JP2012039809A - 回転電機ユニット、発電機ユニット、風力発電システム、回転電機および発電機 - Google Patents
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Abstract
【課題】回転軸部を片持ち状に支持可能なロータを備える構成において、回転軸部がロータに支持される際の組立工程が複雑になるのを抑制することが可能な回転電機ユニットを提供する。
【解決手段】この発電機ユニット1(回転電機ユニット)は、ロータコア32と回転軸部2aを片持ち状に支持可能な回転軸支持部33とを含むロータ31と、ロータコア32と半径方向に対向するように配置されるステータコア22を含むステータ21と、回転軸部2aが回転軸支持部33に支持されていない状態において、ロータ31の半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部2aが回転軸支持部33に支持された場合において、ロータコア32およびステータコア22を覆うカバーになるように構成されたカバー兼用冶具41とを備える。
【選択図】図2
【解決手段】この発電機ユニット1(回転電機ユニット)は、ロータコア32と回転軸部2aを片持ち状に支持可能な回転軸支持部33とを含むロータ31と、ロータコア32と半径方向に対向するように配置されるステータコア22を含むステータ21と、回転軸部2aが回転軸支持部33に支持されていない状態において、ロータ31の半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部2aが回転軸支持部33に支持された場合において、ロータコア32およびステータコア22を覆うカバーになるように構成されたカバー兼用冶具41とを備える。
【選択図】図2
Description
本発明は、回転電機ユニット、発電機ユニット、風力発電システム、回転電機および発電機に関し、特に、回転軸部を片持ち状に支持可能なロータを備える回転電機ユニット、発電機ユニット、風力発電システム、回転電機および発電機に関する。
従来、回転軸部を片持ち状に支持可能なロータを備える回転電機ユニットが知られている(たとえば、特許文献1参照)。
上記特許文献1には、ロータコアを含み、出力軸(回転軸部)を片持ち状に支持する回転子(ロータ)と、ロータコアに対して半径方向に対向するステータコアを含む固定子(ステータ)と、ロータコアおよびステータコアを覆うモータカバーとを備えたビルトインタイプのモータ(回転電機ユニット)が開示されている。
しかしながら、上記特許文献1に記載のモータでは、出力軸が回転子に支持されていない状態において、ロータコアとステータコアとが接触しないように配慮する必要があり、その配慮の仕方によっては、組立工程が複雑になるという課題があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、回転軸部を片持ち状に支持可能なロータを備える構成において、回転軸部がロータに支持される際の組立工程が複雑になるのを抑制することが可能な回転電機ユニット、発電機ユニット、風力発電システム、回転電機および発電機を提供することである。
上記目的を達成するために、この発明の第1の局面における回転電機ユニットは、ロータコアと回転軸部を片持ち状に支持可能な回転軸支持部とを含むロータと、ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを含むステータと、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、ロータの半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材とを備える。
この発明の第1の局面による回転電機ユニットでは、上記のように、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、ロータの半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材を設けることによって、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、冶具部材により、ロータの半径方向への移動を規制してロータコアとステータコアとが接触するのを抑制することができるとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、冶具部材をそのままロータコアおよびステータコアを覆うカバーとして用いることができる。これにより、回転軸部が回転軸支持部に支持される際に、冶具部材を取り外す必要がないので、その分、組立工程を簡略化することができる。その結果、回転軸部がロータに支持される際の組立工程が複雑になるのを抑制することができる。
この発明の第2の局面における発電機ユニットは、ロータコアと回転軸部を片持ち状に支持可能な回転軸支持部とを含むロータと、ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを含むステータと、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、ロータの半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材とを備える。
この発明の第2の局面による発電機ユニットでは、上記のように、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、ロータの半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材を設けることによって、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、冶具部材により、ロータの半径方向への移動を規制してロータコアとステータコアとが接触するのを抑制することができるとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、冶具部材をそのままロータコアおよびステータコアを覆うカバーとして用いることができる。これにより、回転軸部が回転軸支持部に支持される際に、冶具部材を取り外す必要がないので、その分、組立工程を簡略化することができる。その結果、回転軸部がロータに支持される際の組立工程が複雑になるのを抑制することができる。
この発明の第3の局面における風力発電システムは、ロータコアと回転軸部を片持ち状に支持可能な回転軸支持部とを有するロータと、ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを有するステータと、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、ロータの半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材とを含む発電機ユニットと、回転軸支持部に支持される回転軸部に接続されるブレードとを備える。
この発明の第3の局面による風力発電システムでは、上記のように、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、ロータの半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材を発電機ユニットに設けることによって、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、冶具部材により、ロータの半径方向への移動を規制してロータコアとステータコアとが接触するのを抑制することができるとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、冶具部材をそのままロータコアおよびステータコアを覆うカバーとして用いることができる。これにより、回転軸部が回転軸支持部に支持される際に、冶具部材を取り外す必要がないので、その分、組立工程を簡略化することができる。その結果、比較的大型で組み立てに多大な労力を要する風力発電システムにおいて、回転軸部がロータに支持される際の組立工程が複雑になるのを抑制することができる。
この発明の第4の局面における回転電機は、ロータコアと回転軸部を片持ち状に支持可能な回転軸支持部とを有するロータと、ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを有するステータと、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、ロータの半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材とを含む回転電機ユニットと、回転軸支持部に支持される回転軸部とを備える。
この発明の第4の局面による回転電機では、上記のように、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、ロータの半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材を設けることによって、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、冶具部材により、ロータの半径方向への移動を規制してロータコアとステータコアとが接触するのを抑制することができるとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、冶具部材をそのままロータコアおよびステータコアを覆うカバーとして用いることができる。これにより、回転軸部が回転軸支持部に支持される際に、冶具部材を取り外す必要がないので、その分、組立工程を簡略化することができる。その結果、回転軸部がロータに支持される際の組立工程が複雑になるのを抑制することができる。
この発明の第5の局面における発電機は、ロータコアと回転軸部を片持ち状に支持可能な回転軸支持部とを有するロータと、ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを有するステータと、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、ロータの半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材とを含む発電機ユニットと、回転軸支持部に支持される回転軸部とを備える。
この発明の第5の局面による発電機では、上記のように、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、ロータの半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材を設けることによって、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、冶具部材により、ロータの半径方向への移動を規制してロータコアとステータコアとが接触するのを抑制することができるとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、冶具部材をそのままロータコアおよびステータコアを覆うカバーとして用いることができる。これにより、回転軸部が回転軸支持部に支持される際に、冶具部材を取り外す必要がないので、その分、組立工程を簡略化することができる。その結果、回転軸部がロータに支持される際の組立工程が複雑になるのを抑制することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、図1〜図11を参照して、本発明の一実施形態による風力発電システム100の構成について説明する。なお、本実施形態では、風力発電システム100に用いる本発明の回転電機ユニットを発電機ユニット1に適用する例について説明する。
図1に示すように、風力発電システム100は、ビルトイン型の発電機ユニット1と、発電機ユニット1が取り付けられる増速機2と、発電機ユニット1および増速機2を収納するためのナセル3と、ロータハブ4と、ブレード5と、タワー6とによって構成されている。また、ロータハブ4は、回転軸4aに取り付けられている。また、ロータハブ4には、複数のブレード5が取り付けられている。また、ナセル3は、タワー(支持柱)6に取り付けられている。
図2および図4に示すように、発電機ユニット1は、フレーム11と、ステータ21と、ロータ31と、カバー兼用冶具41とによって構成されている。なお、カバー兼用冶具41は、本発明の「冶具部材」の一例である。また、フレーム11は、図2〜図4に示すように、円筒形状に形成されている。また、フレーム11の増速機2が取り付けられる側(Z1方向側)の端部には、半径方向の外側に突出するフランジ部11aが設けられている。フランジ部11aは、フレーム11の外周縁に沿って円周状に形成されている。また、フレーム11は、図3および図4に示すように、複数の取付ボルト110により増速機2に取り付け可能に構成されている。これにより、発電機ユニット1を増速機2に取り付けることが可能である。
ステータ21は、フレーム11の内側面に固定的に取り付けられている。また、ステータ21は、扁平な円筒形状を有するステータコア22と、巻線23とから構成されている。ステータコア22は、たとえば、積層されたケイ素鋼板からなる。また、ステータコア22の内周面には、複数のスロット(図示せず)が設けられている。また、巻線23は、ステータコア22のスロット内に収納されている。また、巻線23は、たとえばU相、V相およびW相の3相電流を通電可能な複数の巻線から構成されている。
ロータ31は、ロータコア32と、回転軸支持部33と、ロータコア32および回転軸支持部33を連結するアーム部34とを含んでいる。ロータコア32は、扁平な円筒形状に形成されており、ステータコア22に対して半径方向に対向するように配置されている。また、ロータコア32は、たとえば積層されたケイ素鋼板からなるとともに、ロータコア32には、外周部に永久磁石32aが設けられている。また、回転軸支持部33は、増速機2に接続される後述の回転軸部2aを支持する機能を有している。具体的には、回転軸支持部33は、円筒形状に形成されており、回転軸部2aが挿入される軸挿入穴331を有している。軸挿入穴331は、回転軸部2aの挿入方向(Z方向)に延びるように回転軸支持部33を貫通して形成されている。また、回転軸支持部33は、図4および図7に示すように、回転軸部2aを軸挿入穴331に挿入した状態で片持ち状に支持するように構成されている。この際、回転軸支持部33と回転軸部2aとは、六角穴121を頭部に有する複数の第1ボルト120により固定されている。また、回転軸支持部33の外側面には、半径方向に延びるアーム部34が取り付けられている。
また、図2および図7に示すように、回転軸支持部33には、第1ボルト120を挿入可能なボルト挿入孔332が回転軸部2aの挿入方向(Z方向)に貫通して延びるように形成されている。ボルト挿入孔332は、図5に示すように、複数設けられている。また、複数のボルト挿入孔332は、軸挿入穴331に沿って円状に配列されている。また、ボルト挿入孔332は、図10に示すように、第1ボルト120の軸径D1よりも大きく、かつ、第1ボルト120の頭部の対角距離E1よりも小さい直径D2を有している。また、ボルト挿入孔332には、後述する第2ボルト130が螺合可能なように図示しないネジ山が形成されている。また、図5および図6に示すように、ボルト挿入孔332のカバー兼用冶具41側(Z2方向側)の端部には、ボルト挿入孔332よりも大きい直径を有するザグリ穴333が形成されている。ザグリ穴333は、第1ボルト120の頭部を収納可能な深さを有している。
また、図2および図4〜図7に示すように、回転軸支持部33のカバー兼用冶具41との対向面(Z2方向の表面)には、カバー兼用冶具41側(Z2方向側)に突出する2本の円環状の凸部334が設けられている。この2本の凸部334は、カバー兼用冶具41の後述する溝部414とによりラビリンスシール200を構成している。このラビリンスシール200については、後に詳細に説明する。また、2本の凸部334は、図5に示すように、回転軸部2aの挿入方向(Z方向)から見て、複数のボルト挿入孔332を取り囲むように複数のボルト挿入孔332よりも半径方向の外側に形成されている。すなわち、2本の凸部334は、ボルト挿入孔332よりもロータコア32側に配置されている。
ここで、本実施形態では、カバー兼用冶具41は、図2〜図4に示すように、フレーム11に固定的に取り付けられている。また、カバー兼用冶具41は、図2および図6に示すように、回転軸部2aがロータ31の回転軸支持部33に支持されていない状態において、第2ボルト130により回転軸支持部33に固定的に取り付けられている。すなわち、カバー兼用冶具41は、回転軸部2aがロータ31の回転軸支持部33に支持されていない状態において、フレーム11とロータ31とを固定的に連結することによってフレーム11に対してロータ31が移動するのを規制している。また、カバー兼用冶具41は、図4に示すように、回転軸部2aがロータ31の回転軸支持部33に支持された場合において、ステータコア22およびロータコア32を覆うカバーとなるように構成されている。また、カバー兼用冶具41は、回転軸部2aがロータ31の回転軸支持部33に支持された場合において、ロータ31が回転可能となるようにロータ31から離間されるように構成されている。なお、第2ボルト130は、本発明の「締結部材」の一例である。
また、図3に示すように、カバー兼用冶具41の外形は、回転軸部2aの挿入方向(Z方向)から見て、円形形状に形成されている。また、カバー兼用冶具41の中央部には、図2〜図4および図8に示すように、円形形状の開口部411が形成されている。開口部411は、回転軸支持部33の軸挿入穴331と略同じ大きさの直径を有している。また、図2、図4および図8に示すように、カバー兼用冶具41の開口部411の周囲には、ロータ31側(Z1方向側)に突出する円環状の突出部412が形成されている。突出部412には、六角穴131を頭部に有する第2ボルト130を挿入可能なボルト挿入孔413が回転軸部2aの挿入方向(Z方向)に貫通して延びるように形成されている。ボルト挿入孔413は、図3および図8に示すように、複数設けられている。また、複数のボルト挿入孔413は、開口部411の外周形状に沿って円環状に配列されている。また、複数のボルト挿入孔413は、回転軸支持部33の複数のボルト挿入孔332に対応する位置に配置されている。また、ボルト挿入孔413は、図9に示すように、第2ボルト130の軸径(外径)D3よりも大きい直径(内径)D4を有している。また、ボルト挿入孔413の直径(内径)D4は、回転軸支持部33のボルト挿入孔332の直径(内径)D2よりも大きくなるように構成されている。また、図10に示すように、ボルト挿入孔413の直径D4は、第1ボルト120を通過させることが可能なように、第1ボルト120の頭部の対角距離E1よりも大きい。また、図6に示すように、ボルト挿入孔413の直径D4は、第2ボルト130の頭部の対角距離E2よりも小さい。
また、図2、図4および図6〜図8に示すように、カバー兼用冶具41の突出部412の回転軸支持部33との対向面(Z1方向の表面)には、カバー兼用冶具41側(Z2方向側)に窪む2本の円環状の溝部414が設けられている。2本の溝部414は、図8に示すように、回転軸部2aの挿入方向(Z方向)から見て、複数のボルト挿入孔413を取り囲むように複数のボルト挿入孔413よりも半径方向の外側に形成されている。すなわち、2本の溝部414は、ボルト挿入孔413よりもロータ31のロータコア32側に配置されている。また、2本の溝部414は、図6〜図8に示すように、上記した回転軸支持部33の2本の凸部334が挿入可能なように構成されている。なお、本実施形態では、回転軸支持部33の2本の凸部334とカバー兼用冶具41の2本の溝部414とによって、非接触型の円環状のラビリンスシール200が構成されている。すなわち、ラビリンスシール200は、回転軸部2aの挿入方向(Z方向)に対向するように配置されたカバー兼用冶具41とロータ31の回転軸支持部33との対向部分に配置されている。また、ラビリンスシール200は、図2および図6に示すように、回転軸部2aがロータ31の回転軸支持部33に支持されていない状態において、第2ボルト130よりもロータコア32側に配置されている。また、ラビリンスシール200は、図4および図7に示すように、回転軸部2aがロータ31の回転軸支持部33に支持された場合において、第1ボルト120よりもロータコア32側に配置されている。なお、ラビリンスシール200は、本発明の「シール部」の一例である。
また、図9および図10に示すように、溝部414は、凸部334の長さL1よりも大きい長さ(深さ)L2を有している。したがって、図9に示すように、第2ボルト130が締め付けられて回転軸支持部33とカバー兼用冶具41の突出部412とが当接されている場合にも、凸部334の先端部が溝部414の底部に当接されない。これにより、凸部334と溝部414とが接触して破損することによってラビリンスシール200のシール機能が低下してしまうのを抑制することが可能である。また、回転軸部2aがロータ31の回転軸支持部33に支持されることによってロータ31の回転軸支持部33がカバー兼用冶具41の突出部412から所定距離L3離間された場合においても、凸部334は溝部414の内部に挿入されたままである。すなわち、ラビリンスシール200は、回転軸部2aがロータ31の回転軸支持部33に支持される場合において、ロータ31の回転軸支持部33がカバー兼用冶具41の突出部412から離間された場合でも、シール機能が有効に機能するように構成されている。これにより、図4に示すように、ラビリンスシール200は、フレーム11、カバー兼用冶具41、回転軸支持部33および増速機2により囲まれたステータコア22およびロータコア32の収納領域300に異物が入るのを抑制することが可能である。
また、図2および図4に示すように、ロータ31の回転軸支持部33により支持される回転軸部2aは、増速機2から発電機ユニット1側(Z2方向側)に突出するように増速機2に接続される。また、回転軸部2aは、ロータハブ4の回転動作が増速機2により増速されて軸線Cを回転中心として回転されるように構成されている。また、回転軸部2aは、図2〜図4に示すように、略円柱形状に形成されている。また、図2および図4に示すように、回転軸部2aの増速機2側(Z1方向側)の端部には、半径方向の外側に突出するフランジ部2bが形成されている。また、フランジ部2bの回転軸支持部33に対向する側(Z2方向側)の表面には、複数のネジ穴2cが形成されている。複数のネジ穴2cは、回転軸支持部33の複数のボルト挿入孔332に対応する位置に配置されている。また、ネジ穴2cは、第1ボルト120が螺合可能なように構成されている。
このような構成により、回転軸部2aは、第1ボルト120により回転軸支持部33に固定的に取り付けられることによって、回転軸支持部33により片持ち状に固定的に支持される。この際、ロータ31は、回転軸部2aの回転動作に連動してステータ21に対して回転可能となる。また、図11に示すように、第1ボルト120は、六角穴付きボルトからなり、頭部に六角形状の凹部121を有している。これにより、図示しない六角棒レンチをカバー兼用冶具41のボルト挿入孔413を介して第1ボルト120の凹部121に挿入することによって、カバー兼用冶具41を取り外すことなく第1ボルト120を締め付けることが可能となる。なお、発電機ユニット1および回転軸部2aにより、主として本発明の「発電機」を構成している。また、この発電機は、本発明の「回転電機」の一例である。
次に、図2、図4、図6、図7および図11を参照して、回転軸部2aをロータ31の回転軸支持部33に取り付ける際の組立工程について説明する。
発電機ユニット1は、図2および図6に示すように、回転軸部2aが回転軸支持部33により支持される前の状態において、カバー兼用冶具41によりロータ31の半径方向への移動を規制している。具体的には、ロータ31は、カバー兼用冶具41のボルト挿入孔413にロータ31が配置される側とは反対側(Z2方向側)から挿入された第2ボルト130により、カバー兼用冶具41に固定的に取り付けられている。この際、第2ボルト130は、回転軸支持部33のボルト挿入孔332に螺合されている。また、カバー兼用冶具41の突出部412と回転軸支持部33とは当接されている。
この状態の発電機ユニット1の回転軸支持部33の軸挿入穴331に回転軸部2aを挿入する。そして、取付ボルト110によりフレーム11を増速機2の所定の位置に固定的に取り付ける。これにより、発電機ユニット1が増速機2に対して固定的に取り付けられる。その後、第2ボルト130を抜き取りカバー兼用冶具41とロータ31とを離間させる。この際、ロータ31は、軸挿入穴331に挿入された回転軸部2aにより半径方向への移動が規制されているので、第2ボルト130を抜き取っても半径方向に移動しない。
次に、図4および図7に示すように、第1ボルト120をカバー兼用冶具41のボルト挿入孔413を通して回転軸支持部33のボルト挿入孔332に挿入する。そして、六角棒レンチ(図示せず)を第1ボルト120の凹部121(図11参照)に挿入して第1ボルト120を回転軸部2aのネジ穴2cに螺合させる。これにより、ロータ31が回転軸部2aに固定的に取り付けられる。そして、ロータ31は、ロータハブ4の回転動作に伴って軸線Cを回転中心として回転可能となる。また、この状態において、カバー兼用冶具41は、ステータコア22およびロータコア32を覆うカバーとして機能する。上記のように、回転軸部2aがロータ31の回転軸支持部33に取り付けられることによって風力発電システム100が組み立てられる。
本実施形態では、上記のように、回転軸部2aが回転軸支持部33に支持されていない状態において、ロータ31の半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部2aが回転軸支持部33に支持された場合において、ロータコア32およびステータコア22を覆うカバーになるように構成されたカバー兼用冶具41を発電機ユニット1に設けることによって、回転軸部2aが回転軸支持部33に支持されていない状態において、カバー兼用冶具41により、ロータ31の半径方向への移動を規制してロータコア32とステータコア22とが接触するのを抑制することができるとともに、回転軸部2aが回転軸支持部33に支持された場合において、カバー兼用冶具41をそのままロータコア32およびステータコア22を覆うカバーとして用いることができる。これにより、回転軸部2aが回転軸支持部33に支持される際に、カバー兼用冶具41を取り外す必要がないので、その分、組立工程を簡略化することができる。その結果、比較的大型で組み立てに多大な労力を要する風力発電システム100において、回転軸部2aがロータ31に支持される際の組立工程が複雑になるのを抑制することができる。
また、本実施形態では、上記のように、回転軸部2aが回転軸支持部33に支持されていない状態において、ロータ31に固定的に取り付けられることによってロータ31の移動を規制するとともに、回転軸部2aが回転軸支持部33に支持された場合において、ロータ31が回転可能なようにロータ31から離間されるようにカバー兼用冶具41を構成する。これによって、回転軸部2aが回転軸支持部33に支持されていない状態において、カバー兼用冶具41により、ロータ31の移動を確実に規制することができるとともに、回転軸部2aが回転軸支持部33に支持された場合には、カバー兼用冶具41によりロータ31の回転が妨げられるのを抑制することができる。
また、本実施形態では、上記のように、ステータ21が固定的に取り付けられるフレーム11を設け、回転軸部2aが回転軸支持部33に支持されていない状態において、フレーム11とロータ31とを固定的に連結することによってロータ31の移動を規制するようにカバー兼用冶具41を構成する。これによって、カバー兼用冶具41により、ステータ21に対するロータ31の移動を確実に規制することができるので、回転軸部2aが回転軸支持部33に支持されていない状態において、ロータコア32とステータコア22とが接触するのを確実に防止することができる。
また、本実施形態では、上記のように、カバー兼用冶具41とロータ31との間にラビリンスシール200を設けることによって、ラビリンスシール200により、カバー兼用冶具41とロータ31との間の隙間から異物が入るのを抑制することができる。
また、本実施形態では、上記のように、非接触型の円環状のラビリンスシール200を設けることによって、接触型のシールを用いる場合とは異なり、ロータ31の回転によりラビリンスシール200が磨耗しないので、磨耗によってシール機能が低下するのを防止することができる。
また、本実施形態では、上記のように、回転軸支持部33に、回転軸部2aが挿入される軸挿入穴331を設け、ラビリンスシール200を、回転軸部2aの挿入方向(Z方向)に対向するように配置されたカバー兼用冶具41とロータ31の回転軸支持部33との対向部分のロータコア32側において、回転軸部2aの挿入方向(Z方向)から見て軸挿入穴331を取り囲むように円環状に形成する。また、カバー兼用冶具41を、回転軸部2aが回転軸支持部33に支持されていない状態において、ラビリンスシール200よりも軸挿入穴331側に配置された第2ボルト130によりロータ31の回転軸支持部33に固定的に取り付ける。これによって、ラビリンスシール200が第2ボルト130による締結部分よりもロータコア32側に配置されるので、ラビリンスシール200により、締結部分からロータコア32側に異物が入るのを有効に抑制することができる。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
たとえば、上記実施形態では、風力発電システムに本発明の発電機ユニットを適用する例について説明したが、本発明はこれに限られない。本発明の発電機ユニットを、たとえば、水力発電システムなど、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。
また、上記実施形態では、本発明の回転電機ユニットおよび回転電機をそれぞれ発電機ユニットおよび発電機に適用する例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明の回転電機ユニットおよび回転電機を、それぞれ、モータユニットおよびモータに適用してもよい。
また、上記実施形態では、カバー兼用冶具(冶具部材)とフレームとを別部材として、カバー兼用冶具をフレームに固定的に取り付ける構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、フレームおよびカバー兼用冶具を一体的に形成する構成であってもよい。
また、上記実施形態では、本発明のシール部の一例として、非接触型のラビリンスシールを示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、接触型のシール部であってもよいし、ラビリンスシール以外の非接触型のシール部であってもよい。
また、上記実施形態では、回転軸支持部を貫通するように軸挿入穴を形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、回転軸を挿入可能であれば、回転軸支持部を貫通しない、底部を有する軸挿入穴を形成してもよい。
また、上記実施形態では、増速機を備えた風力発電システムについて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図12に示すように、増速機を備えていない風力発電システム400であってもよい。
1 発電機ユニット(回転電機ユニット)
2a 回転軸部
5 ブレード
11 フレーム
21 ステータ
22 ステータコア
31 ロータ
32 ロータコア
33 回転軸支持部
41 カバー兼用冶具(冶具部材)
100、400 風力発電システム
130 第2ボルト(締結部材)
200 ラビリンスシール(シール部)
331 軸挿入穴
2a 回転軸部
5 ブレード
11 フレーム
21 ステータ
22 ステータコア
31 ロータ
32 ロータコア
33 回転軸支持部
41 カバー兼用冶具(冶具部材)
100、400 風力発電システム
130 第2ボルト(締結部材)
200 ラビリンスシール(シール部)
331 軸挿入穴
上記目的を達成するために、この発明の第1の局面における回転電機ユニットは、回転軸部にロータコアを片持ち状に固定可能な回転軸支持部を含むロータと、ロータコアと対向するように配置されるステータコアを含むステータと、回転軸部に回転軸支持部が固定されていない状態において、ロータを固定するとともに、回転軸部に回転軸支持部が固定された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材と、を備える。
この発明の第2の局面における発電機ユニットは、回転軸部にロータコアを片持ち状に固定可能な回転軸支持部を含むロータと、ロータコアと対向するように配置されるステータコアを含むステータと、回転軸部に回転軸支持部が固定されていない状態において、ロータを固定するとともに、回転軸部に回転軸支持部が固定された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材と、を備える。
この発明の第3の局面における風力発電システムは、回転軸部と、回転軸部に接続されるブレードと、回転軸部にロータコアを片持ち状に固定する回転軸支持部を有するロータと、ロータコアと対向するように配置されるステータコアを有するステータと、回転軸部に回転軸支持部が固定されていない状態において、ロータを固定するとともに、回転軸部に回転軸支持部が固定された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材と、を含む発電機ユニットと、を備える。
この発明の第4の局面における回転電機は、回転軸部と、回転軸部にロータコアを片持ち状に固定する回転軸支持部を有するロータと、ロータコアと対向するように配置されるステータコアを有するステータと、回転軸部に回転軸支持部が固定されていない状態において、ロータを固定するとともに、回転軸部に回転軸支持部が固定された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材と、を含む回転電機ユニットと、を備える。
この発明の第5の局面における発電機は、回転軸部と、回転軸部にロータコアを片持ち状に固定する回転軸支持部を有するロータと、ロータコアと対向するように配置されるステータコアを有するステータと、回転軸部に回転軸支持部が固定されていない状態において、ロータを固定するとともに、回転軸部に回転軸支持部が固定された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材と、を含む発電機ユニットと、を備える。
Claims (10)
- ロータコアと回転軸部を片持ち状に支持可能な回転軸支持部とを含むロータと、
前記ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを含むステータと、
前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持されていない状態において、前記ロータの半径方向への移動を規制するとともに、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持された場合において、前記ロータコアおよび前記ステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材とを備える、回転電機ユニット。 - 前記冶具部材は、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持されていない状態において、前記ロータに固定的に取り付けられることによって前記ロータの移動を規制するとともに、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持された場合において、前記ロータが回転可能なように前記ロータから離間されるように構成されている、請求項1に記載の回転電機ユニット。
- 前記ステータが固定的に取り付けられるフレームをさらに備え、
前記冶具部材は、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持されていない状態において、前記フレームと前記ロータとを固定的に連結することによって前記ロータの移動を規制するように構成されている、請求項1または2に記載の回転電機ユニット。 - 前記冶具部材と前記ロータとの間には、シール部が設けられている、請求項3に記載の回転電機ユニット。
- 前記シール部は、非接触型の円環状のラビリンスシールである、請求項4に記載の回転電機ユニット。
- 前記回転軸支持部は、前記回転軸部が挿入される軸挿入穴を含み、
前記シール部は、前記回転軸部の挿入方向に対向するように配置された前記冶具部材と前記ロータの回転軸支持部との対向部分のロータコア側において、前記回転軸部の挿入方向から見て前記軸挿入穴を取り囲むように円環状に形成されており、
前記冶具部材は、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持されていない状態において、前記シール部よりも前記軸挿入穴側に配置された締結部材により前記ロータの回転軸支持部に固定的に取り付けられている、請求項4または5に記載の回転電機ユニット。 - ロータコアと回転軸部を片持ち状に支持可能な回転軸支持部とを含むロータと、
前記ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを含むステータと、
前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持されていない状態において、前記ロータの半径方向への移動を規制するとともに、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持された場合において、前記ロータコアおよび前記ステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材とを備える、発電機ユニット。 - ロータコアと回転軸部を片持ち状に支持可能な回転軸支持部とを有するロータと、前記ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを有するステータと、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持されていない状態において、前記ロータの半径方向への移動を規制するとともに、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持された場合において、前記ロータコアおよび前記ステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材とを含む発電機ユニットと、
前記回転軸支持部に支持される前記回転軸部に接続されるブレードとを備える、風力発電システム。 - ロータコアと回転軸部を片持ち状に支持可能な回転軸支持部とを有するロータと、前記ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを有するステータと、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持されていない状態において、前記ロータの半径方向への移動を規制するとともに、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持された場合において、前記ロータコアおよび前記ステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材とを含む回転電機ユニットと、
前記回転軸支持部に支持される前記回転軸部とを備える、回転電機。 - ロータコアと回転軸部を片持ち状に支持可能な回転軸支持部とを有するロータと、前記ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを有するステータと、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持されていない状態において、前記ロータの半径方向への移動を規制するとともに、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持された場合において、前記ロータコアおよび前記ステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材とを含む発電機ユニットと、
前記回転軸支持部に支持される前記回転軸部とを備える、発電機。
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