專利名稱：發(fā)電機和風力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及發(fā)電機和風力發(fā)電系統(tǒng)，尤其涉及具有線圈以及卷繞線圈的槽的發(fā)電機和風力發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術：
以往，例如在日本特開平7-143697號公報中公開了具有線圈和卷繞線圈的槽的發(fā)電機。在上述日本特開平7-143697號公報中，公開了具有線圈和卷繞線圈的槽的三相電樞線圈(發(fā)電機)。在該三相電樞線圈中，設置有四極磁鐵和48個槽。由此，每極每相槽數(shù)q(=槽數(shù)/(相數(shù)X極數(shù)))為4( = 48/(3X4)(整數(shù)))。在這里，每極每相槽數(shù)q是表示一極一相的槽數(shù)的參數(shù)，表示為了制作一個極而需要的槽數(shù)。另一方面，眾所周知，在低速的發(fā)電機中，為了增大感應出的電壓的頻率，需要增加極數(shù)。在將上述現(xiàn)有的每極每相槽數(shù)q為整數(shù)的結構應用于這樣的低速發(fā)電機的情況下，存在有這樣的問題在增加極數(shù)時，如果將每極每相槽數(shù)q維持為相同的值，則槽數(shù)也要相應地增加，因此，形成槽的沖壓工序數(shù)會增加。于是，在現(xiàn)有技術中，為了抑制這樣的問題，提出了每極每相槽數(shù)q被設為分數(shù)的發(fā)電機。這樣，通過將每極每相槽數(shù)q設為分數(shù)， 由此，即使將每極每相槽數(shù)q維持為相同的值而增加極數(shù)，與每極每相槽數(shù)q為整數(shù)的情況相比，也能夠抑制槽數(shù)增加。然而，即使在應用了分數(shù)的每極每相槽數(shù)q的情況下，仍具有這樣的問題如果每極每相槽數(shù)q變小，則槽數(shù)變小，感應電壓的失真(相對于正弦波的失真)變大。另一方面，如果每極每相槽數(shù)q變大，則槽數(shù)變大，每一個槽的截面積變小，因此，設置在槽內的絕緣膜的比例變大。所以，可插入槽內的線圈的截面積變小，因此，具有銅耗(因線圈的電阻而損失的能量)相應地變大的問題。
實用新型內容本實用新型是為了解決上述課題而完成的，本實用新型的目的之一在于提供能夠減小感應電壓的波形的失真并且能夠抑制線圈的銅耗變大的發(fā)電機和風力發(fā)電系統(tǒng)。為了達到上述目的，本申請的發(fā)明人精心地進行了研究，結果發(fā)現(xiàn)只要將每極每相槽數(shù)q設定在1 < 3/2的范圍內，即可達到上述目的。即，本實用新型的第一方面的發(fā)電機具有設置有永久磁鐵的轉子鐵芯；定子鐵芯，其被配置成在半徑方向上與轉子鐵芯相對，并且設置有多個槽；卷繞在定子鐵芯的槽中的線圈，其中，每極每相槽數(shù)q是滿足1 < q彡3/2的分數(shù)。S卩，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在每極每相槽數(shù)q小于l(q< 1)的情況下，槽數(shù)變小， 所以感應電壓波形相對于正弦波的失真變大。另外，在每極每相槽數(shù)q大于3/2 (q> 3/2) 的情況下，槽數(shù)變大，所以感應電壓波形相對于正弦波的失真變小，另一方面，槽數(shù)變大將導致每一個槽的截面積變小。因此，設置在槽內的絕緣膜的比例變大，所以可插入線圈的面積相應地減小。其結果是發(fā)現(xiàn)了以下情況在每極每相槽數(shù)q大于3/2的情況下，銅耗變大。 另外，還發(fā)現(xiàn)為了將卷繞線圈的槽的間距形成為與銅耗較小的、每極每相槽數(shù)q為1時G 間距)相同的程度、并且將失真減小到比每極每相槽數(shù)q為3時的波形的失真小，每極每相槽數(shù)q需要是滿足1 < q < 3/2的分數(shù)。根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)，本申請的發(fā)明人得到了要將每極每相槽數(shù)q構成為滿足1 < q < 3/2的分數(shù)的發(fā)現(xiàn)。由此，能夠抑制感應電壓波形相對于正弦波的失真變大，并且能夠抑制銅耗變大。并且，通過后面敘述的由本申請的發(fā)明人進行的仿真，已經(jīng)確認到如下情況通過將每極每相槽數(shù)q構成為滿足1 < q < 3/2的分數(shù)，能夠抑制感應電壓波形相對于正弦波的失真變大，并且能夠抑制銅耗變大。其中，所述定子鐵芯包括分割出的多個鐵芯，所述分割出的多個鐵芯的數(shù)量為感應出的電壓的相數(shù)的倍數(shù)。其中，所述定子鐵芯包括分割出的多個鐵芯，在設成對極數(shù)為pi、所述分割出的多個鐵芯的數(shù)量為ql的情況下，對分數(shù)ql/pl進行約分后的q2/p2的分子q2為偶數(shù)，其中， 所述成對極數(shù)是配置在所述轉子鐵芯上的所述永久磁鐵在對角線上構成對的數(shù)量。其中，該發(fā)電機構成為所述轉子鐵芯被配置在所述定子鐵芯的內側的內轉子型。本實用新型的第二方面的風力發(fā)電系統(tǒng)具有發(fā)電機和與發(fā)電機的旋轉軸連接的葉片，發(fā)電機包括設置有永久磁鐵的轉子鐵芯；定子鐵芯，其被配置成在半徑方向上與轉子鐵芯相對，并且設置有多個槽；以及卷繞在定子鐵芯的槽中的線圈，其中，每極每相槽數(shù) q是滿足l<q<3/2的分數(shù)。在該第二方面的風力發(fā)電系統(tǒng)中，能夠得到如下風力發(fā)電系統(tǒng)通過如上所述地將每極每相槽數(shù)q構成為滿足1 < q < 3/2的分數(shù)，能夠抑制感應電壓波形相對于正弦波的失真變大，并且能夠抑制銅耗變大。
圖1是示出本實用新型的一個實施方式的風力發(fā)電系統(tǒng)的整體結構的圖。圖2是本實用新型的一個實施方式的風力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機的平面圖。圖3是本實用新型的一個實施方式的發(fā)電機的定子鐵芯的放大圖。圖4是本實用新型的一個實施方式的發(fā)電機的永久磁鐵的放大圖。圖5是示出本實用新型的一個實施方式的發(fā)電機的線圈在槽中的配置的圖。圖6是示出針對本實用新型的一個實施方式的發(fā)電機的相對于每極每相槽數(shù)q的波形失真率進行的仿真的結果的圖。圖7是示出針對本實用新型的一個實施方式的發(fā)電機的相對于每極每相槽數(shù)q的銅耗比例進行的仿真的結果的圖。圖8是示出本實用新型的一個實施方式的變形例的風力發(fā)電系統(tǒng)的整體結構的圖。
具體實施方式
下面，根據(jù)附圖來說明本實用新型的實施方式。首先，參照圖1至圖4，對本實施方式的風力發(fā)電系統(tǒng)100的結構進行說明。如圖1所示，風力發(fā)電系統(tǒng)100由發(fā)電機1、用于收納發(fā)電機1的機艙2、轉子轂3、葉片4以及塔架5構成。發(fā)電機1被收納于機艙2中。另外，轉子轂3被安裝于發(fā)電機1 的旋轉軸11上。另外，在轉子轂3上安裝有多個葉片4。另外，機艙2被安裝于塔架(支撐柱)5上。如圖2所示，發(fā)電機1由旋轉軸11、旋轉軸肋(rib) 12、轉子鐵芯13、永久磁鐵14、 定子鐵芯15和線圈16構成。旋轉軸11通過旋轉軸肋12安裝于轉子鐵芯13上。轉子鐵芯13例如是由電磁鋼板層疊而形成的。另外，轉子鐵芯13例如也可以是將鐵等強磁性體部件彎曲成圓形而成的部件，還可以是圓筒形的強磁性體部件。另外，圓筒形的強磁性體部件也可以由鑄件等構成。轉子鐵芯13的外周部安裝有多個永久磁鐵14。在圖2中，14個永久磁鐵14被安裝在轉子鐵芯13的外周部。另外，發(fā)電機1的轉速、感應出的電壓的頻率以及極數(shù)之間的關系通過下式(1)來表示。轉速=120Xf/p. . . (1)其中，f表示頻率，ρ表示極數(shù)。一般而言，在大型的風力發(fā)電系統(tǒng)中，轉速比較小， 例如每分鐘20轉左右。在這種轉速較小的風力發(fā)電系統(tǒng)中，在要產(chǎn)生頻率f為50Hz 60Hz 左右的電壓的情況下，需要增大極數(shù)P。即，在大型的風力發(fā)電系統(tǒng)中，需要像本實施方式這樣，具有較多的永久磁鐵14。另外，定子鐵芯15被配置成在轉子鐵芯13的半徑方向上與其相對。在定子鐵芯 15上，在定子鐵芯15的內側形成有多個槽17。在圖2中，在定子鐵芯15上形成有48個槽 17。另外，定子鐵芯15被分割為6個鐵芯15a 15f。并且，定子鐵芯15的分割數(shù)量大多采用感應出的電壓的相數(shù)(三相)的倍數(shù)。即，分割數(shù)量可考慮3、6、9...，另一方面， 為了抑制軸電壓的產(chǎn)生，在本實施方式中，將分割數(shù)量設為6。其中，軸電壓是指因不均勻的磁通而在旋轉軸上產(chǎn)生的電壓，所述不均勻的磁通是由分割后的鐵芯的接縫間隙引起的。 另外，在設成對極數(shù)(配置于轉子鐵芯13上的永久磁鐵14在對角線上構成對的數(shù)量)為 pl、分割后的定子鐵芯15的數(shù)量為ql的情況下，當對分數(shù)ql/pl進行了約分后的q2/p2的分子q2為偶數(shù)時，不會產(chǎn)生軸電壓。在本實施方式中，配置在轉子鐵芯13上的永久磁鐵14 的成對極數(shù)Pl為7 ( = 14極/2)，分割后的定子鐵芯15的數(shù)量ql為6個。因此，分數(shù)ql/ Pl為6/7。另外，因為6/7無法除盡，所以本實施方式的分子q2為6，是偶數(shù)。其結果，在本實施方式中，將永久磁鐵14的數(shù)量設為14個，并且將定子鐵芯15的分割數(shù)量設為6個，由此，能夠抑制軸電壓的產(chǎn)生。另外，在本實施方式中，槽17的數(shù)量(48個)構成為是分割出的鐵芯15a 15f的數(shù)量(6個)的整數(shù)倍(8倍)。另外，在6個鐵芯15a 15f上，分別設有8個槽17。具體而言，在鐵芯1 上設置有槽編號為#4 #11的槽17。在鐵芯1 上設有槽編號為#12 #19的槽17。在鐵芯 15c上設有槽編號為#20 #27的槽17。在鐵芯15d上設有槽編號為#28 #35的槽17。 在鐵芯Me上設有槽編號為#36 #43的槽17。在鐵芯15f上設有槽編號為#44 #3的槽17。在槽17上卷繞有線圈16。這里，在本實施方式中，線圈16包括U相、V相和W相這三種線圈。另外，在圖2中，“U”和“U”，表示U相的線圈16。另外，對于“U”與“『”彼此而言，流過線圈16的電流的方向相反。同樣，“V”和“V*”表示流過的電流的方向彼此相反的V相的線圈16。另外，“W”和“W*”表示流過的電流的方向彼此相反的W相的線圈16。 并且，線圈16是在一個槽17內配置兩個線圈16的雙重卷繞。例如，在槽編號為#2的槽17 中配置有U相的線圈16和W相的線圈16。如圖3所示，在槽17的內側面與線圈16之間形成有絕緣膜18。由此，通過絕緣膜 18來抑制槽17與線圈16發(fā)生短路。另外，通過絕緣膜18來抑制卷繞在同一個槽17內的兩個不同的線圈16之間發(fā)生短路。并且，絕緣膜18的厚度t取決于感應出的電壓的大小等。因此，即使減小槽17的截面積，絕緣膜18的厚度t也不會變化，所以在減小槽17的截面積的情況下，設置在槽17內的絕緣膜18相對于槽17的截面積的比例變大。另外，如圖4所示，設置在轉子鐵芯13的外周部上的永久磁鐵14具有大致梯形形狀的截面。而且，在本實施方式中，永久磁鐵14的與定子鐵芯15相對的面1 構成為是大致平坦的。一般而言，在發(fā)電機中，在感應出的電壓中包含有高次諧波成分。所謂高次諧波成分，是指相對于基波頻率具有基波頻率的整數(shù)倍的頻率的電壓成分。高次諧波成分的峰值通過下式( 來表示。高次諧波成分的峰值=1/nX (cos (ε Xn)) . . . (2)這里，η表示高次諧波成分的次數(shù)，ε表示設置于發(fā)電機中的相鄰的永久磁鐵之間的間隔。另外，眾所周知，不會出現(xiàn)相當于偶數(shù)次數(shù)的高次諧波成分。并且，眾所周知，在三相交流電壓中，不會出現(xiàn)相當于3的倍數(shù)的次數(shù)的高次諧波成分。因此，出現(xiàn)的高次諧波成分的次數(shù)為5次、7次、11次、...。而且，如上式( 所示，高次諧波成分是要除以次數(shù)η 的，因此，次數(shù)越高，對感應電壓的波形的影響就越小。考慮這一點，在本實施方式中，將永久磁鐵14的定子鐵芯15側的寬度Wl設定為相鄰的永久磁鐵14之間不產(chǎn)生間隙時的永久磁鐵14的寬度W2的4/5以上6/7以下，以除去對感應電壓的波形的影響大的、次數(shù)較小的5次和7次的高次諧波成分。另外，優(yōu)選的是，在主要除去5次的高次諧波成分的情況下， 將永久磁鐵14的寬度Wl設定為4/5以上6/7以下的范圍中接近于4/5的值，在主要除去7 次的高次諧波成分的情況下，將永久磁鐵14的寬度Wl設定為4/5以上6/7以下的范圍中接近于6/7的值。另外，如果將永久磁鐵14的寬度Wl設定為4/5以上6/7以下的中間值 (例如Wl = 29/35)，則能夠均等地除去5次和7次的高次諧波。下面，參照圖5，對本實施方式的線圈16在槽17中的配置進行說明。在圖5中，從上到下依次示出了 U相、V相、W相的線圈配置。如圖5所示，U相的線圈16卷繞在槽編號#1 (U*)的槽17和槽編號#4(U)的槽17上。S卩，卷繞線圈16的槽17 的間距(從槽編號#1到槽編號#4)為4。同樣，U相的線圈16還卷繞在槽編號#2 (U,和槽編號#5 (U)、槽編號#5 (U)和槽編號#8 (U*)、槽編號#8 (U*)和槽編號#11 (U)、槽編號#12 (U) 和槽編號#15 (U*)、槽編號#15 (U*)和槽編號#18⑶、槽編號#19⑶和槽編號#22 (U*)、槽編號#22 (U,和槽編號#25 (U)的槽17上。另外，從槽編號#25到槽編號#1的槽17中的線圈16的配置與從槽編號#1到槽編號#25的線圈16的配置相同。另外，V相的線圈16卷繞在槽編號#48(V)的槽17和槽編號#3 (V*)的槽17上。 即，卷繞線圈16的槽17的間距(從槽編號#48到槽編號#3)為4。同樣，V相的線圈16還卷繞在槽編號#4(V*)和槽編號#7 (V)、槽編號#7 (V)和槽編號#10 (V*)、槽編號#11 (V*)和槽編號#14 (V)、槽編號#14 (V)和槽編號#17 (V*)、槽編號#17 (V*)和槽編號#20 (V)、槽編號#18 (V*)和槽編號#21 (V)、槽編號#21 (V)和槽編號#24 (V*)的槽17上。另外，從槽編號#24 到槽編號#48的槽17中的線圈16的配置與從槽編號#48到槽編號#24的線圈16的配置相同。另外，W相的線圈16卷繞在槽編號#47 (W*)的槽17和槽編號#2 (W)的槽17上。 即，卷繞線圈16的槽17的間距(從槽編號#47到槽編號#2)為4。同樣，W相的線圈16還卷繞在槽編號#3 (W)和槽編號#6 (W*)、槽編號#6 (W*)和槽編號#9 (W)、槽編號#9 (W)和槽編號#12 (W*)、槽編號#10 (W)和槽編號#13 (W*)、槽編號#13 (W*)和槽編號#16 (W)、槽編號 #16 (W)和槽編號#19 (W*)、槽編號#20 (W*)和槽編號#23 (W)的槽17上。另外，從槽編號#24 到槽編號#47的槽17中的線圈16的配置與從槽編號#47到槽編號#23的線圈16的配置相同。如上所述，在本實施方式中，線圈16構成這樣的分布卷繞方式包括U相、V相和W 相的各16個線圈16，合計48個線圈分布地卷繞在48個槽17中。下面，對槽數(shù)、極數(shù)和相數(shù)之間的關系進行說明。表示槽數(shù)、極數(shù)和相數(shù)之間的關系的每極每相槽數(shù)q通過下式C3)來表示。q =槽數(shù)/ (極數(shù)X相數(shù))…(3)這里，在本實施方式中，在圖2所示的發(fā)電機1中，槽數(shù)為48個，極數(shù)為14個，相數(shù)為U相、V相和W相這三相，所以每極每相槽數(shù)q為8/7 ( = 48/ (14 X 3))。這樣，在本實施方式的發(fā)電機1中，每極每相槽數(shù)q構成為分數(shù)。下面，對本申請的發(fā)明人精心研究而發(fā)現(xiàn)的每極每相槽數(shù)q的范圍進行詳細的說明。首先，說明每極每相槽數(shù)q的下限值。圖6示出了對每極每相槽數(shù)q與波形失真率之間的關系進行的仿真的結果。其中，縱軸表示波形失真率，橫軸表示每極每相槽數(shù)q。另外， 波形失真率表示相對于正弦波的波形失真的程度。如圖6所示，在該仿真中確認到隨著每極每相槽數(shù)q變大，波形失真率變小。一般地講，如果每極每相槽數(shù)q變大，則設置在定子鐵芯上的槽數(shù)增加。因為槽數(shù)增加會使卷繞在槽上的線圈的數(shù)量增加，所以在合成由各個線圈感應出的電壓的情況下，所合成的波形接近正弦波。由此可見，隨著每極每相槽數(shù)q增大，波形失真率變小。這里，每極每相槽數(shù)q為分數(shù)時的波形失真率對應于與分數(shù)的分子對應的整數(shù)的每極每相槽數(shù)q的波形失真率。例如，在每極每相槽數(shù)q為3/4的情況下，對應于每極每相槽數(shù)q為3時的波形失真率(0. 75)。另外，在每極每相槽數(shù)q為5/4的情況下，對應于每極每相槽數(shù)q為5時的波形失真率(0.6；3)。這樣，在每極每相槽數(shù)q為3/4(相當于q< 1) 的情況下，波形失真率為0.75，比較大，而在每極每相槽數(shù)q為5/4(相當于q> 1)的情況下，波形失真率為0. 63，比較小。根據(jù)該仿真結果，已判明在每極每相槽數(shù)q為小于1的分數(shù)的情況下，減少槽數(shù)會導致波形失真率(感應電壓波形相對于正弦波的失真)大于q = 3(q = 3/4)時的波形失真率，所以，為了相對地減小波形失真率(感應電壓波形相對于正弦波的失真)(比q = 3 (q = 3/4)時小)，需要將每極每相槽數(shù)q設置為大于1的分數(shù)(q > 1)。另外，在每極每相槽數(shù)q小于1 (q < 1)的范圍內，例如，像將每極每相槽數(shù)q設為 7/15那樣增大分子，也能夠減小波形失真率。然而，在增大分子的同時也需要增大分母(極數(shù))，因此，可選擇的極數(shù)范圍變窄。另外，在每極每相槽數(shù)q小于1 (q<l)的范圍內，由于槽數(shù)變得較小，因此配置在一個槽中的線圈的粗度變大，其結果是，難以將線圈配置到槽中。在設定每極每相槽數(shù)q時，還應該考慮這些方面。作為上述各種研究的結果，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)優(yōu)選將每極每相槽數(shù)q設定為比1大的分數(shù)。根據(jù)該發(fā)現(xiàn)，在本實施方式中，將每極每相槽數(shù)q設置為q = 8/7，其大于 1。接著，對每極每相槽數(shù)q的上限值進行說明。圖7示出對每極每相槽數(shù)q與銅耗比例之間的關系進行的仿真的結果。其中，縱軸表示銅耗比例，橫軸表示每極每相槽數(shù)q。 另外，銅耗表示因線圈的電阻而損失的能量。另外，銅耗比例表示在將每極每相槽數(shù)q為 Kq= 1)時的銅耗設置為1的情況下、使每極每相槽數(shù)q變化時的銅耗。這里，在風力發(fā)電中，在齒輪和發(fā)電機等構成風力發(fā)電系統(tǒng)的要素的總損耗中，銅耗占據(jù)的比例很大。因此， 為了實現(xiàn)風力發(fā)電系統(tǒng)的高效率化，需要減小銅耗。根據(jù)圖7所示的仿真的結果，已確認到銅耗隨著每極每相槽數(shù)q的變大而變大。 即，如圖7所示，已經(jīng)判明在每極每相槽數(shù)q為1.5 (q= 1.5)時，成為與每極每相槽數(shù)q 為1時的銅耗比例(1)大致相同的銅耗比例(1. 02)，當每極每相槽數(shù)q大于1. 5(3/2)時， 銅耗比例大于q=l時的銅耗比例。這可認為是由下述原因引起的。即，在每極每相槽數(shù)q 大于3/2(q > 3/2)的情況下，由于槽的數(shù)量變大，所以感應電壓波形相對于正弦波的失真變小，另一方面，由于槽的數(shù)量變大，每個槽的截面積變小。因此，設置在槽內的絕緣膜18 的比例變大，所以，可插入線圈16的面積相應地減小。其結果是，可認為在每極每相槽數(shù)q 大于3/2的情況下，銅耗變大。另外，例如在每極每相槽數(shù)q大于3/2并且小于2(3/2 < q < 2)的情況下，卷繞線圈的槽的間距為5，其大于每極每相槽數(shù)q為1時的間距⑷，因此， 線圈(線圈端部)相應地增長，其結果是，銅耗變大。另一方面，如果將每極每相槽數(shù)q設置為3/2以下，則可以將卷繞線圈的槽的間距設為與每極每相槽數(shù)q為1時的間距(4)相同，因此，能夠將銅耗抑制為與每極每相槽數(shù)q 為1時相同的程度。由此可見為了使銅耗減小到與每極每相槽數(shù)q為1時相同的程度而實現(xiàn)風力發(fā)電系統(tǒng)的高效率化，每極每相槽數(shù)必須為1.5(3/2)以下。另外，如果增加每極每相槽數(shù)q，則槽的數(shù)量會增加，因此，形成槽的沖壓工序數(shù)也增加。在設定每極每相槽數(shù)q時，也應該考慮這一點。作為上述各種研究的結果，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)優(yōu)選將每極每相槽數(shù)q設定為1.5(3/ 以下的分數(shù)。根據(jù)該發(fā)現(xiàn)，在本實施方式中，將每極每相槽數(shù)q設為q = 8/7 ^ 1. 5(3/2)。如上所述，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)1 < q < 3/2作為每極每相槽數(shù)q的范圍是合適的。而且，根據(jù)上述發(fā)現(xiàn)，在本實施方式中，將每極每相槽數(shù)q設為8/7( = 48/ (14X幻)，使得每極每相槽數(shù)q成為滿足1 < q < 3/2的分數(shù)，其中，所述每極每相槽數(shù)q 是用槽17的數(shù)量(48個)除以永久磁鐵14的極數(shù)(14個)和電壓的相數(shù)(3相)而得的值。由此，能夠抑制感應電壓波形相對于正弦波的失真變大，并且能夠抑制銅耗變大。另外，在本實施方式中，如上所述，將每極每相槽數(shù)q設為8/7。由此，每極每相槽數(shù)q大于1且為3/2以下，所以能夠抑制感應電壓波形相對于正弦波的失真變大，并且能夠抑制銅耗變大。另外，在本實施方式中，如上所述，線圈16以使每極每相槽數(shù)q滿足1 < q < 3/2的方式，構成在多個槽17中進行卷繞的分布卷繞方式。由此，與將線圈16集中地卷繞在規(guī)定的槽17內的集中卷繞方式相比，能夠感應出數(shù)量更多的相位不同的電壓，因此，能夠使得由感應出的電壓合成的波形更接近正弦波。另外，在本實施方式中，如上所述，感應出的電壓的相數(shù)為3相，每極每相槽數(shù)q為滿足1 < q < 3/2的分數(shù)。由此，在感應出的電壓的相數(shù)為3相的發(fā)電機1中，能夠抑制感應電壓波形相對于正弦波的失真變大，并且能夠抑制銅耗變大。另外，在本實施方式中，如上所述，在轉子鐵芯13的外周部設置了多個(14個)永久磁鐵14，將永久磁鐵14的定子鐵芯15側的寬度Wl設為相鄰的永久磁鐵14之間不產(chǎn)生間隙時的永久磁鐵14的寬度的4/5以上6/7以下的尺寸。由此，能夠抑制認為對感應電壓波形的影響大的5次和7次的高次諧波成分的出現(xiàn)。 另外，在本實施方式中，如上所述，將永久磁鐵14形成為，永久磁鐵14的與定子鐵芯15相對的面是大致平坦的。由此，不同于永久磁鐵14的與定子鐵芯15相對的面形成為例如圓弧形狀的情況，能夠容易地形成永久磁鐵14。另外，在感應電壓的波形相對于正弦波失真大的情況下，需要以使永久磁鐵的外周面的圓弧與內周面的圓弧的中心點不同(外周面的圓弧和內周面的圓弧不被配置在同心圓上)的方式，將永久磁鐵形成為圓弧形狀， 使感應出的電壓接近正弦波。另一方面，在本實施方式中，將每極每相槽數(shù)q設為大于l(q > 1)，減小感應電壓波形相對于正弦波的失真，由此，即使永久磁鐵14的與定子鐵芯15相對的面是大致平坦的，也能夠減小感應電壓波形相對于正弦波的失真。因此，在本實施方式中，能夠減小感應電壓波形的失真，并且能夠容易地形成永久磁鐵14。另外，在本實施方式中，如上所述，定子鐵芯15包括分割出的多個鐵芯1 15f， 且槽17的數(shù)量構成為分割出的多個鐵芯15a 15f的數(shù)量(6個)的整數(shù)倍(8倍)。由此，能夠容易地將相等數(shù)量的槽17配置在分割出的多個鐵芯15a 15f上。另外，本次公開的實施方式應該理解為在所有方面均只是例示性的，并不是限定性的內容。本實用新型的范圍不是由上述實施方式的說明所給出，而是由權利要求書所給出，而且包括與權利要求書等同的意思和范圍內的所有變更。例如，在上述實施方式中，示出了將本實用新型應用于風力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機中的例子，但是本實用新型并不限于此。例如，也可以將本實用新型應用于風力發(fā)電系統(tǒng)以外的發(fā)電機中。另外，在上述實施方式中，雖然示出了將每極每相槽數(shù)q設為8/7的例子，但是本實用新型并不限于此。在本實用新型中，只要構成為每極每相槽數(shù)q是滿足1 < q < 3/2 的分數(shù)就可。另外，在上述實施方式中，示出了通過將槽的數(shù)量設為48個、將永久磁鐵的數(shù)量設為14個來將每極每相槽數(shù)q設為8/7的例子，但是，本實用新型并不限于此。在本實用新型中，只要以使每極每相槽數(shù)q成為滿足1 < 3/2的分數(shù)的方式來選擇槽的數(shù)量和永久磁鐵的數(shù)量即可。另外，在上述實施方式中，示出了感應出的電壓的相數(shù)為U相、V相和W相這三相的例子，但是本實用新型并不限于此。例如，感應出的電壓的相數(shù)也可以是二相，還可以是四相以上。另外，在上述實施方式中，示出了定子鐵芯由分割出的6個鐵芯構成的例子，但是本實用新型并不限于此。在本實用新型中，只要是能夠抑制軸電壓的分割數(shù)量，則定子鐵芯也可以被分割為6個以外的個數(shù)。另外，在上述實施方式中，示出了轉子轂被安裝在發(fā)電機的旋轉軸上的例子，但是本實用新型并不限于此。例如，也可以如圖8所示的變形例的風力發(fā)電系統(tǒng)101那樣，在轉子轂3與發(fā)電機1之間設置齒輪102。另外，在上述實施方式中，示出了永久磁鐵具有大致梯形形狀的截面并且永久磁鐵的與定子鐵芯相對的面構成為大致平坦的例子，但是本實用新型并不限于此。例如，也可以構成為，永久磁鐵的定子鐵芯側的邊和轉子鐵芯側的邊形成為圓弧形狀，永久磁鐵的外周面的圓弧與內周面的圓弧配置在同心圓上。另外，在上述實施方式中，示出了將本實用新型應用于轉子被配置在定子內側的內轉子型發(fā)電機中的例子，但是，本實用新型并不限于此。本實用新型也可應用于轉子被配置在定子外側的外轉子型發(fā)電機中。
權利要求1.一種發(fā)電機，其具有 設置有永久磁鐵的轉子鐵芯；定子鐵芯，其被配置成在半徑方向上與所述轉子鐵芯相對，并且設置有多個槽；以及卷繞在所述定子鐵芯的槽中的線圈，其中，每極每相槽數(shù)q是滿足1 < q < 3/2的分數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電機，其中， 所述每極每相槽數(shù)q為8/7。
3.根據(jù)權利要求2所述的發(fā)電機，其中，設所述槽的數(shù)量為48、所述永久磁鐵的數(shù)量為14、所述電壓的相數(shù)為3相。
4.根據(jù)權利要求3所述的發(fā)電機，其中， 卷繞所述線圈的所述槽的間距為4。
5.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電機，其中，所述線圈構成為在多個所述槽中進行卷繞的分布卷繞方式。
6.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電機，其中， 感應出的電壓的相數(shù)為3相。
7.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電機，其中，所述永久磁鐵形成為，所述永久磁鐵的與所述定子鐵芯相對的面是大致平坦的。
8.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電機，其中，所述定子鐵芯包括分割出的多個鐵芯，所述多個槽的數(shù)量為所述分割出的多個鐵芯的數(shù)量的整數(shù)倍。
9.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電機，其中， 所述定子鐵芯包括分割出的多個鐵芯，所述分割出的多個鐵芯的數(shù)量為感應出的電壓的相數(shù)的倍數(shù)。
10.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電機，其中，所述定子鐵芯包括分割出的多個鐵芯，在設成對極數(shù)為pi、所述分割出的多個鐵芯的數(shù)量為ql的情況下，對分數(shù)ql/pl進行約分后的q2/p2的分子q2為偶數(shù)，其中，所述成對極數(shù)是配置在所述轉子鐵芯上的所述永久磁鐵在對角線上構成對的數(shù)量。
11.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電機，其中，該發(fā)電機構成為所述轉子鐵芯被配置在所述定子鐵芯的內側的內轉子型。
12.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電機，其中， 所述永久磁鐵具有大致梯形形狀的截面。
13.一種風力發(fā)電系統(tǒng)，其具有發(fā)電機和與所述發(fā)電機的旋轉軸連接的葉片， 所述發(fā)電機包括設置有永久磁鐵的轉子鐵芯；定子鐵芯，其被配置成在半徑方向上與所述轉子鐵芯相對，并且設置有多個槽；以及卷繞在所述定子鐵芯的槽中的線圈，其中，每極每相槽數(shù)q是滿足1 < q < 3/2的分數(shù)。
14.根據(jù)權利要求13所述的風力發(fā)電系統(tǒng)，其中， 所述每極每相槽數(shù)q為8/7。
15.根據(jù)權利要求13所述的風力發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述線圈構成為在多個所述槽中進行卷繞的分布卷繞方式。
16.根據(jù)權利要求13所述的風力發(fā)電系統(tǒng)，其中， 感應出的電壓的相數(shù)為3相。
17.根據(jù)權利要求13所述的風力發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述永久磁鐵形成為，所述永久磁鐵的與所述定子鐵芯相對的面是大致平坦的。
專利摘要本實用新型提供發(fā)電機和風力發(fā)電系統(tǒng)。該發(fā)電機具有設置有永久磁鐵的轉子鐵芯；定子鐵芯，其被配置成在半徑方向上與所述轉子鐵芯相對，并且設置有多個槽；以及卷繞在所述定子鐵芯的槽中的線圈，其中，每極每相槽數(shù)q是滿足1＜q≤3/2的分數(shù)。
文檔編號H02K3/12GK202135026SQ20102069309
公開日2012年2月1日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權日2010年8月10日
發(fā)明者宮本恭祐, 森下大輔 申請人:株式會社安川電機