WO2012053567A1 - 発電機 - Google Patents

発電機 Download PDF

Info

Publication number
WO2012053567A1
WO2012053567A1 PCT/JP2011/074075 JP2011074075W WO2012053567A1 WO 2012053567 A1 WO2012053567 A1 WO 2012053567A1 JP 2011074075 W JP2011074075 W JP 2011074075W WO 2012053567 A1 WO2012053567 A1 WO 2012053567A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
stator
rotor
generator
central axis
output
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/074075
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
学 野田
リッキー エルソン
藤田　淳
信藤 梶
Original Assignee
日本電産株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電産株式会社 filed Critical 日本電産株式会社
Priority to CN2011900008268U priority Critical patent/CN203289293U/zh
Publication of WO2012053567A1 publication Critical patent/WO2012053567A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H02K21/16—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having annular armature cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • H02K7/183—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines wherein the turbine is a wind turbine

Definitions

  • the present invention relates to a generator.
  • it relates to a generator used for wind power generation.
  • the inductance of the generator has been reduced in order to improve the power generation efficiency.
  • the winding of each layer is divided into a first winding and a second winding, and a three-phase winding is configured by so-called distributed winding. Thereby, inductance is suppressed low.
  • a capacitor is connected between each terminal of the multiphase winding and the positive electrode or the negative electrode of the full-wave rectifier. Is done. As a result, the output voltage is increased and the number of windings is reduced. As a result, the inductance is reduced. Also disclosed is a technique in which a phase-advancing current is caused to flow through the three-phase winding to further increase the generated voltage by connecting a capacitor in a delta-connected state to each terminal.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-11686 discloses a wind power generator in which a coil is formed on a stator by concentrated winding. JP 2006-345592 JP2003-134767 JP 2010-11686
  • the present invention has been made in view of the above problems, and can improve the output power from the generator with a simple structure.
  • a generator includes a substantially cylindrical stator, a substantially columnar rotor that is rotatably supported around a central axis inside the stator, and a stator from the stator. And a plurality of capacitors connected between the phases of the polyphase output lines or between the polyphase output lines and the neutral point.
  • the stator is formed of a laminated steel plate.
  • the stator includes a stator core having a plurality of teeth protruding toward the central axis, and a plurality of coils formed on the plurality of teeth by concentrated winding.
  • the rotor includes a substantially columnar rotor body formed of laminated steel plates, and a plurality of rotor magnets inserted into a plurality of holes formed in the rotor body in parallel to the central axis.
  • the generator according to an exemplary aspect of the present invention can improve output power with a simple structure.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a generator.
  • FIG. 2 is a plan view of the stator and the rotor.
  • FIG. 3 is a connection diagram.
  • FIG. 4 is another connection diagram.
  • FIG. 5 is still another connection diagram.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the principle that the output power is improved.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the principle that the output power is improved.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the principle that the output power is improved.
  • FIG. 9 is still another connection diagram.
  • the upper side in the central axis direction of the generator is simply referred to as “upper side”, and the lower side is simply referred to as “lower side”.
  • the vertical direction in this specification does not indicate the vertical direction when incorporated in an actual device.
  • the circumferential direction around the central axis is simply referred to as “circumferential direction”, and the radial direction around the central axis is simply referred to as “radial direction”.
  • FIG. 1 is a diagram showing a generator 1 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the generator 1 is used for wind power generation, for example.
  • the generator 1 is an inner rotor type.
  • the generator 1 includes a stationary part 2, a rotating part 3, and a bearing mechanism 4.
  • the rotating part 3 is rotatable relative to the stationary part 2 around the central axis J1 of the generator.
  • the bearing mechanism 4 supports the rotating part 3 so as to be rotatable with respect to the stationary part 2.
  • the stationary part 2 includes a housing 21, a stator 22, and a bracket 23.
  • the housing 21 has a substantially cylindrical shape with a bottom.
  • the stator 22 has a substantially cylindrical shape centered on the central axis J1.
  • the stator 22 is attached to the inner side surface of the housing 21.
  • the bracket 23 is substantially annular.
  • the bracket 23 is attached to the upper end of the housing 21.
  • the stator 22 includes a stator core 221, an insulator 222, and a coil 223.
  • the stator core 221 is formed by laminating thin magnetic steel plates. That is, the stator core 221 is formed of a laminated steel plate formed by laminating a plurality of magnetic steel plates.
  • the insulator 222 is an insulator that covers the surface of the stator core 221.
  • the insulator 22 is made of, for example, a resin material.
  • the rotating unit 3 is a so-called rotor.
  • the rotating unit 3 is referred to as a “rotor 3”.
  • the rotor 3 has a substantially cylindrical shape.
  • the rotor 3 is supported inside the stator 22 so as to be rotatable about the central axis J1.
  • the rotor 3 includes a shaft 31, a rotor body 32, and a rotor magnet 33.
  • the shaft 31 is disposed around the central axis J1.
  • the rotor body 32 is substantially cylindrical.
  • the rotor body 32 is fixed to the shaft 31.
  • the rotor body 32 is formed by laminating thin magnetic steel plates. That is, the rotor 32 is formed of a laminated steel plate formed by laminating a plurality of magnetic steel plates.
  • the rotor magnet 33 is disposed in the rotor body 32.
  • the bearing mechanism 4 includes an upper ball bearing 41 and a lower ball bearing 42.
  • the upper ball bearing 41 is attached to the inner peripheral surface of the bracket 23.
  • the lower ball bearing 42 is attached to the center of the bottom of the housing 21.
  • the shaft 31 passes through the through hole of the bracket 23 and protrudes above the bracket 23.
  • the shaft 31 is supported by the upper ball bearing 41 and the lower ball bearing 42 so as to be rotatable about the central axis J1.
  • the bearing part 4 is not limited to a ball bearing, Other types of bearings (for example, a slide bearing etc.) may be sufficient.
  • FIG. 2 is a plan view of the stator 22 and the rotor 3. Illustration of the insulator 222 is omitted.
  • Stator core 221 includes a plurality of teeth 224 and a core back 225. Here, the number of teeth 224 is twelve.
  • the stator core 221 is configured by laminating a plurality of magnetic steel plates. That is, the stator core 221 is formed of a laminated steel plate formed by laminating a plurality of magnetic steel plates. Each of the steel plates constituting the stator core 221 is a single metal plate that is continuous in the circumferential direction.
  • the core back 225 is annular. The teeth 224 protrude from the core back 225 toward the central axis J1.
  • the teeth 224 protrude toward the rotor 3.
  • the teeth 224 are arranged at an equal pitch in the circumferential direction.
  • a coil 223 is formed by winding a conductive wire on each tooth 224 via an insulator 222 (see FIG. 1).
  • the coil 223 is formed by concentrated winding.
  • One coil 223 is formed on one tooth 224.
  • the rotor body 32 has a plurality of holes 321.
  • the hole 321 is formed to be parallel to the central axis J1.
  • the number of the holes 321 is ten.
  • the holes 321 are arranged at approximately equal pitches in the circumferential direction.
  • a rotor magnet 33 is inserted and held in each hole 321.
  • the number of rotor magnets 33 is ten, the same as the number of holes 321.
  • the upper and lower surfaces of the rotor body 32 are provided with stoppers. With the stopper, the rotor magnet 33 is prevented from coming out of the hole 321. As the rotor 3 rotates relative to the stator 22, electric power is extracted from the stator 22.
  • FIG. 3 is a diagram showing a connection in the generator 1.
  • the generator 1 is a three-phase generator and has a U phase, a V phase, and a W phase.
  • Each phase (U phase, V phase, W phase) is constituted by a coil 223.
  • a plurality of coils 223 constituting each phase are shown together.
  • the coil 223 of each phase is referred to as a “coil group 61”.
  • Each of the three coil groups 61 is connected to a neutral point 62.
  • U-phase, V-phase, and W-phase output lines 63 are drawn out, respectively.
  • the current from the three output lines 63 is rectified by the six diodes 64.
  • the rectified current is guided to the load 9 via the output terminal 65. That is, the rectifier 640 is composed of six diodes 64.
  • the rectifier 640 is connected to the multiphase output line 63 from the stator 22.
  • a pair of diodes 64 is connected between each output line 63 and a pair of output terminals 65.
  • a current flows in a direction from the lower output terminal 65 to the upper output terminal 65 in FIG.
  • the rectifier 640 may be provided in the power generation system as a configuration separated from the generator 1.
  • a capacitor 66 is connected between the phases of the output line 63.
  • the three capacitors 66 are connected by delta connection, and are connected to the three output lines 63, respectively.
  • FIG. 4 is a diagram showing another example of connection in the generator 1.
  • three capacitors 66 are connected between the three output lines 63 and the other neutral point 62a.
  • the three capacitors 66 are connected by star connection (Y connection) and are connected to the three output lines 63, respectively.
  • Other configurations are the same as those in FIG. 3, and the same reference numerals are given to the same configurations.
  • FIG. 5 is a diagram showing another example of connection in the generator 1.
  • three capacitors 66 are connected to the three coil groups 61 in parallel.
  • the three capacitors 66 are connected between the three output lines 63 and the neutral point 62.
  • the three capacitors 66 are connected by a star connection around the neutral point 62 and are connected to the three output lines 63.
  • Other configurations are the same as the circuit configuration shown in FIG. 3, and the same reference numerals are given to the same configurations.
  • the three capacitors 66 are preferably connected by delta connection.
  • FIG. 6 shows a state assuming an ideal three-phase AC power source having no internal resistance and inductance.
  • FIG. 6 shows the current and voltage when the capacitor 66 is not present. 6
  • an output current 711, one phase current 712, an output voltage 721, one line voltage 722, and one phase voltage 723 are shown.
  • the output current 711 is a current from the output terminal 65 toward the load 9. 3, 4, and 5, the phase current 712 is a current from the coil group 61 toward the position 601.
  • the output voltage 721 is a voltage between the output terminals 65.
  • the line voltage 722 is a voltage between the position 601 and the position 602.
  • the phase voltage 723 is a voltage between the position 601 and the neutral point 62.
  • the three-phase phase current has a waveform similar to that at 120 degrees energization, and at any point in time, only two phases flow and no current flows in the other one phase.
  • FIG. 7 shows current and voltage when the internal resistance and inductance of the coil group 61 are taken into consideration.
  • an output current 711, one phase current 712, an output voltage 721, one line voltage 722, and one phase voltage 723 are shown.
  • FIG. 7 also shows a case where the capacitor 66 as shown in FIGS. 3, 4, and 5 is not provided.
  • the phase of the phase current 712 is delayed with respect to the phase of the line voltage 722 due to the influence of the inductance, compared to the case of FIG. 6. As a result, invalid power is generated and output power is reduced.
  • FIG. 8 is a diagram showing current and voltage when three capacitors 66 having ideal capacities are added as shown in FIG.
  • an output current 711, one phase current 712, an output voltage 721, one line voltage 722, and one phase voltage 723 are shown.
  • the phase of the phase current 712 advances due to the provision of each capacitor 66, and the phase of the phase current 712 and the line voltage 722 match.
  • the waveform of the line voltage 722 approaches a sine wave. Thereby, the fall of output electric power is suppressed.
  • the phase delay of the phase current due to the influence of the inductance is suppressed by the capacitor 66, and the power factor of the generator is improved. As a result, the output power is improved.
  • the capacitor 66 can suppress the phase delay of the phase current due to the influence of the inductance. As a result, the output power is improved.
  • the voltage acting on the load 9 is obtained by subtracting the drop voltage due to the impedance from the DC voltage at the time of no load. Therefore, by determining the capacity of the capacitor 66 so that the impedance becomes 0, the power generation efficiency is most improved.
  • the capacitance of the capacitor 66 is determined so that the capacitance between the lines is equivalent to that of FIG.
  • the capacitance of the capacitor 66 required in the above description is that of the modeled circuit, and the actual most preferable capacitance of the capacitor may be slightly different. Also, from the viewpoint of manufacturing cost, the capacitance of the capacitor may be greatly different from the ideal capacitance.
  • the capacity of the capacitor 66 is preferably 50% or more and 100% or less of the capacity when the output power becomes maximum at the rated rotational speed.
  • the rated rotational speed refers to the rotational speed determined at the time of design as the limit rotational speed that can be safely used.
  • the rotor magnet 33 is disposed in the rotor body 32.
  • the coil 223 is formed by concentrated winding. Therefore, a high induced voltage can be obtained.
  • the inductance is increased unlike a conventional generator.
  • the power generation efficiency can be improved without reducing the inductance.
  • the structure in which the capacitor 66 is provided is not suitable for a large-scale generator. Therefore, this structure is suitable for the generator 1 whose rated output, which is the output at the rated rotational speed, is 100 W or more and 10 kW or less.
  • the stator core 221 is preferably applied to the generator 1 having an outer diameter of 50 mm or more and 300 mm or less.
  • the rated rotation speed is 100 rpm or more and 5000 rpm or less.
  • the rotor magnet 33 is disposed in the rotor main body 32 and the rotor magnet 33 is prevented from falling off easily and reliably, the reliability of the generator 1 is improved.
  • the three coil groups 61 may be connected by delta connection.
  • the number of phases of the output from the coil 223 is not limited to 3, and may be 4 or more.
  • the capacitor 66 is connected between the phases of the polyphase output lines or between the polyphase output lines and the neutral point.
  • the type of the diode 64 is not particularly limited. For example, a rectifying diode or a Schottky barrier diode can be used as the diode.
  • each capacitor 66 may be arranged in parallel with each diode 64.
  • FIG. 9 is a connection diagram showing a modification according to the present invention.
  • each capacitor 66 is connected to the output line 63 so as to be in parallel with each diode 64. That is, a plurality (six here) of capacitors 64 are respectively arranged for a plurality (six here) of diodes 64.
  • the output voltage can be increased in the structure shown in FIG. 9 as compared with the case where the capacitor 66 is connected by star connection.
  • the maximum voltage applied to both ends of each capacitor 66 is the voltage at the peak of the line voltage. Therefore, in the structure shown in FIG. 9, it is desirable to use a capacitor having a high withstand voltage as compared with the case where each capacitor 66 is connected by the star connection as described above.
  • the bearing mechanism 4 may have another structure.
  • the number of slots of the stator 22 and the number of poles of the rotor 3 are not limited to those shown in the above embodiment.
  • the generator according to the present invention can be used not only for wind power generation but also for various other types of power generation.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

　発電機は、略円筒状のステータと、前記ステータの内側にて中心軸を中心に回転可能に支持される略円柱状のロータと、前記ステータからの多相の出力線の相間に、または、前記多相の出力線と中性点との間に接続される複数のコンデンサと、を備え、前記ステータが、積層鋼板にて形成され、前記中心軸に向かって突出する複数のティースを有するステータコアと、前記複数のティースに集中巻きにて形成された複数のコイルと、を備え、前記ロータが、積層鋼板にて形成された略円柱状のロータ本体と、前記ロータ本体において前記中心軸に平行に形成された複数の孔に挿入された複数のロータマグネットと、を備える。

Description

発電機
　本発明は、発電機に関する。特に、風力発電に用いられる発電機に関する。
　従来より、発電効率を向上するために、発電機のインダクタンスの低減が図られている。特開２００６－３４５５９２号公報に記載の高出力発電機では、各層の巻線が第１巻線と第２巻線とに分割され、いわゆる分布巻きにて三相巻線が構成される。これにより、インダクタンスが低く抑えられる。
　また、出力電圧の低下を抑制するために、特開２００３－１３４７６７号公報に記載の交流発電機では、多相巻線の各端子と全波整流器の正極または負極との間に、コンデンサが接続される。これにより、出力電圧が高められ、巻線回数が少なくなる。その結果、インダクタンスが低減される。また、デルタ結線された状態のコンデンサを各端子に接続することにより、三相巻線に進相電流を流し、発電電圧をさらに高める技術も開示される。
　なお、特開２０１０－１１６８６号公報には、固定子に集中巻きにてコイルが形成された風力発電装置が開示される。
特開２００６－３４５５９２ 特開２００３－１３４７６７ 特開２０１０－１１６８６
　ところで、発電機において、巻線数を減少させてインダクタンスの低減を図る場合、高い誘起電圧を得ることができない。一方、インダクタンスが高い場合、電圧の位相と電流の位相とがずれてしまい、出力電力が低下してしまう。
　本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、簡単な構造で発電機からの出力電力を向上させることができる。
　本発明の例示的な一の側面に係る発電機は、略円筒状のステータと、前記ステータの内側にて中心軸を中心に回転可能に支持される略円柱状のロータと、前記ステータからの多相の出力線の相間に、または、前記多相の出力線と中性点との間に接続される複数のコンデンサと、を備えている。前記ステータが、積層鋼板にて形成される。前記ステータは、前記中心軸に向かって突出する複数のティースを有するステータコアと、前記複数のティースに集中巻きにて形成された複数のコイルと、を備えている。前記ロータが、積層鋼板にて形成された略円柱状のロータ本体と、前記ロータ本体において前記中心軸に平行に形成された複数の孔に挿入された複数のロータマグネットと、を備える。
　本発明の例示的な一の側面に係る発電機では、簡単な構造で、出力電力を向上することができる。
図１は、発電機の断面図である。 図２は、ステータおよびロータの平面図である。 図３は、結線図である。 図４は、他の結線図である。 図５は、さらに他の結線図である。 図６は、出力電力が向上する原理を説明するための図である。 図７は、出力電力が向上する原理を説明するための図である。 図８は、出力電力が向上する原理を説明するための図である。 図９は、さらに、他の結線図である。
　本明細書では、発電機の中心軸方向における上側を単に「上側」と呼び、下側を単に「下側」と呼ぶ。本明細書における上下方向は、実際の機器に組み込まれたときの上下方向を示すものではない。また、中心軸を中心とする周方向を、単に「周方向」と呼び、中心軸を中心とする径方向を、単に「径方向」と呼ぶ。
　図１は、本発明の例示的な一の実施形態に係る発電機１を示す図である。発電機１は、例えば、風力発電に利用される。
　発電機１は、インナーロータ型である。発電機１は、静止部２と、回転部３と、軸受機構４と、を備える。回転部３は、発電機の中心軸J１を中心として、静止部２に対して、相対的に回転可能となっている。軸受機構４は、回転部３が静止部２に対して回転可能なように、支持する。
　静止部２は、ハウジング２１と、ステータ２２と、ブラケット２３と、を備える。ハウジング２１は、有底略円筒状である。ステータ２２は、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状である。ステータ２２は、ハウジング２１の内側面に取り付けられる。ブラケット２３は、略環状である。ブラケット２３は、ハウジング２１の上端に、取り付けられる。ステータ２２は、ステータコア２２１と、インシュレータ２２２と、コイル２２３と、を備える。ステータコア２２１は、薄板状の磁性鋼板が積層されることにより、形成される。すなわち、ステータコア２２１は、複数の磁性鋼板が積層されて構成される積層鋼板にて、形成される。インシュレータ２２２は、ステータコア２２１の表面を被覆する絶縁体である。インシュレータ２２は、例えば、樹脂材料からなる。
　回転部３は、いわゆるロータである。以下、回転部３を「ロータ３」と呼ぶ。ロータ３は、略円柱状である。ロータ３は、ステータ２２の内側にて中心軸Ｊ１を中心に回転可能に支持される。ロータ３は、シャフト３１と、ロータ本体３２と、ロータマグネット３３と、を備える。シャフト３１は、中心軸Ｊ１を中心として配置される。ロータ本体３２は、略円柱状である。ロータ本体３２は、シャフト３１に固定される。ロータ本体３２は、薄板状の磁性鋼板が積層されることにより、形成される。すなわち、ロータ３２は、複数の磁性鋼板が積層されて構成される積層鋼板にて、形成される。ロータマグネット３３は、ロータ本体３２内に配置される。
　軸受機構４は、上部ボールベアリング４１と、下部ボールベアリング４２と、を備える。上部ボールベアリング４１は、ブラケット２３の内周面に取り付けられる。下部ボールベアリング４２は、ハウジング２１の底部中央に取り付けられる。シャフト３１は、ブラケット２３の貫通孔を通って、ブラケット２３の上側に突出する。シャフト３１は、上部ボールベアリング４１および下部ボールベアリング４２により、中心軸Ｊ１を中心に回転可能に支持される。なお、軸受部４は、ボールベアリングに限定されるものではなく、他の種類の軸受（例えば、すべり軸受など）であってもよい。
　図２は、ステータ２２およびロータ３の平面図である。インシュレータ２２２の図示を省略している。ステータコア２２１は、複数のティース２２４と、コアバック２２５と、を備える。ここでは、ティース２２４の本数は、１２本である。ステータコア２２１は、複数枚の磁性鋼板が積層されて構成される。すなわち、ステータコア２２１は、複数の磁性鋼板が積層されて構成される積層鋼板にて、形成される。ステータコア２２１を構成する鋼板は、それぞれ、周方向において連続する１枚の金属板である。コアバック２２５は、環状である。ティース２２４は、コアバック２２５から中心軸Ｊ１に向かって、突出する。すなわち、ティース２２４は、ロータ３に向かって突出する。ティース２２４は、周方向において等ピッチにて、配置される。各ティース２２４上にインシュレータ２２２（図１参照）を介して導線が巻回されることにより、コイル２２３が形成される。コイル２２３は、集中巻きにて形成される。１つのティース２２４には、１つのコイル２２３が形成される。
　ロータ本体３２は、複数の孔３２１を有する。孔３２１は、中心軸Ｊ１に平行となるように形成される。ここでは、孔３２１の数は、１０個である。孔３２１は、周方向におよそ等ピッチにて、それぞれ配置される。各孔３２１内には、ロータマグネット３３がそれぞれ挿入されて保持される。ここでは、ロータマグネット３３の数は、孔３２１の数と同数の１０個である。実際には、ロータ本体３２の上面および下面には、抜け止めが設けられる。抜け止めによって、ロータマグネット３３が、孔３２１から抜け出ることが抑えられる。ロータ３がステータ２２に対して回転することにより、ステータ２２から電力が取り出される。
　図３は、発電機１における結線を示す図である。発電機１は、３相発電機であり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を有している。各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）は、それぞれ、コイル２２３によって構成されている。図３では、各相を構成する複数のコイル２２３が、まとめて示されている。以下、各相のコイル２２３を「コイル群６１」と呼ぶ。３つのコイル群６１は、それぞれ、中性点６２に接続される。３つのコイル群６１からは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の出力線６３が、それぞれ引き出される。３つの出力線６３からの電流は、６個のダイオード６４により整流される。整流された電流は、出力端子６５を介して、負荷９へと導かれる。すなわち、整流器６４０は、６個のダイオード６４により構成される。整流器６４０は、ステータ２２からの多相の出力線６３に接続される。
　具体的には、各出力線６３と一対の出力端子６５との間に、一対のダイオード６４が接続される。図３において、各ダイオード６４では、図３の下側の出力端子６５から上側の出力端子６５へと向かう方向へ電流が流れる。ただし、整流器６４０は、発電機１から分離された構成として、発電システムに設けられてよい。
　出力線６３の相間には、コンデンサ６６が接続される。換言すれば、３つのコンデンサ６６は、デルタ結線にて接続され、３つの出力線６３にそれぞれ接続される。このようにコンデンサ６６が設けられることにより、後述するように相間電圧の位相に対して各相の電流の位相を進めることができる。その結果、インダクタンスによる電流の位相遅れを緩和することができ、出力電力を向上することができる。
　図４は、発電機１における結線の他の例を示す図である。図４では、３つのコンデンサ６６が、３つの出力線６３と他の中性点６２ａとの間に、接続される。換言すれば、３つのコンデンサ６６は、スター結線（Ｙ結線）にて接続され、３つの出力線６３にそれぞれ接続される。他の構成は、図３と同様であり、同様の構成に同符号を付している。
　図５は、発電機１における結線の他の例を示す図である。図５では、３つのコンデンサ６６が、３つのコイル群６１に、それぞれ並行に接続される。これにより、３つのコンデンサ６６が、３つの出力線６３と中性点６２との間に接続される。換言すれば、３つのコンデンサ６６は、中性点６２を中心としてスター結線にて接続され、３つの出力線６３に接続される。他の構成は、図３に示した回路構成と同様であり、同様の構成に同符号を付している。
　図４および図５に示される回路構成においても、相間電圧の位相に対して各相の電流の位相を進めることができる。その結果、インダクタンスによる電流の位相遅れを緩和することができ、出力電力を向上することができる。なお、容量の大きいコンデンサよりも耐圧の高いコンデンサの方が入手容易な場合、３つのコンデンサ６６はデルタ結線にて接続されることが好ましい。
　図６、図７および図８は、図３の場合において、コンデンサ６６により出力電力が向上する原理を説明するための図である。図６、図７、および図８において、横軸は時間、縦軸は電流および電圧をそれぞれ示す。図６は、内部抵抗およびインダクタンスが存在しない理想三相交流電源を仮定した状態が示されている。かつ、図６は、コンデンサ６６が存在しない場合における、電流および電圧を示す。、図６では、出力電流７１１、１つの相電流７１２、出力電圧７２１、１つの線間電圧７２２、１つの相電圧７２３、が示されている。出力電流７１１は、出力端子６５から負荷９に向かう電流である。図３、図４、および図５において、相電流７１２は、コイル群６１から位置６０１に向かう電流である。出力電圧７２１は、出力端子６５間の電圧である。線間電圧７２２は、位置６０１と位置６０２との間の電圧である。相電圧７２３は、位置６０１と中性点６２との間の電圧である。３相の相電流は１２０度通電時のような波形となっており、いずれの時点においても、２相だけ電流が流れ、他の１相には電流は流れない。
　図７は、コイル群６１の内部抵抗よびインダクタンスを考慮した場合における、電流および電圧を示す。図７では、出力電流７１１、１つの相電流７１２、出力電圧７２１、１つの線間電圧７２２、１つの相電圧７２３が示されている。図７も、図３、図４、および図５で示したようなコンデンサ６６が設けられない場合を示している。図７では、図６の場合に比べて、インダクタンスの影響により、線間電圧７２２の位相に対して相電流７１２の位相が遅れる。これにより、無効な電力が発生し、出力電力が低下する。
　図８は、図３に示すように、理想的な容量の３つのコンデンサ６６が追加された場合における、電流および電圧を示す図である。図８では、出力電流７１１、１つの相電流７１２、出力電圧７２１、１つの線間電圧７２２、１つの相電圧７２３が示されている。図７および図８中の基準線７３を参照すると、各コンデンサ６６が設けられることにより、相電流７１２の位相が進み、相電流７１２と線間電圧７２２との位相が一致する。線間電圧７２２の波形は、正弦波に近づく。これにより、出力電力の低下が抑制される。
　このように、図３に示されている回路では、インダクタンスの影響による相電流の位相の遅れがコンデンサ６６により抑制され、発電機の力率が改善される。その結果、出力電力が、向上する。図４および図５に示される回路においても同様に、コンデンサ６６により、インダクタンスの影響による相電流の位相の遅れが抑えられる。その結果、出力電力が向上する。
　ところで、負荷９に作用する電圧は、無負荷時の直流電圧からインピーダンスによるドロップ電圧を減算したものとなる。したがって、インピーダンスが０となるようにコンデンサ６６の容量を決定することにより、発電効率が最も向上することになる。
　図４および図５に示される回路の場合、相インダクタンスをＬａ、コンデンサ６６の容量をＣ、電気角周波数をＦとして、リアクタンスＸｓは、（２πＦＬａ－１／（２πＦＣ））となる。したがって、Ｘｓ＝０を解くと、Ｃ＝（１／（（２πＦ）２・Ｌａ））となる。なお、図３の場合、線間の容量が図４と等価になるように、コンデンサ６６の容量が求められる。もちろん、上記説明にて求められるコンデンサ６６の容量は、モデル化された回路におけるものであり、実際の最も好ましいコンデンサの容量は若干異なる可能性がある。また、製造コストの観点からも、コンデンサの容量は、理想的な容量から大きく異なってよい。
　特に、風力発電に上述した回路構成を有する発電機が用いられる場合、風力の変動に応じて、発電機における回転数が大きく変化する。そのため、コンデンサ６６の容量は、定格回転数において出力電力が最大となる場合の容量の５０％以上１００％以下、とすることが好ましい。ここで、定格回転数とは、安全に使用することができる限界の回転数として設計時に定められた回転数を指す。
　上記実施形態にて説明した発電機１では、ロータマグネット３３がロータ本体３２内に配置される。かつ、発電機１では、コイル２２３が集中巻きにて形成される。そのため、高い誘起電圧が得られる。このような構造の場合、従来の発電機と異なり、インダクタンスが大きくなる。しかしながら、上述したようなコンデンサ６６を設けるという構造が用いられることにより、インダクタンスを低下させることなく発電効率の向上が図られる。
　コンデンサ６６の容量と発電機１の製造コストとの関係から、コンデンサ６６を設ける構造は、大規模な発電機には向かない。したがって、この構造は、定格回転数における出力である定格出力が、１００Ｗ以上１０ｋＷ以下の発電機１に適している。好ましくは、ステータコア２２１の外径が、５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下の発電機１に適用されることが好ましい。また、構造が簡単であることから、高度な制御や監視を前提としない風力発電に適している。定格回転数は、１００ｒｐｍ以上５０００ｒｐｍ以下である。さらに、ロータマグネット３３がロータ本体３２内に配置され、ロータマグネット３３の脱落が容易かつ確実に防止されるため、発電機１の信頼性が向上する。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々に変形されてよい。
　例えば、上記実施形態では、３つのコイル群６１は、デルタ結線にて、接続されてもよい。コイル２２３からの出力の相数は３には限定されず、４以上でもよい。この場合においても、コンデンサ６６は、多相の出力線の相間に、または、多相の出力線と中性点との間に接続される。さらに、ダイオード６４の種類は特に限定されるものではない。例えばダイオードとして、整流用ダイオードや、ショットキーバリアダイオードなどを用いることができる。
　さらに、各コンデンサ６６が各ダイオード６４と並列になるように配置されていてもよい。図９は、本願発明にかかる一変形例を示す結線図である。図９では、各コンデンサ６６は、出力線６３に、各ダイオード６４と並列となるように接続される。すなわち、複数（ここでは６個）のダイオード６４に対して複数（ここでは６個）のコンデンサ６４がそれぞれ配置される。これにより、同じ容量のコンデンサ６６を用いた場合に、上述したコンデンサ６６をスター結線にて接続した場合と比較して、図９に示されている構造では、出力電圧を高くすることができる。ただし、各コンデンサ６６の両端にかかる最大電圧は、線間電圧のピーク時の電圧となる。そのため、図９に示される構造では、上述したようなスター結線にて各コンデンサ６６を接続する場合と比較して、耐圧の高いコンデンサを用いるのが望ましい。
　軸受機構４は、他の構造のものであってもよい。ステータ２２のスロット数およびロータ３のポール数も上記実施形態にて示したものには限定されない。
　上記実施形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせられてよい。
　本発明に係る発電機は、風力発電のみならず、他の様々な発電に利用することができる。
　１　　発電機
　３　　ロータ（回転部）
　２２　　ステータ
　３２　　ロータ本体
　３３　　ロータマグネット
　６２，６２ａ　　中性点
　６３　　出力線
　６６　　コンデンサ
　２２１　　ステータコア
　２２３　　コイル
　２２４　　ティース
　３２１　　孔
　Ｊ１　　中心軸

Claims (8)

  1. 　略円筒状のステータと、
    　前記ステータの内側にて中心軸を中心に回転可能に支持される略円柱状のロータと、
    　前記ステータからの多相の出力線の相間に、または、前記多相の出力線と中性点との間に接続される複数のコンデンサと、
    を備え、
    　前記ステータが、
    　積層鋼板にて形成され、前記中心軸に向かって突出する複数のティースを有するステータコアと、
    　前記複数のティースに集中巻きにて形成された複数のコイルと、
    を備え、
    　前記ロータが、
    　積層鋼板にて形成された略円柱状のロータ本体と、
    　前記ロータ本体において前記中心軸に平行に形成された複数の孔に挿入された複数のロータマグネットと、
    を備える、発電機。
  2. 　略円筒状のステータと、
    　前記ステータの内側にて中心軸を中心に回転可能に支持される略円柱状のロータと、
    　前記ステータからの多相の出力線に接続されるダイオードと、
    　前記ダイオードと並列となるように前記出力線に接続されるコンデンサと、
    を備え、
    　前記ステータが、
    　積層鋼板にて形成され、前記中心軸に向かって突出する複数のティースを有するステータコアと、
    　前記複数のティースに集中巻きにて形成された複数のコイルと、
    を備え、
    　前記ロータが、
    　積層鋼板にて形成された略円柱状のロータ本体と、
    　前記ロータ本体において前記中心軸に平行に形成された複数の孔に挿入された複数のロータマグネットと、
    を備える、発電機。
  3. 前記コイルから、前記出力線がそれぞれ引き出されており、
    前記ダイオードは、前記出力線からの電流を整流する整流器を構成する
    請求項２に記載の発電機。
  4. 　前記複数のコイルの相数が、３である、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発電機。
  5. 　前記複数のコンデンサの各コンデンサの容量が、
    　定格回転数において出力電力が最大となる容量の５０％以上１００％以下である、請求項１から請求項４のいずれかに記載の発電機。
  6. 　前記ステータコアの外径が、５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である、請求項１から請求項５のいずれかに記載の発電機。
  7. 　風力発電に用いられる、請求項１から請求項６のいずれかに記載の発電機。
  8. 　定格出力が、１００Ｗ以上１０ｋＷ以下である、請求項１から請求項７のいずれかに記載の発電機。
PCT/JP2011/074075 2010-10-22 2011-10-19 発電機 WO2012053567A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011900008268U CN203289293U (zh) 2010-10-22 2011-10-19 发电机

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010237061 2010-10-22
JP2010-237061 2010-10-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012053567A1 true WO2012053567A1 (ja) 2012-04-26

Family

ID=45975278

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2011/074075 WO2012053567A1 (ja) 2010-10-22 2011-10-19 発電機

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN203289293U (ja)
WO (1) WO2012053567A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019012845A1 (ja) * 2017-07-13 2019-01-17 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発電システム及び電力システム

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5878778U (ja) * 1981-11-19 1983-05-27 日興電機工業株式会社 内燃機関用交流発電機
JPH05211752A (ja) * 1992-01-30 1993-08-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 自動車用発電機
JP2008248875A (ja) * 2007-03-08 2008-10-16 Kawasaki Plant Systems Ltd ガスタービン発電システムおよびその運転制御方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5878778U (ja) * 1981-11-19 1983-05-27 日興電機工業株式会社 内燃機関用交流発電機
JPH05211752A (ja) * 1992-01-30 1993-08-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 自動車用発電機
JP2008248875A (ja) * 2007-03-08 2008-10-16 Kawasaki Plant Systems Ltd ガスタービン発電システムおよびその運転制御方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019012845A1 (ja) * 2017-07-13 2019-01-17 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発電システム及び電力システム
JPWO2019012845A1 (ja) * 2017-07-13 2020-04-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発電システム及び電力システム
US11139717B2 (en) 2017-07-13 2021-10-05 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Power generation system including power generating device and capacitor, and capable of storing energy of generated electric power with reducing waste energy

Also Published As

Publication number Publication date
CN203289293U (zh) 2013-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5070255B2 (ja) 回転電機
Bianchi et al. Design considerations for fractional-slot winding configurations of synchronous machines
JP4440275B2 (ja) 三相回転電機
JP5335104B2 (ja) インバータ一体型駆動モジュールおよびその製造方法
CN101483370B (zh) 双定转子开关磁阻电机
JP5214064B2 (ja) インバータ一体型駆動モジュール
US20080129137A1 (en) Motor Winding
US9227518B2 (en) Rotary electric machine and in-vehicle rotary electric machine system
JP2011036010A (ja) 回転電機
CN103812294B (zh) 一种五相双凸极电机
US8407881B2 (en) Process of manufacturing a stator
JP5695748B2 (ja) 回転電機
JP2001327137A (ja) 車両用交流発電機
JP2014204512A (ja) ステータ巻線、ならびに、これを備えるステータおよび回転電機
US20240006967A1 (en) Field winding type rotating electric machine
WO2012053567A1 (ja) 発電機
CN207766040U (zh) 一种发电机
CN111987832A (zh) 励磁线圈型旋转电机
JP2017034741A (ja) 整流装置および回転電機
WO2012168977A1 (ja) 回転電機
WO2010146368A2 (en) An electrical machine
CN108964299A (zh) 一种新型的直驱n*3相永磁同步风力发电机
US11901782B2 (en) Magnetically active unit of a rotating multiphase electric machine
JP2010098789A (ja) ブラシレス励磁装置を備えた同期機
US20200251940A1 (en) Field coil type rotating electric machine

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201190000826.8

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11834406

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11834406

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP