專利名稱：旋轉(zhuǎn)電機(jī)及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)電機(jī)及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電的輸入量近年來飛躍增加，以通過增加單機(jī)容量來提高經(jīng)濟(jì)性為目的，對1MW以上的大容量永磁電機(jī)的需求不斷增長。在特開2001-069735號公報中，記載了一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其具有鐵芯上設(shè)置有電樞繞組的定子、和鐵芯上設(shè)置有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子而構(gòu)成，定子和轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生的全轉(zhuǎn)矩，通過合成磁阻轉(zhuǎn)矩、以及由電樞繞組的電流和永久磁鐵的交鏈磁通的作用所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩形成，并且電樞繞組以磁極節(jié)距的40％～80％作為繞組節(jié)距來在定子鐵芯上卷繞。
特開2001-069735號公報作為大容量旋轉(zhuǎn)電機(jī)，在使用永磁電機(jī)時，為了實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的大型化，重視感應(yīng)電動勢波形，并采用分布卷繞。
但是存在的問題是在極數(shù)和繞組數(shù)的無數(shù)組合中，有的組合的感應(yīng)電動勢波形失真。作為降低齒槽轉(zhuǎn)矩的對策，有選定極數(shù)和槽數(shù)的組合的方法，但是存在的問題是即使采用同樣的方法，感應(yīng)電動勢波形還是會失真。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是降低旋轉(zhuǎn)電機(jī)及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中感應(yīng)電動勢波形的失真率。
本發(fā)明的一個特征是，旋轉(zhuǎn)電機(jī)具有卷繞線圈的定子和被可旋轉(zhuǎn)地支持的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子和定子之間有間隙，轉(zhuǎn)子具有永久磁鐵，用所述轉(zhuǎn)子相鄰的最外徑磁極中心間的距離Tr除極靴的寬度Tp得到的極寬率Pw，滿足Pw≤0.6、0.67≤Pw≤0.71、0.78≤Pw中的任意一種關(guān)系。
另外，本發(fā)明的另一特征是，具有卷繞線圈的定子和被可旋轉(zhuǎn)地支持的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子和定子之間有間隙，轉(zhuǎn)子具有永久磁鐵以及位于永久磁鐵的外圓周側(cè)上的由磁性體組成的極靴，極靴的外圓周側(cè)具有近似圓弧形狀的部分，轉(zhuǎn)子的最外圓周部的半徑R1比極靴的近似圓弧形狀的部分的半徑R2大。
本發(fā)明的其他的特征，通過本說明書的具體實施方式
部分進(jìn)行說明。
根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，可以使感應(yīng)電動勢波形的失真率減小。


圖1是表示本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的實施例的說明圖。(第一實施例)圖2是表示本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的實施例的說明圖。(第二實施例)圖3是表示本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的實施例的說明圖。(第三實施例)圖4是表示本發(fā)明的實施例的效果的說明圖。(第一實施例)圖5是表示本發(fā)明的實施例的效果的說明圖。(第二實施例)圖6是表示本發(fā)明的實施例的效果的說明圖。(第三實施例)圖7是表示本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的實施例的補(bǔ)充說明圖。(第一實施例)圖8是表示本發(fā)明的實施例的效果的說明圖。(第一實施例)圖9是表示本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的實施例的說明圖。(第一實施例)圖10是表示本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的實施例的補(bǔ)充說明圖。(第一實施例)圖11是表示本發(fā)明的實施例的效果的說明圖。(第一實施例)圖12是表示本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的實施例的說明圖。(第四實施例)圖中1-定子，2-轉(zhuǎn)子，3-永久磁鐵，4-極靴，5-轉(zhuǎn)子鐵芯，6-軸，7-極間保持構(gòu)件，8-上線圈，9-下線圈，10-線圈，12-定子齒，13-槽。
具體實施例方式
下面，使用

本發(fā)明的實施方式。對各圖中相同的部分，賦以相同的編號。
1MW以上的大容量永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)，根據(jù)其容量進(jìn)行實際負(fù)荷試驗十分困難，一般考慮今后根據(jù)規(guī)格進(jìn)行試驗來商業(yè)交易。在其試驗項目中，必然會加入對波形失真率或者波形失常率之類的高次諧波電壓進(jìn)行規(guī)約的項目，1MW以上的大容量永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)，最適合用于風(fēng)力發(fā)電。
圖1是本發(fā)明的第一實施例的6極54槽永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)端部截面圖。該電機(jī)，適合作為數(shù)MW級的風(fēng)力發(fā)電用發(fā)電機(jī)，允許1000～2000rpm的轉(zhuǎn)速。定子1，為在定子齒12上分布式卷繞線圈10的分布式卷繞定子。線圈10被配置為構(gòu)成UVW三相繞組并用54個槽電氣形成6個極。另外，線圈10被配置為在定子齒12之間的定子槽13內(nèi)形成上線圈8、下線圈9。在第一實施例中，線圈10被以稱作分布式卷繞的方式卷繞，它在圓周方向上形成連續(xù)3相繞組。在定子1的中心，轉(zhuǎn)動自如地配置轉(zhuǎn)子2。轉(zhuǎn)子2中，永久磁鐵3被轉(zhuǎn)子鐵芯5和極靴4夾持配置。另外，轉(zhuǎn)子鐵芯5與軸6連接。另外，在磁極間配置使永久磁鐵3在圓周方向上無法移動的極間保持構(gòu)件7。極間保持構(gòu)件7，優(yōu)選使用鋁或銅之類的非磁性體。
圖2是本發(fā)明的第二實施例的6極63槽永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)端部截面圖。和第一實施例同樣，在定子21上以稱作分布式卷繞的方式卷繞線圈10，它在圓周方向上形成連續(xù)3相繞組。在定子1的中心，轉(zhuǎn)動自如地配置轉(zhuǎn)子2。在轉(zhuǎn)子2中，永久磁鐵3被轉(zhuǎn)子鐵芯5和極靴4夾持配置。另外，轉(zhuǎn)子鐵芯5與軸6連接。另外，在磁極間配置使永久磁鐵3在圓周方向上無法移動的極間保持構(gòu)件7。極間保持構(gòu)件7，優(yōu)選使用鋁或銅之類的非磁性體。
圖3是本發(fā)明的第三實施例的6極45槽永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)端部截面圖。和第一實施例同樣，在定子31上以稱作分布式卷繞的方式卷繞線圈10，它在圓周方向上形成連續(xù)3相繞組。在定子1的中心，轉(zhuǎn)動自如地配置轉(zhuǎn)子2。在轉(zhuǎn)子2中，永久磁鐵3被轉(zhuǎn)子鐵芯5和極靴4夾持配置。另外，轉(zhuǎn)子鐵芯5與軸6連接。另外，在磁極間配置使永久磁鐵3在圓周方向上無法移動的極間保持構(gòu)件7。極間保持構(gòu)件7，優(yōu)選使用鋁或銅之類的非磁性體。
圖4表示第一實施例的感應(yīng)電動勢波形的高次諧波分析結(jié)果。從該圖可知，在令基波即次數(shù)為一次的高次諧波為100的情況下，17次、19次的含有率較高。為了減低波形失真率，需要使基波以外的次數(shù)的含有率接近0。
圖5表示第二實施例的感應(yīng)電動勢波形的高次諧波分析結(jié)果，圖6表示第三實施例的感應(yīng)電動勢波形的高次諧波分析結(jié)果。如第二、第三實施例所示，通過選擇槽數(shù)可以降低高次諧波含有率。若進(jìn)行一般化，意味選擇的是(1)式表示的用極數(shù)P和相數(shù)N除槽數(shù)Ns得到的每極每相槽數(shù)Nspp，不能被整除。
Nspp=NsP·N---(1)]]>在第二實施例的情況下，因為Ns＝63、N＝3、P＝6，所以Nspp＝3.5。另外，在第三實施例的情況下，因為Ns＝45、N＝3、P＝6，所以Nspp＝2.5。從分析的結(jié)果可知，若將Nspp選擇為非整數(shù)的數(shù)，則可使波形失真率變小，而特別像此次的第二、第三實施例那樣將Nspp設(shè)為3.5、2.5時，降低失真率的效果更高。另外，通過適當(dāng)選擇第一實施例的轉(zhuǎn)子2的極靴4的寬度，也可以減低感應(yīng)電動勢的波形失真率。圖7表示第一實施例的補(bǔ)充說明圖。
從旋轉(zhuǎn)中心O引出的輔助線71、72，引出為貫穿轉(zhuǎn)子2的最外徑磁極中心73，設(shè)其間的圓弧為Tr。設(shè)其與極靴4的寬度Tp的關(guān)系如(2)式所示，為極寬率Pw。
Pw＝Tp/Tr ……(2)圖8是表示上述極寬率Pw和感應(yīng)電動勢失真率的關(guān)系的圖。曲線81根據(jù)極寬率變化。因為波形失真率根據(jù)JEC規(guī)格要求小于等于10％，所以優(yōu)選在波形失真率小于等于10％的范圍內(nèi)，即基本上極寬率Pw≤0.6、0.67≤Pw≤0.71、0.78≤Pw的某個范圍內(nèi)選擇極靴4的寬度Tp。另外，從圖8可知，若令Tp處于上述范圍，可以顯著發(fā)揮降低失真的效果。另外，如圖9所示，可以在極靴4上設(shè)置阻尼桿91，使極靴4的寬度Tp成為圖8所示的寬度。
圖10是第一實施例中的極靴4的曲率的補(bǔ)充說明圖。轉(zhuǎn)子2具有半徑R1的最外圓周部91，而通過將極靴4的外圓周部的圓弧R2取得比R1小，可以減低感應(yīng)電動勢的失真率。
圖11是表示極靴4的外圓周部的圓弧R2和轉(zhuǎn)子2的半徑R1相除的結(jié)果與波形失真率的關(guān)系的圖。曲線111，表示隨R2/R1減少，波形失真率降低。因為如上述規(guī)格所述，要求波形失真率要小于等于10％，所以優(yōu)選令R2/R1小于等于約0.9。
圖12表示在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中使用本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的例子。第一實施例到第三實施例所示的旋轉(zhuǎn)電機(jī)121，通過加速齒輪123與風(fēng)車124連接，設(shè)置在風(fēng)車艙122內(nèi)。再有，旋轉(zhuǎn)電機(jī)121通過電力變換器125，與電力系統(tǒng)126連接，可以進(jìn)行發(fā)電運行。另外，風(fēng)車122和旋轉(zhuǎn)電機(jī)121也可以直接連接。此外，雖然在本實施例中，以風(fēng)力作為動力源，但是，例如水車、內(nèi)燃機(jī)、渦輪機(jī)等也完全適用。另外，本實施例也可以應(yīng)用于電動機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，具有卷繞線圈的定子和被可旋轉(zhuǎn)地支持的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子和所述定子之間有間隙，所述轉(zhuǎn)子具有永久磁鐵，用所述轉(zhuǎn)子相鄰的最外徑磁極中心間的距離Tr除極靴的寬度Tp得到的極寬率Pw，滿足Pw≤0.6、0.67≤Pw≤0.71、0.78≤Pw中的任意一種關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，若設(shè)所述定子的槽數(shù)為Ns，設(shè)所述定子的線圈的相數(shù)為N，設(shè)所述定子的極數(shù)為P，則取Ns為不能被P和N整除的數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，Ns/(P·N)為2.5或3.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述線圈通過分布式卷繞方法卷繞，所述轉(zhuǎn)子的每一極，通過極靴和轉(zhuǎn)子鐵芯夾持所述永久磁鐵，并在磁極間配置非磁性構(gòu)件。
5.一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，具有卷繞線圈的定子和被可旋轉(zhuǎn)地支持的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子和所述定子之間有間隙，所述轉(zhuǎn)子具有永久磁鐵以及位于永久磁鐵的外圓周側(cè)上的由磁性體組成的極靴，所述極靴的外圓周側(cè)具有近似圓弧形狀的部分，所述轉(zhuǎn)子的最外圓周部的半徑R1比所述極靴的近似圓弧形狀的部分的半徑R2大。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述極靴的近似圓弧形狀的部分的半徑R2與所述轉(zhuǎn)子的最外圓周部的半徑R1之比，小于等于0.9。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，若設(shè)所述定子的槽數(shù)為Ns，設(shè)所述定子的線圈的相數(shù)為N，設(shè)所述定子的極數(shù)為P，則取Ns為不能被P和N整除的數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，若設(shè)所述定子的槽數(shù)為Ns，設(shè)所述定子的線圈的相數(shù)為N，設(shè)所述定子的極數(shù)為P，則取Ns為不能被P和N整除的數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，Ns/(P·N)為2.5或3.5。。
10.一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于具有永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)和風(fēng)車，所述永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)，具有卷繞繞組的定子和被可旋轉(zhuǎn)地支持的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子和所述定子之間有間隙，所述轉(zhuǎn)子具有永久磁鐵，用所述轉(zhuǎn)子相鄰的最外徑磁極中心間的距離Tr除極靴的寬度Tp得到的極寬率Pw，滿足Pw≤0.6、0.67≤Pw≤0.71、0.78≤Pw中的任意一種關(guān)系，所述風(fēng)車，產(chǎn)生使所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的動力。
全文摘要
本發(fā)明提供一種風(fēng)力發(fā)電用旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其使用分布式卷繞的繞組，由定子槽結(jié)構(gòu)和具有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)組成，將每極每相槽數(shù)選定為作為極數(shù)P不能用3P整除的數(shù)，并優(yōu)選在用永磁轉(zhuǎn)子相鄰的最外徑磁極中心間的距離(Tr)除極靴寬度(Tp)得到的極寬率Pw滿足Pw≤0.6、0.67≤Pw≤0.71、0.78≤Pw中之一的范圍內(nèi)，選擇極靴(4)的寬度(Tp)。從而，減低永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)特別是風(fēng)力發(fā)電用永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)中感應(yīng)電動勢波形的失真。
文檔編號H02K21/04GK1835350SQ20051011918
公開日2006年9月20日 申請日期2005年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月14日
發(fā)明者木村守, 井出一正, 西濱和雄, 藤垣哲朗, 水谷修二 申請人:株式會社日立制作所