JP2014053979A - Rotating electrical apparatus and wind-power generation system - Google Patents

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英之 中村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotating electrical apparatus using a magnetic worm gear and a wind-power generation system capable of obtaining a stable power generation output even if variation occurs in transmitting magnetic force or rotation speed of a big rotor.SOLUTION: A rotating electrical apparatus according to an embodiment comprises: a big rotor 40 including a magnetic pole formed of a permanent magnet 44 on an outer peripheral surface; at least one small rotor 50 arranged on the outer peripheral surface of the big rotor 40 so as to be separated therefrom and opposite thereto, and including a helical magnetic pole formed of a permanent magnet 52 on an outer peripheral surface of a non-magnetic ring 54 so as to be magnetically coupled to the outer peripheral surface of the non-magnetic ring 54 in accordance with an interval of the magnetic pole of the big rotor 40; a field magnet rotor 70 fixed to an inner diameter side of the non-magnetic ring 54 and configured to generate a magnetic flux toward an inner diameter side of the small rotor 50; and an armature stator 80 arranged on an inner diameter side of the field magnet rotor 70 so as to be separated therefrom and opposite thereto, and including a plurality of armature windings 82 in which rotating magnetic fields that rotate according to rotation of the field magnet rotor 70 are interlinked with each other.

Description

本発明の実施形態は、回転電機及び風力発電システムに関する。   Embodiments described herein relate generally to a rotating electrical machine and a wind power generation system.

大容量発電機などの回転電機において、発電機の体格は、発電機の回転数に反比例することが知られている。風力、潮力、波力などの自然エネルギを動力源とした回転電機では、翼などによって、自然エネルギを回転エネルギに変換する。   In a rotating electrical machine such as a large-capacity generator, it is known that the physique of the generator is inversely proportional to the rotational speed of the generator. In a rotating electrical machine that uses natural energy such as wind power, tidal power, and wave power as a power source, the natural energy is converted into rotational energy by a blade or the like.

しかしながら、自然エネルギを利用した回転電機においては、翼の回転速度が低いため、翼によって得られた回転エネルギを直接発電機に伝達する場合には、発電機の体格が大型となる傾向にある。そこで、発電機の体格を小型にするため、一般的に、翼と発電機の間に機械式増速機を配置して、発電機の回転数を増速する方式がとられている。また、発電機の体格を小型にするため、磁気ウォームギヤを用いて発電機を増速する回転電機も検討されている。   However, in a rotating electrical machine that uses natural energy, the rotational speed of the blades is low, so when the rotational energy obtained by the blades is directly transmitted to the generator, the size of the generator tends to be large. Therefore, in order to reduce the size of the generator, a system is generally adopted in which a mechanical speed increaser is disposed between the blade and the generator to increase the rotational speed of the generator. In order to reduce the size of the generator, a rotating electrical machine that uses a magnetic worm gear to increase the speed of the generator is also being studied.

特開平9−56146号公報JP-A-9-56146 英国特許出願公開第2463102号明細書British Patent Application No. 2463102

磁気ウォームギヤを用いた回転電機は、2種類のロータ(大ロータ、小ロータ)が機械的に非接触に備えられている。そのため、磁気力の伝達効率が高く、保守面においても、機械式増速機に比べて利点がある。   In a rotating electrical machine using a magnetic worm gear, two types of rotors (a large rotor and a small rotor) are provided mechanically in a non-contact manner. Therefore, the transmission efficiency of the magnetic force is high, and there are advantages in terms of maintenance compared to the mechanical speed increaser.

一方、大ロータから個々の小ロータに伝えられる伝達磁気力は、大ロータと小ロータの磁極の相対位置によって変わる。図14は、磁気ウォームギヤを用いた一般的な回転電機における大ロータと小ロータの磁極の相対位置と伝達磁気力の関係を示す電磁界解析図である。図14において、大ロータと小ロータの相異なる磁極が対向する場合を相対位置位相角0度とし、一方の磁極中心が他方の磁極間に対向するときで、正の向きに伝達磁気力が生じる場合を相対位置位相角90度としている。   On the other hand, the transmission magnetic force transmitted from the large rotor to each small rotor varies depending on the relative positions of the magnetic poles of the large rotor and the small rotor. FIG. 14 is an electromagnetic field analysis diagram showing the relationship between the relative positions of the magnetic poles of the large rotor and the small rotor and the transmitted magnetic force in a general rotating electrical machine using a magnetic worm gear. In FIG. 14, when the different magnetic poles of the large rotor and the small rotor face each other, the relative position phase angle is 0 degree, and when one magnetic pole center faces the other magnetic pole, a transmission magnetic force is generated in a positive direction. In this case, the relative position phase angle is 90 degrees.

伝達磁気力の最大値は、ほぼ相対位置位相角が90度で生じている。これよりも相対位置位相角が大きくなると、大ロータと小ロータとの伝達磁気力が弱まり、小ロータにおいて大ロータとの磁気的結合が得られなくなる。そのため、大ロータと小ロータとが同期して回転せず、脱調状態となる。小ロータが脱調状態となった場合には、所定の発電出力を得ることができなくなるため、小ロータの相対位置位相角を0度と90度の範囲に維持する必要がある。   The maximum value of the transmitted magnetic force occurs when the relative position phase angle is approximately 90 degrees. If the relative position phase angle is larger than this, the transmission magnetic force between the large rotor and the small rotor is weakened, and magnetic coupling with the large rotor cannot be obtained in the small rotor. For this reason, the large rotor and the small rotor do not rotate synchronously, and a step-out state occurs. When the small rotor is in a step-out state, a predetermined power generation output cannot be obtained. Therefore, it is necessary to maintain the relative position phase angle of the small rotor in the range of 0 degrees and 90 degrees.

自然エネルギを動力源とする場合、常に一定の自然エネルギが得られるとは限らない。そのため、負荷変化などによって大ロータのトルクが急変した場合には、小ロータの回転が大ロータに追随できず、脱調状態となる可能性がある。   When natural energy is used as a power source, constant natural energy is not always obtained. For this reason, when the torque of the large rotor changes suddenly due to a load change or the like, the rotation of the small rotor cannot follow the large rotor, and a step-out state may occur.

磁気ウォームギヤを用いた回転電機において、複数の小ロータを設けた場合、大ロータから小ロータに伝えられる伝達磁気力が、小ロータや発電機の製造精度によってばらつく。また、大ロータの周方向に亘って取り付けられる小ロータの取り付け位置によって、小ロータの内部の発電機の出力位相のずれも生じる。そのため、発電機からの出力を交流のまま単純に加算することは困難であると同時に、すべての小ロータの相対位置位相角を0度と90度の範囲に維持することは容易ではない。   In a rotating electrical machine using a magnetic worm gear, when a plurality of small rotors are provided, the transmission magnetic force transmitted from the large rotor to the small rotor varies depending on the manufacturing accuracy of the small rotor and the generator. Moreover, the output phase shift of the generator inside the small rotor also occurs depending on the mounting position of the small rotor that is mounted over the circumferential direction of the large rotor. For this reason, it is difficult to simply add the outputs from the generator in an alternating current, and at the same time, it is not easy to maintain the relative position phase angles of all the small rotors in the range of 0 degrees and 90 degrees.

本発明が解決しようとする課題は、磁気ウォームギヤを用いた回転電機において、伝達磁気力のばらつきや、大ロータの回転速度が変化したときにおいても、安定した発電出力を得ることができる回転電機および風力発電システムを提供することである。   The problem to be solved by the present invention is a rotating electric machine that uses a magnetic worm gear, and can provide a stable electric power output even when the transmission magnetic force varies or the rotational speed of the large rotor changes. It is to provide a wind power generation system.

実施形態の回転電機は、外周面に永久磁石により形成される磁極を有する第1のロータと、 前記第1のロータの外周面に離間して対向配置され、非磁性リングの外周面に、前記第1のロータの磁極間隔に応じて磁気的に結合するように、永久磁石により形成される螺旋状の磁極を有する、少なくとも1つの第2のロータとを備える。さらに、回転電機は、前記非磁性リングの内径側に固定され、前記第2のロータの内径側に向けて磁束を発生する界磁ロータと、前記界磁ロータの内径側に離間して対向配置され、前記界磁ロータの回転に合わせて回転する回転磁界が鎖交する複数の電機子巻線を備えた電機子ステータとを備える。   The rotating electrical machine of the embodiment is arranged to be opposed to the first rotor having a magnetic pole formed of a permanent magnet on the outer peripheral surface, spaced apart from the outer peripheral surface of the first rotor, and on the outer peripheral surface of the nonmagnetic ring, And at least one second rotor having a helical magnetic pole formed by a permanent magnet so as to be magnetically coupled according to the magnetic pole spacing of the first rotor. Furthermore, the rotating electrical machine is fixed to the inner diameter side of the non-magnetic ring, and a field rotor that generates a magnetic flux toward the inner diameter side of the second rotor, and is disposed opposite to the inner diameter side of the field rotor. And an armature stator having a plurality of armature windings in which a rotating magnetic field rotating in accordance with the rotation of the field rotor is linked.

第1の実施の形態の回転電機を備える風力発電システムを模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed typically the wind power generation system provided with the rotary electric machine of 1st Embodiment. 図1に示した風力発電システムにおけるナセルの内部構成を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the internal structure of the nacelle in the wind power generation system shown in FIG. 第1の実施の形態の回転電機の構造を模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed typically the structure of the rotary electric machine of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の回転電機が示された図3の面Aにおいて切断した断面を小ロータの軸方向から見たときの図である。It is a figure when the cross section cut | disconnected in the surface A of FIG. 3 where the rotary electric machine of 1st Embodiment was shown was seen from the axial direction of a small rotor. 第1の実施の形態の回転電機において、小ロータの外周面に配置された永久磁石の配置構成を説明するための概念図である。In the rotary electric machine of 1st Embodiment, it is a conceptual diagram for demonstrating arrangement | positioning structure of the permanent magnet arrange | positioned on the outer peripheral surface of a small rotor. 第1の実施の形態の回転電機において、小ロータの外周面に配置された永久磁石の他の配置構成を説明するための概念図である。In the rotary electric machine of 1st Embodiment, it is a conceptual diagram for demonstrating the other arrangement structure of the permanent magnet arrange | positioned on the outer peripheral surface of a small rotor. 第1の実施の形態の回転電機が示された図3の面Bにおいて切断した断面を大ロータの軸方向から見たときの図である。It is a figure when the cross section cut | disconnected in the surface B of FIG. 3 where the rotary electric machine of 1st Embodiment was shown was seen from the axial direction of the large rotor. 第2の実施の形態の回転電機の、図3の面Bにおいて切断した断面に相当する断面を大ロータの軸方向から見たときの図である。It is a figure when the cross section equivalent to the cross section cut | disconnected in the surface B of FIG. 3 of the rotary electric machine of 2nd Embodiment is seen from the axial direction of a large rotor. 第3の実施の形態の回転電機における小ロータの配置構成を説明するための、回転電機における大ロータの回転軸に垂直な断面を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross section perpendicular | vertical to the rotating shaft of the large rotor in a rotary electric machine for demonstrating the arrangement configuration of the small rotor in the rotary electric machine of 3rd Embodiment. 第4の実施の形態の回転電機の、図3の面Bにおいて切断した断面に相当する断面を大ロータの軸方向から見たときの図である。It is a figure when the cross section equivalent to the cross section cut | disconnected in the surface B of FIG. 3 of the rotary electric machine of 4th Embodiment is seen from the axial direction of a large rotor. 第5の実施の形態の回転電機の、図3の面Bにおいて切断した断面に相当する断面を大ロータの軸方向から見たときの図である。It is a figure when the cross section equivalent to the cross section cut | disconnected in the surface B of FIG. 3 of the rotary electric machine of 5th Embodiment is seen from the axial direction of a large rotor. 第6の実施の形態の回転電機における小ロータの配置構成を説明するための、回転電機における大ロータの回転軸に垂直な断面を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross section perpendicular | vertical to the rotating shaft of the large rotor in a rotary electric machine for demonstrating arrangement | positioning structure of the small rotor in the rotary electric machine of 6th Embodiment. 第7の実施の形態の回転電機における小ロータの配置構成を説明するための、回転電機における大ロータの回転軸に垂直な断面を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross section perpendicular | vertical to the rotating shaft of the large rotor in a rotary electric machine for demonstrating arrangement | positioning structure of the small rotor in the rotary electric machine of 7th Embodiment. 磁気ウォームギヤを用いた一般的な回転電機における大ロータと小ロータの磁極相対位置と伝達磁気力の関係を示す電磁界解析図である。It is an electromagnetic field analysis figure which shows the relationship between the magnetic pole relative position of a large rotor and a small rotor, and transmission magnetic force in the general rotary electric machine using a magnetic worm gear.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態の回転電機30を備える風力発電システム10を模式的に示した斜視図である。図2は、図1に示した風力発電システム10におけるナセル20の内部構成を示した模式図である。なお、以下の実施の形態において、同一の構成部分には、同一の符号を付して重複する説明を省略または簡略する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a wind power generation system 10 including a rotating electrical machine 30 according to the first embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram showing the internal configuration of the nacelle 20 in the wind power generation system 10 shown in FIG. In the following embodiments, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted or simplified.

風力発電システム10は、図1に示すように、ナセル20、風車翼21およびタワー22を備えている。   As shown in FIG. 1, the wind power generation system 10 includes a nacelle 20, a wind turbine blade 21, and a tower 22.

ナセル20は、タワー22の頂部に取り付けられている。また、ナセル20は、図2に示すように、回転電機30、この回転電機30に搭載された発電機から発生される電力に対して電圧調整や周波数調整を行う電力調整部31などを収容している。なお、電力調整部31は、地上に設けられる場合もある。   The nacelle 20 is attached to the top of the tower 22. Further, as shown in FIG. 2, the nacelle 20 accommodates a rotating electrical machine 30, a power adjusting unit 31 that performs voltage adjustment and frequency adjustment on power generated from a generator mounted on the rotating electrical machine 30, and the like. ing. The power adjustment unit 31 may be provided on the ground.

風車翼21は、ナセル20内の回転電機30の回転軸32に直結するよう取り付けられた翼軸(ブレード軸)23の周囲に複数取り付けられている。   A plurality of wind turbine blades 21 are attached around a blade shaft (blade shaft) 23 attached so as to be directly connected to a rotation shaft 32 of a rotating electrical machine 30 in the nacelle 20.

タワー22は、地面に設置され、ナセル20を支持する。タワー22の内側には電力を伝達するケーブル33が設けられている。ケーブル33は、例えば、ナセル20側からタワー22の内側を通って下方に導かれ、地面近傍にてタワー22の外側へと導かれている。   The tower 22 is installed on the ground and supports the nacelle 20. A cable 33 for transmitting electric power is provided inside the tower 22. For example, the cable 33 is guided downward from the nacelle 20 side through the inside of the tower 22 and led to the outside of the tower 22 near the ground.

上記した風力発電システム10において、風力により風車翼21が回転すると、その回転力は、風車翼21の翼軸23からナセル20内の回転電機30の回転軸32へ伝達される。そして、回転電機30に搭載された発電機により発電が行なわれる。回転電機30の発電機から発生した電力は、電力調整部31により調整された後、ケーブル33を通じてナセル20からタワー22を通り、タワー22の外側へ導かれる。   In the wind power generation system 10 described above, when the wind turbine blade 21 is rotated by wind power, the rotational force is transmitted from the blade shaft 23 of the wind turbine blade 21 to the rotary shaft 32 of the rotating electrical machine 30 in the nacelle 20. Then, power generation is performed by a generator mounted on the rotating electrical machine 30. The electric power generated from the generator of the rotating electrical machine 30 is adjusted by the power adjustment unit 31, and then is led from the nacelle 20 through the tower 22 through the cable 33 to the outside of the tower 22.

ここで、電力調整部31が地上に設置される場合には、回転電機30の発電機から発生した電力は、ケーブル33を通じてナセル20からタワー22を通り、タワー22の外側へ送り出され、電力調整部31により調整される。   Here, when the power adjustment unit 31 is installed on the ground, the power generated from the generator of the rotating electrical machine 30 is sent from the nacelle 20 through the tower 22 through the cable 33 to the outside of the tower 22 to be adjusted. It is adjusted by the unit 31.

次に、回転電機30の構成について詳しく説明する。   Next, the configuration of the rotating electrical machine 30 will be described in detail.

図3は、第1の実施の形態の回転電機30の構造を模式的に示した斜視図である。図4は、第1の実施の形態の回転電機30が示された図3の面Aにおいて切断した断面を小ロータ50の軸方向から見たときの図である。なお、図4において、小ロータ50および発電機60は、断面で示していない。図5は、第1の実施の形態の回転電機30において、小ロータ50の外周面に配置された永久磁石の配置構成を説明するための概念図である。図6は、第1の実施の形態の回転電機30において、小ロータ50の外周面に配置された永久磁石の他の配置構成を説明するための概念図である。図7は、第1の実施の形態の回転電機30が示された図3の面Bにおいて切断した断面を大ロータ40の軸方向から見たときの図である。   FIG. 3 is a perspective view schematically showing the structure of the rotating electrical machine 30 of the first embodiment. FIG. 4 is a view when a cross section cut along a plane A of FIG. 3 in which the rotating electrical machine 30 of the first embodiment is shown is viewed from the axial direction of the small rotor 50. In FIG. 4, the small rotor 50 and the generator 60 are not shown in cross section. FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining the arrangement configuration of the permanent magnets arranged on the outer peripheral surface of the small rotor 50 in the rotating electrical machine 30 of the first embodiment. FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining another arrangement configuration of the permanent magnets arranged on the outer peripheral surface of the small rotor 50 in the rotating electrical machine 30 of the first embodiment. FIG. 7 is a view when a cross section cut along a plane B of FIG. 3 in which the rotating electrical machine 30 of the first embodiment is shown is viewed from the axial direction of the large rotor 40.

図3に示すように、回転電機30は、第1のロータとして機能する、トロイド状のロータ(以下、「大ロータ40」と呼ぶ)と、大ロータ40の外周面に離間して対向配置される、第2のロータとして機能する、円筒状のロータ(以下、「小ロータ50」と呼ぶ)とを備える。小ロータ50は、大ロータ40の周方向に少なくとも1つ備えられ、図3では、小ロータ50を複数備えた一例が示されている。   As shown in FIG. 3, the rotating electrical machine 30 is disposed to face a toroidal rotor (hereinafter referred to as a “large rotor 40”) that functions as a first rotor, spaced apart from the outer peripheral surface of the large rotor 40. A cylindrical rotor functioning as a second rotor (hereinafter referred to as “small rotor 50”). At least one small rotor 50 is provided in the circumferential direction of the large rotor 40. FIG. 3 shows an example in which a plurality of small rotors 50 are provided.

大ロータ40は、図3に示すように、風車翼21の翼軸23に直結する回転軸41と、大ロータ40が回転軸41の回転とともに回転するように大ロータ40を支持する支持部材42とを備えている。支持部材42は、例えば、回転軸41の外周面と大ロータ40の内周面との間を塞ぐように形成された、円盤状の部材で構成される。なお、支持部材42の構成は、これに限られるものではなく、重量や通風を考慮して、円盤状の部材に貫通口などの開口を設けてもよい。大ロータ40の外周面は、小ロータ50の外周面との間隙を均等に維持しつつ小ロータ50の半周分を取り囲むよう、半円環状(U字形状)に構成されている。   As shown in FIG. 3, the large rotor 40 includes a rotation shaft 41 that is directly connected to the blade shaft 23 of the wind turbine blade 21, and a support member 42 that supports the large rotor 40 so that the large rotor 40 rotates with the rotation of the rotation shaft 41. And. The support member 42 is configured by, for example, a disk-shaped member that is formed so as to block between the outer peripheral surface of the rotating shaft 41 and the inner peripheral surface of the large rotor 40. Note that the configuration of the support member 42 is not limited to this, and an opening such as a through-hole may be provided in a disk-shaped member in consideration of weight and ventilation. The outer circumferential surface of the large rotor 40 is formed in a semi-annular shape (U-shape) so as to surround the half circumference of the small rotor 50 while maintaining a uniform gap with the outer circumferential surface of the small rotor 50.

小ロータ50は、大ロータ40の回転軸41の方向に対して垂直方向を向いた軸51を中心に回転するように構成されている。図4に示すように、大ロータ40と小ロータ50との間には、半円環状の間隙43が存在する。   The small rotor 50 is configured to rotate around an axis 51 that faces in a direction perpendicular to the direction of the rotation axis 41 of the large rotor 40. As shown in FIG. 4, a semicircular gap 43 exists between the large rotor 40 and the small rotor 50.

大ロータ40および小ロータ50は、図3に示すように、それぞれの外周面に永久磁石44、52を備え、磁気ウォームギヤを構成している。具体的には、小ロータ50の外周面には、図5に示すように、永久磁石52が、同極を磁性材53を挟んで対向させて螺旋状に配置されている。これによって、螺旋状の磁極がN極、S極交互に構成される。   As shown in FIG. 3, the large rotor 40 and the small rotor 50 include permanent magnets 44 and 52 on their outer peripheral surfaces, and constitute a magnetic worm gear. Specifically, as shown in FIG. 5, permanent magnets 52 are spirally arranged on the outer peripheral surface of the small rotor 50 with the same poles facing each other with the magnetic material 53 interposed therebetween. As a result, spiral magnetic poles are alternately configured as N poles and S poles.

このように構成することで、高い伝達磁気力が得られ、安定した回転を行うことができる。また、磁性材53を挟んで永久磁石52を配置することで、磁性材53を挟まない場合に比べて、大きな磁気力を得ることができる。換言すれば、得られる磁気力を一定とした場合、磁性材53を挟んで永久磁石52を配置した場合には、磁性材53を挟まない場合に比べて、永久磁石52を小型化することができ、製造コストを削減することができる。その他、発電機の小型化によりナセル20の重量を軽くすることもでき、さらに、タワー22の組立性、風に対するタワー22の安定性などにも寄与することができる。   With such a configuration, a high transmission magnetic force can be obtained and stable rotation can be performed. Further, by disposing the permanent magnet 52 with the magnetic material 53 interposed therebetween, it is possible to obtain a larger magnetic force than when the magnetic material 53 is not interposed. In other words, when the obtained magnetic force is constant, when the permanent magnet 52 is disposed with the magnetic material 53 interposed therebetween, the permanent magnet 52 can be made smaller than when the magnetic material 53 is not sandwiched. Manufacturing costs can be reduced. In addition, it is possible to reduce the weight of the nacelle 20 by reducing the size of the generator, and to contribute to the assembly of the tower 22 and the stability of the tower 22 against the wind.

なお、小ロータ50の磁極は、大ロータ40の外周面が半円環状に構成されていることから、その端部で相対的に磁界の変化が生じるため、例えば、積層鋼板や圧粉鉄心などにより構成すると、渦電流損を低減することができる。   The magnetic pole of the small rotor 50 has a semi-annular outer peripheral surface of the large rotor 40, so that the magnetic field changes relatively at the end thereof. For example, a laminated steel plate or a dust core With this configuration, eddy current loss can be reduced.

また、小ロータ50において、永久磁石52は、図7に示すように、非磁性材料からなるリング状の非磁性リング54の外周面に配置されている。非磁性リング54は、軸51を中心として回転可能なように、軸51側に軸受90を有する半径方向に亘る支持部材55によって、軸51方向の両端部が支持されている。なお、図示していないが、例えば、軸51の両端は、外部に設けられた支持部材によって支持されている。   In the small rotor 50, as shown in FIG. 7, the permanent magnet 52 is disposed on the outer peripheral surface of a ring-shaped nonmagnetic ring 54 made of a nonmagnetic material. Both ends of the nonmagnetic ring 54 in the direction of the shaft 51 are supported by support members 55 extending in the radial direction having bearings 90 on the shaft 51 side so as to be rotatable about the shaft 51. Although not shown, for example, both ends of the shaft 51 are supported by support members provided outside.

一方、大ロータ40の外周面には、小ロータ50の磁極間隔に応じて磁気的に結合するように、永久磁石44が、同極を磁性材45を挟んで対向させて配置されている。これによって、磁極がN極、S極交互に構成される。外周面に永久磁石44が配置された大ロータ40の基材は、例えば、鋼材などで構成される。   On the other hand, a permanent magnet 44 is disposed on the outer peripheral surface of the large rotor 40 so that the same poles are opposed to each other with the magnetic material 45 interposed therebetween so as to be magnetically coupled according to the magnetic pole interval of the small rotor 50. As a result, the magnetic poles are alternately configured as N poles and S poles. The base material of the large rotor 40 in which the permanent magnets 44 are arranged on the outer peripheral surface is made of, for example, a steel material.

少なくとも大ロータ40と小ロータ50とが磁気的に結合する領域においては、大ロータ40の磁極間隔および磁極パターンの傾斜角度が、それぞれ、小ロータ50の磁極間隔および磁極パターンの傾斜角度と等しいか、ほぼ等しくなるように構成されていることが好ましい。   In at least a region where the large rotor 40 and the small rotor 50 are magnetically coupled, whether the magnetic pole spacing and the magnetic pole pattern inclination angle of the large rotor 40 are equal to the magnetic pole interval and the magnetic pole pattern inclination angle of the small rotor 50, respectively. It is preferable that they are configured to be substantially equal.

ここで、小ロータ50の外周面には、図6に示すように、永久磁石52を、螺旋状の磁極がN極、S極交互に構成されるように配置してもよい。この場合、大ロータ40の外周面には、小ロータ50と同様に、N極、S極が交互に小ロータ50の磁極とほぼ同程度の傾きで磁極が配置される。磁極間(N極とS極)のピッチは、大ロータ40の中心からの半径位置によって異なる。そのため、大ロータ40の中心からの半径が大きいほど磁石の周方向幅を広くするか、または、磁石の周方向幅を均一にして大ロータ40の中心からの半径が大きいほど磁石間の隙間が大きくなるような構造となる。   Here, as shown in FIG. 6, the permanent magnet 52 may be arranged on the outer peripheral surface of the small rotor 50 so that the spiral magnetic poles are alternately arranged in N and S poles. In this case, on the outer peripheral surface of the large rotor 40, like the small rotor 50, N poles and S poles are alternately arranged with the same inclination as the magnetic poles of the small rotor 50. The pitch between the magnetic poles (N pole and S pole) varies depending on the radial position from the center of the large rotor 40. Therefore, the larger the radius from the center of the large rotor 40, the wider the circumferential width of the magnet, or the more uniform the circumferential width of the magnet and the larger the radius from the center of the large rotor 40, the larger the gap between the magnets. The structure becomes larger.

図6に示すように、磁性材45を挟まずに、螺旋状に永久磁石52を配置した場合、非磁性リング54を備えずに、永久磁石52を、後述する界磁ロータ鉄心71の外周面に配置することができる。小ロータ50の外径を一定とした場合、非磁性リング54を備えない分、発電機60を半径方向に大きくすることができる。なお、この場合、界磁ロータ鉄心71は、軸51を中心として回転可能なように、軸51側に軸受90を有する半径方向に亘る支持部材55によって、軸51方向の両端部が支持される。   As shown in FIG. 6, when the permanent magnet 52 is spirally arranged without sandwiching the magnetic material 45, the permanent magnet 52 is not provided with the nonmagnetic ring 54, and the outer peripheral surface of the field rotor core 71 described later is used. Can be arranged. When the outer diameter of the small rotor 50 is constant, the generator 60 can be enlarged in the radial direction by the amount that the nonmagnetic ring 54 is not provided. In this case, both end portions in the direction of the shaft 51 are supported by the support members 55 extending in the radial direction having the bearings 90 on the shaft 51 side so that the field rotor iron core 71 can rotate around the shaft 51. .

図7に示すように、小ロータ50の内径側には、アウターロータ方式の発電機60を備える。第1の実施の形態の回転電機30の備える発電機60は、永久磁石同期発電機によって構成され、界磁ロータ70と電機子ステータ80とを備える。   As shown in FIG. 7, an outer rotor type generator 60 is provided on the inner diameter side of the small rotor 50. The generator 60 included in the rotating electrical machine 30 of the first embodiment is configured by a permanent magnet synchronous generator, and includes a field rotor 70 and an armature stator 80.

界磁ロータ70は、非磁性リング54の内径側に固定され、小ロータ50の内径側(軸51側)に向けて磁束を発生する。そのため、界磁ロータ70は、小ロータ50とともに回転する。   The field rotor 70 is fixed to the inner diameter side of the nonmagnetic ring 54 and generates a magnetic flux toward the inner diameter side (axis 51 side) of the small rotor 50. Therefore, the field rotor 70 rotates with the small rotor 50.

界磁ロータ70は、非磁性リング54の内周面に設けられたリング状の界磁ロータ鉄心71と、この界磁ロータ鉄心71の内周面に設けられた永久磁石72を備えている。永久磁石72は、界磁ロータ鉄心71の内周面に、N極とS極が周方向に交互になるように所定の間隔をあけて配置されている。   The field rotor 70 includes a ring-shaped field rotor iron core 71 provided on the inner circumferential surface of the nonmagnetic ring 54 and a permanent magnet 72 provided on the inner circumferential surface of the field rotor iron core 71. The permanent magnets 72 are arranged on the inner peripheral surface of the field rotor iron core 71 at a predetermined interval so that N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction.

ここで、永久磁石52と界磁ロータ鉄心71との間に非磁性リング54を備えることで、永久磁石72によって界磁ロータ鉄心71に生じる磁束によって、小ロータ50の外周の永久磁石52や磁性材53の特性が害されるのを防止できる。   Here, by providing the non-magnetic ring 54 between the permanent magnet 52 and the field rotor iron core 71, the permanent magnet 52 on the outer circumference of the small rotor 50 and the magnetism are generated by the magnetic flux generated in the field rotor iron core 71 by the permanent magnet 72. The property of the material 53 can be prevented from being damaged.

界磁ロータ70の内径側には、図7に示すように、界磁ロータ70と離間して電機子ステータ80が対向配置されている。電機子ステータ80は、ステータ鉄心81と、このステータ鉄心81に配置され、界磁ロータ70の回転に同期して回転する回転磁界が鎖交する複数の電機子巻線82を備えている。電機子ステータ80は、軸51に固定されている。   As shown in FIG. 7, an armature stator 80 is disposed on the inner diameter side of the field rotor 70 so as to be separated from the field rotor 70. The armature stator 80 includes a stator iron core 81 and a plurality of armature windings 82 disposed on the stator iron core 81 and linked with a rotating magnetic field that rotates in synchronization with the rotation of the field rotor 70. The armature stator 80 is fixed to the shaft 51.

上記した界磁ロータ70および電機子ステータ80は、界磁ロータ70の周方向に交互にN極とS極となる界磁磁極を構成するように永久磁石が配置されたアウターロータ型の永久磁石型同期機である。   The above-described field rotor 70 and armature stator 80 are outer rotor type permanent magnets in which permanent magnets are arranged so as to form field magnetic poles having N and S poles alternately in the circumferential direction of the field rotor 70. Type synchronous machine.

上記した大ロータ40および小ロータ50の構成において、大ロータ40が回転すると、大ロータ40の外周面の磁極と小ロータ50の外周面の磁極とが吸引または反発することによって、大ロータ40の回転に追従して小ロータ50が回転する。小ロータ50が回転すると、小ロータ50に固定された界磁ロータ70が回転する。そして、界磁ロータ70の発生する回転磁束に同期した電力が、電機子巻線82に誘起され、出力として取り出される。この際、大ロータ40の磁極数と小ロータ50のギヤ条数とで定まるギヤ比で小ロータ50の回転が増速され、小ロータ50の回転数に応じた電力が発電機60において発生する。   In the configuration of the large rotor 40 and the small rotor 50 described above, when the large rotor 40 rotates, the magnetic poles on the outer peripheral surface of the large rotor 40 and the magnetic poles on the outer peripheral surface of the small rotor 50 are attracted or repelled. Following the rotation, the small rotor 50 rotates. When the small rotor 50 rotates, the field rotor 70 fixed to the small rotor 50 rotates. Then, electric power synchronized with the rotating magnetic flux generated by the field rotor 70 is induced in the armature winding 82 and taken out as an output. At this time, the rotation of the small rotor 50 is increased at a gear ratio determined by the number of magnetic poles of the large rotor 40 and the number of gears of the small rotor 50, and electric power corresponding to the number of rotations of the small rotor 50 is generated in the generator 60. .

図3に示すように、複数の小ロータ50を備えた場合、各小ロータ50内の発電機60の電機子巻線82からの出力は、変換器(図示しない)によって個別に直流に変換され、その直流出力は、加算回路(図示しない)によって加算される。そして、加算された直流出力は、交流変換器(図示しない)によって系統出力に相応した周波数の交流電力に変換される。   As shown in FIG. 3, when a plurality of small rotors 50 are provided, the output from the armature winding 82 of the generator 60 in each small rotor 50 is individually converted to direct current by a converter (not shown). The DC output is added by an adding circuit (not shown). The added DC output is converted into AC power having a frequency corresponding to the system output by an AC converter (not shown).

ここで、電機子巻線82からの交流出力は、制御回路によって、小ロータ50ごとに制御される。出力制御には、界磁ロータ70の位置検出を行う必要があるが、これについては、位置センサを用いる方法、センサレス制御による方法など種々の方法が知られており、条件に応じて適宜選択される。   Here, the AC output from the armature winding 82 is controlled for each small rotor 50 by the control circuit. For output control, it is necessary to detect the position of the field rotor 70, and various methods such as a method using a position sensor and a method using sensorless control are known and can be appropriately selected according to conditions. The

第1の実施の形態の回転電機30によれば、小ロータ50は、小ロータ50の取り付け位置や製造精度による伝達磁気力のばらつき、大ロータ40の回転速度の変化がある場合にも、安定して回転することができる。これによって、脱調状態となることなく、発電機60から安定した発電出力を得ることができる。   According to the rotating electrical machine 30 of the first embodiment, the small rotor 50 is stable even when there is a variation in transmitted magnetic force due to the mounting position of the small rotor 50 or manufacturing accuracy, and there is a change in the rotational speed of the large rotor 40. And can be rotated. Thereby, a stable power generation output can be obtained from the generator 60 without going out of step.

(第2の実施の形態)
図8は、第2の実施の形態の回転電機30の、図3の面Bにおいて切断した断面に相当する断面を大ロータ40の軸方向から見たときの図である。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a view when a cross section corresponding to the cross section taken along the plane B in FIG. 3 of the rotating electrical machine 30 according to the second embodiment is viewed from the axial direction of the large rotor 40.

第2の実施の形態の回転電機30は、界磁ロータ100の構成が、第1の実施の形態の界磁ロータ70の構成と異なるため、この異なる構成について主に説明する。   In the rotating electrical machine 30 of the second embodiment, the configuration of the field rotor 100 is different from the configuration of the field rotor 70 of the first embodiment, and thus this different configuration will be mainly described.

第2の実施の形態の回転電機30における界磁ロータ100は、永久磁石72を用いる第1の実施の形態とは異なり、界磁巻線101によって励磁される。界磁ロータ100は、図8に示すように、非磁性リング54の内周面に設けられたリング状の界磁ロータ鉄心71と、界磁ロータ鉄心71の内周面側に設けられた界磁巻線101を備えている。   Unlike the first embodiment in which the permanent magnet 72 is used, the field rotor 100 in the rotating electrical machine 30 according to the second embodiment is excited by the field winding 101. As shown in FIG. 8, the field rotor 100 includes a ring-shaped field rotor core 71 provided on the inner peripheral surface of the nonmagnetic ring 54 and a field provided on the inner peripheral surface side of the field rotor iron core 71. A magnetic winding 101 is provided.

界磁巻線101は、例えば、界磁ロータ鉄心71の内周面に形成された溝などに嵌め込まれ、抜け落ちないように、楔などによって固定されている。また、界磁巻線101は、界磁用電力を供給する配線104の一端と接続されている。配線104の他端は、外部の電力源(図示しない)に接続された配線(図示しない)から電力が供給されるスリップリング102に電気的に接触するブラシ103に接続されている。配線104、ブラシ103、スリップリング102、外部の電力源(図示しない)および外部の電力源とスリップリング102との間の配線(図示しない)は、界磁用電力を供給する電力供給部として機能する。   The field winding 101 is fitted into, for example, a groove formed on the inner peripheral surface of the field rotor iron core 71, and is fixed by a wedge or the like so as not to fall off. The field winding 101 is connected to one end of a wiring 104 that supplies field power. The other end of the wiring 104 is connected to a brush 103 that is in electrical contact with the slip ring 102 supplied with power from a wiring (not shown) connected to an external power source (not shown). The wiring 104, the brush 103, the slip ring 102, the external power source (not shown), and the wiring (not shown) between the external power source and the slip ring 102 function as a power supply unit that supplies field power. To do.

第2の実施の形態の回転電機30における界磁ロータ100および電機子ステータ80は、界磁ロータ100の周方向に交互にN極とS極となる界磁磁極を構成するように配置された界磁巻線101、および界磁巻線101に電機子ステータ80側から界磁用電力を供給する電力供給部を備えたアウターロータ型の巻線界磁型同期機である。   The field rotor 100 and the armature stator 80 in the rotating electrical machine 30 of the second embodiment are arranged so as to constitute field magnetic poles that alternately become N poles and S poles in the circumferential direction of the field rotor 100. This is an outer rotor type winding field type synchronous machine including a field winding 101 and a power supply unit that supplies field power to the field winding 101 from the armature stator 80 side.

なお、界磁巻線101の励磁方法としては、火力発電用のタービン発電機などで使用されている、スリップリングやブラシを用いずに非接触で給電するブラシレス励磁方式を採用してもよい。また、図3に示すように、複数の小ロータ50を備えた場合、各小ロータ50ごとに、界磁巻線101の励磁量を調整するための制御回路をそれぞれ備えることが好ましい。   As a method for exciting the field winding 101, a brushless excitation method that is used in a turbine generator for thermal power generation and that supplies power without contact without using a slip ring or a brush may be employed. As shown in FIG. 3, when a plurality of small rotors 50 are provided, it is preferable that a control circuit for adjusting the excitation amount of the field winding 101 is provided for each small rotor 50.

上記した構成において、大ロータ40が回転すると、大ロータ40の外周面の磁極と小ロータ50の外周面の磁極とが吸引または反発することによって、大ロータ40の回転に追従して小ロータ50が回転する。小ロータ50が回転すると、小ロータ50に固定された界磁ロータ100が回転し、小ロータ50の回転数に応じた電力が発電機60において発生する。   In the above configuration, when the large rotor 40 rotates, the magnetic poles on the outer peripheral surface of the large rotor 40 and the magnetic poles on the outer peripheral surface of the small rotor 50 are attracted or repelled, so that the small rotor 50 follows the rotation of the large rotor 40. Rotates. When the small rotor 50 rotates, the field rotor 100 fixed to the small rotor 50 rotates, and electric power corresponding to the rotational speed of the small rotor 50 is generated in the generator 60.

第2の実施の形態の回転電機30によれば、界磁ロータ100の励磁量を負荷状態や個々の小ロータ50の特性に応じて調整することができる。そのため、小ロータ50の取り付け位置や製造精度による伝達磁気力のばらつき、大ロータ40の回転速度の変化がある場合にも、小ロータ50を安定して回転することができる。これによって、脱調状態となることなく、発電機60から安定した発電出力を得ることができる。   According to the rotating electrical machine 30 of the second embodiment, the excitation amount of the field rotor 100 can be adjusted according to the load state and the characteristics of the individual small rotors 50. Therefore, the small rotor 50 can be stably rotated even when there is a variation in transmitted magnetic force depending on the mounting position and manufacturing accuracy of the small rotor 50 and a change in the rotational speed of the large rotor 40. Thereby, a stable power generation output can be obtained from the generator 60 without going out of step.

(第3の実施の形態)
図9は、第3の実施の形態の回転電機30における小ロータ50の配置構成を説明するための、回転電機30における大ロータ40の回転軸41に垂直な断面を模式的に示す図である。なお、図9において、小ロータ50は、断面図で示していない。
(Third embodiment)
FIG. 9 is a diagram schematically showing a cross section perpendicular to the rotating shaft 41 of the large rotor 40 in the rotating electrical machine 30 for explaining the arrangement configuration of the small rotors 50 in the rotating electrical machine 30 of the third embodiment. . In FIG. 9, the small rotor 50 is not shown in a sectional view.

第3の実施の形態の回転電機30では、図9に示すように、第1の実施の形態における小ロータ50(ここでは、小ロータ50aと呼ぶ)および、第2の実施の形態における小ロータ50(ここでは、小ロータ50bと呼ぶ)が、大ロータ40の外周面と離間、かつ対向して、周方向に交互に配置されている。   In the rotating electrical machine 30 of the third embodiment, as shown in FIG. 9, the small rotor 50 in the first embodiment (referred to herein as the small rotor 50a) and the small rotor in the second embodiment. 50 (referred to herein as the small rotor 50b) are alternately arranged in the circumferential direction so as to be spaced apart from and opposed to the outer peripheral surface of the large rotor 40.

第3の実施の形態の回転電機30において、小ロータ50a、50b内の発電機60からの出力は、変換器(図示しない)によって個別に直流に変換され、その直流出力は、加算回路(図示しない)によって加算される。そして、加算された直流出力は、交流変換器(図示しない)によって系統出力に相応した周波数の交流電力に変換される。   In the rotating electrical machine 30 according to the third embodiment, the output from the generator 60 in the small rotors 50a and 50b is individually converted into direct current by a converter (not shown), and the direct current output is added to an adder circuit (not shown). Not added). The added DC output is converted into AC power having a frequency corresponding to the system output by an AC converter (not shown).

第3の実施の形態の回転電機30によれば、発電機60からの出力の調整を小ロータ50bによって行うことで、永久磁石を用いた小ロータ50aの発電機60からの個別の出力制調整を行わなくても、安定した発電出力を得ることができる。また、すべての小ロータを界磁巻線101を用いた発電機60を有する小ロータ50bで構成する場合に比べて、界磁巻線101における電気抵抗損を小さくすることができる。そのため、より高い発電効率が得られ、発電出力を増大することができる。   According to the rotating electrical machine 30 of the third embodiment, the adjustment of the output from the generator 60 is performed by the small rotor 50b, so that the individual output control adjustment from the generator 60 of the small rotor 50a using the permanent magnet is performed. A stable power generation output can be obtained without performing the above. In addition, the electrical resistance loss in the field winding 101 can be reduced as compared with the case where all the small rotors are configured by the small rotor 50 b having the generator 60 using the field winding 101. Therefore, higher power generation efficiency can be obtained and the power generation output can be increased.

小ロータ50aと小ロータ50bとでは、重量や磁気力が異なるが、それぞれを、大ロータ40の周方向に交互に配置することで、大ロータ40の周方向の重量や磁気力バランスを良好に維持することができ、信頼性の高い回転電機を提供することができる。   The small rotor 50a and the small rotor 50b have different weights and magnetic forces, but by arranging them alternately in the circumferential direction of the large rotor 40, the circumferential weight and magnetic force balance of the large rotor 40 can be improved. A rotating electrical machine that can be maintained and has high reliability can be provided.

(第4の実施の形態)
図10は、第4の実施の形態の回転電機30の、図3の面Bにおいて切断した断面に相当する断面を大ロータ40の軸方向から見たときの図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 10 is a view of a rotary electric machine 30 according to the fourth embodiment when a cross section corresponding to a cross section cut along a plane B in FIG. 3 is viewed from the axial direction of the large rotor 40.

第4の実施の形態の回転電機30では、界磁ロータ70を備える第1の実施の形態の回転電機30とは異なり、誘導ロータ110を備えている。そのため、ここでは、この異なる構成について主に説明する。   Unlike the rotating electrical machine 30 of the first embodiment that includes the field rotor 70, the rotating electrical machine 30 of the fourth embodiment includes the induction rotor 110. Therefore, here, this different configuration will be mainly described.

第4の実施の形態の回転電機30における誘導ロータ110は、図10に示すように、誘導ロータ鉄心111と、回転子バー112と、エンドリング113とを備えている。   As shown in FIG. 10, the induction rotor 110 in the rotary electric machine 30 of the fourth embodiment includes an induction rotor core 111, a rotor bar 112, and an end ring 113.

誘導ロータ鉄心111は、例えば、リング状に構成され、非磁性リング54の内周面に設けられている。回転子バー112は、導体バーとして機能し、例えば、棒状に構成され、誘導ロータ鉄心111の内周面に設けられた軸51の方向に沿う導体溝に配置されている。なお、回転子バー112は、導体溝から抜けないように、例えば楔などで固定されている。また、導体溝を貫通孔で構成し、回転子バー112をその貫通孔に挿入する構成としてもよい。   The induction rotor iron core 111 is configured in a ring shape, for example, and is provided on the inner peripheral surface of the nonmagnetic ring 54. The rotor bar 112 functions as a conductor bar, for example, is formed in a rod shape, and is disposed in a conductor groove along the direction of the shaft 51 provided on the inner peripheral surface of the induction rotor core 111. The rotor bar 112 is fixed with, for example, a wedge so as not to come out of the conductor groove. Moreover, it is good also as a structure which comprises a conductor groove | channel by a through-hole and inserts the rotor bar | burr 112 in the through-hole.

エンドリング113は、リング状の部材として機能し、回転子バー112の一端側および他端側をそれぞれ短絡させるように設けられている。すなわち、回転子バー112およびエンドリング113によって、かご型の回転子導体114を構成している。   The end ring 113 functions as a ring-shaped member and is provided so as to short-circuit the one end side and the other end side of the rotor bar 112. That is, the rotor bar 112 and the end ring 113 constitute a squirrel-cage rotor conductor 114.

上記した誘導ロータ110および電機子ステータ80は、すなわち、アウターロータ型のかご型誘導機である。   The induction rotor 110 and the armature stator 80 described above are an outer rotor type squirrel cage induction machine.

第4の実施の形態の回転電機30において、大ロータ40が回転すると、大ロータ40の外周面の磁極と小ロータ50の外周面の磁極とが吸引または反発することによって、大ロータ40の回転に追従して小ロータ50が回転する。回転子導体114には、電機子巻線82によって供給される無効電力によって二次電流が誘起される。そして、二次電流の生じる磁界と、電機子巻線82の生じる磁界との相互作用によって、誘導ロータ110は、電機子巻線82に生じる回転磁界に対してすべりをもって回転し、電機子巻線82から電力が出力される。   In the rotating electrical machine 30 of the fourth embodiment, when the large rotor 40 rotates, the magnetic poles on the outer peripheral surface of the large rotor 40 and the magnetic poles on the outer peripheral surface of the small rotor 50 are attracted or repelled, thereby rotating the large rotor 40. Following this, the small rotor 50 rotates. A secondary current is induced in the rotor conductor 114 by the reactive power supplied by the armature winding 82. Then, due to the interaction between the magnetic field generated by the secondary current and the magnetic field generated by the armature winding 82, the induction rotor 110 rotates with a slip with respect to the rotating magnetic field generated in the armature winding 82. Power is output from 82.

複数の小ロータ50を備えた場合、各小ロータ50内の発電機60の電機子巻線82からの出力は、変換器(図示しない)によって個別に直流に変換され、その直流出力は、加算回路(図示しない)によって加算される。そして、加算された直流出力は、交流変換器(図示しない)によって系統出力に相応した周波数の交流電力に変換される。   When a plurality of small rotors 50 are provided, the output from the armature winding 82 of the generator 60 in each small rotor 50 is individually converted into direct current by a converter (not shown), and the direct current output is added. It is added by a circuit (not shown). The added DC output is converted into AC power having a frequency corresponding to the system output by an AC converter (not shown).

第4の実施の形態の回転電機30によれば、誘導ロータ110の回転と、電機子巻線82の回転磁界との間にすべりがあるため、負荷や各小ロータ50の特性に応じた差分を吸収することができる。そのため、各小ロータ50内の発電機60からの出力を調整せずに、出力を加算することができ、より簡素な構造で安定した発電出力を得ることができる。   According to the rotating electrical machine 30 of the fourth embodiment, since there is a slip between the rotation of the induction rotor 110 and the rotating magnetic field of the armature winding 82, the difference according to the load and the characteristics of each small rotor 50 Can be absorbed. Therefore, the outputs can be added without adjusting the output from the generator 60 in each small rotor 50, and a stable power output can be obtained with a simpler structure.

(第5の実施の形態)
図11は、第5の実施の形態の回転電機30の、図3の面Bにおいて切断した断面に相当する断面を大ロータ40の軸方向から見たときの図である。
(Fifth embodiment)
FIG. 11 is a view of a rotary electric machine 30 according to the fifth embodiment, as viewed from the axial direction of the large rotor 40, corresponding to a cross section taken along plane B of FIG. 3.

第5の実施の形態の回転電機30では、誘導ロータ120を備えている点が、界磁ロータ100を備える第2の実施の形態の回転電機30とは異なる。そのため、ここでは、この異なる構成について主に説明する。   The rotating electrical machine 30 of the fifth embodiment is different from the rotating electrical machine 30 of the second embodiment including the field rotor 100 in that the induction rotor 120 is provided. Therefore, here, this different configuration will be mainly described.

誘導ロータ120は、図11に示すように、非磁性リング54の内周面に設けられたリング状の誘導ロータ鉄心111と、この誘導ロータ鉄心111の内周面側に設けられた回転子巻線121を備えている。   As shown in FIG. 11, the induction rotor 120 includes a ring-shaped induction rotor core 111 provided on the inner peripheral surface of the nonmagnetic ring 54 and a rotor winding provided on the inner peripheral surface side of the induction rotor core 111. Line 121 is provided.

回転子巻線121は、例えば、誘導ロータ鉄心111の内周面に形成された溝などに嵌め込まれ、抜け落ちないように、楔などによって固定されている。また、回転子巻線121は、界磁用電力を供給する配線122の一端と接続されている。配線122の他端は、外部の電力源(図示しない)に接続された配線(図示しない)から電力が供給されるスリップリング123に電気的に接触するブラシ124に接続されている。配線122、ブラシ124、スリップリング123、外部の電力源(図示しない)および外部の電力源とスリップリング123との間の配線(図示しない)は、界磁用電力を供給する電力供給部として機能する。   For example, the rotor winding 121 is fitted in a groove or the like formed on the inner peripheral surface of the induction rotor core 111 and is fixed by a wedge or the like so as not to fall off. The rotor winding 121 is connected to one end of a wiring 122 that supplies field power. The other end of the wiring 122 is connected to a brush 124 that is in electrical contact with a slip ring 123 to which power is supplied from a wiring (not shown) connected to an external power source (not shown). The wiring 122, the brush 124, the slip ring 123, the external power source (not shown), and the wiring (not shown) between the external power source and the slip ring 123 function as a power supply unit that supplies field power. To do.

第5の実施の形態の回転電機30における誘導ロータ120および電機子ステータ80は、回転子巻線121に電機子ステータ80側から界磁用電力を供給する電力供給部を備えたアウターロータ型の巻線型誘導機である。   The induction rotor 120 and the armature stator 80 in the rotary electric machine 30 of the fifth embodiment are of an outer rotor type provided with a power supply section that supplies field power to the rotor winding 121 from the armature stator 80 side. It is a winding type induction machine.

なお、回転子巻線121の励磁方法としては、大容量のタービン発電機などで使用されている、スリップリングやブラシを用いずに非接触で給電するブラシレス励磁方式を採用してもよい。また、図3に示すように、複数の小ロータ50を備えた場合、各小ロータ50ごとに、回転子巻線121の励磁量を調整するための制御回路をそれぞれ備えることが好ましい。   As a method of exciting the rotor winding 121, a brushless excitation method that is used in a large-capacity turbine generator or the like that supplies power in a non-contact manner without using a slip ring or a brush may be employed. As shown in FIG. 3, when a plurality of small rotors 50 are provided, it is preferable that a control circuit for adjusting the excitation amount of the rotor winding 121 is provided for each small rotor 50.

第5の実施の形態の回転電機30において、大ロータ40が回転すると、大ロータ40の外周面の磁極と小ロータ50の外周面の磁極とが吸引または反発することによって、大ロータ40の回転に追従して小ロータ50が回転する。回転子巻線121には、電機子巻線82からの無効電力の供給によって励磁される。そして、誘導ロータ120とすべりをもった回転磁界が電機子巻線82に鎖交して、電機子巻線82から電力が出力される。   In the rotating electrical machine 30 of the fifth embodiment, when the large rotor 40 rotates, the magnetic poles on the outer peripheral surface of the large rotor 40 and the magnetic poles on the outer peripheral surface of the small rotor 50 are attracted or repelled, thereby rotating the large rotor 40. Following this, the small rotor 50 rotates. The rotor winding 121 is excited by the supply of reactive power from the armature winding 82. Then, a rotating magnetic field having a slip with the induction rotor 120 is linked to the armature winding 82, and electric power is output from the armature winding 82.

複数の小ロータ50を備えた場合、各小ロータ50内の発電機60の電機子巻線82からの出力は、変換器(図示しない)によって個別に直流に変換され、その直流出力は、加算回路(図示しない)によって加算される。そして、加算された直流出力は、交流変換器(図示しない)によって系統出力に相応した周波数の交流電力に変換される。   When a plurality of small rotors 50 are provided, the output from the armature winding 82 of the generator 60 in each small rotor 50 is individually converted into direct current by a converter (not shown), and the direct current output is added. It is added by a circuit (not shown). The added DC output is converted into AC power having a frequency corresponding to the system output by an AC converter (not shown).

第5の実施の形態の回転電機30によれば、誘導ロータ120の回転と、電機子巻線82の回転磁界との間にすべりがあるため、負荷や各小ロータ50の特性に応じた差分を吸収することができる。また、永久磁石発電機のような位置の検出が不要であり、より簡素な構造とすることができる。さらに、誘導ロータ120の回転子巻線121による出力の調整ができるため、安定した発電出力を得ることができる。   According to the rotating electrical machine 30 of the fifth embodiment, since there is a slip between the rotation of the induction rotor 120 and the rotating magnetic field of the armature winding 82, the difference according to the load and the characteristics of each small rotor 50 Can be absorbed. Moreover, the position detection like a permanent magnet generator is unnecessary, and it can be set as a simpler structure. Further, since the output of the rotor winding 121 of the induction rotor 120 can be adjusted, a stable power generation output can be obtained.

(第6の実施の形態)
図12は、第6の実施の形態の回転電機30における小ロータ50の配置構成を説明するための、回転電機30における大ロータ40の回転軸41に垂直な断面を模式的に示す図である。なお、図12において、小ロータ50は、断面図で示していない。
(Sixth embodiment)
FIG. 12 is a diagram schematically showing a cross section perpendicular to the rotating shaft 41 of the large rotor 40 in the rotating electrical machine 30 for explaining the arrangement configuration of the small rotors 50 in the rotating electrical machine 30 of the sixth embodiment. . In FIG. 12, the small rotor 50 is not shown in a sectional view.

第6の実施の形態の回転電機30では、図12に示すように、第1の実施の形態における小ロータ50(ここでは、小ロータ50aと呼ぶ)および、第4および第5の実施の形態における小ロータ50(ここでは、小ロータ50cと呼ぶ)が、大ロータ40の外周面と離間、かつ対向して、周方向に交互に配置されている。なお、小ロータ50cは、第4または第5の実施の形態における小ロータ50であってもよいし、第4および第5の実施の形態における小ロータ50を混在させてもよい。また、小ロータ50aは、第2のロータとして機能し、小ロータ50cは、第3のロータとして機能する。   In the rotating electrical machine 30 of the sixth embodiment, as shown in FIG. 12, the small rotor 50 (referred to herein as the small rotor 50a) in the first embodiment and the fourth and fifth embodiments. The small rotors 50 (referred to herein as small rotors 50c) are spaced apart from and opposed to the outer peripheral surface of the large rotor 40, and are alternately arranged in the circumferential direction. The small rotor 50c may be the small rotor 50 in the fourth or fifth embodiment, or the small rotor 50 in the fourth and fifth embodiments may be mixed. The small rotor 50a functions as a second rotor, and the small rotor 50c functions as a third rotor.

第6の実施の形態の回転電機30において、小ロータ50a、50c内の発電機60からの出力は、変換器(図示しない)によって個別に直流に変換され、その直流出力は、加算回路(図示しない)によって加算される。そして、加算された直流出力は、交流変換器(図示しない)によって系統出力に相応した周波数の交流電力に変換される。   In the rotating electrical machine 30 of the sixth embodiment, the output from the generator 60 in the small rotors 50a and 50c is individually converted to direct current by a converter (not shown), and the direct current output is added to an adder circuit (not shown). Not added). The added DC output is converted into AC power having a frequency corresponding to the system output by an AC converter (not shown).

第6の実施の形態の回転電機30によれば、誘導発電機を備えた小ロータ50cでは、誘導ロータ110、120の回転と、電機子巻線82の回転磁界との間にすべりがあるため、負荷や各小ロータ50cの特性に応じた差分を吸収することができる。一方、同期発電機を備えた小ロータ50aでは、ロータ側での電気抵抗損が発生しないため、より高い発電効率が得られる。そのため、構造を簡素化しつつ、高効率で安定した発電出力を得ることができる。   According to the rotating electrical machine 30 of the sixth embodiment, in the small rotor 50c provided with the induction generator, there is a slip between the rotation of the induction rotors 110 and 120 and the rotating magnetic field of the armature winding 82. The difference according to the load and the characteristics of each small rotor 50c can be absorbed. On the other hand, in the small rotor 50a provided with the synchronous generator, the electric resistance loss on the rotor side does not occur, so that higher power generation efficiency can be obtained. Therefore, highly efficient and stable power generation output can be obtained while simplifying the structure.

(第7の実施の形態)
図13は、第7の実施の形態の回転電機30における小ロータ50の配置構成を説明するための、回転電機30における大ロータ40の回転軸41に垂直な断面を模式的に示す図である。なお、図13において、小ロータ50は、断面図で示していない。
(Seventh embodiment)
FIG. 13 is a diagram schematically showing a cross section perpendicular to the rotation shaft 41 of the large rotor 40 in the rotating electrical machine 30 for explaining the arrangement configuration of the small rotors 50 in the rotating electrical machine 30 of the seventh embodiment. . In FIG. 13, the small rotor 50 is not shown in a sectional view.

第7の実施の形態の回転電機30では、図13に示すように、第1の実施の形態における小ロータ50が、大ロータ40の外周面と離間、かつ対向して、周方向に交互に配置されている。なお、ここでは、小ロータとして、第1の実施の形態における小ロータ50を備えた一例を示しているが、小ロータは、第2、第4または第5の実施の形態における小ロータ50であってもよいし、第2、第4および第5の実施の形態における小ロータ50を混在させてもよい。   In the rotating electrical machine 30 of the seventh embodiment, as shown in FIG. 13, the small rotors 50 in the first embodiment are alternately spaced apart from and opposed to the outer peripheral surface of the large rotor 40 in the circumferential direction. Has been placed. Here, an example in which the small rotor 50 in the first embodiment is provided as the small rotor is shown, but the small rotor is the small rotor 50 in the second, fourth, or fifth embodiment. Alternatively, the small rotors 50 in the second, fourth, and fifth embodiments may be mixed.

第7の実施の形態の回転電機30では、図13に示すように、複数の小ロータ50を、例えば4つのロータ群に区分し、各ロータ群に1つの加算器130を備えている。なお、ロータ群の区分数は、特に限定されるものではなく、複数であればよい。1つのロータ群を構成する各小ロータ50の発電機60の電機子巻線82からの出力は、加算器130で統合される。各加算器130で統合された出力は、それぞれ、交流変換器(図示しない)によって系統出力に相応した周波数の交流電力に変換され、例えば変圧器(図示しない)などを介して系統に接続される。   In the rotating electrical machine 30 of the seventh embodiment, as shown in FIG. 13, a plurality of small rotors 50 are divided into, for example, four rotor groups, and one adder 130 is provided for each rotor group. Note that the number of divisions of the rotor group is not particularly limited, and may be plural. Outputs from the armature windings 82 of the generator 60 of each small rotor 50 constituting one rotor group are integrated by an adder 130. The output integrated by each adder 130 is converted into AC power having a frequency corresponding to the system output by an AC converter (not shown), and connected to the system via, for example, a transformer (not shown). .

第7の実施の形態の回転電機30によれば、各ロータ群における出力が独立して系統に送られるので、一部のロータ群の小ロータ50の運転を停止しても、残りのロータ群から発電出力を得ることができる。そのため、例えば、事故時の交換作業や保守作業を、発電出力を得ながら実施することができる。また、系統側の要求負荷が小さい場合には、一部のロータ群における小ロータ50のみを運転することによって、運転しないロータ群における小ロータ50や発電機60の部品の寿命を延伸することも可能となる。   According to the rotating electrical machine 30 of the seventh embodiment, since the output of each rotor group is independently sent to the system, even if the operation of the small rotors 50 of some of the rotor groups is stopped, the remaining rotor groups Power generation output can be obtained. Therefore, for example, replacement work and maintenance work at the time of an accident can be performed while obtaining power generation output. In addition, when the required load on the system side is small, by operating only the small rotor 50 in a part of the rotor group, it is possible to extend the life of the components of the small rotor 50 and the generator 60 in the rotor group that is not operated. It becomes possible.

ここで、上記したロータ群のうちの少なくとも1つのロータ群を構成する小ロータ50を、発電機またはモータとして運転可能な同期機が備えられた小ロータ50で構成してもよい。また、上記したロータ群のうちの少なくとも1つのロータ群を構成する小ロータ50を、発電機またはモータとして運転可能な誘導機が備えられた小ロータ50で構成してもよい。   Here, you may comprise the small rotor 50 which comprises the synchronous machine which can be drive | operated as a generator or a motor as the small rotor 50 which comprises at least 1 rotor group among the above-mentioned rotor groups. Moreover, you may comprise the small rotor 50 which comprises the induction machine which can be drive | operated as a generator or a motor for the small rotor 50 which comprises at least 1 rotor group among the above-mentioned rotor groups.

この場合、1つの回転電機30において、発電機モードと同時にモータモードでの運転が可能となる。そのため、風力発電システムにおいて、例えば、風速が低く、風車が回転できない場合、一部のロータ群における運転モードをモータモードとして、風車にトルクを与え、風車を回転させることができる。これによって、発電を開始する最小風速であるカットイン速度を低くすることができ、発電機の運転範囲を拡張することができる。この場合、例えば、モータモードにする小ロータを誘導機が備えられた小ロータ50で構成することで、永久磁石同期機のような位置センサを用いることなく起動することができ、より簡素な構成となる。   In this case, one rotating electrical machine 30 can be operated in the motor mode simultaneously with the generator mode. Therefore, in the wind power generation system, for example, when the wind speed is low and the windmill cannot rotate, the operation mode in a part of the rotor group can be set as the motor mode to apply torque to the windmill and rotate the windmill. As a result, the cut-in speed, which is the minimum wind speed at which power generation is started, can be lowered, and the operating range of the generator can be expanded. In this case, for example, by configuring the small rotor in the motor mode with the small rotor 50 provided with the induction machine, it is possible to start without using a position sensor such as a permanent magnet synchronous machine, and a simpler configuration. It becomes.

以上説明した実施形態によれば、磁気ウォームギヤを用いた回転電機において、伝達磁気力のばらつきや、大ロータの回転速度が変化したときにおいても、安定した発電出力を得ることが可能となる。   According to the embodiment described above, in a rotating electrical machine using a magnetic worm gear, it is possible to obtain a stable power generation output even when the transmission magnetic force varies or the rotational speed of the large rotor changes.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10…風力発電システム、20…ナセル、21…風車翼、22…タワー、23…翼軸、30…回転電機、31…電力調整部、32…回転軸、33…ケーブル、40…大ロータ、41…回転軸、43…間隙、44,52,72…永久磁石、45,53…磁性材、50,50a,50b,50c…小ロータ、51…軸、54…非磁性リング、55…支持部材、60…発電機、70…界磁ロータ、71…界磁ロータ鉄心、80…電機子ステータ、81…ステータ鉄心、82…電機子巻線、90…軸受、100…界磁ロータ、101…界磁巻線、102,123…スリップリング、103,124…ブラシ、104,122…配線、110,120…誘導ロータ、111…誘導ロータ鉄心、112…回転子バー、113…エンドリング、114…回転子導体、121…回転子巻線、130…加算器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Wind power generation system, 20 ... Nacelle, 21 ... Windmill blade, 22 ... Tower, 23 ... Blade axis, 30 ... Rotary electric machine, 31 ... Electric power adjustment part, 32 ... Rotary shaft, 33 ... Cable, 40 ... Large rotor, 41 ... rotating shaft, 43 ... gap, 44, 52, 72 ... permanent magnet, 45, 53 ... magnetic material, 50, 50a, 50b, 50c ... small rotor, 51 ... shaft, 54 ... nonmagnetic ring, 55 ... support member, DESCRIPTION OF SYMBOLS 60 ... Generator, 70 ... Field rotor, 71 ... Field rotor core, 80 ... Armature stator, 81 ... Stator iron core, 82 ... Armature winding, 90 ... Bearing, 100 ... Field rotor, 101 ... Field magnet Winding, 102, 123 ... slip ring, 103, 124 ... brush, 104, 122 ... wiring, 110, 120 ... induction rotor, 111 ... induction rotor core, 112 ... rotor bar, 113 ... end ring, 114 ... rotation Conductor, 121 ... rotor winding, 130 ... adder.

Claims (15)

外周面に永久磁石により形成される磁極を有する第1のロータと、
前記第1のロータの外周面に離間して対向配置され、非磁性リングの外周面に、前記第1のロータの磁極間隔に応じて磁気的に結合するように、永久磁石により形成される螺旋状の磁極を有する、少なくとも1つの第2のロータと、
前記非磁性リングの内径側に固定され、前記第2のロータの内径側に向けて磁束を発生する界磁ロータと、
前記界磁ロータの内径側に離間して対向配置され、前記界磁ロータの回転に合わせて回転する回転磁界が鎖交する複数の電機子巻線を備えた電機子ステータと
を具備することを特徴とする回転電機。
A first rotor having magnetic poles formed of permanent magnets on the outer peripheral surface;
A spiral formed by a permanent magnet so as to be spaced from and opposed to the outer peripheral surface of the first rotor and to be magnetically coupled to the outer peripheral surface of the nonmagnetic ring in accordance with the magnetic pole spacing of the first rotor. At least one second rotor having a magnet-shaped magnetic pole;
A field rotor fixed to the inner diameter side of the non-magnetic ring and generating a magnetic flux toward the inner diameter side of the second rotor;
An armature stator provided with a plurality of armature windings spaced apart and opposed to the inner diameter side of the field rotor and interlinked with a rotating magnetic field that rotates in accordance with the rotation of the field rotor. A rotating electric machine that is characterized.
前記界磁ロータおよび前記電機子ステータは、前記界磁ロータの周方向に交互にN極とS極となる界磁磁極を構成するように永久磁石が配置されたアウターロータ型の永久磁石型同期機であることを特徴とする請求項1記載の回転電機。   The field rotor and the armature stator are an outer rotor type permanent magnet type synchronization in which permanent magnets are arranged so as to constitute field magnetic poles having N and S poles alternately in the circumferential direction of the field rotor. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the rotating electrical machine is a machine. 前記界磁ロータおよび前記電機子ステータは、前記界磁ロータの周方向に交互にN極とS極となる界磁磁極を構成するように配置された界磁巻線、および前記界磁巻線に前記電機子ステータ側から界磁用電力を供給する電力供給部を備えたアウターロータ型の巻線界磁型同期機であることを特徴とする請求項1記載の回転電機。   The field rotor and the armature stator are arranged so as to constitute field magnetic poles having N and S poles alternately in a circumferential direction of the field rotor, and the field winding 2. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the rotating electric machine is an outer rotor type winding field type synchronous machine provided with a power supply unit for supplying field power from the armature stator side. 前記電力供給部によって前記界磁巻線に供給される界磁量が、各前記界磁ロータごとに調整されることを特徴とする請求項3記載の回転電機。   4. The rotating electrical machine according to claim 3, wherein a field amount supplied to the field winding by the power supply unit is adjusted for each of the field rotors. 少なくとも1つの前記第2のロータにおいて、前記界磁ロータおよび前記電機子ステータは、前記界磁ロータの周方向に交互にN極とS極となる界磁磁極を構成するように永久磁石が配置されたアウターロータ型の永久磁石型同期機であり、
少なくとも1つの前記第2のロータにおいて、前記界磁ロータおよび前記電機子ステータは、前記界磁ロータの周方向に交互にN極とS極となる界磁磁極を構成するように配置された界磁巻線、および前記界磁巻線に前記電機子ステータ側から界磁用電力を供給する電力供給部を備えたアウターロータ型の巻線界磁型同期機であることを特徴とする請求項1記載の回転電機。
In at least one of the second rotors, permanent magnets are arranged so that the field rotor and the armature stator form field magnetic poles alternately having N and S poles in the circumferential direction of the field rotor. An outer rotor type permanent magnet type synchronous machine,
In at least one of the second rotors, the field rotor and the armature stator are arranged so as to form field magnetic poles alternately having N and S poles in the circumferential direction of the field rotor. The outer rotor type winding field type synchronous machine comprising a magnetic winding and a power supply unit for supplying field power to the field winding from the armature stator side. 1. The rotating electrical machine according to 1.
外周面に永久磁石により形成される磁極を有する第1のロータと、
前記第1のロータの外周面に離間して対向配置され、非磁性リングの外周面に、前記第1のロータの磁極間隔に応じて磁気的に結合するように、永久磁石により形成される螺旋状の磁極を有する、少なくとも1つの第2のロータと、
前記非磁性リングの内径側に固定された誘導ロータと、
前記誘導ロータの内径側に離間して対向配置され、前記誘導ロータの回転とすべりを有して回転する回転磁界が鎖交する電機子巻線を備えた電機子ステータと
を具備することを特徴とする回転電機。
A first rotor having magnetic poles formed of permanent magnets on the outer peripheral surface;
A spiral formed by a permanent magnet so as to be spaced from and opposed to the outer peripheral surface of the first rotor and to be magnetically coupled to the outer peripheral surface of the nonmagnetic ring in accordance with the magnetic pole spacing of the first rotor. At least one second rotor having a magnet-shaped magnetic pole;
An induction rotor fixed to the inner diameter side of the non-magnetic ring;
An armature stator having armature windings arranged opposite to each other on the inner diameter side of the induction rotor and having a rotation magnetic field that rotates and slides with the induction rotor. Rotating electric machine.
前記誘導ロータは、内径側の導体溝に配置された、一端側および他端側がそれぞれリング状の部材によって短絡された導体バーを備え、
前記誘導ロータおよび前記電機子ステータは、アウターロータ型のかご型誘導機であることを特徴とする請求項6記載の回転電機。
The induction rotor includes a conductor bar disposed in the inner-diameter side conductor groove, one end side and the other end side being short-circuited by ring-shaped members, respectively.
The rotating electrical machine according to claim 6, wherein the induction rotor and the armature stator are outer rotor type squirrel cage induction machines.
前記誘導ロータは、内径側の導体溝に配置された回転子巻線を備え、
前記誘導ロータおよび前記電機子ステータは、前記回転子巻線に前記電機子ステータ側から界磁用電力を供給する電力供給部を備えたアウターロータ型の巻線型誘導機であることを特徴とする請求項6記載の回転電機。
The induction rotor includes a rotor winding disposed in a conductor groove on the inner diameter side,
The induction rotor and the armature stator are outer rotor type winding induction machines including a power supply unit that supplies field power to the rotor winding from the armature stator side. The rotating electrical machine according to claim 6.
外周面に永久磁石により形成される磁極を有する第1のロータと、
前記第1のロータの外周面に離間して対向配置され、非磁性リングの外周面に、前記第1のロータの磁極間隔に応じて磁気的に結合するように、永久磁石により形成される螺旋状の磁極を有する、少なくとも1つの第2のロータと、
前記第2のロータの非磁性リングの内径側に固定され、前記第2のロータの内径側に向けて磁束を発生する界磁ロータと、
前記界磁ロータの内径側に離間して対向配置され、前記界磁ロータの回転に合わせて回転する回転磁界が鎖交する複数の電機子巻線を備えた電機子ステータと、
前記第1のロータの外周面に離間して対向配置され、非磁性リングの外周面に、前記第1のロータの磁極間隔に応じて磁気的に結合するように、永久磁石により形成される螺旋状の磁極を有する、少なくとも1つの第3のロータと、
前記第3のロータの非磁性リングの内径側に固定された誘導ロータと、
前記誘導ロータの内径側に離間して対向配置され、前記誘導ロータの回転とすべりを有して回転する回転磁界が鎖交する電機子巻線を備えた電機子ステータと
を具備することを特徴とする回転電機。
A first rotor having magnetic poles formed of permanent magnets on the outer peripheral surface;
A spiral formed by a permanent magnet so as to be spaced from and opposed to the outer peripheral surface of the first rotor and to be magnetically coupled to the outer peripheral surface of the nonmagnetic ring in accordance with the magnetic pole spacing of the first rotor. At least one second rotor having a magnet-shaped magnetic pole;
A field rotor fixed to the inner diameter side of the non-magnetic ring of the second rotor and generating a magnetic flux toward the inner diameter side of the second rotor;
An armature stator provided with a plurality of armature windings spaced apart and opposed to the inner diameter side of the field rotor and linked with a rotating magnetic field that rotates in accordance with the rotation of the field rotor;
A spiral formed by a permanent magnet so as to be spaced from and opposed to the outer peripheral surface of the first rotor and to be magnetically coupled to the outer peripheral surface of the nonmagnetic ring in accordance with the magnetic pole spacing of the first rotor. At least one third rotor having a pole-shaped pole;
An induction rotor fixed to the inner diameter side of the nonmagnetic ring of the third rotor;
An armature stator having armature windings arranged opposite to each other on the inner diameter side of the induction rotor and having a rotation magnetic field that rotates and slides with the induction rotor. Rotating electric machine.
前記第2のロータおよび前記第3のロータが、第1のロータの周方向に、所定の間隔をあけて交互に配置されていることを特徴とする請求項9記載の回転電機。   The rotating electrical machine according to claim 9, wherein the second rotor and the third rotor are alternately arranged at a predetermined interval in a circumferential direction of the first rotor. 複数の前記第2のロータを備える場合において、前記第2のロータを2つ以上のロータ群に区分し、各区分ごとに直流出力を加算して、系統に接続するする加算回路を備えたことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項記載の回転電機。   In the case where a plurality of the second rotors are provided, an addition circuit is provided that divides the second rotor into two or more rotor groups, adds a direct current output for each division, and connects to the system. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein: 複数の前記第2のロータおよび前記第3のロータを備える場合において、前記第2のロータおよび前記第3のロータをそれぞれ2つ以上のロータ群に区分し、各区分ごとに直流出力を加算して、系統に接続するする加算回路を備えたことを特徴とする請求項9または10記載の回転電機。   In the case where a plurality of the second rotor and the third rotor are provided, the second rotor and the third rotor are each divided into two or more rotor groups, and a DC output is added for each division. The rotating electrical machine according to claim 9 or 10, further comprising an adder circuit connected to the system. 前記ロータ群のうち、少なくとも1つのロータ群を、発電機またはモータとして運転可能な同期機で構成したことを特徴とする請求項11または12記載の回転電機。   The rotating electrical machine according to claim 11 or 12, wherein at least one of the rotor groups is configured by a synchronous machine operable as a generator or a motor. 前記ロータ群のうち、少なくとも1つのロータ群を、発電機またはモータとして運転可能な誘導機で構成したことを特徴とする請求項11または12記載の回転電機。   The rotating electrical machine according to claim 11 or 12, wherein at least one of the rotor groups is configured by an induction machine operable as a generator or a motor. 請求項1乃至14のいずれか1項記載の回転電機を備え、
前記第1のロータが風力により回転する軸と連結され、風力から電力を生成することを特徴とする風力発電システム。
A rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 14,
A wind power generation system, wherein the first rotor is connected to a shaft that is rotated by wind power, and generates electric power from the wind power.
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