JP4771107B1 - 回転電機、回転電機の製造方法、および風力発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】材料コストの上昇を抑え、かつ所望の効率を得ることが可能な回転電機を提供する。
【解決手段】本発明に係る回転電機は、回転子、および当該回転子を取り囲む固定子を備える回転電機であって、固定子は、帯状の無方向性電磁鋼板を円形状に折り曲げて積層したヨーク鉄心と、ヨーク鉄心の周方向に並べられ、一方端部がヨーク鉄心の内周側に固定され、他方端部が回転子と対向する複数のティース鉄心と、を備え、各ティース鉄心は、方向性電磁鋼板を積層した部材で構成され、互いに独立しており、各ティース鉄心の磁化容易方向は、ヨーク鉄心の径方向と一致することを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機、回転電機の製造方法、および風力発電システムに関する。

回転電機の固定子鉄心に方向性電磁鋼板を用いる技術は、従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

この従来技術では、固定子の固定子鉄心をヨーク鉄心とティース部材で構成している。ヨーク鉄心は、方向性電磁鋼板から打ち抜かれた帯状鋼板を円形状に折り曲げて積層することにより構成される。帯状鋼板には、複数の切り欠きが形成されている。磁気歪みによる効率悪化を抑えるために、帯状鋼板は、各切り欠き部分で折り曲げられている。ヨーク鉄心には、各切り欠きによって複数の嵌合溝が形成される。ヨーク鉄心の磁化容易方向は、ヨーク鉄心の周方向と一致している。ティース部材は、ブリッジ部で互いに連結された複数のティース鉄心に対応した形状をもつ帯状鋼板を方向性電磁鋼板から打ち抜き、その帯状鋼板を円形状に折り曲げて積層することにより構成される。磁気歪みによる効率悪化を抑えるために、ティース部材に用いられる帯状鋼板は、ブリッジ部に対応する部分で折り曲げられている。また、ティース部材に用いられる帯状鋼板は、その長手方向を方向性電磁鋼板の磁化容易方向と垂直な方向にして、方向性電磁鋼板から打ち抜かれている。各ティース鉄心の磁化容易方向は、ティース部材の径方向と一致している。

以上のように構成された各ティース鉄心に巻線を設けた後、ブリッジ部とは反対側の各ティース鉄心の一方端部をヨーク鉄心の嵌合溝に嵌合することにより、固定子が完成する。

特開平１０−２３４１５９号公報

上記従来の回転電機では、ヨーク鉄心については各切り欠き部分で帯状鋼板を折り曲げ、ティース部材についてはブリッジ部に対応する部分で帯状鋼板を折り曲げることによって、磁気歪みによる効率悪化を抑えようとしている。しかしながら、各切り欠き部分とブリッジ部に対応する部分に磁気歪みが生じることに変わりがなく、その磁気歪みにより効率が悪化する。このため、ヨーク鉄心およびティース部材に方向性電磁鋼板を用いることによって材料コストが上昇する割には、効率が悪いという課題があった。

そこで、本発明は、材料コストの上昇を抑え、かつ所望の効率を得ることが可能な回転電機、回転電機の製造方法、および風力発電システムを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明に係る回転電機は、回転子、および当該回転子を取り囲む固定子を備える回転電機であって、固定子は、帯状の無方向性電磁鋼板を円形状に折り曲げて積層したヨーク鉄心と、ヨーク鉄心の周方向に並べられ、一方端部がヨーク鉄心の内周側に固定され、他方端部が回転子と対向する複数のティース鉄心と、を備え、各ティース鉄心は、方向性電磁鋼板を積層した部材で構成され、互いに独立しており、各ティース鉄心の磁化容易方向は、ヨーク鉄心の径方向と一致することを特徴とするものである。

ヨーク鉄心は、無方向性電磁鋼板を用いて構成されるので、材料コストの上昇を抑えることができる。また、各ティース鉄心は方向性電磁鋼板を用いて構成され、その磁化容易方向が各ティース鉄心中を流れる磁束の方向と一致することになるため、鉄損が小さくなり、同一入力で磁束密度を高くすることができるとともに、トルク直線性が良くなり、高いトルクを実現できる。このため、効率を向上させることができる。さらに、ヨーク鉄心は、無方向性電磁鋼板を用いて構成されるので、円形状に折り曲げて積層しても磁気歪みは生じない。また、各ティース鉄心は、互いに独立しており、ブリッジ部が存在しないため、ブリッジ部での磁気歪みも生じない。このように、本発明に係る回転電機によれば、材料コストの上昇を抑えながら、所望する効率を得ることができる。

また、ヨーク鉄心は、帯状の無方向性電磁鋼板を円形状に折り曲げて積層することにより構成されるので、円形状の無方向性電磁鋼板を積層する場合に比べて歩留まりが良くなる。

なお、方向性電磁鋼板は、その磁化容易方向が圧延方向にのみ揃うという性質をもつ。このため、方向性電磁鋼板の幅（磁化容易方向と垂直な方向の幅）を大きくするのは困難であった。しかし、本発明に係る回転電機によれば、各ティース鉄心が互いに独立している。このため、各ティース鉄心を構成するティース鋼板を、方向性電磁鋼板の磁化容易方向（長手方向）に並べて打ち抜くことができる。このため、大型の回転電機であっても、各ティース鉄心を容易に製造することができる。

なお、各ティース鉄心の一方端部は、ヨーク鉄心側に向かうに従って周方向幅が狭くなるテーパー部と、テーパー部のヨーク鉄心側に形成され、周方向幅がテーパー部のヨーク鉄心側の先端の周方向幅よりも広い円柱部と、を有し、ヨーク鉄心の内周側には、各ティース鉄心に対応して設けられ、対応するティース鉄心の一方端部と嵌合可能な形状をもつ嵌合溝が形成され、各ティース鉄心の一方端部は、それぞれに対応する嵌合溝に嵌合されることによってヨーク鉄心の内周側に固定されてもよい。

また、本発明は、回転電機の製造方法にも向けられており、本発明に係る回転電機の製造方法は、回転子、および当該回転子を取り囲む固定子を備える回転電機の製造方法であって、無方向性電磁鋼板から帯状鋼板を打ち抜く第１工程と、帯状鋼板を円形状に折り曲げて積層し、固定子のヨーク鉄心を形成する第２工程と、方向性電磁鋼板からティース鋼板を打ち抜く第３工程と、ティース鋼板を積層して固定子のティース鉄心を１つ形成する作業を繰り返すことにより、互いに独立した固定子のティース鉄心を複数形成する第４工程と、各ティース鉄心の磁化容易方向をヨーク鉄心の径方向と一致させて、各ティース鉄心の一方端部をヨーク鉄心の内周側に固定する第５工程と、を含むことを特徴とするものである。

なお、第３工程において、ティース鋼板は、方向性電磁鋼板の磁化容易方向に沿って順次打ち抜かれてもよい。

また、各ティース鉄心の一方端部は、ヨーク鉄心側に向かうに従って周方向幅が狭くなるテーパー部と、テーパー部のヨーク鉄心側に形成され、周方向幅がテーパー部のヨーク鉄心側の先端の周方向幅よりも広い円柱部と、を有しており、ヨーク鉄心の内周側には、各ティース鉄心に対応して設けられ、対応するティース鉄心の一方端部と嵌合可能な形状をもつ嵌合溝が形成されており、第５工程において、各ティース鉄心の一方端部は、ヨーク鉄心の積層方向における端面からそれぞれに対応する嵌合溝に挿入されることによって、ヨーク鉄心の内周側に固定されてもよい。

また、本発明は、回転電機の別の製造方法にも向けられており、本発明に係る回転電機の製造方法は、回転子、および当該回転子を取り囲む固定子を備える回転電機の製造方法であって、方向性電磁鋼板からティース鋼板を打ち抜く第１工程と、ティース鋼板を積層して固定子のティース鉄心を１つ形成する作業を繰り返すことにより、互いに独立した固定子のティース鉄心を複数形成する第２工程と、各ティース鉄心の一方端部を円柱状または円筒状の冶具の外周に固定する第３工程と、無方向性電磁鋼板から帯状鋼板を打ち抜く第４工程と、冶具の外周に一方端部が固定された各ティース鉄心の他方端部に固定しながら帯状鋼板を円形状に折り曲げて積層し、固定子のヨーク鉄心を形成する第５工程と、を含むことを特徴とするものである。

上記冶具の外周に固定される各ティース鉄心の一方端部は、例えば、後述する図１、図４、図５、図７、図８等に示した各ティース鉄心２２の他方端部に相当するものである。

なお、第１工程において、ティース鋼板は、方向性電磁鋼板の磁化容易方向に沿って順次打ち抜かれてもよい。

また、各ティース鉄心の他方端部は、ヨーク鉄心側に向かうに従って周方向幅が狭くなるテーパー部と、テーパー部のヨーク鉄心側に形成され、周方向幅がテーパー部のヨーク鉄心側の先端の周方向幅よりも広い円柱部と、を有しており、ヨーク鉄心の内周側には、各ティース鉄心に対応して設けられ、対応するティース鉄心の他方端部と嵌合可能な形状をもつ嵌合溝が形成されており、第５工程において、帯状鋼板は、帯状鋼板に形成された嵌合溝に各ティース鉄心の他方端部が嵌合されることによって、各ティース鉄心の他方端部に固定されてもよい。

上記冶具の外周に固定される各ティース鉄心の他方端部は、例えば、後述する図１、図４、図５、図７、図８等に示した各ティース鉄心２２の一方端部に相当するものである。

また、本発明は、風力発電システムにも向けられており、本発明に係る風力発電システムは、回転子と当該回転子を取り囲む固定子とを有する回転電機を備えた風力発電システムであって、固定子は、帯状の無方向性電磁鋼板を円形状に折り曲げて積層したヨーク鉄心と、ヨーク鉄心の周方向に並べられ、一方端部がヨーク鉄心の内周側に固定され、他方端部が回転子と対向する複数のティース鉄心と、を有し、各ティース鉄心は、方向性電磁鋼板を積層した部材で構成され、互いに独立しており、各ティース鉄心の磁化容易方向は、ヨーク鉄心の径方向と一致することを特徴とするものである。

なお、上記風力発電システムは、タワーと、タワーに設けられたナセルと、ナセルに設けられた回転電機と、回転電機に直接的または間接的に接続された風車と、を備えていてもよい。

本発明によれば、材料コストの上昇を抑え、かつ所望の効率を得ることが可能な回転電機、回転電機の製造方法、および風力発電システムを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る回転電機の断面図である。 ヨーク鉄心を構成する帯状鋼板を無方向性電磁鋼板から打ち抜く様子を示した図である。 ヨーク鉄心の斜視図である。 ティース鉄心を構成するティース鋼板を方向性電磁鋼板から打ち抜く様子を示した図である。 ティース鉄心の斜視図である。 図１に示した回転電機の製造工程の一部を示した図である。 本発明の第２実施形態に係る回転電機の製造工程の一部を示した図である。 図７に示した治具の他の形状を示す図である。 増速ギアと発電機とをもつ風力発電システムの概要を示す図である。 増速ギアを省略したダイレクトドライブ型の風力発電システムの概要を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。なお、同一の構成については同一の符号を付することにより、重複説明を適宜省略する。

＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る回転電機の構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る回転電機の断面図である。図１では、回転子の回転軸方向と垂直な方向から回転電機を切断したときの断面を示している。図１において、回転電機は、回転子１と固定子２を備える。

回転子１は、円柱状であり、その外周は空隙を介して固定子２に取り囲まれている。回転子１は、回転子鉄心１１と永久磁石１２を備える。永久磁石１２は、回転子鉄心１１の外周に設けられている。なお、回転子１の構造は、図１に示した構造に限定されない。永久磁石１２を回転子鉄心１１の内部に設けた構造であってもよいし、永久磁石１２を用いない構造であってもよい。

固定子２は、ヨーク鉄心２１および複数のティース鉄心２２を有する固定子鉄心と、巻線２３とを備える。

ヨーク鉄心２１は、図２に示すように、無方向性電磁鋼板３から打ち抜かれた帯状鋼板３１を円形状に折り曲げて積層することにより構成される。具体的には、円形状に折り曲げた１層の帯状鋼板３１を別個に複数準備してそれらを積層するか、または、帯状鋼板３１を円形の螺旋状に折り曲げて積層することにより構成される。図２は、ヨーク鉄心２１を構成する帯状鋼板３１を無方向性電磁鋼板３から打ち抜く様子を示した図である。図２に示すように、帯状鋼板３１には、複数の切り欠き３１１が形成されており、各切り欠き３１１に対応する位置には凹部３１２が形成されている。帯状鋼板３１は、各切り欠き３１１が形成される側を内周側に配置して円形状に折り曲げられる。これにより、図１に示すように、各切り欠き３１１は、ヨーク鉄心２１の内周側に設けられた複数の嵌合溝２１１を形成する。各嵌合溝２１１は、各ティース鉄心２２の数に合わせて設けられる。各嵌合溝２１１の形状は、図３に示すように、後述するティース鉄心２２の一方端部と嵌合可能な形状となっている。図３は、ヨーク鉄心２１の斜視図であり、図３では、ヨーク鉄心２１の一部のみ示している。なお、各切り欠き３１１の形状は、帯状鋼板３１を円形状に折り曲げて積層したときに、嵌合溝２１１が図３に示す形状となるように形成される。また、凹部３１２の形状は、帯状鋼板３１を円形に折り曲げて積層したときに、帯状鋼板３１の外周（つまりヨーク鉄心２１の外周）を円形にすることが可能な形状になっている。

各ティース鉄心２２は、図１に示すように、互いに独立しており、ヨーク鉄心２１の周方向に並べられる。各ティース鉄心２２の一方端部はヨーク鉄心２１の内周側に形成された嵌合溝２１１に嵌合されて固定され、他方端部は回転子１と対向している。各ティース鉄心２２は、方向性電磁鋼板を用いて構成される。各ティース鉄心２２の磁化容易方向は、図１の矢印Ａで示すように、ヨーク鉄心２１の径方向と一致している。これにより、各ティース鉄心２２中を流れる磁束の方向と、各ティース鉄心２２の磁化容易方向とを一致させることができる。

ティース鉄心２２のそれぞれは、図４に示すように、方向性電磁鋼板４から打ち抜かれたティース鋼板４１を積層することにより構成される。図４は、ティース鉄心２２を構成するティース鋼板４１を方向性電磁鋼板４から打ち抜く様子を示した図である。ティース鋼板４１は、矢印Ｂで示す方向性電磁鋼板４の磁化容易方向に沿って順次打ち抜かれる。ティース鋼板４１の一方端部には、テーパー部４１１と円形部４１２が形成されている。テーパー部４１１の形状は、一方端部の先端に向かうに従って幅が狭くなる形状となっている。円形部４１２は、テーパー部４１１の幅が狭くなった先端に設けられ、円形部４１２の幅は、テーパー部４１１の当該先端の幅よりも広くなっている。

このように構成されたティース鋼板４１を積層することで、各ティース鉄心２２の一方端部には、図５に示すように、テーパー部２２１と円柱部２２２とが形成される。図５は、ティース鉄心２２の斜視図である。図５に示すように、テーパー部２２１は、一方端部の先端（つまりヨーク鉄心２１側）に向かうに従って周方向幅が狭くなる形状となっている。円柱部２２２は、テーパー部２２１の先端側（つまりヨーク鉄心２１側）に形成され、円柱部２２２の周方向幅は、テーパー部２２１の先端の周方向幅よりも広くなっている。なお、テーパー部２２１は、図４に示したテーパー部４１１を積層することにより形成される。円柱部２２２は、図４に示した円形部４１２を積層することにより形成される。図３および図５に示すように、各ティース鉄心２２の一方端部とヨーク鉄心２１の勘合溝２１１は、互いに嵌合可能な形状となっている。

巻線２３は、ティース鉄心２２に設けられる。巻線２３により発生する回転磁界により、回転子１は回転する。巻線２３の巻回方法は、集中巻線方式であってもよいし、分布巻方式であってもよい。

次に、図１に示した回転電機の製造方法について説明する。図６は、図１に示した回転電機の製造工程の一部を示した図である。なお、図６では、工程ごとに、固定子２の軸方向から見た上面図と側面図とが示されている。

まず、無方向性電磁鋼板３から帯状鋼板３１を打ち抜き(図２)、帯状鋼板３１を円形状に折り曲げて積層し、ヨーク鉄心２１を形成する（図３、図６）。また、方向性電磁鋼板４からティース鋼板４１を打ち抜き（図４）、ティース鋼板４１を積層してティース鉄心２２を１つ形成する作業を繰り返すことにより、互いに独立したティース鉄心２２を複数形成する（図５、図６）。

次に、図６に示すように、各ティース鉄心２２に巻線２３を挿入し、焼きバメにより各ティース鉄心２２の一方端部を嵌合溝２１１に挿入する。各ティース鉄心２２の一方端部は、ヨーク鉄心２１の積層方向における一方端面から挿入される。このとき、各ティース鉄心２２の磁化容易方向Ａを、ヨーク鉄心２１の径方向と一致させる。以上より、各ティース鉄心２２の一方端部がヨーク鉄心２１の内周側に固定され、固定子２が完成する。

なお、図６の例では、各ティース鉄心２２の一方端部を嵌合溝２１１に挿入する前に、各ティース鉄心２２に巻線２３を挿入していたが、これに限定されない。各ティース鉄心２２の一方端部を嵌合溝２１１に挿入した後、各ティース鉄心２２に巻線２３を設けるようにしてもよい。

以上のように、本実施形態では、ヨーク鉄心２１は、無方向性電磁鋼板３を用いて構成される。このため、材料コストの上昇を抑えることができる。また、各ティース鉄心２２は方向性電磁鋼板４を用いて構成され、それらの磁化容易方向は各ティース鉄心２２中を流れる磁束の方向と一致している。このため、鉄損が小さくなり、同一入力で磁束密度を高くすることができるとともに、トルク直線性が良くなり、高いトルクを実現できる。その結果、効率を向上させることができる。さらに、ヨーク鉄心２１が無方向性電磁鋼板３を用いて構成されるので、円形状に折り曲げて積層しても磁気歪みは生じない。また、各ティース鉄心２２は互いに独立しており、各ティース鉄心２２には上記従来技術で説明したブリッジ部が存在しないので、ブリッジ部での磁気歪みも生じない。このように、本実施形態に係る回転電機によれば、材料コストの上昇を抑えながら、所望する効率を得ることができる。

また本実施形態では、ヨーク鉄心２１は、無方向性電磁鋼板３からなる帯状鋼板３１を円形状に折り曲げて積層することにより構成される。このため、円形状の無方向性電磁鋼板を積層する場合に比べて、使用しない鋼板を削減でき、歩留まりを良くすることができる。

また本実施形態では、各ティース鉄心２２は互いに独立しているため（つまり、ブリッジ部にて連結されていないため）、ティース鉄心２２を構成するティース鋼板４１を方向性電磁鋼板４の磁化容易方向に沿って順次打ち抜くことができる。ここで、方向性電磁鋼板の一般的な性質として、方向性電磁鋼板の磁化容易方向が圧延方向にのみ揃うという性質がある。このため、方向性電磁鋼板の幅（磁化容易方向と垂直な方向の幅）を大きくするのは困難であった。上述した従来技術では、各ティース鉄心がブリッジ部で互いに連結されているため、帯状鋼板を用いる必要がある。この場合において各ティース鉄心の磁化容易方向をヨーク鉄心の径方向と一致させるには、帯状鋼板の長手方向を方向性電磁鋼板の磁化容易方向と垂直な方向に設定する必要があった。このため、上述した従来技術では、帯状鋼板の長手方向の長さが長くなる大型の回転電機を製造することは困難であった。一方、本実施形態では、上述したように、ティース鋼板４１を方向性電磁鋼板４の磁化容易方向に沿って順次打ち抜くことができる。このため、大型の回転電機であっても製造が容易となる。

また本実施形態では、各ティース鉄心２２の一方端部に、テーパー部２２１の先端より周方向幅が広い円柱部２２２が形成される。これにより、各ティース鉄心２２がヨーク鉄心２１から抜けるのを防止することができる。また、ヨーク鉄心２１には、円柱部２２２と嵌合可能な形状をもつ嵌合溝２１１が形成され、ヨーク鉄心２１を構成する帯状鋼板３１には、嵌合溝２１１に対応する切り欠き３１１が形成される。つまり、図４に示したように、切り欠き３１１の凹部３１２側の形状が略楕円形状となる。これにより、帯状鋼板３１を円形状に折り曲げて積層する際に切り欠き３１１に集中する応力を緩和させることができる。

また、本実施形態では、各ティース鉄心２２は、互いに独立している。このため、各ティース鉄心２２に周方向の外力が作用した場合、各ティース鉄心２２の一方端部が変形する可能性がある。これに対し、本実施形態では、各ティース鉄心２２の一方端部に円柱部２２２を形成している。円柱部２２２に作用する外力は、円柱部２２２の形状上、円柱状でない場合と比べて分散する。その結果、各ティース鉄心２２の一方端部の変形を抑えることができる。また、各ティース鉄心２２の一方端部にテーパー部２２１を形成することにより、各ティース鉄心２２の一方端部と嵌合溝２１１の接触面積が増える。これにより、各ティース鉄心２２の一方端部に作用する外力は、円柱部２２２とテーパー部２２１とに分散するので、各ティース鉄心２２の一方端部の変形をさらに抑えることができる。

＜第２実施形態＞
本実施形態では、第１実施形態とは異なる回転電機の製造方法について説明する。図７は、第２実施形態に係る回転電機の製造工程の一部を示した図である。図７では、工程ごとに、固定子２の軸方向から見た上面図と側面図とが示されている。なお、本実施形態に係る回転電機の構成は、図１に示した構成と同じであるので、詳細な説明は省略する。

まず、方向性電磁鋼板４からティース鋼板４１を打ち抜き（図４）、ティース鋼板４１を積層してティース鉄心２２を１つ形成する作業を繰り返すことにより、互いに独立したティース鉄心２２が複数形成される（図５、図７）。

次に、図７に示すように、外周側に突起が設けられた円柱状または円筒状の治具５１を用意する。治具５１の突起に各ティース鉄心２２の他方端部を係合させ、各ティース鉄心２２の他方端部を治具５１の外周に固定する。このとき、各ティース鉄心２２の磁化容易方向Ａを、治具５１の径方向と一致させる。

次に、図７に示すように、各ティース鉄心２２に巻線２３が挿入される。

次に、無方向性電磁鋼板３から帯状鋼板３１が打ち抜かれる(図２)。その後、図７に示すように、帯状鋼板３１の各切り欠き３１１を各ティース鉄心２２の一方端部に嵌合させて固定しながら、帯状鋼板３１を円形状に折り曲げて積層し、ヨーク鉄心２１を形成する。その後、治具５１を各ティース鉄心２２から取り外し、固定子２が完成する。

なお、図７の例では、各ティース鉄心２２を治具５１の外周に設けた後に、各ティース鉄心２２に巻線２３を設けたが、これに限定されない。ヨーク鉄心２１を形成して、治具５１を各ティース鉄心２２から取り外した後に、各ティース鉄心２２に巻線２３を設けてもよい。

また、治具５１の形状は、図７で示した形状に限定されない。例えば、図８に示す形状をもつ治具５２であってもよい。図８は、治具５１の他の形状を示す図である。図８では、工程ごとに、固定子２の軸方向から見た上面図と側面図とが示されている。図８に示すように、治具５２の突起は、その先端が周方向に広がっており、その先端で各ティース鉄心２２の他方端部を確実に把持することができる形状になっている。

図８において、まず、方向性電磁鋼板４からティース鋼板４１を打ち抜き（図４）、ティース鋼板４１を積層してティース鉄心２２を１つ形成する作業を繰り返すことにより、互いに独立したティース鉄心２２が複数形成される（図５、図８）。

次に、図８に示すように、先端が周方向に広がった突起が設けられた円柱状または円筒状の治具５２を用意する。治具５２の突起に各ティース鉄心２２の他方端部を係合させ、各ティース鉄心２２の他方端部を治具５２の外周に固定する。これ以降は、図７と同様であるので、説明を省略する。

以上のように、本実施形態では、各ティース鉄心２２を治具５１または治具５２の外周に設けた後に、ヨーク鉄心２１を形成している。このため、第１実施形態で説明したように各ティース鉄心２２の一方端部を嵌合溝２１１に挿入する場合と比べて、各ティース鉄心２２の他方端部により形成される円の真円度を高くすることができる。その結果、当該円の真円度によるコギングトルク、トルクリップル、速度リップルの発生を抑えることができる。また、治具５１または治具５２を用いることにより、製造が容易となる。また、帯状鋼板３１の各切り欠き３１１を各ティース鉄心２２の一方端部に嵌合させて固定しながら、帯状鋼板３１を円形状に折り曲げて積層するので、焼きバメが不要となる。

なお、上述した第１および第２実施形態では、巻線２３により発生する回転磁界により回転子１が回転するとし、回転電機が電動機である場合について説明したがこれに限定されない。第１および第２実施形態に係る回転電機は、発電機であってもよい。

また、第１および第２実施形態に係る回転電機は、例えば車両等の電動機やＡＣサーボモータ等に適用可能である。また例えば、風力発電システムや車両等の発電機にも適用可能である。以下、図９および図１０を参照して、第１および第２実施形態に係る回転電機を風力発電システムの発電機に適用した例について説明する。図９は、増速ギアと発電機とをもつ風力発電システムの概要を示す図である。図１０は、増速ギアを省略したダイレクトドライブ型の風力発電システムの概要を示す図である。

図９に示す風力発電システムは、タワー６１、ナセル６２、発電機６３、増速ギア６４、風車６５を主に備える。ナセル６２は、タワー６１上に設けられ、ナセル６２内には、発電機６３と増速ギア６４が設けられる。発電機６３は、第１および第２実施形態に係る回転電機のいずれかである。風車６５は、ロータハブ６５１とブレード６５２により構成され、増速ギア６４を介して発電機６３と接続される。風車６５の回転は、増速ギア６４で増速された後、発電機６３へ伝わる。図１０に示す風力発電システムは、タワー７１、ナセル７２、発電機７３、風車７４を主に備える。ナセル７２は、タワー７１上に設けられ、ナセル７２内には発電機７３が設けられる。発電機７３は、第１および第２実施形態に係る回転電機のいずれかである。風車７４は、ロータハブ７４１とブレード７４２により構成され、発電機７３と接続される。

このような風力発電システムにおいて、その発電容量が大きい場合（例えば数Ｍ[Ｗ]の発電容量をもつ場合）、図９および図１０に示した発電機６３および７３のいずれも大型になる。このような大型の発電機に上記第１および第２実施形態に係る回転電機を適用すれば、上記第１および第２実施形態に係る効果は、より顕著なものとなる。

なお、風力発電システムは、図９および図１０に示した構成に限らず、他の構成であってもよい。

以上、本発明の実施形態について説明した。ただし、いわゆる当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上記実施形態から適宜変更が可能であり、また、上記実施形態と変更例による手法を適宜組み合わせて利用することも可能である。すなわち、このような変更等が施された技術であっても、本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。

１ 回転子
１１ 回転子鉄心
１２ 永久磁石
２ 固定子
２１ ヨーク鉄心
２１１ 嵌合溝
２２ ティース鉄心
２２１、４１１ テーパー部
２２２ 円柱部
２３ 巻線
３ 無方向性電磁鋼板
３１ 帯状鋼板
３１１ 切り欠き
３１２ 凹部
４ 方向性電磁鋼板
４１ ティース鋼板
４１２ 円形部
５１、５２ 治具
６１、７１ タワー
６２、７２ ナセル
６３、７３ 発電機
６４ 増速ギア
６５、７４ 風車
６５１、７４１ ロータハブ
６５２、７４２ ブレード

Claims (10)

1. 回転子、および当該回転子を取り囲む固定子を備える回転電機であって、
   前記固定子は、
   帯状の無方向性電磁鋼板を螺旋状に折り曲げて積層したヨーク鉄心と、
   前記ヨーク鉄心の周方向に並べられ、一方端部が前記ヨーク鉄心の内周側に固定され、他方端部が前記回転子と対向する複数のティース鉄心と、を備え、
   各前記ティース鉄心は、方向性電磁鋼板を積層した部材で構成され、互いに独立しており、
   各前記ティース鉄心の一方端部は、
   前記ヨーク鉄心側に向かうに従って前記ヨーク鉄心の内周面から周方向幅が狭くなるテーパー部と、
   前記テーパー部の前記ヨーク鉄心側に形成され、周方向幅が前記テーパー部の前記ヨーク鉄心側の先端の周方向幅よりも広い円柱状部と、を有し、
   前記ヨーク鉄心の内周側には、各前記ティース鉄心に対応して設けられ、対応する前記ティース鉄心の一方端部と嵌合可能な形状をもつ嵌合溝が形成され、
   各前記ティース鉄心の一方端部は、それぞれに対応する前記嵌合溝に嵌合されることによって前記ヨーク鉄心の内周側に固定され、
   前記帯状の無方向性電磁鋼板には、当該無方向性電磁鋼板を螺旋状に折り曲げて積層したときに各前記嵌合溝を形成する切り欠きが形成される、回転電機。
2. 各前記ティース鉄心の磁化容易方向は、前記ヨーク鉄心の径方向と一致することを特徴とする、請求項１に記載の回転電機。
3. 回転子、および当該回転子を取り囲む固定子を備える回転電機の製造方法であって、
   無方向性電磁鋼板から帯状鋼板を打ち抜く第１工程と、
   前記帯状鋼板を螺旋状に折り曲げて積層し、前記固定子のヨーク鉄心を形成する第２工程と、
   方向性電磁鋼板からティース鋼板を打ち抜く第３工程と、
   前記ティース鋼板を積層して前記固定子のティース鉄心を１つ形成する作業を繰り返すことにより、互いに独立した前記固定子のティース鉄心を複数形成する第４工程と、
   各前記ティース鉄心の一方端部を前記ヨーク鉄心の内周側に固定する第５工程と、を含み、
   各前記ティース鉄心の一方端部は、
   前記ヨーク鉄心側に向かうに従って前記ヨーク鉄心の内周面から周方向幅が狭くなるテーパー部と、
   前記テーパー部の前記ヨーク鉄心側に形成され、周方向幅が前記テーパー部の前記ヨーク鉄心側の先端の周方向幅よりも広い円柱状部と、を有しており、
   前記ヨーク鉄心の内周側には、各前記ティース鉄心に対応して設けられ、対応する前記ティース鉄心の一方端部と嵌合可能な形状をもつ嵌合溝が形成されており、
   前記帯状鋼板には、前記第２工程において前記帯状鋼板を螺旋状に折り曲げて積層したときに各前記嵌合溝を形成する切り欠きが形成され、
   前記第５工程において、各前記ティース鉄心の一方端部は、前記ヨーク鉄心の積層方向における端面からそれぞれに対応する前記嵌合溝に挿入されることによって、前記ヨーク鉄心の内周側に固定される、回転電機の製造方法。
4. 各前記ティース鉄心の磁化容易方向は、前記ヨーク鉄心の径方向と一致することを特徴とする、請求項３に記載の製造方法。
5. 前記第３工程において、前記ティース鋼板は、前記方向性電磁鋼板の磁化容易方向に沿って順次打ち抜かれることを特徴とする、請求項３または４に記載の製造方法。
6. 回転子、および当該回転子を取り囲む固定子を備える回転電機の製造方法であって、
   方向性電磁鋼板からティース鋼板を打ち抜く第１工程と、
   前記ティース鋼板を積層して前記固定子のティース鉄心を１つ形成する作業を繰り返すことにより、互いに独立した前記固定子のティース鉄心を複数形成する第２工程と、
   各前記ティース鉄心の一方端部を円柱状または円筒状の冶具の外周に固定する第３工程と、
   無方向性電磁鋼板から帯状鋼板を打ち抜く第４工程と、
   前記冶具の外周に一方端部が固定された各前記ティース鉄心の他方端部に固定しながら前記帯状鋼板を螺旋状に折り曲げて積層し、前記固定子のヨーク鉄心を形成する第５工程と、を含み、
   各前記ティース鉄心の他方端部は、
   前記ヨーク鉄心側に向かうに従って前記ヨーク鉄心の内周面から周方向幅が狭くなるテーパー部と、
   前記テーパー部の前記ヨーク鉄心側に形成され、周方向幅が前記テーパー部の前記ヨーク鉄心側の先端の周方向幅よりも広い円柱状部と、を有しており、
   前記ヨーク鉄心の内周側には、各前記ティース鉄心に対応して設けられ、対応する前記ティース鉄心の他方端部と嵌合可能な形状をもつ嵌合溝が形成されており、
   前記第５工程において、前記帯状鋼板は、前記嵌合溝に対応する切り欠きを各前記ティース鉄心の他方端部に嵌合しながら螺旋状に折り曲げて積層されることによって、各前記ティース鉄心の他方端部に固定される、回転電機の製造方法。
7. 各前記ティース鉄心の磁化容易方向は、前記ヨーク鉄心の径方向と一致することを特徴とする、請求項６に記載の製造方法。
8. 前記第１工程において、前記ティース鋼板は、前記方向性電磁鋼板の磁化容易方向に沿って順次打ち抜かれることを特徴とする、請求項６または７に記載の製造方法。
9. 回転子と当該回転子を取り囲む固定子とを有する回転電機を備えた風力発電システムであって、
   前記固定子は、
   帯状の無方向性電磁鋼板を螺旋状に折り曲げて積層したヨーク鉄心と、
   前記ヨーク鉄心の周方向に並べられ、一方端部が前記ヨーク鉄心の内周側に固定され、他方端部が前記回転子と対向する複数のティース鉄心と、を有し、
   各前記ティース鉄心は、方向性電磁鋼板を積層した部材で構成され、互いに独立しており、
   各前記ティース鉄心の一方端部は、
   前記ヨーク鉄心側に向かうに従って前記ヨーク鉄心の内周面から周方向幅が狭くなるテーパー部と、
   前記テーパー部の前記ヨーク鉄心側に形成され、周方向幅が前記テーパー部の前記ヨーク鉄心側の先端の周方向幅よりも広い円柱状部と、を有し、
   前記ヨーク鉄心の内周側には、各前記ティース鉄心に対応して設けられ、対応する前記ティース鉄心の一方端部と嵌合可能な形状をもつ嵌合溝が形成され、
   各前記ティース鉄心の一方端部は、それぞれに対応する前記嵌合溝に嵌合されることによって前記ヨーク鉄心の内周側に固定され、
   前記帯状の無方向性電磁鋼板には、当該無方向性電磁鋼板を螺旋状に折り曲げて積層したときに各前記嵌合溝を形成する切り欠きが形成される、風力発電システム。
10. 前記風力発電システムは、
    タワーと、
    前記タワーに設けられたナセルと、
    前記ナセルに設けられた前記回転電機と、
    前記回転電機に直接的または間接的に接続された風車と、を備える、請求項９に記載の風力発電システム。

Images