４ａおよび２４ｂは、回転方向に所定の角度（電気角で１８０°）ずれた状態で軸方向に重なるように配置されている。すなわち、図５および図６に示すように、ロータコア２４ａおよび２４ｂは、ロータコア２４ａの第１磁極部２４１ａとロータコア２４ｂの第２磁極部２４２ｂとが対応するとともに、ロータコア２４ａの第２磁極部２４２ａとロータコア２４ｂの第１磁極部２４１ｂとが対応するように配置されている。なお、ロータコア２４ａおよび２４ｂの軸方向の長さは、それぞれ、ロータヨーク２３の軸方向の長さＬの半分（Ｌ／２）である。
【００２６】
また、本実施形態では、ロータコア２４ａの第１磁極部２４１ａに埋め込まれる永久磁石３０と、ロータコア２４ｂの第１磁極部２４１ｂに埋め込まれる永久磁石３１とは、外周側において互いに異なる極性を有するように着磁されている。具体的には、永久磁石３０は、ロータコア２４ａの外周側においてＮ極となるように着磁されており、永久磁石３１は、ロータコア２４ｂの外周側においてＳ極となるように着磁されている。
【００２７】
また、本実施形態では、図２〜図４に示すように、ロータコア２４ａ（２４ｂ）は、それぞれ、複数のコア部２５を含むように周方向に分割可能に構成されている。これら複数のコア部２５の各々は、コア部２５の外周に沿って隣接する３つの第１磁極部２４１ａ（２４１ｂ）を含むように構成されている。また、これら複数のコア部２５は、それぞれ、円筒形状のロータコア２４ａ（２４ｂ）を略等角度間隔に分割した略同一の形状を有するように形成されている。具体的には、これら複数のコア部２５は、それぞれ、軸方向から見て略円弧形状を有するように形成されている。
【００２８】
また、本実施形態では、図２〜図６に示すように、ロータコア２４ａ（２４ｂ）の内周部とロータヨーク２３とは、ナット４１と、ナット４１に螺合するボルト４２とにより締結されている。ナット４１およびボルト４２は、ロータコア２４ａ（２４ｂ）の内周部の第２磁極部２４２ａ（２４２ｂ）に対応する部分に配置されているとともに、ロータコア２４ａ（２４ｂ）を構成する複数のコア部２５の境界部分に配置されている。なお、ナット４１およびボルト４２は、本発明の「締結部材」の一例である。
【００２９】
ナット４１は、図５および図６に示すように、ロータコア２４ａ（２４ｂ）の内周部の後述するナット挿入穴２５ａに挿入され、ロータコア２４ａ（２４ｂ）側に軸方向に延びるように配置されている。このナット４１は、長さＬ／２を有する直方体形状（図８参照）に形成されている。また、このナット４１には、内面に雌ねじが形成されたねじ孔４１ａがナット４１の延びる方向（軸方向）に沿って複数（本実施形態では、２つ）設けられている。ボルト４２は、ロータヨーク２３の内周面の後述するボルト挿入穴２３ａに挿入されるとともに、ロータコア２４ａ（２４ｂ）を構成するコア部２５の後述する溝部２５ｂを介してナット４１のねじ孔４１ａに螺合するように構成されている。なお、ねじ孔４１ａは、本発明の「螺合部分」の一例である。
【００３０】
ナット挿入穴２５ａは、図３、図４および図７に示すように、ロータコア２４ａ（２４ｂ）を構成するコア部２５の内周部に複数設けられている。これら複数のナット挿入穴２５ａの各々は、軸方向から見てナット４１と略同じ大きさを有する矩形形状に形成されている。また、溝部２５ｂは、複数のナット挿入穴２５ａの各々に対応するように複数設けられている。これら複数の溝部２５ｂの各々は、ナット挿入穴２５ａとロータコア２４ａ（２４ｂ）のコア部２５の内周面とを接続する溝状に形成されている。なお、本実施形態では、溝部２５ｂの溝幅Ｗ１は、ナット挿入穴２５ａの穴幅Ｗ２よりも小さくなるように構成されている。また、複数のナット挿入穴２５ａおよび溝部２５ｂは、ロータコア２４ａ（２４ｂ）の周方向に沿って略等角度間隔で配置されている。また、図５および図６に示すように、複数のナット挿入穴２５ａおよび溝部２５ｂは、軸方向に沿って延びるように設けられている。
【００３１】
図５および図６に示すように、ボルト挿入穴２３ａは、円筒形状のロータヨーク２３の内周面のうちのロータホイール２２からはみ出した部分（ロータホイール２２とロータヨーク２３とが接している部分以外の部分）に、ロータヨーク２３の内周面と外周面とを貫通するように設けられている。このボルト挿入穴２３ａは、ナット挿入穴２５ａにナット４１が挿入された状態でナット４１とボルト４２とが螺合可能なように、ナット４１の延びる方向（軸方向）に沿って複数（本実施形態では、２つ）設けられている。
【００３２】
なお、本実施形態では、図３、図４および図６に示すように、ロータコア２４ａ（２４ｂ）を構成するコア部２５の内周面には、軸方向に延びる第１キー挿入溝２５ｃが形成されている。また、ロータヨーク２３の外周面には、第１キー挿入溝２５ｃに対応するように第２キー挿入溝２３ｂが形成されている。これら第１キー挿入溝２５ｃおよび第２キー挿入溝２３ｂからなるキー挿入穴６０には、平行キーなどからなるキー部材４３が挿入されている。このキー挿入穴６０は、ロータコア２４ａ（２４ｂ）の内周部とロータヨーク２３の外周部とが接する部分において、周方向に沿って略等角度間隔（図２参照）で複数配置されている。具体的には、キー挿入穴６０は、ロータコア２４ａ（２４ｂ）を構成するコア部２５の内周部の周方向に沿った方向の中央部近傍に配置されている。
【００３３】
次に、図２〜図１０を参照して、本発明の一実施形態による発電機１のロータ２０の組み立て手順について説明する。
【００３４】
まず、図２に示すように、シャフト２１を円板状のロータホイール２２のシャフト挿入穴２２ａに挿入するとともに、ロータホイール２２の外周部に円筒形状のロータヨーク２３を取り付ける。
【００３５】
次に、ロータヨーク２３の外周面上に、複数のコア部２５からなるロータコア２４（ロータコア２４ａおよび２４ｂ）を取り付ける。具体的には、略円弧形状の複数のコア部２５を、円筒形状のロータヨーク２３の外周面上に周状に組み合わせて配置する。これにより、ロータヨーク２３の外周面に接する内周面を有する円筒形状の２つのロータコア２４ａおよび２４ｂを構成する。
【００３６】
なお、このとき、ロータコア２４ａに埋め込まれた永久磁石３０と、ロータコア２４ｂに埋め込まれた永久磁石３１とが外周側において互いに異なる極性を有するようにロータコア２４ａおよび２４ｂを構成する。具体的には、ロータコア２４ａに埋め込む永久磁石３０の外周側の極性をＮ極とするとともに、ロータコア２４ｂに埋め込む永久磁石３１の外周側の極性をＳ極とするようにロータコア２４ａおよび２４ｂを構成する。
【００３７】
また、このとき、ロータコア２４ａとロータコア２４ｂとを回転方向に所定の角度（電気角で１８０°）ずらした状態で、ロータヨーク２３の外周面上にロータコア２４ａおよび２４ｂを軸方向に重ねて配置する。具体的には、ロータコア２４ａの第１磁極部２４１ａとロータコア２４ｂの第２磁極部２４２ｂとを対応させるとともに、ロータコア２４ａの第２磁極部２４２ａとロータコア２４ｂの第１磁極部２４１ｂとを対応させるように、ロータヨーク２３の外周面上にロータコア２４ａおよび２４ｂを配置する。
【００３８】
次に、ロータコア２４ａ（２４ｂ）を構成するコア部２５の内周部の溝部２５ｂと、ロータヨーク２３の内周面および外周面を貫通するボルト挿入穴２３ａとの位置を合わせる。また、ロータコア２４ａ（２４ｂ）のコア部２５の内周部の第１キー挿入溝２５ｃと、ロータヨーク２３の外周面の第２キー挿入溝２３ｂとの位置を合わせる。
【００３９】
次に、図９に示すように、ロータヨーク２３の外周面上に配置したロータコア２４ａ（２４ｂ）の内周部とロータヨーク２３とを、ナット４１およびボルト４２により締結する。具体的には、まず、ロータコア２４ａ（２４ｂ）の内周部に軸方向に沿って延びるように設けられたナット挿入穴２５ａに対して、直方体形状のナット４１（図８参照）を軸方向に挿入する。そして、ロータヨーク２３のボルト挿入穴２３ａに対してボルト４２をロータヨーク２３の内側から挿入する。そして、上記のように位置を合わせたロータヨーク２３のボルト挿入穴２３ａとロータコア２４ａ（２４ｂ）のコア部の溝部２５ｂとを介してナット４１のねじ孔４１ａにボルト４２を螺合する。
【００４０】
最後に、図１０に示すように、上記のように位置を合わせたロータコア２４ａ（２４ｂ）の第１キー挿入溝２５ｃおよびロータヨーク２３の第２キー挿入溝２３ｂからなるキー挿入穴６０に対して、平行キーなどからなるキー部材４３を軸方向に挿入する。このようにして、本発明の一実施形態による発電機１のロータ２０の組み立てが行われる。
【００４１】
本実施形態では、上記のように、発電機１のロータ２０のロータヨーク２３とロータコア２４の内周部とをナット４１およびボルト４２により締結する。これにより、ロータ２０の組み立てを行う際に、ロータコア２４とロータヨーク２３とを焼き嵌めにより固定する場合と異なり、組み立て後のロータ２０に焼き嵌めの熱による残留応力が発生することがないので、ロータ２０の耐久性を高めることができる。なお、ロータ２０の耐久性を高めることにより、磁石被覆部２４３および連結部２４５の厚みをより薄くすることも可能となる。このように磁石被覆部２４３および連結部２４５の厚みを薄くすることにより、ギャップ中の磁束密度が向上するとともに、連結部２４５を経由する漏れ磁束を低減することができる。また、焼き嵌めを行うための加熱設備が必要ないので、簡易な方法でロータ２０の組み立てを行うことができる。ここで、一般に、風力発電システムは、長期間に渡って使用されるため、高い耐久性が求められる。また、一般に、風力発電システムの発電機に使用されるロータは、サイズが大きいため、組み立てが困難である。この場合に、本実施形態では、ロータ２０の耐久性を高め、かつ、簡易な方法でロータ２０の組み立てを行うことができるので、風力発電システム１００に適した発電機１を提供することができる。
【００４２】
また、本実施形態では、上記のように、ロータコア２４を、複数のコア部２５を含むように周方向に分割可能に構成する。このように構成すれば、ロータコア２４よりもサイズが小さく、その分不良が生じにくいコア部２５によりロータコア２４を製造することができるので、歩留まりを向上させることができる。
【００４３】
また、本実施形態では、上記のように、ナット４１およびボルト４２を、複数のコア部２５の境界部分に配置する。このように構成すれば、一対のナット４１およびボルト４２により、隣接する２つのコア部２５が固定されるので、複数のコア部２５の境界部分においてロータコア２４の外周部に段差が生じるのを抑制することができる。
【００４４】
また、本実施形態では、上記のように、ロータコア２４を、ロータヨーク２３の外周面上に配置される内周面を有する円筒形状に形成する。また、ロータコア２４を構成する複数のコア部２５を、それぞれ、円筒形状を略等角度間隔に分割した略同一の形状を有するように形成する。このように構成すれば、複数のコア部２５の各々の形状を異ならせる場合と異なり、コア部２５の製造の歩留まりを向上させることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、上記のように、ロータコア２４（ロータコア２４ａおよび２４ｂ）を、永久磁石３０（３１）を有する複数の第１磁極部２４１ａ（２４１ｂ）と、永久磁石３０（３１）を有さない複数の第２磁極部２４２ａ（２４２ｂ）とが１つずつ交互に周状に配置することにより構成する。また、ナット４１およびボルト４２を、ロータコア２４ａ（２４ｂ）の内周部の第２磁極部２４２ａ（２４２ｂ）に対応する部分に配置する。このように構成すれば、ナット４１およびボルト４２が、永久磁石３０（３１）から発生する磁束の分布が最も疎になる部分に配置されるので、ナット４１およびボルト４２により発電機１に磁気的な悪影響が生じるのを抑制することができる。
【００４６】
また、本実施形態では、上記のように、ナット４１を、ロータコア２４側に軸方向に延びるとともに、軸方向に沿って複数のねじ孔４１ａを含むように構成する。また、ボルト４２を、ナット４１の延びる方向に沿って複数配置するとともに、ナット４１の複数のねじ孔４１ａに螺合する。このように構成すれば、軸方向に延びるナット４１と、そのナット４１に軸方向に沿って設けられる複数のねじ孔４１ａに螺合する複数のボルト４２により、ロータコア２４とロータヨーク２３とを軸方向に沿って容易に締結することができるとともに、ナット４１の数（部品点数）を減少させることができる。
【００４７】
また、本実施形態では、上記のように、ロータコア２４の内周部に、ナット４１を挿入するナット挿入穴２５ａと、ナット挿入穴２５ａとロータコア２４の内周面とを接続する溝部２５ｂとを設ける。また、ナット挿入穴２５ａおよび溝部２５ｂを、ロータコア２４の軸方向に延びるように設けるとともに、溝部２５ｂの溝幅Ｗ１を、ナット挿入穴２５ａの穴幅Ｗ２よりも小さくなる（図７参照）ように形成する。また、複数のボルト４２を、軸方向に延びる溝部２５ｂを介してナット挿入穴２５ａに挿入されたナット４１の複数のねじ孔４１ａに螺合する。このように構成すれば、溝部２５ｂの溝幅Ｗ１がナット挿入穴２５ａの穴幅Ｗ２よりも小さいので、ナット挿入穴２５ａに挿入したナット４１がロータコア２４の内周部側（溝部２５ｂ側）に移動（脱落）するのを抑制することができる。また、溝部２５ｂを、ナット挿入穴２５ｂのナット４１側にボルト４２を挿入する際のガイドとして用いることができるので、ボルト４１をナット４１のねじ孔４１ａに容易に螺合することができる。
【００４８】
また、本実施形態では、上記のように、ロータ２０に、シャフト２１を取り囲むとともに、ロータヨーク２３の内周面に接する円板状のロータホイール２２を設ける。また、ロータヨーク２３を、軸方向の長さＬが円板状のロータホイール２２の厚みｔよりも大きい（図５および図６参照）円筒形状に形成するとともに、円筒形状のロータヨーク２３の内周面のうちのロータホイール２２からはみ出した部分に軸方向に沿って複数のボルト挿入穴２３ａを形成する。また、複数のボルト４２を、複数のボルト挿入穴２３ａを介してロータコア２４側に軸方向に延びるように配置されたナット４１の複数のねじ孔４１ａに螺合する。このように構成すれば、ロータヨーク２３の内周面のうちのロータホイール２２からはみ出した部分に形成された複数のボルト挿入穴２３ａを介して、複数のボルト４２をロータヨーク２３の内側からロータコア２４側に容易に挿入することができる。
【００４９】
また、本実施形態では、上記のように、ロータヨーク２３の外周面に、軸方向に延びる第１キー挿入溝２３ｂを形成するとともに、ロータコア２４の内周部に、ロータヨーク２３の第１キー挿入溝２３ｂに対応するように第２キー挿入溝２５ｃを形成する。また、第１キー挿入溝２３ｂと第２キー挿入溝２５ｃとからなるキー挿入穴６０に、キー部材４３を挿入する。このように構成すれば、キー部材４３により、ロータヨーク２３がロータコア２４の内側で空回りするのを抑制することができる。
【００５０】
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。
【００５１】
たとえば、上記実施形態では、本発明を風力発電システムの発電機に適用した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、風力発電システム以外の発電システムに用いられる発電機およびモータなどの回転電機全般に適用可能である。
【００５２】
また、上記実施形態では、永久磁石の断面形状を略台形形状としたが、本発明はこれに限らない。本発明では、たとえば、永久磁石の断面形状を長方形形状としてもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、コンシクエントポール構造のロータコアを用いる例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、コンシクエントポール構造以外の構造のロータコアを用いてもよい。
【００５４】
また、上記実施形態では、ロータコアが複数のコア部を含むように周方向に分割可能に構成されている例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、ロータコアが一部品として構成されていてもよい。
【００５５】
また、上記実施形態では、ナットおよびボルトが複数のコア部の境界部分に配置されている例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、ナットおよびボルトが複数のコア部の境界部分に配置されていなくてもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、最後に、ロータコアの第１キー挿入溝およびロータヨークの第２キー挿入溝からなるキー挿入穴に対して、キー部材を軸方向に挿入するとしたが、本発明はこれに限らない。本発明では、まず、ロータヨークの第２キー挿入溝にキー部材を挿入してもよい。この場合、キー部材を第１キー挿入溝に挿入しながら、複数のコア部を、ロータヨークの外周面上に周状に配置する。このとき、コア部の内周部の溝部と、ロータヨークの内周面および外周面を貫通するボルト挿入穴との位置を合わせるように構成する。その後、ロータヨークとロータコアとをナットおよびボルトにより締結する。
【００５７】
また、上記実施形態では、ロータヨークとロータコアとをナットおよびボルトを用いて締結する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、ロータヨークとロータコアとをナットおよびボルト以外のカシメ部材などの締結部材を用いて締結してもよい。また、本発明では、たとえばロータコアにねじ孔を形成することにより、ロータヨークとロータコアとをボルトのみを用いて締結してもよい。
【００５８】
また、上記実施形態では、ロータコアを、回転方向に所定の角度ずらした状態で軸方向に重ねた２つのロータコアにより構成する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、ロータコアを１つのロータコアにより構成してもよいし、３つ以上のロータコアにより構成してもよい。なお、ロータコアを偶数個のロータコアにより構成すれば、ロータコアとステータコアとの間のギャップにおいて、軸方向から見てバランスよく磁束を発生させることができる。
【００５９】
また、上記実施形態では、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。本発明では、図１１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との間にギアボックス６を設けてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１  発電機（回転電機）
４  ブレード
１０  ステータ
２０  ロータ
２１  シャフト（回転軸部）
２２  ロータホイール（支持部材）
２３  ロータヨーク
２３ａ  ボルト挿入穴
２３ｂ  第２キー挿入溝
２４、２４ａ、２４ｂ  ロータコア
２５  コア部
２５ａ  ナット挿入穴
２５ｂ  溝部
２５ｃ  第１キー挿入溝
３０、３１  永久磁石
４１  ナット（締結部材）
４１ａ  ねじ孔（螺合部分）
４２  ボルト（締結部材）
４３  キー部材
６０  キー挿入穴
１００、１０１  風力発電システム
２４１ａ、２４１ｂ  第１磁極部
２４２ａ、２４２ｂ  第２磁極部
【要約】
【課題】ロータの耐久性を高め、かつ、簡易な方法でロータの組み立てを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（回転電機）は、シャフト２１と、シャフト２１を取り囲むロータヨーク２３と、ロータヨーク２３の外周面上に配置され、複数の永久磁石３０（３１）が間隔を隔てて周状に埋め込まれるロータコア２４（ロータコア２４ａおよび２４ｂ）とを含むロータ２０と、ロータ２０の外周面に対向するように配置されるステータ１０とを備え、ロータヨーク２３とロータコア２４の内周部とがナット４１およびボルト４２により締結されている。
【選択図】図２【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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