(57)【要約】【課題】巻線スペースを確保しつつ出力を増大させることが可能な回転電機を提供する。【解決手段】一の実施形態によれば、回転電機は、第１面に設けられたＮｒ個（Ｎｒは正の整数）の第１突極部を有する回転子を備える。さらに、前記回転電機は、前記第１面と対向する第２面に設けられたＮｆ個（Ｎｆは正の整数）の第２突極部と、前記第２突極部間に配置され、Ｎｆ極の静止磁界を発生させる界磁巻線と、前記第２突極部間に配置され、前記界磁巻線の前記静止磁界から発生したＮａ極（Ｎａは正の整数）の回転磁界により交流電圧が誘導される電機子巻線と、を有する固定子を備える。さらに、Ｎｒ、Ｎｆ、およびＮａは、Ｎｆ＋Ｎａ＝２Ｎｒおよび９／１０≦Ｎｆ／Ｎａ＜９／８の関係を満たすように設定されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面に設けられたＮｒ個（Ｎｒは正の整数）の第１突極部を有する回転子と、
前記第１面と対向する第２面に設けられたＮｆ個（Ｎｆは正の整数）の第２突極部と、前記第２突極部間に配置され、Ｎｆ極の静止磁界を発生させる界磁巻線と、前記第２突極部間に配置され、前記界磁巻線の前記静止磁界から発生したＮａ極（Ｎａは正の整数）の回転磁界により交流電圧が誘導される電機子巻線と、を有する固定子とを備え、
Ｎｒ、Ｎｆ、およびＮａは、Ｎｆ＋Ｎａ＝２Ｎｒおよび９／１０≦Ｎｆ／Ｎａ＜９／８の関係を満たすように設定されている、回転電機。
【請求項２】
ＮｆおよびＮａは、Ｎｆ／Ｎａ＝９Ｋ／（９Ｋ−１）の関係（Ｋは２以上の整数）を満たすように設定されている、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
ＮｆおよびＮａは、Ｎｆ／Ｎａ＝９／１０の関係を満たすように設定されている、請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記第１面は、前記回転子の外周面であり、
前記第２面は、前記固定子の内周面であり、前記第１面を包囲している、
請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記第１面は、前記回転子の内周面であり、
前記第２面は、前記固定子の外周面であり、前記第１面により包囲されている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記第１面は、前記回転子の軸方向の端面であり、
前記第２面は、前記固定子の軸方向の端面である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記回転電機はさらに、前記固定子と異なる第２固定子を備え、
前記回転子は、第３面に設けられたＮｒ個の第３突極部を有し、
前記第２固定子は、前記第３面と対向する第４面に設けられたＮｆ個の第４突極部と、前記第４突極部間に配置され、Ｎｆ極の静止磁界を発生させる第２界磁巻線と、前記第４突極部間に配置され、前記第２界磁巻線の前記静止磁界から発生したＮａ極の回転磁界により交流電圧が誘導される第２電機子巻線とを有する、
請求項１から６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
前記回転電機はさらに、前記回転子と異なる第２回転子を備え、
前記第２回転子は、第３面に設けられたＮｒ個の第３突極部を有し、
前記固定子は、前記第３面と対向する第４面に設けられたＮｆ個の第４突極部と、前記第４突極部間に配置され、Ｎｆ極の静止磁界を発生させる第２界磁巻線と、前記第４突極部間に配置され、前記第２界磁巻線の前記静止磁界から発生したＮａ極の回転磁界により交流電圧が誘導される第２電機子巻線とを有する、
請求項１から６のいずれか１項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の一例として、多極リラクタンス式同期回転電機が知られている。多極リラクタンス式同期回転電機は、例えば、複数の回転子歯部を外周面に有する回転子と、複数の固定子歯部を内周面に有する固定子とを備え、固定子歯部間のスロットに界磁巻線と三相電機子巻線とが配置されている。これらの回転子と固定子は、同芯上に配置されており、回転子の外周面と固定子の内周面は、エアギャップを介して対向している。
【０００３】
この回転電機は、界磁巻線を界磁電流により励磁することで、固定子に静止磁界を発生させ、さらに、この静止磁界を回転子により磁気変調させることで、エアギャップに回転磁界を発生させる。その結果、電機子巻線に三相交流電圧が誘導される。この回転電機は例えば、風力発電システムの発電機として使用される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】深見正 他４名, IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION, VOL.23, NO.2, JUNE 2008
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、風力発電システムは、洋上への設置や大容量化が進められており、風車ブレードの大直径化に伴い低速化がはかられている。さらには、洋上設置に対応して風力発電システムの保守の低減と信頼性の向上とをはかるために、風車と発電機との間の増速機を排除する構成も多く採用されている。よって、風力発電システムでは、発電機を１分間当たり１０回転程度または１０回転未満の低速で駆動することが多くなっている。
【０００６】
一般に、風力発電システムは、５０〜６０Ｈｚの交流電圧を風力発電システムの出力部から出力するために、発電機の出力電圧をインバータで周波数変換する。しかしながら、発電機がインバータの入力下限周波数の１０Ｈｚ前後で発電する場合には、以下のような問題がある。第１に、この場合の発電機の極数は１２０〜２００極となり、発電機が低速化かつ大型化するという問題がある。第２に、この場合の発電機のスロット数は７２０〜１２００個となり、スロット１個当たりの断面積が小さくなる。そのため、スロット内に挿入可能な巻線の断面積が小さくなり、巻線の銅損が大きくなるまたは巻線をスロット内に挿入できなくなるという問題がある。巻線の銅損とは、巻線の電気抵抗により失われるエネルギーである。
【０００７】
これらの問題を解決するために、磁気変調により、電機子巻線の極数よりもエアギャップに発生する磁極数を多くする発電機が考えられている。これにより、電機子巻線のコイル数を減少させ、電機子巻線の銅損を低減することができる。しかしながら、この場合にも発電機は低速化かつ大型化するため、発電機の出力を増大させる必要がある。
【０００８】
そこで、本発明は、巻線スペースを確保しつつ出力を増大させることが可能な回転電機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一の実施形態によれば、回転電機は、第１面に設けられたＮｒ個（Ｎｒは正の整数）の第１突極部を有する回転子を備える。さらに、前記回転電機は、前記第１面と対向する第２面に設けられたＮｆ個（Ｎｆは正の整数）の第２突極部と、前記第２突極部間に配置され、Ｎｆ極の静止磁界を発生させる界磁巻線と、前記第２突極部間に配置され、前記界磁巻線の前記静止磁界から発生したＮａ極（Ｎａは正の整数）の回転磁界により交流電圧が誘導される電機子巻線と、を有する固定子を備える。さらに、Ｎｒ、Ｎｆ、およびＮａは、Ｎｆ＋Ｎａ＝２Ｎｒおよび９／１０≦Ｎｆ／Ｎａ＜９／８の関係を満たすように設定されている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態の風力発電システムの構造を示す断面図である。
【図２】第１実施形態の発電機の構造を示す断面図である。
【図３】第１実施形態の発電機の出力に関するシミュレーション結果を示したグラフである。
【図４】第１実施形態の発電機の構造を示す拡大断面図である。
【図５】第１実施形態の変形例の風力発電システムの構造を示す断面図である。
【図６】第２実施形態の発電機の構造を示す断面図である。
【図７】第３および第４実施形態の発電機の構造を示す断面図である。
【図８】第５および第６実施形態の発電機の構造を示す断面図である。
【図９】第７〜第９実施形態の発電機の構造を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の風力発電システムの構造を示す断面図である。
【００１３】
図１の風力発電システムは、発電機１と、ナセル２と、タワー（支持柱）３と、ハブ４と、複数のブレード５と、回転軸６とを備えている。本実施形態の発電機１は、多極リラクタンス式同期回転電機である。図１は、水平面に平行で互いに垂直なＸ方向およびＹ方向と、水平面に垂直なＺ方向とを示している。
【００１４】
発電機１は、ナセル２内に収納されている。ナセル２は、地面や土台の上に建てられたタワー３に取り付けられている。タワー３は、上端がナセル２に接しており、下端が地面や土台に接している。回転軸６は、一端が発電機１に取り付けられており、他端がハブ４に取り付けられている。各ブレード５は、ハブ４に取り付けられている。こうして、複数のブレード５がハブ４や回転軸６を介して発電機１に接続されている。
【００１５】
図１の風力発電システムでは、これらのブレード５が風力により回転すると、ブレード５の回転がハブ４や回転軸６を介して発電機１に伝達される。その結果、発電機１が駆動されて、交流電圧を発電する。
【００１６】
図２は、第１実施形態の発電機１の構造を示す断面図である。
【００１７】
発電機１は、回転子（ロータ）１１と、固定子（ステータ）１２とを備えている。回転子１１は、回転子コア１１ａと、複数の回転子ティース（回転子歯部）１１ｂとを有している。回転子ティース１１ｂは、第１突極部の例である。固定子１２は、固定子コア１２ａと、複数の固定子ティース（固定子歯部）１２ｂと、界磁巻線１２ｃと、三相電機子巻線１２ｄとを有している。固定子ティース１２ｂは、第２突極部の例である。図２は、回転子１１と固定子１２の１／３の部分を示している。
【００１８】
［回転子１１］
回転子コア１１ａは、回転軸リブ（不図示）を介して回転軸６に取り付けられている。そのため、回転子１１は、回転軸６と共に回転することができる。回転子ティース１１ｂは、回転子コア１１ａの外周面に取り付けられており、外周面の周方向に互いに隣接している。外周面は第１面の例である。回転子１１は、Ｎｒ個（Ｎｒは正の整数）の回転子ティース１１ｂを有している。本実施形態のＮｒの値は、１０５である。符号Ｇ１は、回転子ティース１１ｂ間のスロットを示している。
【００１９】
回転子コア１１ａと回転子ティース１１ｂは、例えば電磁鋼板を積層して形成される。回転子コア１１ａは例えば、強磁性体部材を円形に折り曲げたものでもよいし、円筒形の強磁性体部材でもよい。円筒形の強磁性体部材は、鋳物などにより形成してもよい。強磁性体の例は、鉄である。
【００２０】
［固定子１２］
固定子コア１２ａは、ナセル２に固定されている。固定子ティース１２ｂは、固定子コア１２ａの内周面に取り付けられており、内周面の周方向に互いに隣接している。内周面は第２面の例である。本実施形態の回転子コア１１ａと固定子コア１２ａは、同芯上に配置されている。また、回転子コア１１ａの外周面と固定子コア１２ａの内周面は、エアギャップを介して対向しており、固定子コア１２ａの内周面が、回転子コア１１ａの外周面を包囲している。固定子１２は、Ｎｆ個（Ｎｆは正の整数）の固定子ティース１２ｂを有している。本実施形態のＮｆの値は、１０８である。符号Ｇ２は、固定子ティース１２ｂ間のスロットを示している。
【００２１】
界磁巻線１２ｃと電機子巻線１２ｄは、固定子ティース１２ｂ間のスロットＧ２に配置されている。界磁巻線１２ｃと電機子巻線１２ｄは、各固定子ティース１２ｂに巻き回されている。界磁巻線１２ｃは、スロットＧ２の底部側に配置され、電機子巻線１２ｄは、スロットＧ２の開口部側に配置されている。電機子巻線１２ｄは、領域ＲＵ内に配置されたＵ相巻線と、領域ＲＶ内に配置されたＶ相巻線と、領域ＲＷ内に配置されたＷ相巻線とを含んでいる。符号Ｄ１は、巻線１２ｃ、１２ｄ内を電流が＋Ｙ方向に流れる様子を示し、符号Ｄ２は、巻線１２ｃ、１２ｄ内を電流が−Ｙ方向に流れる様子を示す。
【００２２】
本実施形態の発電機１は、回転子１１が固定子１２の内側に位置するインナーロータ方式を採用しているが、回転子１１が固定子１２の外側に位置するアウターロータ方式を採用してもよい。これらの方式は、回転子１１と固定子１２が径方向に対向するラジアルギャップ方式に相当する。一方、本実施形態の発電機１は、回転子１１と固定子１２が軸方向に対向するアキシャルギャップ方式を採用してもよい。これらの方式を採用した発電機１の具体例については、後述する。
【００２３】
図２の発電機１は、次のように動作する。
【００２４】
まず、発電機１は、界磁巻線１２ｃを界磁電流Ｉｆにより直流励磁することで、固定子１２にＮｆ極の静止磁界を発生させる。次に、発電機１は、この静止磁界を回転子１１により磁気変調させることで、エアギャップにＮａ極（Ｎａは正の整数）の回転磁界を発生させる。その結果、電機子巻線１２ｄに三相交流電圧Ｖが誘導される。本実施形態のＮａの値は、１０２である。三相交流電圧Ｖの値は、界磁電流Ｉｆの値を調整することで制御可能である。回転子１１の回転速度をＮ［１／ｍｉｎ］とすると、三相交流電圧Ｖの発電周波数ｆ［Ｈｚ］は、以下の式（１）で与えられる。
ｆ＝Ｎ（Ｎｆ＋Ｎａ）／１２０  ・・・（１）
【００２５】
次に、Ｎｒ、Ｎｆ、およびＮａの関係について説明する。
【００２６】
本実施形態の発電機１は、多極リラクタンス式同期回転電機であり、Ｎｒ、Ｎｆ、およびＮａの間にＮｆ＋Ｎａ＝２Ｎｒの関係が成り立つ。また、本実施形態では、図３に示すシミュレーション結果に基づいてＮｒ、Ｎｆ、およびＮａの関係を設定する。
【００２７】
図３は、第１実施形態の発電機１の出力に関するシミュレーション結果を示したグラフである。
【００２８】
図３の横軸は、Ｎｆ／Ｎａの値を示す。図３の縦軸は、Ｎｆ／Ｎａ＝３／２のときの出力を１とした発電機１の出力を示す。図３では、固定子１２の形状を変化させずに回転子１１の形状を変化させてシミュレーションを行った。
【００２９】
その結果、発電機１の出力は、符号Ｐで示すように、Ｎｆ／Ｎａ＝１付近で極大値を取ることが分かった。以下、極大値におけるＮｆ／Ｎａの値を所定値と呼ぶ。そして、Ｎｆ／Ｎａが所定値よりも大きい場合には、Ｎｆ／Ｎａが減少するにつれて式（１）の周波数ｆが上昇し、発電機１の出力が増加することが分かった。一方、Ｎｆ／Ｎａが所定値よりも小さい場合には、Ｎｆ／Ｎａが減少するにつれて、発電機１の出力が減少することが分かった。この詳細を、図４を参照しながら説明する。
【００３０】
図４は、第１実施形態の発電機１の構造を示す拡大断面図である。図４(ｂ)と図４(ｃ)はそれぞれ、図４(ａ)に示す領域Ｋ１、Ｋ２の拡大図である。
【００３１】
上記のようなシミュレーション結果が得られる理由は、次の通りである。第１に、周波数ｆの変化に伴う銅損の変化が影響している。第２に、界磁巻線１２ｃの電流通電方向と電機子巻線１２ｄの電流通電方向との関係が影響している。
【００３２】
図４(ｂ)では、同じスロットＧ２内の巻線１２ｃ、１２ｄの電流通電方向が同一であり、界磁巻線１２ｃが発生する磁束Ａ１の方向と、電機子巻線１２ｄが発生する磁束Ａ２の方向が同一となっている。一方、図４(ｃ)では、同じスロットＧ２内の巻線１２ｃ、１２ｄの電流通電方向が逆であり、界磁巻線１２ｃが発生する磁束Ａ１の方向と、電機子巻線１２ｄが発生する磁束Ａ２の方向が逆となっている。図４(ｃ)の場合、界磁巻線１２ｃの磁束Ａ１が発電機１の出力電圧（発電電圧）を減少させる働きをし、回転子ティース１１ｂと固定子ティース１２ｂの重なりが増えることで、発電機１の出力電圧を減少させる働きが大きくなる。よって、図４(ｃ)の場合には、界磁巻線１２ｃの電流を増加させなければならないため、銅損が増加し、発電機１の出力が減少する。一方、図４(ｂ)の場合には、この逆の理由で発電機１の出力が増加する。その結果、上記のようなシミュレーション結果が得られる。
【００３３】
本実施形態では、図３に示すシミュレーション結果に基づいて、Ｎｆ／Ｎａの値が所定値に近付き、発電機１の出力が極大値に近付くように、Ｎｒ、Ｎｆ、およびＮａの関係を設定する。具体的には、本実施形態のＮｒ、Ｎｆ、およびＮａは、Ｎｆ＋Ｎａ＝２Ｎｒおよび９／１０≦Ｎｆ／Ｎａ＜９／８の関係を満たすように設定される。
【００３４】
これにより、上述の磁気変調の効果を高めることができ、ブレード５の回転数を変えずに、発電機１の出力電圧を高め、発電機１の単位体積当たりの出力を増大させることができる。また、ブレードの回転数が低くても、発電機１がインバータの入力下限周波数よりも高い周波数で発電することができるようになるため、発電機１の運転領域を広げることができる。本実施形態によれば、発電機１の極数やスロット数を増加させずにこれらの効果を得ることができるため、界磁巻線１２ｃや電機子巻線１２ｄの巻線スペースを確保しつつ発電機１の出力を増大させることが可能となる。
【００３５】
一般的な多極リラクタンス式同期回転電機では、Ｎｆ／Ｎａは３／２に設定されることが多い。よって、図３のグラフは、Ｎｆ／Ｎａ＝３／２のときの出力を１としてプロットされている。本実施形態によれば、ＮｆおよびＮａを９／１０≦Ｎｆ／Ｎａ＜９／８の関係を満たすように設定することで、発電機１の出力を１．１以上にすることができる。すなわち、本実施形態によれば、発電機１の出力を、標準的な多極リラクタンス式同期回転電機の出力と比べて１０％以上も高くすることができる。よって、本実施形態の発電機１は、標準的な回転電機の９０％ほどの重量で、標準的な回転電機と同等の発電電圧を出力することができる。標準的な回転電機の重量は、数１０トン程度である。よって、本実施形態によれば、発電機１の出力を標準的な回転電機と同等に維持しつつ、発電機１の重量を標準的な回転電機に比べて数トン程度も軽量化することが可能となる。
【００３６】
本実施形態の発電機１では、Ｎｒは１０５、Ｎｆは１０８、Ｎａは１０２に設定されている。よって、Ｎｆ／Ｎａの値は１８／１７である。しかしながら、本実施形態のＮｆ／Ｎａは、その他の値に設定してもよい。Ｎｆ／Ｎａの値の一例は、９Ｋ／（９Ｋ−１）である。ただし、Ｋは２以上の整数である。図３には、このようなＮｆ／Ｎａの値の具体例として、２７／２６や５４／５３が示されている。Ｎｆ／Ｎａの値の別の例は、９／１０である。本実施形態では、Ｎｆ／Ｎａをこれらの値に設定してもよい。
【００３７】
図５は、第１実施形態の変形例の風力発電システムの構造を示す断面図である。
【００３８】
本変形例では、図１の回転軸６が、回転軸７と、回転軸８と、ギア９とに置き換えられている。回転軸７は、一端が発電機１に取り付けられ、他端がギア９に連結されている。回転軸８は、一端がハブ４に取り付けられ、他端がギア９に連結されている。よって、本変形例の複数のブレード５は、ハブ４、回転軸８、ギア９、および回転軸７を介して発電機１に接続されている。
【００３９】
図５の風力発電システムでは、これらのブレード５が風力により回転すると、ブレード５の回転がハブ４、回転軸８、ギア９、および回転軸７を介して発電機１に伝達される。その結果、発電機１が駆動されて、交流電圧を発電する。
【００４０】
以上のように、本実施形態におけるＮｒ、Ｎｆ、およびＮａは、Ｎｆ＋Ｎａ＝２Ｎｒおよび９／１０≦Ｎｆ／Ｎａ＜９／８の関係を満たすように設定されている。よって、本実施形態によれば、界磁巻線１２ｃや電機子巻線１２ｄの巻線スペースを確保しつつ、発電機１の出力を増大させることが可能となる。
【００４１】
なお、本実施形態では、発電機１を風力発電システムに適用したが、発電機１を風力発電システム以外の発電システムに適用してもよい。これは、後述する第２〜第７実施形態でも同様である。
【００４２】
（第２〜第９実施形態）
図６は、第２実施形態の発電機１の構造を示す断面図である。
【００４３】
本実施形態の発電機１は、図６(ａ)に示すように、回転子１１と固定子１２が軸方向（Ｙ方向）に対向するアキシャルギャップ方式を採用している。よって、回転子ティース１１ｂは、回転子コア１１ａの軸方向の端面に取り付けられており、端面の周方向に互いに隣接している（図６(ｂ)）。この端面は第１面の例である。また、固定子ティース１２ｂは、固定子コア１２ａの軸方向の端面に取り付けられており、端面の周方向に互いに隣接している（図６(ｃ)）。この端面は第２面の例である。図６(ａ)に示すように、回転子コア１１ａの端面と固定子コア１２ａの端面は、エアギャップを介して対向している。
【００４４】
界磁巻線１２ｃと電機子巻線１２ｄは、固定子ティース１２ｂ間のスロットに配置されている。界磁巻線１２ｃと電機子巻線１２ｄは、各固定子ティース１２ｂに巻き回されている。電機子巻線１２ｄは、領域ＲＵ内に配置されたＵ相巻線と、領域ＲＶ内に配置されたＶ相巻線と、領域ＲＷ内に配置されたＷ相巻線とを含んでいる（図６(ｃ)）。
【００４５】
回転子１１は、Ｎｒ個の回転子ティース１１ｂを有している。本実施形態のＮｒの値は３５である。固定子１２は、Ｎｆ個の固定子ティース１２ｂを有している。本実施形態のＮｆの値は３６である。発電機１は、界磁巻線１２ｃを界磁電流により励磁することで、固定子１２にＮｆ極の静止磁界を発生させる。さらに、発電機１は、この静止磁界を回転子１１により磁気変調させることで、エアギャップにＮａ極の回転磁界を発生させる。その結果、電機子巻線１２ｄに三相交流電圧が誘導される。本実施形態のＮａの値は３４である。
【００４６】
図７は、第３および第４実施形態の発電機１の構造を示す断面図である。
【００４７】
第３実施形態の発電機１は、図７(ａ)に示すように、１つの回転子１１と２つの固定子１２とを備え、アキシャルギャップ方式を採用している。回転子１１は、回転子コア１１ａの一方の端面（例えば左端面）に設けられたＮｒ個の回転子ティース１１ｂと、回転子コア１１ａの他方の端面（例えば右端面）に設けられたＮｒ個の回転子ティース１１ｂとを有している。前者の左端面は第１面の例であり、後者の右端面は第３面の例である。また、一方の固定子１２（例えば左側の固定子１２）は、回転子コア１１ａの左端面に対向して固定子コア１２ａの右端面に設けられたＮｆ個の固定子ティース１２ｂを有している。また、他方の固定子１２（例えば右側の固定子１２）は、回転子コア１１ａの右端面に対向して固定子コア１２ａの左端面に設けられたＮｆ個の固定子ティース１２ｂを有している。前者の固定子１２の右端面は第２面の例であり、後者の固定子１２の左端面は第４面の例である。
【００４８】
本実施形態の発電機１は、２つの固定子１２の界磁巻線１２ｃを界磁電流により励磁することで、各固定子１２にＮｆ極の静止磁界を発生させる。さらに、発電機１は、静止磁界を回転子１１により磁気変調させることで、各固定子１２のエアギャップにＮａ極の回転磁界を発生させる。その結果、２つの固定子１２の電機子巻線１２ｄに三相交流電圧が誘導される。本実施形態のＮｒ、Ｎｆ、Ｎａの値はそれぞれ、３５、３６、３４である。
【００４９】
第４実施形態の発電機１は、図７(ｂ)に示すように、２つの回転子１１と１つの固定子１２とを備え、アキシャルギャップ方式を採用している。一方の回転子１１（例えば左側の回転子１１）は、回転子コア１１ａの右端面に設けられたＮｒ個の回転子ティース１１ｂを有している。他方の回転子１１（例えば右側の回転子１１）は、回転子コア１１ａの左端面に設けられたＮｒ個の回転子ティース１１ｂを有している。前者の右端面は第１面の例であり、後者の左端面は第３面の例である。また、固定子１２は、前者の回転子コア１１ａの右端面に対向して固定子コア１２ａの左端面に設けられたＮｆ個の固定子ティース１２ｂと、後者の回転子コア１１ａの左端面に対向して固定子コア１２ａの右端面に設けられたＮｆ個の固定子ティース１２ｂとを有している。固定子１２の左端面は第２面の例であり、固定子１２の右端面は第４面の例である。
【００５０】
本実施形態の発電機１は、固定子１２の両側の界磁巻線１２ｃを界磁電流により励磁することで、固定子１２の各側にＮｆ極の静止磁界を発生させる。さらに、発電機１は、静止磁界を２つの回転子１１により磁気変調させることで、固定子１２の各側のエアギャップにＮａ極の回転磁界を発生させる。その結果、固定子１２の両側の電機子巻線１２ｄに三相交流電圧が誘導される。本実施形態のＮｒ、Ｎｆ、Ｎａの値はそれぞれ、３５、３６、３４である。
【００５１】
図８は、第５および第６実施形態の発電機１の構造を示す断面図である。
【００５２】
第５実施形態の発電機１は、図８(ａ)に示すように、Ｍ１個の回転子１１とＭ１＋１個の固定子１２とを備え（Ｍ１は２以上の整数）、アキシャルギャップ方式を採用している。各回転子１１は、図７(ａ)の回転子１１と同じ構造を有している。各固定子１２は、両端の固定子１２を除き、図７(ｂ)の固定子１２と同じ構造を有している。両端の固定子１２は、図７(ａ)の固定子１２と同じ構造を有している。
【００５３】
本実施形態の発電機１は、第３実施形態の発電機１や第４実施形態の発電機１と同様に動作する。
【００５４】
第６実施形態の発電機１は、図８(ｂ)に示すように、Ｍ２＋１個の回転子１１とＭ２個の固定子１２とを備え（Ｍ２は２以上の整数）、アキシャルギャップ方式を採用している。各回転子１１は、両端の回転子１１を除き、図７(ａ)の回転子１１と同じ構造を有している。両端の回転子１１は、図７(ｂ)の回転子１１と同じ構造を有している。各固定子１２は、図７(ｂ)の固定子１２と同じ構造を有している。
【００５５】
本実施形態の発電機１は、第３実施形態の発電機１や第４実施形態の発電機１と同様に動作する。
【００５６】
図９は、第７〜第９実施形態の発電機の構造を模式的に示す断面図である。
【００５７】
第７実施形態の発電機１は、図９(ａ)に示すように、回転子１１と固定子１２が径方向に対向するラジアルギャップ方式を採用している。ただし、本実施形態では、第１実施形態とは異なり、回転子１１の内周面と固定子１２の外周面が、エアギャップを介して対向しており、固定子１２の外周面が、回転子１１の内周面により包囲されている。回転子１１の内周面は第１面の例であり、固定子１２の外周面は第２面の例である。
【００５８】
本実施形態の回転子１１の回転子コア１１ａ、回転子ティース１１ｂや、本実施形態の固定子１２の固定子コア１２ａ、固定子ティース１２ｂ、界磁巻線１２ｃ、三相電機子巻線１２ｄは、第１実施形態と同様に構成され、第１実施形態と同様に動作する。ただし、回転子ティース１１ｂは、回転子コア１１ａの内周面に設けられる。また、固定子ティース１２ｂ、界磁巻線１２ｃ、三相電機子巻線１２ｄは、固定子コア１２ａの外周面に設けられる。
【００５９】
第８実施形態の発電機１は、図９(ｂ)に示すように、１つの回転子１１と２つの固定子１２とを備え、ラジアルギャップ方式を採用している。回転子１１は、図７(ａ)の回転子１１と同様に、回転子コア１１ａの内周面および外周面に回転子ティース１１ａを有している。本実施形態の発電機１の動作原理は、図７(ａ)の発電機１と同様である。
【００６０】
なお、本実施形態の発電機１は、図７(ａ)の構造をラジアルギャップ方式に転用した構造を有しているが、図７(ｂ)の構造をラジアルギャップ方式に転用した構造を有していてもよい。
【００６１】
第９実施形態の発電機１は、図９(ｃ)に示すように、Ｍ１個の回転子１１とＭ１＋１個の固定子１２とを備え、ラジアルギャップ方式を採用している。各回転子１１は、図７(ａ)の回転子１１と同様に、回転子コア１１ａの内周面および外周面に回転子ティース１１ａを有している。各固定子１２は、両端の固定子１２を除き、図７(ｂ)の固定子１２と同様に、固定子コア１２ａの内周面および外周面に固定子ティース１２ａ、界磁巻線１２ｃ、三相電機子巻線１２ｄを有している。両端の固定子１２は、図７(ａ)の固定子１２と同様に、固定子コア１２ａの内周面または外周面に固定子ティース１２ａ、界磁巻線１２ｃ、三相電機子巻線１２ｄを有している。本実施形態の発電機１の動作原理は、図８(ａ)の発電機１と同様である。
【００６２】
なお、本実施形態の発電機１は、図８(ａ)の構造をラジアルギャップ方式に転用した構造を有しているが、図８(ｂ)の構造をラジアルギャップ方式に転用した構造を有していてもよい。
【００６３】
第２〜第９実施形態におけるＮｒ、Ｎｆ、およびＮａは、第１実施形態と同様に、Ｎｆ＋Ｎａ＝２Ｎｒおよび９／１０≦Ｎｆ／Ｎａ＜９／８の関係を満たすように設定されている。よって、これらの実施形態によれば、界磁巻線１２ｃや電機子巻線１２ｄの巻線スペースを確保しつつ、発電機１の出力を増大させることが可能となる。
【００６４】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な回転電機およびシステムは、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した回転電機およびシステムの形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
【符号の説明】
【００６５】
１：発電機、２：ナセル、３：タワー、４：ハブ、
５：ブレード、６、７、８：回転軸、９：ギア、
１１：回転子、１１ａ：回転子コア、１１ｂ：回転子ティース、
１２：固定子、１２ａ：固定子コア、１２ｂ：固定子ティース、
１２ｃ：界磁巻線、１２ｄ：三相電機子巻線
【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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