BRPI1103521A2

BRPI1103521A2 - gerador de potÊncia e sistema de geraÇço de potÊncia eàlica

Info

Publication number: BRPI1103521A2
Application number: BRPI1103521-8A
Authority: BR
Inventors: Daisuke Morishita; Yasuhiro Miyamoto
Original assignee: Yaskawa Denki Seisakusho Kk
Priority date: 2010-08-10
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2013-01-15
Also published as: US8987968B2; TWI501511B; CN102377305A; EP2421123B1; KR101514109B1; US20120038168A1; CN202135026U; KR20120014863A; TW201225485A; CN102377305B; JP2012039811A; EP2421123A3; EP2421123A2; JP4725684B1

Abstract

GERADOR DE POTÊNCIA E SISTEMA DE GERAÇçO DE POTÊNCIA EàLICA.A presente invenção refere-se a um gerador potência formado de modo que um número q de febdas por polo por fase obtido pela divisão do número de fendas pelo número de polos de ímãs permanentementes e o número de fases de voltagens é uma fração que satisfaz 1< q <243>3/2.GERADOR DE POTÊNCIA E SISTEMA DE GERAÇçO DE POTÊNCIA EàLICA.A presente invenção refere-se a um gerador potência formado de modo que um número q de febdas por polo por fase obtido pela divisão do número de fendas pelo número de polos de ímãs permanentementes e o número de fases de voltagens é uma fração que satisfaz 1< q <243>3/2.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "GERADOR DE POTÊNCIA E SISTEMA DE GERAÇÃO DE POTÊNCIA EÓLICA".

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a um gerador de potência e um

sistema de geração de potência eólica, e mais especificamente, refere-se a um gerador de potência e um sistema de geração de potência eólica cada um incluindo fios e fendas dentro das quais os fios estão enrolados. DESCRIÇÃO DA TÉCNICA ANTERIOR Por exemplo, a Patente Japonesa Aberta à Inspeção Pública

Número 7-143697 (1995) descreve um gerador de potência que inclui fios e fendas dentro dos quais os fios estão enrolados.

A acima mencionada Patente Japonesa Aberta à Inspeção Pú- blica Número 7-143697 descreve um enrolamento de armadura trifásico (ge- rador de potência) que inclui fios e fendas dentro das quais os fios estão en- rolados. Este enrolamento de armadura trifásico está provido com ímãs de quatro polos e 48 fendas. Assim, o número q de fendas por polo por fase (= número de fendas / (número de fases χ número de polos)) é 4 (= 48 / (3 χ 4) (inteiro)). O número q de fendas por polo por fase é um parâmetro que indica o número de fendas por polo e por fase, necessárias para produzir um polo.

Por outro lado, é conhecido que o número de polos deve ser aumentado em um gerador de potência de baixa velocidade, de modo a au- mentar a freqüência de uma voltagem induzida. Se o valor do número q de fendas por polo por fase for mantido intacto no caso de aumentar o número de polos quando aplicando a estrutura convencional acima mencionada que tem o número integral q de fendas por polo por fase a tal gerador de potên- cia de baixa velocidade, o número de fendas é aumentado e com isto o nú- mero de etapas de puncionamento para formar as fendas é desvantajosa- mente aumentado. De modo a suprimir tal desvantagem, portanto, um gera- dor de potência que tem um número q fracionado de fendas por polo por fa- se está proposto em geral. Assim, o número q de fendas por polo por fase é ajustado para uma fração de modo que o aumento no número de fendas possa ser suprimido se comparado com a estrutura que tem o número q in- tegral de fendas por polo por fase, mesmo se o número de polos for aumen- tado enquanto que o número q de fendas por polo por fase é mantido intac- to.

No caso de aplicar o número q fracionado de fendas por polo por

fase, no entanto, o número de fendas é reduzido se o número q de fendas por polo por fase for reduzido, para resultar desvantajosamente em uma grande distorção (distorção de uma onda senoidal) na voltagem induzida. Se

0 número q de fendas por polo por fase for aumentado, por outro lado, o número de fendas é também aumentado enquanto que a área de seção por

fenda é reduzida, e com isto a razão de filmes de isolamento providos dentro das fendas é aumentada. Portanto, a área de seção dos fios inseríveis nas fendas é reduzida, e com isto a perda de cobre (perda de energia por resis- tência elétrica dos fios) é desvantajosamente aumentada. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção foi proposta de modo a resolver os proble- mas acima, um objetivo da presente invenção é prover um gerador de po- tência e um sistema de geração de potência eólica capazes de reduzir a dis- torção na forma de onda de uma voltagem induzida e suprimir o aumento em perda de cobre de fios.

O inventor fez profundos estudos de modo a atingir o objetivo a- cima mencionado, e descobriu que o objetivo acima mencionado pode ser atingido ajustando o número q de fendas por polo por fase dentro da faixa de

1 < q < 3/2. Em outras palavras, um gerador de potência de acordo com um primeiro aspecto da presente invenção inclui um núcleo de rotor provido com

um ímã permanente, um núcleo de estator disposto para ficar radialmente oposto ao núcleo de rotor e provido com uma pluralidade de fendas e fios enrolados dentro das fendas do núcleo de estator, e está formado de tal mo- do que um número q de fendas por polo por fase obtido pela divisão do nú- mero de fendas pelo número de polos do ímã permanente e o número de fases de voltagens é uma fração que satisfaz 1 < q < 3/2.

Em outras palavras, o inventor descobriu que o número de fen- das é reduzido de modo que a distorção na forma de onda de uma voltagem induzida de uma onda senoidal é aumentada se o número q de fendas por polo por fase for menor do que 1 (q < 1). Se o número q de fendas por polo por fase for maior do que 3/2 (q > 3/2), por outro lado, o número de fendas é aumentado de modo que a distorção na forma de onda da voltagem induzida da onda senoidal é reduzida enquanto que a área de seção por fenda é re- duzida. Assim, a razão de filmes isolantes providos dentro das fendas é au- mentada, e com isto as áreas dentro das quais os fios são inseríveis são reduzidas. Consequentemente, o inventor descobriu a perda de cobre é au- mentada se o número q de fendas por polo por fase for maior do que 3/2. O inventor também descobriu que o número q de fendas por polo por fase deve ser a fração que satisfaz 1 < q < 3/2 de modo a ajustar o passo das fendas dentro das quais os fios são enrolados para um valor substancialmente idên- tico àquele (passo = 4) em um caso, que exibe uma perda de cobre relati- vãmente pequena, onde o número q de fendas por polo por fase é 1 e redu- zir a distorção abaixo daquela da forma de onda em um caso onde o número q de fendas por polo por fase é 3. Com base nestes reconhecimentos, o in- ventor descobriu a idéia de ajustar o número q de fendas por polo por fase para a fração que satisfaz 1 < q < 3/2. Assim, o aumento em perda de cobre pode ser suprimido enquanto suprimindo o aumento em distorção da forma de onda da voltagem induzida da onda senoidal. O inventor já confirmou que o aumento em distorção da forma de onda da voltagem induzida da onda senoidal assim como o aumento em perda de cobre podem ser suprimidos ajustando o número q de fendas por polo por fase para a fração que satisfaz 1 < q < 3/2, devido a simulações posteriormente descritas.

Um sistema de geração de potência eólica de acordo com um segundo aspecto da presente invenção inclui um gerador de potência que inclui um núcleo de rotor provido com um ímã permanente, um núcleo de estator disposto para ficar radialmente oposto ao núcleo de rotor e provido com uma pluralidade de fendas e fios enrolados dentro das fendas do núcleo de estator e está formado de tal modo que um número q de fendas por polo por fase obtido pela divisão do número de fendas pelo número de polos do ímã permanente e o número de fases de voltagens é uma fração que satis- faz 1 < q < 3/2 e uma lâmina conectada a um eixo rotativo do gerador de po- tência.

No sistema de geração de potência eólica de acordo com o se- gundo aspecto, como aqui acima descrito um aumento em distorção da for- ma de onda de uma voltagem induzida de uma onda senoidal assim como um aumento em perda de cobre podem ser supridos ajustando o número q de fendas por polo por fase para a fração que satisfaz 1 < q < 3/2.

O acima e outros objetivos, características, aspectos e vanta- gens da presente invenção ficarão mais aparentes da descrição detalhada seguinte da presente invenção quando tomada em conjunto com os dese- nhos acompanhantes. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Figura 1 ilustra a estrutura geral de um sistema de geração de potência eólica de acordo com uma modalidade da presente invenção;

Figura 2 é uma vista plana de um gerador de potência do siste- ma de geração de potência eólica de acordo com a modalidade da presente invenção;

Figura 3 é um diagrama ampliado de um núcleo de estator do gerador de potência de acordo com a modalidade da presente invenção;

Figura 4 é um diagrama ampliado de ímãs permanentes do ge- rador de potência de acordo com a modalidade da presente invenção;

Figura 5 ilustra a disposição de fios dentro de fendas do gerador de potência de acordo com a modalidade da presente invenção; Figura 6 ilustra um resultado de uma simulação conduzida quan-

to a um fator de distorção de forma de onda com relação a um número q de fendas por polo por fase no gerador de potência de acordo com a modalida- de da presente invenção;

Figura 7 ilustra um resultado de outra simulação conduzida quanto a uma razão de perda de cobre com relação a um número q de fen- das por polo por fase no gerador de potência de acordo com a modalidade da presente invenção; e Figura 8 ilustra uma estrutura geral de um sistema de geração de potência eólica de acordo com uma modificação da modalidade da pre- sente invenção.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES PREFERIDAS Uma modalidade da presente invenção será agora descrita com

referência aos desenhos.

Primeiro, a estrutura de um sistema de geração de potência eóli- ca 100 de acordo com a modalidade descrita com referência às figuras 1 a 4.

Como mostrado na figura 1 o sistema de geração de potência eólica 100 está constituída de um gerador de potência 1, uma nacele 2 para armazenar o gerador de potência 1, um cubo de rotor 3, uma pluralidade de lâminas 4 e uma torre 5. O gerador de potência 1 está armazenado dentro da nacele 2. O cubo de rotor 3 está montado sobre um eixo rotativo 11 do gerador de potência 1. A pluralidade de lâminas 4 está montada sobre o cu- bo de rotor 3. A nacele 2 está montada sobre a torre (pilar de suporte) 5.

Como mostrado na figura 2, o gerador de potência 1 está consti- tuído do eixo rotativo 11, nervuras de eixo rotativo 12, um núcleo de rotor 13, uma pluralidade de ímãs permanentes 14, um núcleo de estator 15 e fios 16. O eixo rotativo 11 está montado no núcleo de rotor 13 através das nervuras de eixo rotativo 12. O núcleo de rotor 13 está formado pelo empilhamento de placas de aço eletromagnético, por exemplo. Alternativamente, o núcleo de rotor 13 pode ser preparado dobrando um membro de ferro ferromagnético ou similar em uma forma circular, ou pode ser formado por um membro fer- romagnético cilíndrico. O membro ferromagnético cilíndrico pode ser feito de uma fundição ou similar.

A pluralidade de ímãs permanentes 14 está montada sobre a pe- riferia externa do núcleo de rotor 13. Referindo à figura 2, 14 ímãs perma- nentes 14 estão montados sobre a periferia externa do núcleo de rotor 13. A relação entre a freqüência rotacional do gerador de potência 1, a freqüência de uma voltagem induzida e o número de polos é expressa como segue:

Freqüência rotacional = 120 χ f/p ... (1) onde f representa a freqüência, e ρ representa o número de polos. Em geral um sistema de geração de potência eólica de grande tamanho tem uma fre- qüência rotacional relativamente pequena de aproximadamente 20 rpm, por exemplo. De modo a gerar uma voltagem que tenha uma freqüência f de aproximadamente 50 Hz a 60 Hz em tal sistema de geração de potência eó- Iica que tem uma freqüência rotacional relativamente pequena, o número ρ de polos deve ser aumentado. Em outras palavras, um sistema de geração de potência eólica de grande tamanho deve incluir um número relativamente grande de ímãs permanentes 14, como nesta modalidade.

O núcleo de estator 15 está disposto para ficar radialmente o- posto ao núcleo de rotor 13. Uma pluralidade de fendas 17 está formada so- bre o lado interno do núcleo de estator 15. Referindo à figura 2, 48 fendas 17 estão formadas no núcleo de estator 15.

O núcleo de estator 15 está dividido em seis núcleos 15a a 15f. O núcleo de estator 15 está geralmente dividido em um múltiplo do número (3) das fases de voltagens induzidas. Em outras palavras, o núcleo de esta- tor 15, o qual pode concebivelmente ser dividido em três, seis, nove, ..., está dividido nos seis núcleos 15a a 15f nesta modalidade, de modo a suprimir a geração de uma voltagem de eixo. A voltagem de eixo denota uma voltagem gerada no eixo rotativo 11 devido a um fluxo magnético tornado não unifor- me devido às folgas entre as juntas dos núcleos divididos 15a a 15f. Assu- mindo que p1 representa o número de pares de polos (o número de pares diagonais dos ímãs permanentes 14 dispostos sobre o núcleo de rotor 13) e q1 representa o número de núcleos divididos 15a a 15f do núcleo de estator 15, nenhuma voltagem de eixo é gerada se o numerador q2 de q2/p2 obtido reduzindo uma fração q1/p2 for um número par. De acordo com esta modali- dade, o número p1 de pares de polos dos ímãs permanentes 14 dispostos sobre o núcleo de estator 15 é 7 (= 14 polos/2), e o número q1 de núcleos divididos 15a a 15f do núcleo de estator 15 é seis. Portanto, a fração q1/p1 é 6/7. A fração 6/7 é indivisível, e com isto o numerador q2 é seis, isto é, um número par, de acordo com esta modalidade. Consequentemente, a geração de uma voltagem de eixo pode ser suprimida nesta modalidade provendo os 14 ímãs permanentes 14 e dividindo o núeleo de estator 15 nos seis núcleos 15a a 15f. De acordo com esta modalidade, o gerador de potência 1 está formado de tal modo que o número (48) das fendas 17 é vezes integrais (oito vezes) o número (seis) dos núcleos divididos 15a a 15f.

Cada um dos seis núcleos 15a a 15f está provido com oito fen- das 17. Mais especificamente, o núcleo 15a está provido com fendas 17 que têm os números de fenda #4 a #11. O núcleo 15b está provido com fendas 17 que têm os números de fenda #12 a #19. O núcleo 15c está provido com fendas 17 que têm os números de fenda #20 a #27. O núcleo 15d está pro- vido com fendas 17 que têm os números de fenda #28 a #35. O núcleo 15e está provido com fendas 17 que têm os números de fenda #36 a #43. O nú- cleo 15f está provido com fendas 17 que têm os números de fenda #44 a #3.

Os fios 16 estão enrolados dentro das fendas 17. De acordo com esta modalidade, os fios 16 incluem três tipos de fio 16, isto é, os fios de fa- se U, V e W 16. Referindo à figura 2, os símbolos "U" e "U*" denotam os fios de fase U 16. Nos fios "U" e "U*" 16, as correntes fluem em direções opos- tas. Similarmente, os símbolos "V" e "V*" denotam os fios de fase V 16, nos quais as correntes fluem em direções opostas. Ainda, os símbolos "W" e "W*" denotam os fios de fase W 16, nos quais as correntes fluem em dire- ções opostas. Dois fios 16 estão dispostos dentro de cada fenda 17. Por e- xemplo, um fio de fase U 16 e um fio de fase W 16 estão dispostos dentro da fenda 17 que tem um número de fenda #2.

Como mostrado na figura 3, filmes isolantes 18 estão formados entre as superfícies laterais internas das fendas 17 e os fios 16. Assim, os filmes isolantes 18 inibem as fendas 17 e os fios 16 de curto-circuitarem. Os filmes isolantes 18 também inibem os pares de diferentes tipos de fios 16 enrolados dentro das mesmas fendas 17 de curto-circuitarem. A espessura t dos filmes isolantes 18 depende das magnitudes das voltagens induzidas ou similares. Portanto, a espessura t dos filmes isolantes 18 permanece intacta independentemente da área de seção das fendas 17, e com isto a razão do filme isolante 18 provido dentro das fendas 17 para a área de seção das fendas 17 é aumentada, se a área de seção das fendas 17 for reduzida.

Como mostrado na figura 4, os imãs permanentes 14 providos sobre a periferia externa do núcleo de rotor 13 têm seções substancialmente trapezoidais. De acordo com esta modalidade, cada ímã permanente 14 está formado de tal modo que uma superfície 14a oposta ao núcleo de estator 15 seja substancialmente plana.

Em geral, uma voltagem induzida em um gerador de potência in-

clui um componente harmônico. O componente harmônico denota um com- ponente de voltagem que tem uma freqüência vezes integrais uma freqüên- cia básica. Um valor de crista do componente harmônico é expresso como segue:

Valor de crista de componente harmônico = 1/n χ (cos (ε χ η)) ...

(2)

onde η representa a ordem do componente harmônico, e ε re- presenta o intervalo entre os ímãs permanentes adjacentes providos no ge- rador de potência. É conhecido que nenhum componente harmônico que corresponde a uma ordem par aparece. É também conhecido que nenhum componente harmônico que corresponde a uma ordem de um múltiplo de 3 aparece em uma voltagem alternada trifásica. Portanto, as ordens de apari- ção de componentes harmônicos são quinta, sétima, décima primeira, .... O componente harmônico é dividido pela ordem η como mostrado na expres- são (2) acima, e com isto a influência exercida sobre a forma de onda da voltagem induzida é reduzida conforme a ordem torna-se mais alta. Em con- sideração deste ponto, a largura W1 de cada ímã permanente 14 no lado mais próximo do núcleo de estator 15 é ajustada para pelo menos 4/5 e não mais do que 6/7 de uma largura W2 do ímã permanente 14 em um caso on- de nenhuma folga está formada entre o mesmo e o ímã permanente 14 ad- jacente nesta modalidade, de modo a eliminar os componentes harmônicos de quinta e sétima ordem, que tem ordens pequenas, concebivelmente exer- cendo uma influência notável sobre a forma de onda da voltagem induzida. A largura W1 do ímã permanente 14 é de preferência ajustada para um valor próximo a 4/5 na faixa de pelo menos 4/5 e não mais do que 6/7 em um caso de eliminar principalmente o componente harmônico de quinta ordem, en- quanto que a largura W1 do ímã permanente 14 é de preferência ajustada para um valor próximo a 6/7 na faixa de pelo menos 4/5 e não mais do que 6/7 em um caso de eliminar principalmente o componente harmônico de sé- tima ordem. Se a largura W1 do ímã permanente 14 for ajustada para um valor intermediário (W1 = 29/35, por exemplo) na faixa de pelo menos 4/5 e não mais do que 6/7, os componentes harmônicos de quinta e sétima ordens podem ser uniformemente eliminados.

A disposição dos fios 16 dentro das fendas 17 do gerador de po- tência 1 de acordo com esta modalidade será agora descrita com referência à figura 5.

Como mostrado na figura 5, os fios de fase U 16 estão enrolados

dentro das fendas 17 que tem os números de fenda #1 (U*) e #4 (U). Em outras palavras, o passo das fendas 17 (que têm os números de fenda #1 a #4) dentro das quais os fios 16 estão enrolados é 4. Similarmente, os fios de fase U 16 estão enrolados dentro das fendas 17 que tem os números de fenda #2 (U*) e #5 (U), os números de fenda #5 (U) e #8 (U*), os números de fenda #8 (U*) e #11 (U), os números de fenda #12 (U) e #15 (U*), os nú- meros de fenda #15 (U*) e #18 (U), os números de fenda #19 (U) e #22 (U*) e os números de fenda #22 (U*) e #25 (U). Os fios 16 dispostos dentro das fendas 17 que têm os números de fenda #25 a #1 similarmente aos fios 16 estão dispostos dentro das fendas 17 que têm os números de fenda #1 a #25.

Os fios de fase V 16 estão enrolados dentro das fendas 17 que tem os números de fenda #48 (V) e #3 (V*). Em outras palavras, o passo das fendas 17 (que têm os números de fenda #48 a #3) dentro das quais os fios 16 estão enrolados é 4. Similarmente, os fios de fase V 16 estão enrolados dentro das fendas 17 que tem os números de fenda #4 (V*) e #7 (V), os nú- meros de fenda #7 (V) e #10 (V*), os números de fenda #11 (V*) e #14 (V), os números de fenda #14 (V) e #17 (V*), os números de fenda #17 (V*) e #20 (V), os números de fenda #18 (V*) e #21 (V) e os números de fenda #21 (V) e #24 (V*). Os fios 16 estão dispostos dentro das fendas 17 que têm os números de fenda #24 a #48 similarmente aos fios 16 dispostos dentro das fendas 17 que têm os números de fenda #48 a #24. Os fios de fase W 16 estão enrolados dentro das fendas 17 que tem os números de fenda #47 (W*) e #2 (W). Em outras palavras, o passo das fendas 17 (que têm os números de fenda #47 a #2) dentro das quais os fios 16 estão enrolados é 4. Similarmente, os fios de fase W 16 estão enro- lados dentro das fendas 17 que tem os números de fenda #3 (W) e #16 (W*), os números de fenda #6 (W*) e #9 (W), os números de fenda #9 (W) e #12 (W*), os números de fenda #10 (W) e #13 (ΙΓ), os números de fenda #13 (W*) e #16 (W)1 os números de fenda #16 (W) e #19 (W*) e os números de fenda #20(W*) e #23 (W). Os fios 16 estão dispostos dentro das fendas 17 que têm os números de fenda #24 a #47 similarmente aos fios 16 dispostos dentro das fendas 17 que têm os números de fenda #47 a #23. Como daqui em diante descrito, o gerador de potência 1 de acordo com esta modalidade inclui 16 fios 16 como cada uma das fases U, V e W, de modo que 48 fios 16 no total estão enrolados dentro das 48 fendas 17 em um modo distribuído. A relação entre o número de fendas, o número de polos e o nú-

mero de fases será agora descrita. O número q de fendas por polo por fase que indica a relação entre o número de fendas, o número de polos e o nú- mero de fases é expresso como segue:

q = número de fendas / (número de polos χ número de fases) ...

(3)

De acordo com esta modalidade, o gerador de potência 1 mos- trado na figura 2 tem 48 fendas 17, 14 polos e três fases, isto é, as fases U, V e W, e com isto o número q de fendas por polo por fase é 8/7 (= 48 / (14 χ 3)). Assim, o gerador de potência 1 de acordo com esta modalidade está formado de modo que o número q de fendas por polo por fase é uma fração.

A faixa do número q de fendas por polo por fase encontrada pelo inventor como um resultado de profundos estudos será agora descrita em detalhes. Primeiro, o limite inferior do número q de fendas por polo por fase será descrito. A figura 6 ilustra um resultado de uma simulação conduzida quanto à relação entre o número q de fendas por polo por fase e um fator de distorção de forma de onda. O fator de distorção de forma de onda denota o grau de distorção de uma forma de onda de uma onda senoidal. Como mostrado na figura 6, foi confirmado nesta simulação que o fator de distorção de forma de onda é reduzido conforme o número q de fendas por polo por fase é aumentado. Em geral, o número de fendas provi- das sobre um núcleo de estator é aumentado quando o número q de fendas por polo por fase é aumentado. O número de fios enrolados dentro das fen- das é também aumentado devido ao aumento no número de fendas. Quando as voltagens induzidas nos respectivos fios são sintetizadas, portanto, a vol- tagem sintética tem uma forma de onda próxima de uma onda senoidal. As- sim, o fator de distorção de forma de onda é concebivelmente reduzido devi- do ao aumento no número q de fendas por polo por fase.

O fator de distorção de forma de onda no caso onde o número q de fendas por polo por fase é uma fração corresponde àquele de um número q integral de fendas por polo por fase que corresponde ao numerador da fração. Por exemplo, o fator de distorção de forma de onda em um caso on- de o número q de fendas por polo por fase é 3/4 corresponde ao fator de distorção de forma de onda (0,75) em um caso onde o número q de fendas por polo por fase é 3. Ainda, o fator de distorção de forma de onda em um caso onde o número q de fendas por polo por fase é 5/4 corresponde ao fa- tor de distorção de forma de onda (0,63) em um caso onde o número q de fendas por polo por fase é 5. Assim, o fator de distorção de forma de onda está no valor relativamente grande de 0,75 quando o número q de fendas por polo por fase é 3/4 (que corresponde a q < 1). Do resultado da simula- ção, o número de fendas é assim reduzido em um caso onde o número q de fendas por polo por fase é uma fração menor do que 1 que o fator de distor- ção de forma de onda (a distorção da forma de onda da voltagem induzida da onda senoidal) excede aquele no caso de q = 3 (q = 3/4), e com isto foi provado que o número q de fendas por polo por fase deve ser ajustado para uma fração (q < 1) maior do que 1, de modo a ajustar o fator de distorção de forma de onda (a distorção da forma de onda da voltagem induzida da onda senoidal) para um valor relativamente pequeno (menor do que aquele no caso de q = 3 (q = 3/4)).

Pode ser concebivelmente possível reduzir o fator de distorção de forma de onda aumentando o numerador do número q (7/15, por exem- plo) de fendas por polo por fase na faixa onde o número q de fendas por po- lo por fase é menor do que 1 (q < 1). No entanto, o denominador (número de polos) deve também ser aumentado conforme o numerador é aumentado, e com isto a faixa de números selecionáveis de polos é estreitada neste caso. Na faixa onde o número q de fendas por polo por fase é menor do que 1 (q < 1), ainda, o número de fendas é relativamente reduzido e com isto a espes- sura dos fios dispostos dentro de cada fenda é tão aumentada que é conse- quentemente difícil dispor os fios dentro da fenda. O número q de fendas por polo por fase deve ser ajustado também em consideração destes pontos.

Como um resultado dos vários estudos acima mencionados, o inventor descobriu que o número q de fendas por polo por fase é de prefe- rência ajustado para uma fração maior do que 1. Com base neste reconhe- cimento, o número q de fendas por polo por fase é ajustado como q = 8/7 > 1 nesta modalidade.

O limite superior do número q de fendas por polo por fase será agora descrito. A figura 7 ilustra um resultado de outra simulação conduzida quanto à relação entre o número q de fendas por polo por fase e a razão de perda de cobre. A perda de cobre denota a energia perdida por resistência elétrica de fios. A razão de perda de cobre denota a perda de cobre em um caso de variar o número q de fendas por polo por fase com referência à per- da de cobre em um caso onde o número q de fendas por polo por fase é 1 (q = 1). Na geração de potência eólica, a perda de cobre ocupa uma grande razão na perda total de elementos tais como engrenagens e um gerador de potência que constituem um sistema de geração de potência eólica. De mo- do a aperfeiçoar a eficiência do sistema de geração de potência eólica, por- tanto, a perda de cobre deve ser reduzida.

Foi confirmado do resultado da simulação mostrada na figura 7 que a perda de cobre é aumentada conforme o número q de fendas por polo por fase é aumentado. Em outras palavras, foi provado que a razão de perda de cobre (1,02) em um caso onde o número q de fendas por polo por fase é 1,5 (q = 1,5) é substancialmente idêntica à razão de perda de cobre (1) em um caso onde o número q de fendas por polo por fase é 1, e a razão de per- da de cobre excede aquela no caso de q = 1 se o número q de fendas por polo por fase exceder 1,5 (3/2). Isto é concebivelmente pela seguinte razão: Em um caso onde o número q de fendas por polo por fase é maior do que 3/2 (q > 3/2), o número de fendas é tão aumentado que a distorção na forma de onda da voltagem induzida da onda senoidal é reduzida enquanto que a área de seção por fenda é reduzida devido ao aumento no número de fen- das. Portanto, a razão de um filme isolante provido dentro de cada fenda é tão aumentada que uma área dentro da qual os fios são inseríveis é reduzi- da. Consequentemente, a perda de cobre é concebivelmente aumentada se o número q de fendas por polo por fase for maior do que 3/2. Em um caso onde o número q de fendas por polo por fase é maior do que 3/2 e menor do que 2 (3/2 < q < 2), por exemplo, o passo de fendas dentro das quais os fios estão enrolados alcança 5, isto é, um valor maior do que o passo (4) no caso onde o número q de fendas por polo por fase é 1, e com isto os fios (extre- midades de bobina) são alongados e concebivelmente aumentam a perda de cobre.

Se o número q de fendas por polo por fase for ajustado para não mais do que 3/2, por outro lado, o passo das fendas dentro das quais os fios estão enrolados pode ser equalizado com o passo (1) no caso onde o núme- ro q de fendas por polo por fase é 1, e com isto a perda de cobre pode ser suprimida a um nível equivalente àquela no caso onde o número q de fendas por polo por fase é 1. Assim, o número q de fendas por polo por fase deve concebivelmente ser ajustado para não mais do que 1,5 (3/2), de modo a aperfeiçoar a eficiência do sistema de geração de potência eólica reduzindo a perda de cobre para o nível equivalente àquele no caso onde o número q de fendas por polo por fase é 1.

Se o número q de fendas por polo por fase for aumentado, o número de etapas de puncionamento para formar as fendas é aumentado devido ao aumento no número de fendas. O número q de fendas por polo por fase deve também ser ajustado em consideração deste ponto.

Como um resultado dos vários estudos acima mencionados, o inventor descobriu que o número q de fendas por polo por fase é de prefe- rência ajustado para uma fração não mais do que 1,5 (3/2). Com base neste reconhecimento, o número q de fendas por polo por fase é ajustado como q = 8/7 < 1,5 (3/2) nesta modalidade.

Como aqui acima descrito, o inventor descobriu que a faixa a-

propriada para o número q de fendas por polo por fase é 1 < q < 3/2.

Com base no reconhecimento acima mencionado, o número q de fendas por polo por fase obtido dividindo o número (48) das fendas 17 pelo número (14) de polos dos ímãs permanentes 14 e o número (3) de fa- ses das voltagens é ajustado para 8/7 (= 48 / (14 χ 3)), isto é, a fração que satisfaz 1 < q < 3/2 nesta modalidade. Assim, o aumento em perda de cobre pode ser suprimido enquanto suprimindo o aumento em distorção da forma de onda da voltagem induzida da onda senoidal.

De acordo com esta modalidade, como aqui acima descrito, o gerador de potência 1 está formado de modo que o número q de fendas por polo por fase seja 8/7. Assim, o número q de fendas por polo por fase é mai- or do que 1 e não mais do que 3/2, por meio de que o aumento em perda de cobre pode ser suprimido enquanto suprimindo o aumento em distorção da forma de onda da voltagem induzida da onda senoidal. De acordo com esta modalidade, como aqui acima descrito, o

gerador de potência 1 está formado de modo que os fios 16 estão enrolados dentro da pluralidade de fendas 17 em um modo distribuído de modo que o número q de fendas por polo por fase satisfaça 1 < q < 3/2. Assim, um gran- de número de voltagens que têm diferentes fases são induzidas se compa- rado com um caso onde os fios 16 estão enrolados dentro de fendas 17 prescritas em um modo concentrado, por meio de que a forma de onda da voltagem sintética obtida pela sintetização das voltagens induzidas pode ser mais aproximada de uma onda senoidal.

De acordo com esta modalidade, como aqui acima descrito, o gerador de potência 1 está formado de modo que o número de fases das voltagens induzidas é três e o número q de fendas por polo por fase é a fra- ção que satisfaz 1 < q < 3/2. Assim, o aumento em perda de cobre pode ser suprimido enquanto suprimindo o aumento em distorção de formas de onda das voltagens induzidas de ondas senoidais no gerador de potência 1 no qual as voltagens de três fases são induzidas.

De acordo com esta modalidade, como aqui acima descrito, o gerador de potência 1 está formado de modo que a pluralidade de (14) ímãs permanentes 14 esteja provida sobre a periferia externa do núcleo de rotor

13 e a largura W1 de cada ímã permanente 14 no lado mais próximo do nú- cleo de estator 15 seja pelo menos 4/5 e não mais do que 6/7 da largura W2 no caso onde nenhuma forma está formada entre o mesmo e o ímã perma-

nente 14 adjacente. Assim, a aparição de componentes harmônicos de quin- ta e de sétima ordens que concebivelmente exercem uma grande influência sobre as formas de onda das voltagens induzidas pode ser facilmente su- primida.

De acordo com esta modalidade, como aqui acima descrito, ca- da ímã permanente 14 está formado de modo que a superfície 14a oposta ao núcleo de estator 15 é substancialmente plana. Assim, o ímã permanente

14 pode ser facilmente formado diferentemente a um caso de formar o mesmo de modo que a superfície 14a oposta ao núcleo de estator 15 é ar- queada, por exemplo. Em um caso onde a forma de onda de uma voltagem

induzida é notadamente distorcida de uma onda senoidal, cada ímã perma- nente deve ser arqueadamente formado de modo que os pontos centrais dos arcos das superfícies periféricas internas e externas do ímã permanente são diferentes uns dos outros (os arcos das superfícies periféricas internas e ex- ternas não estão dispostos sobre círculos concêntricos), para aproximar a forma de onda da voltagem induzida a uma onda senoidal. De acordo com esta modalidade, por outro lado, a distorção nas formas de onda das volta- gens induzidas de ondas senoidais é reduzida ajustando o número q de fen- das por polo por fase maior do que 1 (q > 1), por meio de que a distorção nas formas de onda das voltagens induzidas de ondas senoidais pode ser reduzida também quando a superfície 14a de cada ímã permanente 14 o- posta ao núcleo de estator 15 é substancialmente plana. De acordo com es- ta modalidade, portanto, os ímãs permanentes 14 podem ser facilmente for- mados enquanto reduzindo a distorção nas formas de onda das voltagens induzidas.

De acordo com esta modalidade, como aqui acima descrito, o núcleo de estator 15 inclui uma pluralidade de núcleos divididos 15a e 15f, e o número das fendas 17 é ajustado para ser vezes integrais (oito vezes) o número (6) da pluralidade de núcleos divididos 15a e 15f. Assim, números iguais de fendas 17 podem ser facilmente dispostos na pluralidade de nú- cleos divididos 15a e 15f.

Apesar da presente invenção ter sido descrita e ilustrada em de- talhes, é claramente compreendido que a mesma é por meio de ilustração e exemplo somente e não deve ser considerada por meio de limitação, o espí- rito e o escopo da presente invenção sendo limitados somente pelos termos das reivindicações anexas.

Apesar da presente invenção ser aplicada ao gerador de potên- cia do sistema de geração de potência eólica na modalidade acima mencio- nada, a presente invenção não está restrita a isto. A presente invenção pode alternativamente ser aplicada a um gerador de potência de um sistema outro do que o sistema de geração de potência eólica, por exemplo.

Apesar do número q de fendas por polo por fase ser ajustado para 8/7 na modalidade acima mencionada, a presente invenção não está restrita a isto. De acordo com a presente invenção, o gerador de potência pode ser simplesmente formado de modo que o número q de fendas por po- lo por fase seja a fração que satisfaça 1 < q < 3/2.

Apesar dos números das fendas e dos ímãs permanentes serem ajustados para 48 e 14 respectivamente de modo que o número q de fendas por polo por fase seja 8/7 na modalidade acima mencionada, a presente in- venção não está restrita a isto. De acordo com a presente invenção, os nú- meros das fendas e dos ímãs permanentes podem simplesmente ser sele- cionados de modo que o número q de fendas por polo por fase seja a fração que satisfaça 1 < q < 3/2.

Apesar do número de fases das voltagens induzidas ser três (fa- ses U, V e W) na modalidade acima mencionada, a presente invenção não está restrita a isto. O número de fases das voltagens induzidas pode alterna- tivamente ser dois ou pelo menos quatro, por exemplo.

Apesar do núcleo de estator consistir em seis núcleos divididos na modalidade acima mencionada, a presente invenção não está restrita a isto. De acordo com a presente invenção, o núcleo de estator pode alternati- vamente ser dividido em núcleos em um número outro que seis, desde que a voltagem de eixo possa ser suprimida.

Apesar do cubo de rotor ser montado sobre o eixo rotativo do gerador de potência na modalidade acima mencionada, a presente invenção não está restrita a isto. Uma engrenagem 102 pode alternativamente ser provida entre um cubo de rotor 3 e um gerador de potência 1 como em um sistema de geração de potência eólica 101 de acordo com uma modificação mostrada na figura 8, por exemplo.

Apesar dos ímãs permanentes terem as seções substancialmen- te trapezoidais e serem formados de modo que as superfícies opostas ao núcleo de estator sejam substancialmente planas na modalidade acima mencionada, a presente invenção não está restrita a isto. Os ímãs perma- nentes podem alternativamente ser formados de modo que os lados mais próximos do núcleo de estator e do núcleo de rotor respectivamente sejam arqueados e a área das suas superfícies periféricas externas e internas este- jam dispostas sobre círculos concêntricos, por exemplo.

Apesar da presente invenção ser aplicada a um gerador de po- tência do tipo de rotor interno que tem o núcleo de rotor disposto dentro de núcleo de estator na modalidade acima mencionada, a presente invenção não está restrita a isto. A presente invenção é também aplicável a um gera- dor de potência do tipo de rotor externo que tem um núcleo de rotor disposto sobre o lado externo de um núcleo de estator.

Claims

1. Gerador de potência, que compreende: um núcleo de rotor provido com um ímã permanente; um núcleo de estator disposto para ficar radialmente oposto ao dito núcleo de rotor e provido com uma pluralidade de fendas; e fios enrolados dentro das ditas fendas do dito núcleo de estator, e formado de tal modo que um número q de fendas por polo por fase obtido pela divisão do número das ditas fendas pelo número de polos do dito ímã permanente e o número de fases de voltagens é uma fração que satisfaz 1 < q < 3/2.

2. Gerador de potência de acordo com a reivindicação 1, forma- do de modo que o dito número q de fendas por polo por fase é 8/7.

3. Gerador de potência de acordo com a reivindicação 2, forma- do de modo que o dito número q de fendas por polo por fase é 8/7, ajustan- do o número das ditas fendas para 48, ajustando os ditos ímãs permanentes para 14 e o número de fases das ditas voltagens para 3.

4. Gerador de potência de acordo com a reivindicação 3, em que o passo das ditas fendas dentro das quais os ditos fios estão en- rolados é 4.

5. Gerador de potência de acordo com a reivindicação 1, forma- do de modo que os ditos fios estão enrolados dentro da dita pluralidade de fendas em um modo distribuído de modo que o número q de fendas por polo por fase satisfaça 1 < q < 3/2.

6. Gerador de potência de acordo com a reivindicação 1, forma- do de modo que o número de fases de voltagens induzidas é 3 e o dito nú- mero q de fendas por polo por fase é a dita fração que satisfaz 1 < q < 3/2.

7. Gerador de potência de acordo com a reivindicação 1, em que uma pluralidade dos ditos ímãs permanentes está provida sobre a periferia externa do dito núcleo de rotor, e o gerador de potência está formado de modo que a largura dos ditos imãs permanentes no lado mais próximo do dito núcleo de estator seja de pelo menos 4/5 e não mais do que 6/7 de uma largura dos ditos ímãs permanentes em um caso onde nenhuma folga está formada entre os ditos ímãs permanentes adjacentes.

8. Gerador de potência de acordo com a reivindicação 1, em que o dito ímã permanente é formado de modo que uma superfície do dito ímã permanente oposta ao dito núcleo de estator é substancialmente plana.

9. Geradorde potência de acordo com a reivindicação 1, em que o dito núcleo de estator inclui uma pluralidade de núcleos dividi- dos, e está formado de modo que o número da dita pluralidade de fendas é vezes integrais o número da dita pluralidade de núcleos divididos.

10. Gerador de potência de acordo com a reivindicação 1, em que o dito núcleo de estator inclui uma pluralidade de núcleos dividi- dos, e o número da dita pluralidade de fendas é um múltiplo do número de fases de voltagens induzidas.

11. Gerador de potência de acordo com a reivindicação 1, em que o dito núcleo de estator inclui uma pluralidade de núcleos dividi- dos, e está formado de modo que um numerador q2 de q2/p2 obtido redu- zindo uma fração q1/p2 é um número par assumindo que p1 representa o número de pares de polos que indica o número de pares diagonais de ditos ímãs permanentes dispostos sobre o dito núcleo de rotor e q1 representa o número da dita pluralidade de núcleos divididos.

12. Gerador de potência de acordo com a reivindicação 1, for- mado como um gerador de potência do tipo de rotor interno, no qual o dito núcleo de rotor está disposto dentro do dito núcleo de estator.

13. Gerador de potência de acordo com a reivindicação 1, em que o dito ímã permanente está substancialmente trapezoidalmente formado em vista plana.

14. Gerador de potência de acordo com a reivindicação 1, em- pregado como um gerador de potência para geração de potência eólica.

15. Gerador de potência de acordo com a reivindicação 1, em que os ditos fios estão enrolados de modo a manter duas ditas fen- das entre estes.

16. Sistema de geração de potência eólica, que compreende: um gerador de potência que inclui um núcleo de rotor provido com um ímã permanente, um núcleo de estator disposto para ficar radial- mente oposto ao dito núcleo de rotor e provido com uma pluralidade de fen- das e fios enrolados dentro das ditas fendas do dito núcleo de estator, e for- mado de tal modo que um número q de fendas por polo por fase obtido pela divisão do número das ditas fendas pelo número de polos do dito ímã per- manente e o número de fases de voltagens é uma fração que satisfaz 1 < q < 3/2; e uma lâmina conectada a um eixo rotativo do dito gerador de po- tência.

17. Sistema de geração de potência eólica de acordo com a rei- vindicação 16, formado de modo que o número q de fendas por polo por fase é 8/7.

18. Sistema de geração de potência eólica de acordo com a rei- vindicação 16, formado de modo que os ditos fios estão enrolados dentro da dita pluralidade de fendas em um modo distribuído de modo que o dito nú- mero q de fendas por polo por fase satisfaz 1 < q < 3/2.

19. Sistema de geração de potência eólica de acordo com a rei- vindicação 16, formado de modo que o número de fases de voltagens indu- zidas é 3 e o dito número q de fendas por polo por fase é a dita fração que satisfaz 1 < q < 3/2.

20. Sistema de geração de potência eólica de acordo com a rei- vindicação 16, em que uma pluralidade dos ditos ímãs permanentes está provida sobre a periferia externa do dito núcleo de rotor, e o sistema de geração de potência eólica está formado de modo que a largura dos ditos imãs permanentes no lado mais próximo do dito nú- cleo de estator seja de pelo menos 4/5 e não mais do que 6/7 de uma largu- ra dos ditos ímãs permanentes em um caso onde nenhuma folga está for- mada entre os ditos ímãs permanentes adjacentes.