特許 5864110 ロータアセンブリ、トランスデューサ、風力発電機タービン、および、ロータアセンブリの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5864110

(24)【登録日】2016年1月8日

(45)【発行日】2016年2月17日

(54)【発明の名称】ロータアセンブリ、トランスデューサ、風力発電機タービン、および、ロータアセンブリの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/27 20060101AFI20160204BHJP

   H02K 15/03 20060101ALI20160204BHJP

【ＦＩ】

   H02K1/27 501A

   H02K15/03 Z

【請求項の数】12

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2011-9657(P2011-9657)

(22)【出願日】2011年1月20日

(65)【公開番号】特開2011-152035(P2011-152035A)

(43)【公開日】2011年8月4日

【審査請求日】2013年11月25日

(31)【優先権主張番号】10000541.2

(32)【優先日】2010年1月20日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】390039413

【氏名又は名称】シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト

【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ

(74)【代理人】

【識別番号】100099483

【弁理士】

【氏名又は名称】久野 琢也

(74)【代理人】

【識別番号】100061815

【弁理士】

【氏名又は名称】矢野 敏雄

(74)【代理人】

【識別番号】100112793

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 佳大

(74)【代理人】

【識別番号】100128679

【弁理士】

【氏名又は名称】星 公弘

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100156812

【弁理士】

【氏名又は名称】篠 良一

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(72)【発明者】

【氏名】ジェイムズ ケネス ブース

(72)【発明者】

【氏名】セーレン グンドトフト

【審査官】 宮崎 基樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０３４０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０９５１５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ １／２７

Ｈ０２Ｋ １５／０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気機械的トランスデューサ（１４０）用のロータアセンブリ（１５０）であって、
縦軸線を有するロータシャフトと、
第１の面および反対側の第２の面を備えた１つの基礎要素（２６２）、
前記基礎要素の前記第１の面に取り付けられた１つの永久磁石（２６４）、および、
前記基礎要素の前記第２の面に取り付けられた１つの取り付け構造体（２６６）を有しており、
前記取り付け構造体（２６６）は前記ロータアセンブリ（１５０）の支持構造体（２８０）に機械的に接続されており、
前記永久磁石（２６４）は前記第２の面を通って前記第１の面へ延在する前記取り付け構造体の中心軸線（２６６ａ）に対してずれた位置に配置されている、磁気部材（２６０）を複数、前記縦軸線に沿って配置し、ここで、それぞれの前記磁気部材（２６０）が前後の前記磁気部材（２６０）に対して、磁極方向の点で１８０°異なる向きで配置され、全体として前記永久磁石（２６４）がジグザグに並ぶようにした第１の列（２７１）と、
複数の前記磁気部材（２６０）を前記縦軸線に沿って配置し、ここで、それぞれの前記磁気部材（２６０）が前後の前記磁気部材（２６０）に対して、磁極方向の点で１８０°異なる向きで配置され、全体として永久磁石（２６４）がジグザグに並ぶようにした第２の列（２７２）と、
を備えていることを特徴とする電気機械的トランスデューサ（１４０）用のロータアセンブリ。

【請求項2】

前記基礎要素は基板であり、前記第１の面は前記基板の第１の面であり、前記第２の面は前記基板の第２の面である、請求項１記載の電気機械的トランスデューサ用のロータアセンブリ。

【請求項3】

前記基礎要素と前記永久磁石とのあいだの界面に接着剤が設けられている、請求項１または２記載の電気機械的トランスデューサ用のロータアセンブリ。

【請求項4】

前記取り付け構造体は前記基礎要素と一体に形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の電気機械的トランスデューサ用のロータアセンブリ。

【請求項5】

前記取り付け構造体は前記支持構造体の支持部輪郭（２８２）に相補的に係合する取り付け部輪郭（２６６）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の電気機械的トランスデューサ用のロータアセンブリ。

【請求項6】

前記取り付け部輪郭および／または前記支持部輪郭は鳩尾状に形成されている、請求項５記載の電気機械的トランスデューサ用のロータアセンブリ。

【請求項7】

当該の永久磁石（２６４）は平行四辺形状に形成されており、例えば平行板である、請求項１から６までのいずれか１項記載の電気機械的トランスデューサ用のロータアセンブリ。

【請求項8】

前記第１の列および前記第２の列は、該第１の列と該第２の列とのあいだにチャネル（４７５）が形成されるように間隔を置いて配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の電気機械的トランスデューサ用のロータアセンブリ。

【請求項9】

ステータアセンブリ（１４５）と、請求項１から８までのいずれか１項記載の電気機械的トランスデューサ用のロータアセンブリ（１５０）とを有することを特徴とする電気機械的トランスデューサ。

【請求項10】

当該の電気機械的トランスデューサは発電機である、請求項９記載の電気機械的トランスデューサ。

【請求項11】

塔（１２０）と、
該塔の頂部に取り付けられており、少なくとも１つのタービン翼（１１４）を有するロータ（１１０）と、
該ロータに機械的に結合された、請求項９または１０記載の電気機械的トランスデューサ（１４０）と
を備えている
ことを特徴とする風力発電機タービン。

【請求項12】

電気機械的トランスデューサ（１４０）のロータアセンブリ（１５０）の製造方法であって、
第１の面および反対側の第２の面を備えた１つの基礎要素（２６２）と、
前記基礎要素の前記第１の面に取り付けられた１つの永久磁石（２６４）と、
前記基礎要素の前記第２の面に取り付けられた１つの取り付け構造体（２６６）と
を有し、
前記取り付け構造体（２６６）は前記ロータアセンブリ（１５０）の支持構造体（２８０）に機械的に接続され、
前記永久磁石（２６４）は前記第２の面を通って前記第１の面へ延在する前記取り付け構造体の中心軸線（２６６ａ）に対してずれた位置に配置されている、磁気部材（２６０）を少なくとも４つ、前記ロータアセンブリ（１５０）の取り付け構造体（２８０）に取り付ける際に、
少なくとも２つの前記磁気部材（２６０）を第１の列（２７１）として縦軸線に沿って配置し、ここで、当該の第１の列の前記少なくとも２つの磁気部材（２６０）が交互に、磁極方向の点で１８０°異なる向きで配置され、全体として少なくとも２つの前記永久磁石（２６４）がジグザグに並ぶようにし、
別の少なくとも２つの前記磁気部材（２６０）を第２の列（２７２）として縦軸線に沿って配置し、ここで、当該の第２の列の前記別の少なくとも２つの磁気部材（２６０）が交互に、磁極方向の点で１８０°異なる向きで配置され、全体として別の少なくとも２つの前記永久磁石がジグザグに並ぶようにする
ことを特徴とする電気機械的トランスデューサ（１４０）のロータアセンブリ（１５０）の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気機械的トランスデューサのロータアセンブリ用の磁気部材、機械的トランスデューサ用のロータアセンブリ、風力発電機タービン、および、電気機械的トランスデューサのロータアセンブリの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電気機械的トランスデューサは電気エネルギを機械エネルギへ変換し、機械エネルギを電気エネルギに変換する機械である。電動機は、磁気フィールドの結合を利用して電気エネルギを機械エネルギへ変換する電気機械的トランスデューサであり、広汎に使用されている。発電機は、逆に、磁気フィールドの結合を利用して機械エネルギを電気エネルギへ変換する電気機械的トランスデューサである。

【0003】

電気機械的トランスデューサはステータおよびロータを有する。ステータは電気機械的トランスデューサの定置部材のアセンブリである。ロータは電気機械的トランスデューサの運動部材のアセンブリである。

【0004】

磁気フィールドの結合を実現するために、永久磁石が電気機械的トランスデューサ、特にそのロータに対して用いられる。最近では、特に希土類磁性材料が導入されるようになってきているので、整流子またはブラシを必要としない永久磁石型電気機械的トランスデューサが、従来の直流式電気機械的トランスデューサとともに広く用いられている。外部のロータによる励起がないので、ロータの損失が低減され、永久磁石型電気機械的トランスデューサは効率的である。また、永久磁石型電気機械的トランスデューサをブラシレス式に設計することにより、定置されるステータ内に誘導コイルを配置することができる。この点で、整流子およびブラシを有し、永久磁石を有さない非永久磁石型電気機械的トランスデューサは、維持コストが高いという欠点を有する。

【0005】

永久磁石型電気機械的トランスデューサは、耐用期間が長く、制御が容易であり、電気スパークが生じないという利点によって知られている。これらの利点によって、永久磁石型電気機械的トランスデューサは多くの適用分野で広く利用されている。例えば、電気自動車分野では電気機械的トランスデューサとして電動機が用いられ、風力発電システムなどの発電システムの分野では電気機械的トランスデューサとして発電機が用いられる。

【0006】

永久磁石型電気機械的トランスデューサの技術的問題の１つに、コギングトルクの発生が挙げられる。コギングトルクは、永久磁石型電気機械的トランスデューサが動作しているとき、ロータ磁石とステータコイルとが急峻なエッジで接近することによって、永久磁石を取り付けたロータとステータとのあいだに発生する。コギングトルクが発生すると、出力リップル（トルクリップルとも称される）が生じて、電気機械的トランスデューサに振動ひいてはノイズが起こるという望ましくない効果が発生する。

【0007】

ロータ磁石をジグザグに配置すると永久磁石型発電機に生じるコギングトルクがほぼ消去されるかまたは大幅に低減されることが知られている。例えば、米国特許６８６７５２４号明細書には、永久磁石型電動機が少なくとも３つのセグメントから成るロータを有することが説明されている。各セグメントはそれぞれ隣接しており、ロータの回転軸を中心として配置されている。各セグメントは、ロータの放射方向にほぼ均等な間隔を置いて配置された少なくとも１組の永久磁石を有する。第１のセグメントの角をずらすことにより、第１のセグメントと第２のセグメントとは相対的に斜めに配置され、第２のセグメントの角度をずらすことにより、第１のセグメントと第３のセグメントとは相互に相対的に斜めに配置される。第１のセグメントの角と第２のセグメントの角とのずらしの度合が各セグメントに起因するトルクリップルの純和が電動機の動作中ゼロとなるように選択される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】米国特許第６８６７５２４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかし、ロータアセンブリの複数の永久磁石を正確にジグザグに配列して取り付けることは困難であり、時間もかかる。したがって、永久磁石のジグザグの配列およびロータアセンブリへの電気機械的トランスデューサの取り付けを簡単に行える手段が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

この課題は、本発明の第１の特徴である、電気機械的トランスデューサのロータアセンブリ用の磁気部材であって、（ａ）第１の面および反対側の第２の面を備えた基礎要素と、（ｂ）前記基礎要素の前記第１の面に取り付けられた永久磁石と、（ｃ）前記基礎要素の前記第２の面に取り付けられた取り付け構造体とを有しており、前記取り付け構造体は前記ロータアセンブリの支持構造体に機械的に接続されており、前記永久磁石は前記第２の面を通って前記第１の面へ延在する前記取り付け構造体の中心軸線に対してずれた位置に配置されていることを特徴とする磁気部材により解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の風力発電機タービンを示す概略図である。

【図2】図１のロータアセンブリの支持構造体に取り付けられた各基礎要素の中心に位置決めされており、かつ、鳩尾状構造によって支持構造体に嵌合されている２列の磁気部材を示す図（ａは平面図、ｂは断面図、ｃは斜視図）である。

【図3】基礎要素の下方中心に位置決めされた取り付け構造体を有する２列の磁気部材を示す図（ａは平面図、ｂは断面図、ｃは斜視図）である。

【図4】平行板状の２列の磁気部材がその列のあいだにチャネルを有することを示す図（ａは断面図、ｂは平面図）である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

上述した磁気部材は、同じタイプの複数の磁気部材を設け、電気機械的トランスデューサのロータアセンブリの軸線方向で見て相互にずらして結合することにより、複数の永久磁石をジグザグに配置する（つまり、第１の磁石に対して第２の磁石を第１の方向へずらして相対的に斜めに配置し、当該の第２の磁石に対して第３の磁石を第２の方向へ戻すようにずらして相対的に斜めに配置する）ことができるという着想に基づいている。ここでは、ジグザグの配置は、それぞれの磁気部材を隣の磁気部材に対して１８０゜回転させることによって達成される。永久磁石と取り付け構造体とのあいだのずれに起因して、永久磁石の位置はロータの軸線方向で交互に変化する。

【0013】

永久磁石が取り付け構造体の中心軸線に対してずれた位置に配置されるという特徴は、永久磁石および取り付け構造体が取り付け構造体の中心軸線に対して整合されていないということを意味する。このことは２つの可能性を含んでいる。すなわち、Ａ）取り付け構造体の中心軸線が永久磁石を外れているか、Ｂ）取り付け構造体の中心軸線が永久磁石を通って延在している、ということである。後者のケースの場合、取り付け構造体の中心軸線は、もちろん、例えば重心および／または永久磁石の表面の中心点によって定められる永久磁石の中心点を通らない。後者のケースでは、表面とは、特に、永久磁石の表面のうち基礎要素に近い表面であるか、および／または、基礎要素の反対側の永久磁石の表面に向かう表面である。

【0014】

言い換えれば、上述した磁気部材を用いて、それぞれの磁気部材を隣の磁気部材に対して１８０゜回転させ、複数の磁気部材をロータの軸線方向に沿って相互にずらして結合することができる。これは、磁気部材を適切に結合すれば、種々のタイプあるいは種々の形状の磁石を用いなくても、磁石を直接に支持構造体に取り付けることができることを意味する。

【0015】

ジグザグに配置された永久磁石を有するロータアセンブリは、ロータの軸線方向の１列に対して同じタイプの１つの磁気部材を用いるのみで組み立てることができる。これにより、ジグザグの配置を達成するために種々の寸法および形状の複数の磁石を用いる既存の手段に比べてロータの複雑性が大幅に低減される。

【0016】

ここで、同じ形状で永久磁石に対する向きのみ異なる２種類の磁気部材を用いてロータを組み立てると有利である。第１のタイプの磁気部材は、Ｓ極が基礎要素の第１の面に近い側に位置し、Ｎ極が基礎要素の第１の面から遠い側に位置する永久磁石を有しており、第２のタイプの磁気部材は、逆に、Ｎ極が基礎要素の第１の面に近い側に位置し、Ｓ極が基礎要素の第１の面から遠い側に位置する永久磁石を有している。

【0017】

上述したような基礎要素を用いれば、ロータの組み立て前にそれぞれの永久磁石を基礎要素に自動的に固定することができる。これにより、磁石をジグザグに配置したロータアセンブリの製造プロセスがきわめて簡単となる。

【0018】

取り付け構造体の機械的固定手段は、ロータアセンブリの支持構造体に機械的に接合できる手段であれば、どのようなものであってもよい。ここで、取り付け構造体の固定手段と支持構造体の固定手段とは相互に相補的な形状を有している。特に、取り付け構造体の固定手段および／または支持構造体の固定手段は、ねじ、ボルト、ナット、内ねじまたは外ねじ、クランプエレメント、スプリットピンあるいはその他の機械的固定手段である。

【0019】

取り付け構造体は、基礎要素から延在する輪郭を有するか、および／または、基礎要素内の凹部として形成される。特に、取り付け構造体は突起部および／または凹部である。

【0020】

本発明の１つの実施形態によれば、基礎要素は基板であり、基礎要素の第１の面は基板の第１の面であり、第２の面は基板の第２の面である。これにより、平坦な表面を有する永久磁石を容易に基礎要素に取り付けることができるという利点が得られる。

【0021】

また、基板を用いることにより基礎要素が平坦な形状を有することになり、平坦かつコンパクトな構造で磁気部材を実現することができる。これにより、磁気部材の使用時に、ロータアセンブリの径が従来のロータアセンブリの径に比べて僅かしか増大しないにもかかわらず、永久磁石を適切にジグザグに配置する余裕が得られる。

【0022】

本発明の別の実施形態によれば、基礎要素と永久磁石とのあいだの界面に接着剤が設けられている。これは、接着剤によって永久磁石を基礎要素に固定できることを意味する。

【0023】

典型的には永久磁石を基礎要素に取り付けるための磁気部材の材料の脆弱性が大きいことを考慮して、有利には、特に、ねじおよび／またはボルトなどの固定機構を利用することもできる。適切な接着剤を用いることにより、永久磁石を基礎要素に取り付ける際に永久磁石が損傷を受ける危険はきわめて小さくなる。

【0024】

本発明の別の実施形態によれば、取り付け構造体は基礎要素と一体に形成されている。これにより、磁気部材を製造する際に、取り付け構造体を基礎要素に取り付けたり固定したりする必要がないという利点が得られる。

【0025】

本発明の別の実施形態によれば、取り付け構造体は支持構造体の支持部輪郭に相補的に係合する取り付け部輪郭を有している。これにより、ねじ回しまたはスパナなどの工具を特に用いなくても、取り付け構造体および支持構造体が機械的に相互に確実に接合されるので有利である。

【0026】

特に、ロータアセンブリを製造する際に、磁気部材はロータアセンブリの中央のシャフトに設けられた溝の内部または突起の上部へスライド式に挿入される。ここで、当該の溝または突起はシャフトの長手方向（軸線方向）に沿って延在する。

【0027】

本発明の別の実施形態によれば、取り付け部輪郭および／または支持部輪郭は鳩尾状に形成されている。これにより、磁気部材を正確に支持構造体に対して位置決めすることができる。また、鳩尾状の構造により、磁気部材と支持構造体との機械的に信頼性の高い固定が可能となる。

【0028】

本発明の別の実施形態によれば、磁気部材は平行四辺形状に形成されており、例えば平行板である。このことは、永久磁石の下面、すなわち、基礎要素または接着剤に接する面が、平行四辺形または菱形の形状を有し、永久磁石の上面、すなわち、基礎要素に接していない反対側の面も同様であることを意味する。

【0029】

上下面が平行四辺形の形状を有する場合、その他の側面はこれらの上下面に対して垂直に接する。このため、永久磁石の製造が容易となり、市販の永久磁石を利用することもできるという利点が得られる。この手段では磁性材料に典型的な脆弱性も軽視されていないので、その点でも有利である。

【0030】

磁気部材を２列に分け、上述したように交互に１８０゜反対向きに配置すると、コギングトルクをいっそう平滑化することができる。また、当該の２列のあいだに所定の間隔を置くことにより、第１の列の永久磁石は上側にＮ極を、第２の列の永久磁石は上側にＳ極を有することになり、そのあいだにダクトが形成される。当該のダクトは空気流のチャネルとなり、冷却作用をもたらすので有利である。

【0031】

これらの点に関連して、複数の永久磁石の連続して配置された平行四辺形状の面を実現するために、２種類の磁気部材をそれぞれの列に交互に配置しなければならない。ここで、上から見て、第１のタイプの磁気部材は右に（第１の列から第２の列へ向かって）傾いており、第２のタイプの磁気部材は左に（第２の列から第１の列へ向かって）傾いている。

【0032】

本発明の第２の特徴は、電気機械的トランスデューサ用のロータアセンブリに関する。本発明によれば、ロータアセンブリは、（ａ）縦軸線を有するロータシャフトと、（ｂ）上述した磁気部材を、前記縦軸線に沿って、それぞれの永久磁石が隣の永久磁石に対してジグザグに配置されるように向きを変化させて複数個並べた第１の列と、（ｃ）上述した磁気部材を、前記縦軸線に沿って、それぞれの永久磁石が隣の永久磁石に対してジグザグに配置されるように向きを変化させて複数個並べた第２の列とを備えている。

【0033】

当該のロータアセンブリは、上述した磁気部材を利用し、ロータシャフトの長手方向に隣り合う永久磁石をジグザグに配置することを着想の基礎としている。ここで、ロータを組み立てる際に、ジグザグの配置は、同じ列のそれぞれの磁気部材を隣の磁気部材に対して１８０゜回転させることによって達成される。

【0034】

永久磁石をジグザグに配置するには、もちろん、各列に少なくとも２つの磁気部材を配置しなければならない。なお、基本的には、１つの列に配置される磁気部材の最大数に制限はない。１つの列に配置される磁気部材の実際の個数はそのつどの適用分野に応じて定められる。

【0035】

１つの実施形態によれば、第１の列および第２の列はこれらの列のあいだにチャネルが形成されるように相互に間隔を置いて配置されている。当該のチャネルはダクトであって、磁気回路全体を通して空気または他の流体を流れさせることができる。空気または他の流体はロータアセンブリの冷却に用いられる。

【0036】

当該のチャネルの幾何学的形状は、各永久磁石が平行四辺形の形状を有する場合、滑らかになる。

【0037】

本発明の第３の特徴は、電気機械的トランスデューサに関する。本発明によれば、トランスデューサは、（ａ）ステータアセンブリと、（ｂ）上述したロータアセンブリとを有する。

【0038】

こうした電気機械的トランスデューサは、ジグザグに配置された永久磁石を有するロータアセンブリによって、コギングトルクによる出力リップルがいちじるしく低減されるという着想を基礎としている。

【0039】

１つの実施形態によれば、当該の電気機械的トランスデューサは発電機である。

【0040】

本発明の第４の特徴は、風力発電機タービンに関する。本発明によれば、風力発電機タービンは、（ａ）塔と、（ｂ）塔の頂部に取り付けられており、少なくとも１つのタービン翼を有するロータと、（ｃ）ロータに機械的に結合された、上述した電気機械的トランスデューサとを備えている。

【0041】

本発明の第５の特徴は、電気機械的トランスデューサのロータアセンブリの製造方法に関する。本発明によれば、少なくとも４つの磁気部材をロータアセンブリの取り付け構造体に取り付ける際に、少なくとも２つの磁気部材が第１の列としてロータの縦軸線に沿って配置され、ここで、それぞれの永久磁石が隣の永久磁石に対して異なる向きに配置され、全体として永久磁石がジグザグに配置されており、別の少なくとも２つの磁気部材が第２の列としてロータの縦軸線に沿って配置され、ここで、それぞれの永久磁石が隣の永久磁石に対して異なる向きに配置され、全体として永久磁石がジグザグに配置されている。

【0042】

ここでのロータアセンブリの製造方法は、上述した磁気部材を利用し、ロータシャフトの長手方向に相互に隣接する永久磁石をジグザグに配置することを着想の基礎としている。ここで、ロータを組み立てる際に、ジグザグの配置は同じ列のそれぞれの磁気部材を隣の磁気部材に対して１８０゜回転させることによって達成される。

【0043】

本発明の各実施形態は各特徴に関連する。特に、装置発明に関連する実施形態は方法発明にも関連し、逆に、方法発明に関連する実施形態は装置発明にも関連する。当分野の技術者であれば、特にことわりがないかぎり、この明細書から、発明のカテゴリを超えて、関連する特徴ないし関連する実施形態を任意に組み合わせることができるはずである。

【実施例】

【0044】

本発明の特徴を図示の実施例に即して以下に詳細に説明する。ただし、実施例は本発明を具体的に説明するためのものであって、本発明を限定するものではない。

【0045】

図は概略的なものである。なお、図中、同じ要素または同様の機能を有する要素には相応する参照番号を付してある。

【0046】

図１には、本発明の風力発電機タービン１００が示されている。風力発電機タービン１００は、図示されていない基台に建てられた塔１２０を含む。塔１２０の頂部にはナセル１２２が存在する。塔１２０とナセル１２２とのあいだにヨー角度調整装置１２１が配置されており、塔１２０の長手軸線に対する図示されていない垂直軸線を中心としてナセル１２２を回転させることができる。ヨー角度調整装置１２１を適切に制御することにより、風力発電機タービン１００の通常動作中、ナセル１２２がつねに適切に現在の風向きに合わせて回転することが保証される。ただし、ヨー角度調整装置１２１を、ヨー角度を所定の位置に合わせるために用い、ナセル１２２を意図的に現在の風向きに完全に合わせないこともできる。

【0047】

風力発電機タービン１００は、さらに、３つのタービン翼１１４を備えたロータ１１０を含むが、図１では２つのタービン翼しか見えていない。ロータ１１０の回転軸線１１０ａを中心として回転可能である。ハブ１１２に取り付けられたタービン翼１１４は回転軸線１１０ａに対して放射方向に延在している。

【0048】

ハブ１１２とタービン翼１１４とのあいだには、タービン翼の長手方向に対して平行な図示されていない軸線を中心として各タービン翼を回転させることにより、各タービン翼のピッチ角度を調整するタービン翼調整装置１１６が配置されている。タービン翼調整装置１１６を制御することにより、風がさほど強くない場合にも、少なくとも利用可能な風力に対する最大風力を回収できるように、タービン翼１１４のピッチ角度を調整することができる。また、タービン翼のピッチ角度は、低い風力が得られればよい場合には、意図的に所定の位置に合わせることもできる。

【0049】

図１からわかるように、ナセル１２２内にはギヤボックス１２４が配置されている。ギヤボックス１２４はロータ１１０の回転数をシャフト１２５の高い回転数へ変換するために用いられる。ギヤボックス１２４は周知のように電気機械的トランスデューサ１４０に接続されている。電気機械的トランスデューサ１４０は発電機１４０である。

【0050】

さらに、風力発電機タービン１００の動作を停止させたりロータ１１０の回転数を低減したりするためのブレーキ装置１２６が設けられている。動作の停止あるいは回転数の低減は、（ａ）非常の場合、（ｂ）過度に風が強く、風力発電機タービン１００が損傷を受けるおそれのある場合、（ｃ）風力発電機タービン１００の少なくとも１つの構造部品の耐用期間を延長するためあるいは疲労消費率を低下させるために意図的に利用時間を節約する場合、などに行われる。

【0051】

また、風力発電機タービン１００は、風力発電機タービンを高効率で動作させるための制御装置１５３を有している。当該の制御装置１５３は、例えば、ヨー角度調整装置１２１から独立にピッチ角度を最適に調整するために用いられる。

【0052】

電気工学の基本原理にしたがって、発電機１４０はステータアセンブリ１４５とロータアセンブリ１５０とを有する。ステータアセンブリ１４５は磁束の時間経過に応じて電流を発生させる複数のコイルを含む。ロータアセンブリ１５０はその長手軸線に沿って複数の列として並べられた複数の永久磁石を含む。当該の永久磁石は、後に詳しく述べるが、発電機１４０の動作中のコギングトルクを最小化するために相互にジグザグに配置される。

【0053】

図２のＡには、磁気部材２６０の２つの列２７１，２７２が示されている。各磁気部材２６０は基板２６２の中心を外れた位置に配置された永久磁石２６４を有する。各基板２６２は、図１に示されているように、ロータアセンブリの支持構造体２８０に取り付けられている。

【0054】

図２のＢには、図２のＡの磁気部材２６０の２つの列２７１，２７２をＡ−Ａ線に沿って切断した断面図が示されている。図２のＢからわかるように、各磁気部材２６０は、基板２６２と、この基板２６２の第１の面に取り付けられた永久磁石２６４と、取り付け構造体２６６とを有する。取り付け構造体２６６は基板２６２の第２の面（第１の面の反対側の面）に固定されている。

【0055】

この実施例では、取り付け構造体２６６は基板２６２と一体に構成されている。特に、取り付け構造体２６６の輪郭は、支持構造体２８０の輪郭２８２に相補的に係合する。図２のＢからわかるように、取り付け構造体２６６と支持構造体２８０とは鳩尾状の相補的な輪郭を有している。

【0056】

図２のＣには、図２のＡの磁気部材の斜視図が示されている。

【0057】

図２のＡ〜Ｃからわかるように、各永久磁石２６４は基板２６２の左方または右方に配置されている。特に、各永久磁石２６４は取り付け構造体２６６の中心軸線２６６ａに対して中心を外れた位置に配置されている。このように各永久磁石２６４を離心的に位置決めし、同じ列のそれぞれの磁気部材を隣の磁気部材に対して１８０゜回転させることにより、永久磁石２６４のジグザグの配置が実現される。これは、永久磁石２６４の位置がロータアセンブリの軸線方向で交互に変化することを意味する。

【0058】

第１の列２７１の永久磁石は第２の列２７２の永久磁石に対して反対向きに配置されていることに注意されたい。有利な実施例では、第１の列２７１の永久磁石は上側にＮ極が来るように並べられ、第２の列２７２の永久磁石は上側にＳ極が来るように並べられる。

【0059】

図３のＡには、本発明の第２の実施例の配置による永久磁石の上面図が示されている。ここでも、磁気部材２６０の２つの列２７１，２７２が存在している。図３のＢには図３のＡのＡ−Ａ線で切断した永久磁石の断面図が示されている。図３のＣには永久磁石の斜視図が示されている。

【0060】

図３のＡ〜Ｃの磁気部材は、図２のＡ〜Ｃの磁気部材に比べて、取り付け構造体２６６が永久磁石２６４に対して中心を外れた位置に配置されている点が異なっている。図３の実施例では、取り付け構造体２６６は基板２６２に対しても中心を外れた位置に配置されている。また、基板２６２と永久磁石２６４とは、取り付け構造体の中心軸線に対して平行な軸線に対して配列されている。

【0061】

図３のＡ，Ｂからわかるように、取り付け構造体２６６は、鳩尾状の形状を有してはいるが、後面の基板２６２に対して中心を外れた位置に設けられている。この場合にも、同じ列の磁気部材が隣の磁気部材に対して１８０゜回転され、ジグザグの配置が実現されている。このため、各永久磁石の位置はロータアセンブリの軸線方向でそれぞれ交互に変化している。

【0062】

図４のＡ，Ｂには、本発明の第３の実施例の配置による永久磁石の図が示されている。各磁気部材２６０は平行四辺形状の永久磁石２６４を有している。ここでも、永久磁石２６４は基板２６２の上側に取り付けられている。取り付け構造体２６６は基板２６２の下側に固定されている。

【0063】

図４のＡからわかるように、図２の実施例と同様、取り付け構造体２６６は鳩尾状の輪郭を有している。図４の実施例では、基板２６２と鳩尾状の構造部とは相互に対称に配置されている。

【0064】

図２，図３の実施例とは異なり、図４の実施例では、各永久磁石２６４が平行四辺形状であり、基板２６２上に次のように配置されている。すなわち、平行四辺形の永久磁石の第１の部分および第２の部分が基板の左方に位置決めされる。ここで、第１の部分とは（ａ）２つの永久磁石の下部［図４のＢでは下方の永久磁石］または（ｂ）２つの永久磁石の上部［図４のＢでは上方の永久磁石］に相応し、第２の部分とは（ａ）２つの永久磁石の上部［図４のＢでは下方の永久磁石］または（ｂ）２つの永久磁石の下部［図４のＢでは上方の永久磁石］に相応する。図４の実施例により、コギングトルクが平滑化されるという利点が得られる。

【0065】

また、図４の実施例では、２つの列２７１，２７２のあいだにチャネルまたはダクト４７５が形成されている。ダクト４７５は折れ曲がっているが比較的滑らかであると云える側壁を有しているので、空気流４７６はさほどの抵抗なしに２つの列のあいだを流れることができる。つまり、永久磁石を平行四辺形状に構成して前述したように配置することにより、ロータアセンブリに対して良好な冷却効果が得られる。

【0066】

この点に関して、それぞれの永久磁石を、平行四辺形の側辺がつながり、２種類の永久磁石がそれぞれの列２７１，２７２で交互に連続するようにすることが重要である。このようにすれば、上から見て、第１のタイプの磁気部材はロータアセンブリの軸線方向の右へ傾いた永久磁石を有し、第２のタイプの磁気部材はロータアセンブリの軸線方向の左に傾いた永久磁石を有することになる。

【0067】

この明細書において、"含む""有する"とはその要素以外の要素を含むことを排除するものでなく、"１つの"とは複数存在することを排除するものでない。なお、個別の実施例に即して説明したとはいえ、全ての特徴は単独でも任意に組み合わせても本発明の対象となりうるものであり、特許請求の範囲に記載した参照番号も本発明を限定するものではない。

【符号の説明】

【0068】

１００ 風力発電機タービン、 １１０ ロータ、 １１０ａ 回転軸線、 １１２ ハブ、 １１４ タービン翼、 １１６ タービン翼調整装置、 １２０ 塔、 １２１ ヨー角度調整装置、 １２２ ナセル、 １２４ ギヤボックス、 １２６ ブレーキ装置、 １２５ シャフト、 １４０ 発電機、 １４５ ステータアセンブリ、 １５０ ロータアセンブリ、 １５３ 制御装置、 ２６０ 磁気部材、 ２６２ 基板、 ２６４ 永久磁石、 ２６６ 取り付け構造体、 ２６６ａ 取り付け構造体の中心軸線、 ２７１，２７２ 列、 ２８０ 支持構造体、 ２８２ 支持部輪郭、 ４７５ ダクト、 ４７６ 空気流

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】