專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)電機(jī)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電機(jī)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，尤其涉及具有線(xiàn)圈以及卷繞線(xiàn)圈的槽的發(fā)電機(jī)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
以往，例如在日本特開(kāi)平7-143697號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了具有線(xiàn)圈和卷繞線(xiàn)圈的槽的發(fā)電機(jī)。在上述日本特開(kāi)平7-143697號(hào)公報(bào)中，公開(kāi)了具有線(xiàn)圈和卷繞線(xiàn)圈的槽的三相電樞線(xiàn)圈(發(fā)電機(jī))。在該三相電樞線(xiàn)圈中，設(shè)置有四極磁鐵和48個(gè)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(gè)極而需要的槽數(shù)。另一方面，眾所周知，在低速的發(fā)電機(jī)中，為了增大感應(yīng)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(jié)構(gòu)應(yīng)用于這樣的低速發(fā)電機(jī)的情況下，存在有這樣的問(wèn)題在增加極數(shù)時(shí)，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(yīng)地增加，因此，形成槽的沖壓工序數(shù)會(huì)增加。于是，在現(xiàn)有技術(shù)中，為了抑制這樣的問(wèn)題，提出了每極每相槽數(shù)q被設(shè)為分?jǐn)?shù)的發(fā)電機(jī)。這樣，通過(guò)將每極每相槽數(shù)q設(shè)為分?jǐn)?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(yīng)用了分?jǐn)?shù)的每極每相槽數(shù)q的情況下，仍具有這樣的問(wèn)題如果每極每相槽數(shù)q變小，則槽數(shù)變小，感應(yīng)電壓的失真(相對(duì)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(gè)槽的截面積變小，因此，設(shè)置在槽內(nèi)的絕緣膜的比例變大。所以，可插入槽內(nèi)的線(xiàn)圈的截面積變小，因此，具有銅耗(因線(xiàn)圈的電阻而損失的能量)相應(yīng)地變大的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的，本發(fā)明的目的之一在于提供能夠減小感應(yīng)電壓的波形的失真并且能夠抑制線(xiàn)圈的銅耗變大的發(fā)電機(jī)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。為了達(dá)到上述目的，本申請(qǐng)的發(fā)明人精心地進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只要將每極每相槽數(shù)q設(shè)定在1 < q < 3/2的范圍內(nèi)，即可達(dá)到上述目的。即，本發(fā)明的第一方面的發(fā)電機(jī)具有設(shè)置有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子鐵芯；定子鐵芯，其被配置成在半徑方向上與轉(zhuǎn)子鐵芯相對(duì)，并且設(shè)置有多個(gè)槽；卷繞在定子鐵芯的槽中的線(xiàn)圈，其中，每極每相槽數(shù)q是滿(mǎn)足1 < q ^ 3/2的分?jǐn)?shù)，每極每相槽數(shù)q是用槽的數(shù)量除以永久磁鐵的極數(shù)和電壓的相數(shù)而得的值。S卩，本申請(qǐng)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(yīng)電壓波形相對(duì)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(yīng)電壓波形相對(duì)于正弦波的失真變小，另一方面，槽數(shù)變大將導(dǎo)致每一個(gè)槽的截面積變小。因此，設(shè)置在槽內(nèi)的絕緣膜的比例變大，所以可插入線(xiàn)圈的面積相應(yīng)地減小。其結(jié)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(xiàn)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(shí)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(shí)的波形的失真小，每極每相槽數(shù)q需要是滿(mǎn)足1 < q < 3/2的分?jǐn)?shù)。根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)，本申請(qǐng)的發(fā)明人得到了要將每極每相槽數(shù)q構(gòu)成為滿(mǎn)足1 < q < 3/2的分?jǐn)?shù)的發(fā)現(xiàn)。由此，能夠抑制感應(yīng)電壓波形相對(duì)于正弦波的失真變大，并且能夠抑制銅耗變大。并且，通過(guò)后面敘述的由本申請(qǐng)的發(fā)明人進(jìn)行的仿真，已經(jīng)確認(rèn)到如下情況通過(guò)將每極每相槽數(shù)q構(gòu)成為滿(mǎn)足1 < q < 3/2的分?jǐn)?shù)，能夠抑制感應(yīng)電壓波形相對(duì)于正弦波的失真變大，并且能夠抑制銅耗變大。本發(fā)明的第二方面的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有發(fā)電機(jī)和與發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸連接的葉片， 發(fā)電機(jī)包括設(shè)置有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子鐵芯；定子鐵芯，其被配置成在半徑方向上與轉(zhuǎn)子鐵芯相對(duì)，并且設(shè)置有多個(gè)槽；以及卷繞在定子鐵芯的槽中的線(xiàn)圈，其中，每極每相槽數(shù)q是滿(mǎn)足1 < 3/2的分?jǐn)?shù)，每極每相槽數(shù)q是用槽的數(shù)量除以永久磁鐵的極數(shù)和電壓的相數(shù)而得的值。在該第二方面的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，能夠得到如下風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)如上所述地將每極每相槽數(shù)q構(gòu)成為滿(mǎn)足1 < q < 3/2的分?jǐn)?shù)，能夠抑制感應(yīng)電壓波形相對(duì)于正弦波的失真變大，并且能夠抑制銅耗變大。


圖1是示出本發(fā)明的一個(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。圖2是本發(fā)明的一個(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。圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的發(fā)電機(jī)的定子鐵芯的放大圖。圖4是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的發(fā)電機(jī)的永久磁鐵的放大圖。圖5是示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的發(fā)電機(jī)的線(xiàn)圈在槽中的配置的圖。圖6是示出針對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的發(fā)電機(jī)的相對(duì)于每極每相槽數(shù)q的波形失真率進(jìn)行的仿真的結(jié)果的圖。圖7是示出針對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的發(fā)電機(jī)的相對(duì)于每極每相槽數(shù)q的銅耗比例進(jìn)行的仿真的結(jié)果的圖。圖8是示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的變形例的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施例方式下面，根據(jù)附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。首先，參照?qǐng)D1至圖4，對(duì)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(shuō)明。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)1的機(jī)艙2、轉(zhuǎn)子轂3、 葉片4以及塔架5構(gòu)成。發(fā)電機(jī)1被收納于機(jī)艙2中。另外，轉(zhuǎn)子轂3被安裝于發(fā)電機(jī)1 的旋轉(zhuǎn)軸11上。另外，在轉(zhuǎn)子轂3上安裝有多個(gè)葉片4。另外，機(jī)艙2被安裝于塔架(支撐柱)5上。如圖2所示，發(fā)電機(jī)1由旋轉(zhuǎn)軸11、旋轉(zhuǎn)軸肋(rib) 12、轉(zhuǎn)子鐵芯13、永久磁鐵14、 定子鐵芯15和線(xiàn)圈16構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)軸11通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸肋12安裝于轉(zhuǎn)子鐵芯13上。轉(zhuǎn)子鐵芯13例如是由電磁鋼板層疊而形成的。另外，轉(zhuǎn)子鐵芯13例如也可以是將鐵等強(qiáng)磁性體部件彎曲成圓形而成的部件，還可以是圓筒形的強(qiáng)磁性體部件。另外，圓筒形的強(qiáng)磁性體部件也可以由鑄件等構(gòu)成。轉(zhuǎn)子鐵芯13的外周部安裝有多個(gè)永久磁鐵14。在圖2中，14個(gè)永久磁鐵14被安裝在轉(zhuǎn)子鐵芯13的外周部。另外，發(fā)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速、感應(yīng)出的電壓的頻率以及極數(shù)之間的關(guān)系通過(guò)下式(1)來(lái)表示。轉(zhuǎn)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(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速比較小， 例如每分鐘20轉(zhuǎn)左右。在這種轉(zhuǎn)速較小的風(fēng)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(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，需要像本實(shí)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(zhuǎn)子鐵芯13的半徑方向上與其相對(duì)。在定子鐵芯 15上，在定子鐵芯15的內(nèi)側(cè)形成有多個(gè)槽17。在圖2中，在定子鐵芯15上形成有48個(gè)槽 17。另外，定子鐵芯15被分割為6個(gè)鐵芯15a 15f。并且，定子鐵芯15的分割數(shù)量大多采用感應(yīng)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(shí)施方式中，將分割數(shù)量設(shè)為6。其中，軸電壓是指因不均勻的磁通而在旋轉(zhuǎn)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(shè)成對(duì)極數(shù)(配置于轉(zhuǎn)子鐵芯13上的永久磁鐵14在對(duì)角線(xiàn)上構(gòu)成對(duì)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(dāng)對(duì)分?jǐn)?shù)ql/pl進(jìn)行了約分后的q2/p2的分子q2為偶數(shù)時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生軸電壓。在本實(shí)施方式中，配置在轉(zhuǎn)子鐵芯13上的永久磁鐵14 的成對(duì)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(gè)。因此，分?jǐn)?shù)ql/ Pl為6/7。另外，因?yàn)?/7無(wú)法除盡，所以本實(shí)施方式的分子q2為6，是偶數(shù)。其結(jié)果，在本實(shí)施方式中，將永久磁鐵14的數(shù)量設(shè)為14個(gè)，并且將定子鐵芯15的分割數(shù)量設(shè)為6個(gè)，由此，能夠抑制軸電壓的產(chǎn)生。另外，在本實(shí)施方式中，槽17的數(shù)量(48個(gè))構(gòu)成為是分割出的鐵芯15a 15f的數(shù)量(6個(gè))的整數(shù)倍(8倍)。另外，在6個(gè)鐵芯15a 15f上，分別設(shè)有8個(gè)槽17。具體而言，在鐵芯1 上設(shè)置有槽編號(hào)為#4 #11的槽17。在鐵芯1 上設(shè)有槽編號(hào)為#12 #19的槽17。在鐵芯 15c上設(shè)有槽編號(hào)為#20 #27的槽17。在鐵芯15d上設(shè)有槽編號(hào)為#28 #35的槽17。 在鐵芯Me上設(shè)有槽編號(hào)為#36 #43的槽17。在鐵芯15f上設(shè)有槽編號(hào)為#44 #3的槽17。在槽17上卷繞有線(xiàn)圈16。這里，在本實(shí)施方式中，線(xiàn)圈16包括U相、V相和W相這三種線(xiàn)圈。另外，在圖2中，“U”和“U”，表示U相的線(xiàn)圈16。另外，對(duì)于“U”與“『”彼此而言，流過(guò)線(xiàn)圈16的電流的方向相反。同樣，“V”和“V*”表示流過(guò)的電流的方向彼此相反的V相的線(xiàn)圈16。另外，“W”和“W*”表示流過(guò)的電流的方向彼此相反的W相的線(xiàn)圈16。 并且，線(xiàn)圈16是在一個(gè)槽17內(nèi)配置兩個(gè)線(xiàn)圈16的雙重卷繞。例如，在槽編號(hào)為#2的槽17 中配置有U相的線(xiàn)圈16和W相的線(xiàn)圈16。如圖3所示，在槽17的內(nèi)側(cè)面與線(xiàn)圈16之間形成有絕緣膜18。由此，通過(guò)絕緣膜 18來(lái)抑制槽17與線(xiàn)圈16發(fā)生短路。另外，通過(guò)絕緣膜18來(lái)抑制卷繞在同一個(gè)槽17內(nèi)的兩個(gè)不同的線(xiàn)圈16之間發(fā)生短路。并且，絕緣膜18的厚度t取決于感應(yīng)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(huì)變化，所以在減小槽17的截面積的情況下，設(shè)置在槽17內(nèi)的絕緣膜18相對(duì)于槽17的截面積的比例變大。另外，如圖4所示，設(shè)置在轉(zhuǎn)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(shí)施方式中，永久磁鐵14的與定子鐵芯15相對(duì)的面1 構(gòu)成為是大致平坦的。一般而言，在發(fā)電機(jī)中，在感應(yīng)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(duì)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(guò)下式( 來(lái)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(shè)置于發(fā)電機(jī)中的相鄰的永久磁鐵之間的間隔。另外，眾所周知，不會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)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(huì)出現(xiàn)相當(dāng)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(duì)感應(yīng)電壓的波形的影響就越小。考慮這一點(diǎn)，在本實(shí)施方式中，將永久磁鐵14的定子鐵芯15側(cè)的寬度Wl設(shè)定為相鄰的永久磁鐵14之間不產(chǎn)生間隙時(shí)的永久磁鐵14的寬度W2的4/5以上6/7以下，以除去對(duì)感應(yīng)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(shè)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(shè)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(shè)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?qǐng)D5，對(duì)本實(shí)施方式的線(xiàn)圈16在槽17中的配置進(jìn)行說(shuō)明。如圖5所示，U相的線(xiàn)圈16卷繞在槽編號(hào)#1 (U*)的槽17和槽編號(hào)#4(U)的槽17 上。即，卷繞線(xiàn)圈16的槽17的間距(從槽編號(hào)#1到槽編號(hào)#4)為4。同樣，U相的線(xiàn)圈 16還卷繞在槽編號(hào)#2 (U*)和槽編號(hào)#5 (U)、槽編號(hào)#5 (U)和槽編號(hào)#8 (U*)、槽編號(hào)#8 (U*) 和槽編號(hào)#11 (U)、槽編號(hào)#12 (U)和槽編號(hào)#15 (『)、槽編號(hào)#15 (U*)和槽編號(hào)#18 (U)、槽編號(hào)#19 (U)和槽編號(hào)#22 (U*)、槽編號(hào)#22 (U*)和槽編號(hào)#25 (U)的槽17上。另外，從槽編號(hào) #25到槽編號(hào)#1的槽17中的線(xiàn)圈16的配置與從槽編號(hào)#1到槽編號(hào)#25的線(xiàn)圈16的配置相同。另外，V相的線(xiàn)圈16卷繞在槽編號(hào)#48(V)的槽17和槽編號(hào)#3 (V*)的槽17上。 即，卷繞線(xiàn)圈16的槽17的間距(從槽編號(hào)#48到槽編號(hào)#3)為4。同樣，V相的線(xiàn)圈16還卷繞在槽編號(hào)#4(V*)和槽編號(hào)#7 (V)、槽編號(hào)#7 (V)和槽編號(hào)#10 (V*)、槽編號(hào)#11 (V*)和槽編號(hào)#14 (V)、槽編號(hào)#14 (V)和槽編號(hào)#17 (V*)、槽編號(hào)#17 (V*)和槽編號(hào)#20 (V)、槽編號(hào) #18 (V*)和槽編號(hào)#21 (V)、槽編號(hào)#21 (V)和槽編號(hào)#24 (V*)的槽17上。另外，從槽編號(hào)#24 到槽編號(hào)#48的槽17中的線(xiàn)圈16的配置與從槽編號(hào)#48到槽編號(hào)#24的線(xiàn)圈16的配置相同。另外，W相的線(xiàn)圈16卷繞在槽編號(hào)#47 (W*)的槽17和槽編號(hào)#2 (W)的槽17上。 即，卷繞線(xiàn)圈16的槽17的間距(從槽編號(hào)#47到槽編號(hào)#2)為4。同樣，W相的線(xiàn)圈16還卷繞在槽編號(hào)#3 (W)和槽編號(hào)#6 (W*)、槽編號(hào)#6 (W*)和槽編號(hào)#9 (W)、槽編號(hào)#9 (W)和槽編號(hào)#12 (W*)、槽編號(hào)#10 (W)和槽編號(hào)#13 (W*)、槽編號(hào)#13 (W*)和槽編號(hào)#16 (W)、槽編號(hào) #16 (W)和槽編號(hào)#19 (W*)、槽編號(hào)#20 (W*)和槽編號(hào)#23 (W)的槽17上。另外，從槽編號(hào)#24 到槽編號(hào)#47的槽17中的線(xiàn)圈16的配置與從槽編號(hào)#47到槽編號(hào)#23的線(xiàn)圈16的配置相同。如上所述，在本實(shí)施方式中，線(xiàn)圈16構(gòu)成這樣的分布卷繞方式包括U相、V相和W 相的各16個(gè)線(xiàn)圈16，合計(jì)48個(gè)線(xiàn)圈分布地卷繞在48個(gè)槽17中。下面，對(duì)槽數(shù)、極數(shù)和相數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。表示槽數(shù)、極數(shù)和相數(shù)之間的關(guān)系的每極每相槽數(shù)q通過(guò)下式C3)來(lái)表示。q =槽數(shù)/ (極數(shù)X相數(shù))…(3)這里，在本實(shí)施方式中，在圖2所示的發(fā)電機(jī)1中，槽數(shù)為48個(gè)，極數(shù)為14個(gè)，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(shí)施方式的發(fā)電機(jī)1中，每極每相槽數(shù)q構(gòu)成為分?jǐn)?shù)。下面，對(duì)本申請(qǐng)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(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。首先，說(shuō)明每極每相槽數(shù)q的下限值。圖6示出了對(duì)每極每相槽數(shù)q與波形失真率之間的關(guān)系進(jìn)行的仿真的結(jié)果。另外，波形失真率表示相對(duì)于正弦波的波形失真的程度。如圖6所示，在該仿真中確認(rèn)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(shè)置在定子鐵芯上的槽數(shù)增加。因?yàn)椴蹟?shù)增加會(huì)使卷繞在槽上的線(xiàn)圈的數(shù)量增加，所以在合成由各個(gè)線(xiàn)圈感應(yīng)出的電壓的情況下，所合成的波形接近正弦波。由此可見(jiàn)，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?jǐn)?shù)時(shí)的波形失真率對(duì)應(yīng)于與分?jǐn)?shù)的分子對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)于每極每相槽數(shù)q為3時(shí)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(duì)應(yīng)于每極每相槽數(shù)q為5時(shí)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(dāng)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(dāng)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(jié)果，已判明在每極每相槽數(shù)q為小于1的分?jǐn)?shù)的情況下，減少槽數(shù)會(huì)導(dǎo)致波形失真率(感應(yīng)電壓波形相對(duì)于正弦波的失真)大于q = 3(q = 3/4)時(shí)的波形失真率，所以，為了相對(duì)地減小波形失真率(感應(yīng)電壓波形相對(duì)于正弦波的失真)(比q = 3 (q = 3/4)時(shí)小)，需要將每極每相槽數(shù)q設(shè)置為大于1的分?jǐn)?shù)(q > 1)。另外，在每極每相槽數(shù)q小于1 (q < 1)的范圍內(nèi)，例如，像將每極每相槽數(shù)q設(shè)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(shí)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l(q<l)的范圍內(nèi)，由于槽數(shù)變得較小，因此配置在一個(gè)槽中的線(xiàn)圈的粗度變大，其結(jié)果是，難以將線(xiàn)圈配置到槽中。在設(shè)定每極每相槽數(shù)q時(shí)，還應(yīng)該考慮這些方面。作為上述各種研究的結(jié)果，本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)優(yōu)選將每極每相槽數(shù)q設(shè)定為比1大的分?jǐn)?shù)。根據(jù)該發(fā)現(xiàn)，在本實(shí)施方式中，將每極每相槽數(shù)q設(shè)置為q = 8/7，其大于 1。接著，對(duì)每極每相槽數(shù)q的上限值進(jìn)行說(shuō)明。圖7示出對(duì)每極每相槽數(shù)q與銅耗比例之間的關(guān)系進(jìn)行的仿真的結(jié)果。另外，銅耗表示因線(xiàn)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1 (q = 1)時(shí)的銅耗設(shè)置為1的情況下、使每極每相槽數(shù)q變化時(shí)的銅耗。這里，在風(fēng)力發(fā)電中，在齒輪和發(fā)電機(jī)等構(gòu)成風(fēng)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(shí)現(xiàn)風(fēng)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(jié)果，已確認(rèn)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(shí)，成為與每極每相槽數(shù)q 為1時(shí)的銅耗比例(1)大致相同的銅耗比例(1. 02)，當(dāng)每極每相槽數(shù)q大于1. 5(3/2)時(shí)， 銅耗比例大于q= 1時(shí)的銅耗比例。這可認(rèn)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(yīng)電壓波形相對(duì)于正弦波的失真變小，另一方面，由于槽的數(shù)量變大，每個(gè)槽的截面積變小。因此，設(shè)置在槽內(nèi)的絕緣膜18 的比例變大，所以，可插入線(xiàn)圈16的面積相應(yīng)地減小。其結(jié)果是，可認(rèn)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(xiàn)圈的槽的間距為5，其大于每極每相槽數(shù)q為1時(shí)的間距0)，因此， 線(xiàn)圈(線(xiàn)圈端部)相應(yīng)地增長(zhǎng)，其結(jié)果是，銅耗變大。另一方面，如果將每極每相槽數(shù)q設(shè)置為3/2以下，則可以將卷繞線(xiàn)圈的槽的間距設(shè)為與每極每相槽數(shù)q為1時(shí)的間距(4)相同，因此，能夠?qū)~耗抑制為與每極每相槽數(shù)q 為1時(shí)相同的程度。由此可見(jiàn)為了使銅耗減小到與每極每相槽數(shù)q為1時(shí)相同的程度而實(shí)現(xiàn)風(fēng)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(huì)增加，因此，形成槽的沖壓工序數(shù)也增加。在設(shè)定每極每相槽數(shù)q時(shí)，也應(yīng)該考慮這一點(diǎn)。作為上述各種研究的結(jié)果，本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)優(yōu)選將每極每相槽數(shù)q設(shè)定為1.5(3/ 以下的分?jǐn)?shù)。根據(jù)該發(fā)現(xiàn)，在本實(shí)施方式中，將每極每相槽數(shù)q設(shè)為q = 8/7 ^ 1. 5(3/2)。如上所述，本申請(qǐng)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(shí)施方式中，將每極每相槽數(shù)q設(shè)為8/7( = 48/ (14 X幻)，使得每極每相槽數(shù)q成為滿(mǎn)足1 < 3/2的分?jǐn)?shù)，其中，所述每極每相槽數(shù)q 是用槽17的數(shù)量(48個(gè))除以永久磁鐵14的極數(shù)(14個(gè))和電壓的相數(shù)(3相)而得的值。由此，能夠抑制感應(yīng)電壓波形相對(duì)于正弦波的失真變大，并且能夠抑制銅耗變大。另外，在本實(shí)施方式中，如上所述，將每極每相槽數(shù)q設(shè)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(yīng)電壓波形相對(duì)于正弦波的失真變大，并且能夠抑制銅耗變大。另外，在本實(shí)施方式中，如上所述，線(xiàn)圈16以使每極每相槽數(shù)q滿(mǎn)足1 < q < 3/2 的方式，構(gòu)成在多個(gè)槽17中進(jìn)行卷繞的分布卷繞方式。由此，與將線(xiàn)圈16集中地卷繞在規(guī)定的槽17內(nèi)的集中卷繞方式相比，能夠感應(yīng)出數(shù)量更多的相位不同的電壓，因此，能夠使得由感應(yīng)出的電壓合成的波形更接近正弦波。另外，在本實(shí)施方式中，如上所述，感應(yīng)出的電壓的相數(shù)為3相，每極每相槽數(shù)q為滿(mǎn)足1 < q < 3/2的分?jǐn)?shù)。由此，在感應(yīng)出的電壓的相數(shù)為3相的發(fā)電機(jī)1中，能夠抑制感應(yīng)電壓波形相對(duì)于正弦波的失真變大，并且能夠抑制銅耗變大。另外，在本實(shí)施方式中，如上所述，在轉(zhuǎn)子鐵芯13的外周部設(shè)置了多個(gè)(14個(gè))永久磁鐵14，將永久磁鐵14的定子鐵芯15側(cè)的寬度Wl設(shè)為相鄰的永久磁鐵14之間不產(chǎn)生間隙時(shí)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(rèn)為對(duì)感應(yīng)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(shí)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(duì)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(duì)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(yīng)電壓的波形相對(duì)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(nèi)周面的圓弧的中心點(diǎn)不同(外周面的圓弧和內(nèi)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(yīng)出的電壓接近正弦波。另一方面，在本實(shí)施方式中，將每極每相槽數(shù)q設(shè)為大于l(q > 1)，減小感應(yīng)電壓波形相對(duì)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(duì)的面是大致平坦的，也能夠減小感應(yīng)電壓波形相對(duì)于正弦波的失真。因此，在本實(shí)施方式中，能夠減小感應(yīng)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(shí)施方式中，如上所述，定子鐵芯15包括分割出的多個(gè)鐵芯1 15f， 且槽17的數(shù)量構(gòu)成為分割出的多個(gè)鐵芯15a 15f的數(shù)量(6個(gè))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(gè)鐵芯15a 15f上。另外，本次公開(kāi)的實(shí)施方式應(yīng)該理解為在所有方面均只是例示性的，并不是限定性的內(nèi)容。本發(fā)明的范圍不是由上述實(shí)施方式的說(shuō)明所給出，而是由權(quán)利要求書(shū)所給出，而且包括與權(quán)利要求書(shū)等同的意思和范圍內(nèi)的所有變更。例如，在上述實(shí)施方式中，示出了將本發(fā)明應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)中的例子，但是本發(fā)明并不限于此。例如，也可以將本發(fā)明應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以外的發(fā)電機(jī)中。另外，在上述實(shí)施方式中，雖然示出了將每極每相槽數(shù)q設(shè)為8/7的例子，但是本發(fā)明并不限于此。在本發(fā)明中，只要構(gòu)成為每極每相槽數(shù)q是滿(mǎn)足1 < q < 3/2的分?jǐn)?shù)就可。另外，在上述實(shí)施方式中，示出了通過(guò)將槽的數(shù)量設(shè)為48個(gè)、將永久磁鐵的數(shù)量設(shè)為14個(gè)來(lái)將每極每相槽數(shù)q設(shè)為8/7的例子，但是，本發(fā)明并不限于此。在本發(fā)明中，只要以使每極每相槽數(shù)q成為滿(mǎn)足1 < q < 3/2的分?jǐn)?shù)的方式來(lái)選擇槽的數(shù)量和永久磁鐵的
數(shù)量即可。另外，在上述實(shí)施方式中，示出了感應(yīng)出的電壓的相數(shù)為U相、V相和W相這三相的例子，但是本發(fā)明并不限于此。例如，感應(yīng)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(shí)施方式中，示出了定子鐵芯由分割出的6個(gè)鐵芯構(gòu)成的例子，但是本發(fā)明并不限于此。在本發(fā)明中，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(gè)以外的個(gè)數(shù)。另外，在上述實(shí)施方式中，示出了轉(zhuǎn)子轂被安裝在發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上的例子，但是本發(fā)明并不限于此。例如，也可以如圖8所示的變形例的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)101那樣，在轉(zhuǎn)子轂 3與發(fā)電機(jī)1之間設(shè)置齒輪102。另外，在上述實(shí)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(duì)的面構(gòu)成為大致平坦的例子，但是本發(fā)明并不限于此。例如，也可以構(gòu)成為，永久磁鐵的定子鐵芯側(cè)的邊和轉(zhuǎn)子鐵芯側(cè)的邊形成為圓弧形狀，永久磁鐵的外周面的圓弧與內(nèi)周面的圓弧配置在同心圓上。 另外，在上述實(shí)施方式中，示出了將本發(fā)明應(yīng)用于轉(zhuǎn)子被配置在定子內(nèi)側(cè)的內(nèi)轉(zhuǎn)子型發(fā)電機(jī)中的例子，但是，本發(fā)明并不限于此。本發(fā)明也可應(yīng)用于轉(zhuǎn)子被配置在定子外側(cè)的外轉(zhuǎn)子型發(fā)電機(jī)中。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電機(jī)，其具有 設(shè)置有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子鐵芯；定子鐵芯，其被配置成在半徑方向上與所述轉(zhuǎn)子鐵芯相對(duì)，并且設(shè)置有多個(gè)槽；以及卷繞在所述定子鐵芯的槽中的線(xiàn)圈，其中，每極每相槽數(shù)q是滿(mǎn)足1 < q < 3/2的分?jǐn)?shù)，所述每極每相槽數(shù)q是用所述槽的數(shù)量除以所述永久磁鐵的極數(shù)和電壓的相數(shù)而得的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其中， 所述每極每相槽數(shù)q為8/7。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)電機(jī)，其中，設(shè)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，由此，使得所述每極每相槽數(shù)q成為8/7。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)電機(jī)，其中， 卷繞所述線(xiàn)圈的所述槽的間距為4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其中，所述線(xiàn)圈以使所述每極每相槽數(shù)q滿(mǎn)足1 < q < 3/2的方式，構(gòu)成為在多個(gè)所述槽中進(jìn)行卷繞的分布卷繞方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其中，感應(yīng)出的電壓的相數(shù)為3相，所述每極每相槽數(shù)q是滿(mǎn)足1 < q < 3/2的分?jǐn)?shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其中，在所述轉(zhuǎn)子鐵芯的外周部上設(shè)有多個(gè)所述永久磁鐵，所述永久磁鐵的所述定子鐵芯側(cè)的寬度構(gòu)成為相鄰的永久磁鐵之間不產(chǎn)生間隙時(shí)的永久磁鐵的寬度的4/5以上6/7以下的尺寸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，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(duì)的面是大致平坦的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其中，所述定子鐵芯包括分割出的多個(gè)鐵芯，所述多個(gè)槽的數(shù)量為所述分割出的多個(gè)鐵芯的數(shù)量的整數(shù)倍。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其中，所述定子鐵芯包括分割出的多個(gè)鐵芯，所述分割出的多個(gè)鐵芯的數(shù)量為感應(yīng)出的電壓的相數(shù)的倍數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其中，所述定子鐵芯包括分割出的多個(gè)鐵芯，在設(shè)成對(duì)極數(shù)為pi、所述分割出的多個(gè)鐵芯的數(shù)量為ql的情況下，對(duì)分?jǐn)?shù)ql/pl進(jìn)行約分后的q2/p2的分子q2為偶數(shù)，其中，所述成對(duì)極數(shù)是配置在所述轉(zhuǎn)子鐵芯上的所述永久磁鐵在對(duì)角線(xiàn)上構(gòu)成對(duì)的數(shù)量。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其中，該發(fā)電機(jī)構(gòu)成為所述轉(zhuǎn)子鐵芯被配置在所述定子鐵芯的內(nèi)側(cè)的內(nèi)轉(zhuǎn)子型。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其中，所述永久磁鐵在平面視圖上形成為大致梯形形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其中，該發(fā)電機(jī)被用作風(fēng)力發(fā)電的發(fā)電機(jī)。
15.一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其具有發(fā)電機(jī)和與所述發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸連接的葉片， 所述發(fā)電機(jī)包括設(shè)置有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子鐵芯；定子鐵芯，其被配置成在半徑方向上與所述轉(zhuǎn)子鐵芯相對(duì)，并且設(shè)置有多個(gè)槽；以及卷繞在所述定子鐵芯的槽中的線(xiàn)圈，其中，每極每相槽數(shù)q是滿(mǎn)足1 < q < 3/2的分?jǐn)?shù)，所述每極每相槽數(shù)q是用所述槽的數(shù)量除以所述永久磁鐵的極數(shù)和電壓的相數(shù)而得的值。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中， 所述每極每相槽數(shù)q為8/7。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述線(xiàn)圈以使所述每極每相槽數(shù)q滿(mǎn)足1 < q < 3/2的方式，構(gòu)成為在多個(gè)所述槽中進(jìn)行卷繞的分布卷繞方式。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中，感應(yīng)出的電壓的相數(shù)為3相，所述每極每相槽數(shù)q是滿(mǎn)足1 < q < 3/2的分?jǐn)?shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中， 在所述轉(zhuǎn)子鐵芯的外周部上設(shè)有多個(gè)所述永久磁鐵，所述永久磁鐵的所述定子鐵芯側(cè)的寬度為相鄰的永久磁鐵之間不產(chǎn)生間隙時(shí)的永久磁鐵的寬度的4/5以上6/7以下的尺寸。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的風(fēng)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(duì)的面是大致平坦的。
全文摘要
本發(fā)明提供發(fā)電機(jī)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。該發(fā)電機(jī)構(gòu)成為，每極每相槽數(shù)q是滿(mǎn)足1＜q≤3/2的分?jǐn)?shù)，所述每極每相槽數(shù)q是用槽的數(shù)量除以永久磁鐵的極數(shù)和電壓的相數(shù)而得的值。
文檔編號(hào)H02K1/16GK102377305SQ20101061711
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月10日
發(fā)明者宮本恭祐, 森下大輔 申請(qǐng)人:株式會(huì)社安川電機(jī)