CN102347655A - 旋转电机、直动电机以及风力发电系统 - Google Patents

旋转电机、直动电机以及风力发电系统 Download PDF

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CN102347655A CN2011100331689A CN201110033168A CN102347655A CN 102347655 A CN102347655 A CN 102347655A CN 2011100331689 A CN2011100331689 A CN 2011100331689A CN 201110033168 A CN201110033168 A CN 201110033168A CN 102347655 A CN102347655 A CN 102347655A
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津曲宏
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Abstract

本发明提供旋转电机、直动电机以及风力发电系统，它们能够相对容易地减少永磁铁的使用量。本发明的旋转电机具有：定子；以及转子，其与定子相对，旋转方向是与该转子和定子的相对方向垂直的方向，定子以及转子中的一方具有线圈，定子以及转子中的另一方具有在旋转方向上排列的多个磁极单元，所述多个磁极单元形成在旋转方向上交替地排列且一方侧的极性彼此相反的第1磁极以及第2磁极，各个磁极单元具有：单元铁心，其在旋转方向的两端侧形成有向一方侧突出的突起部；以及永磁铁，其位于单元铁心的一方侧，且被设置在各突起部之间，第1磁极由永磁铁形成，第2磁极由在旋转方向上相邻的各突起部形成。

Description

旋转电机、直动电机以及风力发电系统
技术领域
本发明涉及旋转电机、直动电机以及风力发电系统。
背景技术
在现有的旋转电机和直动电机中，在使用永磁铁来形成磁极(磁场磁极)的情况下，一般是使用n(n为自然数)个永磁铁形成n个磁极(例如，参照专利文献1)。即，为了形成1个磁极，使用1个永磁铁。
【专利文献1】日本特开平4-42743号公报
近年来，为了减少成本，要求减少永磁铁的使用量。但是，在上述现有技术中，由于是为了形成1个磁极而使用1个永磁铁的结构，因此减少永磁铁的使用量是比较困难的。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供能够相对容易地减少永磁铁的使用量的旋转电机、直动电机以及风力发电系统。
本发明正是为了解决上述课题而完成的，本发明的一个方面的旋转电机具有：定子；以及转子，其与所述定子相对，旋转方向是与该转子和所述定子的相对方向垂直的方向，所述定子和所述转子中的一方具有线圈，所述定子和所述转子中的另一方具有排列在所述旋转方向上的多个磁极单元，所述多个磁极单元形成在所述旋转方向上交替地排列且所述一方侧的极性彼此相反的第1磁极和第2磁极，各个所述磁极单元具有：单元铁心，其在所述旋转方向的两端侧形成有向所述一方侧突出的突起部；以及永磁铁，其位于所述单元铁心的所述一方侧，且被设置在各所述突起部之间，所述第1磁极由所述永磁铁形成，所述第2磁极由在所述旋转方向上相邻的各所述突起部形成。
另外，本发明也适于直动电机，本发明的一个方面的直动电机具有：定子；动子，其与所述定子相对，移动方向是与该动子和所述定子的相对方向垂直的方向，所述定子和所述动子中的一方具有线圈，所述定子和所述动子中的另一方具有排列在所述移动方向上的多个磁极单元，所述多个磁极单元形成在所述移动方向上交替地排列且所述一方侧的极性彼此相反的第1磁极和第2磁极，各个所述磁极单元具有：单元铁心，其在所述移动方向的两端侧形成有向所述一方侧突出的突起部；以及永磁铁，其位于所述单元铁心的所述一方侧，且被设置在各所述突起部之间，所述第1磁极由所述永磁铁形成，所述第2磁极由在所述移动方向上相邻的各所述突起部形成。
另外，本发明也适于风力发电系统，本发明的一个方面的风力发电系统具有发电机，该发电机具有：定子；以及转子，其与所述定子相对，旋转方向是与该转子和所述定子的相对方向垂直的方向，所述定子和所述转子中的一方具有线圈，所述定子和所述转子中的另一方具有排列在所述旋转方向上的多个磁极单元，所述多个磁极单元形成在所述旋转方向上交替地排列且所述一方侧的极性彼此相反的第1磁极和第2磁极，各个所述磁极单元具有：单元铁心，其在所述旋转方向的两端侧形成有向所述一方侧突出的突起部；以及永磁铁，其位于所述单元铁心的所述一方侧，且被设置在各所述突起部之间，所述第1磁极由所述永磁铁形成，所述第2磁极由在所述旋转方向上相邻的各所述突起部形成。
根据本发明，能够提供可相对容易地减少永磁铁的使用量的旋转电机、直动电机以及风力发电系统。
附图说明
图1是第1实施方式的旋转电机的正剖面图。
图2是第1实施方式的转子的一部分的放大图。
图3是第1实施方式的磁极单元的立体图。
图4是具有其他结构的磁极单元的正剖面图。
图5是第2实施方式的磁极单元的正剖面图。
图6是第2实施方式的磁极单元的立体图。
图7是第3实施方式的磁极单元的正剖面图。
图8是第3实施方式的磁极单元的立体图。
图9A是第4实施方式的磁极单元的正剖面图。
图9B是第4实施方式的磁极单元的正剖面图。
图10是第4实施方式的磁极单元的配置图。
图11是示出间隙磁通分布的图。
图12是示出具有增速齿轮和发电机的风力发电系统的概要的图。
图13是示出直接驱动型的风力发电系统的概要的图。
图14是第5实施方式的直动电机的正剖面图。
标号说明
1、9定子
2转子
11、91定子铁心
12、82线圈
21轴
22转子铁心
23、23a、23b、33、43、92磁极单元
8动子
81动子铁心
50a第1单元组
50b第2单元组
61、71塔架
62、72机舱
63、73发电机
64增速齿轮
65、74风车
具体实施方式
下面，参照附图，说明本发明的实施方式。
<第1实施方式>
在本实施方式中，对旋转电机进行说明。本实施方式的旋转电机可以是发电机，也可以是电动机。下面，参照图1来说明本实施方式的旋转电机的结构例。图1是第1实施方式的旋转电机的正剖面图。在图1中，示出了在与图1所示的旋转轴R垂直的方向上切断旋转电机时的旋转电机的剖面。
在图1中，旋转电机具有定子1以及转子2。定子1具有定子铁心11以及线圈12，包围转子2的外周侧。定子1隔着间隙与转子2的外周相对。在转子2的外周上形成有磁极。因此，在本实施方式的旋转电机为电动机的情况下，通过由线圈12产生的旋转磁场，转子2绕旋转轴R旋转。另一方面，在本实施方式的旋转电机为发电机的情况下，通过转子2绕旋转轴R旋转，在线圈12中感应出电压。转子2的外形为圆形，其旋转方向为周向。
转子2具有轴21、转子铁心22以及磁极单元23。转子铁心22被设置在轴21的外周。磁极单元23沿周向排列在转子铁心22的外周上，通过后面叙述的螺栓233被固定在转子铁心22的外周上。转子铁心22是保持磁极单元23的保持铁心。
接着，参照图2以及图3，说明磁极单元23的详细结构。图2是图1所示的转子2的一部分的放大图。图2所示的X表示磁极单元23与定子1相对的相对方向，Y表示转子2的旋转方向。图3所示的Z表示旋转轴R方向。X方向是与Y方向垂直的方向。X方向以及Y方向是与Z方向垂直的方向。图3是图2所示的磁极单元23的立体图。
在图2以及图3中，磁极单元23具有单元铁心231、永磁铁232以及螺栓233。单元铁心231是强磁性体，例如是对在两面涂敷有粘接剂的电磁钢板(粘接铁心)进行层叠而成的铁心。在Z方向上层叠规定片数的涂敷有粘接剂的规定形状的电磁钢板之后，对层叠后的规定形状的电磁钢板进行加热和加压，由此来制造单元铁心231。在单元铁心231的Y方向的两端侧形成突起部234。突起部234向定子1侧突出。在突起部234上形成让螺栓233插入的螺栓孔235。对1个突起234形成2个螺栓孔235，各螺栓孔235在Z方向上排列。因此，磁极单元23通过4个螺栓233被固定在转子铁心22的外周上。单元铁心231的转子铁心22侧的形状可以是与转子铁心22的外周形状对应的圆弧状，也可以是平坦的。在单元铁心231的转子铁心22侧的形状是平坦的情况下，在转子铁心22的外周上也设置平坦部即可。
永磁铁232的截面形状为梯形形状，永磁铁232被插入到形成在单元铁心231上的槽部236，并被设置在单元铁心231的定子1侧。另外，永磁铁232被配置在单元铁心231的Y方向上的中央，配置于Y方向上排列的突起部234之间。永磁铁232的定子1侧的极性为N极，永磁铁232的单元铁心231侧的极性为S极。突起部234比永磁铁232的定子1侧的表面更向定子1侧突出。
接着，参照图2，说明由磁极单元23形成在转子2上的磁极。永磁铁232形成第1磁极P11。在这里，永磁铁232的定子1侧的极性为N极，因此，第1磁极P11的定子1侧的极性也为N极。在与其他磁极单元23之间，在Y方向上相邻的2个突起部234形成具有凸极性的第2磁极P21。第2磁极P21的定子1侧的极性与永磁铁232的单元铁心231侧的极性相同，在这里为S极。通过在Y方向上排列形成这种磁极的磁极单元23，在转子2的外周上形成在Y方向上交替地排列、且定子1侧的极性彼此相反的第1磁极P11和第2磁极P21。即，当在Y方向上排列m(m为自然数)个磁极单元23时，总磁极数为2m个，永磁铁232所形成的第1磁极P11为总磁极数的半数(m个)，可由2个突起部234所形成的第2磁极P21构成其余的半数(m个)。
这样，由基于永磁铁232的第1磁极P11构成总磁极数(n＝2m)的半数(1/2n＝m)，由基于突起部234的第2磁极P21构成其余的半数(1/2n＝m)。因此，与上述现有技术相比，能够使永磁铁的使用个数变为半数。
并且，图2所示的λp是第1磁极P11和第2磁极P21间的磁极间距。另外，在图2的例子中，突起部234的Y方向上的宽度和永磁铁232的宽度均小于1/2λp，在突起部234与永磁铁232之间形成有空间。
如上所述，在本实施方式中，由基于永磁铁232的第1磁极P11构成总磁极数的半数，由基于突起部234的第2磁极P21构成其余的半数。由此，与上述现有技术相比，能够使永磁铁的使用个数变为半数，能够容易地减少永磁铁的使用量。
另外，一般而言，旋转电机所使用的永磁铁大多是以Nd-Fe-B为主成分的导电体的稀土类磁铁。在该情况下，在永磁铁的内部会产生涡流损耗，效率降低。但是，在本实施方式中，与上述现有技术相比，能够使永磁铁的使用个数变为半数，因此，对于旋转电机总体，能够使永磁铁中产生的涡流损耗变为大约一半。其结果是，能够提高旋转电机的效率。
并且，第2磁极P21具有凸极性。因此，在旋转电机为发电机的情况下，通过进行使电流相位相对于感应电压矢量向超前方向偏移的矢量控制，能够具有大约30％的输出裕度。结果是，能够在相同的尺寸下增加发电量。
另外，在本实施方式中，由层叠的电磁钢板构成单元铁心231。由此，能够进一步减少涡流损耗。
另外，在本实施方式中，将被称为粘接铁心的电磁钢板用于单元铁心231。由此，提高了单元铁心231的刚性以及强度，所以能够在单元铁心231上直接且容易地形成螺栓孔235。并且，能够将螺栓233插入该螺栓孔235，从而将磁极单元23固定在转子铁心22的外周上。此处，在上述现有技术中，使用粘接剂将已被磁化的永磁铁直接固定在转子表面。并且，在永磁铁间设置了磁铁压紧部件。在该情况下，由于是在永磁铁被磁化之后，所以容易发生永磁铁的位置偏移等，还需要在永磁铁之外另外准备磁铁压紧部件，难以进行固定作业。与此相对，在本实施方式中，使用了磁极单元23，因此固定作业变得容易。
另外，在本实施方式中，使突起部234比永磁铁232的定子1侧的表面更向定子1侧突出。因此，在从旋转轴R方向将转子2嵌入定子1的内周侧时，永磁铁232不易与定子1接触，容易防止嵌入过程中的永磁铁232的损坏。
另外，在大口径的旋转电机中，由于磁极数多，因此上述本实施方式的效果更加显著。
另外，如图4所示，可以在上述磁极单元23上形成凸部237，在转子铁心22上形成能够与凸部237卡合的凹部221。图4是具有其他结构的磁极单元23的正剖面图。在该情况下，除了螺栓233以外，磁极单元23还由凸部237固定，所以磁极单元23的固定更加牢固。
另外，在上述内容中，磁极单元23由4根螺栓233固定在转子铁心22的外周上，但并不限定于此。例如，螺栓233不限于4根，可以是任意根。例如，可以是各突起部234中分别有1根，即总共2根，也可以是各突起部234中分别有3根，即总共6根。另外，例如，也可以省略螺栓233而用粘接剂进行粘接固定。在该情况下，因不像上述现有技术那样使用磁铁压紧部件，所以固定作业变得容易。
另外，在上述内容中，将永磁铁232的定子1侧的极性设为N极，将永磁铁232的单元铁心231侧的极性设为S极，但并不限定于此。也可以将永磁铁232的定子1侧的极性设为S极，将永磁铁232的单元铁心231侧的极性设为N极。
另外，在上述内容中，将线圈12设置在定子1上，将磁极单元23设定在转子2上，但并不限定于此。也可以将线圈12设置在转子2上，将磁极单元23设置在定子1上。在该情况下，定子铁心11是保持磁极单元23的保持铁心。
另外，在上述内容中，采用了将转子2设置在定子1的内周侧且转子2在定子1的内周侧旋转的内转子结构，但并不限定于此。也可以采用将转子2设置在定子1的外周侧且转子2在定子1的外周侧旋转的外转子结构。即，也可以是将图1所示的定子1与转子2调换的结构。
<第2实施方式>
在本实施方式中，对具有与第1实施方式的磁极单元不同的结构的磁极单元进行说明。图5是第2实施方式的磁极单元的正剖面图，图6是第2实施方式的磁极单元的立体图。图5以及图6所示的X表示与图2以及图3所示的X方向相同的方向，Y表示与图2以及图3所示的Y方向相同的方向，Z表示与图3所示的Z方向相同的方向。
在图5以及图6中，磁极单元33具有单元铁心331、永磁铁332、螺栓333、单元铁心片337。永磁铁332以及单元铁心片337以外的结构与图2以及图3所示的磁极单元23相同，因此这里省略说明。
永磁铁332的截面形状为梯形形状，永磁铁332被插入到形成在单元铁心331上的槽部336，并被设置在单元铁心331的定子1侧。另外，永磁铁332被配置在单元铁心331的Y方向上的中央，且被配置于Y方向上排列的突起部334之间。永磁铁332的定子1侧的极性为N极，永磁铁332的单元铁心331侧的极性为S极。
单元铁心片337由在Z方向上层叠的电磁钢板构成。单元铁心片337由粘接剂等固定在永磁铁332的定子1侧的表面上。突起部334比单元铁心片337的定子1侧的表面更向定子1侧突出。
接着，参照图5，说明由磁极单元33形成在转子2上的磁极。永磁铁332形成第1磁极P11。在这里，永磁铁332的定子1侧的极性为N极，因此，第1磁极P11的定子1侧的极性也为N极。在Y方向上相邻的2个突起部334形成具有凸极性的第2磁极P21。第2磁极P21的定子1侧的极性与永磁铁332的单元铁心331侧的极性相同，在这里为S极。通过在Y方向上排列形成这种磁极的磁极单元33，在转子2的外周上形成在Y方向上交替地排列且定子1侧的极性彼此相反的第1磁极P11以及第2磁极P21。
并且，图5所示的λp图2所示的λp相同，是第1磁极P11以及第2磁极P21间的磁极间距。另外，在图5的例子中，突起部334的Y方向上的宽度和永磁铁332的宽度均小于1/2λp，在突起部334与永磁铁332之间形成有空间。
如上面所述，在本实施方式中，在永磁铁332的定子1侧的表面上设置了由层叠的电磁钢板构成的单元铁心片337。由此，与第1实施方式相比，更能够减少使用导电体的永磁铁时产生的涡流损耗。其结果是，能够进一步提高旋转电机的效率。
另外，在本实施方式中，使突起部334比永磁铁片337的定子1侧的表面更向定子1侧突出。因此，在从旋转轴R方向将转子2嵌入定子1的内周侧时，永磁铁337不易与定子1接触，能够防止嵌入过程中的单元铁心片337和永磁铁332的损坏。
另外，虽然在上面未特别地说明，但与第1实施方式相同，单元铁心片337可以是对在两面涂敷有粘接剂的电磁钢板(粘接铁心)进行层叠而形成的铁心片。
另外，在上述内容中，将永磁铁332的定子1侧的极性设为N极，将永磁铁332的单元铁心331侧的极性设为S极，但并不限定于此。也可以将永磁铁332的定子1侧的极性设为S极，将永磁铁332的单元铁心331侧的极性设为N极。
<第3实施方式>
在本实施方式中，对具有与第1以及第2实施方式的磁极单元不同的结构的磁极单元进行说明。图7是第3实施方式的磁极单元的正剖面图，图8是第3实施方式的磁极单元的立体图。图7以及图8所示的X表示与图2以及图3所示的X方向相同的方向，Y表示与图2以及图3所示的Y方向相同的方向，Z表示与图3所示的Z方向相同的方向。
在图7以及图8中，磁极单元43具有单元铁心431、永磁铁432以及螺栓433。单元铁心431以及永磁铁432以外的结构与图2以及图3所示的磁极单元23相同，因此这里省略说明。
单元铁心431是强磁性体，例如是对在两面涂敷有粘接剂的电磁钢板(粘接铁心)进行层叠而形成的铁心。在Z方向上层叠规定片数的涂敷了粘接剂的规定形状的电磁钢板之后，对层叠后的规定形状的电磁钢板进行加热和加压，由此来制造单元铁心431。在单元铁心431的Y方向的两端侧形成突起部434。突起部434向定子1侧突出。在突起部434上形成让螺栓433插入的螺栓孔435。至此，与第1实施方式相同。
永磁铁432的截面形状为长方形，永磁铁432被插入形成在单元铁心431上的磁铁孔436中。磁铁孔436被形成在单元铁心431的向定子1侧突出的插入部437中。由此，在永磁铁432的定子1侧的表面上存在由层叠的电磁钢板构成的插入部437的一部分。插入部437被配置在单元铁心431的Y方向上的中央，且被配置于Y方向上排列的突起部434之间。永磁铁432的定子1侧的极性为N极，单元铁心431侧的极性为S极。突起部434比插入部437的所述定子1侧的表面更向定子1侧突出。
接着，参照图7，说明由磁极单元43形成在转子2上的磁极。永磁铁432形成第1磁极P11。在这里，永磁铁432的定子1侧的极性为N极，因此第1磁极P11的定子1侧的极性也为N极。在Y方向上相邻的2个突起部434形成具有凸极性的第2磁极P21。第2磁极P21的定子1侧的极性与永磁铁432的单元铁心431侧的极性相同，在这里为S极。通过在Y方向上排列形成这种磁极的磁极单元43，在转子2的外周上形成在Y方向上交替地排列且定子1侧的极性彼此相反的第1磁极P11以及第2磁极P21。
并且，图7所示的λp图2所示的λp相同，是第1磁极P11和第2磁极P21间的磁极间距。另外，在图7的例子中，Y方向上的突起部434的宽度和插入部437的宽度均小于1/2λp，在突起部434与插入部437之间形成有空间。
如上所述，在本实施方式中，在永磁铁432的定子1侧的表面上存在由层叠的电磁钢板构成的插入部437。由此，与第1实施方式相比，更加能够减少使用导电体的永磁铁时所产生的涡流损耗。其结果是，能够进一步提高旋转电机的效率。
另外，在本实施方式中，永磁铁432由插入部437覆盖，因此容易防止旋转时的离心力导致的永磁铁437的脱离。
另外，在本实施方式中，使突起部434比插入部437的所述定子1侧的表面更向定子1侧突出。因此，在从旋转轴R方向将转子2嵌入定子1的内周侧时，插入部437不易与定子1接触，能够抑制嵌入过程中的插入部437和永磁铁332的损坏。
<第4实施方式>
在本实施方式中，说明第1～第3实施方式的磁极单元在旋转轴R方向上的排列方法。在本实施方式中，作为一例，使用第1实施方式的磁极单元进行说明。图9A以及图9B是第4实施方式的磁极单元的正剖面图。图10是第4实施方式的磁极单元的配置图。图10所示的X表示与图2以及图3所示的X方向相同的方向，Y表示与图2以及图3所示的Y方向相同的方向，Z表示与图3所示的Z方向相同的方向。
如图9A以及图9B所示，作为磁极单元23，准备了磁极单元23a以及23b这两种。在磁极单元23a中，将永磁铁232的定子1侧的极性设为N极、将永磁铁232的单元铁心231侧的极性设为S极。在磁极单元23a中，定子1侧的极性为N极的第1磁极P11由永磁铁232形成。定子1侧的极性为S极的第2磁极P21由突起部234形成。
在磁极单元23b中，将永磁铁232的定子1侧的极性设为S极、将永磁铁232的单元铁心231侧的极性设为N极。在磁极单元23b中，定子1侧的极性为S极的第1磁极P12由永磁铁232形成。定子1侧的极性为N极的第2磁极P22由突起部234形成。
如图10所示，这样构成的磁极单元23a在Y方向上排列，构成第1单元组50a。通过第1单元组50a，在转子2的外周上形成在Y方向上交替排列且定子1侧的极性彼此相反的第1磁极P11以及第2磁极P21。另一方面，如图10所示，磁极单元23b在Y方向上排列，构成第2单元组50b。第2单元组50b被排列在第1单元组50a的Z方向上。通过第2单元组50b，在转子2的外周上形成在Y方向上交替排列且定子1侧的极性彼此相反的第1磁极P12以及第2磁极P22。
并且，磁极单元23b被配置在相对于磁极单元23a在Y方向上错开1个磁极间距λp的位置、即电气角相位错开180°的位置。由此，从Z方向观察，第1磁极P11与第2磁极22被配置在相同位置，第2磁极P21与第1磁极P12被配置在相同位置。
图11是示出间隙中的磁通分布(以下称为间隙磁通分布)的图。图11的纵轴为间隙磁通密度，横轴为Y方向的位置。图10所示的D点是与第1磁极P11的中心相距1/2λp的地点，位于图11的“0”的位置处。
如图11所示，第1磁极(P11、P12)的间隙磁通分布为大致正弦波，第2磁极(P21、P22)的间隙磁通分布为大致梯形波，这些间隙磁通分布彼此不同。与此相对，在本实施方式中，从Z方向观察，第1磁极P11与第2磁极22配置在相同位置，第2磁极P21与第1磁极P12配置在相同位置。由此，第1磁极P11和第2磁极22的间隙磁通分布合成后的N极磁通分布PN、与第2磁极P21和第1磁极12的间隙磁通分布合成后的S极磁通分布PS为大致相同的波形，作为总体可趋近于正弦波。由此，能够减少包含在间隙磁通分布中的高次谐波成分，从而能够进一步提高旋转电机的效率。在旋转电机为发电机的情况下，感应电压波形的波形率将得到改善。
并且，在上述内容中，分别使用1个第1单元组50a和1个第2单元组50b并将它们排列在Z方向上，但也可以分别使用多个，并将它们排列在Z方向上。第1单元组50a和第2单元组50b的排列顺序是任意的，但通过使用相同个数的第1单元组50a和第2单元组50b，能够使N极磁通分布PN和S极磁通分布PS成为大致相同的波形。
并且，第1～第4实施方式的旋转电机例如能够应用于车辆等的电动机或AC伺服电机等中。另外，也能应用于例如风力发电系统或车辆等的发电机中。下面，参照图12以及图13，对将第1～第4实施方式的旋转电机应用于风力发电系统的发电机中的例子进行说明。图12是示出具有增速齿轮和发电机的风力发电系统的概要的图。图13是示出省略了增速齿轮的直接驱动型风力发电系统的概要的图。
图12所示的风力发电系统主要具有塔架61、机舱62、发电机63、增速齿轮64以及风车65。机舱62被设置在塔架61上，在机舱62内设置有发电机63和增速齿轮64。发电机63是第1～第4实施方式的旋转电机中的任意一个。风车65由转子毂651和叶片652构成，经由增速齿轮64与发电机63连接。风车65的旋转在通过增速齿轮64增速后传递给发电机63。图13所示的风力发电系统主要具有塔架71、机舱72、发电机73以及风车74。机舱72被设置在塔架71上，在机舱72内设置有发电机73。发电机73是第1～第4实施方式的旋转电机中的任意一个。风车74由转子毂741和叶片742构成，与发电机73连接。
在这种风力发电系统中，发电机的旋转速度经常变成极低速。因此，在发电容量大的情况(例如，具有数M[W]的发电容量的情况)下，需要在低速下产生大转矩的发电机，发电机的磁极数为30～100极，从而成为大口径。在将上述第1～第4实施方式的旋转电机应用于这种大口径发电机的情况下，上述第1～第4实施方式的效果更加显著。
并且，风力发电系统不限于图12以及图13所示的结构，也可以是其他结构。
<第5实施方式>
在本实施方式中，对直动电机进行说明。本实施方式的直动电机可以是发电机(直线型发电机)，也可以是电动机(直线型电动机)。下面，参照图14来说明本实施方式的直动电机的结构例。图14是第5实施方式的直动电机的正剖面图。
在图14中，直动电机具有动子8以及定子9。动子8的移动方向是图14所示的U方向。动子8具有动子铁心81以及线圈82。定子9隔着间隙与动子8相对。图14所示的V表示动子8与定子9相对的相对方向。定子9具有定子铁心91以及磁极单元92。磁极单元92相当于第1～第4实施方式的磁极单元中的任意一个。在这里，作为一例，使用与第1实施方式的磁极单元23相当的单元作为磁极单元92。
磁极单元92沿U方向排列在定子铁心91的动子8侧，通过插入螺栓孔925中的螺栓923而被固定在定子铁心91的动子8侧。定子铁心91是保持磁极单元92的保持铁心。磁极单元92具有单元铁心921、永磁铁922以及螺栓923。单元铁心921的U方向的两端侧形成有突起部924。突起部924向动子8侧突出。在突起部924上形成有让螺栓923插入的螺栓孔925。永磁铁922的截面形状为梯形形状，永磁铁922被插入形成在单元铁心921上的槽部926中，并被设置在单元铁心921的动子8侧。另外，永磁铁922被配置在单元铁心921的U方向上的中央，且被配置于U方向上排列的突起部924之间。永磁铁922的动子8侧的极性为N极，永磁铁922的单元铁心921侧的极性为S极。突起部924比永磁铁922的动子8侧的表面更向动子8侧突出。
接着，说明由磁极单元92形成在定子9上的磁极。永磁铁922形成第1磁极P11。在这里，将永磁铁922的动子8侧的极性设为N极，因此，在这里，永磁铁922的动子8侧的极性为N极，所以第1磁极P11的动子8侧的极性也为N极。在U方向上相邻的2个突起部924形成具有凸极性的第2磁极P21。第2磁极P21的动子8侧的极性与永磁铁922的单元铁心921侧的极性相同，在这里为S极。通过在U方向上排列形成这种磁极的磁极单元92，在定子9的动子8侧形成在U方向交替排列且动子8侧的极性彼此相反的第1磁极P11以及第2磁极P21。因此，在本实施方式的直动电机为电动机的情况下，通过由线圈82产生的磁场，动子8向U方向移动。另一方面，在本实施方式的直动电机为发电机的情况下，通过动子8向U方向移动，在线圈82中感应出电压。
如上面所述，磁极单元不仅能够应用于旋转电机，还能应用于直动电机。由此，在直动电机中也能大幅减少永磁铁的使用个数，从而能够容易地减少永磁铁的使用量。
另外，一般而言，直动电机所使用的永磁铁大多是以Nd-Fe-B为主成分的导电体的稀土类磁铁。在该情况下，在永磁铁的内部会产生涡流损耗，效率降低。但是，在本实施方式中，能够大幅减少永磁铁的使用个数，因此直动电机总体上能够大幅减少永磁铁中产生的涡流损耗。其结果是，能够提高直动电机的效率。
并且，在上述内容中，将线圈82设置在动子8上，将磁极单元92设置在定子9上，但并不限定于此。也可以将线圈82设置在定子9上，将磁极单元92设置在动子8上。在该情况下，动子铁心81是保持磁极单元92的保持铁心。
另外，在上述内容中，在定子9上设置了定子铁心91，但并不限定于此。也可以是省略定子铁心91并以描绘规定轨道的方式直接排列磁极单元92的结构。
以上对本发明的实施方式进行了说明。但是，只要是所谓的本领域技术人员，则能够在不脱离本发明主旨的范围内根据上述实施方式进行适当变更，另外，也能够适当组合基于上述实施方式和变形例的方式来加以利用。即，即使是实施了这种变更等的技术，显然也包含在本发明的技术范围内。

Claims (14)

1.一种旋转电机，该旋转电机具有：
定子；以及
转子，其与所述定子相对，旋转方向是与该转子和所述定子的相对方向垂直的方向，
所述定子和所述转子中的一方具有线圈，
所述定子和所述转子中的另一方具有排列在所述旋转方向上的多个磁极单元，所述多个磁极单元形成在所述旋转方向上交替地排列且所述一方侧的极性彼此相反的第1磁极和第2磁极，
各个所述磁极单元具有：
单元铁心，其在所述旋转方向的两端侧形成有向所述一方侧突出的突起部；以及
永磁铁，其位于所述单元铁心的所述一方侧，且被设置在各所述突起部之间，
所述第1磁极由所述永磁铁形成，
所述第2磁极由在所述旋转方向上相邻的各所述突起部形成。
2.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，
各个所述磁极单元还具有被设置在所述永磁铁的所述一方侧的单元铁心片。
3.根据权利要求2所述的旋转电机，其中，
所述单元铁心片由层叠的电磁钢板构成。
4.根据权利要求2或3所述的旋转电机，其中，
各所述突起部比所述单元铁心片更向所述一方侧突出。
5.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，
所述永磁铁被设置于形成在所述单元铁心上的磁铁孔的内部。
6.根据权利要求5所述的旋转电机，其中，
各所述突起部比所述单元铁心的存在于所述永磁铁的所述一方侧的部分更向所述一方侧突出。
7.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，
各所述突起部比所述永磁铁更向所述一方侧突出。
8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的旋转电机，其中，
所述单元铁心由层叠的电磁钢板构成。
9.根据权利要求8所述的旋转电机，其中，
在所述电磁钢板的两面上涂敷有粘接剂。
10.根据权利要求9所述的旋转电机，其中，
所述定子和所述转子中的所述另一方具有将各所述磁极单元保持在所述一方侧的保持铁心，
在所述单元铁心上形成有螺栓孔，该螺栓孔用于插入将所述磁极单元固定在所述保持铁心上的螺栓。
11.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，
所述定子和所述转子中的所述另一方具有排列在所述转子的旋转轴方向上的多个单元组，该多个单元组由排列在所述旋转方向上的各所述磁极单元构成，
所述多个单元组由第1单元组以及个数与所述第1单元组的个数相同的第2单元组构成，
该第1单元组的所述第1磁极的所述一方侧的极性为N极，
该第2单元组的所述第1磁极的所述一方侧的极性为S极，
从所述旋转轴方向观察，所述第1单元组的第1磁极与所述第2单元组的第2磁极被配置在相同位置，所述第1单元组的第2磁极与所述第2单元组的第1磁极被配置在相同位置。
12.一种直动电机，该直动电机具有：
定子；
动子，其与所述定子相对，移动方向是与该动子和所述定子的相对方向垂直的方向，
所述定子和所述动子中的一方具有线圈，
所述定子和所述动子中的另一方具有排列在所述移动方向上的多个磁极单元，所述多个磁极单元形成在所述移动方向上交替地排列且所述一方侧的极性彼此相反的第1磁极和第2磁极，
各个所述磁极单元具有：
单元铁心，其在所述移动方向的两端侧形成有向所述一方侧突出的突起部；以及
永磁铁，其位于所述单元铁心的所述一方侧，且被设置在各所述突起部之间，
所述第1磁极由所述永磁铁形成，
所述第2磁极由在所述移动方向上相邻的各所述突起部形成。
13.一种风力发电系统，其具有发电机，
所述发电机具有：
定子；以及
转子，其与所述定子相对，旋转方向是与该转子和所述定子的相对方向垂直的方向，
所述定子和所述转子中的一方具有线圈，
所述定子和所述转子中的另一方具有排列在所述旋转方向上的多个磁极单元，所述多个磁极单元形成在所述旋转方向上交替地排列且所述一方侧的极性彼此相反的第1磁极和第2磁极，
各个所述磁极单元具有：
单元铁心，其在所述旋转方向的两端侧形成有向所述一方侧突出的突起部；以及
永磁铁，其位于所述单元铁心的所述一方侧，且被设置在各所述突起部之间，
所述第1磁极由所述永磁铁形成，
所述第2磁极由在所述旋转方向上相邻的各所述突起部形成。
14.根据权利要求13所述的风力发电系统，其具有：
塔架；
被设置在所述塔架上的机舱；
被设置在所述机舱中的所述发电机；以及
与所述发电机直接或间接地连接的风车。
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