專利名稱：永磁式旋轉(zhuǎn)電機及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及永磁式旋轉(zhuǎn)電機及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，特別是涉及適用于IMW以上的大容量的永磁式發(fā)電機等的永磁式旋轉(zhuǎn)電機及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著飛速地增加風(fēng)力發(fā)電的導(dǎo)入量，通過增加單機容量來提高經(jīng)濟性，對 IMW以上的大容量永磁發(fā)電機的要求越來越高。在使用大容量永磁發(fā)電機時，即使其功率高，但其損失的絕對值也變得較大。因此，為使其發(fā)熱密度與小容量機相同，需要使旋轉(zhuǎn)電機的體積大型化，但是，在使旋轉(zhuǎn)電機體積大型化的情況下，重量也將變大，從而使制造成本、建設(shè)成本變大，因此需要減少體積，增加輸出密度。然而，由于輸出密度的增加將使發(fā)熱密度增加，因此要求較高的冷卻性能，作為其結(jié)果，成本隨之增加。此外，若使用難以發(fā)熱的結(jié)構(gòu)，則使用永久磁鐵所帶來的優(yōu)點(體積減少、高效率化)將會變小，作為其結(jié)果，使電特性變差，難以滿足作為發(fā)電機的規(guī)格。為了以低成本且不損害電特性地得到高效的冷卻，必須要有適于冷卻的結(jié)構(gòu)。在專利文獻1及2中公開有這種以低成本且不損害電特性地得到高效的冷卻的旋轉(zhuǎn)電機的冷卻結(jié)構(gòu)。S卩，在專利文獻1中公開有將定子鐵心形狀設(shè)為成為星型的翅片形狀，在該翅片形狀部設(shè)置冷卻用制冷劑流路的結(jié)構(gòu)。此外，在專利文獻2中公開了在定子外周配置作為使制冷劑流動的結(jié)構(gòu)的聚熱套管，在聚熱套管的外側(cè)具備散熱套管與通風(fēng)通道的結(jié)構(gòu)。專利文獻1 日本特開2009-38864號公報專利文獻2 日本特開平9485071號公報

發(fā)明內(nèi)容
通常，在風(fēng)力發(fā)電機的情況下，發(fā)電機構(gòu)成為具有轉(zhuǎn)子、定子和用于冷卻的換熱器或水冷裝置。在水冷型發(fā)電機的情況下，對于發(fā)電機發(fā)熱所產(chǎn)生的熱，是通過構(gòu)成冷卻水流路的水冷裝置來冷卻發(fā)電機的發(fā)熱。因此，為減少發(fā)電機內(nèi)的溫度上升，必須增加水冷裝置本身的體積，作為其結(jié)果，發(fā)電機整體的體積、重量隨之增加。此外，在永磁式發(fā)電機中，定子線圈的發(fā)熱占支配性地位，而通過將水冷裝置配置在定子的外周，能夠有效地冷卻線圈溫度，因此通過增大水冷裝置的體積可以有效地降低溫度。雖然上述的專利文獻1在定子鐵心上構(gòu)成有用于使制冷劑流動的流路，但由于定子鐵心也是通過旋轉(zhuǎn)磁場的磁通的磁路，因此若構(gòu)成用于使制冷劑流動的流路，則磁阻增加，作為旋轉(zhuǎn)電機的性能降低。此外，由于流路結(jié)構(gòu)為周向、軸向的復(fù)雜的流路，因此在維護等時停止馬達而要排出流路內(nèi)的冷卻介質(zhì)的情況下，存在冷卻介質(zhì)殘留在流路內(nèi)的可能性。另一方面，專利文獻2是水冷結(jié)構(gòu)與外部氣體的空冷結(jié)構(gòu)并用的結(jié)構(gòu)，若著眼于空冷部，則由于空冷部是利用設(shè)置在旋轉(zhuǎn)電機的外側(cè)的外旋風(fēng)扇使冷卻風(fēng)通過的結(jié)構(gòu)，因此雖然對于降低定子線圈溫度較為有效，但內(nèi)部(轉(zhuǎn)子、軸承)的冷卻變得并不充分。因此， 若要降低內(nèi)部溫度，則需要降低內(nèi)部的發(fā)熱密度，因而旋轉(zhuǎn)電機的體積也將大型化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而做出的，其目的在于，提供不使換熱器及水冷裝置大型化就能夠有效地降低旋轉(zhuǎn)電機內(nèi)的溫度上升的永磁式旋轉(zhuǎn)電機。本發(fā)明的永磁式旋轉(zhuǎn)電機具備在定子鐵心上繞有定子線圈的定子；與該定子的定子鐵心以規(guī)定間隙對置，且在固定于軸上的轉(zhuǎn)子鐵心上在周向上配置有多個永久磁鐵的轉(zhuǎn)子；配置在上述定子鐵心的外周側(cè)的水冷裝置；固定在上述轉(zhuǎn)子鐵心的軸向端部的至少一側(cè)的軸上，并使冷卻風(fēng)在電機內(nèi)循環(huán)的風(fēng)扇，該永磁式旋轉(zhuǎn)電機的特征在于，在上述水冷裝置的外周上設(shè)置有使上述冷卻風(fēng)通過的通風(fēng)通道，將利用上述風(fēng)扇在電機內(nèi)循環(huán)并冷卻的冷卻風(fēng)導(dǎo)入上述通風(fēng)通道，并使通過該通風(fēng)通道內(nèi)的冷卻風(fēng)與上述水冷裝置進行了熱交換的冷卻風(fēng)再次在上述電機內(nèi)循環(huán)。發(fā)明的效果如下。根據(jù)本發(fā)明，能夠得到不使換熱器及水冷裝置大型化就能夠有效地減少旋轉(zhuǎn)電機內(nèi)的溫度上升，從而提高冷卻效果的永磁式旋轉(zhuǎn)電機及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。


圖1是表示本發(fā)明的永磁式旋轉(zhuǎn)電機的第一實施例的永磁式發(fā)電機的軸向剖視圖。(實施例1)圖2是圖1的徑向剖視圖。(實施例1)圖3是表示第一實施例中的定子線圈的溫度與水冷裝置的重量的關(guān)系的特性圖。 (實施例1)圖4是表示本發(fā)明的永磁式旋轉(zhuǎn)電機的第二實施例的永磁式發(fā)電機的軸向剖視圖。(實施例2)圖5是圖4的徑向剖視圖。(實施例2)圖6是表示本發(fā)明的第二實施例的永磁式發(fā)電機的另一例的軸向剖視圖。(實施例2)圖7是圖6的徑向剖視圖。(實施例2)圖8是表示本發(fā)明的第二實施例的永磁式發(fā)電機的再一個例子的軸向剖視圖。 (實施例2)圖9是圖8的徑向剖視圖。(實施例2)圖10是表示本發(fā)明的永磁式旋轉(zhuǎn)電機的第三實施例的永磁式發(fā)電機的軸向剖視圖。(實施例3)圖11是表示本發(fā)明的永磁式旋轉(zhuǎn)電機的第四實施例的永磁式發(fā)電機的軸向剖視圖。(實施例4)圖12是平面展開水冷裝置的外周部的圖。(實施例4)圖13是表示本發(fā)明的永磁式旋轉(zhuǎn)電機的第五實施例的永磁式發(fā)電機的軸向剖視圖。(實施例5)
圖14是表示本發(fā)明的永磁式旋轉(zhuǎn)電機的第六實施例的永磁式發(fā)電機的軸向剖視圖。(實施例6)圖15是表示本發(fā)明的永磁式旋轉(zhuǎn)電機的第七實施例的永磁式發(fā)電機的軸向剖視圖。(實施例7)圖16是以三維表示本發(fā)明的永磁式旋轉(zhuǎn)電機的第八實施例的永磁式發(fā)電機中的水冷裝置的內(nèi)部流路的圖。(實施例8)圖17是以二維表示圖16所示的水冷裝置的內(nèi)部流路的圖。(實施例8)圖18是用于在圖16所示的水冷裝置的內(nèi)部形成流路的流路壁的徑向剖視圖。(實施例8)圖19是以二維展開本發(fā)明的永磁式旋轉(zhuǎn)電機的第九實施例的永磁式發(fā)電機中的水冷裝置的流路的圖。(實施例9)圖20是表示本發(fā)明的永磁式旋轉(zhuǎn)電機的第十實施例的永磁式發(fā)電機的軸向剖視圖。(實施例10)圖21是圖20所示的水冷裝置的展開圖。(實施例10)圖22是表示本發(fā)明的永磁式旋轉(zhuǎn)電機的第十一實施例的永磁式發(fā)電機的軸向剖視圖。(實施例11)圖23是表示使用本發(fā)明的第一至第十一實施例的永磁式發(fā)電機的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的圖。(實施例12)其中1-轉(zhuǎn)子，2-轉(zhuǎn)子鐵心，2a-定子鐵心，3_永久磁鐵，4_軸流式風(fēng)扇，4a-徑流式風(fēng)扇，5-軸，6-定子，7-定子線圈，8-水冷裝置，9-肋，10-發(fā)電機架，11-定子切槽，12-通風(fēng)通道，15-軸向風(fēng)道，16-軸承，17-板，18-極間通風(fēng)通道，19-管道部件，20-線圈端部，21-流入口，22-流出口，23,23a-流路壁，24-斜切部，25-切口，26-管，100-發(fā)電機，101-風(fēng)車， 102-增速齒輪，103-風(fēng)車艙，104-電力系統(tǒng)，105-功率轉(zhuǎn)換器。
具體實施例方式下面，使用附圖對作為本發(fā)明的永磁式旋轉(zhuǎn)電機的永磁式發(fā)電機的詳細內(nèi)容進行說明。并且，在各圖中對相同部分附加相同的標(biāo)記。實施例1圖1表示本發(fā)明的第一實施例的永磁式發(fā)電機。在圖1中，轉(zhuǎn)子1具備在軸向上層疊多張電磁鋼板而形成的轉(zhuǎn)子鐵心2，在形成該轉(zhuǎn)子鐵心2的電磁鋼板上沿周向嵌入多個永久磁鐵3并固定在軸5上。在轉(zhuǎn)子鐵心2的軸向端部的一側(cè)(圖1中的左側(cè))的軸5上固定有使冷卻風(fēng)在電機內(nèi)循環(huán)的軸流式風(fēng)扇4。 此外，與轉(zhuǎn)子1以規(guī)定的間隙對置的定子6具備在軸向上層疊多張電磁鋼板而形成的定子鐵心2a，定子線圈7繞在形成于該定子鐵心加的內(nèi)徑側(cè)的定子切槽上。以與該定子6的外周面接觸的方式配置如水冷套管那樣的水冷裝置8，還在水冷裝置8的外周上以在周向上具有規(guī)定間隔的方式配置用于風(fēng)冷的肋9，通過在肋9的外周上固定發(fā)電機架10，發(fā)電機內(nèi)部成為封閉結(jié)構(gòu)。此外，附圖標(biāo)記16是可旋轉(zhuǎn)地支撐軸5的軸承。圖2表示圖1的徑向剖面，轉(zhuǎn)子1如上述那樣埋入有永久磁鐵，該永久磁鐵3以大致V字型且在周向上交替地改變極性而配置。另一方面，在水冷裝置8的外周上，以在周向上具有規(guī)定間隔的方式配置有用于風(fēng)冷的肋9，通過將肋9的外周側(cè)利用覆蓋發(fā)電機整體的發(fā)電機架10來包圍，從而在該肋9的周向之間形成通風(fēng)通道12。此外，該圖所示的例子是轉(zhuǎn)子1的極數(shù)為12極，且定子切槽11的切槽數(shù)為108的三相交流發(fā)電機。使用圖1及圖2來說明內(nèi)部的空氣的流動。發(fā)電機內(nèi)部的空氣利用軸流式風(fēng)扇4 在轉(zhuǎn)子1與定子6之間在軸向上流動，到達軸向端部的冷卻風(fēng)變?yōu)樵趶较蛏狭鲃樱瑥亩鋮s定子線圈7的端部，并導(dǎo)入到形成于配置在水冷裝置8的外周上的肋9之間的通風(fēng)通道12 中，從而在發(fā)電機內(nèi)部循環(huán)。換言之，如圖2所示，在水冷裝置8的外周上以在周向上具有等間隔的方式配置肋9的部分，通過使冷卻風(fēng)流過形成在所配置的肋9之間的通風(fēng)通道12 而在發(fā)電機內(nèi)循環(huán)。由此，由于利用軸流式風(fēng)扇4在轉(zhuǎn)子1與定子6之間在軸向上流動，并冷卻定子線圈7的端部等而變熱的冷卻風(fēng)導(dǎo)入通風(fēng)通道12，所以在此時，通過通風(fēng)通道12的變熱的冷卻風(fēng)與水冷裝置8進行熱交換，變熱的冷卻風(fēng)被冷卻。該冷卻過的冷卻風(fēng)利用軸流式風(fēng)扇 4再次在發(fā)電機內(nèi)循環(huán)。接下來，使用圖3來說明定子線圈7的溫度與水冷裝置的重量的關(guān)系。在圖3中， 將在水冷裝置8上設(shè)有用于風(fēng)冷的肋9的情況的水冷裝置重量用附圖標(biāo)記13表示，將沒有肋9的情況的水冷裝置8的重量用附圖標(biāo)記14表示。將定子線圈7的溫度的溫度上限值標(biāo)準(zhǔn)化為1，同樣地將沒有肋9的情況的水冷裝置8的重量標(biāo)準(zhǔn)化為1。由此，定子線圈7的溫度若為1以下，則滿足溫度上限值，溫度降低，水冷裝置8的重量若為1以上，則重量增加。根據(jù)同圖可知，存在定子線圈7的溫度若要降低則水冷裝置8的重量也會自然而然地增加的趨勢。若著眼于沒有肋9的附圖標(biāo)記14的水冷裝置8的重量，則可知為了降低溫度，水冷裝置8的重量會大幅增加。另一方面，若著眼于有肋9的附圖標(biāo)記13的水冷裝置8的重量，則與沒有肋9的附圖標(biāo)記14對比，水冷裝置8的重量的增加較為緩慢。這是指通過追加肋9的根數(shù)，能夠抑制水冷裝置8的重量的增加并降低溫度。由此，通過搭載水冷裝置8，并在該水冷裝置8上設(shè)置肋9，利用軸流式風(fēng)扇4使發(fā)電機內(nèi)的空氣循環(huán)，從而能夠以水冷裝置8降低定子線圈7的溫度，進而通過肋9的熱交換作用能夠降低溫度并抑制發(fā)電機重量的增加。雖然在本實施例中作為冷卻部的結(jié)構(gòu)的水冷裝置8、肋9、發(fā)電機架10分別構(gòu)成為單獨的零件，但也可以是水冷裝置8與肋9構(gòu)成為一體，肋9與發(fā)電機架10構(gòu)成為一體。此外，在本實施例中，雖然繞在定子6上的定子線圈7的卷線方式采用分布卷繞方式，將極數(shù)定為12，定子切槽11的數(shù)量定為108，但以集中卷繞或以其它的極數(shù)和切槽數(shù)也能夠得到與上述所示的例子相同的效果。此外，雖然轉(zhuǎn)子1的永久磁鐵3是平板磁鐵且配置為V字型，但是不言而喻，以其它的磁鐵形狀及磁鐵配置方式也沒有問題。實施例2圖4及圖5表示本發(fā)明的第二實施例的永磁式發(fā)電機。在圖4及圖5所示的實施例2中，在轉(zhuǎn)子1的永久磁鐵3與軸5之間的轉(zhuǎn)子鐵心 2上，在周向上以等間隔設(shè)置有多個用于在軸向上通風(fēng)的軸向風(fēng)道15。
由此，發(fā)電機內(nèi)部的空氣利用軸流式風(fēng)扇4，在軸向上流過在轉(zhuǎn)子1與定子6之間及軸向風(fēng)道15，因此，能夠減少軸向的通風(fēng)阻力并增加在內(nèi)部循環(huán)的風(fēng)量。此外，由于軸承 16也與冷卻風(fēng)接觸，因此也能夠降低軸承16的溫度。圖6及圖7表示了能夠得到與實施例2相同的效果的結(jié)構(gòu)。如圖6及圖7所示， 在軸5與轉(zhuǎn)子鐵心2之間，在周向上以等間隔配置有多個在軸向上延伸的板17，在配置在周向上的板17之間形成有用于在軸向上通風(fēng)的軸向風(fēng)道15。通過這樣的結(jié)構(gòu)，當(dāng)然能夠得到與上述的實施例相同的效果，并能夠降低成本且確保轉(zhuǎn)子的剛性。圖8及圖9表示了能夠得到與實施例1相同的效果的結(jié)構(gòu)，如圖8及圖9所示，在轉(zhuǎn)子鐵心2在周向上交替地改變極性而配置永久磁鐵3，在其相鄰的異極之間的極間部，設(shè)置在軸向上延伸且在徑向上從極間部向軸心延伸的槽，從而形成極間通風(fēng)通道18。通過這樣的結(jié)構(gòu)，當(dāng)然能夠得到與上述的實施例相同的效果，而且由于極間通風(fēng)通道18位于接近永久磁鐵3的位置，因此通過由極間通風(fēng)通道18進行的風(fēng)冷，能夠減少永久磁鐵3的發(fā)熱。此外，在本實施例中，雖然轉(zhuǎn)子1的永久磁鐵3是平板磁鐵且配置為V字型，但以其它的磁鐵形狀及磁鐵配置方式也沒有問題。實施例3圖10表示本發(fā)明的第三實施例的永磁式發(fā)電機。在該圖所示的永磁式發(fā)電機中，轉(zhuǎn)子1包括轉(zhuǎn)子鐵心2，在轉(zhuǎn)子鐵心2上嵌入有永久磁鐵3，轉(zhuǎn)子鐵心2及軸流式風(fēng)扇4固定在軸5的兩端部。此外，在轉(zhuǎn)子鐵心2上在周向上以等間隔設(shè)置有多個用于在軸向上通風(fēng)的軸向風(fēng)道15。進而，在本實施例中，在轉(zhuǎn)子鐵心2的軸向中心部，以在周向上具有規(guī)定間隔并在徑向上呈放射狀的方式配置有用于風(fēng)冷的管道部件19，在該管道部件19的周向之間形成有徑向通風(fēng)通道。另一方面，定子6在軸向上層疊定子鐵心加并卷繞有定子線圈7。定子6也與轉(zhuǎn)子1同樣地在定子鐵心加的軸向中心部，以在周向上具有規(guī)定間隔并呈放射狀的方式配置有用于風(fēng)冷的管道部件19，在該管道部件19的周向之間形成有徑向通風(fēng)通道。此外，以與定子6的外周面接觸的方式，以設(shè)置在軸向中心部的管道部件19為邊界將水冷裝置8分成兩部分配置，而且，在水冷裝置8的外周上以在周向上具有等間隔的方式配置有用于風(fēng)冷的肋9。在肋9的外周上固定有發(fā)電機架10，從而使發(fā)電機內(nèi)部成為封閉結(jié)構(gòu)。通過這樣的結(jié)構(gòu)，當(dāng)然能夠得到與上述的實施例相同的效果，而且利用設(shè)置在軸5 的兩端部的軸流式風(fēng)扇4，導(dǎo)入轉(zhuǎn)子鐵心2與定子鐵心加之間以及軸向風(fēng)道15的冷卻風(fēng)通過由管道部件19形成的徑向通風(fēng)通道在發(fā)電機內(nèi)形成從雙向循環(huán)的雙流結(jié)構(gòu)，因此能夠期待風(fēng)冷所產(chǎn)生的降低溫度的效果。此外，由于發(fā)電機內(nèi)的最高溫度產(chǎn)生部是軸方向中心附近，因此通過使冷卻風(fēng)流過軸向中心部，能夠降低最高溫度，使發(fā)電機內(nèi)的溫度分布平均化。此外，在本實施例中，雖然配置管道部件19的位置是軸向中心部，但通過按照最高溫度產(chǎn)生部而做成錯開的不對稱結(jié)構(gòu)，能夠更有效地降低最高溫度。此外，也可以通過以在軸向上具有規(guī)定間隔并在徑向上呈放射狀的方式設(shè)置管道部件19。實施例4
圖11及圖12表示本發(fā)明的第四實施例的永磁式發(fā)電機。在第四實施例中，構(gòu)成為使第一實施例所示的設(shè)置在水冷裝置8的外周部上的肋 9以軸向中心部為邊界，在左右改變肋的根數(shù)。即，如圖12所示，與固定有軸流式風(fēng)扇4的一側(cè)的肋9的根數(shù)相比，相反側(cè)的肋9的根數(shù)較多。通過這樣的結(jié)構(gòu)，當(dāng)然能夠得到與上述的實施例相同的效果，并能夠減少肋9的根數(shù)，通過針對軸向溫度分布在溫度上升的一側(cè)增加肋9的根數(shù)，從而能夠使發(fā)電機內(nèi)的溫度分布平均化。此外，雖然在本實施例中是在軸流式風(fēng)扇4的相反側(cè)增加肋9的根數(shù)的結(jié)構(gòu)，但在溫度分布變高的一側(cè)增加肋9的根數(shù)效果較好。實施例5圖13表示本發(fā)明的第五實施例的永磁式發(fā)電機。在第五實施例中，將第一實施例所示的設(shè)置在水冷裝置8的外周部上的肋9構(gòu)成為軸向長度比水冷裝置8的軸向長度短且配置在軸向中心部。通過這樣的結(jié)構(gòu)，當(dāng)然能夠得到與上述實施例相同的效果，雖然存在發(fā)電機內(nèi)的最高溫度產(chǎn)生部在軸向中心附近產(chǎn)生的趨勢，但如第五實施例那樣，通過僅在軸向中心附近設(shè)置肋9，能夠降低最高溫度，使發(fā)電機內(nèi)的溫度分布平均化。實施例6圖14表示本發(fā)明的第六實施例的永磁式發(fā)電機。在第六實施例中，與第一實施例同樣地在軸5的一側(cè)端部設(shè)置有使冷卻風(fēng)在軸向上流動的軸流式風(fēng)扇4，并隔著轉(zhuǎn)子2在相反側(cè)端部的軸5上設(shè)有使冷卻風(fēng)在徑向上流動的徑流式風(fēng)扇如。由此，當(dāng)然能夠得到與上述的實施例相同的效果，通過利用軸流式風(fēng)扇4使冷卻風(fēng)在軸向上流動，并且利用徑流式風(fēng)扇如使冷卻風(fēng)在徑向上流動，從而使冷卻風(fēng)容易流過在肋9之間形成的通風(fēng)通道12，流量增加，從而能夠減少溫度上升。實施例7圖15表示本發(fā)明的第七實施例的永磁式發(fā)電機。在第七實施例中，第一實施例所示的定子線圈的線圈端部20的長度構(gòu)成為左右不對稱。即，如圖15所示，與設(shè)置有軸流式風(fēng)扇4的一側(cè)的線圈端部20的軸向長度A相比， 與設(shè)置有軸流式風(fēng)扇4的一側(cè)相反的一側(cè)的線圈端部20的軸向長度B較短。通過這樣的結(jié)構(gòu)，當(dāng)然能夠得到與上述的實施例相同的效果，而且由于與設(shè)有軸流式風(fēng)扇4的一側(cè)相反的一側(cè)的線圈端部20的軸向長度B較短，因此軸向長度較短的線圈端部20 —側(cè)的通風(fēng)阻力減少，空氣易于流動。此外，由于線圈端部20左右不對稱，因此軸向的最高溫度峰值能夠向溫度較低的一側(cè)轉(zhuǎn)移。此外，在本實施例中，雖然縮短了軸流式風(fēng)扇4的相反側(cè)的線圈端部20，但若改變風(fēng)扇的種類等，則也可以縮短固定有軸流式風(fēng)扇4的一側(cè)的線圈端部20。實施例8圖16以三維表示成為本發(fā)明的第八實施例的第一實施例所示的水冷裝置8的內(nèi)部流路，圖17是表示以二維展開的圖。如圖16所示，冷卻水從流入口 21流入水冷裝置8內(nèi)并在周向上流動約一周，在該處使流動方向改變180°并再次流動約一周，將此反復(fù)進行而向流出口 22流動。圖18表示用于在水冷裝置8的內(nèi)部形成流路的流路壁23的徑向剖視圖。流體沿周向在途中使流向改變180°并向軸向移動。流體改變流向(U字形轉(zhuǎn)彎部分)的拐角部分的流路壁23的端部形狀做成斜切部24。通過這樣的結(jié)構(gòu)，當(dāng)然能夠得到與上述的實施例相同的效果，并能夠緩和在流體改變方向的拐角的外側(cè)與內(nèi)側(cè)的因流速差產(chǎn)生的氣泡或紊流，從而使熱傳遞平均化。此外， 在流路壁23的圖示上的下側(cè)(在設(shè)置發(fā)電機時為地面?zhèn)?設(shè)有排水用的切口 25，由此，通過在水冷裝置8的地面設(shè)置側(cè)設(shè)置排水口，經(jīng)由排水用的切口 25使冷卻水流出，能夠消除冷卻水積存在水冷裝置8內(nèi)，從而提高可維護性。此外，作為使冷卻水流動的裝置，由等速機或變速機的泵將冷卻水送入水冷裝置 8。此時，在使用變速機的泵的情況下，能夠改變流向水冷裝置8的流量，因此能夠配合發(fā)電機的輸出來調(diào)節(jié)流量，因而能夠降低泵等輔機類的耗電，從而提高包括發(fā)電機的整體的系統(tǒng)效率。實施例9圖19是以二維表示成為本發(fā)明的第九實施例的第一實施例所示的水冷裝置8的流路的圖。在該圖中，冷卻水從流入口 21流入水冷裝置8內(nèi)，并流至水冷裝電8的軸向的端部，并在該處將流向改變180°，反復(fù)進行該動作且在周向上移動，并向流出口 22流動。通過這樣的結(jié)構(gòu)，由于冷卻水在軸向上以U字形轉(zhuǎn)彎并流動，因此易于使軸向的溫度分布平均化。此外，由于流路壁23a為不同于實施例8所示的流路壁23的桿狀，因此加工性較好，通過將改變冷卻水的方向(U字形轉(zhuǎn)彎的部分)的拐角部分的流路壁23a的端部形狀設(shè)為斜切部24，能夠得到與實施例8所示的結(jié)構(gòu)相同的效果。實施例10圖20表示成為本發(fā)明的第十實施例的永磁式發(fā)電機。在第十實施例中，在第一實施例所示的水冷裝置8的內(nèi)部設(shè)置有用于風(fēng)冷的管 26。圖21表示設(shè)置有管沈的水冷裝置8的平面展開圖。如該圖所示，用于風(fēng)冷的管沈在水冷裝置8的內(nèi)部配置為在軸向上貫通。通過這樣的結(jié)構(gòu)，當(dāng)然能夠得到與上述的實施例相同的效果，而且存在通過肋9 的冷卻風(fēng)和流過水冷裝置8的冷卻風(fēng)，通過由水冷進行的冷卻和通過管沈進行的熱交換作用，進一步提高冷卻效率。此外，實施例10的結(jié)構(gòu)也能夠做成實施例3所示的結(jié)構(gòu)。實施例11圖22表示成為本發(fā)明的第十一實施例的永磁式發(fā)電機。在至今為止的各個實施例中，雖然在水冷裝置8的外周側(cè)的周向上以等間隔設(shè)有肋9，并在該肋9之間形成有使冷卻風(fēng)通過的通風(fēng)通道12，但在圖22所示的第十一實施例中，也可以是除去肋9，在水冷裝置8上直接設(shè)置使冷卻風(fēng)通過的管26。通過這樣的結(jié)構(gòu)，將冷卻電機內(nèi)部而變熱的冷卻風(fēng)引導(dǎo)到管沈，在此與水冷裝置 8進行熱交換，從而變熱的冷卻風(fēng)被冷卻，并利用軸流式風(fēng)扇4使已冷卻的冷卻風(fēng)再次在發(fā)電機內(nèi)循環(huán)，從而能夠得到與上述的第一實施例相同的效果。此外，由于沒有肋9，能夠減少部件件數(shù)，從而提高生產(chǎn)率。
實施例12圖23表示將本發(fā)明的發(fā)電機用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的例子。從第一實施例至第十一實施例所示的發(fā)電機100通過增速齒輪102與風(fēng)車101連接，并設(shè)置在風(fēng)車艙103內(nèi)。而且，發(fā)電機100通過功率轉(zhuǎn)換器105與電力系統(tǒng)104連接， 從而能夠進行發(fā)電運轉(zhuǎn)。此外，風(fēng)車101與發(fā)電機100也能夠直接連接。此外，在本實施例中，雖然是以風(fēng)力為動力源，但也能夠足以使用例如水輪機、發(fā)動機、渦輪機等。上述實施例的風(fēng)力發(fā)電用發(fā)電機具有能夠在大容量的情況下以小型進行冷卻的優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種永磁式旋轉(zhuǎn)電機，具備在定子鐵心上繞有定子線圈的定子；與該定子的定子鐵心以規(guī)定間隙對置，且在固定于軸上的轉(zhuǎn)子鐵心上在周向上配置有多個永久磁鐵的轉(zhuǎn)子；配置在上述定子鐵心的外周側(cè)的水冷裝置；以及固定在上述轉(zhuǎn)子鐵心的軸向端部的至少一側(cè)的軸上，并使冷卻風(fēng)在電機內(nèi)循環(huán)的風(fēng)扇，其特征在于，在上述水冷裝置的外周上設(shè)有使上述冷卻風(fēng)通過的通風(fēng)通道，將利用上述風(fēng)扇在電機內(nèi)循環(huán)并冷卻的冷卻風(fēng)導(dǎo)入上述通風(fēng)通道，并使通過該通風(fēng)通道內(nèi)的冷卻風(fēng)與上述水冷裝置進行了熱交換的冷卻風(fēng)再次在上述電機內(nèi)循環(huán)。
2.一種永磁式旋轉(zhuǎn)電機，具備在定子鐵心上繞有定子線圈的定子；與該定子的定子鐵心以規(guī)定間隙對置，且在固定于軸上的轉(zhuǎn)子鐵心上在周向上配置有多個永久磁鐵的轉(zhuǎn)子；配置在上述定子鐵心的外周側(cè)的水冷裝置；以及固定在上述轉(zhuǎn)子鐵心的軸向端部的至少一側(cè)的軸上，并使冷卻風(fēng)在電機內(nèi)循環(huán)的風(fēng)扇，其特征在于，在上述水冷裝置的外周上以在周向上具有規(guī)定間隔的方式配置有多個肋，并在該肋的外周側(cè)配置有覆蓋旋轉(zhuǎn)電機整體的架，在上述水冷裝置的外周側(cè)與肋之間及上述架之間以包圍的方式形成使上述冷卻風(fēng)通過的通風(fēng)通道，并且，將利用上述風(fēng)扇在電機內(nèi)循環(huán)并冷卻的冷卻風(fēng)導(dǎo)入上述通風(fēng)通道，并使通過該通風(fēng)通道內(nèi)的冷卻風(fēng)與上述水冷裝置進行了熱交換的冷卻風(fēng)再次在上述電機內(nèi)循環(huán)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的永磁式旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，在上述轉(zhuǎn)子鐵心上，以在周向上具有規(guī)定間隔的方式設(shè)置有多個用于使上述冷卻風(fēng)在軸向上通過的軸向風(fēng)道。
4.如權(quán)利要求1或2所述的永磁式旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，在上述轉(zhuǎn)子鐵心與軸之間，以在周向上具有規(guī)定間隔的方式配置有多個在軸向上延伸的板，在該周向上配置的多個上述板之間形成有用于使上述冷卻風(fēng)在軸向上通過的軸向風(fēng)道。
5.如權(quán)利要求1或2所述的永磁式旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，上述永久磁鐵在上述轉(zhuǎn)子鐵心上在周向上交替地改變極性而配置，并且，在該永久磁鐵的相鄰的異極之間的極間部，設(shè)置有在軸向上延伸且從極間部沿徑向延伸的用于使上述冷卻風(fēng)通過的通風(fēng)通道。
6.如權(quán)利要求2所述的永磁式旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，就在上述水冷裝置的外周上以在周向上具有規(guī)定間隔的方式配置的多個肋而言，其根數(shù)以軸向中心部為邊界而改變。
7.如權(quán)利要求6所述的永磁式旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，上述肋的根數(shù)以軸向中心部為邊界，設(shè)有上述風(fēng)扇的一側(cè)的肋的根數(shù)少。
8.如權(quán)利要求2所述的永磁式旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，就在上述水冷裝置的外周上以在周向上具有規(guī)定間隔的方式配置的多個肋而言，其軸向長度比上述水冷裝置的軸向長度短，并且配置在軸向中心部。
9.如權(quán)利要求2所述的永磁式旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，作為使冷卻風(fēng)在電機內(nèi)循環(huán)的風(fēng)扇，使用使冷卻風(fēng)在軸向上流動的軸流式風(fēng)扇和使冷卻風(fēng)在徑向上流動的徑流式風(fēng)扇，該徑流式風(fēng)扇與該軸流式風(fēng)扇隔著轉(zhuǎn)子設(shè)置在相反的一側(cè)的上述軸上。
10.如權(quán)利要求2所述的永磁式旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，上述定子線圈的端部的軸向長度左右不對稱。
11.如權(quán)利要求2所述的永磁式旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，上述水冷裝置在其內(nèi)部設(shè)有在軸向上貫通的使冷卻風(fēng)通過的多個管。
12.—種永磁式旋轉(zhuǎn)電機，具備在定子鐵心上繞有定子線圈的定子；與該定子的定子鐵心以規(guī)定間隙對置，且在固定于軸上的轉(zhuǎn)子鐵心上在周向上配置有多個永久磁鐵的轉(zhuǎn)子；配置在上述定子鐵心的外周側(cè)的水冷裝置；以及固定在上述轉(zhuǎn)子鐵心的軸向兩端部的軸上，并使冷卻風(fēng)在電機內(nèi)循環(huán)的風(fēng)扇，其特征在于，在上述定子及轉(zhuǎn)子的至少軸向中心部，以在周向上具有規(guī)定間隔并在徑向上呈放射狀延伸的方式配置有管道部件，在該管道部件的周向之間形成有徑向通風(fēng)通道，并且，上述水冷裝置以設(shè)置在該至少軸向中心部的上述管道部件為邊界而分割，并且，在上述水冷裝置的外周上以在周向上具有規(guī)定間隔的方式配置有多個肋，在該肋的外周側(cè)配置有覆蓋旋轉(zhuǎn)電機整體的架，在上述水冷裝置的外周側(cè)與肋之間以及上述架之間以包圍的方式形成有使上述冷卻風(fēng)通過的通風(fēng)通道，利用固定在上述轉(zhuǎn)子鐵心的軸向兩端部的軸上的各個風(fēng)扇， 使通過上述通風(fēng)通道的冷卻風(fēng)在電機內(nèi)從雙向循環(huán)并導(dǎo)入上述徑向通風(fēng)通道，并使從該徑向通風(fēng)通道導(dǎo)入上述通風(fēng)通道內(nèi)的冷卻風(fēng)與上述水冷裝置進行了熱交換的冷卻風(fēng)再次在上述電機內(nèi)從雙向循環(huán)。
13.如權(quán)利要求12所述的永磁式旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，在上述轉(zhuǎn)子鐵心上，以在周向上具有規(guī)定間隔的方式設(shè)置有多個用于使上述冷卻風(fēng)在軸向上通過的軸向風(fēng)道。
14.如權(quán)利要求1、2、11中任一項所述的永磁式旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，形成上述水冷裝置的內(nèi)部流路的流路壁使冷卻介質(zhì)在周向上流動，該冷卻介質(zhì)改變流向的拐角部的流路壁端部的形狀做成徑向的長度是外徑側(cè)比內(nèi)徑側(cè)短、且傾斜的形狀。
15.如權(quán)利要求14所述的永磁式旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，形成上述水冷裝置的內(nèi)部流路的流路壁在設(shè)有旋轉(zhuǎn)電機的地面?zhèn)人诘姆较蛏显O(shè)有排水用的切口。
16.一種永磁式旋轉(zhuǎn)電機，具備在定子鐵心上繞有定子線圈的定子；與該定子的定子鐵心以規(guī)定間隙對置，且在固定于軸上的轉(zhuǎn)子鐵心上在周向上配置有多個永久磁鐵的轉(zhuǎn)子；配置在上述定子鐵心的外周側(cè)的水冷裝置；以及固定在上述轉(zhuǎn)子鐵心的軸向端部的至少一側(cè)的軸上，并使冷卻風(fēng)在電機內(nèi)循環(huán)的風(fēng)扇，其特征在于，在上述水冷裝置的外周上配置有使冷卻風(fēng)通過的多個管，并且，使利用上述風(fēng)扇在電機內(nèi)循環(huán)并冷卻的冷卻風(fēng)導(dǎo)入上述管，并使通過該管內(nèi)的冷卻風(fēng)與上述水冷裝置進行了熱交換的冷卻風(fēng)再次在上述電機內(nèi)循環(huán)。
17.一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，設(shè)置在風(fēng)車艙內(nèi)的旋轉(zhuǎn)電機通過增速齒輪與風(fēng)車連接，且該旋轉(zhuǎn)電機通過功率轉(zhuǎn)換器與電力系統(tǒng)連接，該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的特征在于，上述旋轉(zhuǎn)電機是權(quán)利要求1至16中任一項所述的永磁式旋轉(zhuǎn)電機。
全文摘要
本發(fā)明的課題是提供不使換熱器及水冷裝置大型化就能夠有效地減少旋轉(zhuǎn)電機內(nèi)的溫度上升的永磁式旋轉(zhuǎn)電機。為解決上述課題，本發(fā)明的永磁式旋轉(zhuǎn)電機具備在定子鐵心上繞有定子線圈的定子；與該定子的定子鐵心以規(guī)定間隙對置，且在固定于軸上的轉(zhuǎn)子鐵心上在周向上配置有多個永久磁鐵的轉(zhuǎn)子；配置在上述定子鐵心的外周側(cè)的水冷裝置；以及固定在上述轉(zhuǎn)子鐵心的軸向端部的至少一側(cè)的軸上，并使冷卻風(fēng)在電機內(nèi)循環(huán)的風(fēng)扇，其特征在于，在上述水冷裝置的外周上設(shè)置有使上述冷卻風(fēng)通過的通風(fēng)通道，將利用上述風(fēng)扇在電機內(nèi)循環(huán)并冷卻的冷卻風(fēng)導(dǎo)入上述通風(fēng)通道，并使通過該通風(fēng)通道內(nèi)的冷卻風(fēng)與上述水冷裝置進行了熱交換的冷卻風(fēng)再次在上述電機內(nèi)循環(huán)。
文檔編號H02K9/08GK102208845SQ20111004098
公開日2011年10月5日 申請日期2011年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者安井啟裕, 小村昭義, 木村守, 芹田省悟, 藤垣哲朗, 遠藤雅章, 郡大佑, 長野愛, 飯塚元信 申請人:株式會社日立制作所