JP5287903B2 - ロータユニット、風力発電システム、回転電機、発電機および回転電機の組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロータユニット、風力発電システム、回転電機、発電機および回転電機の組立方法に関し、特に、回転軸部を片持ち状に固定可能なロータを備えるロータユニット、風力発電システム、回転電機、発電機および回転電機の組立方法に関する。

従来、回転軸部を片持ち状に固定可能なロータを備えるモータが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

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

特開２００１−３０９６１３号公報

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

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

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面におけるロータユニットは、回転軸部にロータコアを片持ち状に固定可能な回転軸支持部を含むロータと、回転軸部に回転軸支持部が固定されていない状態において、ロータを固定するとともに、回転軸部に回転軸支持部が固定された場合において、ロータコアを覆うカバーになるように構成され、かつ、回転軸部への回転軸支持部の固定時にロータをステータの内部に案内するための案内部が形成された冶具部材と、を備える。

この発明の第２の局面における風力発電システムは、回転軸部と、回転軸部に接続されるブレードと、発電機ユニットとを備え、発電機ユニットは、回転軸部にロータコアを片持ち状に固定可能な回転軸支持部を有するロータと、ロータコアと対向するように配置されるステータコアを有するステータと、回転軸部に回転軸支持部が固定されていない状態において、ロータを固定するとともに、回転軸部に回転軸支持部が固定された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成され、かつ、回転軸部への回転軸支持部の固定時にロータをステータの内部に案内するための案内部が形成された冶具部材とを含む。

この発明の第３の局面における回転電機は、回転軸部と、回転電機ユニットとを備え、回転電機ユニットは、回転軸部にロータコアを片持ち状に固定可能な回転軸支持部を有するロータと、ロータコアと対向するように配置されるステータコアを有するステータと、回転軸部に回転軸支持部が固定されていない状態において、ロータを固定するとともに、回転軸部に回転軸支持部が固定された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成され、かつ、回転軸部への回転軸支持部の固定時にロータをステータの内部に案内するための案内部が形成された冶具部材とを含む。

この発明の第４の局面における発電機は、回転軸部と、発電機ユニットとを備え、発電機ユニットは、回転軸部にロータコアを片持ち状に固定可能な回転軸支持部を有するロータと、ロータコアと対向するように配置されるステータコアを有するステータと、回転軸部に回転軸支持部が固定されていない状態において、ロータを固定するとともに、回転軸部に回転軸支持部が固定された場合において、ロータコアおよびステータコアを覆うカバーになるように構成され、かつ、回転軸部への回転軸支持部の固定時にロータをステータの内部に案内するための案内部が形成された冶具部材とを含む。

この発明の第５の局面における回転電機の組立方法は、回転軸部に回転軸支持部が固定されていない状態において、ロータを冶具部材に固定するステップと、ステータ側に冶具部材に固定されるロータを案内するための案内棒を取り付けるステップと、ステータ側に取り付けられた案内棒に冶具部材に形成される案内部を係合させることにより、冶具部材に固定されるロータをステータ側に案内するステップと、回転軸部にロータの回転軸支持部を固定するステップと、回転軸部に回転軸支持部が固定された後、ステータ側から案内棒を取り外すステップと、案内部を介して締結部材により冶具部材をステータ側に固定するステップとを備える。

本発明では、上記のように、回転軸部に回転軸支持部が固定されていない状態において、ロータを固定するとともに、回転軸部への回転軸支持部の固定時にロータをステータの内部に案内するための案内部が形成された冶具部材を設けることによって、回転軸部が回転軸支持部に固定されていない状態において、冶具部材の案内部により、ロータコアとステータコアとが接触するのを抑制しながらロータをステータの内部に案内することができる。また、冶具部材をロータコアを覆うカバーになるように構成することによって、回転軸部に回転軸支持部が固定された場合において、冶具部材をそのままロータコアを覆うカバーとして用いることができる。これにより、回転軸部が回転軸支持部に固定される際に、冶具部材を取り外す必要がないので、その分、組立工程を簡略化することができる。その結果、回転軸部がロータに支持される際の組立工程が複雑になるのを抑制することができる。

本発明の一実施形態による風力発電システムの全体構成を示す図である。 本発明の一実施形態による発電機ユニットの回転軸部が回転軸支持部に固定されていない状態の断面図である。 本発明の一実施形態による風力発電システムの発電機ユニット側から見た図である。 本発明の一実施形態による発電機ユニットの回転軸部が回転軸支持部に固定された場合の断面図である。 本発明の一実施形態によるカバー兼用冶具を発電機ユニット側から見た図である。 本発明の一実施形態による発電機ユニットの回転軸支持部の凸部を示した図である。 本発明の一実施形態による発電機ユニットの回転軸部が回転軸支持部に固定されていない状態におけるカバー兼用冶具とロータとの取り付け状態を示した断面図である。 本発明の一実施形態による発電機ユニットの回転軸部が回転軸支持部に固定された場合におけるロータと回転軸部との取り付け状態を示した断面図である。 本発明の一実施形態による発電機ユニットのカバー兼用冶具の溝部を示した図である。 本発明の一実施形態による発電機ユニットの回転軸部が回転軸支持部に固定されていない状態におけるラビリンスシールを示した断面図である。 本発明の一実施形態による発電機ユニットの回転軸部が回転軸支持部に固定された場合におけるラビリンスシールを示した断面図である。 本発明の一実施形態による発電機ユニットの回転軸支持部を回転軸部に取り付けるための第１ボルトを示した図である。 本発明の一実施形態による発電機ユニットの組立方法において増速機にステータが取り付けられた状態を示す図である。 本発明の一実施形態による発電機ユニットの組立方法においてフレームに案内棒が取り付けられた状態を示す図である。 本発明の一実施形態による発電機ユニットの組立方法において案内棒によってロータユニットが案内される状態を示す図である。 本発明の一実施形態による発電機ユニットの組立方法においてロータユニットがステータ内に配置された状態を示す図である。 図１に示した風力発電システムの変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１〜図１２を参照して、本発明の一実施形態による風力発電システム１００の構成について説明する。

図１に示すように、風力発電システム１００は、ビルトイン型の発電機ユニット１と、発電機ユニット１が取り付けられる増速機２と、発電機ユニット１および増速機２を収納するためのナセル３と、ロータハブ４と、ブレード５と、タワー６とによって構成されている。また、ロータハブ４は、回転軸４ａに取り付けられている。また、ロータハブ４には、複数のブレード５が取り付けられている。また、ナセル３は、タワー（支持柱）６に取り付けられている。なお、発電機ユニット１は、本発明の「回転電機ユニット」の一例である。

図２および図４に示すように、発電機ユニット１は、フレーム１１と、ステータ２１と、ロータ３１と、カバー兼用冶具４１とによって構成されている。なお、カバー兼用冶具４１は、本発明の「冶具部材」の一例である。また、ロータ３１およびカバー兼用冶具４１により、本発明の「ロータユニット」を構成している。また、フレーム１１は、図２〜図４に示すように、円筒形状に形成されている。また、フレーム１１の増速機２が取り付けられる側（Ｚ１方向側）の端部には、半径方向の外側に突出するフランジ部１１ａが設けられている。フランジ部１１ａは、フレーム１１の外周縁に沿って円周状に形成されている。また、フレーム１１は、図３および図４に示すように、複数の取付ボルト１１０により増速機２に取り付け可能に構成されている。また、フレーム１１のＺ２方向側の端部には、カバー兼用冶具４１が嵌め込まれる段差部１１ｂが設けられている。段差部１１ｂのＺ１方向側の部分（底部）には、複数（本実施形態では、８個）のネジ穴１１ｃが略等角度間隔（約４５度間隔）で形成されている。ネジ穴１１ｃは、後述する取付ボルト１４０が螺合可能なように構成されている。また、複数のネジ穴１１ｃは、Ｚ方向から見て、後述するカバー兼用冶具４１の第１貫通孔４１ａおよび第２貫通孔４１ｂに対応するフレーム１１の部分に設けられている。なお、第１貫通孔４１ａは、本発明の「案内部」の一例である。また、取付ボルト１４０は、本発明の「第１締結部材」の一例である。

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

ロータ３１は、ロータコア３２と、回転軸支持部３３と、ロータコア３２および回転軸支持部３３を連結するアーム部３４とを含んでいる。ロータコア３２は、扁平な円筒形状に形成されており、ステータコア２２に対して半径方向に対向するように配置されている。また、ロータコア３２は、たとえば積層されたケイ素鋼板からなるとともに、ロータコア３２には、外周部に永久磁石３２ａが設けられている。また、回転軸支持部３３は、増速機２に接続される後述の回転軸部２ａを固定する機能を有している。具体的には、回転軸支持部３３は、円筒形状に形成されており、回転軸部２ａが挿入される軸挿入穴３３１を有している。軸挿入穴３３１は、回転軸部２ａの挿入方向（Ｚ方向）に延びるように回転軸支持部３３を貫通して形成されている。また、回転軸支持部３３は、図４および図８に示すように、回転軸部２ａを軸挿入穴３３１に挿入した状態で片持ち状に固定するように構成されている。この際、回転軸支持部３３と回転軸部２ａとは、六角穴１２１を頭部に有する複数の第１ボルト１２０（図１２参照）により固定されている。また、回転軸支持部３３の外側面には、半径方向に延びるアーム部３４が取り付けられている。

また、図２および図８に示すように、回転軸支持部３３には、第１ボルト１２０を挿入可能なボルト挿入孔３３２が回転軸部２ａの挿入方向（Ｚ方向）に貫通して延びるように形成されている。ボルト挿入孔３３２は、図６に示すように、複数（本実施形態では８個）設けられている。また、複数のボルト挿入孔３３２は、軸挿入穴３３１に沿って円状に配列されている。また、ボルト挿入孔３３２は、図１１に示すように、第１ボルト１２０の軸径Ｄ１よりも大きく、かつ、第１ボルト１２０の頭部の対角距離Ｅ１よりも小さい直径Ｄ２を有している。また、ボルト挿入孔３３２には、後述する第２ボルト１３０が螺合可能なように図示しないネジ山が形成されている。また、図６および図７に示すように、ボルト挿入孔３３２のカバー兼用冶具４１側（Ｚ２方向側）の端部には、ボルト挿入孔３３２よりも大きい直径を有するザグリ穴３３３が形成されている。ザグリ穴３３３は、第１ボルト１２０の頭部を収納可能な深さを有している。

また、図２、図４および図６〜図８に示すように、回転軸支持部３３のカバー兼用冶具４１との対向面（Ｚ２方向の表面）には、カバー兼用冶具４１側（Ｚ２方向側）に突出する２本の円環状の凸部３３４が設けられている。この２本の凸部３３４は、カバー兼用冶具４１の後述する溝部４１４とによりラビリンスシール２００を構成している。このラビリンスシール２００については、後に詳細に説明する。また、２本の凸部３３４は、図６に示すように、回転軸部２ａの挿入方向（Ｚ方向）から見て、複数のボルト挿入孔３３２を取り囲むように複数のボルト挿入孔３３２よりも半径方向の外側に形成されている。すなわち、２本の凸部３３４は、ボルト挿入孔３３２よりもロータコア３２側に配置されている。

ここで、本実施形態では、カバー兼用冶具４１は、図２および図７に示すように、回転軸部２ａがロータ３１の回転軸支持部３３に固定されていない状態において、カバー兼用冶具４１の後述するボルト挿入孔４１３にロータ３１が配置される側とは反対側（Ｚ２方向側）から挿入された第２ボルト１３０により、カバー兼用冶具４１に固定的に取り付けられている。すなわち、カバー兼用冶具４１は、回転軸部２ａがロータ３１の回転軸支持部３３に固定されていない状態において、カバー兼用冶具４１とロータ３１とを固定的に連結することによってカバー兼用冶具４１に対してロータ３１が移動するのを規制している。また、カバー兼用冶具４１は、図４に示すように、回転軸部２ａがロータ３１の回転軸支持部３３に固定された場合において、ステータコア２２およびロータコア３２を覆うカバーとなるように構成されている。また、カバー兼用冶具４１は、回転軸部２ａがロータ３１の回転軸支持部３３に固定された場合において、ロータ３１が回転可能となるようにロータ３１から離間されるように構成されている。なお、第２ボルト１３０は、本発明の「第２締結部材」の一例である。

また、図３および図５に示すように、カバー兼用冶具４１の外形は、回転軸部２ａの挿入方向（Ｚ方向）から見て、円形形状に形成されている。ここで、本実施形態では、図２および図５に示すように、カバー兼用冶具４１の外周部で、かつ、回転軸支持部３３の軸方向（Ｚ方向）から見てフレーム１１とオーバーラップする部分には、２つの第１貫通孔４１ａが形成されている。２つの第１貫通孔４１ａは、回転軸支持部３３の軸方向（Ｚ方向）から見て、ロータ３１が回転する周方向に沿って略等角度間隔（約１８０度間隔）で配置されている。また、２つの第１貫通孔４１ａは、カバー兼用冶具４１のＸ１方向側とＸ２方向側とに形成されている。また、カバー兼用冶具４１には、２つの第１貫通孔４１ａとは別個に設けられる６つの第２貫通孔４１ｂが形成されている。６つの第２貫通孔４１ｂは、開口部４１１の外周形状に沿って円環状に配列されている。また、２つの第１貫通孔４１ａおよび６つの第２貫通孔４１ｂは、同一の円周上に配置されている。また、２つの第１貫通孔４１ａおよび６つの第２貫通孔４１ｂ（合計８個の貫通孔）は、ロータ３１が回転する周方向に沿って略等角度間隔（約４５度間隔）で配置されている。第１貫通孔４１ａは、後述するように、回転軸部２ａへの回転軸支持部３３の固定時に、案内棒５００を挿入するために用いられるとともに、カバー兼用冶具４１をフレーム１１に固定する際に、取付ボルト１４０を挿入して締結するために用いられるように構成されている。一方、第２貫通孔４１ｂは、案内棒５００を挿入するためには用いられずに、カバー兼用冶具４１をフレーム１１に固定する際に、取付ボルト１４０を挿入して締結するために用いられるように構成されている。

また、カバー兼用冶具４１の中央部には、図２〜図４および図９に示すように、円形形状の開口部４１１が形成されている。開口部４１１は、回転軸支持部３３の軸挿入穴３３１と略同じ大きさの直径を有している。また、図２、図４および図９に示すように、カバー兼用冶具４１の開口部４１１の周囲には、ロータ３１側（Ｚ１方向側）に突出する円環状の突出部４１２が形成されている。突出部４１２には、六角穴１３１を頭部に有する第２ボルト１３０を挿入可能なボルト挿入孔４１３が回転軸部２ａの挿入方向（Ｚ方向）に貫通して延びるように形成されている。なお、ボルト挿入孔４１３は、本発明の「第３貫通孔」の一例である。ボルト挿入孔４１３は、図３および図９に示すように、複数（本実施形態では、８個）設けられている。また、複数のボルト挿入孔４１３は、開口部４１１の外周形状に沿って円環状に配列されている。また、複数のボルト挿入孔４１３は、回転軸支持部３３の複数のボルト挿入孔３３２に対応する位置に配置されている。また、ボルト挿入孔４１３は、図１０に示すように、第２ボルト１３０の軸径（外径）Ｄ３よりも大きい直径（内径）Ｄ４を有している。また、ボルト挿入孔４１３の直径（内径）Ｄ４は、回転軸支持部３３のボルト挿入孔３３２の直径（内径）Ｄ２よりも大きくなるように構成されている。また、図１１に示すように、ボルト挿入孔４１３の直径Ｄ４は、第１ボルト１２０を通過させることが可能なように、第１ボルト１２０の頭部の対角距離Ｅ１よりも大きい。また、図７に示すように、ボルト挿入孔４１３の直径Ｄ４は、第２ボルト１３０の頭部の対角距離Ｅ２よりも小さい。

また、図２、図４および図７〜図９に示すように、カバー兼用冶具４１の突出部４１２の回転軸支持部３３との対向面（Ｚ１方向の表面）には、カバー兼用冶具４１側（Ｚ２方向側）に窪む２本の円環状の溝部４１４が設けられている。２本の溝部４１４は、図９に示すように、回転軸部２ａの挿入方向（Ｚ方向）から見て、複数のボルト挿入孔４１３を取り囲むように複数のボルト挿入孔４１３よりも半径方向の外側に形成されている。すなわち、２本の溝部４１４は、ボルト挿入孔４１３よりもロータ３１のロータコア３２側に配置されている。また、２本の溝部４１４は、図７〜図９に示すように、上記した回転軸支持部３３の２本の凸部３３４が挿入可能なように構成されている。なお、本実施形態では、回転軸支持部３３の２本の凸部３３４とカバー兼用冶具４１の２本の溝部４１４とによって、非接触型の円環状のラビリンスシール２００が構成されている。すなわち、ラビリンスシール２００は、回転軸部２ａの挿入方向（Ｚ方向）に対向するように配置されたカバー兼用冶具４１とロータ３１の回転軸支持部３３との対向部分に配置されている。また、ラビリンスシール２００は、図２および図７に示すように、回転軸部２ａがロータ３１の回転軸支持部３３に固定されていない状態において、第２ボルト１３０よりもロータコア３２側に配置されている。また、ラビリンスシール２００は、図４および図８に示すように、回転軸部２ａがロータ３１の回転軸支持部３３に固定された場合において、第１ボルト１２０よりもロータコア３２側に配置されている。なお、ラビリンスシール２００は、本発明の「シール部」の一例である。

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

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

このような構成により、回転軸部２ａは、第１ボルト１２０により回転軸支持部３３に固定的に取り付けられることによって、回転軸支持部３３により片持ち状に固定される。この際、ロータ３１は、回転軸部２ａの回転動作に連動してステータ２１に対して回転可能となる。また、図１２に示すように、第１ボルト１２０は、六角穴付きボルトからなり、頭部に六角形状の凹部１２１を有している。これにより、図示しない六角棒レンチをカバー兼用冶具４１のボルト挿入孔４１３を介して第１ボルト１２０の凹部１２１に挿入することによって、カバー兼用冶具４１を取り外すことなく第１ボルト１２０を締め付けることが可能となる。なお、発電機ユニット１および回転軸部２ａにより、主として本発明の「発電機」を構成している。また、この発電機は、本発明の「回転電機」の一例である。

次に、図２、図４、図７、図８、および、図１３〜図１６を参照して、回転軸部２ａをロータ３１の回転軸支持部３３に取り付ける際の組立工程について説明する。

図２および図７に示すように、回転軸部２ａが回転軸支持部３３により固定される前の状態において、カバー兼用冶具４１によりロータ３１の半径方向への移動が規制されている。具体的には、ロータ３１は、カバー兼用冶具４１のボルト挿入孔４１３にロータ３１が配置される側とは反対側（Ｚ２方向側）から挿入された第２ボルト１３０により、カバー兼用冶具４１に固定的に取り付けられている。この際、第２ボルト１３０は、回転軸支持部３３のボルト挿入孔３３２に螺合されている。また、カバー兼用冶具４１の突出部４１２と回転軸支持部３３とは当接されている。

次に、図１３に示すように、フランジ部１１ａを介して複数の取付ボルト１１０によりフレーム１１を増速機２に取り付ける。なお、フレーム１１の内側面には、予めステータ２１が固定的に取り付けられている。

次に、図１４に示すように、フレーム１１のネジ穴１１ｃに２つの案内棒５００を螺合することにより、案内棒５００をフレーム１１に取り付ける。なお、２つの案内棒５００は、８個のネジ穴１１ｃのうち、フレーム１１のＸ１方向側とＸ２方向側とに配置される２つのネジ穴１１ｃに取り付けられる。

次に、図１５に示すように、フレーム１１に取り付けられた案内棒５００に、カバー兼用冶具４１に形成される第１貫通孔４１ａを係合させることにより、カバー兼用冶具４１に固定されるロータ３１をステータ２１の内部（Ｚ１方向側）に案内する。そして、図１６に示すように、ロータ３１の回転軸支持部３３が回転軸部２ａに嵌め込まれる。その後、第２ボルト１３０を抜き取りカバー兼用冶具４１とロータ３１とを離間させる。この際、ロータ３１は、軸挿入穴３３１に挿入された回転軸部２ａにより半径方向への移動が規制されているので、第２ボルト１３０を抜き取っても半径方向に移動しない。

次に、図４および図８に示すように、第１ボルト１２０をカバー兼用冶具４１のボルト挿入孔４１３を通して回転軸支持部３３のボルト挿入孔３３２に挿入する。そして、六角棒レンチ（図示せず）を第１ボルト１２０の凹部１２１（図１２参照）に挿入して第１ボルト１２０を回転軸部２ａのネジ穴２ｃに螺合させる。これにより、ロータ３１が回転軸部２ａに固定的に取り付けられる。そして、ロータ３１は、ロータハブ４の回転動作に伴って軸線Ｃを回転中心として回転可能となる。また、この状態において、カバー兼用冶具４１は、ステータコア２２およびロータコア３２を覆うカバーとして機能する。

次に、フレーム１１のネジ穴１１ｃと案内棒５００との螺合を解除することにより、フレーム１１から案内棒５００を取り外す。そして、図４に示すように、カバー兼用冶具４１に形成される第１貫通孔４１ａおよび第２貫通孔４１ｂ（図５参照）を介して、取付ボルト１４０をフレーム１１のネジ穴１１ｃに螺合させることにより、カバー兼用冶具４１をフレーム１１に取り付ける。上記のように、回転軸部２ａがロータ３１の回転軸支持部３３に取り付けられることによって風力発電システム１００が組み立てられる。

本実施形態では、上記のように、回転軸部２ａに回転軸支持部３３が固定されていない状態において、ロータ３１を固定するとともに、回転軸部２ａへの回転軸支持部３３の固定時にロータ３１をステータ２１の内部に案内するための第１貫通孔４１ａが形成されたカバー兼用冶具４１を設けることによって、回転軸部２ａが回転軸支持部３３に固定されていない状態において、カバー兼用冶具４１の第１貫通孔４１ａにより、ロータコア３２とステータコア２２とが接触するのを抑制しながらロータ３１をステータ２１の内部に案内することができる。また、カバー兼用冶具４１をロータコア３２を覆うカバーになるように構成することによって、回転軸部２ａに回転軸支持部３３が固定された場合において、カバー兼用冶具４１をそのままロータコア３２を覆うカバーとして用いることができる。これにより、回転軸部２ａが回転軸支持部３３に固定される際に、カバー兼用冶具４１を取り外す必要がないので、その分、組立工程を簡略化することができる。その結果、回転軸部２ａがロータ３１に支持される際の組立工程が複雑になるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ロータ３１を案内するための第１貫通孔４１ａは、カバー兼用冶具４１のフレーム１１に対応する部分に設けられており、回転軸部２ａに回転軸支持部３３が固定された場合において、第１貫通孔４１ａを介して取付ボルト１４０により、カバー兼用冶具４１をフレーム１１に固定する。これにより、ロータ３１を案内するためと、カバー兼用冶具４１をフレーム１１に固定するためとの両方に第１貫通孔４１ａを用いることができるので、ロータ３１を案内するための貫通孔とカバー兼用冶具４１をフレーム１１に固定するための貫通孔とを別個に設ける場合と異なり、カバー兼用冶具４１の構成を簡略化することができる。

また、本実施形態では、上記のように、回転軸部２ａへの回転軸支持部３３の固定時に、ロータ３１を案内するための案内棒５００を挿入可能なように第１貫通孔４１ａを構成する。これにより、案内棒５００に第１貫通孔４１ａを係合させることにより、容易に、カバー兼用冶具４１に固定されるロータ３１をステータ２１側に案内することができる。

また、本実施形態では、上記のように、回転軸部２ａへの回転軸支持部３３の固定時に、案内棒５００を挿入するために第１貫通孔４１ａを用いるとともに、カバー兼用冶具４１をフレーム１１に固定する際に、取付ボルト１４０を挿入して締結するために第１貫通孔４１ａを用いる。また、案内棒５００の挿入には第２貫通孔４１ｂを用いずに、カバー兼用冶具４１をフレーム１１に固定する際に、取付ボルト１４０を挿入して締結するために第２貫通孔４１ｂを用いる。これにより、フレーム１１へのカバー兼用冶具４１の固定が、第１貫通孔４１ａを介した取付ボルト１４０と第２貫通孔４１ｂを介した取付ボルト１４０との両方によって行われるので、第１貫通孔４１ａまたは第２貫通孔４１ｂの一方を介して取付ボルトにより固定する場合と比べて、より確実にカバー兼用冶具４１をフレーム１１に固定することができる。

また、本実施形態では、上記のように、回転軸部２ａに回転軸支持部３３が固定されていない状態において、ボルト挿入孔４１３を介して第２ボルト１３０によりロータ３１の回転軸支持部３３にカバー兼用冶具４１を固定する。これにより、カバー兼用冶具４１がロータ３１の回転軸支持部３３に確実に固定されるので、ロータコア３２とステータコア２２とが接触するのを確実に抑制しながらロータ３１をステータ２１の内部に案内することができる。

また、本実施形態では、上記のように、カバー兼用冶具４１とロータ３１との間にラビリンスシール２００を設けることによって、ラビリンスシール２００により、カバー兼用冶具４１とロータ３１との間の隙間から異物が入るのを抑制することができる。また、回転軸支持部３３に、回転軸部２ａが挿入される軸挿入穴３３１を設け、ラビリンスシール２００を、回転軸部２ａの挿入方向（Ｚ方向）に対向するように配置されたカバー兼用冶具４１とロータ３１の回転軸支持部３３との対向部分のロータコア３２側において、回転軸部２ａの挿入方向（Ｚ方向）から見て軸挿入穴３３１を取り囲むように円環状に形成する。また、カバー兼用冶具４１を、回転軸部２ａが回転軸支持部３３に固定されていない状態において、ラビリンスシール２００よりも軸挿入穴３３１側に配置された第２ボルト１３０によりボルト挿入孔４１３を介してロータ３１の回転軸支持部３３に固定的に取り付ける。これによって、ラビリンスシール２００が第２ボルト１３０による締結部分よりもロータコア３２側に配置されるので、ラビリンスシール２００により、締結部分からロータコア３２側に異物が入るのを有効に抑制することができる。

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

また、本実施形態では、上記のように、ロータ３１を案内するための第１貫通孔４１ａを、２個設けて、回転軸支持部３３の軸方向から見て、ロータ３１が回転する周方向に沿って２個の第１貫通孔４１ａを略等角度間隔（約１８０度間隔）に配置する。これにより、カバー兼用冶具４１の一方端側と他方端側とが案内棒５００により案内されるので、第１貫通孔４１ａが１個だけ設けられている場合と異なり、カバー兼用冶具４１がぐらついてロータコア３２とステータコア２２とが接触するのを抑制することができる。

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

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

また、上記実施形態では、本発明のロータユニットを発電機に適用する例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明のロータユニットをモータに適用してもよい。

また、上記実施形態では、カバー兼用冶具に案内棒を挿入するために貫通孔を設ける例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、カバー兼用冶具の外縁部に案内棒と係合する切り欠きを設けてもよい。

また、上記実施形態では、カバー兼用冶具に案内棒を挿入するための２個の第１貫通孔が設けられる例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、カバー兼用冶具に案内棒を挿入するための１個の第１貫通孔を設けてもよいし、３個以上の第１貫通孔を設けてもよい。

また、上記実施形態では、案内棒がフレームに取り付けられる例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ステータコアや増速機など、フレーム以外の部分に案内棒を取り付けてもよい。

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

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

また、上記実施形態では、増速機を備えた風力発電システムについて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１７に示すように、増速機を備えていない風力発電システム４００であってもよい。

１ 発電機ユニット（回転電機ユニット）
２ａ 回転軸部
５ ブレード
２１ ステータ
２２ ステータコア
３１ ロータ
３２ ロータコア
３３ 回転軸支持部
４１ カバー兼用冶具（冶具部材）
４１ａ 第１貫通孔（案内部）
４１ｂ 第２貫通孔
１００、４００ 風力発電システム
１３０ 第２ボルト（第２締結部材）
１４０ 取付ボルト（第１締結部材）
２００ ラビリンスシール（シール部）
３３１ 軸挿入穴
４１３ ボルト挿入孔（第３貫通孔）
５００ 案内棒

Claims (13)

1. 回転軸部にロータコアを片持ち状に固定可能な回転軸支持部を含むロータと、
   前記回転軸部に前記回転軸支持部が固定されていない状態において、前記ロータを固定するとともに、前記回転軸部に前記回転軸支持部が固定された場合において、前記ロータコアを覆うカバーになるように構成され、かつ、前記回転軸部への前記回転軸支持部の固定時に前記ロータをステータの内部に案内するための案内部が形成された冶具部材と、を備えたロータユニット。
2. 前記案内部は、前記回転軸部への前記回転軸支持部の固定時に前記ロータを前記ステータの内部に案内するための第１貫通孔を含む、請求項１に記載のロータユニット。
3. 前記ロータを案内するための前記第１貫通孔は、前記冶具部材の前記ステータ側に対応する部分に設けられており、前記回転軸部に前記回転軸支持部が固定された場合において、前記冶具部材は、前記第１貫通孔を介して第１締結部材により、前記ステータ側に固定されるように構成されている、請求項２に記載のロータユニット。
4. 前記第１貫通孔は、前記回転軸部への前記回転軸支持部の固定時に、前記ロータを案内するための案内棒を挿入可能なように構成されている、請求項２または３に記載のロータユニット。
5. 前記冶具部材は、前記第１貫通孔とは別個に設けられる第２貫通孔をさらに含み、
   前記第１貫通孔は、前記回転軸部への前記回転軸支持部の固定時に、前記案内棒を挿入するために用いられるとともに、前記冶具部材を前記ステータ側に固定する際に、前記第１締結部材を挿入して締結するために用いられるように構成され、
   前記第２貫通孔は、前記案内棒の挿入には用いられずに、前記冶具部材を前記ステータ側に固定する際に、前記第１締結部材を挿入して締結するために用いられるように構成されている、請求項４に記載のロータユニット。
6. 前記冶具部材は、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔とは別個に設けられる第３貫通孔を含み、
   前記冶具部材は、前記回転軸部に前記回転軸支持部が固定されていない状態において、前記第３貫通孔を介して第２締結部材により前記ロータの回転軸支持部に固定可能なように構成されている、請求項５に記載のロータユニット。
7. 前記冶具部材と前記ロータとの間には、シール部が設けられており、
   前記回転軸支持部は、前記回転軸部が挿入される軸挿入穴を含み、
   前記シール部は、前記回転軸部の挿入方向に対向するように配置された前記冶具部材と前記ロータの回転軸支持部との対向部分のロータコア側において、前記回転軸部の挿入方向から見て前記軸挿入穴を取り囲むように円環状に形成されており、
   前記冶具部材は、前記回転軸部に前記回転軸支持部が固定されていない状態において、前記シール部よりも前記軸挿入穴側に配置された前記第２締結部材により前記第３貫通孔を介して前記ロータの回転軸支持部に固定可能なように構成されている、請求項６に記載のロータユニット。
8. 前記シール部は、非接触型の円環状のラビリンスシールである、請求項７に記載のロータユニット。
9. 前記ロータを案内するための前記案内部は、複数設けられ、前記複数の案内部は、前記回転軸支持部の軸方向から見て、前記ロータが回転する周方向に沿って略等角度間隔に配置されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のロータユニット。
10. 回転軸部と、
    前記回転軸部に接続されるブレードと、
    発電機ユニットとを備え、
    前記発電機ユニットは、
    前記回転軸部にロータコアを片持ち状に固定可能な回転軸支持部を有するロータと、
    前記ロータコアと対向するように配置されるステータコアを有するステータと、
    前記回転軸部に前記回転軸支持部が固定されていない状態において、前記ロータを固定するとともに、前記回転軸部に前記回転軸支持部が固定された場合において、前記ロータコアおよび前記ステータコアを覆うカバーになるように構成され、かつ、前記回転軸部への前記回転軸支持部の固定時に前記ロータを前記ステータの内部に案内するための案内部が形成された冶具部材とを含む、風力発電システム。
11. 回転軸部と、
    回転電機ユニットとを備え、
    前記回転電機ユニットは、
    前記回転軸部にロータコアを片持ち状に固定可能な回転軸支持部を有するロータと、
    前記ロータコアと対向するように配置されるステータコアを有するステータと、
    前記回転軸部に前記回転軸支持部が固定されていない状態において、前記ロータを固定するとともに、前記回転軸部に前記回転軸支持部が固定された場合において、前記ロータコアおよび前記ステータコアを覆うカバーになるように構成され、かつ、前記回転軸部への前記回転軸支持部の固定時に前記ロータを前記ステータの内部に案内するための案内部が形成された冶具部材とを含む、回転電機。
12. 回転軸部と、
    発電機ユニットとを備え、
    前記発電機ユニットは、
    前記回転軸部にロータコアを片持ち状に固定可能な回転軸支持部を有するロータと、
    前記ロータコアと対向するように配置されるステータコアを有するステータと、
    前記回転軸部に前記回転軸支持部が固定されていない状態において、前記ロータを固定するとともに、前記回転軸部に前記回転軸支持部が固定された場合において、前記ロータコアおよび前記ステータコアを覆うカバーになるように構成され、かつ、前記回転軸部への前記回転軸支持部の固定時に前記ロータを前記ステータの内部に案内するための案内部が形成された冶具部材とを含む、発電機。
13. 回転軸部に回転軸支持部が固定されていない状態において、ロータを冶具部材に固定するステップと、
    ステータ側に前記冶具部材に固定される前記ロータを案内するための案内棒を取り付けるステップと、
    前記ステータ側に取り付けられた前記案内棒に前記冶具部材に形成される案内部を係合させることにより、前記冶具部材に固定される前記ロータを前記ステータ側に案内するステップと、
    前記回転軸部に前記ロータの前記回転軸支持部を固定するステップと、
    前記回転軸部に前記回転軸支持部が固定された後、前記ステータ側から前記案内棒を取り外すステップと、
    前記案内部を介して締結部材により前記冶具部材を前記ステータ側に固定するステップとを備える、回転電機の組立方法。

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