专利名称：永久磁铁式旋转电机及风力发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及永久磁铁式旋转电机及风力发电系统。
背景技术：
风力发电导入量近年来飞跃增长，大容量化的要求渐渐趋高。在进行大容量化时，例如即使效率高，其损失作为绝对值很大。因而，在为了将发热密度设为与小容量机相同程度而增大旋转电机体积的情况下，导致重量增加。考虑风力发电的特性，旋转电机设置在距地面大约100m左右的塔架上部，因此，需要将重物悬挂在100m的高处的作业，从而希望的是。为降低建设成本而尽量减轻重量。
因此，需要设小体积并提高发热密度，但高发热密度需要冷却性能，其结果，导致成本增加。
另外，由于至今的永久磁铁式旋转电机容量小，因此，不存在冷却问题。
作为改善对策，连接多阶段的小容量的旋转电机，但这样则不能避免轴方向的增加。
专利文献1特开2001-186740号公报专利文献2特开平10-318120号公报发明内容欲解决的课题是，在永久磁铁式旋转电机尤其在风力发电用永久磁铁式旋转电机中提高冷却性能，同时缩小体积。
本发明的一个特征在于，在永久磁铁式旋转电机和风力发电系统中，具有实施分布绕组的定子铁芯的定子和永久磁铁转子，使所述永久磁铁转子在轴方向上配置有通风路。
另外，本发明的另一特征在于，在永久磁铁式旋转电机和风力发电系统中，在转子部设置管片而组合了轴向流动和径向流动。
根据本发明，可以提高永久磁铁式旋转电机及风力发电系统的冷却效率。
图1是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施例1)。
图2是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施例1)。
图3是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施例1)。
图4是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施例1)。
图5是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施例1)。
图6是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施例1)。
图7是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施例1)。
图8是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施例1)。
图9是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施例1)。
图10是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施例1)。
图11是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施例1)。
图12是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施例1)。
图13是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施例1)。
图14是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施例1)。
图15是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施例1)。
图16是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施例2)。
图17是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施例3)。
图中，1，100-定子、2，30，50，60，70-转子、4-管片、5-转子支架、6-旋转轴、7-冷却导管、8-上线圈、9-下线圈、10-线圈端、11-线圈、12-定子齿、13-定子槽、14-永久磁铁槽、20-转子铁芯、21-空气冷却器、22-风扇、23-冷却风的流动、24-外气、25-导管空间、31-弧型磁铁、41，42-平板磁铁、51，61，71-通风孔、82，92-永久磁铁、83-引导部、101-粘接剂、102-突起、103-非磁性楔、111-旋转电机、112-风车、113-增速齿轮、114-风车舱、115-功率转换器。
具体实施例方式
下面，使用本发明的详细图面进行说明。在各图中相同的部分附加了相同的符号。
实施例1图1是本发明装置的实施例1的6极72槽永久磁铁式旋转电机的发电机端部的剖面图。该机适于数MW级别的风力发电用发电机，允许1000～2000rpm的转速。定子1是将线圈11分布式卷在定子齿12的分布绕组定子。线圈11配置为有UVW的3相绕组缠绕，以用72槽电气式做成6极的方式配置。另外，线圈11在定子齿12之间的定子槽13中配置为上线圈8、下线圈9并由线圈端10构成。在实施例1中，线圈11以称作全节矩绕组的方式缠绕，在定子槽13上从以逆时针方向适宜地附上的#1到#72槽中的#1槽的下线圈9出来的线圈11，被设为进入加上将槽数72用极数6除得的12的#13槽的上线圈8中。如此，在周方向上连续地形成3相绕组。在定子1的中心以能够旋转的方式配置有转子2。在转子2中永久磁铁3收容在转子铁芯20的永久磁铁槽14内，相对转子2配置为辐射状。另外，转子铁芯20使用转子支架(spider)5而连接在旋转轴6上。通过由该转子支架5做成的冷却导管7的冷却风，通过由配置在转子2的端面的管片4做成的径向导管部而通过定子侧之后排出，由此，利用永久磁铁式旋转电机中心部有效冷却线圈11，并通过提高发电机的发热密度而减小发电机体积。另外，管片4能够抑制永久磁铁3在轴方向上活动，从而能够提高组装性。下面，使用图2对冷却风的流动进行说明图2是本发明装置的实施例1的6极72槽永久磁铁式旋转电机的轴方向1/2剖面图。如果观察冷却风的流动23，则在空气冷却器21中由外气24冷却的空气通过连接在旋转轴的风扇22，通过冷却导管7，排出到由管片4做成的导管空间25，在空气冷却器21内循环。通过设置导管空间25，能够有效冷却发电机中心部，从而能够减小发动机的体积。
另外，在实施例1中，转子2也可以使用如图3、图4所示的使用了弧型磁铁31的转子30、或对于平板磁铁41、42使相同极互相面对地配置为V字的转子40。
另外，在实施例1中，冷却导管7可以不使用转子支架5，而使用如图5、图6、图7所示的具有通风孔51、61、71的50、60、70。
另外，将永久磁铁固定在永久磁铁槽14的方法如图8、图9所示。将实施例1中的永久磁铁3分割为两部分的永久磁铁82通过安装在磁铁槽81的引导部83固定，或将该实施例1中的永久磁铁3分割为两部分的永久磁铁92通过粘接剂101固定。在数MW级别的大容量永久磁铁式旋转电机的情况下，所使用的磁铁也变得大型化。此时，制造大的磁铁非常困难，因此，通过采用分割磁铁的方式，能够提高制造磁铁旋转电机的容易性。
图10是所述永久磁铁转子的所述铁芯20和转子支架5的连接图。通过在转子支架5上设置燕尾构造的突起102，能够容易地与转子铁芯20连接。
图11是永久磁铁插入法。在永久磁铁转子上设置外周侧开口部，并由非磁性楔103固定磁铁。由此，能够降低磁铁端部的磁通泄漏，同时能够固定磁铁。
图12是所述转子铁芯20和转子支架5的连接图。通过在转子铁芯20设置燕尾构造的突起201，能够容易地连接非磁性金属部件202与转子铁芯20，所述非磁性金属部件202连接在转子支架5且用于防止磁铁内周侧的磁通短路。
图13是使用非磁性楔103时的永久磁铁固定法。采用分割磁铁的方式，并将永久磁铁131、132插入磁铁插入孔。进而通过将固定用栓(cotter)133插入永久磁铁131和132之间，能够将永久磁铁131、132固定在磁铁插入孔内。
图14是在所述永久磁铁转子上设置了内周侧开口部时的所述转子铁芯20和旋转轴6的连接图。将非磁性楔141插入内周侧开口部，并固定永久磁铁3。非磁性楔141介由转子支架142，与旋转轴6连接。由此，能够降低磁铁端部的磁通泄漏，同时能够固定磁铁。
图15是在所述永久磁铁转子上设置了内周侧开口部时的所述转子铁芯20和旋转轴6的连接图。将非磁性楔141插入内周侧开口部，并固定永久磁铁3。转子铁芯介由转子支架151，与旋转轴6连接。由此，能够降低磁铁端部的磁通泄漏，同时能够固定磁铁，还有，金属部件之间的连接变得容易。
实施例2图16是本发明的实施例2的6极72槽永久磁铁式旋转电机的发电机端部剖面图。定子100为将线圈11分布卷绕在定子齿12的分布绕组定子。线圈11配置为有UVW的3相绕组缠绕，以用72槽电气式做成6极的方式配置。另外，线圈110在定子齿12之间的定子槽13中配置为上线圈8、下线圈9并由线圈端10构成。在实施例1中，线圈11以称作短节矩绕组的方式缠绕，从以逆时针方向适宜地附在定子槽13的#1到#72槽中的#1槽的下线圈9出来的线圈11，被设为进入加上比将槽数72用极数6除得的12少的10的#11槽的上线圈8中。如此，在周方向上连续地形成3相绕组。代替实施例1中的定子1而使用实施例2定子100，也可以得到如上所述的效果。
实施例3图17是表示将本发明的旋转电机适用在风力发电系统的例。实施例1及实施例2中所示的旋转电机111介由增速齿轮113而与风车112连接，并设置在风车舱114内。进而，旋转电机111介由动力源115，与电力系统116连接，从而能够进行发电运行。还有，在本发明中，将风力作为动力源，但可以充分适用例如水车、发动机、涡轮等。在旋转电机设置场所的限制严格的风力发电的情况下，最为有效。另外，风车112和旋转电机111可以直接连结。
上述实施例中的风力发电旋转电机具有在构成大容量的情况下能以小型进行冷却的优点。
权利要求
1.一种永久磁铁式旋转电机，具有对定子铁芯实施分布绕组的定子和永久磁铁转子，其特征在于，所述永久磁铁转子在轴方向上配置有通风路。
2.一种永久磁铁式旋转电机，具有对定子铁芯实施分布绕组的定子和永久磁铁转子，其特征在于，所述永久磁铁转子在轴方向上配置有通风路，所述永久磁铁转子的转子芯使用转子支架与旋转轴连接。
3.根据权利要求1所述的永久磁铁式旋转电机，其特征在于，所述永久磁铁转子在转子芯具有通风孔。
4.根据权利要求1所述的永久磁铁式旋转电机，其特征在于，在旋转轴上配置有向轴方向送出冷却风的风扇。
5.根据权利要求1所述的永久磁铁式旋转电机，其特征在于，所述永久磁铁转子在周方向上配置有弧形状的磁铁。
6.根据权利要求1所述的永久磁铁式旋转电机，其特征在于，所述永久磁铁转子将平板磁铁以V字状以同级相对的方式配置。
7.根据权利要求1所述的永久磁铁式旋转电机，其特征在于，所述永久磁铁转子将平板磁铁以放射状以同级相对的方式配置。
8.根据权利要求1所述的永久磁铁式旋转电机，其特征在于，分割了永久磁铁。
9.根据权利要求1所述的永久磁铁式旋转电机，其特征在于，转子铁芯通过设置在转子支架的燕尾构造的突起，与旋转轴连接。
10.一种风力发电系统，其特征在于，配置有如下的永久磁铁式旋转电机，即，所述永久磁铁式旋转电机具有对定子铁芯实施分布绕组的定子和永久磁铁转子，所述永久磁铁转子在轴方向上配置有通风路。
全文摘要
一种旋转电机和风力发电系统，在具有对定子铁芯实施分布绕组的定子和永久磁铁转子的永久磁铁式旋转电机中，所述永久磁铁转子在轴方向上配置有通风路。另外，在轴方向上，将送出冷却风的风扇配置在旋转轴上。进而，将永久磁铁转子设成转子芯使用转子支架与旋转轴连接的结构。从而，在旋转电机，尤其在风力发电旋转电机中，能提高冷却性能并缩小体积。
文档编号H02K1/27GK1756038SQ20051010885
公开日2006年4月5日 申请日期2005年10月8日 优先权日2004年10月1日
发明者木村守, 井出一正, 饭塚元信, 水谷修二, 藤垣哲朗, 岩重健五, 田川久人, 丸野祐策 申请人:株式会社日立制作所