JP4357856B2 - 風力発電機 - Google Patents
風力発電機 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4357856B2 JP4357856B2 JP2003070262A JP2003070262A JP4357856B2 JP 4357856 B2 JP4357856 B2 JP 4357856B2 JP 2003070262 A JP2003070262 A JP 2003070262A JP 2003070262 A JP2003070262 A JP 2003070262A JP 4357856 B2 JP4357856 B2 JP 4357856B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- permanent magnet
- rotor
- wind power
- magnet
- power generator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転子鉄心に永久磁石を取り付けて構成された永久磁石回転子を備えた風力発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電機用途の永久磁石回転電機は、下記特許文献１に記載されているように、回転子に永久磁石を配置して磁極を形成し、さらに電機子側に移動磁界を発生させ、回転エネルギーをその移動磁界を介して電機子側に伝達し電力を取り出す同期回転機であり、その動作原理により高い運転効率が得られる。最近では、永久磁石回転機においてもインバータと組み合せることにより、可変速運転が可能となり、広い運転速度範囲を持つ用途に適用されるようになっている。
【０００３】
ところで永久磁石は、近年、希土類燒結磁石に分類され高いエネルギー密度を有し且つ低価格であるネオジ磁石が発明されて以来、各種モータへの適用が進められている。特に、大型回転機への適用は従来磁石ほどコスト的に圧迫感がないことから伸長していると言える。
【０００４】
また、焼結磁石はモータ出力増大に寄与するが、焼結品であるために、或いは硬く脆い性質であるために、複雑な形状に成形することができず、せいぜい研削・研磨加工で形を整える程度しか成形できないことから、円弧形状、平板形状が広く使用されている。そのため、エネルギー密度を損なわずに最小使用量で磁極を形成する必要がある。
【０００５】
風力発電機は、現在、誘導発電機，巻線形同期発電機などが主流である。風力はエネルギー密度が小さいため、そのエネルギーを効率良く電力に変換することが必要である。そのため、風車においては、風のエネルギーを最大限取り込む必要があり、ブレードの最適形状設計を始め、広い風速範囲で高い効率を得るためのピッチ制御などの技術開発が進められている。また、発電機においても、風車から伝えられる回転エネルギーを効率良く電気エネルギーに変換する必要があることから、可変速範囲の拡大、即ちどのような風速でも電力として変換する能力および効率の向上が望まれている。
【０００６】
風力発電の発電方式の特長として、発電はカットイン風速から開始され、その発電出力は風速のほぼ３乗で増加し、定格風速以降の風速では一定出力運転に移行する。定格風速以降は、風速が上がっても、風車の回転数は、その失速特性を利用して一定回転数を維持するようにピッチ制御される。これは、羽根の強度限界に起因している。
【０００７】
しかしながら、実際の定格風速以降の回転数はピッチ制御の機械的遅れから一定にはならない。即ち、風速の秒,分単位での変動や風向の変化により、短時間にて風速が変動するため、ピッチ制御が追従できず回転数は大きく脈動するのが実態である。我々の調査によると、定格回転数（定格風速において）に対し、１０％〜２５％の変動が実際に発生していることが明らかになった。
【０００８】
このように、風車の特性は、定出力範囲を２０％程度持つ可変速駆動であり、この特性にマッチした発電機を組み合せることが、風力発電システムとして出力増大に寄与することになる。
【０００９】
従来の風力発電機である誘導発電機は、可変速運転を可能とするため、極数変換方式とすべり制御が採用されている。このような方式の場合、突入電流など系統への影響が大きく、その保護回路設置などにより、付帯設備が大きくなる。また、力率の低下が避けられず、もともとの低効率の点も含め、エネルギーの機内消費が大きい。
【００１０】
それに対して巻線形同期発電機は、比較的高い効率と広い可変速範囲での運転が可能である。しかしながら、回転子巻線へ励磁電流を通電するためにブラシを使用しなければならず、メンテナンスの面で問題がある。また、直流電流を発生させるために、励磁機（エキサイター）を設備することが必須となるが、この励磁電流の発生動力はエネルギー損失と位置付けられることから、効率の点でも自ずと限界がある。
【００１１】
これら従来型の発電機に比べると、永久磁石発電機は、そもそも磁石の磁力を界磁として使用するため、エキサイターによる励磁が不要であり、高い効率の実現が可能である。また、ブラシを必要としないため、メンテナンス面においても大幅に改善することができる。さらに、この特長を維持しながら、前述の風力発電独特の出力特性にマッチする特性を永久磁石発電機に付与することができれば、高いコストパフォーマンスが達成できることになる。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−２９９１９７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高い効率と信頼性及び広い可変速範囲を有するとともに風力発電に望ましい出力特性を有する風力発電機を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、回転子鉄心に永久磁石を埋設して回転子磁極を形成し永久磁石回転電機を構成する永久磁石回転子を有する風力発電機において、前記回転子磁極１極あたり２個の平板状の永久磁石が対向して設けられ、磁石極の１磁極ピッチに相当する角度に対する永久磁石配置部分の角度の割合である極弧が７０％から９２％の範囲であり、前記２個の永久磁石のなす外側角度が６０°から９０°の範囲であり、前記風力発電機の発電端電圧および電流の変動が定格回転数から前記定格回転数の１２５％の回転数範囲においてそれぞれ２０％の範囲内にあることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、回転子鉄心に永久磁石を埋設して回転子磁極を形成し永久磁石回転電機を構成する永久磁石回転子を有する風力発電機において、前記回転子磁極１極あたり２個の平板状の永久磁石が対向して設けられ、磁石極の１磁極ピッチに相当する角度に対する永久磁石配置部分の角度の割合である極弧が８５％から９２％の範囲であり、前記２個の永久磁石のなす外側角度が６０°から９０°の範囲であり、前記永久磁石の前面の回転子鉄心に、前記永久磁石と平行な辺を持つ扇形の窓が形成され、前記風力発電機の発電端電圧および電流の変動が定格回転数から前記定格回転数の１２５％の回転数範囲においてそれぞれ２０％の範囲内にあることを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、前記扇形の窓に、扇形の中空或いは中実形状の磁性片が装着されていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、回転子鉄心に永久磁石を埋設して回転子磁極を形成し永久磁石回転電機を構成する永久磁石回転子を有する風力発電機において、前記回転子磁極１極あたり２個の平板状の永久磁石が対向して設けられ、磁石極の１磁極ピッチに相当する角度に対する永久磁石配置部分の角度の割合である極弧が８５％から９２％の範囲であり、前記２個の永久磁石のなす外側角度が６０°から９０°の範囲であり、前記永久磁石の前面の回転子鉄心に溝を形成し、空隙長を大きくし、前記風力発電機の発電端電圧および電流の変動が定格回転数から前記定格回転数の１２５％の回転数範囲においてそれぞれ２０％の範囲内にあることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図１および図２を参照して本発明の永久磁石回転子および風力発電機の第１の実施の形態を説明する。
図１（ａ）は、永久磁石回転電機の横断面構造を概略的に示すものであり、電機子１は電機子鉄心１ａに形成されたスロットに電機子コイル１ｂを収納した構成となっており、その界磁空間内に、回転子鉄心２ａに回転子磁極２ｂを形成した回転子２が配置される。
【００２３】
回転子２は、その詳細を図１（ｂ）に示すように、回転子鉄心２ａに設けた磁極装着用打抜き部に、１つの磁極２ｂあたり２個の平板状の磁石４を対向させるように配置し、その磁石極の１磁極ピッチに相当する角度αに対する磁石４配置部分の角度βの割合である極弧β／αを９２％以上とし、さらに同一磁極に配置した磁石４のなす角度γが７５°から１０５°の範囲に構成にしている。
【００２４】
永久磁石回転電機を風力発電機として適用する場合、原動機側である風車の出力特性に適った発電特性を付帯させることが必要となる。風力発電システムの発電方式の特長として、発電はカットイン風速から開始され、その発電出力は風速のほぼ３乗で増加し、定格風速以降の風速では一定出力運転に移行する。定格風速以降は、風速が上がっても、風車の回転数は、その失速特性を利用して一定回転数を維持するようにピッチ制御される。これは、羽根の強度限界に起因している。
【００２５】
従って、発電機は理想的には、図２（ａ）の負荷曲線のような回転数と出力の関係（以降、負荷特性とする）に適合すれば良いことになる。この場合、永久磁石回転子としては、図１に示したような表面磁石配置型の回転子構成が、高い力率が得られることなどから好ましい。
【００２６】
図２（ａ）には、前記回転子を採用した発電機の出力特性を、負荷電流をパラメータとして、示してある。定格電流のみで負荷特性をカバーできているため、発電機出力に変動が無いことになり、高品質の発電が可能である。
【００２７】
しかしながら、実際の、定格風速以降の回転数は、ピッチ制御の機械的遅れから図２（ａ）の負荷特性のように一定にはならない。即ち、風速の秒、分単位での変動や、風向の変化により、短時間にて風速が変動するため、ピッチ制御が追従できず、回転数は大きく脈動するのが実態である。
【００２８】
我々の調査によると、定格回転数（定格風速において）に対し、１０％〜２５％の変動が実際に発生していることが明らかになった。これを図２（ａ）と同様に、出力v.s.回転数として見ると、図２（ｂ）のような関係が得られる。これは、変動幅を定格回転数の２０％としている。
【００２９】
このような負荷特性を一定電流でカバーすることは、前記発電機特性では不可能である。また、１２０％電流が流れた場合においても、その負荷をカバーすることはできない。例えば、１３０％電流でカバーできた場合、それは２０％以上の力率低下につながり、出力変動が大きくなって、高品質の電力を供給することはできない。
【００３０】
出力変動を後段に設置したパワーエレクトロニクス装置で安定化することを考えるにしても、発電端の電流、電圧の変動幅としては、それぞれ１２０％以内が限界であり、それを超える変動が生じる発電機に対しては、バッテリー、フライホイール装置などの電力貯蔵装置を設置することが必要であり、発電システム自体が大型になり、特に、風力発電システムとしてはコスト的に成立しない場合が多い。このように、風車の特性は、定出力範囲を２０％程度持つ可変速駆動であり、この特性にマッチした発電機を組み合せることが、風力発電システムとして出力増大に寄与することになる。
【００３１】
本実施の形態の永久磁石回転子は、隣り合う磁極２ｂの磁石４の間隔がほとんど無い（極弧９３％以上）ことから、角度γが前記の範囲を超えた場合、その出力特性はほとんど図２（ａ）のそれと同じになる。しかしながら、γが前記の範囲に入ると、磁石４の前面の鉄心部には磁石４の磁束以外に、出力を安定させる効果を持つリラクタンス磁束が流れる空間が確保される。
【００３２】
これにより、本実施の形態の永久磁石回転子は磁石磁束により高出力化が達成され、また、リラクタンス磁束により、高出力を維持する機能が付加されることになる。従って、カットイン風速から定格風速（回転数）まで、風車の出力を余すところ無く電気エネルギーに変換することができ、さらに、定格風速からカットアウト風速の間にて生じる回転数変動においても、パワーエレクトロニクス装置の許容できる範囲内に負荷電流の変動を抑えることができ、結果として一定出力を得ることができる。
【００３３】
また、本実施の形態の風力発電機は、後段のパワーエレクトロニクス装置の安定化作用によって変動を吸収できるように、発電端電圧と負荷電流の変動をそれぞれ２０％の範囲内に収めることができ、付帯設備を設置することもなく、低廉な風力システムを提供することができる。
【００３４】
つぎに本発明の第２の実施の形態を説明する。本実施の形態の永久磁石回転子は、図３に示すように、回転子鉄心２ａに設けた磁石装着用打抜き部に、１つの極２ｂあたり２個の平板状の磁石４を対向させるように挿入し、且つ、その磁石極の極弧β／αを７０％から９２％の範囲とし、さらに同一磁極に配置した磁石４のなす角度γが６０°から９０°の範囲となるように構成している。
【００３５】
極弧β／αが上記の範囲にある場合、リラクタンス磁束は隣り合う磁極の磁石の間に存在する鉄心を通り、磁石４の後を通って磁束が流れる空間が確保される。しかしながら、角度γがこの角度範囲を超えた場合、リラクタンス磁束の量は大きく減少し、磁石磁束量もそれにより低下することから、磁石による高出力化が阻害される。結果として、出力維持の機能は付帯するが、定格出力を発揮するために、磁石磁束の不足分を電流を増加することでカバーすることとなって、全体的な力率が低下する。前記範囲に角度γを設定すると、リラクタンス磁束量が増え、力率低下を防ぐだけの磁石磁束が得られる。
【００３６】
従って、カットイン風速から定格風速（回転数）まで、風車の出力を余すところ無く電気エネルギーに変換することができ、さらに、定格風速からカットアウト風速の間にて生じる回転数変動においても、パワーエレクトロニクス装置の許容できる範囲内に負荷電流の変動を抑えることができ、結果として一定出力を得ることができる。
【００３７】
つぎに本発明の第３の実施の形態を説明する。本実施の形態の永久磁石回転子は、図４に示すように、磁石極の極弧β／αが８５％から９２％の範囲の比較的高い極弧範囲にある場合、配置した磁石４の前面に、磁石と平行な辺を持つ扇形の窓３を形成した構成である。
【００３８】
発電機の寸法仕様などによって、磁石磁束が不足する場合も起こる。その場合、磁束量を増やすと、磁石長さが伸び、隣り合う磁極の磁石間隔が狭くなって、リラクタンス磁束の流れる空間が足りなくなり、出力維持機能が低下することになる。
【００３９】
その場合、前記扇形の窓３を、磁石４の前面に、磁石４の磁束の流れを阻害しない、即ち鉄心２ａが磁気飽和することのない断面積で形成すると、リラクタンス磁束を増加させることができる。即ち、磁石４のある磁極中心径方向の磁気回路を遮断することで、そちらに漏れていたリラクタンス磁束を、磁石４の後を通過する望ましい流路に導くことができ、結果的に、リラクタンス磁束を補うことができるのである。
【００４０】
従って、カットイン風速から定格風速（回転数）まで、風車の出力を余すところ無く電気エネルギーに変換することができ、さらに、定格風速からカットアウト風速の間にて生じる回転数変動においても、パワーエレクトロニクス装置の許容できる範囲内に負荷電流の変動を抑えることができ、結果として一定出力を得ることができる。
【００４１】
つぎに本発明の第４の実施の形態の永久磁石回転子は、図５に示すように、予め広く明けた扇形の窓に、扇形の中空或いは中実形状の磁性片５を装着した構成である。
【００４２】
本実施の形態によれば、定格風速以上の風速での回転数変動幅が大きくなった場合、或いは、異なる風車の負荷特性仕様に合わせる必要が生じた場合など、磁石磁束とリラクタンス磁束のバランスが壊れ、その結果、出力一定維持が不可能になった時に、窓の大きさを必要な大きさに変更することによって、そのバランスを回復し、パワーエレクトロニクス装置の許容できる範囲内に負荷電流の変動を抑えることができる。また、発電機の特性を風車出力に容易に合わせることができることから、発電機の共通部品化ができ、生産コストの低減が可能となる。
【００４３】
つぎに本発明の第５の実施の形態の永久磁石回転子は、図６に示すように、磁石極の極弧β／αが８５％から９２％の範囲に限ってではあるが、扇形窓の代わりに、磁石４の前面に対向する回転子鉄心２ａの表面に深さｔの溝を形成し、その部分のみ空隙長を広くした構成である。
【００４４】
溝の深さｔは、大きくなるほど、リラクタンス磁束の増加効果が大きくなるが、ギャップ長が逆に増加するため、磁石磁束の低下につながり、いたずらに深くすることができない。我々の調査では、ｔの大きさとしては、正規のギャップ長に対し、１０％〜３０％の範囲が好ましいとの結果を得ている。
【００４５】
つぎに本発明の第６の実施の形態の永久磁石回転子は、図７に示すように、回転子鉄心２ａに設けた磁石装着用打抜き部に、円弧状の磁石４ａを挿入し、且つ、その磁石極の極弧β／αを６５％から８０％の範囲にした構成である。
【００４６】
この実施の形態では、磁石４ａの前面にはリラクタンス磁束の流れる空間は無く、隣り合う磁極の磁石の間から磁石の後を通って流れる磁気回路のみがその流路となる。従って、比較的その磁石の間隔は広くとる必要があり、上記範囲の設定になっている。この円弧状の磁石４ａは、回転子の外周に沿った形状となっているが、例えば、逆円弧状態で磁石４ａを配置していもよい。
【００４７】
この実施の形態の永久磁石回転子によれば、カットイン風速から定格風速（回転数）まで、風車の出力を余すところ無く電気エネルギーに変換することができ、さらに、定格風速からカットアウト風速の間にて生じる回転数変動においても、パワーエレクトロニクス装置の許容できる範囲内に負荷電流の変動を抑えることができ、結果として一定出力を得ることができる。
【００４８】
なお、この円弧状の磁石４ａは、１枚の磁石とすることができるが、その扇形角度を鉄心２ａの打抜き孔に対して小さくとり、打抜き孔のなかでできた隙間に、前記第４の実施の形態におけるような、磁性片を配置することで、リラクタンス磁束流路、従ってリラクタンス磁束量と磁石磁束量の比率を任意にしかも容易に調節することができる。
【００４９】
これにより、定格風速以上の風速での回転数変動幅が大きくなった場合、或いは、異なる風車の負荷特性仕様に合わせる必要が生じた場合など、磁石磁束とリラクタンス磁束のバランスが壊れ、その結果、出力一定維持が不可能になった時に、磁束量とリラクタンス磁束流路を任意に変更することで、そのバランスを回復し、パワーエレクトロニクス装置の許容できる範囲内に負荷電流の変動を抑えることができる。また、発電機の特性を風車出力に容易に合わせることができることから、発電機の共通部品化ができ、生産コストの低減が可能となる。
【００５０】
つぎに本発明の第７の実施の形態の永久磁石回転子は、図８に示すように、永久磁石としてカマボコ形の磁石４ｂを使用している。極弧β／αの指定は、第６の実施の形態と同じである。カマボコ形の磁石４ｂの効果は、基本的には、円弧磁石のそれと同じであるが、さらに、リラクタンス磁束を増加させ、優れた出力維持能力が得られる。
【００５１】
リラクタンス磁束は、その流路を確保することで増大できるが、前述したように、磁石の方向の漏れを無くすことによっても増加させることができる。カマボコ形の磁石４ｂは、極中央の部分の磁石厚さが大きくなっているが、磁石は、リラクタンス磁束の流れを阻害する働きがあることから、極中央はその効果が大きい。さらに、リラクタンス磁束の漏れは極中央が大きくなる傾向があることから、カマボコ形の磁石４ｂの効果により、強く且つ効果的にリラクタンス磁束の漏れを遮断することができる。結果として、少ない磁束量で、永久磁石回転電機の出力維持能力が向上でき、力率、効率の向上が図れる。
【００５２】
つぎに本発明の第８の実施の形態を説明する。この実施の形態の永久磁石回転子は、図９に示すように、円弧状の磁石４ａの外面に配する鉄心部（円環部）を、鉄心２ａとは別体の環状磁性体６にて形成し、隣接する磁石４ａに挟まれた鉄心部を継手として前記環状磁性体６を固定した構成である。
【００５３】
この円環部を鉄心２ａと別の部材とすることで、この部分の形状或いは材質を任意に選ぶことができる。例えば、最大回転数が大きくなり、磁石４ａの遠心力による飛散を防止することが困難である場合、図７の構成では、円環部の肉厚を増やすことで対処するしかなく、この場合、必然的に磁石４ａの位置が内周側に移動するため、磁束量が減少し、且つ、磁石磁束の前記円環部を通って流れる漏れ成分が大きくなって、出力に寄与する磁石磁束量が低下してしまう。
【００５４】
本実施の形態では、その場合、円環部材料にマルエージ鋼などの高強度材を使用することで、その肉厚を小さくすることができ、結果として出力低下を防止することができる。また、図７の構成についても円環部を削除するだけで、簡単に採用することができる。
【００５５】
さらに、円環部の形状を凸円弧形状とすることで、ギャップに流れる磁束分布を正弦波形状に成形することが可能で、これにより、高調波磁束成分を低減することもできる。これによって、高調波磁束成分に起因した高調波損失を低減でき、効率を向上することも可能である。このように、本実施の形態によると、種々の風車特性或いは、負荷仕様に対して発電機性能を容易に順応させることができる。
【００５６】
つぎに本発明の第９の実施の形態を説明する。この実施の形態の永久磁石回転子は、図１０に示すように、前記第８の実施の形態の永久磁石回転子において、環状磁性体６の継手部分に軸方向に冷却用のフィン７を付設したものである。鉄心２ａの円環部は、別材料によって任意の形状に作製できることから、軸方向に伸ばし、フィン７を形成する。図では、軸流フィンを形成しているが、このフィン７の部分のみ非磁性にすることもできる。
【００５７】
このフィン７の効果としていくつかあるが、ひとつには、永久磁石４ａ及び環状磁性体６にて発生する表面損失などによる発熱を速やかにフィン７から放熱する作用がある。また、別の効果として、フィン７が回転することによって生じる冷却風により、相対的に高い温度になりがちな電機子コイル１ｂのエンド部を循環冷却する作用がある。
【００５８】
一般に風力発電機はナセルの中に収納されるが、他の電気部品の保護のためにナセルは密閉構造を採用することが多い。また、発電機の冷却は自然冷却が一般的であり、冷却条件が悪いので、発電機は比較的大型に製造される傾向にある。本実施の形態では、そのホットスポットとなる、電機子コイルエンド部をフィン７によって冷却できることから、冷却性能が飛躍的に向上し、発電機自体を小型化することができる。これによって、発電機重量、体格、損失が小さくなり、出力向上及びナセル寸法縮小効果をもたらすことが可能である。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、高い効率と信頼性及び広い可変速範囲を有するとともに風力発電に望ましい出力特性を有する風力発電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示し、（ａ）は本実施の形態の永久磁石回転子を備えた永久磁石回転電機を模式的に示す径方向断面図、（ｂ）は上記永久磁石回転子を示す部分断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の永久磁石回転子の作用（ｂ）を従来の永久磁石回転子の作用（ａ）と比較して説明する曲線図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の永久磁石回転子の部分断面図。
【図４】本発明の第３の実施の形態の永久磁石回転子の部分断面図。
【図５】本発明の第４の実施の形態の永久磁石回転子の部分断面図。
【図６】本発明の第５の実施の形態の永久磁石回転子の部分断面図。
【図７】本発明の第６の実施の形態の永久磁石回転子の部分断面図。
【図８】本発明の第７の実施の形態の永久磁石回転子の部分断面図。
【図９】本発明の第８の実施の形態の永久磁石回転子の部分断面図。
【図１０】本発明の第９の実施の形態の永久磁石回転子を備えた風力発電機の軸方向断面図。
【符号の説明】
１…電機子、１ａ…電機子鉄心、１ｂ…電機子コイル、２…回転子、２ａ…回転子鉄心、２ｂ…回転子磁極、３…窓、４，４ａ，４ｂ…磁石、５…磁性片、６…環状磁性体、７…フィン、８…シャフト。
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転子鉄心に永久磁石を取り付けて構成された永久磁石回転子を備えた風力発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電機用途の永久磁石回転電機は、下記特許文献１に記載されているように、回転子に永久磁石を配置して磁極を形成し、さらに電機子側に移動磁界を発生させ、回転エネルギーをその移動磁界を介して電機子側に伝達し電力を取り出す同期回転機であり、その動作原理により高い運転効率が得られる。最近では、永久磁石回転機においてもインバータと組み合せることにより、可変速運転が可能となり、広い運転速度範囲を持つ用途に適用されるようになっている。
【０００３】
ところで永久磁石は、近年、希土類燒結磁石に分類され高いエネルギー密度を有し且つ低価格であるネオジ磁石が発明されて以来、各種モータへの適用が進められている。特に、大型回転機への適用は従来磁石ほどコスト的に圧迫感がないことから伸長していると言える。
【０００４】
また、焼結磁石はモータ出力増大に寄与するが、焼結品であるために、或いは硬く脆い性質であるために、複雑な形状に成形することができず、せいぜい研削・研磨加工で形を整える程度しか成形できないことから、円弧形状、平板形状が広く使用されている。そのため、エネルギー密度を損なわずに最小使用量で磁極を形成する必要がある。
【０００５】
風力発電機は、現在、誘導発電機，巻線形同期発電機などが主流である。風力はエネルギー密度が小さいため、そのエネルギーを効率良く電力に変換することが必要である。そのため、風車においては、風のエネルギーを最大限取り込む必要があり、ブレードの最適形状設計を始め、広い風速範囲で高い効率を得るためのピッチ制御などの技術開発が進められている。また、発電機においても、風車から伝えられる回転エネルギーを効率良く電気エネルギーに変換する必要があることから、可変速範囲の拡大、即ちどのような風速でも電力として変換する能力および効率の向上が望まれている。
【０００６】
風力発電の発電方式の特長として、発電はカットイン風速から開始され、その発電出力は風速のほぼ３乗で増加し、定格風速以降の風速では一定出力運転に移行する。定格風速以降は、風速が上がっても、風車の回転数は、その失速特性を利用して一定回転数を維持するようにピッチ制御される。これは、羽根の強度限界に起因している。
【０００７】
しかしながら、実際の定格風速以降の回転数はピッチ制御の機械的遅れから一定にはならない。即ち、風速の秒,分単位での変動や風向の変化により、短時間にて風速が変動するため、ピッチ制御が追従できず回転数は大きく脈動するのが実態である。我々の調査によると、定格回転数（定格風速において）に対し、１０％〜２５％の変動が実際に発生していることが明らかになった。
【０００８】
このように、風車の特性は、定出力範囲を２０％程度持つ可変速駆動であり、この特性にマッチした発電機を組み合せることが、風力発電システムとして出力増大に寄与することになる。
【０００９】
従来の風力発電機である誘導発電機は、可変速運転を可能とするため、極数変換方式とすべり制御が採用されている。このような方式の場合、突入電流など系統への影響が大きく、その保護回路設置などにより、付帯設備が大きくなる。また、力率の低下が避けられず、もともとの低効率の点も含め、エネルギーの機内消費が大きい。
【００１０】
それに対して巻線形同期発電機は、比較的高い効率と広い可変速範囲での運転が可能である。しかしながら、回転子巻線へ励磁電流を通電するためにブラシを使用しなければならず、メンテナンスの面で問題がある。また、直流電流を発生させるために、励磁機（エキサイター）を設備することが必須となるが、この励磁電流の発生動力はエネルギー損失と位置付けられることから、効率の点でも自ずと限界がある。
【００１１】
これら従来型の発電機に比べると、永久磁石発電機は、そもそも磁石の磁力を界磁として使用するため、エキサイターによる励磁が不要であり、高い効率の実現が可能である。また、ブラシを必要としないため、メンテナンス面においても大幅に改善することができる。さらに、この特長を維持しながら、前述の風力発電独特の出力特性にマッチする特性を永久磁石発電機に付与することができれば、高いコストパフォーマンスが達成できることになる。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−２９９１９７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高い効率と信頼性及び広い可変速範囲を有するとともに風力発電に望ましい出力特性を有する風力発電機を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、回転子鉄心に永久磁石を埋設して回転子磁極を形成し永久磁石回転電機を構成する永久磁石回転子を有する風力発電機において、前記回転子磁極１極あたり２個の平板状の永久磁石が対向して設けられ、磁石極の１磁極ピッチに相当する角度に対する永久磁石配置部分の角度の割合である極弧が７０％から９２％の範囲であり、前記２個の永久磁石のなす外側角度が６０°から９０°の範囲であり、前記風力発電機の発電端電圧および電流の変動が定格回転数から前記定格回転数の１２５％の回転数範囲においてそれぞれ２０％の範囲内にあることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、回転子鉄心に永久磁石を埋設して回転子磁極を形成し永久磁石回転電機を構成する永久磁石回転子を有する風力発電機において、前記回転子磁極１極あたり２個の平板状の永久磁石が対向して設けられ、磁石極の１磁極ピッチに相当する角度に対する永久磁石配置部分の角度の割合である極弧が８５％から９２％の範囲であり、前記２個の永久磁石のなす外側角度が６０°から９０°の範囲であり、前記永久磁石の前面の回転子鉄心に、前記永久磁石と平行な辺を持つ扇形の窓が形成され、前記風力発電機の発電端電圧および電流の変動が定格回転数から前記定格回転数の１２５％の回転数範囲においてそれぞれ２０％の範囲内にあることを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、前記扇形の窓に、扇形の中空或いは中実形状の磁性片が装着されていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、回転子鉄心に永久磁石を埋設して回転子磁極を形成し永久磁石回転電機を構成する永久磁石回転子を有する風力発電機において、前記回転子磁極１極あたり２個の平板状の永久磁石が対向して設けられ、磁石極の１磁極ピッチに相当する角度に対する永久磁石配置部分の角度の割合である極弧が８５％から９２％の範囲であり、前記２個の永久磁石のなす外側角度が６０°から９０°の範囲であり、前記永久磁石の前面の回転子鉄心に溝を形成し、空隙長を大きくし、前記風力発電機の発電端電圧および電流の変動が定格回転数から前記定格回転数の１２５％の回転数範囲においてそれぞれ２０％の範囲内にあることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図１および図２を参照して本発明の永久磁石回転子および風力発電機の第１の実施の形態を説明する。
図１（ａ）は、永久磁石回転電機の横断面構造を概略的に示すものであり、電機子１は電機子鉄心１ａに形成されたスロットに電機子コイル１ｂを収納した構成となっており、その界磁空間内に、回転子鉄心２ａに回転子磁極２ｂを形成した回転子２が配置される。
【００２３】
回転子２は、その詳細を図１（ｂ）に示すように、回転子鉄心２ａに設けた磁極装着用打抜き部に、１つの磁極２ｂあたり２個の平板状の磁石４を対向させるように配置し、その磁石極の１磁極ピッチに相当する角度αに対する磁石４配置部分の角度βの割合である極弧β／αを９２％以上とし、さらに同一磁極に配置した磁石４のなす角度γが７５°から１０５°の範囲に構成にしている。
【００２４】
永久磁石回転電機を風力発電機として適用する場合、原動機側である風車の出力特性に適った発電特性を付帯させることが必要となる。風力発電システムの発電方式の特長として、発電はカットイン風速から開始され、その発電出力は風速のほぼ３乗で増加し、定格風速以降の風速では一定出力運転に移行する。定格風速以降は、風速が上がっても、風車の回転数は、その失速特性を利用して一定回転数を維持するようにピッチ制御される。これは、羽根の強度限界に起因している。
【００２５】
従って、発電機は理想的には、図２（ａ）の負荷曲線のような回転数と出力の関係（以降、負荷特性とする）に適合すれば良いことになる。この場合、永久磁石回転子としては、図１に示したような表面磁石配置型の回転子構成が、高い力率が得られることなどから好ましい。
【００２６】
図２（ａ）には、前記回転子を採用した発電機の出力特性を、負荷電流をパラメータとして、示してある。定格電流のみで負荷特性をカバーできているため、発電機出力に変動が無いことになり、高品質の発電が可能である。
【００２７】
しかしながら、実際の、定格風速以降の回転数は、ピッチ制御の機械的遅れから図２（ａ）の負荷特性のように一定にはならない。即ち、風速の秒、分単位での変動や、風向の変化により、短時間にて風速が変動するため、ピッチ制御が追従できず、回転数は大きく脈動するのが実態である。
【００２８】
我々の調査によると、定格回転数（定格風速において）に対し、１０％〜２５％の変動が実際に発生していることが明らかになった。これを図２（ａ）と同様に、出力v.s.回転数として見ると、図２（ｂ）のような関係が得られる。これは、変動幅を定格回転数の２０％としている。
【００２９】
このような負荷特性を一定電流でカバーすることは、前記発電機特性では不可能である。また、１２０％電流が流れた場合においても、その負荷をカバーすることはできない。例えば、１３０％電流でカバーできた場合、それは２０％以上の力率低下につながり、出力変動が大きくなって、高品質の電力を供給することはできない。
【００３０】
出力変動を後段に設置したパワーエレクトロニクス装置で安定化することを考えるにしても、発電端の電流、電圧の変動幅としては、それぞれ１２０％以内が限界であり、それを超える変動が生じる発電機に対しては、バッテリー、フライホイール装置などの電力貯蔵装置を設置することが必要であり、発電システム自体が大型になり、特に、風力発電システムとしてはコスト的に成立しない場合が多い。このように、風車の特性は、定出力範囲を２０％程度持つ可変速駆動であり、この特性にマッチした発電機を組み合せることが、風力発電システムとして出力増大に寄与することになる。
【００３１】
本実施の形態の永久磁石回転子は、隣り合う磁極２ｂの磁石４の間隔がほとんど無い（極弧９３％以上）ことから、角度γが前記の範囲を超えた場合、その出力特性はほとんど図２（ａ）のそれと同じになる。しかしながら、γが前記の範囲に入ると、磁石４の前面の鉄心部には磁石４の磁束以外に、出力を安定させる効果を持つリラクタンス磁束が流れる空間が確保される。
【００３２】
これにより、本実施の形態の永久磁石回転子は磁石磁束により高出力化が達成され、また、リラクタンス磁束により、高出力を維持する機能が付加されることになる。従って、カットイン風速から定格風速（回転数）まで、風車の出力を余すところ無く電気エネルギーに変換することができ、さらに、定格風速からカットアウト風速の間にて生じる回転数変動においても、パワーエレクトロニクス装置の許容できる範囲内に負荷電流の変動を抑えることができ、結果として一定出力を得ることができる。
【００３３】
また、本実施の形態の風力発電機は、後段のパワーエレクトロニクス装置の安定化作用によって変動を吸収できるように、発電端電圧と負荷電流の変動をそれぞれ２０％の範囲内に収めることができ、付帯設備を設置することもなく、低廉な風力システムを提供することができる。
【００３４】
つぎに本発明の第２の実施の形態を説明する。本実施の形態の永久磁石回転子は、図３に示すように、回転子鉄心２ａに設けた磁石装着用打抜き部に、１つの極２ｂあたり２個の平板状の磁石４を対向させるように挿入し、且つ、その磁石極の極弧β／αを７０％から９２％の範囲とし、さらに同一磁極に配置した磁石４のなす角度γが６０°から９０°の範囲となるように構成している。
【００３５】
極弧β／αが上記の範囲にある場合、リラクタンス磁束は隣り合う磁極の磁石の間に存在する鉄心を通り、磁石４の後を通って磁束が流れる空間が確保される。しかしながら、角度γがこの角度範囲を超えた場合、リラクタンス磁束の量は大きく減少し、磁石磁束量もそれにより低下することから、磁石による高出力化が阻害される。結果として、出力維持の機能は付帯するが、定格出力を発揮するために、磁石磁束の不足分を電流を増加することでカバーすることとなって、全体的な力率が低下する。前記範囲に角度γを設定すると、リラクタンス磁束量が増え、力率低下を防ぐだけの磁石磁束が得られる。
【００３６】
従って、カットイン風速から定格風速（回転数）まで、風車の出力を余すところ無く電気エネルギーに変換することができ、さらに、定格風速からカットアウト風速の間にて生じる回転数変動においても、パワーエレクトロニクス装置の許容できる範囲内に負荷電流の変動を抑えることができ、結果として一定出力を得ることができる。
【００３７】
つぎに本発明の第３の実施の形態を説明する。本実施の形態の永久磁石回転子は、図４に示すように、磁石極の極弧β／αが８５％から９２％の範囲の比較的高い極弧範囲にある場合、配置した磁石４の前面に、磁石と平行な辺を持つ扇形の窓３を形成した構成である。
【００３８】
発電機の寸法仕様などによって、磁石磁束が不足する場合も起こる。その場合、磁束量を増やすと、磁石長さが伸び、隣り合う磁極の磁石間隔が狭くなって、リラクタンス磁束の流れる空間が足りなくなり、出力維持機能が低下することになる。
【００３９】
その場合、前記扇形の窓３を、磁石４の前面に、磁石４の磁束の流れを阻害しない、即ち鉄心２ａが磁気飽和することのない断面積で形成すると、リラクタンス磁束を増加させることができる。即ち、磁石４のある磁極中心径方向の磁気回路を遮断することで、そちらに漏れていたリラクタンス磁束を、磁石４の後を通過する望ましい流路に導くことができ、結果的に、リラクタンス磁束を補うことができるのである。
【００４０】
従って、カットイン風速から定格風速（回転数）まで、風車の出力を余すところ無く電気エネルギーに変換することができ、さらに、定格風速からカットアウト風速の間にて生じる回転数変動においても、パワーエレクトロニクス装置の許容できる範囲内に負荷電流の変動を抑えることができ、結果として一定出力を得ることができる。
【００４１】
つぎに本発明の第４の実施の形態の永久磁石回転子は、図５に示すように、予め広く明けた扇形の窓に、扇形の中空或いは中実形状の磁性片５を装着した構成である。
【００４２】
本実施の形態によれば、定格風速以上の風速での回転数変動幅が大きくなった場合、或いは、異なる風車の負荷特性仕様に合わせる必要が生じた場合など、磁石磁束とリラクタンス磁束のバランスが壊れ、その結果、出力一定維持が不可能になった時に、窓の大きさを必要な大きさに変更することによって、そのバランスを回復し、パワーエレクトロニクス装置の許容できる範囲内に負荷電流の変動を抑えることができる。また、発電機の特性を風車出力に容易に合わせることができることから、発電機の共通部品化ができ、生産コストの低減が可能となる。
【００４３】
つぎに本発明の第５の実施の形態の永久磁石回転子は、図６に示すように、磁石極の極弧β／αが８５％から９２％の範囲に限ってではあるが、扇形窓の代わりに、磁石４の前面に対向する回転子鉄心２ａの表面に深さｔの溝を形成し、その部分のみ空隙長を広くした構成である。
【００４４】
溝の深さｔは、大きくなるほど、リラクタンス磁束の増加効果が大きくなるが、ギャップ長が逆に増加するため、磁石磁束の低下につながり、いたずらに深くすることができない。我々の調査では、ｔの大きさとしては、正規のギャップ長に対し、１０％〜３０％の範囲が好ましいとの結果を得ている。
【００４５】
つぎに本発明の第６の実施の形態の永久磁石回転子は、図７に示すように、回転子鉄心２ａに設けた磁石装着用打抜き部に、円弧状の磁石４ａを挿入し、且つ、その磁石極の極弧β／αを６５％から８０％の範囲にした構成である。
【００４６】
この実施の形態では、磁石４ａの前面にはリラクタンス磁束の流れる空間は無く、隣り合う磁極の磁石の間から磁石の後を通って流れる磁気回路のみがその流路となる。従って、比較的その磁石の間隔は広くとる必要があり、上記範囲の設定になっている。この円弧状の磁石４ａは、回転子の外周に沿った形状となっているが、例えば、逆円弧状態で磁石４ａを配置していもよい。
【００４７】
この実施の形態の永久磁石回転子によれば、カットイン風速から定格風速（回転数）まで、風車の出力を余すところ無く電気エネルギーに変換することができ、さらに、定格風速からカットアウト風速の間にて生じる回転数変動においても、パワーエレクトロニクス装置の許容できる範囲内に負荷電流の変動を抑えることができ、結果として一定出力を得ることができる。
【００４８】
なお、この円弧状の磁石４ａは、１枚の磁石とすることができるが、その扇形角度を鉄心２ａの打抜き孔に対して小さくとり、打抜き孔のなかでできた隙間に、前記第４の実施の形態におけるような、磁性片を配置することで、リラクタンス磁束流路、従ってリラクタンス磁束量と磁石磁束量の比率を任意にしかも容易に調節することができる。
【００４９】
これにより、定格風速以上の風速での回転数変動幅が大きくなった場合、或いは、異なる風車の負荷特性仕様に合わせる必要が生じた場合など、磁石磁束とリラクタンス磁束のバランスが壊れ、その結果、出力一定維持が不可能になった時に、磁束量とリラクタンス磁束流路を任意に変更することで、そのバランスを回復し、パワーエレクトロニクス装置の許容できる範囲内に負荷電流の変動を抑えることができる。また、発電機の特性を風車出力に容易に合わせることができることから、発電機の共通部品化ができ、生産コストの低減が可能となる。
【００５０】
つぎに本発明の第７の実施の形態の永久磁石回転子は、図８に示すように、永久磁石としてカマボコ形の磁石４ｂを使用している。極弧β／αの指定は、第６の実施の形態と同じである。カマボコ形の磁石４ｂの効果は、基本的には、円弧磁石のそれと同じであるが、さらに、リラクタンス磁束を増加させ、優れた出力維持能力が得られる。
【００５１】
リラクタンス磁束は、その流路を確保することで増大できるが、前述したように、磁石の方向の漏れを無くすことによっても増加させることができる。カマボコ形の磁石４ｂは、極中央の部分の磁石厚さが大きくなっているが、磁石は、リラクタンス磁束の流れを阻害する働きがあることから、極中央はその効果が大きい。さらに、リラクタンス磁束の漏れは極中央が大きくなる傾向があることから、カマボコ形の磁石４ｂの効果により、強く且つ効果的にリラクタンス磁束の漏れを遮断することができる。結果として、少ない磁束量で、永久磁石回転電機の出力維持能力が向上でき、力率、効率の向上が図れる。
【００５２】
つぎに本発明の第８の実施の形態を説明する。この実施の形態の永久磁石回転子は、図９に示すように、円弧状の磁石４ａの外面に配する鉄心部（円環部）を、鉄心２ａとは別体の環状磁性体６にて形成し、隣接する磁石４ａに挟まれた鉄心部を継手として前記環状磁性体６を固定した構成である。
【００５３】
この円環部を鉄心２ａと別の部材とすることで、この部分の形状或いは材質を任意に選ぶことができる。例えば、最大回転数が大きくなり、磁石４ａの遠心力による飛散を防止することが困難である場合、図７の構成では、円環部の肉厚を増やすことで対処するしかなく、この場合、必然的に磁石４ａの位置が内周側に移動するため、磁束量が減少し、且つ、磁石磁束の前記円環部を通って流れる漏れ成分が大きくなって、出力に寄与する磁石磁束量が低下してしまう。
【００５４】
本実施の形態では、その場合、円環部材料にマルエージ鋼などの高強度材を使用することで、その肉厚を小さくすることができ、結果として出力低下を防止することができる。また、図７の構成についても円環部を削除するだけで、簡単に採用することができる。
【００５５】
さらに、円環部の形状を凸円弧形状とすることで、ギャップに流れる磁束分布を正弦波形状に成形することが可能で、これにより、高調波磁束成分を低減することもできる。これによって、高調波磁束成分に起因した高調波損失を低減でき、効率を向上することも可能である。このように、本実施の形態によると、種々の風車特性或いは、負荷仕様に対して発電機性能を容易に順応させることができる。
【００５６】
つぎに本発明の第９の実施の形態を説明する。この実施の形態の永久磁石回転子は、図１０に示すように、前記第８の実施の形態の永久磁石回転子において、環状磁性体６の継手部分に軸方向に冷却用のフィン７を付設したものである。鉄心２ａの円環部は、別材料によって任意の形状に作製できることから、軸方向に伸ばし、フィン７を形成する。図では、軸流フィンを形成しているが、このフィン７の部分のみ非磁性にすることもできる。
【００５７】
このフィン７の効果としていくつかあるが、ひとつには、永久磁石４ａ及び環状磁性体６にて発生する表面損失などによる発熱を速やかにフィン７から放熱する作用がある。また、別の効果として、フィン７が回転することによって生じる冷却風により、相対的に高い温度になりがちな電機子コイル１ｂのエンド部を循環冷却する作用がある。
【００５８】
一般に風力発電機はナセルの中に収納されるが、他の電気部品の保護のためにナセルは密閉構造を採用することが多い。また、発電機の冷却は自然冷却が一般的であり、冷却条件が悪いので、発電機は比較的大型に製造される傾向にある。本実施の形態では、そのホットスポットとなる、電機子コイルエンド部をフィン７によって冷却できることから、冷却性能が飛躍的に向上し、発電機自体を小型化することができる。これによって、発電機重量、体格、損失が小さくなり、出力向上及びナセル寸法縮小効果をもたらすことが可能である。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、高い効率と信頼性及び広い可変速範囲を有するとともに風力発電に望ましい出力特性を有する風力発電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示し、（ａ）は本実施の形態の永久磁石回転子を備えた永久磁石回転電機を模式的に示す径方向断面図、（ｂ）は上記永久磁石回転子を示す部分断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の永久磁石回転子の作用（ｂ）を従来の永久磁石回転子の作用（ａ）と比較して説明する曲線図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の永久磁石回転子の部分断面図。
【図４】本発明の第３の実施の形態の永久磁石回転子の部分断面図。
【図５】本発明の第４の実施の形態の永久磁石回転子の部分断面図。
【図６】本発明の第５の実施の形態の永久磁石回転子の部分断面図。
【図７】本発明の第６の実施の形態の永久磁石回転子の部分断面図。
【図８】本発明の第７の実施の形態の永久磁石回転子の部分断面図。
【図９】本発明の第８の実施の形態の永久磁石回転子の部分断面図。
【図１０】本発明の第９の実施の形態の永久磁石回転子を備えた風力発電機の軸方向断面図。
【符号の説明】
１…電機子、１ａ…電機子鉄心、１ｂ…電機子コイル、２…回転子、２ａ…回転子鉄心、２ｂ…回転子磁極、３…窓、４，４ａ，４ｂ…磁石、５…磁性片、６…環状磁性体、７…フィン、８…シャフト。
Claims (4)
- 回転子鉄心に永久磁石を埋設して回転子磁極を形成し永久磁石回転電機を構成する永久磁石回転子を有する風力発電機において、
前記回転子磁極１極あたり２個の平板状の永久磁石が対向して設けられ、磁石極の１磁極ピッチに相当する角度に対する永久磁石配置部分の角度の割合である極弧が７０％から９２％の範囲であり、前記２個の永久磁石のなす外側角度が６０°から９０°の範囲であり、前記風力発電機の発電端電圧および電流の変動が定格回転数から前記定格回転数の１２５％の回転数範囲においてそれぞれ２０％の範囲内にあることを特徴とする風力発電機。 - 回転子鉄心に永久磁石を埋設して回転子磁極を形成し永久磁石回転電機を構成する永久磁石回転子を有する風力発電機において、
前記回転子磁極１極あたり２個の平板状の永久磁石が対向して設けられ、磁石極の１磁極ピッチに相当する角度に対する永久磁石配置部分の角度の割合である極弧が８５％から９２％の範囲であり、前記２個の永久磁石のなす外側角度が６０°から９０°の範囲であり、前記永久磁石の前面の回転子鉄心に、前記永久磁石と平行な辺を持つ扇形の窓が形成され、前記風力発電機の発電端電圧および電流の変動が定格回転数から前記定格回転数の１２５％の回転数範囲においてそれぞれ２０％の範囲内にあることを特徴とする風力発電機。 - 前記扇形の窓に、扇形の中空或いは中実形状の磁性片が装着されていることを特徴とする請求項２記載の風力発電機。
- 回転子鉄心に永久磁石を埋設して回転子磁極を形成し永久磁石回転電機を構成する永久磁石回転子を有する風力発電機において、
前記回転子磁極１極あたり２個の平板状の永久磁石が対向して設けられ、磁石極の１磁極ピッチに相当する角度に対する永久磁石配置部分の角度の割合である極弧が８５％から９２％の範囲であり、前記２個の永久磁石のなす外側角度が６０°から９０°の範囲であり、前記永久磁石の前面の回転子鉄心に溝を形成し、空隙長を大きくし、前記風力発電機の発電端電圧および電流の変動が定格回転数から前記定格回転数の１２５％の回転数範囲においてそれぞれ２０％の範囲内にあることを特徴とする風力発電機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003070262A JP4357856B2 (ja) | 2003-03-14 | 2003-03-14 | 風力発電機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003070262A JP4357856B2 (ja) | 2003-03-14 | 2003-03-14 | 風力発電機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004282889A JP2004282889A (ja) | 2004-10-07 |
| JP4357856B2 true JP4357856B2 (ja) | 2009-11-04 |
Family
ID=33287056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003070262A Expired - Fee Related JP4357856B2 (ja) | 2003-03-14 | 2003-03-14 | 風力発電機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4357856B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006254629A (ja) * | 2005-03-11 | 2006-09-21 | Toyota Motor Corp | 回転電機のロータ、回転電機、車両駆動装置 |
| JP5336097B2 (ja) * | 2008-03-12 | 2013-11-06 | 保秀 幸地 | 発電装置 |
| JP2012115070A (ja) * | 2010-11-25 | 2012-06-14 | Yaskawa Electric Corp | 回転電機 |
| CN102611224A (zh) | 2011-01-20 | 2012-07-25 | 株式会社安川电机 | 旋转电机以及风力发电*** |
| JP4771011B1 (ja) * | 2011-01-20 | 2011-09-14 | 株式会社安川電機 | 回転電機および風力発電システム |
| JP4771010B1 (ja) * | 2011-01-20 | 2011-09-14 | 株式会社安川電機 | 回転電機および風力発電システム |
| JP5857627B2 (ja) | 2011-10-27 | 2016-02-10 | スズキ株式会社 | 電動回転機 |
| KR101935241B1 (ko) | 2011-11-30 | 2019-01-04 | 에이비비 리써치 리미티드 | 전기 기계 및 전기 기계 회전자 |
-
2003
- 2003-03-14 JP JP2003070262A patent/JP4357856B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004282889A (ja) | 2004-10-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4311643B2 (ja) | 永久磁石型回転電機の製造方法および風力発電用永久磁石型同期発電機の製造方法 | |
| KR100508315B1 (ko) | 개선된 고속 전기 모터 | |
| JP4528825B2 (ja) | 自己始動型永久磁石同期電動機及びこれを用いた圧縮機 | |
| US8987967B2 (en) | Claw-pole motor with permanent magnet and electrically exciting parts | |
| Binder et al. | Permanent magnet synchronous generators for regenerative energy conversion-a survey | |
| US20060071568A1 (en) | Permanent magnet type electric rotating machine and wind turbine electric power generation system | |
| US20040251759A1 (en) | Radial airgap, transverse flux motor | |
| EP2124322B1 (en) | System and apparatus involving toothed armatures in superconducting machines | |
| CN105680652A (zh) | 混合磁路双定子弱磁扩速实心转子永磁同步电机及其方法 | |
| EP2372106B1 (en) | Turbogenerator | |
| JP2014086731A (ja) | Ｄｙを含まないＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石、ロータアセンブリ、電気機械式トランスデューサ、風車 | |
| JP4357856B2 (ja) | 風力発電機 | |
| CN109217599A (zh) | 一种混合励磁同步电机 | |
| CN108418368A (zh) | 一种电动汽车用双转子混合励磁永磁同步电动机及其方法 | |
| CN110224514B (zh) | 一种永磁轴向磁通电动补偿脉冲发电机 | |
| Sani et al. | The Influence of Rotor Shape and Air Gap Position on the Characteristics of the Three-phase Axial Flux Permanent Magnet Generator | |
| US20040090134A1 (en) | Generator having a brushless excitor and power generating installation making use of the same | |
| Ocak et al. | Performance aspects and verifications of in-runner and out-runner permanent magnet synchronous generator designs of the same magnet structure for low speed wind systems | |
| Wang et al. | Design of a multi-power-terminals permanent magnet machine with magnetic field modulation | |
| CN208445460U (zh) | 一种电动汽车用轮辐式交错转子永磁同步电机 | |
| Wu et al. | Design of a large commercial pmsg-based wind generator | |
| Oliveira et al. | Ring-shaped surface-mounted permanent magnet generators with modular stator for small wind turbines | |
| JP4296010B2 (ja) | 永久磁石界磁式回転電機 | |
| JP2007166798A (ja) | 回転電機、圧縮機、送風機、及び空気調和機 | |
| Kalvikatte et al. | Design Considerations of Permanent Magnet High Speed Alternator for Solar Thermal Power Plant |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050804 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20060829 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20070222 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070404 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070703 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070831 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080325 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080523 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090106 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090309 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20090318 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090714 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090805 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120814 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120814 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |