JP2015047034A - アキシャルギャップ型発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却性能を十分に向上させることによって、信頼性の向上、発電性能の向上などを実現することができる、アキシャルギャップ型発電機を提供する。【解決手段】本実施形態のアキシャルギャップ型発電機は、磁石が設けられている回転子と、コイルが設けられている固定子とを備え、回転子と固定子とが回転軸の軸方向においてギャップを介して配置されている。また、回転子の回転によって冷却風を生ずるブレードが、回転子に設置されている。ここでは、ブレードによって生ずる冷却風が回転子と固定子との間のギャップにおいて回転軸の径方向の内側から外側に流れるように、ブレードが回転子に設置されている。【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、アキシャルギャップ型発電機に関する。

アキシャルギャップ型発電機は、回転軸の軸方向に沿って固定子と回転子とがギャップを介して設置されている。アキシャルギャップ型発電機において、固定子には、コイルが設けられ、回転子には、磁石（永久磁石）が設けられている。アキシャルギャップ型発電機は、たとえば、風力発電装置に設置されている（たとえば、特許文献１参照）。

アキシャルギャップ型発電機は、発電動作の際に発熱が起こるため、固定子および回転子を冷却する必要がある。このため、アキシャルギャップ型発電機は、固定子と回転子との間のギャップに冷却風が流れるように構成されている。たとえば、固定子および回転子がハウジングに収容されていない「開放型」の場合には、アキシャルギャップ型発電機の周囲から流入する風を冷却風として利用している。

図１４は、第１の従来技術に係るアキシャルギャップ型発電機を示す図である。図１４では、アキシャルギャップ型発電機の断面を示している。

図１４に示すように、アキシャルギャップ型発電機１００は、たとえば、開放型であって、一対の回転子２１，２２と、固定子３１とを有する。

図１５は、第１の従来技術に係るアキシャルギャップ型発電機において、回転子を示す図である。図１５（ａ）は、一対の回転子２１，２２のうち、第１の回転子２１を示し、図１５（ｂ）は、第２の回転子２２を示している。図１５（ａ）では、第１の回転子２１において第２の回転子２２に対面する面を示している。図１５（ｂ）では、第２の回転子２２において第２の回転子２２に対面する面を示している。

アキシャルギャップ型発電機１００において、第１の回転子２１と第２の回転子２２とのそれぞれは、図１４，図１５に示すように、中央部分に開口２１Ｋ，２２Ｋが形成されており、回転軸１１が開口２１Ｋ，２２Ｋを貫通している。図１５に示すように、第１の回転子２１と第２の回転子２２とのそれぞれは、リブ１１Ｒを介して、回転軸１１に連結されている。

また、図１４，図１５に示すように、第１の回転子２１と第２の回転子２２とのそれぞれは、磁石２１１，２２１を有する。磁石２１１，２２１は、第１の回転子２１と第２の回転子２２とのそれぞれにおいて、互いが対面する面に複数が設けられている。この他に、第１の回転子２１と第２の回転子２２とのそれぞれにおいては、外周部分にガイド２１Ｇ，２２Ｇが設けられている。

アキシャルギャップ型発電機１００において、固定子３１は、図１４に示すように、第１の回転子２１と第２の回転子２２との間に設置されている。固定子３１は、第１の回転子２１と第２の回転子２２とのそれぞれとの間に、ギャップＧ１，Ｇ２が介在している。固定子３１は、中央部分に開口３１Ｋが形成されており、その開口３１Ｋを回転軸１１が貫通している。

また、固定子３１は、図１４に示すように、コイル３１１を有する。コイル３１１は、固定子３１の内部に内蔵されている。図示を省略しているが、コイル３１１は、複数の磁石２１１，２２１と同様に、回転軸１１の回転方向Ｒ（周方向）に複数が配列されている。コイル３１１は、たとえば、樹脂などの絶縁物（図示省略）によって覆われており、周囲から絶縁されている。

図１６は、第１の従来技術に係るアキシャルギャップ型発電機において、冷却風の流れを示す図である。図１６は、図１４と同様に、アキシャルギャップ型発電機の断面を示しており、その断面において流れる冷却風の概要を模式的に示している。

図１６に示すように、アキシャルギャップ型発電機１００が開放型の場合には、アキシャルギャップ型発電機１００の周囲から流入する風を、冷却風Ｆ１０，Ｆ１１，Ｆ２０，Ｆ２１として用いる。ここでは、たとえば、第１の回転子２１の側から第２の回転子２２の側へ流れる風を、アキシャルギャップ型発電機１００において、冷却風Ｆ１０，Ｆ１１，Ｆ２０，Ｆ２１として用いる。

具体的には、冷却風Ｆ１０が、アキシャルギャップ型発電機１００の周囲から第１の回転子２１の開口２１Ｋに誘導される。その冷却風Ｆ１０は、回転軸１１の軸方向において第１の回転子２１の側から第２の回転子２２の側へ流れ、第１の回転子２１の開口２１Ｋを通過する。そして、その第１の回転子２１の開口２１Ｋを通過した冷却風Ｆ１０は、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１に流入すると共に、固定子３１の開口３１Ｋに流入する。第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１に流入した冷却風Ｆ１１は、回転軸１１の径方向の内側から外側へ向かって流れる。そして、固定子３１の開口３１Ｋに流入した冷却風Ｆ２０は、その開口３１Ｋを通過した後に、第２の回転子２２と固定子３１との間のギャップＧ２に流入する。第２の回転子２２と固定子３１との間のギャップＧ２に流入した冷却風Ｆ２１は、回転軸１１の径方向の内側から外側へ向かって流れる。

このようにして、アキシャルギャップ型発電機１００においては、第１の回転子２１、第２の回転子２２、および、固定子３１について冷却が行われる。

しかし、上記のアキシャルギャップ型発電機１００では、十分に冷却を行うことができずに、信頼性の低下、発電性能の低下などが生ずる場合がある。たとえば、周囲の風が弱い場合や無風の場合において発電機の回転軸１１が惰性で回転するときには、固定子３１と回転子２１，２２との間のギャップＧ１，Ｇ２に冷却風が十分に流入しないため、冷却が不十分な場合がある。その結果、アキシャルギャップ型発電機１００において高温になった磁石が十分に冷却されずに、減磁が生じ、発電出力が低下する場合がある。

このため、アキシャルギャップ型発電機において、冷却を効果的に行うために、種々の方法が提案されている。

たとえば、回転子において固定子に対面する面に対して反対側の面にラジアルファンを設置すると共に、径方向の外側に排風口を設けること等が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。また、固定子の外周部に放熱フィンを設置すると共に、冷却ファンを回転子の外周部に設置して冷却風を放熱フィンに送風すること等が提案されている（たとえば、特許文献３参照）。また、回転子に冷却通路を形成すると共に、ファンを回転軸に設置して、冷却通路に冷却風を送風すること等が提案されている（たとえば、特許文献４参照）。

図１７は、第２の従来技術に係るアキシャルギャップ型発電機を示す図である。図１７では、図１４と同様に、アキシャルギャップ型発電機の断面を示している。

図１７に示すように、アキシャルギャップ型発電機１００ｂにおいては、上述したアキシャルギャップ型発電機１００（図１４などを参照）と異なり、冷却を効果的に行うために、第１の回転子２１と第２の回転子２２とのそれぞれに、ブレード２１２Ｊ，２２２Ｊが設置されている。

具体的には、第１の回転子２１において第２の回転子２２に対面する面側とは反対側の面に、ブレード２１２Ｊが設置されている。また、第２の回転子２２において第１の回転子２２に対面する面側とは反対側の面に、ブレード２２２Ｊが設置されている。

図１８は、第２の従来技術に係るアキシャルギャップ型発電機において、冷却風の流れを示す図である。図１８は、図１７と同様に、アキシャルギャップ型発電機の断面を示しており、その断面において流れる冷却風の概要を模式的に示している。図１８（ａ）は、アキシャルギャップ型発電機１００の周囲が無風の場合を示し、図１８（ｂ）は、アキシャルギャップ型発電機１００の周囲から風が冷却風として流入する場合を示している。

図１８（ａ）に示すように、周囲が無風の場合において回転軸１１が惰性で回転するときには、ブレード２１２Ｊ，２２２Ｊによって冷却風Ｍ１０ｊ，Ｍ２０ｊが発生して流れる。ここでは、第１の回転子２１のうち第２の回転子２２に対面する面とは反対側の面側において、冷却風Ｍ１０ｊが、回転軸１１の径方向にて内側から外側へ向かって流れる。また、第２の回転子２２のうち第１の回転子２１に対面する面とは反対側の面側において、冷却風Ｍ２０ｊが、回転軸１１の径方向にて内側から外側へ向かって流れる。

図１８（ｂ）に示すように、周囲の風が冷却風として流入する場合において回転軸１１が回転するときには、図１８（ａ）に示した場合と同様に、ブレード２１２Ｊ，２２２Ｊによって、冷却風Ｍ１０ｊ，Ｍ２０ｊが発生して流れる。これと共に、図１６に示した場合と同様に、冷却風Ｆ１０，Ｆ１１，Ｆ２０，Ｆ２１が流れる。

しかし、図１８（ａ）および図１８（ｂ）から判るように、アキシャルギャップ型発電機１００ｂが開放型の場合、ブレード２１２Ｊ，２２２Ｊによって生じた冷却風Ｍ１０ｊ，Ｍ２０ｊは、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１、および、第２の回転子２２と固定子３１との間のギャップＧ２を流れない。

このため、上記のアキシャルギャップ型発電機１００ｂにおいても、冷却が十分でなく、信頼性の低下、発電性能の低下などが生ずる場合がある。たとえば、高温になった磁石２１１，２２１が十分に冷却されずに減磁が生じ、発電出力が低下する場合がある。

特公表2012-505338号公報 特開2008-245356号公報 特開2010-288445号公報 特開2012-95534号公報

したがって、本発明が解決しようとする課題は、冷却性能を十分に向上させることによって、信頼性の向上、発電性能の向上などを実現することができる、アキシャルギャップ型発電機を提供することである。

本実施形態のアキシャルギャップ型発電機は、磁石が設けられている回転子と、コイルが設けられている固定子とを備え、回転子と固定子とが回転軸の軸方向においてギャップを介して配置されている。また、回転子の回転によって冷却風を生ずるブレードが、回転子に設置されている。ここでは、ブレードによって生ずる冷却風が回転子と固定子との間のギャップにおいて回転軸の径方向の内側から外側に流れるように、ブレードが回転子に設置されている。

図１は、第１実施形態に係るアキシャルギャップ型発電機を示す図である。 図２は、第１実施形態に係るアキシャルギャップ型発電機において、回転子を示す図である。 図３は、第１実施形態に係るアキシャルギャップ型発電機において、ブレードを拡大して示す図である。 図４は、第１実施形態に係るアキシャルギャップ型発電機において、冷却風の流れを示す図である。 図５は、第１実施形態に係るアキシャルギャップ型発電機において、冷却風の流れを示す図である。 図６は、第２実施形態に係るアキシャルギャップ型発電機を示す図である。 図７は、第２実施形態に係るアキシャルギャップ型発電機において、回転子を示す図である。 図８は、第２実施形態に係るアキシャルギャップ型発電機において、冷却風の流れを示す図である。 図９は、第２実施形態に係るアキシャルギャップ型発電機において、冷却風の流れを示す図である。 図１０は、第３実施形態に係るアキシャルギャップ型発電機を示す図である。 図１１は、第３実施形態に係るアキシャルギャップ型発電機において、回転子を示す図である。 図１２は、第３実施形態に係るアキシャルギャップ型発電機において、冷却風の流れを示す図である。 図１３は、第３実施形態に係るアキシャルギャップ型発電機において、冷却風の流れを示す図である。 図１４は、第１の従来技術に係るアキシャルギャップ型発電機を示す図である。 図１５は、第１の従来技術に係るアキシャルギャップ型発電機において、回転子を示す図である。 図１６は、第１の従来技術に係るアキシャルギャップ型発電機において、冷却風の流れを示す図である。 図１７は、第２の従来技術に係るアキシャルギャップ型発電機を示す図である。 図１８は、第２の従来技術に係るアキシャルギャップ型発電機において、冷却風の流れを示す図である。

実施形態について、図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
［Ａ］アキシャルギャップ型発電機の構成
図１は、第１実施形態に係るアキシャルギャップ型発電機を示す図である。図１では、断面を示している。

図１に示すように、アキシャルギャップ型発電機１は、たとえば、開放型であって、一対の回転子２１，２２と、固定子３１とを有する。

図示を省略しているが、アキシャルギャップ型発電機１は、たとえば、アップウィンド形の風力発電装置に設置されるものであって、回転軸１１の径方向に沿って延在する複数の風車翼（図示省略）が、たとえば、第１の回転子２１および第２の回転子２２に固定されている。アキシャルギャップ型発電機１では、回転軸１１の軸方向において第１の回転子２１の側から第２の回転子２２の側へ流れる風を複数の風車翼（図示省略）が受けて、回転軸１１が回転することによって、発電が行なわれる。

アキシャルギャップ型発電機１を構成する各部について、順次、説明する。

［Ａ−１］一対の回転子２１，２２について
図２は、第１実施形態に係るアキシャルギャップ型発電機において、回転子を示す図である。

図２（ａ）は、一対の回転子２１，２２のうち、第１の回転子２１を示しており、図２（ｂ）は、第２の回転子２２を示している。図２（ａ）では、第１の回転子２１において第２の回転子２２に対面する面を示している。図２（ｂ）では、第２の回転子２２において第２の回転子２２に対面する面を示している。

アキシャルギャップ型発電機１において、第１の回転子２１と第２の回転子２２とのそれぞれは、図１，図２（ａ），図２（ｂ）に示すように、リング形状の板状体であって、中央部分に円形の開口２１Ｋ，２２Ｋが形成されている。第１の回転子２１の開口２１Ｋと、第２の回転子２２の開口２２Ｋとのそれぞれは、内径が互いに同じになるように形成されている。

第１の回転子２１と第２の回転子２２とのそれぞれは、図１に示すように、回転軸１１が開口２１Ｋ，２２Ｋを貫通しており、回転軸１１と同軸になるように設置されている。第１の回転子２１と第２の回転子２２とのそれぞれは、図２（ａ），図２（ｂ）に示すように、リブ１１Ｒを介して、回転軸１１に連結されている。具体的には、第１の回転子２１と第２の回転子２２とのそれぞれの開口２１Ｋ，２２Ｋにおいて、複数のリブ１１Ｒが回転軸１１の径方向に沿って延在するように設けられており、複数のリブ１１Ｒのそれぞれは、一端部が回転軸１１に固定され、他端部が第１の回転子２１と第２の回転子２２とのそれぞれに固定されている。なお、図示を省略しているが、回転軸１１は、軸受（図示省略）に回転自在に支持されている。また、図１では、リブ１１Ｒの図示を省略している。

第１の回転子２１と第２の回転子２２とのそれぞれは、図１，図２（ａ），図２（ｂ）に示すように、磁石２１１，２２１（永久磁石）を有する。図１に示すように、磁石２１１，２２１は、第１の回転子２１と第２の回転子２２とのそれぞれにおいて、互いが対面する面に設けられている。磁石２１１，２２１は、磁化方向が回転軸１１の軸方向に沿うように配置されている。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、第１の回転子２１と第２の回転子２２とのそれぞれにおいて、磁石２１１，２２１は、複数が回転軸１１の周囲に配置されており、回転軸１１の回転方向Ｒにおいて、極性が交互になるように配列されている。

また、第１の回転子２１と第２の回転子２２とのそれぞれは、図１，図２（ａ），図２（ｂ）に示すように、ガイド２１Ｇ，２２Ｇが設けられている。ガイド２１Ｇ，２２Ｇは、リング形状の板状体であって、第１の回転子２１と第２の回転子２２とのそれぞれの外周部分に設けられている。ガイド２１Ｇ，２２Ｇは、第１の回転子２１および第２の回転子２２よりも厚みが薄く、第１の回転子２１と第２の回転子２２とのそれぞれにおいて、互いが対面する面側の部分に設けられている。

本実施形態において、第１の回転子２１には、図１，図２（ａ）に示すように、ブレード２１２が複数設置されている。

複数のブレード２１２は、図１，図２（ａ）に示すように、第１の回転子２１の内周面に設けられている。複数のブレード２１２のそれぞれは、第１の回転子２１の開口２１Ｋの内部において、回転軸１１の回転方向Ｒに等しい間隔で並ぶように配列されている。詳細については後述するが、複数のブレード２１２は、回転軸１１の回転に伴って回転したときに、第１の回転子２１の側から第２の回転子２２の側に向かって冷却風（図示省略）が流れるように構成されている。

図３は、第１実施形態に係るアキシャルギャップ型発電機において、ブレードを拡大して示す図である。

図３では、第１の回転子２１の内周面の一部を示しており、右側が固定子３１側である。

図３に示すように、複数のブレード２１２のそれぞれは、固定子３１の側（右側）の一端部が、他端部よりも回転方向Ｒにおいて後方に位置するように形成されている。

［Ａ−２］固定子３１について
アキシャルギャップ型発電機１において、固定子３１は、図１に示すように、第１の回転子２１と第２の回転子２２との間に設置されている。固定子３１は、第１の回転子２１との間に、ギャップＧ１が介在していると共に、第２の回転子２２との間に、ギャップＧ２が介在している。図示を省略しているが、固定子３１は、支持部材（図示省略）によって支持されている。

図１に示すように、固定子３１は、中央部分に開口３１Ｋが形成されている。固定子３１の開口３１Ｋは、円形であり、回転軸１１が貫通している。固定子３１は、第１の回転子２１と第２の回転子２２とのそれぞれと同様に、回転軸１１と同軸になるように設置されている。固定子３１の開口３１Ｋは、第１の回転子２１の開口２１Ｋおよび第２の回転子２２の開口２２Ｋよりも内径が小さくなるように形成されている。

また、図１に示すように、固定子３１は、コイル３１１を有する。コイル３１１は、固定子３１の内部に内蔵されている。図示を省略しているが、コイル３１１は、複数の磁石２１１，２２１と同様に、回転軸１１の回転方向Ｒに複数が配列されている。コイル３１１は、たとえば、樹脂などの絶縁物（図示省略）によって覆われており、周囲から電気的に絶縁されている。

［Ｂ］冷却風の流れについて
図４，図５は、第１実施形態に係るアキシャルギャップ型発電機において、冷却風の流れを示す図である。

図４（ａ）および図４（ｂ）は、図１と同様に、アキシャルギャップ型発電機の断面を示しており、その断面において流れる冷却風の概要を模式的に示している。図４（ａ）では、アキシャルギャップ型発電機１の周囲が無風の場合を示している。図４（ｂ）では、アキシャルギャップ型発電機１の周囲から風が冷却風として流入する場合を示している。また、図５は、図３と同様に、ブレード２１２を拡大して示しており、この拡大した部分において流れる冷却風の概要を模式的に示している。

図４（ａ）に示すように、周囲が無風の場合において回転軸１１が惰性で回転するときには、ブレード２１２によって冷却風Ｍ１０が発生して流れる。この冷却風Ｍ１０は、第１の回転子２１から第２の回転子２２の側に向かって流れる。具体的には、図５に示すように、複数のブレード２１２の間を冷却風Ｍ１０が流れる。

その後、その冷却風Ｍ１０は、図４（ａ）に示すように、たとえば、固定子３１において第１の回転子２１の側の面に衝突した後に、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１に流入する。そして、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１に流入した冷却風Ｍ１１は、回転軸１１の径方向にて内側から外側へ向かって流れる。

図４（ｂ）に示すように、周囲から風が冷却風として流入する場合において回転軸１１が回転するときには、図４（ａ）に示した場合と同様に、ブレード２１２によって、冷却風Ｍ１０が発生して各部を流れる。

これと共に、周囲から風が冷却風として流入する場合において回転軸１１が回転するときには、図４（ｂ）に示すように、図１６に示した場合と同様に、冷却風Ｆ１０，Ｆ１１，Ｆ２０，Ｆ２１が各部を流れる。つまり、第１の回転子２１の側から第２の回転子２２の側へ流れる風が、冷却風Ｆ１０，Ｆ１１，Ｆ２０，Ｆ２１として用いられる。

具体的には、図４（ｂ）に示すように、冷却風Ｆ１０が、アキシャルギャップ型発電機１の周囲から第１の回転子２１の開口２１Ｋに誘導される。その冷却風Ｆ１０は、回転軸１１の軸方向において第１の回転子２１の側から第２の回転子２２の側へ流れ、第１の回転子２１の開口２１Ｋを通過する。そして、その第１の回転子２１の開口２１Ｋを通過した冷却風Ｆ１０は、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１に流入する。第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１に流入した冷却風Ｆ１１は、回転軸１１の径方向の内側から外側へ向かって流れる。

このため、本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１においては、周囲から流入した冷却風Ｆ１１と、ブレード２１２によって発生して流入した冷却風Ｍ１１との両者が流れる。つまり、両者が合流した冷却風（Ｍ１１＋Ｆ１１）が、径方向の内側から外側へ流れる。

上記から判るように、本実施形態では、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１を流れる冷却風の量を増やすことができる。

［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態のアキシャルギャップ型発電機１は、第１の回転子２１の回転によって冷却風Ｍ１０を生ずるブレード２１２が、第１の回転子２１に設置されている。ここでは、ブレード２１２によって生じた冷却風Ｍ１０により、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１において、回転軸１１の径方向の内側から外側に冷却風Ｍ１１が流れるように、ブレード２１２が第１の回転子２１に設置されている。このため、本実施形態では、上述したように、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１を流れる冷却風の流量が増加する（図４（ａ），図４（ｂ）などを参照）。

したがって、本実施形態では、第１の回転子２１および固定子３１を効果的に冷却することができるため、信頼性の向上、発電性能の向上などを実現することができる。たとえば、発電動作によって高温になったコイル３１１を効果的に冷却することが可能である。また、高温になった磁石２１１について効果的に冷却することが可能であるので、減磁が生ずることを抑制し、発電出力の低下を防止することができる。

［Ｄ］変形例
上記の実施形態では、固定子３１の開口３１Ｋが、第１の回転子２１の開口２１Ｋおよび第２の回転子２２の開口２２Ｋよりも内径が小さい場合について説明したが、これに限らない。たとえば、固定子３１の開口３１Ｋが、第１の回転子２１の開口２１Ｋおよび第２の回転子２２の開口２２Ｋよりも内径が大きくてもよい。この場合において、ブレード２１２によって発生した冷却風Ｍ１０が、第１の回転子２１の開口２１Ｋを通過後に固定子３１の開口３１Ｋを流れたときには、たとえば、第２の回転子２２と回転軸１１との間に設置されたリブ１１Ｒに衝突し、第２の回転子２２と固定子３１との間のギャップＧ２に流入する。そして、上記と同様に、第２の回転子２２と固定子３１との間のギャップＧ２において、冷却風が、回転軸１１の径方向にて内側から外側へ向かって流れる（図４（ａ），図４（ｂ）などを参照）。

上記の実施形態では、アキシャルギャップ型発電機１が「開放型」であり、第１の回転子２１、第２の回転子２２、および、固定子３１が、ハウジングに収容されていない場合について説明したが、これに限らない。第１の回転子２１、第２の回転子２２、および、固定子３１が、ハウジングに収容されていてもよい。

上記の実施形態では、アキシャルギャップ型発電機１を風力発電装置に利用する場合について説明したが、これに限らない。他の機器に利用してもよい。

上記の実施形態では、回転子２１，２２が２つであり、固定子３１が１つの場合について説明したが、これに限らない。たとえば、固定子が２つであり、その２つの固定子の間に１つの回転子が位置するように、アキシャルギャップ型発電機を構成してもよい。

＜第２実施形態＞
［Ａ］アキシャルギャップ型発電機の構成
図６は、第２実施形態に係るアキシャルギャップ型発電機を示す図である。図６では、図１と同様に、断面を示している。

図７は、第２実施形態に係るアキシャルギャップ型発電機において、回転子を示す図である。図７（ａ）は、図２（ａ）と同様に、一対の回転子２１，２２のうち、第１の回転子２１を示している。図７（ｂ）は、図２（ｂ）と同様に、第２の回転子２２を示している。

本実施形態は、図６，図７（ａ），図７（ｂ）に示すように、ブレード２１２ｂ，２２２ｂの設置位置が、第１実施形態の場合と異なる。この点、および、これに関連する点を除き、上記の第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、第１実施形態と重複する個所については、適宜、説明を省略する。

本実施形態では、図６，図７（ａ），図７（ｂ）に示すように、ブレード２１２ｂ，２２２ｂは、第１実施形態の場合と異なり、第１の回転子２１のガイド２１Ｇと第２の回転子２２のガイド２２Ｇとのそれぞれにおいて、互いが対面する面に設けられている。詳細については後述するが、ブレード２１２ｂ，２２２ｂは、回転軸１１の回転に伴って回転したときに、回転軸１１の径方向において内側から外側に向かって、冷却風（図示省略）が流れるように構成されている。

具体的には、第１の回転子２１においては、図７（ａ）に示すように、複数のブレード２１２ｂが、回転軸１１の回転方向Ｒにおいて等間隔に配列されている。複数のブレード２１２ｂのそれぞれは、径方向において内側に位置する一端部が、外側に位置する他端部よりも、回転方向Ｒにおいて前方に位置するように形成されている。

第２の回転子２２においては、図７（ｂ）に示すように、複数のブレード２２２ｂが、回転軸１１の回転方向Ｒにおいて等間隔に配列されている。複数のブレード２２２ｂのそれぞれは、径方向において内側に位置する一端部が、外側に位置する他端部よりも、回転方向Ｒにおいて前方に位置するように形成されている。

［Ｂ］冷却風の流れについて
図８，図９は、第２実施形態に係るアキシャルギャップ型発電機において、冷却風の流れを示す図である。

図８（ａ）および図８（ｂ）は、図６と同様に、アキシャルギャップ型発電機の断面を示しており、その断面において流れる冷却風の概要を模式的に示している。ここでは、図８（ａ）は、アキシャルギャップ型発電機の周囲が無風の場合を示し、図８（ｂ）は、アキシャルギャップ型発電機の周囲から風が冷却風として流入する場合を示している。また、図９（ａ）は、図７（ａ）と同様に、一対の回転子２１，２２のうち、第１の回転子２１を示し、図９（ｂ）は、図７（ｂ）と同様に、第２の回転子２２を示している。図９（ａ）および図９（ｂ）では、第１の回転子２１および第２の回転子２２のそれぞれにおいて流れる冷却風の概要を模式的に示している。

図８（ａ）に示すように、周囲が無風の場合において回転軸１１が惰性で回転するときには、ブレード２１２ｂ，２２２ｂによって冷却風Ｍ１２ｂ，Ｍ２２ｂが発生して流れる。この冷却風Ｍ１２ｂ，Ｍ２２ｂは、回転軸１１の径方向において内側から外側に向かって流れる。具体的には、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、複数のブレード２１２ｂ，２２２ｂの間を冷却風Ｍ１２ｂ，Ｍ２２ｂが流れる。このため、図８（ａ）に示すように、ブレード２１２ｂ，２２２ｂによって生じた冷却風Ｍ１２ｂ，Ｍ２２ｂによって、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１、および、第２の回転子２２と固定子３１との間のギャップＧ２の空気が内側から外側へ流れる。つまり、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１を冷却風Ｍ１１ｂが流れる共に、第２の回転子２２と固定子３１との間のギャップＧ２を冷却風Ｍ２１ｂが流れる。

図８（ｂ）に示すように、周囲から風が冷却風として流入する場合において回転軸１１が回転するときには、図８（ａ）に示した場合と同様に、ブレード２１２ｂ，２２２ｂによって冷却風Ｍ１２ｂ，Ｍ２２ｂが発生して流れる。このため、図８（ａ）に示した場合と同様に、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１においては、冷却風Ｍ１１ｂが流れる共に、第２の回転子２２と固定子３１との間のギャップＧ２においては、冷却風Ｍ２１ｂが流れる。

これと共に、周囲から風が冷却風として流入する場合において回転軸１１が回転するときには、図８（ｂ）に示すように、図１６に示した場合と同様に、冷却風Ｆ１０，Ｆ１１，Ｆ２０，Ｆ２１が流れる。つまり、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１において、冷却風Ｆ１１が、回転軸１１の径方向の内側から外側へ向かって流れる。また、第２の回転子２２と固定子３１との間のギャップＧ２において、冷却風Ｆ２１が、回転軸１１の径方向の内側から外側へ向かって流れる。

このため、本実施形態では、図８（ｂ）に示すように、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１においては、周囲から流入した冷却風Ｆ１１と、ブレード２１２ｂによって発生した冷却風Ｍ１１ｂとの両者が流れる。つまり、両者が合流した冷却風（Ｍ１１ｂ＋Ｆ１１）が、径方向の内側から外側へ流れる。また、このギャップＧ１の外側においても、周囲から流入した冷却風Ｆ１１と、ブレード２１２ｂによって発生した冷却風Ｍ１２ｂとの両者が流れる。

これと同様に、本実施形態では、第２の回転子２２と固定子３１との間のギャップＧ２においても、図８（ｂ）に示すように、周囲から流入した冷却風Ｆ２１と、ブレード２２２ｂによって発生した冷却風Ｍ２１ｂとの両者が流れる。つまり、両者が合流した冷却風（Ｍ２１ｂ＋Ｆ２１）が、径方向の内側から外側へ流れる。また、このギャップＧ２の外側においても、周囲から流入した冷却風Ｆ２１と、ブレード２２２ｂによって発生した冷却風Ｍ２２ｂとの両者が流れる。

上記から判るように、本実施形態では、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１、および、第２の回転子２２と固定子３１との間のギャップＧ２のそれぞれを流れる冷却風の量を増やすことができる。

［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態のアキシャルギャップ型発電機１ｂは、ブレード２１２ｂ，２２２ｂを有する。ここでは、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１において、回転軸１１の回転に伴って冷却風Ｍ１１ｂが回転軸１１の径方向の内側から外側に流れるように、ブレード２１２ｂが第１の回転子２１に設置されている。また、第２の回転子２２と固定子３１との間のギャップＧ２において、回転軸１１の回転に伴って冷却風Ｍ２１ｂが回転軸１１の径方向の内側から外側に流れるように、ブレード２２２ｂが第２の回転子２２に設置されている。その結果、本実施形態では、上述したように、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１、および、第２の回転子２２と固定子３１との間のギャップＧ２のそれぞれにおいて流れる冷却風の流量が増加する（図８（ａ），図８（ｂ）などを参照）。

したがって、本実施形態では、第１の回転子２１、第２の回転子２２、および、固定子３１を効果的に冷却することができるため、信頼性の向上、発電性能の向上などを実現することができる。たとえば、発電動作によって高温になったコイル３１１を効果的に冷却することが可能である。また、高温になった磁石２１１，２２１について効果的に冷却することが可能であるので、減磁が生ずることを抑制し、発電出力の低下を防止することができる。

なお、本実施形態では、ブレード２１２ｂ，２２２ｂは、第１の回転子２１のガイド２１Ｇと第２の回転子２２のガイド２２Ｇとのそれぞれにおいて、互いが対面する面に設けられている。つまり、本実施形態では、ブレード２１２ｂ，２２２ｂは、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１、および、第２の回転子２２と固定子３１との間のギャップＧ２よりも、径方向の外側部分に設けられている。このため、本実施形態では、第１の回転子２１と固定子３１との間、および、第２の回転子２２と固定子３１との間に、ブレード２１２ｂ，２２２ｂが設けられていないので、ブレード２１２ｂ，２２２ｂの破損等を抑制することができる。また、そのギャップＧ１，Ｇ２を狭めることができる。

［Ｄ］変形例
上記の実施形態では、第１の回転子２１のガイド２１Ｇにブレード２１２ｂを設置すると共に、第２の回転子２２のガイド２２Ｇにブレード２２２ｂを設置する場合について説明したが、これに限らない。両者に設置した方が好ましいが、いずれか一方であってもよい。

＜第３実施形態＞
［Ａ］アキシャルギャップ型発電機の構成
図１０は、第３実施形態に係るアキシャルギャップ型発電機を示す図である。図１０では、図１と同様に、断面を示している。

図１１は、第３実施形態に係るアキシャルギャップ型発電機において、回転子を示す図である。図１１（ａ）は、図２（ａ）と同様に、一対の回転子２１，２２のうち、第１の回転子２１を示している。図１１（ｂ）は、図２（ｂ）と同様に、第２の回転子２２を示している。

本実施形態は、図１０，図１１（ａ），図１１（ｂ）に示すように、ブレード２１２ｃ，２２２ｃの設置位置が、第１実施形態の場合と異なる。この点、および、これに関連する点を除き、上記の第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、第１実施形態と重複する個所については、適宜、説明を省略する。

本実施形態では、図１０，図１１（ａ），図１１（ｂ）に示すように、ブレード２１２ｃ，２２２ｃは、第１実施形態の場合と異なり、第１の回転子２１において固定子３１に対面する面、および、第２の回転子２２において固定子３１に対面する面に設けられている。詳細については後述するが、ブレード２１２ｃ，２２２ｃは、回転軸１１の回転に伴って回転したときに、回転軸１１の径方向において内側から外側に向かって、冷却風（図示省略）が流れるように構成されている。

具体的には、第１の回転子２１においては、図１０に示すように、ブレード２１２ｃが磁石２１１の上に設置されている。第１の回転子２１では、図１１（ａ）に示すように、複数のブレード２１２ｃが、回転軸１１の回転方向Ｒにおいて等間隔に配列されている。複数のブレード２１２ｃのそれぞれは、径方向において内側に位置する一端部が、外側に位置する他端部よりも、回転方向Ｒにおいて前方に位置するように形成されている。

同様に、第２の回転子２２においても、図１０に示すように、ブレード２２２ｃが磁石２２１の上に設置されている。また、第２の回転子２２においても、図１１（ｂ）に示すように、複数のブレード２２２ｃが、回転軸１１の回転方向Ｒにおいて等間隔に配列されている。複数のブレード２２２ｃのそれぞれは、径方向において内側に位置する一端部が、外側に位置する他端部よりも、回転方向Ｒにおいて前方に位置するように形成されている。

［Ｂ］冷却風の流れについて
図１２，図１３は、第３実施形態に係るアキシャルギャップ型発電機において、冷却風の流れを示す図である。

図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、図１０と同様に、アキシャルギャップ型発電機の断面を示しており、その断面において流れる冷却風の概要を模式的に示している。ここでは、図１０（ａ）は、アキシャルギャップ型発電機の周囲が無風の場合を示し、図１０（ｂ）は、アキシャルギャップ型発電機の周囲から風が冷却風として流入する場合を示している。また、図１３（ａ）は、図１１（ａ）と同様に、一対の回転子２１，２２のうち、第１の回転子２１を示し、図１３（ｂ）は、図１１（ｂ）と同様に、第２の回転子２２を示している。図１３（ａ）および図１３（ｂ）では、第１の回転子２１および第２の回転子２２のそれぞれにおいて流れる冷却風の概要を模式的に示している。

図１２（ａ）に示すように、周囲が無風の場合において回転軸１１が惰性で回転するときには、ブレード２１２ｃ，２２２ｃによって冷却風Ｍ１１ｃ，Ｍ２１ｃが発生して流れる。この冷却風Ｍ１１ｃ，Ｍ２１ｃは、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１、および、第２の回転子２２と固定子３１との間のギャップＧ２のそれぞれにおいて、回転軸１１の径方向にて内側から外側に向かって流れる。具体的には、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、複数のブレード２１２ｃ，２２２ｃの間を冷却風Ｍ１１ｃ，Ｍ２１ｃが流れる。

図１２（ｂ）に示すように、周囲から風が冷却風として流入する場合において回転軸１１が回転するときには、図１２（ａ）に示した場合と同様に、ブレード２１２ｃ，２２２ｃによって冷却風Ｍ１１ｃ，Ｍ２１ｃが発生して流れる。このため、図１２（ａ）に示した場合と同様に、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１においては、冷却風Ｍ１１ｃが流れる共に、第２の回転子２２と固定子３１との間のギャップＧ２においては、冷却風Ｍ２１ｃが流れる。

これと共に、周囲から風が冷却風として流入する場合において回転軸１１が回転するときには、図１２（ｂ）に示すように、図１６に示した場合と同様に、冷却風Ｆ１０，Ｆ１１，Ｆ２０，Ｆ２１が流れる。つまり、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１において、冷却風Ｆ１１が、回転軸１１の径方向の内側から外側へ向かって流れる。また、第２の回転子２２と固定子３１との間のギャップＧ２において、冷却風Ｆ２１が、回転軸１１の径方向の内側から外側へ向かって流れる。

このため、本実施形態では、図１２（ｂ）に示すように、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１においては、周囲から流入した冷却風Ｆ１１と、ブレード２１２ｃによって発生した冷却風Ｍ１１ｃとの両者が流れる。つまり、両者が合流した冷却風（Ｍ１１ｃ＋Ｆ１１）が、径方向の内側から外側へ流れる。

これと同様に、本実施形態では、第２の回転子２２と固定子３１との間のギャップＧ２においても、図１２（ｂ）に示すように、周囲から流入した冷却風Ｆ２１と、ブレード２２２ｃによって発生した冷却風Ｍ２１ｃとの両者が流れる。つまり、両者が合流した冷却風（Ｍ２１ｃ＋Ｆ２１）が、径方向の内側から外側へ流れる。

上記から判るように、本実施形態では、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１、および、第２の回転子２２と固定子３１との間のギャップＧ２のそれぞれを流れる冷却風の量を増やすことができる。

［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態のアキシャルギャップ型発電機１ｃは、ブレード２１２ｃ，２２２ｃを有する。ここでは、ブレード２１２ｃの回転によって生じた冷却風Ｍ１１ｃが、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１において、径方向の内側から外側に流れるように、ブレード２１２ｂが、第１の回転子２１に設置されている。これと共に、ブレード２２２ｃの回転によって生じた冷却風Ｍ２１ｃが、第２の回転子２２と固定子３１との間のギャップＧ２において、径方向の内側から外側に流れるように、ブレード２２２ｂが第２の回転子２２に設置されている。その結果、本実施形態では、上述したように、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１、および、第２の回転子２２と固定子３１との間のギャップＧ２において、冷却風の流量が増加する（図１２（ａ），図１２（ｂ）などを参照）。

したがって、本実施形態では、第１の回転子２１、第２の回転子２２、および、固定子３１を効果的に冷却することができるため、信頼性の向上、発電性能の向上などを実現することができる。たとえば、発電動作によって高温になったコイル３１１を効果的に冷却することが可能である。また、高温になった磁石２１１，２２１について効果的に冷却することが可能であるので、減磁が生ずることを抑制し、発電出力の低下を防止することができる。

なお、本実施形態では、ブレード２１２ｃ，２２２ｃは、第１の回転子２１において固定子３１に対面する面、および、第２の回転子２２において固定子３１に対面する面に設けられている。つまり、第１の回転子２１と固定子３１との間に挟まれるようにブレード２１２ｃが第１の回転子２１に設置されていると共に、第２の回転子２２と固定子３１との間に挟まれるようにブレード２２２ｃが第２の回転子２２に設置されている。このため、本実施形態では、第１の回転子２１と固定子３１との間のギャップＧ１、および、第２の回転子２２と固定子３１との間のギャップＧ２において、冷却風Ｍ１１ｃ，Ｍ２１ｃが発生して径方向の内側から外側へ流れるので、より効果的に冷却を行うことができる。

［Ｄ］変形例
上記の実施形態では、第１の回転子２１にブレード２１２ｃを設置すると共に、第２の回転子２２にブレード２２２ｃを設置する場合について説明したが、これに限らない。両者に設置した方が好ましいが、いずれか一方であってもよい。

＜その他＞
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。

１，１ｂ，１ｃ，１００，１００ｂ…アキシャルギャップ型発電機、１１…回転軸、１１Ｒ…リブ、２１，２２…回転子、２１Ｇ，２２Ｇ…ガイド、２１Ｋ，２２Ｋ…開口、３１…固定子、３１Ｋ…開口、２１１，２２１…磁石、２１２，２１２ｂ，２２２ｂ，２１２ｃ，２２２ｃ，２１２Ｊ，２２２Ｊ…ブレード、３１１…コイル、Ｇ１，Ｇ２…ギャップ、Ｒ…回転方向

Claims (4)

1. 磁石が設けられている回転子と、コイルが設けられている固定子とを備え、前記回転子と前記固定子とが回転軸の軸方向においてギャップを介して配置されている、アキシャルギャップ型発電機であって、
   前記回転子に設置されており、前記回転子の回転によって冷却風を生ずるブレード
   を有し、
   前記ブレードによって生ずる冷却風が前記回転子と前記固定子との間のギャップにおいて前記回転軸の径方向の内側から外側に流れるように、前記ブレードが前記回転子に設置されていることを特徴とする、
   アキシャルギャップ型発電機。
2. 前記回転子は、中央部分に開口が形成されており、
   前記ブレードとして、前記回転子の内周面に設けられているブレードを含むことを特徴とする、
   請求項１に記載のアキシャルギャップ型発電機。
3. 前記ブレードとして、前記回転子において前記回転子と前記固定子との間のギャップよりも径方向の外側の部分に設けられているブレードを含むことを特徴とする、
   請求項１または２に記載のアキシャルギャップ型発電機。
4. 前記ブレードとして、前記回転子と前記固定子との間に挟まれるように前記回転子に設置されているブレードを含むことを特徴とする、
   請求項１から３のいずれかに記載のアキシャルギャップ型発電機。

Images