旋轉(zhuǎn)電機(jī)及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】該旋轉(zhuǎn)電機(jī)(1)具備通過集中卷繞而卷繞于定子(11)的齒(14)的繞組(15)，并構(gòu)成為，每極每相槽數(shù)q為滿足1/4＜q＜1/2的分?jǐn)?shù)，所述每極每相槽數(shù)q是槽(13)的數(shù)量Ns除以磁極的數(shù)量即極數(shù)P和電壓的相數(shù)m而得到的值，并且，在1個(gè)槽配置有1個(gè)繞組的卷繞部分。
【專利說明】旋轉(zhuǎn)電機(jī)及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)電機(jī)及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，特別涉及具備卷繞于定子的繞組的旋轉(zhuǎn)電機(jī)及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]以往，已知具備卷繞于定子的繞組的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。例如在日本特許第4725684號公報(bào)中公開了這樣的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
[0003]在上述日本特許4725684號公報(bào)所公開的發(fā)電機(jī)(旋轉(zhuǎn)電機(jī))中，以使每極每相槽數(shù)q滿足I < q < 3/2的方式，將繞組分布卷繞(以每極每相的線圈分布于多個(gè)槽的方式進(jìn)行卷繞)于定子的槽中，所述每極每相槽數(shù)q是槽的數(shù)量除以磁極的數(shù)量即極數(shù)和電壓的相數(shù)而得到的值。而且，構(gòu)成為在I個(gè)槽配置有同相或異相的2個(gè)繞組(繞組的卷繞部分)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特許第4725684號公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明所要解決的課題。
[0008]然而，在如上述日本特許第4725684號公報(bào)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)那樣，在I個(gè)槽配置有2個(gè)繞組(繞組的卷繞部分)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，在槽的內(nèi)部需要對2個(gè)繞組之間進(jìn)行絕緣，另一方面，在配置于槽的內(nèi)部的2個(gè)繞組之間的間隔比較小的情況下(施加于繞組的電壓比較高的情況下)，存在難以對2個(gè)繞組充分絕緣的情況。在該情況下，以往，需要在每2個(gè)繞組間配置絕緣部件，因此需要配置多個(gè)絕緣部件，相應(yīng)地，部件數(shù)量和組裝工序增加。因此，以往，期望在不配置絕緣部件的情況下使繞組間的絕緣性提高。
[0009]本發(fā)明是為了解決如上所述的課題而完成的，本發(fā)明的I個(gè)目的在于提供能夠在不配置絕緣部件的情況下使繞組間的絕緣性提高的旋轉(zhuǎn)電機(jī)及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
[0010]用于解決課題的手段
[0011]為了達(dá)成上述目的，第I方面的旋轉(zhuǎn)電機(jī)具備:定子，所述定子具有槽和設(shè)置于槽之間的齒；以及繞組，所述繞組通過集中卷繞而卷繞于定子的齒，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)構(gòu)成為，每極每相槽數(shù)q為滿足1/4 < q < 1/2的分?jǐn)?shù)，所述每極每相槽數(shù)q是槽的數(shù)量Ns除以磁極的數(shù)量即極數(shù)P和電壓的相數(shù)m而得到的值，并且，在I個(gè)槽配置有I個(gè)繞組的卷繞部分。
[0012]在第I方面的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，如上所述，通過構(gòu)成為在I個(gè)槽配置I個(gè)繞組的卷繞部分，從而在相鄰的2個(gè)繞組之間配置有齒，因此能夠增大繞組間的間隔。由此，能夠在不配置絕緣部件的情況下使繞組間的絕緣性提高。其結(jié)果為，不需要配置絕緣部件、相應(yīng)地也能夠抑制部件數(shù)量和組裝工序的增加。并且，通過構(gòu)成為在I個(gè)槽配置I個(gè)繞組的卷繞部分，與在I個(gè)槽配置2個(gè)繞組(繞組的卷繞部分)的情況相比，能夠?qū)⒗@組的數(shù)量減少為一半，因此能夠減少旋轉(zhuǎn)電機(jī)的部件數(shù)量。由此，能夠使旋轉(zhuǎn)電機(jī)的制造工程簡化。
[0013]第2方面的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具備發(fā)電機(jī)和與發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸連接的葉片，所述發(fā)電機(jī)包括:定子，所述定子具有槽和設(shè)置于槽之間的齒；以及繞組，所述繞組通過集中卷繞而卷繞于定子的齒，所述發(fā)電機(jī)構(gòu)成為，每極每相槽數(shù)q為滿足1/4 < q < 1/2的分?jǐn)?shù)，所述每極每相槽數(shù)q是槽的數(shù)量Ns除以磁極的數(shù)量即極數(shù)P和電壓的相數(shù)m而得到的值，并且，在I個(gè)槽配置有I個(gè)繞組的卷繞部分。
[0014]在第2方面的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，如上所述，通過構(gòu)成為在I個(gè)槽配置I個(gè)繞組的卷繞部分，從而在相鄰的2個(gè)繞組之間配置有齒，因此能夠增大繞組間的間隔。由此，能夠提供能夠在不配置絕緣部件的情況下使繞組間的絕緣性提高的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。其結(jié)果為，能夠提供不需要配置絕緣部件、相應(yīng)地也能夠抑制部件數(shù)量和組裝工序的增加的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。并且，通過構(gòu)成為在I個(gè)槽配置I個(gè)繞組的卷繞部分，與在I個(gè)槽配置2個(gè)繞組(繞組的卷繞部分)的情況相比，能夠?qū)⒗@組的數(shù)量減少為一半，因此能夠減少發(fā)電機(jī)的部件數(shù)量。由此，能夠使發(fā)電機(jī)(風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng))的制造工程簡化。
[0015]發(fā)明效果
[0016]根據(jù)上述旋轉(zhuǎn)電極及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，能夠在不配置絕緣部件的情況下使繞組間的絕緣性提尚。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是示出一個(gè)實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的圖。
[0018]圖2是一個(gè)實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)的平面圖。
[0019]圖3是一個(gè)實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)的放大平面圖。
[0020]圖4是用于說明比較例的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)的繞組的配置的圖。
[0021]圖5是用于說明一個(gè)實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)的繞組的配置的圖。
[0022]圖6是示出一個(gè)實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的各相的繞組的位置和電氣相位的關(guān)系的圖。
[0023]圖7是示出變形例的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]以下，基于附圖對實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0025]首先，參照圖1至圖6，對本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。另外，以下，每極每相槽數(shù)q的分子(分母)的意思是每極每相槽數(shù)q的最簡分?jǐn)?shù)的分子(分母)。
[0026]如圖1所示，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)100由發(fā)電機(jī)1、用于收納發(fā)電機(jī)I的艙室2、轉(zhuǎn)子輪轂3、葉片4和塔(支承柱)5構(gòu)成。發(fā)電機(jī)I收納于艙室2。并且，轉(zhuǎn)子輪轂3安裝于發(fā)電機(jī)I的旋轉(zhuǎn)軸6。并且，在轉(zhuǎn)子輪轂3上安裝有多個(gè)葉片4。并且，艙室2被安裝于塔5。另外，發(fā)電機(jī)I是“旋轉(zhuǎn)電機(jī)”的一個(gè)例子。
[0027]如圖2所示，發(fā)電機(jī)I具備定子11和轉(zhuǎn)子12。這里，在本實(shí)施方式中，發(fā)電機(jī)I是以包圍定子11的外周的方式來配置轉(zhuǎn)子12的外轉(zhuǎn)子形式。
[0028]并且，如圖2及圖3所示，在定子11上設(shè)置有多個(gè)槽13。在本實(shí)施方式中構(gòu)成為，槽的數(shù)量Ns是感應(yīng)產(chǎn)生的電壓的相數(shù)m乘以4η (η為I以上的自然數(shù))而得到的值。具體地說，發(fā)電機(jī)I感應(yīng)產(chǎn)生的電壓的相數(shù)m是3相(U相、V相、W相)，槽的數(shù)量Ns是96 (=3X4X8)。96個(gè)槽13以朝向外周側(cè)開口的方式設(shè)置于定子11。另外，在圖3中，示出了槽編號為#1?#24的槽13。并且，在相鄰的槽13之間設(shè)置有齒14。
[0029]并且，在槽13卷繞有繞組15。在本實(shí)施方式中構(gòu)成為，繞組15為將繞組15卷繞于相鄰的槽13之間的齒14的集中卷繞。
[0030]并且，在轉(zhuǎn)子12上設(shè)置有多個(gè)永磁鐵16。在本實(shí)施方式中構(gòu)成為，槽的數(shù)量Ns (=96)與磁極的數(shù)量即極數(shù)P的差(Ns-P)滿足Ns-P= ±4n(n為整數(shù))。具體地說，永磁鐵16設(shè)置有100個(gè)。即，極數(shù)P為100，槽的數(shù)量Ns與極數(shù)P的差(Ns-P)為-4 ( = 96-100)。這樣，本實(shí)施方式的發(fā)電機(jī)I是極數(shù)P為20以上的中低速(例如，每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)為10以上且400以下)的發(fā)電機(jī)。
[0031]這里，在本實(shí)施方式中，發(fā)電機(jī)I構(gòu)成為每極每相槽數(shù)q是滿足1/4 < q < 1/2的分?jǐn)?shù)，所述每極每相槽數(shù)q是槽的數(shù)量Ns除以磁極的數(shù)量即極數(shù)P和電壓的相數(shù)m而得到的值。具體地說，發(fā)電機(jī)I構(gòu)成為，每極每相槽數(shù)q為8/25 ( = Ns/ (mXP) = 96/ (3 X 100))。并且，發(fā)電機(jī)I構(gòu)成為，用極數(shù)P除以每極每相槽數(shù)q的最簡分?jǐn)?shù)的分母而得到的值為4以上(例如，4、6、8、10或12)。具體地說，發(fā)電機(jī)I構(gòu)成為，用極數(shù)P( = 100)除以每極每相槽數(shù)q的最簡分?jǐn)?shù)的分母(=25)而得到的值為4 ( = 100/25)。
[0032]并且，在本實(shí)施方式中，如圖2所示，各含有多個(gè)同相(U相、V相或W相)的繞組15的繞組15的組構(gòu)成為，與用極數(shù)P除以每極每相槽數(shù)q的最簡分?jǐn)?shù)的分母而得到的值相等的數(shù)量(在本實(shí)施方式中為4個(gè))，繞組15的組分別以相互分開的狀態(tài)配置于定子11。具體地說，各含有8個(gè)同相(U相、V相或W相)的繞組15的繞組15的組構(gòu)成為4個(gè)(組1、2、3和4)，4個(gè)繞組的組以相互分開的狀態(tài)配置于定子11。
[0033]如圖2所示，在本實(shí)施方式中，4個(gè)繞組15的組在周向上以大致90度的等角度間隔配置于定子11。并且，U相的繞組15的組、W相的繞組15的組和V相的繞組15的組以按照該順序相鄰的狀態(tài)配置于定子11。另外，U相是“第I組”的一個(gè)例子，W相是“第2相”的一個(gè)例子。并且，V相是“第3相”的一個(gè)例子。具體地說，U相的繞組15卷繞于槽編號為#2?#9 (組I)、#26?#33 (組2)、#50?#57 (組3)及#74?#81 (組4)的槽13。并且，V相的繞組15卷繞于槽編號為#18?#25、#42?#49、#66?#73及#90?#1的槽13。并且，W相的繞組15卷繞于槽編號為#10?#17、#34?#41、#58?#65及#82?#89的槽13ο
[0034]接下來，參照圖4和圖5，對于本實(shí)施方式的各相(U相、V相、W相)的繞組15 (參照圖5)的配置，一邊與比較例(參照圖4)的定子200的繞組201的配置進(jìn)行比較一邊具體進(jìn)行說明。
[0035]如圖4所示，在比較例的定子200中，構(gòu)成為在I個(gè)槽202配置有2個(gè)繞組201。由此，繞組201卷繞于所有的齒203。例如，在槽編號為#1和#2的槽202之間的齒203a卷繞有繞組201，并且在槽編號為#2和#3的槽202之間的齒203b也卷繞有繞組201。由此，在槽編號為#2的槽202配置有2個(gè)繞組201。這樣，在比較例的定子200中，由于在I個(gè)槽202配置有2個(gè)繞組201，所以需要在2個(gè)繞組201之間配置絕緣部件(未圖示)，將2個(gè)繞組201之間絕緣。并且，絕緣部件需要配置于所有的槽202。
[0036]與此相對，在本實(shí)施方式中，如圖5所示，繞組15卷繞于相鄰的齒14中的一方，并且在另一方未進(jìn)行卷繞，由此構(gòu)成為在I個(gè)槽13配置有I個(gè)繞組15 (繞組15的卷繞部分)。另外，所謂繞組15的卷繞部分，意思是配置于槽13的內(nèi)部的繞組15的直線狀的部分。具體地說，在相鄰的2個(gè)槽13中的一方配置有繞組15的一半的繞組，并且在另一方配置有剩余一半的繞組。由此，構(gòu)成為卷繞有繞組15的齒14(14a)和未卷繞有繞組15的齒14 (14b)交替配置于定子11。具體地說，在槽編號為#2和#3 (#4和#5、#6和#7、#8和#9…)的槽13之間的齒14a卷繞有繞組15。另一方面，在槽編號為#1和#2 (#3和#4、#5和#6、#7和#8…)的槽13之間的齒14b未卷繞有繞組15。其結(jié)果為，在I個(gè)槽13 (例如槽編號為#2)僅配置有I個(gè)U相的繞組15 (U相的繞組15的卷繞部分(一半))。并且，在作為U相和W相的邊界的槽編號為#9的槽13僅配置有U相的繞組15 (U相的繞組15的卷繞部分(一半))，并且在槽編號為#10的槽13僅配置有W相的繞組15 (W相的繞組15的卷繞部分(一半))，在兩繞組之間配置有齒14(14b)。由此，與上述比較例的定子200不同，在槽13內(nèi)不必設(shè)置對繞組15之間進(jìn)行絕緣的絕緣部件。另外，由于在I個(gè)槽13配置有I個(gè)繞組15，所以本實(shí)施方式的繞組15的數(shù)量是在I個(gè)槽202配置有2個(gè)繞組201的比較例的繞組201的數(shù)量的一半。由此，例如，在對I個(gè)繞組配置I個(gè)冷卻管來冷卻繞組(定子)的情況下，在本實(shí)施方式中，與比較例相比能夠使冷卻管的數(shù)量為一半，因此能夠使發(fā)電機(jī)I的結(jié)構(gòu)簡化。
[0037]并且，在I個(gè)槽13配置I個(gè)繞組15 (繞組15的卷繞部分(一半))，本實(shí)施方式的I個(gè)繞組15的匝數(shù)是在I個(gè)槽202配置2個(gè)繞組201的比較例中的I個(gè)繞組201的匝數(shù)(w)的2倍(2w，參照圖6)。并且，雖然未圖示，但在上述比較例的定子200和本實(shí)施方式的定子11中，用于將繞組15和定子鐵芯lla(參照圖5)之間絕緣(對地絕緣)的絕緣部件配置于槽內(nèi)。
[0038]接下來，參照圖6，對各相(U相、V相、W相)的繞組15的位置(槽編號)和電氣相位之間的關(guān)系進(jìn)行說明。
[0039]首先，本實(shí)施方式的發(fā)電機(jī)I的電氣上的槽距角是187.5度(=(π XP)/Ns)=(180 X 100) /96) ο另外，機(jī)械上的槽距角是3.75度(=2 π /Ns = 360/96)，并且極距是3.6度(=360/100)。而且，卷繞于槽編號為#3的U相的繞組15和卷繞于槽編號為#4的U相的繞組15的電氣相位相差187.5度。同樣地，卷繞于槽編號為#5的U相的繞組15和卷繞于槽編號為#6的U相的繞組15的電氣相位相差187.5度。其結(jié)果為，槽編號為#3、#5、#7、#9、#26、#28、#30、#32、#51、#53、#55、#57、#74、#76、#78 及 #80 的 U 相的繞組 15 面向 N 極磁場。另外，卷繞于槽編號為#3和#51的繞組15的電氣相位相同。同樣地，卷繞于槽編號為 #26 和 #74 (#28 和 #76、#5 和 #53、#30 和 #78、#7 和 #55、#32 和 #80、#9 和 #57)的繞組15的電氣相位相同。即，U相的面向N極磁場的槽矢量(slot vector)的個(gè)數(shù)是8(參照圖6的粗箭頭)。即，槽矢量的個(gè)數(shù)與每極每相槽數(shù)q(8/25)的分子8對應(yīng)。
[0040]并且，槽編號為#2、#4、#6、#8、#27、#29、#31、#33、#50、#52、#54、#56、#75、#77、#79及#81的U相的繞組15面向S極磁場。另外，卷繞于槽編號為#2和#50的繞組15的電氣相位相同。同樣地，卷繞于槽編號為#27和#75 (#4和#52、#29和#77、#6和#54、#31和#79、#8和#56、#33和#81)的繞組15的電氣相位相同。
[0041]U相的繞組15如上所述地包括面向N極磁場的繞組15和面向S極磁場的繞組15這2個(gè)組。而且，針對I個(gè)槽矢量分配了 2個(gè)槽(例如槽編號為#3和#51)，如圖2所示，4個(gè)(=2組X2)繞組15的組在周向上以大致90度的等角度間隔配置于定子11。
[0042]并且，如圖6所示，U相的繞組的磁動(dòng)勢的中心軸線(通過電流流過U相的繞組而產(chǎn)生的磁通的中心軸線)位于槽編號為#5的槽13的電氣角和槽編號為#30的槽13的電氣角之間。另外，當(dāng)槽距角(電氣角)為λ8時(shí)，從磁動(dòng)勢的中心軸線至各槽13的電氣角由(As/2)+nX λ s (η是從磁動(dòng)勢的中心軸線起的槽距角的相位倍數(shù))來表示。
[0043]并且，V相的繞組 15 中，槽編號為 # 19、#21、#23、#25、#42、#44、#46、#48、#67、#69、#71、#73、#90、#92、#94及#96的繞組15面向N極磁場。并且，V相的繞組15中，槽編號為#18、#20、#22、#24、#43、#45、#47、#1、#66、#68、#70、#72、#91、#93、#95 及 #49 的繞組 15面向S極磁場。
[0044]并且，W相的繞組 15 中，槽編號為 #11、#13、#15、#17、#34、#36、#38、#40、#59、#61、#63、#65、#82、#84、#86及#88的繞組15面向N極磁場。并且，W相的繞組15中，槽編號為#10、#12、#14、#16、#35、#37、#39、#41、#58、#60、#62、#64、#83、#85、#87 及 #89 的繞組 15
面向S極磁場。并且，如圖2所示，V相和W相的繞組15也是同樣，4個(gè)繞組15的組在周向上以大致90度的等角度間隔配置于定子11。
[0045]接下來，對本申請的發(fā)明人特別地銳意研宄后發(fā)現(xiàn)的每極每相槽數(shù)q的分子的范圍進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0046]在每極每相槽數(shù)q的分子為3的情況(例如，槽的數(shù)量Ns是54，極數(shù)P是48，每極每相槽數(shù)q是3/8 = 54/ (3 X 48))下，通過用極數(shù)P除以槽的數(shù)量Ns而得到的值的最簡分?jǐn)?shù)(=48/54 = 8/9)的分子與分母的乘積(=8X9)算出齒槽的周期。即，可知在每極每相槽數(shù)q為3的情況下，齒槽的周期為72周期。另一方面，可知在每極每相槽數(shù)q的分子為4的情況(例如，槽的數(shù)量Ns是48，極數(shù)P是44，每極每相槽數(shù)q是4/11 = 48/(3X44))下，極數(shù)P除以槽的數(shù)量Ns而得到的值的最簡分?jǐn)?shù)為11/12( = 44/48)，齒槽的周期為132周期( = 11X12)。另外，齒槽是產(chǎn)生速度波動(dòng)(速度的脈動(dòng))的主要原因，速度波動(dòng)與齒槽的周期成反比例的關(guān)系。即，每極每相槽數(shù)q的分子為4的情況與每極每相槽數(shù)q的分子為3的情況相比，波動(dòng)的周期為大約2倍(132周期/72周期)，因此可知:每極每相槽數(shù)q為4的情況下的速度波動(dòng)與每極每相槽數(shù)q為3的情況相比，減輕了大約一半。
[0047]上述研宄的結(jié)果是，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)優(yōu)選使每極每相槽數(shù)q的分子比3大(為4以上)?；谠摪l(fā)現(xiàn)，在本實(shí)施方式中，使每極每相槽數(shù)q的分子為8 ( > 3)。
[0048]接下來，對本申請的發(fā)明人銳意研宄后發(fā)現(xiàn)的組數(shù)的范圍進(jìn)行說明。
[0049]例如可知，在組數(shù)為2的集中卷繞的發(fā)電機(jī)中，在繞組中流過電流的情況下，電磁力沿著彼此為相反方向的2個(gè)方向發(fā)揮作用(對于轉(zhuǎn)子，電磁力作用于2個(gè)作用點(diǎn))。因此可知，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子變形成橢圓形，因此發(fā)電機(jī)隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而振動(dòng)。另外可知，即使在組數(shù)為I的情況下，由于電磁力沿著I個(gè)方向作用于轉(zhuǎn)子，所以轉(zhuǎn)子發(fā)生變形，發(fā)電機(jī)隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而振動(dòng)。
[0050]并且可知，在組數(shù)為3的情況下，在繞組中流過電流的情況下，電磁力沿著3個(gè)方向中的各個(gè)方向發(fā)揮作用(對于轉(zhuǎn)子，電磁力作用于3個(gè)作用點(diǎn))。而且，在沿3個(gè)方向發(fā)揮作用的電磁力的大小產(chǎn)生差異的情況下，力會(huì)不均等地作用于轉(zhuǎn)子，從而轉(zhuǎn)子發(fā)生變形。因此可知，在組數(shù)為3的情況下，發(fā)電機(jī)隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而振動(dòng)。
[0051]另一方面，如圖2所示，在本實(shí)施方式的發(fā)電機(jī)I中，組數(shù)為4，因此可知，在發(fā)電機(jī)I旋轉(zhuǎn)時(shí)，例如在U相的繞組中流過電流的情況下，電磁力如圖2的箭頭所示地沿著4個(gè)方向發(fā)揮作用(對于轉(zhuǎn)子12，電磁力作用于4個(gè)作用點(diǎn))。由此可知，電磁力容易均等地作用于轉(zhuǎn)子12，能夠抑制發(fā)電機(jī)I的轉(zhuǎn)子12發(fā)生變形。其結(jié)果是，可知能夠抑制轉(zhuǎn)子12的變形引起的振動(dòng)。并且，確認(rèn)到:在組數(shù)為6、8、10和12的情況下，也能夠與上述組數(shù)4的情況同樣地，抑制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子發(fā)生變形，因此，能夠抑制轉(zhuǎn)子的變形引起的振動(dòng)。其結(jié)果是，可知抑制了在發(fā)電機(jī)的軸承部施加有異常的力的情況，因此能夠延長發(fā)電機(jī)的壽命。
[0052]并且可知，在組數(shù)比12大的情況下，每極每相槽數(shù)q的分子變小(變?yōu)镮或2)，繞組的分布效果變小。即，可知從發(fā)電機(jī)輸出的電壓的波形較大地偏離正弦波。上述研宄的結(jié)果是，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)優(yōu)選使組數(shù)為4、6、8、10和12。基于該發(fā)現(xiàn)，在本實(shí)施方式中，使組數(shù)為4。
[0053]并且，如上所述，通過使組數(shù)為4、6、8、10和12，能夠?qū)⒍鄠€(gè)繞組的組(例如，組I?4)全部串聯(lián)連接(將組I?4串聯(lián)連接)、全部并聯(lián)連接(將組I?4并聯(lián)連接)、或者將并聯(lián)連接后的組之間串聯(lián)連接(將組I和2串聯(lián)連接，將組3和4串聯(lián)連接，并將它們并聯(lián)連接)等，提高繞組的設(shè)計(jì)的自由度。
[0054]接下來，對本實(shí)施方式的發(fā)電機(jī)I的繞組系數(shù)進(jìn)行說明?？芍緦?shí)施方式的發(fā)電機(jī)I的基波(Fundamental)的繞組系數(shù)是0.956。另一方面，在圖4所示的比較例的I個(gè)槽202配置有2個(gè)繞組201的結(jié)構(gòu)中，可知繞組系數(shù)是0.954。其結(jié)果為，確認(rèn)了本實(shí)施方式的發(fā)電機(jī)I的繞組系數(shù)比比較例大。另外，所謂繞組系數(shù)是相對于將得到最大輸出的繞組的配置或結(jié)構(gòu)時(shí)的輸出值作為I的情況下的輸出的值(輸出比)，越接近I越好。
[0055]在本實(shí)施方式中，如上所述，通過構(gòu)成為在I個(gè)槽13配置I個(gè)繞組15的卷繞部分(一半)，從而在相鄰的2個(gè)繞組15之間配置有齒14，因此，能夠增大繞組15之間的間隔。由此，能夠在不配置絕緣部件的情況下提高繞組15之間的絕緣性。其結(jié)果為，不需要配置絕緣部件，相應(yīng)地也能夠抑制部件數(shù)量和組裝工序的增加。并且，通過構(gòu)成為在I個(gè)槽13配置I個(gè)繞組15的卷繞部分(一半)，與在I個(gè)槽13配置2個(gè)繞組15的情況相比，能夠?qū)⒗@組15的數(shù)量減少為一半，因此能夠減少發(fā)電機(jī)I的部件數(shù)量。由此，能夠使發(fā)電機(jī)I的制造工序簡化。
[0056]并且，在本實(shí)施方式中，如上所述，將繞組15卷繞于相鄰的齒14中的一方，并且在另一方不進(jìn)行卷繞，由此構(gòu)成為在I個(gè)槽13配置I個(gè)繞組15的卷繞部分(一半)。由此，能夠容易地構(gòu)成為在I個(gè)槽13配置I個(gè)繞組15。
[0057]并且，在本實(shí)施方式中，如上所述，構(gòu)成為卷繞有繞組15的齒14(14a)和未卷繞有繞組15的齒14(14b)交替配置于定子11。由此，定子11整體上構(gòu)成為在I個(gè)槽13配置I個(gè)繞組15，因此在定子11整體上，能夠在不配置絕緣部件的情況下提高繞組15之間的絕緣性。
[0058]并且，在本實(shí)施方式中，如上所述地構(gòu)成為，使每極每相槽數(shù)q的最簡分?jǐn)?shù)的分子為比3大的偶數(shù)。由此，與每極每相槽數(shù)q的最簡分?jǐn)?shù)的分子為奇數(shù)的情況不同，能夠在定子11整體上交替配置卷繞有繞組15的齒14 (14a)和未卷繞有繞組15的齒14 (14b)(不在I個(gè)槽13配置2個(gè)繞組15)。
[0059]并且，在本實(shí)施方式中，如上所述地構(gòu)成為，槽13的數(shù)量Ns為相數(shù)m乘以4η (η為I以上的自然數(shù))而得到的值。由此，槽13的數(shù)量Ns為4的倍數(shù)，因此容易均等地分成4部分，其結(jié)果是，能夠?qū)?組的繞組15以大致90度的等角度間隔配置于槽13。
[0060]并且，在本實(shí)施方式中，如上所述地構(gòu)成為，使槽13的數(shù)量Ns與極數(shù)P的差(Ns-PH^MNs-P= ±4η (η為整數(shù))。由此，在槽13的數(shù)量Ns為相數(shù)m乘以4η而得到的值(即4的倍數(shù))的情況下，極數(shù)P也成為4的倍數(shù)，因此能夠與4組的繞組15分別對應(yīng)著相等數(shù)量的磁極。
[0061]并且，在本實(shí)施方式中，如上所述，將發(fā)電機(jī)20應(yīng)用于極數(shù)P為20以上、且每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)為10以上且400以下的中低速的發(fā)電機(jī)I。由此，在集中卷繞有繞組15的中低速的發(fā)電機(jī)I中，能夠抑制部件數(shù)量和組裝工序的增加。
[0062]并且，在本實(shí)施方式中，如上所述，用極數(shù)P除以每極每相槽數(shù)q的最簡分?jǐn)?shù)的分母而得到的值為4以上，并且將各含有多個(gè)同相繞組15的繞組15的組構(gòu)成為與用極數(shù)P除以每極每相槽數(shù)q的最簡分?jǐn)?shù)的分母而得到的值相等的數(shù)量，將繞組15的組分別以相互分開的狀態(tài)配置于定子11。由此，電磁力沿著4個(gè)方向以上的方向作用于轉(zhuǎn)子12，因此與電磁力沿著彼此相反方向的2個(gè)方向作用于轉(zhuǎn)子12的情況不同，能夠抑制轉(zhuǎn)子12變形成橢圓形狀。并且，與繞組15的組數(shù)為3的情況相比，力容易均等地作用于轉(zhuǎn)子12，因此能夠進(jìn)一步抑制轉(zhuǎn)子12的變形。它們的結(jié)果是，通過將繞組15的組數(shù)設(shè)定為4以上，能夠抑制轉(zhuǎn)子12的變形引起的振動(dòng)，因此能夠使集中卷繞有繞組15的發(fā)電機(jī)I的特性提高。
[0063]并且，在本實(shí)施方式中，如上所述，使繞組15的組的數(shù)量為4，并將4個(gè)繞組15的組以在周向上分開大致90度的等角度間隔的狀態(tài)配置于定子11。由此，電磁力在周向上以大致90度的等角度間隔沿著4個(gè)方向中的各個(gè)方向作用于轉(zhuǎn)子12，因此能夠抑制轉(zhuǎn)子12變形成橢圓形狀。
[0064]并且，在本實(shí)施方式中，如上所述，使感應(yīng)產(chǎn)生的電壓的相數(shù)m為包括U相、W相和V相的3相，并將U相的繞組15的組、W相的繞組15的組和V相的繞組15的組以按照該順序相鄰的狀態(tài)配置于定子11。由此，能夠?qū)相、W相和V相的繞組15的組分別以大致90度的等角度間隔沿轉(zhuǎn)子12的周向配置。
[0065]并且，在本實(shí)施方式中，如上所述地構(gòu)成為，每極每相槽數(shù)q為8/25。由此，與每極每相槽數(shù)q的分子比較小的情況(例如，I或2)相比能夠減小高頻波成分。其結(jié)果是，能夠使得由發(fā)電機(jī)I發(fā)電產(chǎn)生的電壓的波形接近正弦波，因此能夠有效地實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)I的高效率化。
[0066]并且，在本實(shí)施方式中，如上所述，使感應(yīng)產(chǎn)生的電壓的相數(shù)m為3相，使槽13的數(shù)量Ns為96，使極數(shù)P為100。由此，能夠使每極每相槽數(shù)q為8/25 = (96/(3X100))。
[0067]并且，在本實(shí)施方式中，如上所述，通過以包圍定子11的外周的方式配置轉(zhuǎn)子12的外轉(zhuǎn)子形式來構(gòu)成發(fā)電機(jī)I。這里，在外轉(zhuǎn)子形式的發(fā)電機(jī)I中，轉(zhuǎn)子12容易變形，因此在該情況下，通過將4個(gè)繞組15的組在周向上以大致90度的等角度間隔配置于定子11，能夠有效地抑制轉(zhuǎn)子12變形成橢圓形狀。
[0068]另外，應(yīng)該認(rèn)為此次公開的實(shí)施方式在所有的方面都是例示，而不是作出限制。本發(fā)明的范圍不由上述實(shí)施方式的說明來表示，而是由權(quán)利要求書來表示，而且包含與權(quán)利要求書等同的意思和范圍內(nèi)的所有變更。
[0069]例如，在上述實(shí)施方式中，示出了在所有槽中構(gòu)成為在I個(gè)槽配置I個(gè)繞組的卷繞部分(一半)的例子，但例如也可以在所有的槽中的一部分槽中，在I個(gè)槽配置2個(gè)繞組的卷繞部分。
[0070]并且，在上述實(shí)施方式中，示出了構(gòu)成為繞組的組數(shù)為4的例子，但例如也可以構(gòu)成為繞組的組數(shù)為6、8、10或12。另外，在繞組的組數(shù)為6、8、10或12的情況下，繞組的組也在周向上以大致等角度間隔配置于定子。
[0071]此外，在上述實(shí)施方式中，示出了構(gòu)成為每極每相槽數(shù)q為8/25的例子，但例如也可以構(gòu)成為:通過使槽的數(shù)量Ns為96，使極數(shù)P為92，而使每極每相槽數(shù)q為8/23( = 96/(3 X 92))。另外，組數(shù)為4 ( = 92/23)。并且，也可以構(gòu)成為:通過使槽的數(shù)量Ns為84，使極數(shù)P為100，而使每極每相槽數(shù)q為7/25( = 84/(3X100))。另外，組數(shù)為4 ( = 100/25)。
[0072]此外，在上述實(shí)施方式中，示出了使用以包圍定子的外周的方式配置轉(zhuǎn)子的外轉(zhuǎn)子形式的發(fā)電機(jī)的例子，但例如也可以使用在定子的內(nèi)側(cè)配置轉(zhuǎn)子的內(nèi)轉(zhuǎn)子形式的發(fā)電機(jī)。
[0073]此外，在上述實(shí)施方式中，示出了將每極每相槽數(shù)q為滿足1/4 < q < 1/2的分?jǐn)?shù)并且繞組的組數(shù)為4的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于發(fā)電機(jī)的例子，但例如也可以將每極每相槽數(shù)q為滿足1/4 < q < 1/2的分?jǐn)?shù)并且繞組的組數(shù)為4的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于馬達(dá)。
[0074]此外，在上述實(shí)施方式中，示出了將每極每相槽數(shù)q為滿足1/4 < q < 1/2的分?jǐn)?shù)并且繞組的組數(shù)為4的發(fā)電機(jī)應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的例子，但例如也可以將該發(fā)電機(jī)應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以外的系統(tǒng)。
[0075]此外，在上述實(shí)施方式中，示出了電壓的相數(shù)為3的例子，但例如，電壓的相數(shù)也可以是3以外(例如單相)。在該情況下，構(gòu)成為槽的數(shù)量Ns除以磁極的數(shù)量即極數(shù)P而得到的值Ns/P滿足2/3 < Ns/P < 3/2即可。由此，由于槽的數(shù)量Ns與極數(shù)P的差比較小，因此能夠抑制繞組系數(shù)變小。
[0076]此外，在上述實(shí)施方式中，示出了轉(zhuǎn)子輪轂安裝于發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸的例子，但本發(fā)明不限于此。例如，也可以如圖7所示的變形例的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)101那樣，在轉(zhuǎn)子輪轂3和發(fā)電機(jī)I之間設(shè)置齒輪7。
[0077]標(biāo)號說明
[0078]1:發(fā)電機(jī)(旋轉(zhuǎn)電機(jī))；
[0079]4:葉片；
[0080]6:旋轉(zhuǎn)軸；
[0081]11:定子；
[0082]12:轉(zhuǎn)子；
[0083]13:槽；
[0084]14:齒；
[0085]15:繞組；
[0086]100、101:風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
【權(quán)利要求】
1.一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)(I)，其具備: 定子(11)，所述定子具有槽(13)和設(shè)置于所述槽之間的齒(14);以及 繞組(15)，所述繞組通過集中卷繞而卷繞于所述定子的所述齒， 所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)構(gòu)成為， 每極每相槽數(shù)q為滿足1/4 < q < 1/2的分?jǐn)?shù)，所述每極每相槽數(shù)q是所述槽的數(shù)量Ns除以磁極的數(shù)量即極數(shù)P和電壓的相數(shù)m而得到的值，并且， 在I個(gè)所述槽配置有I個(gè)所述繞組的卷繞部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中， 所述繞組卷繞于相鄰的所述齒中的一方，并且不卷繞于另一方，從而構(gòu)成為在I個(gè)所述槽配置有I個(gè)所述繞組的卷繞部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中， 所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)構(gòu)成為，卷繞有所述繞組的所述齒和未卷繞有所述繞組的所述齒交替配置于所述定子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中， 所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)構(gòu)成為，所述每極每相槽數(shù)q的最簡分?jǐn)?shù)的分子為比3大的偶數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中， 所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)構(gòu)成為，所述槽的數(shù)量Ns為相數(shù)m乘以4n(n為I以上的自然數(shù))而得到的值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中， 所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)構(gòu)成為，所述槽的數(shù)量Ns與所述極數(shù)P的差(Ns-P)滿足Ns-P = ±4n(n為整數(shù))。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中， 所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)應(yīng)用于所述極數(shù)P為20以上、且每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)為10以上且400以下的中低速的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中， 所述極數(shù)P除以所述每極每相槽數(shù)q的最簡分?jǐn)?shù)的分母而得到的值為4以上，構(gòu)成了所述極數(shù)P除以所述每極每相槽數(shù)q的最簡分?jǐn)?shù)的分母而得到的值那么多的、各含有多個(gè)同相繞組的繞組的組，所述繞組的組分別以相互分開的狀態(tài)配置于所述定子。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中， 所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)構(gòu)成為，所述繞組的組的數(shù)量為4、6、8、10或12， 所述繞組的組的數(shù)量那么多的所述繞組的組分別以在周向上分開大致等角度間隔的狀態(tài)配置于所述定子。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中， 所述繞組的組的數(shù)量為4，所述4個(gè)繞組的組以在周向上分開大致90度的等角度間隔的狀態(tài)配置于所述定子。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中， 感應(yīng)產(chǎn)生的電壓的所述相數(shù)m是包括第I相、第2相和第3相在內(nèi)的3相， 所述第I相的繞組的組、所述第2相的繞組的組和所述第3相的繞組的組以按照該順序相鄰的狀態(tài)配置于所述定子。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中， 所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)構(gòu)成為，所述每極每相槽數(shù)q為8/25。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中， 感應(yīng)產(chǎn)生的電壓的所述相數(shù)m為3相，所述槽的數(shù)量Ns為96，所述極數(shù)P為100。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中， 所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)是以包圍所述定子的外周的方式配置轉(zhuǎn)子(12)的外轉(zhuǎn)子形式。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中， 所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)由發(fā)電機(jī)⑴構(gòu)成。
16.一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(100、101)，其具備發(fā)電機(jī)(I)和與所述發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸連接的葉片(4)， 所述發(fā)電機(jī)包括:定子(11)，所述定子具有槽(13)和設(shè)置于所述槽之間的齒(14);以及繞組(15)，所述繞組通過集中卷繞而卷繞于所述定子的所述齒，所述發(fā)電機(jī)構(gòu)成為，每極每相槽數(shù)q為滿足1/4 < q < 1/2的分?jǐn)?shù)，所述每極每相槽數(shù)q是所述槽的數(shù)量Ns除以磁極的數(shù)量即極數(shù)P和電壓的相數(shù)m而得到的值，并且，在I個(gè)所述槽配置有I個(gè)所述繞組的卷繞部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中， 所述繞組卷繞于相鄰的所述齒中的一方，并且不卷繞于另一方，從而構(gòu)成為在I個(gè)所述槽配置有I個(gè)所述繞組的卷繞部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中， 所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成為，卷繞有所述繞組的所述齒和未卷繞有所述繞組的所述齒交替配置于所述定子。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中， 所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成為，所述每極每相槽數(shù)q的最簡分?jǐn)?shù)的分子為比3大的偶數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中， 所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成為，所述槽的數(shù)量Ns為相數(shù)m乘以4n(n為I以上的自然數(shù))而得到的值。
【文檔編號】H02K21/14GK104508958SQ201280074959
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月23日
【發(fā)明者】宮本恭祐 申請人:株式會(huì)社安川電機(jī)