TWI501513B - 旋轉電機、風力發電系統及製造旋轉電機之方法 - Google Patents

Description

旋轉電機、風力發電系統及製造旋轉電機之方法

本發明有關旋轉電機、風力發電系統及製造旋轉電機之方法，且更特別地是，其有關包括轉子及徑向地相向於該轉子的定子之旋轉電機、風力發電系統及製造旋轉電機之方法。

大致上，譬如，日本專利申請案公開第2006-6023號揭示一包括轉子及徑向地相向於該轉子的定子之旋轉電機。

前述日本專利申請案公開第2006-6023號揭示一發電機(旋轉電機)，其包括一轉子、徑向地相向於該轉子之定子、儲存該轉子及該定子的外殼、及連接至該轉子並藉由該外殼經過一對軸承可旋轉地支撐之旋轉軸桿。於此發電機中，永久磁鐵係設在該轉子之外周邊上。該轉子及該定子被配置，以致該轉子之永久磁鐵及定子之繞組所捲繞的定子芯部係彼此徑向地相向。於前述日本專利申請案公開第2006-6023號中所揭示之發電機中，該旋轉軸桿由該轉子突出的一部份之長度係相當小的。因此，當該旋轉軸桿被插入該軸承供組裝該發電機時，該轉子之永久磁鐵及該定子芯部係可想像地在該旋轉軸桿之朝前端部被插入該等軸承之前彼此相向。因此，當將該旋轉軸桿插入該等軸承時，該組裝操作必需被非常小心地施行，以便防止該轉子及該定子芯部由於磁力彼此吸引及將彼此造成接觸。

如此，前述日本專利申請案公開第2006-6023號中所敘述之需要非常小心的組裝操作之傳統發電機，係因此非常難以組裝，且不利地需要長組裝時間。

本發明已被提出，以便解決該前述之問題，且本發明之目的係提供一能輕易及迅速地被組裝之旋轉電機、風力發電系統、及製造旋轉電機之方法。

為了獲得前述之目的，根據本發明之第一態樣的旋轉電機包括旋轉軸桿部份；轉子，包括轉子芯部，連接至該旋轉軸桿部份；定子，包括定子芯部，被配置成與該轉子芯部徑向地相向；外殼，設有儲存該轉子及該定子之凹陷部份；及旋轉軸桿支撐部份，被設在該外殼上，用於可旋轉地支撐該旋轉軸桿部份，且如此被形成，以致當該旋轉軸桿部份被插入該旋轉軸桿支撐部份時，在該旋轉軸桿部份的外延方向中由較接近該旋轉軸桿支撐部份的轉子芯部之端部至首先與該旋轉軸桿支撐部份造成接觸的部份之長度，係大於在該旋轉軸桿部份的外延方向中由較接近該定子之旋轉軸桿支撐部份的端部至該定子芯部與該旋轉軸桿支撐部份相向的端部之長度。

如上文所敘述，根據第一態樣之旋轉電機如此被形成，以致當該旋轉軸桿部份被插入該旋轉軸桿支撐部份時，在該旋轉軸桿部份的外延方向中由較接近該旋轉軸桿支撐部份的轉子芯部之端部至首先與該旋轉軸桿支撐部份造成接觸的部份之長度，係大於在該旋轉軸桿部份的外延方向中由較接近該定子之旋轉軸桿支撐部份的端部至該定子芯部相向於該旋轉軸桿支撐部份的端部之長度。因此，當該旋轉軸桿部份首先與該旋轉軸桿支撐部份造成接觸時，該轉子芯部及該定子芯部係未彼此徑向地相向。此後，該旋轉軸桿部份被插入具有導引件之作用的旋轉軸桿支撐部份，藉此由於被包括在其中的永久磁鐵之磁力，當該轉子芯部及該定子芯部係彼此徑向地相向時，該旋轉軸桿部份禁止該轉子芯部移動朝向該定子芯部。因此，該轉子及該定子芯部被禁止由於該磁力而彼此吸引及造成彼此接觸，藉此該旋轉電機可被輕易及迅速地組裝。再者，該轉子及該定子芯部能藉由僅只調整該旋轉軸桿部份等之長度被禁止由於該磁力而彼此吸引及造成彼此接觸，以具有根據本發明之長度關係，藉此沒有專用之夾具可被採用於固定該轉子，以禁止該轉子移動。亦在此點，該旋轉電機可被輕易及迅速地組裝。

根據本發明之第二態樣的風力發電系統包括發電機，設有：旋轉軸桿部份、轉子，包括連接至該旋轉軸桿部份之轉子芯部、定子，包括被配置成與該轉子芯部徑向地相向之定子芯部、外殼，設有儲存該轉子及該定子之凹陷部份，與旋轉軸桿支撐部份，設在該外殼上而用於可旋轉地支撐該旋轉軸桿部份；及葉片，被連接至該旋轉軸桿部份，且如此被形成，以致當該旋轉軸桿部份被插入該旋轉軸桿支撐部份時，在該旋轉軸桿部份的外延方向中由較接近該旋轉軸桿支撐部份的轉子芯部之端部至首先與該旋轉軸桿支撐部份造成接觸的部份之長度，係大於在該旋轉軸桿部份的外延方向中由較接近該定子之旋轉軸桿支撐部份的端部至該定子芯部與該旋轉軸桿支撐部份相向的端部之長度。

如上文所敘述，根據該第二態樣之風力發電系統係如此被形成，以致當該旋轉軸桿部份被插入該旋轉軸桿支撐部份時，在該旋轉軸桿部份的外延方向中由較接近該旋轉軸桿支撐部份的轉子芯部之端部至首先與該旋轉軸桿支撐部份造成接觸的部份之長度，係大於在該旋轉軸桿部份的外延方向中由較接近該定子之旋轉軸桿支撐部份的端部至該定子芯部相向於該旋轉軸桿支撐部份的端部之長度。因此，當該旋轉軸桿部份首先與該旋轉軸桿支撐部份造成接觸時，該轉子芯部及該定子芯部係未彼此徑向地相向。此後，該旋轉軸桿部份被插入具有導引件之作用的旋轉軸桿支撐部份，藉此由於被包括在其中的永久磁鐵之磁力，當該轉子芯部及該定子芯部係彼此徑向地相向時，該旋轉軸桿部份禁止該轉子芯部移動朝向該定子芯部。因此，該轉子及該定子芯部被禁止由於該磁力而彼此吸引及造成彼此接觸，藉此該風力發電系統可被輕易及迅速地組裝。再者，該轉子及該定子芯部能藉由僅只調整該旋轉軸桿部份等之長度被禁止由於該磁力而彼此吸引及造成彼此接觸，以具有根據本發明之長度關係，藉此沒有專用之夾具可被採用於固定該轉子，以禁止該轉子移動。亦在此點，該風力發電系統可被輕易及迅速地組裝。

根據本發明之第三態樣的製造旋轉電機之方法係一種製造旋轉電機之方法，該旋轉電機包括旋轉軸桿部份、轉子，包括連接至該旋轉軸桿部份之轉子芯部、定子，包括被配置成與該轉子芯部徑向地相向之定子芯部、外殼，設有儲存該轉子及該定子之凹陷部份，與旋轉軸桿支撐部份，設在該外殼上而用於可旋轉地支撐該旋轉軸桿部份，且該方法包括以下步驟：在該轉子芯部及該定子芯部未徑向地彼此相向之狀態中，藉由使得當該旋轉軸桿部份被插入該旋轉軸桿支撐部份時，在該旋轉軸桿部份的外延方向中由較接近該旋轉軸桿支撐部份的轉子芯部之端部至首先與該旋轉軸桿支撐部份造成接觸的部份之長度，大於在該旋轉軸桿部份的外延方向中由較接近該定子之旋轉軸桿支撐部份的端部至該定子芯部與該旋轉軸桿支撐部份相向的端部之長度，將該旋轉軸桿部份及較接近該定子之旋轉軸桿支撐部份的端部帶入彼此接觸；且將該旋轉軸桿部份插入該旋轉軸桿支撐部份，同時保持該轉子芯部及該定子芯部未彼此接觸之狀態。

如上文所敘述，根據該第三態樣的製造旋轉電機之方法包括以下步驟：在該轉子芯部及該定子芯部未徑向地彼此相向之狀態中，將該旋轉軸桿部份及較接近該定子之旋轉軸桿支撐部份的端部帶入彼此接觸；且將該旋轉軸桿部份插入該旋轉軸桿支撐部份，同時保持該轉子芯部及該定子芯部未彼此接觸之狀態。因此，當該旋轉軸桿部份首先與該旋轉軸桿支撐部份造成接觸時，該轉子芯部及該定子芯部係未彼此徑向地相向。此後，該旋轉軸桿部份被插入具有導引件之作用的旋轉軸桿支撐部份，藉此由於被包括在其中的永久磁鐵之磁力，當該轉子芯部及該定子芯部係彼此徑向地相向時，該旋轉軸桿部份禁止該轉子芯部移動朝向該定子芯部。因此，該轉子及該定子芯部被禁止由於該磁力而彼此吸引及造成彼此接觸，藉此該旋轉電機可被輕易及迅速地組裝。再者，該轉子及該定子芯部能藉由僅只調整該旋轉軸桿部份等之長度被禁止由於該磁力而彼此吸引及造成彼此接觸，以具有根據本發明之長度關係，藉此沒有專用之夾具可被採用於固定該轉子，以禁止該轉子移動。亦在此點，該旋轉電機可被輕易及迅速地組裝。

當取自會同所附圖面時，本發明之前面及其他目的、特色、態樣及優點將由本發明之以下詳細敘述變得更明顯。

現在參考圖面敘述本發明之具體實施例。

(第一具體實施例)

首先，根據本發明之第一具體實施例的風力發電系統100之結構係參考圖1至4敘述。根據第一具體實施例，被採用於該風力發電系統100之本發明的旋轉電機係應用至發電機1。

如圖1所示，該風力發電系統100係由該發電機1、用於儲存該發電機1之短艙(nacelle) 2、轉子轂3、複數葉片4、及塔柱5所構成。該發電機1被儲存於該短艙2中。該轉子轂3被安裝在該發電機1的稍後敘述之旋轉軸桿33上。該複數葉片4被安裝在該轉子轂3上。該短艙2被安裝在該塔柱(支柱)5上。

如圖4所示，該發電機1係由外殼11、定子21及轉子31所構成。該外殼11係呈圓柱之形狀。再者，該外殼11係設有儲存該定子21及該轉子31之凹陷部份12。該外殼11之凹陷部份12係設有旋轉軸桿支撐孔13，用於接收該轉子31之旋轉軸桿33。該外殼11之凹陷部份12係另設有螺絲接收孔13a，包括用於接收稍後敘述之螺絲42的穿透孔。蓋部14(見圖2)被提供，以蓋住該外殼11之凹陷部份12。在本發明中，該旋轉軸桿支撐孔13係該“旋轉軸桿支撐部份”或該“第一旋轉軸桿支撐孔”的一範例。

該定子21係由定子芯部22及繞線總成23所構成。該定子芯部22係譬如藉由矽鋼層板所形成。再者，該定子芯部22係設有複數凹槽(未示出)。該繞線總成23被儲存於該定子芯部22之凹槽中。該繞線總成23係譬如由能夠通過U相、V相、及W相的三相電流之複數繞組所構成。

該轉子31包括轉子芯部32及該旋轉軸桿33。該轉子芯部32係呈扁平圓柱之形狀，且被連接至該旋轉軸桿33。該旋轉軸桿33被提供，以僅只在較接近該定子21的旋轉軸桿支撐孔13(沿著箭頭Z1)之轉子芯部32的側面上突出及延伸。如此，根據第一具體實施例，該定子21之旋轉軸桿支撐孔13以懸臂方式可旋轉地支撐該旋轉軸桿33。該轉子芯部32係例如藉由矽鋼層板所形成，且具有設在其外周邊部份上之永久磁鐵32a。用於與稍後敘述之軸承螺帽38咬合的螺絲部份34係設在該旋轉軸桿33之前端側面(沿著箭頭Z1)上。在本發明中，該旋轉軸桿33係該“旋轉軸桿部份”或該“第一旋轉軸桿”的一範例。

如圖3所示，第一滾珠軸承35及第二滾珠軸承36被事先地安裝在該旋轉軸桿33上。如此，如與該旋轉軸桿33僅只具有一軸承之案例比較，該旋轉軸桿33於方向X中之移動可被更多調節。該第一滾珠軸承35係由內環35a、外環35b及滾珠35c所構成。該第二滾珠軸承36係由內環36a、外環36b、及滾珠36c所構成。軸環37設於該第一及第二滾珠軸承35及36之間，以將該第一及第二滾珠軸承35及36保持在一指定間隔。在本發明中，該第一及第二滾珠軸承35及36係該“旋轉軸桿支撐部份”或該“第一軸承”的範例。

該旋轉軸桿33係如此被形成，以致沿著箭頭Z2之直徑D1係大於沿著箭頭Z1之直徑D2。該第一及第二滾珠軸承35及36之內徑係等於D2。如此，分別具有該等直徑D1及D2之旋轉軸桿33的各部份間之邊界上的步階33a調節該第一及第二滾珠軸承35及36沿著箭頭Z2之移動。再者，該軸承螺帽38係與該旋轉軸桿33咬合，以調節該第一及第二滾珠軸承35及36沿著箭頭Z1之移動。

根據第一具體實施例，該旋轉軸桿33之步階33a及該軸承螺帽38固持該第一及第二滾珠軸承35及36與在其間之軸環37，藉此該第一滾珠軸承35之內環35a係沿著箭頭Z1受應力。該第一滾珠軸承35之外環35b係相向於該內環35a沿著箭頭Z2受應力。該第二滾珠軸承36之內環36a係亦沿著箭頭Z2受應力。該第二滾珠軸承36的外環36b係相向於該內環36a沿著箭頭Z1受應力。如此，力量被施加至該等滾珠35c之點A及B。再者，力量被施加至該等滾珠36c之點C及D。該旋轉軸桿33係如此形成，以致藉由以該前述之方式對該等內環35a及36a與該等外環35b及36b加應力來移去該第一及第二滾珠軸承35及36間之背隙。

如圖2所示，具有螺絲部份之軸承蓋41係設在該外殼11之凹陷部份12的內底部表面上。該等螺絲42係如此與該等軸承蓋41之螺絲部份咬合，以便將該第一及第二滾珠軸承35及36固定至該外殼11的凹陷部份12。

根據第一具體實施例，該發電機1係如此被形成，以致當該旋轉軸桿33被插入該旋轉軸桿支撐孔13時，在該旋轉軸桿33的外延方向(方向Z)中由較接近該旋轉軸桿支撐孔13的轉子芯部32之端部32b至該第二滾珠軸承36首先與該旋轉軸桿支撐孔13造成接觸的部份(該第二滾珠軸承36沿著箭頭Z1之端部36d)之長度L1，係大於在該旋轉軸桿33的外延方向(方向Z)中由較接近該定子21之旋轉軸桿支撐孔13的端部13b至該定子芯部22與該旋轉軸桿支撐孔13相向的端部22a(沿著箭頭Z2)之長度L2(L1>L2)，如圖4所示。換句話說，該發電機1係如此形成，以致於該方向Z中由較接近該旋轉軸桿支撐孔13之轉子芯部32的端部32b至該第二滾珠軸承36沿著箭頭Z1之端部36d的長度L1，係大於在該方向Z中由較接近該定子21之旋轉軸桿支撐孔13的端部13b至較接近該旋轉軸桿支撐孔13的定子芯部22之端部22b的長度L3、與該Z方向中之定子芯部22的長度L4(厚度)之總和(L1>L3+L4)。

再者，根據該第一具體實施例，該發電機1係如此被形成，以致於該方向Z中由較接近該旋轉軸桿支撐孔13之轉子芯部32的端部32b至該第二滾珠軸承36d沿著箭頭Z1之端部36d的長度L1，係大於在該方向Z中由較接近該定子21之旋轉軸桿支撐孔13的端部13b至該外殼11與該旋轉軸桿支撐孔13相向的端部11a(沿著箭頭Z2)之長度L5(L1>L5)。

現在參考圖4至7敘述用以將該轉子31安裝在該外殼11上之組裝方法(製造方法)。

如圖4所示，該轉子31係沿著箭頭Z2手動地或以起重機等配置在該外殼11之側面上。於此案例中，該轉子31係如此沿著箭頭Z2配置在該外殼11之側面上，以致該旋轉軸桿33的徑向中線C2及C1與該外殼11之旋轉軸桿支撐孔13實質上彼此對齊。在此時，該軸承蓋41係沿著箭頭Z2暫時地固定至該第一滾珠軸承35之表面。

然後，該第二滾珠軸承36沿著箭頭Z1之端部36d及該旋轉軸桿支撐孔13較接近該定子21的端部13b(沿著箭頭Z2)被帶入彼此接觸，如圖5所示。於該方向Z中由較接近該旋轉軸桿支撐孔13之轉子芯部32的端部32b至該第二滾珠軸承36沿著箭頭Z1之端部36d的長度L1，係大於在該方向Z中由較接近該定子21之旋轉軸桿支撐孔13的端部13b至該定子芯部22沿著箭頭Z2的端部22a之長度L2(L1>L2(見圖4))，且因此該轉子芯部32及該定子芯部22在此時係不會於徑向的方向中彼此相向。如此，該轉子芯部32及該定子芯部22不會由於該永久磁鐵32a之磁力而彼此吸引及彼此造成接觸。雖然於該方向Z中由較接近該旋轉軸桿支撐孔13之轉子芯部32的端部32b至該定子芯部22沿著箭頭Z2之端部22a的長度(間隔)L6，係回應於該轉子芯部32之尺寸(該轉子芯部32的磁力之強度)被設定為至少約5毫米及至多約10毫米，譬如，如果該轉子芯部32係相當小，或被設定為至少約30毫米及至多約40毫米，譬如，如果該轉子芯部32於圖5所示狀態中係相當大，本發明不被限制於所說明之值。

然後，該旋轉軸桿33(第一及第二滾珠軸承35及36)被插入具有導引件之作用的旋轉軸桿支撐孔13，同時該轉子芯部32及該定子芯部22被保持彼此不接觸，如圖6所示。當該第二滾珠軸承36之端部36d被插入該旋轉軸桿支撐孔13時，該旋轉軸桿支撐孔13調節該旋轉軸桿33於該方向X(徑向的方向)中之移動。當該轉子芯部32沿著箭頭Z1之端部32b係如圖6所示與該定子芯部22沿著箭頭Z2之端部22a齊平時，該第二滾珠軸承36被完全地裝入該旋轉軸桿支撐孔13，且因此該旋轉軸桿支撐孔13完全地調節該旋轉軸桿33之徑向移動。如此，當該旋轉軸桿33被插入該旋轉軸桿支撐孔13時，該轉子芯部32及該定子芯部22被禁止由於該永久磁鐵32a之磁力而互相吸引及造成彼此接觸。然後，該旋轉軸桿33被插入該旋轉軸桿支撐孔13，直至該第一滾珠軸承35被完全地裝入具有導引件之作用的旋轉軸桿支撐孔13，同時該轉子芯部32及該定子芯部22被保持彼此不接觸，如圖7所示。此後，該等軸承蓋41及該等螺絲42係彼此咬合。如此，該第一及第二滾珠軸承35及36被固定至該旋轉軸桿支撐孔13，藉此該轉子係可旋轉地固定至該外殼11之凹陷部份12。此後，該蓋部14被安裝在該外殼11上，如圖2所示，藉此根據第一具體實施例之發電機1被完全組裝。

根據第一具體實施例，如上文所敘述，在該旋轉軸桿33的外延方向(方向Z)中由較接近該旋轉軸桿支撐孔13的轉子芯部32之端部32b(沿著箭頭Z1)至該第二滾珠軸承36沿著箭頭Z1之端部36d的長度L1，係使得大於在該旋轉軸桿33的外延方向(方向Z)中由較接近該定子21之旋轉軸桿支撐孔13的端部13b至該定子芯部22與該旋轉軸桿支撐孔13相向的端部22a(沿著箭頭Z2)之長度L2(L1>L2)。因此，當該第二滾珠軸承36首先與該旋轉軸桿支撐孔13造成接觸時，該轉子芯部32及該定子芯部22係不會彼此徑向地相向。此後，該旋轉軸桿33被插入具有導引件之作用的旋轉軸桿支撐孔13，以致當該轉子芯部32及該定子芯部22彼此徑向地相向時，該旋轉軸桿支撐孔13禁止該轉子芯部32由於被包括在其中之永久磁鐵32a的磁力而移動朝向該定子芯部22。因此，該轉子31及該定子芯部22被禁止由於該磁力而彼此吸引及彼此造成接觸，藉此該發電機1可被輕易及迅速地組裝。再者，該轉子31及該定子芯部22能藉由僅只調整該旋轉軸桿33之長度等被禁止由於該磁力而彼此吸引及彼此造成接觸，以具有該前述之長度關係，藉此沒有專用之夾具可被採用於固定該轉子31，以禁止該轉子移動。亦在此點，該發電機1可被輕易及迅速地組裝。

根據第一具體實施例，如上文所敘述，該旋轉軸桿支撐孔13以懸臂方式可旋轉地支撐該旋轉軸桿33。如此，該旋轉軸桿33如此僅只被設在該發電機1能於軸向尺寸中被減少(厚度中之減少與小型化)的一側面上，不類似於在該旋轉軸桿33的兩端部上設有軸承之案例，用於以內側轉子方式支撐該旋轉軸桿33。因此，該發電機1之重量能被減少。再者，該等軸承35及36係僅只設在一側面上，藉此構成該發電機1的零組件之數目能被減少。此外，該發電機1之厚度、尺寸及重量如此被減少，以致該發電機1可被輕易地安裝在該風力發電系統100上，且亦可被由將往下放在地面上之電力產生系統100輕易地分離。因此，該風力發電系統1可被輕易地維護。

根據該第一具體實施例，如上文所敘述，該發電機1係如此被形成，以致當該第二滾珠軸承36被插入該旋轉軸桿支撐孔13時，在該旋轉軸桿33的外延方向中由較接近該旋轉軸桿支撐孔13的轉子芯部32之端部32b至該第二滾珠軸承36首先與該旋轉軸桿支撐孔13造成接觸的部份之長度L1，係大於在該旋轉軸桿33的外延方向中由較接近該定子21之旋轉軸桿支撐孔13的端部13b至該定子芯部22較接近該旋轉軸桿支撐孔13的端部22b之長度L3、與該定子芯部22在該旋轉軸桿33的外延方向中之長度L4的總和。如此，當該第二滾珠軸承36首先與該旋轉軸桿支撐孔13造成接觸時，能造成該轉子芯部32及該定子芯部22不會彼此徑向地相向。

根據該第一具體實施例，如上文所敘述，該發電機1係如此被形成，以致當該第二滾珠軸承36被插入該旋轉軸桿支撐孔13時，在該旋轉軸桿33的外延方向中由較接近該旋轉軸桿支撐孔13的轉子芯部32之端部32b至該第二滾珠軸承36首先與該旋轉軸桿支撐孔13造成接觸的部份之長度L1，係大於在該旋轉軸桿33的外延方向中由較接近該定子21之旋轉軸桿支撐孔13的端部13b至該外殼11與該旋轉軸桿支撐孔13相向的端部11a之長度L5。

如此，該轉子芯部32及該定子芯部22於該方向Z中之距離可在該狀態中被進一步增加，該第二滾珠軸承36沿著箭頭Z1之端部36d及(沿著箭頭Z2)較接近該定子21之旋轉軸桿支撐孔13的端部13b係在此狀態彼此接觸，藉此該轉子芯部32及該定子芯部22可進一步禁止由於該永久磁鐵32a之磁力而造成彼此接觸。

根據該第一具體實施例，如上文所敘述，該發電機1係如此被形成，以致該第一滾珠軸承35之內環35a及外環33b被沿著該旋轉軸桿33之外延方向分別相反地施加應力。再者，該發電機1係如此被形成，以致該第二滾珠軸承36之內環36a及外環36b被沿著該旋轉軸桿33之外延方向分別相反地施加應力。如此，力量係於該軸向方向中分別由雙邊施加至該第一滾珠軸承35(第二滾珠軸承36)之滾珠35c(36c)，藉此該第一及第二滾珠軸承35及36間之背隙能被消除。因此，該旋轉軸桿33於該軸向方向(方向Z)中之移動能被調節。

(第二具體實施例)

現在參考圖8及9敘述根據本發明之第二具體實施例的發電機1a。於根據該第二具體實施例之發電機1a中，第一滾珠軸承55及第二滾珠軸承56被事先地安裝在旋轉軸桿支撐孔53上，不類似於根據該前述第一具體實施例的具有被事先地安裝在該旋轉軸桿33上之第一及第二滾珠軸承35及36的發電機1。根據該第二具體實施例的風力發電系統之整個結構係類似於根據該前述第一具體實施例的風力發電系統100之整個結構(見圖1)。

如圖9所示，根據該第二具體實施例的發電機1a係由外殼51、定子61、及轉子71所構成。該外殼51係呈圓柱之形狀。再者，該外殼51係設有儲存該定子61及該轉子71之凹陷部份52。用於接收該轉子71的旋轉軸桿73之旋轉軸桿支撐孔53係設在該凹陷部份52之底部表面上。蓋部54(見圖8)被提供至蓋住該外殼51之凹陷部份52。在本發明中，該旋轉軸桿支撐孔53係該“旋轉軸桿支撐部份”或該“第二旋轉軸桿支撐孔”的一範例。

該定子61係由定子芯部62及繞線總成63所構成。該定子芯部62係譬如藉由矽鋼層板所製成。再者，該定子芯部62係設有複數凹槽(未示出)。該繞線總成63被儲存於該定子芯部62之凹槽中。該繞線總成63係譬如由能夠通過U相、V相、及W相的三相電流之複數繞組所構成。

該轉子71包括轉子芯部72及該旋轉軸桿73。該轉子芯部72係藉由呈扁平圓柱之形狀的矽鋼層板等所形成，且被連接至該旋轉軸桿73。永久磁鐵72a被設在該轉子芯部72之外周邊部份上。該旋轉軸桿73被提供，以僅只在較接近該定子61的旋轉軸桿支撐孔53(沿著箭頭Z1)之轉子芯部72的側面上突出及延伸。如此，根據該第二具體實施例，該定子61之旋轉軸桿支撐孔53以懸臂方式可旋轉地支撐該旋轉軸桿73。該旋轉軸桿73係於較接近該轉子芯部72之側面上(沿著箭頭Z2)設有止動件74，該止動件係藉由C形或E形環所形成，用以沿著箭頭Z1調節該旋轉軸桿73之移動。在本發明中，該旋轉軸桿73係該“旋轉軸桿部份”或該“第二旋轉軸桿”的一範例。

該第一及第二滾珠軸承55及56係譬如藉由壓入配合事先地安裝在該外殼51的旋轉軸桿支撐孔53上。在本發明中，該第一及第二滾珠軸承55及56係該“旋轉軸桿支撐部份”或該“第二軸承”的範例。軸環57設於該第一及第二滾珠軸承55及56之間，以將該第一及第二滾珠軸承55及56保持在一指定間隔。該第一及第二滾珠軸承55及56之結構係類似於根據該前述第一具體實施例的發電機1之第一及第二滾珠軸承35及36(見圖3)。該第一滾珠軸承55、該軸環57、及該第二滾珠軸承56係藉由將螺絲77插入設在該凹陷部份52上之螺絲接收孔洞53a及以軸承蓋76咬合該螺絲而固定至該凹陷部份52。

如圖8所示，該旋轉軸桿73係在其前端側面(沿著箭頭Z1)上設有藉由C形或E形環所形成之另一止動件75。該止動件75禁止該旋轉軸桿73沿著箭頭Z2移動。該止動件75可譬如另一選擇地藉由諸如軸承螺帽或軸承蓋之另一構件所形成。

根據該第二具體實施例，該發電機1a係如此被形成，以致當被插入該第一滾珠軸承55時，在該旋轉軸桿73的外延方向(方向Z)中由較接近該旋轉軸桿支撐孔53的轉子芯部72之端部72b至該旋轉軸桿73首先與該第一滾珠軸承55造成接觸的部份(該旋轉軸桿73沿著箭頭Z1之向前端部73a)之長度L7，係大於在該旋轉軸桿73的外延方向(方向Z)中由較接近該定子61之第一滾珠軸承55的端部55a至該定子芯部62與該第一滾珠軸承55相向的端部62a(沿著箭頭Z2)之長度L8(L7>L8)，如圖9所示。換句話說，該發電機1係如此被形成，以致在該方向Z中由較接近該第一滾珠軸承55之轉子芯部72的端部72b沿著箭頭Z1至該旋轉軸桿73之前端73a的長度L7，係大於在該方向Z中由較接近該定子61之第一滾珠軸承55的端部55a至較接近該第一滾珠軸承55的定子芯部62之端部62b的長度L9、與該Z方向中之定子芯部62的長度(厚度)L10之總和(L7>L9+L10)。

根據該第二具體實施例，該發電機1a係如此被形成，以致在該方向Z中由較接近該旋轉軸桿支撐孔53之轉子芯部72的端部72b沿著箭頭Z1至該旋轉軸桿73之前端73a的長度L7，係大於在該方向Z中由較接近定子61之第一滾珠軸承55的端部55a至該外殼51與該第一滾珠軸承55相向的端部51a(沿著箭頭Z2)之長度L11(L7>L11)。

用以將該轉子71安裝在該外殼51上之組裝方法現在參考圖9至12被敘述。

如圖9所示，該轉子71係沿著箭頭Z2手動地或以起重機等配置在該外殼51之側面上。在此時，該轉子71係如此沿著箭頭Z2配置在該外殼51之側面上，以致該旋轉軸桿73的徑向中線C4及C3與該外殼51之第一滾珠軸承55實質上彼此對齊。

然後，該旋轉軸桿73沿著箭頭Z1之前端73a及該第一滾珠軸承55較接近該定子61的端部55a(沿著箭頭Z2)被帶入彼此接觸，如圖10所示。於該方向Z中由較接近該第一滾珠軸承55之轉子芯部72的端部72b至該旋轉軸桿73沿著箭頭Z1之前端73a的長度L7，係大於在該方向Z中由較接近該定子61之第一滾珠軸承55的端部55a至該定子芯部62沿著箭頭Z2的端部62a之長度L8(L7>L8(見圖9))，且因此該轉子芯部72及該定子芯部62在此時係不會於徑向的方向(方向X)中彼此相向。如此，該轉子芯部72及該定子芯部62不會由於該永久磁鐵72a之磁力而彼此吸引及彼此造成接觸。

然後，該旋轉軸桿73被插入具有導引件之作用的第一滾珠軸承55，同時該轉子芯部72及該定子芯部62被保持彼此不接觸，如圖11所示。當該旋轉軸桿73被插入該第一滾珠軸承55時，該第一滾珠軸承55調節該旋轉軸桿73於該方向X(徑向的方向)中之移動。當該轉子芯部72沿著箭頭Z1之端部72b係如圖11所示與該定子芯部62沿著箭頭Z2之端部62a齊平時，該旋轉軸桿73被完全地裝入該第一滾珠軸承55，且因此該第一滾珠軸承55完全地調節該旋轉軸桿73之徑向移動。如此，當該旋轉軸桿73被插入該第一滾珠軸承55時，該轉子芯部72及該定子芯部62被禁止由於該永久磁鐵72a之磁力而互相吸引及造成彼此接觸。然後，該旋轉軸桿73被插入該第二滾珠軸承56，直至該旋轉軸桿73沿著具有導引件之作用的第一滾珠軸承55被完全地裝入該第二滾珠軸承56，同時該轉子芯部72及該定子芯部62被保持彼此不接觸，如圖12所示。此後，該止動件75被安裝在該旋轉軸桿73上。如此，該轉子71被固定至該外殼51之凹陷部份52。此後，該蓋部54係如圖8所示安裝在該外殼51上，藉此根據該第二具體實施例之發電機1a被完全組裝。

根據該第二具體實施例，如上文所敘述，於該方向Z中由較接近該第一滾珠軸承55之轉子芯部72的端部72b至該旋轉軸桿73沿著箭頭Z1之前端73a的長度L7，被造成大於在該方向Z中由較接近該定子61之第一滾珠軸承55的端部55a至該定子芯部62沿著箭頭Z2的端部62a之長度L8(L7>L8)。因此，當該旋轉軸桿73首先與該第一滾珠軸承55造成接觸時，該轉子芯部72及該定子芯部62係不會彼此徑向地相向。此後，該旋轉軸桿73沿著具有導引件之作用的第一滾珠軸承55被插入該第二滾珠軸承56，藉此當該轉子芯部72及該定子芯部62係彼此徑向地相向時，該第一及第二滾珠軸承55及56禁止該轉子芯部72由於被包括在其中之永久磁鐵72a的磁力而移動朝向該定子芯部62。因此，該轉子71及該定子芯部62可被禁止由於該磁力而彼此吸引及彼此造成接觸，藉此該發電機1a可被輕易及迅速地組裝。再者，該轉子71及該定子芯部62能藉由僅只調整該旋轉軸桿73之長度等被禁止由於該磁力而彼此吸引及彼此造成接觸，以具有該前述之長度關係，藉此沒有專用之夾具可被採用於固定該轉子71，以禁止該轉子移動。亦在此點，該發電機1a可被輕易及迅速地組裝。

該第二具體實施例之其餘效果係類似於該前述第一具體實施例之那些效果。

雖然本發明已被詳細地敘述及說明，其被清楚地了解本發明係僅只通過說明及範例，且不被當作限制，本發明之精神及範圍係僅只受限於所附申請專利範圍之條款。

譬如，雖然根據本發明之旋轉電機係應用至該前述第一及第二具體實施例的每一者中之發電機，本發明不被限制於此。根據本發明之旋轉電機可譬如另一選擇地應用至馬達。

雖然本發明係應用至該前述第一及第二具體實施例的每一者中之風力發電系統的發電機，本發明不被限制於此。本發明可譬如另一選擇地應用至異於該風力發電系統的系統之發電機。

雖然該轉子轂被安裝在該前述第一及第二具體實施例的每一者中之發電機的旋轉軸桿上，本發明不被限制於此。齒輪102可選擇地設於轉子轂3及發電機1之間，如於根據譬如圖13所示第一或第二具體實施例的一修改之風力發電系統101中者。

雖然該等軸承係由該前述第一及第二具體實施例的每一者中之滾珠軸承所構成，本發明不被限制於此。該軸承可譬如另一選擇地由如圖14所示之第一錐形軸承81與第二錐形軸承82所構成。在本發明中，該第一及第二錐形軸承81及82係該“旋轉軸桿部份”或該“第一軸承”之範例。

雖然該旋轉軸桿係由該前述第一及第二具體實施例的每一者中之一體式旋轉軸桿所構成，本發明不被限制於此。旋轉軸桿91可譬如另一選擇地由如圖15所示之連接至轉子芯部92的第一部份91a及以螺栓93接合至該第一部份91a之第二部份91b所構成。如此，該旋轉軸桿91之長度可藉由調整該第二部份91b之長度而被輕易地調整。因此，回應於該發電機之外殼、定子、轉子等等的尺寸，該旋轉軸桿91之長度可被輕易地調整，以致當該轉子芯部92及定子芯部未彼此徑向地相向時，該旋轉軸桿91能被插入孔洞部份。在本發明中，該旋轉軸桿91係該“旋轉軸桿部份”或該“第二旋轉軸桿”之範例。

雖然該旋轉軸桿係於該前述第一及第二具體實施例的每一者中以懸臂方式可旋轉地支撐，本發明不被限制於此。本發明係亦適用於一情況，在此旋轉軸桿係以內側轉子之方式可旋轉地支撐。

雖然本發明係應用至具有配置在該前述第一及第二具體實施例的每一者中之定子內側的轉子之內部轉子型發電機，本發明不被限制於此。本發明係亦適用於具有配置在定子之外的轉子之外部轉子型發電機。

1．．．發電機

1a．．．發電機

2．．．短艙

3．．．轉子轂

4．．．葉片

5．．．塔柱

11．．．外殼

11a．．．端部

12．．．凹陷部份

13．．．旋轉軸桿支撐孔

13a．．．螺絲接收孔

13b．．．端部

14．．．蓋部

21．．．定子

22．．．定子芯部

22a．．．端部

22b．．．端部

23．．．繞線總成

31．．．轉子

32．．．轉子芯部

32a．．．永久磁鐵

32b．．．端部

33．．．旋轉軸桿

33a．．．步階

34．．．螺絲部份

35．．．滾珠軸承

35a．．．內環

35b．．．外環

35c．．．滾珠

36．．．滾珠軸承

36a．．．內環

36b．．．外環

36c．．．滾珠

36d．．．端部

37．．．軸環

38．．．軸承螺帽

41．．．軸承蓋

42．．．螺絲

51．．．外殼

52．．．凹陷部份

53．．．旋轉軸桿支撐孔

53a．．．螺絲接收孔

54．．．蓋部

55．．．滾珠軸承

55a．．．端部

56．．．滾珠軸承

57．．．軸環

61．．．定子

62．．．定子芯部

62a．．．端部

62b．．．端部

63．．．繞線總成

71．．．轉子

72．．．轉子芯部

72a．．．永久磁鐵

72b．．．端部

73．．．旋轉軸桿

73a．．．向前端部

74．．．止動件

75．．．止動件

76．．．軸承蓋

77．．．螺絲

81．．．錐形軸承

82．．．錐形軸承

91．．．旋轉軸桿

91a．．．第一部份

91b．．．第二部份

92．．．轉子芯部

93．．．螺栓

100．．．風力發電系統

101．．．風力發電系統

102．．．齒輪

圖1說明根據本發明之第一具體實施例的風力發電系統之整個系統；

圖2係根據本發明之第一具體實施例的風力發電系統之發電機的剖面圖；

圖3係根據本發明之第一具體實施例的發電機之軸承的剖面圖；

圖4說明在根據本發明之第一具體實施例的發電機之轉子被安裝在外殼上之前的狀態；

圖5說明根據本發明之第一具體實施例的發電機之轉子係與該外殼接觸的狀態；

圖6說明根據本發明之第一具體實施例的發電機之轉子被插入該外殼的旋轉軸桿支撐孔洞之狀態；

圖7說明根據本發明之第一具體實施例的發電機之轉子被安裝在該外殼上之狀態；

圖8係根據本發明之第二具體實施例的發電機之剖面圖；

圖9說明在根據本發明之第二具體實施例的發電機之轉子被安裝在外殼上之前的狀態；

圖10說明根據本發明之第二具體實施例的發電機之轉子係與該外殼接觸的狀態；

圖11說明根據本發明之第二具體實施例的發電機之轉子被插入該外殼的軸承之狀態；

圖12說明根據本發明之第二具體實施例的發電機之轉子被安裝在該外殼上之狀態；

圖13說明根據本發明之第一或第二具體實施例的修改之風力發電系統之整個結構；

圖14係根據本發明之第一或第二具體實施例的另一修改之風力發電系統的軸承之剖面圖；及

圖15係根據本發明之第二具體實施例的又另一修改之發電機的旋轉軸桿之剖面圖。

11．．．外殼

11a．．．端部

12．．．凹陷部份

13．．．旋轉軸桿支撐孔

13a．．．螺絲接收孔

13b．．．端部

21．．．定子

22．．．定子芯部

22a．．．端部

22b．．．端部

23．．．繞線總成

31．．．轉子

32．．．轉子芯部

32a．．．永久磁鐵

32b．．．端部

33．．．旋轉軸桿

34．．．螺絲部份

35．．．滾珠軸承

36．．．滾珠軸承

36d．．．端部

37．．．軸環

38．．．軸承螺帽

41．．．軸承蓋

Claims (20)

1. 一種旋轉電機，包括：旋轉軸桿部份；轉子，包括轉子芯部，連接至該旋轉軸桿部份；定子，包括定子芯部，被配置成與該轉子芯部徑向地相向；外殼，設有儲存該轉子及該定子之凹陷部份；及旋轉軸桿支撐部份，被設在該外殼上，用於可旋轉地支撐該旋轉軸桿部份，且如此被形成，以致當該旋轉軸桿部份被插入該旋轉軸桿支撐部份時，在該旋轉軸桿部份的外延方向中由較接近該旋轉軸桿支撐部份的轉子芯部之端部至首先與該旋轉軸桿支撐部份造成接觸的部份之長度，係大於在該旋轉軸桿部份的外延方向中由較接近該定子之旋轉軸桿支撐部份的端部至相向於較接近該旋轉軸桿支撐部份之該定子芯部的第二端部的一側之該定子芯部的第一端部之長度。
2. 如申請專利範圍第1項之旋轉電機，其中該旋轉軸桿支撐部份以懸臂方式可旋轉地支撐該轉子。
3. 如申請專利範圍第1項之旋轉電機，如此被形成，以致當該旋轉軸桿部份被插入該旋轉軸桿支撐部份時，在該旋轉軸桿部份的外延方向中由較接近該旋轉軸桿支撐部份的轉子芯部之端部至首先與該旋轉軸桿支撐部份造成接觸的部份之長度，係大於在該旋轉軸桿部份的外延方向中 由較接近該定子之旋轉軸桿支撐部份的端部至較接近該旋轉軸桿支撐部份的定子芯部之另一端部的長度、與該旋轉軸桿部份的外延方向中之定子芯部的長度之總和。
4. 如申請專利範圍第1項之旋轉電機，其中該旋轉軸桿部份包括第一旋轉軸桿及事先安裝在該第一旋轉軸桿上之第一軸承，而該旋轉軸桿支撐部份包括能夠接收該第一軸承之第一旋轉軸桿支撐孔，及該旋轉電機如此被形成，以致在該第一旋轉軸桿的外延方向中由較接近該第一旋轉軸桿支撐孔的轉子芯部之端部至較接近該第一旋轉軸桿支撐孔的第一軸承之端部的長度，係大於在該第一旋轉軸桿的外延方向中由較接近該定子之第一旋轉軸桿支撐孔的端部至該定子芯部與該第一旋轉軸桿支撐孔相向的端部之長度。
5. 如申請專利範圍第4項之旋轉電機，其中該第一軸承包括沿著該第一旋轉軸桿之外延方向配置的複數第一軸承，且該旋轉電機如此被形成，以致在該第一旋轉軸桿的外延方向中由較接近該第一旋轉軸桿支撐孔的轉子芯部之端部至較接近該第一旋轉軸桿支撐孔的第一軸承之端部的長度，係大於在該第一旋轉軸桿的外延方向中由較接近該定子之第一旋轉軸桿支撐孔的端部至該定子芯部與該第一旋轉軸桿支撐孔相向的端部之長度，而該第一軸承在該複數第一軸承之中被配置在該第一旋轉軸桿支撐孔的側面上。
6. 如申請專利範圍第5項之旋轉電機，另包括設於該 複數第一軸承間之第一軸環，其中該第一軸環將該複數第一軸承保持在指定的間隔。
7. 如申請專利範圍第4項之旋轉電機，其中該第一旋轉軸桿被形成，以致較接近該轉子芯部之第一旋轉軸桿的一部份之直徑係大於該第一旋轉軸桿相向於該轉子芯部的另一部份之直徑，且在該第一旋轉軸桿之具有不同直徑的部份間之邊界上的步階調節該第一軸承朝向該轉子芯部之移動。
8. 如申請專利範圍第1項之旋轉電機，其中該旋轉軸桿部份包括第二旋轉軸桿，而該旋轉軸桿支撐部份包括第二旋轉軸桿支撐孔及事先安裝在該第二旋轉軸桿支撐孔上之第二軸承，且該旋轉電機如此被形成，以致在該第二旋轉軸桿的外延方向中由較接近該第二旋轉軸桿支撐孔的轉子芯部之端部至該第二旋轉軸桿的前端之長度，係大於在該第二旋轉軸桿的外延方向中由較接近該定子之第二軸承的端部至該定子芯部與該第二旋轉軸桿支撐孔相向的端部之長度。
9. 如申請專利範圍第8項之旋轉電機，其中該第二軸承包括沿著該第二旋轉軸桿之外延方向配置的複數第二軸承，且該旋轉電機如此被形成，以致在該第二旋轉軸桿的外延方向中由較接近該第二旋轉軸桿支撐孔的轉子芯部之端部至該第二旋轉軸桿的前端之長度，係大於在該第二旋轉軸桿的外延方向中由較接近該定子之第二軸承的端部至該 定子芯部與該第二旋轉軸桿支撐孔相向的端部之長度，而該第二軸承在該複數第二軸承之中被配置在該定子的側面上。
10. 如申請專利範圍第9項之旋轉電機，另包括設於該複數第二軸承間之第二軸環，其中該第二軸環將該複數第二軸承保持在指定的間隔。
11. 如申請專利範圍第8項之旋轉電機，另包括設在該第二旋轉軸桿上之止動件，其中該止動件調節該轉子芯部於該第二旋轉軸桿的軸向中之移動。
12. 如申請專利範圍第8項之旋轉電機，其中該第二旋轉軸桿包括連接至該轉子芯部之第一部份與被形成為可連接至該第一部份之第二部份，且該旋轉電機如此被形成，以致在該第二旋轉軸桿的外延方向中由較接近該第二旋轉軸桿支撐孔的轉子芯部之端部至該第二旋轉軸桿之第二部份的前端之長度，係大於在該第二旋轉軸桿的外延方向中由較接近該定子之第二軸承的端部至該定子芯部與該第二旋轉軸桿支撐孔相向的端部之長度。
13. 如申請專利範圍第1項之旋轉電機，其中該旋轉軸桿部份包括具有外軸承環及內軸承環之軸承，及該旋轉電機如此被形成，以致該軸承之內軸承環與外軸承環係分別沿著該旋轉軸桿部份之外延方向相反地施加 應力。
14. 如申請專利範圍第1項之旋轉電機，被用作風力發電用之發電機。
15. 一種風力發電系統，包括：發電機，設有：旋轉軸桿部份、轉子，包括連接至該旋轉軸桿部份之轉子芯部、定子，包括被配置成與該轉子芯部徑向地相向之定子芯部、外殼，設有儲存該轉子及該定子之凹陷部份，與旋轉軸桿支撐部份，設在該外殼上而用於可旋轉地支撐該旋轉軸桿部份；及葉片，被連接至該旋轉軸桿部份，且如此被形成，以致當該旋轉軸桿部份被插入該旋轉軸桿支撐部份時，在該旋轉軸桿部份的外延方向中由較接近該旋轉軸桿支撐部份的轉子芯部之端部至首先與該旋轉軸桿支撐部份造成接觸的部份之長度，係大於在該旋轉軸桿部份的外延方向中由較接近該定子之旋轉軸桿支撐部份的端部至相向於較接近該旋轉軸桿支撐部份之該定子芯部的第二端部的一側之該定子芯部的第一端部之長度。
16. 如申請專利範圍第15項之風力發電系統，其中該旋轉軸桿支撐部份以懸臂方式可旋轉地支撐該轉子。
17. 如申請專利範圍第15項之風力發電系統，如此被形成，以致當該旋轉軸桿部份被插入該旋轉軸桿支撐部份時，在該旋轉軸桿部份的外延方向中由較接近該旋轉軸桿支撐部份的轉子芯部之端部至首先與該旋轉軸桿支撐部份 造成接觸的部份之長度，係大於在該旋轉軸桿部份的外延方向中由較接近該定子之旋轉軸桿支撐部份的端部至較接近該旋轉軸桿支撐部份的定子芯部之另一端部的長度、與該旋轉軸桿部份的外延方向中之定子芯部的長度之總和。
18. 一種製造旋轉電機之方法，該旋轉電機包括旋轉軸桿部份、轉子，包括連接至該旋轉軸桿部份之轉子芯部、定子，包括被配置成與該轉子芯部徑向地相向之定子芯部、外殼，設有儲存該轉子及該定子之凹陷部份，與旋轉軸桿支撐部份，設在該外殼上而用於可旋轉地支撐該旋轉軸桿部份，該方法包括以下步驟：在該轉子芯部及該定子芯部未徑向地彼此相向之狀態中，藉由使得當該旋轉軸桿部份被插入該旋轉軸桿支撐部份時，在該旋轉軸桿部份的外延方向中由較接近該旋轉軸桿支撐部份的轉子芯部之端部至首先與該旋轉軸桿支撐部份造成接觸的部份之長度，大於在該旋轉軸桿部份的外延方向中由較接近該定子之旋轉軸桿支撐部份的端部至相向於較接近該旋轉軸桿支撐部份之該定子芯部的第二端部的一側之該定子芯部的第一端部之長度，將該旋轉軸桿部份及較接近該定子之旋轉軸桿支撐部份的端部帶入彼此接觸；及將該旋轉軸桿部份插入該旋轉軸桿支撐部份，同時保持該轉子芯部及該定子芯部未彼此接觸之狀態。
19. 如申請專利範圍第18項製造旋轉電機之方法，另包括固定該定子同時大致上直立地配置其軸線之步驟， 並在將該旋轉軸桿部份插入該旋轉軸桿支撐部份之步驟之前。
20. 如申請專利範圍第18項製造旋轉電機之方法，其中該旋轉軸桿支撐部份以懸臂方式可旋轉地支撐該轉子。