JP2012039809A

JP2012039809A - 回転電機ユニット、発電機ユニット、風力発電システム、回転電機および発電機

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Publication number: JP2012039809A
Application number: JP2010179365A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tsumagari; 宏津曲
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2010-08-10
Filing date: 2010-08-10
Publication date: 2012-02-23
Anticipated expiration: 2030-08-10
Also published as: CN102377262B; CN201893627U; CN102377262A; JP4730476B1

Abstract

【課題】回転軸部を片持ち状に支持可能なロータを備える構成において、回転軸部がロータに支持される際の組立工程が複雑になるのを抑制することが可能な回転電機ユニットを提供する。
【解決手段】この発電機ユニット１（回転電機ユニット）は、ロータコア３２と回転軸部２ａを片持ち状に支持可能な回転軸支持部３３とを含むロータ３１と、ロータコア３２と半径方向に対向するように配置されるステータコア２２を含むステータ２１と、回転軸部２ａが回転軸支持部３３に支持されていない状態において、ロータ３１の半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部２ａが回転軸支持部３３に支持された場合において、ロータコア３２およびステータコア２２を覆うカバーになるように構成されたカバー兼用冶具４１とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機ユニット、発電機ユニット、風力発電システム、回転電機および発電機に関し、特に、回転軸部を片持ち状に支持可能なロータを備える回転電機ユニット、発電機ユニット、風力発電システム、回転電機および発電機に関する。

従来、回転軸部を片持ち状に支持可能なロータを備える回転電機ユニットが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、ロータコアを含み、出力軸（回転軸部）を片持ち状に支持する回転子（ロータ）と、ロータコアに対して半径方向に対向するステータコアを含む固定子（ステータ）と、ロータコアおよびステータコアを覆うモータカバーとを備えたビルトインタイプのモータ（回転電機ユニット）が開示されている。

特開２００１−３０９６１３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のモータでは、出力軸が回転子に支持されていない状態において、ロータコアとステータコアとが接触しないように配慮する必要があり、その配慮の仕方によっては、組立工程が複雑になるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、回転軸部を片持ち状に支持可能なロータを備える構成において、回転軸部がロータに支持される際の組立工程が複雑になるのを抑制することが可能な回転電機ユニット、発電機ユニット、風力発電システム、回転電機および発電機を提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における回転電機ユニットは、ロータコアと回転軸部を片持ち状に支持可能な回転軸支持部とを含むロータと、ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを含むステータと、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、ロータの半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材とを備える。

この発明の第１の局面による回転電機ユニットでは、上記のように、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、ロータの半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材を設けることによって、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、冶具部材により、ロータの半径方向への移動を規制してロータコアとステータコアとが接触するのを抑制することができるとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、冶具部材をそのままロータコアおよびステータコアを覆うカバーとして用いることができる。これにより、回転軸部が回転軸支持部に支持される際に、冶具部材を取り外す必要がないので、その分、組立工程を簡略化することができる。その結果、回転軸部がロータに支持される際の組立工程が複雑になるのを抑制することができる。

この発明の第２の局面における発電機ユニットは、ロータコアと回転軸部を片持ち状に支持可能な回転軸支持部とを含むロータと、ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを含むステータと、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、ロータの半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材とを備える。

この発明の第２の局面による発電機ユニットでは、上記のように、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、ロータの半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材を設けることによって、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、冶具部材により、ロータの半径方向への移動を規制してロータコアとステータコアとが接触するのを抑制することができるとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、冶具部材をそのままロータコアおよびステータコアを覆うカバーとして用いることができる。これにより、回転軸部が回転軸支持部に支持される際に、冶具部材を取り外す必要がないので、その分、組立工程を簡略化することができる。その結果、回転軸部がロータに支持される際の組立工程が複雑になるのを抑制することができる。

この発明の第３の局面における風力発電システムは、ロータコアと回転軸部を片持ち状に支持可能な回転軸支持部とを有するロータと、ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを有するステータと、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、ロータの半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材とを含む発電機ユニットと、回転軸支持部に支持される回転軸部に接続されるブレードとを備える。

この発明の第３の局面による風力発電システムでは、上記のように、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、ロータの半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材を発電機ユニットに設けることによって、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、冶具部材により、ロータの半径方向への移動を規制してロータコアとステータコアとが接触するのを抑制することができるとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、冶具部材をそのままロータコアおよびステータコアを覆うカバーとして用いることができる。これにより、回転軸部が回転軸支持部に支持される際に、冶具部材を取り外す必要がないので、その分、組立工程を簡略化することができる。その結果、比較的大型で組み立てに多大な労力を要する風力発電システムにおいて、回転軸部がロータに支持される際の組立工程が複雑になるのを抑制することができる。

この発明の第４の局面における回転電機は、ロータコアと回転軸部を片持ち状に支持可能な回転軸支持部とを有するロータと、ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを有するステータと、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、ロータの半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材とを含む回転電機ユニットと、回転軸支持部に支持される回転軸部とを備える。

この発明の第４の局面による回転電機では、上記のように、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、ロータの半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材を設けることによって、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、冶具部材により、ロータの半径方向への移動を規制してロータコアとステータコアとが接触するのを抑制することができるとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、冶具部材をそのままロータコアおよびステータコアを覆うカバーとして用いることができる。これにより、回転軸部が回転軸支持部に支持される際に、冶具部材を取り外す必要がないので、その分、組立工程を簡略化することができる。その結果、回転軸部がロータに支持される際の組立工程が複雑になるのを抑制することができる。

この発明の第５の局面における発電機は、ロータコアと回転軸部を片持ち状に支持可能な回転軸支持部とを有するロータと、ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを有するステータと、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、ロータの半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材とを含む発電機ユニットと、回転軸支持部に支持される回転軸部とを備える。

この発明の第５の局面による発電機では、上記のように、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、ロータの半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材を設けることによって、回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態において、冶具部材により、ロータの半径方向への移動を規制してロータコアとステータコアとが接触するのを抑制することができるとともに、回転軸部が回転軸支持部に支持された場合において、冶具部材をそのままロータコアおよびステータコアを覆うカバーとして用いることができる。これにより、回転軸部が回転軸支持部に支持される際に、冶具部材を取り外す必要がないので、その分、組立工程を簡略化することができる。その結果、回転軸部がロータに支持される際の組立工程が複雑になるのを抑制することができる。

本発明の一実施形態による風力発電システムの全体構成を示す図である。本発明の一実施形態による発電機ユニットの回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態の断面図である。本発明の一実施形態による風力発電システムの発電機ユニット側から見た図である。本発明の一実施形態による発電機ユニットの回転軸部が回転軸支持部に支持された場合の断面図である。本発明の一実施形態による発電機ユニットの回転軸支持部の凸部を示した図である。本発明の一実施形態による発電機ユニットの回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態におけるカバー兼用冶具とロータとの取り付け状態を示した断面図である。本発明の一実施形態による発電機ユニットの回転軸部が回転軸支持部に支持された場合におけるロータと回転軸部との取り付け状態を示した断面図である。本発明の一実施形態による発電機ユニットのカバー兼用冶具の溝部を示した図である。本発明の一実施形態による発電機ユニットの回転軸部が回転軸支持部に支持されていない状態におけるラビリンスシールを示した断面図である。本発明の一実施形態による発電機ユニットの回転軸部が回転軸支持部に支持された場合におけるラビリンスシールを示した断面図である。本発明の一実施形態による発電機ユニットの回転軸支持部を回転軸部に取り付けるための第１ボルトを示した図である。図１に示した風力発電システムの変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１〜図１１を参照して、本発明の一実施形態による風力発電システム１００の構成について説明する。なお、本実施形態では、風力発電システム１００に用いる本発明の回転電機ユニットを発電機ユニット１に適用する例について説明する。

図１に示すように、風力発電システム１００は、ビルトイン型の発電機ユニット１と、発電機ユニット１が取り付けられる増速機２と、発電機ユニット１および増速機２を収納するためのナセル３と、ロータハブ４と、ブレード５と、タワー６とによって構成されている。また、ロータハブ４は、回転軸４ａに取り付けられている。また、ロータハブ４には、複数のブレード５が取り付けられている。また、ナセル３は、タワー（支持柱）６に取り付けられている。

図２および図４に示すように、発電機ユニット１は、フレーム１１と、ステータ２１と、ロータ３１と、カバー兼用冶具４１とによって構成されている。なお、カバー兼用冶具４１は、本発明の「冶具部材」の一例である。また、フレーム１１は、図２〜図４に示すように、円筒形状に形成されている。また、フレーム１１の増速機２が取り付けられる側（Ｚ１方向側）の端部には、半径方向の外側に突出するフランジ部１１ａが設けられている。フランジ部１１ａは、フレーム１１の外周縁に沿って円周状に形成されている。また、フレーム１１は、図３および図４に示すように、複数の取付ボルト１１０により増速機２に取り付け可能に構成されている。これにより、発電機ユニット１を増速機２に取り付けることが可能である。

ステータ２１は、フレーム１１の内側面に固定的に取り付けられている。また、ステータ２１は、扁平な円筒形状を有するステータコア２２と、巻線２３とから構成されている。ステータコア２２は、たとえば、積層されたケイ素鋼板からなる。また、ステータコア２２の内周面には、複数のスロット（図示せず）が設けられている。また、巻線２３は、ステータコア２２のスロット内に収納されている。また、巻線２３は、たとえばＵ相、Ｖ相およびＷ相の３相電流を通電可能な複数の巻線から構成されている。

ロータ３１は、ロータコア３２と、回転軸支持部３３と、ロータコア３２および回転軸支持部３３を連結するアーム部３４とを含んでいる。ロータコア３２は、扁平な円筒形状に形成されており、ステータコア２２に対して半径方向に対向するように配置されている。また、ロータコア３２は、たとえば積層されたケイ素鋼板からなるとともに、ロータコア３２には、外周部に永久磁石３２ａが設けられている。また、回転軸支持部３３は、増速機２に接続される後述の回転軸部２ａを支持する機能を有している。具体的には、回転軸支持部３３は、円筒形状に形成されており、回転軸部２ａが挿入される軸挿入穴３３１を有している。軸挿入穴３３１は、回転軸部２ａの挿入方向（Ｚ方向）に延びるように回転軸支持部３３を貫通して形成されている。また、回転軸支持部３３は、図４および図７に示すように、回転軸部２ａを軸挿入穴３３１に挿入した状態で片持ち状に支持するように構成されている。この際、回転軸支持部３３と回転軸部２ａとは、六角穴１２１を頭部に有する複数の第１ボルト１２０により固定されている。また、回転軸支持部３３の外側面には、半径方向に延びるアーム部３４が取り付けられている。

また、図２および図７に示すように、回転軸支持部３３には、第１ボルト１２０を挿入可能なボルト挿入孔３３２が回転軸部２ａの挿入方向（Ｚ方向）に貫通して延びるように形成されている。ボルト挿入孔３３２は、図５に示すように、複数設けられている。また、複数のボルト挿入孔３３２は、軸挿入穴３３１に沿って円状に配列されている。また、ボルト挿入孔３３２は、図１０に示すように、第１ボルト１２０の軸径Ｄ１よりも大きく、かつ、第１ボルト１２０の頭部の対角距離Ｅ１よりも小さい直径Ｄ２を有している。また、ボルト挿入孔３３２には、後述する第２ボルト１３０が螺合可能なように図示しないネジ山が形成されている。また、図５および図６に示すように、ボルト挿入孔３３２のカバー兼用冶具４１側（Ｚ２方向側）の端部には、ボルト挿入孔３３２よりも大きい直径を有するザグリ穴３３３が形成されている。ザグリ穴３３３は、第１ボルト１２０の頭部を収納可能な深さを有している。

また、図２および図４〜図７に示すように、回転軸支持部３３のカバー兼用冶具４１との対向面（Ｚ２方向の表面）には、カバー兼用冶具４１側（Ｚ２方向側）に突出する２本の円環状の凸部３３４が設けられている。この２本の凸部３３４は、カバー兼用冶具４１の後述する溝部４１４とによりラビリンスシール２００を構成している。このラビリンスシール２００については、後に詳細に説明する。また、２本の凸部３３４は、図５に示すように、回転軸部２ａの挿入方向（Ｚ方向）から見て、複数のボルト挿入孔３３２を取り囲むように複数のボルト挿入孔３３２よりも半径方向の外側に形成されている。すなわち、２本の凸部３３４は、ボルト挿入孔３３２よりもロータコア３２側に配置されている。

ここで、本実施形態では、カバー兼用冶具４１は、図２〜図４に示すように、フレーム１１に固定的に取り付けられている。また、カバー兼用冶具４１は、図２および図６に示すように、回転軸部２ａがロータ３１の回転軸支持部３３に支持されていない状態において、第２ボルト１３０により回転軸支持部３３に固定的に取り付けられている。すなわち、カバー兼用冶具４１は、回転軸部２ａがロータ３１の回転軸支持部３３に支持されていない状態において、フレーム１１とロータ３１とを固定的に連結することによってフレーム１１に対してロータ３１が移動するのを規制している。また、カバー兼用冶具４１は、図４に示すように、回転軸部２ａがロータ３１の回転軸支持部３３に支持された場合において、ステータコア２２およびロータコア３２を覆うカバーとなるように構成されている。また、カバー兼用冶具４１は、回転軸部２ａがロータ３１の回転軸支持部３３に支持された場合において、ロータ３１が回転可能となるようにロータ３１から離間されるように構成されている。なお、第２ボルト１３０は、本発明の「締結部材」の一例である。

また、図３に示すように、カバー兼用冶具４１の外形は、回転軸部２ａの挿入方向（Ｚ方向）から見て、円形形状に形成されている。また、カバー兼用冶具４１の中央部には、図２〜図４および図８に示すように、円形形状の開口部４１１が形成されている。開口部４１１は、回転軸支持部３３の軸挿入穴３３１と略同じ大きさの直径を有している。また、図２、図４および図８に示すように、カバー兼用冶具４１の開口部４１１の周囲には、ロータ３１側（Ｚ１方向側）に突出する円環状の突出部４１２が形成されている。突出部４１２には、六角穴１３１を頭部に有する第２ボルト１３０を挿入可能なボルト挿入孔４１３が回転軸部２ａの挿入方向（Ｚ方向）に貫通して延びるように形成されている。ボルト挿入孔４１３は、図３および図８に示すように、複数設けられている。また、複数のボルト挿入孔４１３は、開口部４１１の外周形状に沿って円環状に配列されている。また、複数のボルト挿入孔４１３は、回転軸支持部３３の複数のボルト挿入孔３３２に対応する位置に配置されている。また、ボルト挿入孔４１３は、図９に示すように、第２ボルト１３０の軸径（外径）Ｄ３よりも大きい直径（内径）Ｄ４を有している。また、ボルト挿入孔４１３の直径（内径）Ｄ４は、回転軸支持部３３のボルト挿入孔３３２の直径（内径）Ｄ２よりも大きくなるように構成されている。また、図１０に示すように、ボルト挿入孔４１３の直径Ｄ４は、第１ボルト１２０を通過させることが可能なように、第１ボルト１２０の頭部の対角距離Ｅ１よりも大きい。また、図６に示すように、ボルト挿入孔４１３の直径Ｄ４は、第２ボルト１３０の頭部の対角距離Ｅ２よりも小さい。

また、図２、図４および図６〜図８に示すように、カバー兼用冶具４１の突出部４１２の回転軸支持部３３との対向面（Ｚ１方向の表面）には、カバー兼用冶具４１側（Ｚ２方向側）に窪む２本の円環状の溝部４１４が設けられている。２本の溝部４１４は、図８に示すように、回転軸部２ａの挿入方向（Ｚ方向）から見て、複数のボルト挿入孔４１３を取り囲むように複数のボルト挿入孔４１３よりも半径方向の外側に形成されている。すなわち、２本の溝部４１４は、ボルト挿入孔４１３よりもロータ３１のロータコア３２側に配置されている。また、２本の溝部４１４は、図６〜図８に示すように、上記した回転軸支持部３３の２本の凸部３３４が挿入可能なように構成されている。なお、本実施形態では、回転軸支持部３３の２本の凸部３３４とカバー兼用冶具４１の２本の溝部４１４とによって、非接触型の円環状のラビリンスシール２００が構成されている。すなわち、ラビリンスシール２００は、回転軸部２ａの挿入方向（Ｚ方向）に対向するように配置されたカバー兼用冶具４１とロータ３１の回転軸支持部３３との対向部分に配置されている。また、ラビリンスシール２００は、図２および図６に示すように、回転軸部２ａがロータ３１の回転軸支持部３３に支持されていない状態において、第２ボルト１３０よりもロータコア３２側に配置されている。また、ラビリンスシール２００は、図４および図７に示すように、回転軸部２ａがロータ３１の回転軸支持部３３に支持された場合において、第１ボルト１２０よりもロータコア３２側に配置されている。なお、ラビリンスシール２００は、本発明の「シール部」の一例である。

また、図９および図１０に示すように、溝部４１４は、凸部３３４の長さＬ１よりも大きい長さ（深さ）Ｌ２を有している。したがって、図９に示すように、第２ボルト１３０が締め付けられて回転軸支持部３３とカバー兼用冶具４１の突出部４１２とが当接されている場合にも、凸部３３４の先端部が溝部４１４の底部に当接されない。これにより、凸部３３４と溝部４１４とが接触して破損することによってラビリンスシール２００のシール機能が低下してしまうのを抑制することが可能である。また、回転軸部２ａがロータ３１の回転軸支持部３３に支持されることによってロータ３１の回転軸支持部３３がカバー兼用冶具４１の突出部４１２から所定距離Ｌ３離間された場合においても、凸部３３４は溝部４１４の内部に挿入されたままである。すなわち、ラビリンスシール２００は、回転軸部２ａがロータ３１の回転軸支持部３３に支持される場合において、ロータ３１の回転軸支持部３３がカバー兼用冶具４１の突出部４１２から離間された場合でも、シール機能が有効に機能するように構成されている。これにより、図４に示すように、ラビリンスシール２００は、フレーム１１、カバー兼用冶具４１、回転軸支持部３３および増速機２により囲まれたステータコア２２およびロータコア３２の収納領域３００に異物が入るのを抑制することが可能である。

また、図２および図４に示すように、ロータ３１の回転軸支持部３３により支持される回転軸部２ａは、増速機２から発電機ユニット１側（Ｚ２方向側）に突出するように増速機２に接続される。また、回転軸部２ａは、ロータハブ４の回転動作が増速機２により増速されて軸線Ｃを回転中心として回転されるように構成されている。また、回転軸部２ａは、図２〜図４に示すように、略円柱形状に形成されている。また、図２および図４に示すように、回転軸部２ａの増速機２側（Ｚ１方向側）の端部には、半径方向の外側に突出するフランジ部２ｂが形成されている。また、フランジ部２ｂの回転軸支持部３３に対向する側（Ｚ２方向側）の表面には、複数のネジ穴２ｃが形成されている。複数のネジ穴２ｃは、回転軸支持部３３の複数のボルト挿入孔３３２に対応する位置に配置されている。また、ネジ穴２ｃは、第１ボルト１２０が螺合可能なように構成されている。

このような構成により、回転軸部２ａは、第１ボルト１２０により回転軸支持部３３に固定的に取り付けられることによって、回転軸支持部３３により片持ち状に固定的に支持される。この際、ロータ３１は、回転軸部２ａの回転動作に連動してステータ２１に対して回転可能となる。また、図１１に示すように、第１ボルト１２０は、六角穴付きボルトからなり、頭部に六角形状の凹部１２１を有している。これにより、図示しない六角棒レンチをカバー兼用冶具４１のボルト挿入孔４１３を介して第１ボルト１２０の凹部１２１に挿入することによって、カバー兼用冶具４１を取り外すことなく第１ボルト１２０を締め付けることが可能となる。なお、発電機ユニット１および回転軸部２ａにより、主として本発明の「発電機」を構成している。また、この発電機は、本発明の「回転電機」の一例である。

次に、図２、図４、図６、図７および図１１を参照して、回転軸部２ａをロータ３１の回転軸支持部３３に取り付ける際の組立工程について説明する。

発電機ユニット１は、図２および図６に示すように、回転軸部２ａが回転軸支持部３３により支持される前の状態において、カバー兼用冶具４１によりロータ３１の半径方向への移動を規制している。具体的には、ロータ３１は、カバー兼用冶具４１のボルト挿入孔４１３にロータ３１が配置される側とは反対側（Ｚ２方向側）から挿入された第２ボルト１３０により、カバー兼用冶具４１に固定的に取り付けられている。この際、第２ボルト１３０は、回転軸支持部３３のボルト挿入孔３３２に螺合されている。また、カバー兼用冶具４１の突出部４１２と回転軸支持部３３とは当接されている。

この状態の発電機ユニット１の回転軸支持部３３の軸挿入穴３３１に回転軸部２ａを挿入する。そして、取付ボルト１１０によりフレーム１１を増速機２の所定の位置に固定的に取り付ける。これにより、発電機ユニット１が増速機２に対して固定的に取り付けられる。その後、第２ボルト１３０を抜き取りカバー兼用冶具４１とロータ３１とを離間させる。この際、ロータ３１は、軸挿入穴３３１に挿入された回転軸部２ａにより半径方向への移動が規制されているので、第２ボルト１３０を抜き取っても半径方向に移動しない。

次に、図４および図７に示すように、第１ボルト１２０をカバー兼用冶具４１のボルト挿入孔４１３を通して回転軸支持部３３のボルト挿入孔３３２に挿入する。そして、六角棒レンチ（図示せず）を第１ボルト１２０の凹部１２１（図１１参照）に挿入して第１ボルト１２０を回転軸部２ａのネジ穴２ｃに螺合させる。これにより、ロータ３１が回転軸部２ａに固定的に取り付けられる。そして、ロータ３１は、ロータハブ４の回転動作に伴って軸線Ｃを回転中心として回転可能となる。また、この状態において、カバー兼用冶具４１は、ステータコア２２およびロータコア３２を覆うカバーとして機能する。上記のように、回転軸部２ａがロータ３１の回転軸支持部３３に取り付けられることによって風力発電システム１００が組み立てられる。

本実施形態では、上記のように、回転軸部２ａが回転軸支持部３３に支持されていない状態において、ロータ３１の半径方向への移動を規制するとともに、回転軸部２ａが回転軸支持部３３に支持された場合において、ロータコア３２およびステータコア２２を覆うカバーになるように構成されたカバー兼用冶具４１を発電機ユニット１に設けることによって、回転軸部２ａが回転軸支持部３３に支持されていない状態において、カバー兼用冶具４１により、ロータ３１の半径方向への移動を規制してロータコア３２とステータコア２２とが接触するのを抑制することができるとともに、回転軸部２ａが回転軸支持部３３に支持された場合において、カバー兼用冶具４１をそのままロータコア３２およびステータコア２２を覆うカバーとして用いることができる。これにより、回転軸部２ａが回転軸支持部３３に支持される際に、カバー兼用冶具４１を取り外す必要がないので、その分、組立工程を簡略化することができる。その結果、比較的大型で組み立てに多大な労力を要する風力発電システム１００において、回転軸部２ａがロータ３１に支持される際の組立工程が複雑になるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、回転軸部２ａが回転軸支持部３３に支持されていない状態において、ロータ３１に固定的に取り付けられることによってロータ３１の移動を規制するとともに、回転軸部２ａが回転軸支持部３３に支持された場合において、ロータ３１が回転可能なようにロータ３１から離間されるようにカバー兼用冶具４１を構成する。これによって、回転軸部２ａが回転軸支持部３３に支持されていない状態において、カバー兼用冶具４１により、ロータ３１の移動を確実に規制することができるとともに、回転軸部２ａが回転軸支持部３３に支持された場合には、カバー兼用冶具４１によりロータ３１の回転が妨げられるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ステータ２１が固定的に取り付けられるフレーム１１を設け、回転軸部２ａが回転軸支持部３３に支持されていない状態において、フレーム１１とロータ３１とを固定的に連結することによってロータ３１の移動を規制するようにカバー兼用冶具４１を構成する。これによって、カバー兼用冶具４１により、ステータ２１に対するロータ３１の移動を確実に規制することができるので、回転軸部２ａが回転軸支持部３３に支持されていない状態において、ロータコア３２とステータコア２２とが接触するのを確実に防止することができる。

また、本実施形態では、上記のように、カバー兼用冶具４１とロータ３１との間にラビリンスシール２００を設けることによって、ラビリンスシール２００により、カバー兼用冶具４１とロータ３１との間の隙間から異物が入るのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、非接触型の円環状のラビリンスシール２００を設けることによって、接触型のシールを用いる場合とは異なり、ロータ３１の回転によりラビリンスシール２００が磨耗しないので、磨耗によってシール機能が低下するのを防止することができる。

また、本実施形態では、上記のように、回転軸支持部３３に、回転軸部２ａが挿入される軸挿入穴３３１を設け、ラビリンスシール２００を、回転軸部２ａの挿入方向（Ｚ方向）に対向するように配置されたカバー兼用冶具４１とロータ３１の回転軸支持部３３との対向部分のロータコア３２側において、回転軸部２ａの挿入方向（Ｚ方向）から見て軸挿入穴３３１を取り囲むように円環状に形成する。また、カバー兼用冶具４１を、回転軸部２ａが回転軸支持部３３に支持されていない状態において、ラビリンスシール２００よりも軸挿入穴３３１側に配置された第２ボルト１３０によりロータ３１の回転軸支持部３３に固定的に取り付ける。これによって、ラビリンスシール２００が第２ボルト１３０による締結部分よりもロータコア３２側に配置されるので、ラビリンスシール２００により、締結部分からロータコア３２側に異物が入るのを有効に抑制することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、風力発電システムに本発明の発電機ユニットを適用する例について説明したが、本発明はこれに限られない。本発明の発電機ユニットを、たとえば、水力発電システムなど、風力発電システム以外の発電システムに適用してもよい。

また、上記実施形態では、本発明の回転電機ユニットおよび回転電機をそれぞれ発電機ユニットおよび発電機に適用する例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明の回転電機ユニットおよび回転電機を、それぞれ、モータユニットおよびモータに適用してもよい。

また、上記実施形態では、カバー兼用冶具（冶具部材）とフレームとを別部材として、カバー兼用冶具をフレームに固定的に取り付ける構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、フレームおよびカバー兼用冶具を一体的に形成する構成であってもよい。

また、上記実施形態では、本発明のシール部の一例として、非接触型のラビリンスシールを示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、接触型のシール部であってもよいし、ラビリンスシール以外の非接触型のシール部であってもよい。

また、上記実施形態では、回転軸支持部を貫通するように軸挿入穴を形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、回転軸を挿入可能であれば、回転軸支持部を貫通しない、底部を有する軸挿入穴を形成してもよい。

また、上記実施形態では、増速機を備えた風力発電システムについて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１２に示すように、増速機を備えていない風力発電システム４００であってもよい。

１発電機ユニット（回転電機ユニット）
２ａ回転軸部
５ブレード
１１フレーム
２１ステータ
２２ステータコア
３１ロータ
３２ロータコア
３３回転軸支持部
４１カバー兼用冶具（冶具部材）
１００、４００風力発電システム
１３０第２ボルト（締結部材）
２００ラビリンスシール（シール部）
３３１軸挿入穴

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における回転電機ユニットは、回転軸部にロータコアを片持ち状に固定可能な回転軸支持部を含むロータと、ロータコアと対向するように配置されるステータコアを含むステータと、回転軸部に回転軸支持部が固定されていない状態において、ロータを固定するとともに、回転軸部に回転軸支持部が固定された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材と、を備える。

この発明の第２の局面における発電機ユニットは、回転軸部にロータコアを片持ち状に固定可能な回転軸支持部を含むロータと、ロータコアと対向するように配置されるステータコアを含むステータと、回転軸部に回転軸支持部が固定されていない状態において、ロータを固定するとともに、回転軸部に回転軸支持部が固定された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材と、を備える。

この発明の第３の局面における風力発電システムは、回転軸部と、回転軸部に接続されるブレードと、回転軸部にロータコアを片持ち状に固定する回転軸支持部を有するロータと、ロータコアと対向するように配置されるステータコアを有するステータと、回転軸部に回転軸支持部が固定されていない状態において、ロータを固定するとともに、回転軸部に回転軸支持部が固定された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材と、を含む発電機ユニットと、を備える。

この発明の第４の局面における回転電機は、回転軸部と、回転軸部にロータコアを片持ち状に固定する回転軸支持部を有するロータと、ロータコアと対向するように配置されるステータコアを有するステータと、回転軸部に回転軸支持部が固定されていない状態において、ロータを固定するとともに、回転軸部に回転軸支持部が固定された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材と、を含む回転電機ユニットと、を備える。

この発明の第５の局面における発電機は、回転軸部と、回転軸部にロータコアを片持ち状に固定する回転軸支持部を有するロータと、ロータコアと対向するように配置されるステータコアを有するステータと、回転軸部に回転軸支持部が固定されていない状態において、ロータを固定するとともに、回転軸部に回転軸支持部が固定された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材と、を含む発電機ユニットと、を備える。

Claims

ロータコアと回転軸部を片持ち状に支持可能な回転軸支持部とを含むロータと、
前記ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを含むステータと、
前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持されていない状態において、前記ロータの半径方向への移動を規制するとともに、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持された場合において、前記ロータコアおよび前記ステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材とを備える、回転電機ユニット。
前記冶具部材は、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持されていない状態において、前記ロータに固定的に取り付けられることによって前記ロータの移動を規制するとともに、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持された場合において、前記ロータが回転可能なように前記ロータから離間されるように構成されている、請求項１に記載の回転電機ユニット。
前記ステータが固定的に取り付けられるフレームをさらに備え、
前記冶具部材は、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持されていない状態において、前記フレームと前記ロータとを固定的に連結することによって前記ロータの移動を規制するように構成されている、請求項１または２に記載の回転電機ユニット。
前記冶具部材と前記ロータとの間には、シール部が設けられている、請求項３に記載の回転電機ユニット。
前記シール部は、非接触型の円環状のラビリンスシールである、請求項４に記載の回転電機ユニット。
前記回転軸支持部は、前記回転軸部が挿入される軸挿入穴を含み、
前記シール部は、前記回転軸部の挿入方向に対向するように配置された前記冶具部材と前記ロータの回転軸支持部との対向部分のロータコア側において、前記回転軸部の挿入方向から見て前記軸挿入穴を取り囲むように円環状に形成されており、
前記冶具部材は、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持されていない状態において、前記シール部よりも前記軸挿入穴側に配置された締結部材により前記ロータの回転軸支持部に固定的に取り付けられている、請求項４または５に記載の回転電機ユニット。
ロータコアと回転軸部を片持ち状に支持可能な回転軸支持部とを含むロータと、
前記ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを含むステータと、
前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持されていない状態において、前記ロータの半径方向への移動を規制するとともに、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持された場合において、前記ロータコアおよび前記ステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材とを備える、発電機ユニット。
ロータコアと回転軸部を片持ち状に支持可能な回転軸支持部とを有するロータと、前記ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを有するステータと、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持されていない状態において、前記ロータの半径方向への移動を規制するとともに、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持された場合において、前記ロータコアおよび前記ステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材とを含む発電機ユニットと、
前記回転軸支持部に支持される前記回転軸部に接続されるブレードとを備える、風力発電システム。
ロータコアと回転軸部を片持ち状に支持可能な回転軸支持部とを有するロータと、前記ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを有するステータと、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持されていない状態において、前記ロータの半径方向への移動を規制するとともに、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持された場合において、前記ロータコアおよび前記ステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材とを含む回転電機ユニットと、
前記回転軸支持部に支持される前記回転軸部とを備える、回転電機。
ロータコアと回転軸部を片持ち状に支持可能な回転軸支持部とを有するロータと、前記ロータコアと半径方向に対向するように配置されるステータコアを有するステータと、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持されていない状態において、前記ロータの半径方向への移動を規制するとともに、前記回転軸部が前記回転軸支持部に支持された場合において、前記ロータコアおよび前記ステータコアを覆うカバーになるように構成された冶具部材とを含む発電機ユニットと、
前記回転軸支持部に支持される前記回転軸部とを備える、発電機。