专利名称：风力发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发电系统。
背景技术：
随着今年来风力发电导入量飞跃的增加，单机容量增加的基础上以提高经济为 目的，对1MW以上大容量永磁铁电机的要求正在提高。在应用大容量永磁铁电机时，即 使效率很高，其损失的绝对值也大。因此，为使发热密度与小容量电机同等程度，在增 大旋转电机体积的情况下，重量会增加，制造成本和建设成本增大，所以有必要减小体 积，提高发热密度。但是，高发热密度要求有高冷却性能，最终导致成本增加。另外， 如果制成不容易发热的构造，则导致电气性能恶化，很难满足发电机的规格。为了实现 低成本且不会有损于电气性能，并得到高效率的冷却，需要一种适合于冷却的构造。在专利文献1中公开了在极间设置空间，通过减少漏磁通等来抑制在极间的发 热。专利文献1 日本特开2006-81377号公报专利文献1只是在极间设置空间，通过防止在极间的漏磁通来防止在极间的发 热，但并没有描述在旋转时的通过空冷进行的冷却，在本发明中，着眼于旋转时的空 冷，提供一种适于空冷的转子构造。
发明内容
因此，本发明所要解决的问题是提供一种风力发电系统，其中形成容易冷却发 热的发电机的构造，体积缩小，成本降低。本发明提供一种风力发电系统，设置在风车机舱内的旋转电机通过增速齿轮与 风车连接，该旋转电机通过电力转换器与电力系统连接，其特征在于，所述旋转电机是在与定子的内周面具有规定间隙相对配置的转子的转子沟槽内 收容有永磁铁的永磁铁式旋转电机，所述永磁铁以沿转子铁芯的周方向交替改变极性的方式被配置在所述转子铁芯 上，并且在所述转子铁芯上形成有沿轴向延伸的冷却用通风路，所述冷却用通风路由在 相邻的异极间从所述转子铁芯的径向外侧端部向所述转子的旋转轴中心延伸的槽构成，向该冷却用通风路导入来自在所述旋转轴上固定的风扇的冷却风，该冷却用通风路接收来自所述风扇的冷却风，并使所述冷却风向转子铁芯循 环，以在所述转子旋转时冷却所述转子，所述旋转电机是对应于所述风车的旋转而产生电力的永磁铁式发电机。发明效果
在风力发电系统中，可以实现容易冷却发热的发电机的构造、体积缩小、实现 低成本。
图1是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施侈1)
图2是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施侈1)
图3是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施侈1)
图4是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施侈2)
图5是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施侈2)
图6是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施侈2)
图7是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施侈2)
图8是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施侈2)
图9是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施侈2)
图10是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施列2)
图11是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施列2)
图12是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施列2)
图13是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施列2)
图14是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施列3)
图15是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施列3)
图16是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施列4)
图17是表示旋转电机的实施方法的说明图(实施列5)
图18是表示旋转电机的实施方法的说明图o(实施例6)
符号说明
1，20，30，40，50，60，70-转子
2，21，22，23，24，25-转子铁芯
3，4，44，80，90，92，93，96-平板永磁铁
5，81-永磁铁沟槽
6，18-冷却用通风路
7-旋转轴
8-通风冷却用轴向管道
9-中间隔垫(spacer)
10-管道片(duct piece)
11，16-管道空间
12-冷却风的流动
13-空气冷却器
14-外部空气
15-风扇
17-定子
19-磁化用线圈
41，42，43-弧型永磁铁82-引导板91-粘结剂94，95-永磁铁100-旋转电机101-风车机舱102-增速齿轮103-风车104-电力系统105-电力转换器
具体实施例方式以下结合
本发明的详细情况。各图中同一部分用相同的序号标注。实施例1图1是本发明装置的第一实施例的6极永磁铁式旋转电机的永磁铁转子端部的剖 面图。永磁铁转子1由转子铁芯2构成，永磁铁3、4被收容在转子铁芯2的永磁铁沟 槽5里，所述永磁铁每1极部分上配置有两个。另外，永磁铁转子1在极间设有冷却用 通风路6，通过在该冷却用通风路6中流通冷却风，可以有效地冷却发电机内部。如图 1所示，冷却用通风路6的通风路的形状是将转子铁芯的外周侧形成为近似梯形形状，并 设有从近似梯形形状的径向中心侧端部向轴中心延伸的槽。这种构造的冷却性能可查阅 图2、图3，可见其能有效地冷却。图2是表示图1中所述的构成转子铁芯的1极部分的宽度内径侧端部角度e和 永磁铁转子与定子的温度上升之间的关系的示意图。另外，在图1中，转子铁芯的1极 部分的端部在直径方向上有两处，一处的情况下其端部角度为9。从图2可知，通过使 0角为50°以上，可以使永磁铁的温度上升控制在100k以下，控制在退磁温度以下； 通过使9角在58°以下，在定子的绕组种类使用H种类的情况下，可以使温度上升的最 高温度不会超过140k。这是因为，作为规格电线的H种的绕组的最高温度的上限温度是 140k。由此，冷却用通风路6的通风路内径侧的圆周方向宽度，将构成转子铁芯的1极 部分的宽度的内径侧端部角度设为9，0最好在50°以上，58°以下的范围。图3是表示图1所述的冷却用通风路的径向深度尺寸a和永磁铁转子的温度上升 与转子铁芯的应力的关系的示意图。通过将图1所述的冷却用通风路6的径向最佳深度 a与转子铁芯的半径r的比例a/r设为33%以上，将永磁铁控制在100k以下，控制在退磁 温度以下，通过使比例a/r达到58%以下，可以在使转子铁芯的应力不超过材料的屈服应 力的情况下使用。由此，冷却用通风路6的径向深度a与转子铁芯的半径r的比例a/r优选在33% 以上，58%以下的范围。像这样，通过采用图1所示的冷却用通风路6，可以降低发电机的发热密度，可 以减小发电机的体积。另外，转子铁芯2与旋转轴7连接。当然，虽然本图中表示了六极，但其他的极数也同样可以实现，这是不言而喻的。实施例2图4是本发明装置的第2实施例的6极永磁铁式旋转电机的永磁铁转子端部的剖 面图。与第1实施例相同，永磁铁转子20由转子铁芯21构成，永磁铁3、4被收容在转 子铁芯21的永磁铁沟槽5里，所述永磁铁在每1极部分上分别配置有两个。另外，永磁 铁转子20在极间设有冷却用通风路6，通过在该冷却用通风路6中流通冷却风，可以有 效地冷却发电机内部。另外，在转子铁芯21的所述永磁铁的内径侧，在每一极都设有一 个通风冷却用轴向管道(AxialducOS，可以使冷却风在轴向管道8通风。另外，转子铁 芯21与旋转轴7连接。另外，在本图中，1极部分周围只设有一处通风冷却用轴向管道 8，但也可以同样设置多个通风冷却用轴向管道8。另外，在本图中，虽然将轴向管道的 形状形成为圆形，但也可以是其他形状。图5是本发明装置的第2实施例永磁铁式旋转电机的轴方向1/2剖面图。观察 冷却风的流动12，通过空气冷却器13被外部空气14冷却了的空气，在与旋转轴7相连接 的风扇15的作用下通过冷却用通风路6、和通风冷却用轴向管道8，从在中间隔垫9上呈 放射状配置的管道片10形成的管道空间11，流通到定子17的管道空间16，向空气冷却 器13循环。通过设置管道空间11，可以有效地冷却发电机中心部分。图6是第2实施例的永磁铁转子20的中间隔垫9部分的径向剖面图。通过了在 中间隔垫9的两面呈放射状配置有管道片10的通风冷却用轴向管道8之后的冷却风，碰 到永磁铁转子20的轴方向中心部分、或碰到在空气冷却器排气一侧错开配置的中间隔垫 9，可以通过管道空间11，通向定子一侧。由此，能够更有效地冷却所述永磁铁式旋转电 机中心部分。在第1实施例以及第2实施例中，永磁铁转子1如图7所示，在从所述永磁铁转 子1的外周侧观察每一极带有的至少两个以上的平板永磁铁3、4时，也可以使用按照同 极朝向径向外周侧的方式配置成“八”字的永磁铁转子30。在第1实施例以及第2实施例中，永磁铁转子1如图8所示，在从所述永磁铁转 子1的外周侧观察每一极带有的至少两个以上的平板永磁铁3、4时，也可以使用按照同 极朝向径向外周侧的方式配置成“V”字的永磁铁转子40。在第1实施例以及第2实施例中，永磁铁转子1如图9所示，在从所述永磁铁转 子1的外周侧观察每一极带有的至少两个以上的弧型永磁铁41、42时，也可以使用按照 同极朝向径向外周侧的方式沿着周方向配置的永磁铁转子50。在第1实施例以及第2实施例中，永磁铁转子1如图10、图11所示，也可以使 用不分割弧型永磁铁43而在每一极上带有一个的沿周方向配置的永磁铁转子60、或使用 不分割平板永磁铁44而在每一极上带有一个的平行配置的永磁铁转子70。图12、图13是永磁铁的固定法。把均分第1实施例以及第2实施例的平板永磁 铁3之后的平板永磁铁80用安装于永磁铁沟槽81的引导板82固定，或者同样把均分第 一实施例的平板永磁铁3之后的平板永磁铁90用粘结剂91固定。在大容量永磁铁式旋 转电机的情况下，使用的永磁铁也大型化。由于制作大型的永磁铁很困难，所以通过采 用磁铁分割方式，可以提高永磁铁转子的组装容易度。实施例3
图14是永磁铁转子的1极部分的图。通过将第1实施例以及第2实施例的转子 铁芯22的外周径设置成相对于定子17的内径非同心，使其外周径以1极部分的圆周方向 中心左右对称，由此可以容易地使感应电压波形形成为正弦波。图15是永磁铁转子的1极部分的图。通过将第1实施例以及第2实施例的转子 铁芯22的外周径设置成相对于定子17的内径非同心，使其外周径在1极部分的圆周方向 中心，使旋转方向一侧的直径比旋转反方向一侧的直径小，由此可以降低电枢反作用。图16是本发明装置的第1实施例以及第2实施例所示的永磁铁式旋转电机的轴 方向1/2剖面图。通过对转子铁芯24和永磁铁94在轴方向上进行小组分割，可以通过 组的个数调整永磁铁式旋转电机的输出。实施例5图17是本发明装置的第1实施例以及第2实施例所示的永磁铁式旋转电机的1 极部分的图。通过使冷却用通风路18的通风冷却的槽向轴中心方向延伸，从而可以卷绕 用于磁化永磁铁的磁化用线圈19。实施例6图18表示将本发明的旋转电机适用于风力发电系统的一个实例。第1实施例到 第5实施例所示的旋转电机100，通过增速齿轮102与风车103连接，并被设置在风车机 舱101内。还有，旋转电机100通过电力转换器105与电力系统104连接，可以进行发 电运转。另外，风车103还可以直接与旋转电机100连接。本发明以风力作为动力源， 但还可以充分利用于例如水车、发动机、涡轮机等装置上。上述实施例的风力发电用旋转电机，具有在成为大容量电机时可以使用小型电 机来进行冷却的优点。如上所述，本发明确保永磁铁式旋转电机的冷却效率的提高，确保了磁化性以 及永磁铁转子的组装容易性，可以减少部件的数量。
权利要求
1.一种风力发电系统，设置在风车机舱内的旋转电机通过增速齿轮与风车连接，该 旋转电机通过电力转换器与电力系统连接，其特征在于，所述旋转电机是在与定子的内周面具有规定间隙相对配置的转子的转子沟槽内收容 有永磁铁的永磁铁式旋转电机，所述永磁铁以沿转子铁芯的周方向交替改变极性的方式被配置在所述转子铁芯上， 并且在所述转子铁芯上形成有沿轴向延伸的冷却用通风路，所述冷却用通风路由在相邻 的异极间从所述转子铁芯的径向外侧端部向所述转子的旋转轴中心延伸的槽构成， 向该冷却用通风路导入来自在所述旋转轴上固定的风扇的冷却风， 该冷却用通风路接收来自所述风扇的冷却风，并使所述冷却风向转子铁芯循环，以 在所述转子旋转时冷却所述转子，所述旋转电机是对应于所述风车的旋转而产生电力的永磁铁式发电机。
2.如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于， 所述冷却用通风路的壁面在径向上大致平行。
3.如权利要求1或2所述的风力发电系统，其特征在于，所述冷却用通风路的径向深度比所述永磁铁的径向轴中心侧端部位置深。
4.如权利要求1 3中任一项所述的风力发电系统，其特征在于，所述冷却用通风路的周方向宽度在将构成转子铁芯1极部分的宽度的角度设为θ 时，θ在50°以上、58°以下的范围
5.如权利要求1 4中任一项所述的风力发电系统，其特征在于，所述冷却用通风路的从所述转子铁芯外周向轴中心延伸的径向深度a与所述转子铁芯 的半径r的比例a/r在33%以上、58%以下的范围。
6.如权利要求1 4中任一项所述的风力发电系统，其特征在于，在所述永磁铁转子中的比配置永磁铁的位置靠内径一侧，设有通风冷却用轴向管道。
7.如权利要求1 6中任一项所述的风力发电系统，其特征在于， 在所述永磁铁转子的轴向中心设有通风冷却用的中间隔垫。
8.如权利要求1 7中任一项所述的风力发电系统，其特征在于， 在所述永磁铁转子的通风冷却用的中间隔垫上设有管道片。
9.如权利要求1 8中任一项所述的风力发电系统，其特征在于， 在设有所述冷却用通风路的空间里卷绕磁化用线圈。
10.如权利要求1 9中任一项所述的风力发电系统，其特征在于，所述转子在1极部分上至少使用两个平板磁铁，并且在从所述永磁铁转子的外周侧 观察时所述平板磁铁配置为“〃”字形，且同极朝向径向外周侧。
11.如权利要求1 10中任一项所述的风力发电系统，其特征在于，所述转子在1极部分上至少使用两个平板磁铁，并且在从所述永磁铁转子的外周侧 观察时所述平板磁铁配置为“V”字形，且同极朝向径向外周侧。
12.如权利要求1 11中任一项所述的风力发电系统，其特征在于，所述转子在1极部分上至少使用两个平板磁铁，并且在从所述永磁铁转子的外周侧 观察时所述平板磁铁平行配置，且同极朝向径向外周侧。
13.如权利要求1 12中任一项所述的风力发电系统，其特征在于，所述转子在1极部分上至少使用两个弧形磁铁，并且在从所述永磁铁转子的外周侧 观察时所述弧形磁铁沿周方向配置，且同极朝向径向外周侧。
14.如权利要求1 13中任一项所述的风力发电系统，其特征在于，所述转子的转子铁芯的外径相对于定子内径非同心，其外径以1极部分的圆周方向 中心左右对称。
15.如权利要求1 14中任一项所述的风力发电系统，其特征在于，所述转子的转子铁芯的外径相对于定子内径非同心，其外径在1极部分的圆周方向 中心，旋转方向一侧的直径小于旋转反方向一侧的直径。
16.如权利要求1 15中任一项所述的风力发电系统，其特征在于， 所述转子在铁芯的永磁铁插入孔内部分割永磁铁。
17.如权利要求1 16中任一项所述的风力发电系统，其特征在于，所述转子在轴向 上对转子铁芯和永磁铁进行组分割。
全文摘要
本发明提供一种风力发电系统，设置在风车机舱内的旋转电机通过增速齿轮与风车连接，该旋转电机通过电力转换器与电力系统连接，旋转电机是在与定子的内周面具有规定间隙相对配置的转子的转子沟槽内收容有永磁铁的永磁铁式旋转电机，永磁铁以沿转子铁芯的周方向交替改变极性的方式被配置在转子铁芯上，且在转子铁芯上形成有沿轴向延伸的冷却用通风路，冷却用通风路由在相邻的异极间从转子铁芯的径向外侧端部向转子的旋转轴中心延伸的槽构成，向冷却用通风路导入来自在旋转轴上固定的风扇的冷却风，冷却用通风路接收来自风扇的冷却风，并使冷却风向转子铁芯循环，以在转子旋转时冷却转子，旋转电机是对应于风车的旋转而产生电力的永磁铁式发电机。
文档编号H02K15/03GK102013745SQ20101052625
公开日2011年4月13日 申请日期2007年11月23日 优先权日2006年11月24日
发明者三上浩幸, 岩井康, 木村守, 相泽秀树, 藤垣哲朗, 郡大祐, 饭塚元信 申请人:株式会社日立制作所