JP5834433B2

JP5834433B2 - Outer rotor type rotating electrical machine

Info

Publication number: JP5834433B2
Application number: JP2011060017A
Authority: JP
Inventors: 健輔後藤
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2031-03-18
Also published as: JP2012196101A

Description

本発明はアウターロータ形の回転電機（発電機又は電動機）に関し、特に風力用の永久磁石式発電機（PMG : Permanent Magnet Generator)などに適用されるものである。 The present invention relates to an outer rotor type rotating electrical machine (generator or electric motor), and is particularly applied to a permanent magnet generator (PMG) for wind power.

回転電機は、その作動中に生じる固定子や回転子の発熱に対して冷却を必要とする。一般的な回転電機では、その固定子や回転子の発熱を、回転電機の内部から表面への熱伝導によって冷却することが可能である。しかし、このような熱伝導による冷却方式のみでは、発熱量が大きい割に表面積が小さい大容量（高電圧又は大電流）の回転電機の固定子や回転子を十分に冷却することが困難である。 The rotating electrical machine requires cooling against the heat generated by the stator and the rotor generated during the operation. In a general rotating electrical machine, the heat generated by the stator and the rotor can be cooled by heat conduction from the inside of the rotating electrical machine to the surface. However, it is difficult to sufficiently cool the stator and rotor of a large-capacity (high voltage or large current) rotating electrical machine with a small surface area for a large amount of heat generation only by a cooling method using such heat conduction. .

特に、大型の風力用発電機のように海浜や海上などの過酷な環境に設置される場合には、海水や塩分を含む劣悪な外気から風力用発電機を守るため、風力用発電機全体をハウジングで密閉する必要がある。従って、風力用発電機に対しては、このような密閉状態でも確実に固定子や回転子を冷却することができる冷却方式が必要となる。 In particular, when installed in a harsh environment such as a beach or the sea, such as a large wind power generator, the entire wind power generator should be installed to protect the wind power generator from poor outside air including seawater and salt. It must be sealed with a housing. Therefore, a cooling system capable of reliably cooling the stator and the rotor even in such a sealed state is required for the wind power generator.

風力用発電機のなかでも特に、ギアレス（ダイレクトドライブ）形の風力用永久磁石式発電機は、回転子に永久磁石を使用した多極のものであるため、回転子を風車に直結して運転することができ、増速ギアがあるものと比較してメンテナンス性に優れているといった特長を有している。しかし反面、固定子や回転子に対する冷却性能が不十分であると、永久磁石の減磁が発生して発電機出力が低下するという問題がある。 Among the wind power generators, the gearless (direct drive) type permanent magnet generator for wind power is a multipolar one that uses permanent magnets for the rotor, so the rotor is directly connected to the windmill for operation. It has a feature that it is excellent in maintainability as compared with a gear having a speed increasing gear. However, if the cooling performance for the stator and rotor is insufficient, there is a problem that the demagnetization of the permanent magnet occurs and the generator output decreases.

詳述すると、永久磁石を扱う上で避けて通ることができない事項として減磁があり、この減磁には可逆減磁と不可逆減磁があるが、特に風力用永久磁石式発電機の場合にはタワー上に設置されるため、その運用期間中に永久磁石の不可逆減磁はもちろんのこと可逆減磁も極力無い方が望ましい。そして、永久磁石の減磁を起こす要因の１つとして、永久磁石が高温下にさらされることによる減磁がある。従って、風力用永久磁石式発電機においては、その固定子や回転子に対する冷却性能が不十分であると、負荷運転時には発電機内及び永久磁石自身の温度が上昇するため、永久磁石が減磁を起こしてしまう。このため、特に風力用永久磁石式発電機においては、その固定子や回転子を効率よく確実に冷却することが重要となる。 In detail, demagnetization is a matter that cannot be avoided when handling permanent magnets. This demagnetization includes reversible demagnetization and irreversible demagnetization, especially in the case of permanent magnet generators for wind power. Since it is installed on the tower, it is desirable that not only irreversible demagnetization of the permanent magnet but also reversible demagnetization as much as possible during the operation period. One factor that causes demagnetization of the permanent magnet is demagnetization due to the permanent magnet being exposed to high temperatures. Therefore, in a permanent magnet generator for wind power, if the cooling performance of the stator and rotor is insufficient, the temperature of the generator and the permanent magnet itself will rise during load operation, so the permanent magnet will demagnetize. I will wake you up. For this reason, particularly in a permanent magnet generator for wind power, it is important to cool the stator and rotor efficiently and reliably.

また、一般に、定格出力が２０００ｋＷを超えるような大型の風力用永久磁石式発電機の場合には、インナーロータ形のものよりもアウターロータ形のものが採用されるケースがある。その理由は次のとおりである。 In general, in the case of a large-scale wind permanent magnet generator with a rated output exceeding 2000 kW, there is a case where an outer rotor type is adopted rather than an inner rotor type. The reason is as follows.

インナーロータ形の風力用永久磁石式発電機の場合には、回転子より発熱量の大きい固定子鉄心と固定子巻線とからなる固定子が、回転子の外周側に配設され、永久磁石が取り付けられた回転子が、固定子の内周側にインナーロータとして配置された構成となるため、固定子の発熱を、当該発電機の外壁を通して、熱伝導により、当該発電機の周囲に放熱するという冷却方式が採用される。 In the case of an inner rotor type permanent magnet generator for wind power, a stator composed of a stator iron core and a stator winding, which generate a larger amount of heat than the rotor, is disposed on the outer peripheral side of the rotor, and the permanent magnet Since the rotor to which the is attached is arranged as an inner rotor on the inner peripheral side of the stator, the heat generated by the stator is dissipated around the generator by heat conduction through the outer wall of the generator. A cooling method is used.

しかし、永久磁石式の発電機においては、回転子フレームに永久磁石を取り付けた構造の回転子を有するアウターロータ形のものの方が、インナーロータ形のものに比べて、回転子の直径が大きくてより多数の永久磁石を回転子に配置することが可能であるため、大きさが同じ（同じ直径で、同じ鉄心長）ならば発電出力をより高出力とすることができ、同じ発電出力の発電機ならば大きさをより小型化することができる。これは、発電出力のパラメータとなる回転子と固定子の磁力が、固定子巻線の場合には巻線の巻き数で調整できるが、永久磁石の場合には永久磁石の量で定まることから、より多量の永久磁石を回転子に配置することができるアウターロータ形の永久磁石式発電機のほうが、インナーロータ形の永久磁石式発電機よりも、非常に有利となるためである。 However, in the permanent magnet type generator, the outer rotor type having a rotor with a structure in which a permanent magnet is attached to the rotor frame has a larger rotor diameter than the inner rotor type. Since a larger number of permanent magnets can be arranged on the rotor, if the size is the same (the same diameter and the same iron core length), the power generation output can be made higher and the power generation with the same power generation output. If it is a machine, the size can be further reduced. This is because the magnetic force between the rotor and the stator, which is a parameter of the power generation output, can be adjusted by the number of turns in the case of the stator winding, but in the case of the permanent magnet, it is determined by the amount of the permanent magnet. This is because an outer rotor type permanent magnet generator capable of arranging a larger amount of permanent magnets on the rotor is much more advantageous than an inner rotor type permanent magnet generator.

ところが、放熱に関しては、アウターロータ形の風力用永久磁石式発電機の場合、発熱量の大きい固定子鉄心と固定子巻線とから成る固定子が、当該発電機の中心軸側（回転子の内周側）に配設されるため、上記のようなインナーロータ形の風力用発電機で採用されている冷却方式（即ち発電機の外壁を通して、熱伝導により、発電機の周囲に放熱するという冷却方式）を、採用することができない。 However, with regard to heat dissipation, in the case of an outer rotor type permanent magnet generator for wind power, a stator composed of a stator core and a stator winding with a large amount of heat generated is connected to the center axis side of the generator (rotor of the rotor). Because it is arranged on the inner circumference side, it is said that the cooling method employed in the inner rotor type wind power generator as described above (that is, the heat is conducted through the outer wall of the generator to the periphery of the generator by heat conduction). Cooling method) cannot be adopted.

かかる課題に対し、上記のようなインナーロータ形の風力用発電機で採用されている冷却方式とは異なる冷却方式が採用されているアウターロータ形の風力用永久磁石式発電機の従来例を、図５及び図６に示す。図５は従来のアウターロータ形の風力用永久磁石式発電機の構成を示す縦断面図、図６は前記アウターロータ形の風力用永久磁石式発電機の要部構成を拡大して示す縦断面図である。 For such a problem, a conventional example of an outer rotor type permanent magnet generator for wind power adopting a cooling method different from the cooling method adopted in the above-described inner rotor type wind power generator, It shows in FIG.5 and FIG.6. FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a conventional outer rotor-type permanent magnet generator for wind power, and FIG. 6 is an enlarged longitudinal sectional view showing a main part configuration of the outer rotor-type permanent magnet generator for wind power. FIG.

図５及び図６に示すように、本アウターロータ形風力用永久磁石式発電機（以下、単に発電機とも称する）は、アウターロータである回転子１と、固定子４とを有している。 As shown in FIGS. 5 and 6, the outer rotor type permanent magnet generator for wind power (hereinafter also simply referred to as “generator”) includes a rotor 1 that is an outer rotor and a stator 4. .

回転子１は、円筒状の回転子フレーム２と、回転子フレーム２の内周面に取り付けられた複数の永久磁石３とを有して成るものであり、固定子４の外周を囲むように配設されている。即ち、回転子１はアウターロータとして配置されている。また、回転子フレーム２におけるアキシャル方向（回転軸方向）（図５及び図６における中心軸１２の方向）の両端部２ａ，２ｂには、円板状の回転子フレーム５，６の外周部５ａ，６ａがそれぞれ固定されている。また、回転子フレーム５，６の内周部５ｂ，６ｂは、アキシャル方向の両側に配設された軸受支持フレーム７，８にそれぞれ固定されている。 The rotor 1 includes a cylindrical rotor frame 2 and a plurality of permanent magnets 3 attached to the inner peripheral surface of the rotor frame 2 so as to surround the outer periphery of the stator 4. It is arranged. That is, the rotor 1 is arranged as an outer rotor. Further, the outer peripheral portions 5a of the disk-like rotor frames 5 and 6 are provided at both end portions 2a and 2b in the axial direction (rotation axis direction) of the rotor frame 2 (direction of the central axis 12 in FIGS. 5 and 6). , 6a are fixed. The inner peripheral portions 5b and 6b of the rotor frames 5 and 6 are fixed to bearing support frames 7 and 8 disposed on both sides in the axial direction, respectively.

発電機中央部には円筒状のサポートフレーム９が配設されており、このサポートフレーム９におけるアキシャル方向の両端部９ａ，９ｂと、軸受支持フレーム７，８との間には、軸受１０，１１がそれぞれ介設されている。従って、回転子１は、軸受１０，１１を介してサポートフレーム９に回転可能に支持され、中心軸１２を中心にして回転することができる。サポートフレーム９は、ナセル側の支持フレーム２２に固定されている。また、回転子１の内周側の空間は、回転子フレーム２と、回転子フレーム５，６と、軸受支持フレーム７，８と、サポートフレーム９によって密閉されている。 A cylindrical support frame 9 is disposed in the central portion of the generator, and bearings 10 and 11 are disposed between the axial end portions 9 a and 9 b of the support frame 9 and the bearing support frames 7 and 8. Are intervened. Therefore, the rotor 1 is rotatably supported by the support frame 9 via the bearings 10 and 11 and can rotate around the central shaft 12. The support frame 9 is fixed to the support frame 22 on the nacelle side. The space on the inner peripheral side of the rotor 1 is sealed by the rotor frame 2, the rotor frames 5 and 6, the bearing support frames 7 and 8, and the support frame 9.

軸受支持フレーム７には、ブレード支持フレーム１３を介してブレード支持フレーム１４が接続されている。ブレード支持フレーム１４は円筒状のフレーム１４ａの部分と前面のフレーム１４ｂの部分とを有してなるものであり、円筒状のフレーム１４ａの外周面に複数のブレード（風車）１５が固定されている。従って、風力により、ブレード１５とともに回転子１が回転駆動される。 A blade support frame 14 is connected to the bearing support frame 7 via a blade support frame 13. The blade support frame 14 has a cylindrical frame 14a portion and a front frame 14b portion, and a plurality of blades (windmills) 15 are fixed to the outer peripheral surface of the cylindrical frame 14a. . Therefore, the rotor 1 is rotationally driven together with the blade 15 by the wind force.

固定子４は鋼板を積層して成る固定子鉄心１６と、固定子巻線１７とを有して成るものであり、回転子１の内周側に配設されている。即ち、固定子４はステータとして配置されている。また、回転子１の内周と固定子４の外周との間には、エアーギャップ２６が設けられている。固定子鉄心１６は、内側のヨーク部１６ａと、ヨーク部１６ａから外側へ突出するように形成された複数のティース部１６ｂとを有して成るものである。固定子巻線１７は、固定子鉄心１６のティース部１６ｂに巻回され、円周方向（回転子１の回転方向）において隣接するティース部１６ｂの間のスロット（溝）内に収容され、且つ、固定子巻線端部（コイルエンド）１７ａ，１７ｂが、固定子鉄心１６（スロット）からアキシャル方向の両側に出ている。 The stator 4 has a stator core 16 formed by laminating steel plates and a stator winding 17, and is disposed on the inner peripheral side of the rotor 1. That is, the stator 4 is arranged as a stator. An air gap 26 is provided between the inner periphery of the rotor 1 and the outer periphery of the stator 4. The stator core 16 includes an inner yoke portion 16a and a plurality of teeth portions 16b formed so as to protrude outward from the yoke portion 16a. The stator winding 17 is wound around the teeth portion 16b of the stator core 16, and is accommodated in a slot (groove) between adjacent teeth portions 16b in the circumferential direction (rotation direction of the rotor 1). The stator winding ends (coil ends) 17a and 17b protrude from the stator core 16 (slot) on both sides in the axial direction.

固定子４（固定子鉄心１６）の内周面には、アキシャル方向に離間して配設された固定子用固定フレーム２０，２１の一方の端部２０ａ，２１ａが固定されている。固定子用固定フレーム２０，２１の他方の端部２０ｂ，２１ｂは、円板状のサポートフレーム１８，１９の外周部１８ａ，１９ａに固定されている。サポートフレーム１８，１９は、アキシャル方向に離間した状態でサポートフレーム９の外周面に突設されている。従って、固定子４は、固定子用固定フレーム２０，２１及びサポートフレーム１８，１９を介して、サポートフレーム９に支持されている。 Fixed to the inner peripheral surface of the stator 4 (stator core 16) are one end portions 20a, 21a of stator fixing frames 20, 21 that are spaced apart in the axial direction. The other ends 20 b and 21 b of the stator fixing frames 20 and 21 are fixed to the outer peripheral portions 18 a and 19 a of the disk-like support frames 18 and 19. The support frames 18 and 19 protrude from the outer peripheral surface of the support frame 9 in a state of being separated in the axial direction. Therefore, the stator 4 is supported by the support frame 9 via the stator fixing frames 20 and 21 and the support frames 18 and 19.

そして、この発電機には、発電機内に設けられた回転ファン２３を有して成る空気冷却装置と、発電機内に設けられた熱交換器２４を有して成る液体冷却装置とが装備されている。回転ファン２３及び熱交換器２４は、固定子４の内周側で且つサポートフレーム１８，１９の間において、アキシャル方向に隣接した状態で配置されている。回転ファン２３は、電動機（図示省略）で羽根２３ａを回転駆動することにより、発電機内の空気（冷却風２５）を、アキシャル方向に吹き出すものである。 The generator is equipped with an air cooling device having a rotating fan 23 provided in the generator and a liquid cooling device having a heat exchanger 24 provided in the generator. Yes. The rotary fan 23 and the heat exchanger 24 are arranged adjacent to each other in the axial direction on the inner peripheral side of the stator 4 and between the support frames 18 and 19. The rotary fan 23 blows out air (cooling air 25) in the generator in the axial direction by rotationally driving the blades 23a with an electric motor (not shown).

従って、図５及び図６に点線の矢印で示すように、本発電機では、回転ファン２３が作動すると、回転ファン２３によって吹き出された冷却風（発電機内の空気）２５が、発電機内で循環し、且つ、この冷却風２５が熱交換器２４において冷却水２７と熱交換して冷却されることにより、固定子４及び回転子１が冷却される。 Therefore, as shown by the dotted arrows in FIGS. 5 and 6, in this generator, when the rotary fan 23 is operated, the cooling air (air in the generator) 25 blown out by the rotary fan 23 circulates in the generator. In addition, the cooling air 25 is cooled by exchanging heat with the cooling water 27 in the heat exchanger 24, whereby the stator 4 and the rotor 1 are cooled.

詳述すると、回転ファン２３によって吹き出された冷却風２５は、まず、熱交換器２４を流通するが、このときに熱交換器２４において冷却水２７と熱交換をすることにより、冷却される。即ち、図中に二点鎖線の矢印で示すように冷却水供給装置（図示省略）から熱交換器２４へ冷却水２７が供給され、この冷却水２７と冷却風２５とが熱交換器２４で熱交換することにより、冷却水２７によって冷却風２５が冷却される。また、熱交換後の冷却水２７は、図中に二点鎖線の矢印で示すように熱交換器２４から排出され、前記冷却水供給装置で冷却された後、再び熱交換器２４へ供給される（即ち冷却水２７は熱交換器２４と冷却水供給装置との間で循環する）。 More specifically, the cooling air 25 blown out by the rotary fan 23 first flows through the heat exchanger 24. At this time, the cooling air 25 is cooled by exchanging heat with the cooling water 27 in the heat exchanger 24. That is, as indicated by a two-dot chain line arrow in the figure, cooling water 27 is supplied from a cooling water supply device (not shown) to the heat exchanger 24, and the cooling water 27 and the cooling air 25 are exchanged by the heat exchanger 24. By performing heat exchange, the cooling air 25 is cooled by the cooling water 27. Further, the cooling water 27 after heat exchange is discharged from the heat exchanger 24 as indicated by a two-dot chain arrow in the figure, cooled by the cooling water supply device, and then supplied to the heat exchanger 24 again. (That is, the cooling water 27 circulates between the heat exchanger 24 and the cooling water supply device).

熱交換器２４で冷却された冷却風２５は、サポートフレーム１８に形成されている通風口１８ａを流通した後、コイルエンド１７ａへと流れ、ここでコイルエンド１７ａを冷却する。その後、冷却風２５は、エアーギャップ２６へ流入して、エアーギャップ２６をアキシャル方向に流通し、このときに固定子４（固定子鉄心１６）及び回転子１を冷却した後、エアーギャップ２６から流出する。エアーギャップ２６から流出した冷却風２５は、コイルエンド１７ｂへと流れ、ここでコイルエンド１７ｂを冷却した後、サポートフレーム１９に形成されている通風口１９ｂを流通して、回転ファン２３へと戻る。その後、回転ファン２３へ戻った冷却風２５（即ち固定子４や回転子１を冷却して温まった冷却風２５）が、回転ファン２３により再度吹き出されて熱交換器２４で冷却される。以後、同様に、上記のような冷却風２５の循環が繰り返される。 The cooling air 25 cooled by the heat exchanger 24 flows through the ventilation hole 18a formed in the support frame 18 and then flows to the coil end 17a, where the coil end 17a is cooled. Thereafter, the cooling air 25 flows into the air gap 26 and flows through the air gap 26 in the axial direction. At this time, after cooling the stator 4 (stator core 16) and the rotor 1, leak. The cooling air 25 that has flowed out of the air gap 26 flows to the coil end 17 b, where the coil end 17 b is cooled and then flows through the ventilation opening 19 b formed in the support frame 19 and returns to the rotating fan 23. . Thereafter, the cooling air 25 returning to the rotating fan 23 (that is, the cooling air 25 warmed by cooling the stator 4 and the rotor 1) is blown out again by the rotating fan 23 and cooled by the heat exchanger 24. Thereafter, similarly, the circulation of the cooling air 25 as described above is repeated.

かくして、固定子４及び回転子１の発熱が、発電機内を循環する冷却風２５へ伝わり、更に熱交換器２４において冷却風２５から冷却水２７へと伝わり、この冷却水２７によって発電機外へ放出される。 Thus, the heat generated by the stator 4 and the rotor 1 is transmitted to the cooling air 25 that circulates in the generator, and further transmitted from the cooling air 25 to the cooling water 27 in the heat exchanger 24. Released.

なお、アウターロータ形の永久磁石式発電機において、回転ファンと熱交換器とを用いた冷却装置が装備された構成が開示されている先行技術文献としては、下記の特許文献１，２がある。特許文献１では、上記と同様に冷却風を循環させている。特許文献２では、固定子鉄心に冷却チャンネル（ダクト）を形成し、この冷却チャンネルにも冷却風を流すことにより、より効果的に固定子を冷却するようにしている。
また、インナーロータ形の風力用永久磁石式発電機における冷却方式が開示されている先行技術文献としては、下記の特許文献３がある。特許文献３には、アウターステータとしての複数の固定子を、アキシャル方向に並べ且つ離間して配置し、インナーロータである永久磁石式回転子と一体のラジアルファンによって、隣接するコイルエンドの間の隙間へ冷却風を流すことにより、コイルエンドも冷却する構成が記載されている。 The following patent documents 1 and 2 are disclosed as prior art documents in which a configuration in which a cooling device using a rotary fan and a heat exchanger is provided in an outer rotor type permanent magnet generator is disclosed. . In Patent Document 1, the cooling air is circulated in the same manner as described above. In Patent Document 2, a cooling channel (duct) is formed in the stator core, and cooling air is allowed to flow through the cooling channel, thereby cooling the stator more effectively.
Further, as a prior art document disclosing a cooling method in an inner rotor type permanent magnet generator for wind power, there is Patent Document 3 below. In Patent Document 3, a plurality of stators as outer stators are arranged in an axial direction and separated from each other, and a radial fan integrated with a permanent magnet rotor as an inner rotor is provided between adjacent coil ends. A configuration is described in which the coil end is also cooled by flowing cooling air through the gap.

特開２０１０−１１０２０６号公報JP 2010-110206 A 特開２０１０−２２６９４７号公報JP 2010-226947 A 特許第４２９９７３４号公報Japanese Patent No. 4299734

図５及び図６に示すような従来の冷却方式では、大型の（鉄心長の長い）アウターロータ形風力用永久磁石式発電機に対しては、その固定子や回転子を十分に冷却することが難しい。つまり、図５及び図６に示すようなアウターロータ形風力用永久磁石式発電機において、その大きさが大きくなると、固定子鉄心１６の鉄心長（アキシャル方向の長さ）が長くなるため、エアーギャップ２６の長さ（アキシャル方向の長さ）も長くなる。そして、エアーギャップ２６はギャップ長（径方向の幅）が小さいため、エアーギャップ２６の長さが長くなると、回転ファン２３により発電機内で循環する冷却風２５の圧力損失が増大するため、回転ファン２３のモータ容量を大きくする必要があった。 In the conventional cooling system as shown in FIG. 5 and FIG. 6, for a large (long iron core length) outer rotor type permanent magnet generator for wind power, the stator and rotor should be sufficiently cooled. Is difficult. That is, in the outer rotor type permanent magnet generator for wind power as shown in FIG. 5 and FIG. 6, since the core length (length in the axial direction) of the stator core 16 increases as the size increases, the air The length of the gap 26 (length in the axial direction) is also increased. Since the air gap 26 has a small gap length (the width in the radial direction), when the length of the air gap 26 increases, the pressure loss of the cooling air 25 circulated in the generator by the rotary fan 23 increases, and thus the rotary fan The motor capacity of 23 had to be increased.

例えば、定格出力が２０００ｋＷを超えるアウターロータ形風力用永久磁石式発電機は、数メートルの回転子直径と、数メートルの鉄心長を有する大型の発電機となるが、そのエアーギャップ２６のギャップ長は僅か数ｍｍである。これは、磁気回路としての効率をよくするには、エアーギャップ２６のギャップ長が可能な限り０に近いことが望ましいことから、発電機の軸受１０，１１と固定子４と回転子１の機械的精度を考慮して可能な限り、エアーギャップ２６のギャップ長を小さな値に設計するためである。従って、回転ファン２３によって発電機内を循環する冷却風２５の圧力損失は、ギャップ長が小さいエアーギャップ２６の長さ、即ち鉄心長によってほぼ決まるため、鉄心長が長くなると、増大する。このため、固定子４や回転子１では、冷却風２５がエアーギャップ２６に流入する側と、冷却風２５がエアーギャップ２６から流出する側とで、大きな温度差が生じる。 For example, an outer rotor type permanent magnet generator for wind power with a rated output exceeding 2000 kW is a large generator having a rotor diameter of several meters and an iron core length of several meters. Is only a few mm. In order to improve the efficiency as a magnetic circuit, it is desirable that the gap length of the air gap 26 is as close to 0 as possible. Therefore, the bearings 10 and 11 of the generator, the stator 4 and the rotor 1 are machined. This is because the gap length of the air gap 26 is designed to be as small as possible in consideration of the target accuracy. Accordingly, the pressure loss of the cooling air 25 circulated in the generator by the rotary fan 23 is substantially determined by the length of the air gap 26 having a small gap length, that is, the iron core length, and therefore increases as the iron core length increases. For this reason, in the stator 4 and the rotor 1, a large temperature difference occurs between the side where the cooling air 25 flows into the air gap 26 and the side where the cooling air 25 flows out of the air gap 26.

上記のような問題は、特許文献１の発電機においても生じ得るものである。また、特許文献２では固定子鉄心に冷却チャンネル（ダクト）を形成して冷却効果を高めてはいるが、これは固定子鉄心を介して間接的に固定子巻線を冷却する方式である。従って、固定子巻線を直接冷却することができるようにして、更に冷却性能を向上させることにより、より確実に上記のような問題点の解決を図ることができるようにすること望ましい。
また、大型の風力用永久磁石式発電機に対しては、固定子の故障に対する発電出力の冗長性の向上や、据付現地への発電機の運搬性の向上といった課題を解決することも望まれているが、このような課題についても、図５及び図６に示す発電機構造や特許文献１，２に示されている発電機構造では対応することができない。
また、特許文献３に開示されているのはインナーロータ形の風力用永久磁石式発電機であり、アウターロータ形のものは構造が異なる。 The above problem can also occur in the generator disclosed in Patent Document 1. In Patent Document 2, a cooling channel (duct) is formed in the stator core to enhance the cooling effect, but this is a method of indirectly cooling the stator winding through the stator core. Therefore, it is desirable to make it possible to more reliably solve the above-described problems by further cooling the stator winding so that the stator winding can be directly cooled.
In addition, for large-scale permanent magnet generators for wind power, it is also desirable to solve problems such as improving the redundancy of power generation output against failure of the stator and improving the transportability of the generator to the installation site. However, such a problem cannot be dealt with by the generator structure shown in FIGS. 5 and 6 or the generator structures shown in Patent Documents 1 and 2.
Patent Document 3 discloses an inner rotor type permanent magnet generator for wind power, and an outer rotor type has a different structure.

従って、本発明は上記の事情に鑑み、固定子や回転子に対する冷却性能を向上させることができ、更には発電出力の冗長性や運搬性の向上を図ることも可能なアウターロータ形の回転電機（発電機又は電動機）を提供することを課題とする。 Therefore, in view of the above circumstances, the present invention can improve the cooling performance for the stator and the rotor, and can further improve the power generation output redundancy and transportability. It is an object to provide (a generator or an electric motor).

上記課題を解決する第１発明のアウターロータ形回転電機は、
２個以上に分割された固定子を有する風力発電用アウターロータ形回転電機であって、
固定子鉄心から露出した固定子巻線端部が隙間を介して互いに対向し、且つ、回転軸方向に並べて配設されている複数の固定子と、
前記複数の固定子の外周を囲むように配設され、且つ、前記複数の固定子との間にエアーギャップが設けられている回転子と、
回転電機内に設けられた回転ファンを有し、前記回転ファンによって径方向に送風された前記冷却風は、まず熱交換器を流通し、次に前記隙間を流通し、その後前記エアーギャップを流通して、前記回転ファンに戻るように循環することにより、前記冷却風によって前記固定子巻線端部、前記複数の固定子及び前記回転子を冷却する第１の冷却手段と、
回転電機内の前記回転ファンと前記隙間との間に設けられた前記熱交換器を有し、前記熱交換器において前記冷却風と冷却液体との熱交換をすることにより、前記冷却液体によって前記冷却風を冷却する第２の冷却手段と、
を備えることを特徴とする。 The outer rotor type rotating electrical machine of the first invention that solves the above problems is
An outer rotor type rotating electrical machine for wind power generation having a stator divided into two or more,
Stator winding end portion exposed from the stator core are opposed to each other via a gap, and a plurality of stators are disposed side by side in the rotation axis direction,
A rotor that is disposed so as to surround the outer periphery of the plurality of stators, and in which an air gap is provided between the plurality of stators;
The cooling air having a rotating fan provided in the rotating electric machine and blown in the radial direction by the rotating fan first circulates through a heat exchanger, then circulates through the gap, and then circulates through the air gap. And a first cooling means for cooling the stator winding end, the plurality of stators and the rotor by the cooling air by circulating back to the rotary fan ,
The rotary fan in the rotary electric machine and has the heat exchanger disposed between the gap, by the heat exchange between the cooling liquid and the cooling air in the heat exchanger, said by the cooling liquid A second cooling means for cooling the cooling air;
It is characterized by providing.

また、第２発明のアウターロータ形回転電機は、第１発明のアウターロータ形回転電機において、
前記回転ファンは、前記固定子の内周側の空間に配設され、径方向へ前記冷却風を吹き出すことを特徴とする。 Further, the outer rotor type rotating electric machine of the second invention is the outer rotor type rotating electric machine of the first invention,
The rotary fan is disposed in a space on the inner peripheral side of the stator and blows the cooling air in a radial direction.

また、第３発明のアウターロータ形回転電機は、第２発明のアウターロータ形回転電機において、
前記回転ファンは、複数台が、円周上に等配に配置されており、
前記熱交換器は、前記回転ファンの台数と同じ複数台が、各回転ファンに対応して、円周上に等配に配置されていること、
を特徴とする。 Further, the outer rotor type rotating electrical machine of the third invention is the outer rotor type rotating electrical machine of the second invention,
A plurality of the rotating fans are arranged equally on the circumference,
The heat exchanger has a plurality of the same number as the number of the rotary fans, corresponding to each rotary fan, arranged equally on the circumference,
It is characterized by.

また、第４発明のアウターロータ形回転電機は、第２発明のアウターロータ形回転電機において、
前記回転ファンは、複数台が、円周上に等配に配置されており、
前記熱交換器は、円環状のものであり、前記複数台の回転ファンの周囲を囲むように配置されていること、
を特徴とする。 Moreover, the outer rotor type rotary electric machine of the fourth invention is the outer rotor type rotary electric machine of the second invention,
A plurality of the rotating fans are arranged equally on the circumference,
The heat exchanger is annular, and is disposed so as to surround the plurality of rotating fans;
It is characterized by.

また、第５発明のアウターロータ形回転電機は、第１〜第４発明の何れか１つのアウターロータ形回転電機において、
前記冷却液体は、水、もしくは不凍液、もしくは水と不凍液の混合液を用いることを特徴とする。 Moreover, the outer rotor type rotating electrical machine of the fifth invention is the outer rotor type rotating electrical machine according to any one of the first to fourth inventions,
The cooling liquid is water, antifreeze, or a mixture of water and antifreeze.

また、第６発明のアウターロータ形回転電機は、第１〜第５発明の何れか１つのアウターロータ形回転電機であって、
前記回転子にブレードが接続され、風力によって前記ブレードとともに前記回転子が回転することにより発電するアウターロータ形風力用発電機であることを特徴とする。 The outer rotor type rotating electrical machine of the sixth invention is any one of the outer rotor type rotating electrical machines of the first to fifth inventions,
A blade is connected to the rotor, and the rotor is an outer rotor type wind power generator that generates electric power by rotating the rotor together with the blade by wind power.

第１発明のアウターロータ形回転電機によれば、２個以上に分割された固定子を有する風力発電用アウターロータ形回転電機であって、固定子鉄心から露出した固定子巻線端部が隙間を介して互いに対向し、且つ、回転軸方向に並べて配設されている複数の固定子と、前記複数の固定子の外周を囲むように配設され、且つ、前記複数の固定子との間にエアーギャップが設けられている回転子と、回転電機内に設けられた回転ファンを有し、前記回転ファンによって径方向に送風された前記冷却風は、まず熱交換器を流通し、次に前記隙間を流通し、その後前記エアーギャップを流通して、前記回転ファンに戻るように循環することにより、前記冷却風によって前記固定子巻線端部、前記複数の固定子及び前記回転子を冷却する第１の冷却手段と、回転電機内の前記回転ファンと前記隙間との間に設けられた前記熱交換器を有し、前記熱交換器において前記冷却風と冷却液体との熱交換をすることにより、前記冷却液体によって前記冷却風を冷却する第２の冷却手段と、を備えることを特徴としているため、熱交換器において冷却した冷却風が固定子巻線端部を直接的に冷却することができる。また、次のような効果を得られる。 According to the outer rotor type rotating electrical machine of the first aspect of the invention, it is an outer rotor type rotating electrical machine for wind power generation having a stator divided into two or more parts, and the stator winding end exposed from the stator core is a gap. oppose each other with an, and, a plurality of stators are disposed side by side in the rotation axis direction, disposed so as to surround the outer periphery of said plurality of stator and, between the plurality of stator The cooling air blown in the radial direction by the rotating fan first passes through a heat exchanger, and then has a rotor provided with an air gap and a rotating fan provided in the rotating electric machine. The stator winding end, the plurality of stators and the rotor are cooled by the cooling air by circulating through the gap and then circulating through the air gap and returning to the rotating fan. First cooling means When, by the heat exchange has the heat exchanger disposed between said rotating fan in the rotary electric machine and said gap, and the cooling air in the heat exchanger and the cooling liquid, the cooling liquid The second cooling means for cooling the cooling air is provided, so that the cooling air cooled in the heat exchanger can directly cool the stator winding end. In addition, the following effects can be obtained.

（１）ステータが複数の固定子から成る構造（即ちステータを複数の固定子に分割した構造）であるため、従来のようにステータが一体の固定子から成る場合に比べて、各固定子ごとのエアーギャップの長さを短くすることができる。即ち、固定子と回転子の間の通風距離が短くなる。従って、固定子巻線端部間の隙間及びエアーギャップを流通して回転ファンに戻るように循環する冷却風の圧力損失を、低減することができ、固定子内部での冷却の不均一を改善することもできることから、固定子内部の温度差も改善することができる。更には、冷却風が固定子巻線端部間の隙間を流通することにより、固定子巻線端部を直接冷却することもできる。このため、固定子や回転子に対する冷却能力が大幅に向上する。例えば特許文献２のように冷却チャンネルを設けて間接的に固定子巻線を冷却する冷却方式と比べても、冷却性能が高い。
また、冷却風の圧力損失が低減することによって、回転ファン用のモータ容量を小さくすることもできる。或いは、回転ファン用のモータ容量を従来と同じに設計するならば、冷却性能が向上するため、例えば永久磁石式発電機においては、永久磁石が減磁する温度に対して余裕が生じ、従来よりも発電機本体の高出力な運転が可能になり、発電機の限界出力を従来と同じ設計とする場合には発電機の大きさを従来よりも小型にすることができる。
（２）ステータが複数の固定子から成る構造であることから、それぞれの固定子が独立して発電するため、いずれかの固定子が故障した場合でも、故障していない他の固定子によって発電運転を継続することができる。このため、固定子の故障に対する冗長性が向上する。
（３）ステータが複数の固定子から成る構造であることから、回転電機を据付現地へ運搬して現地で組み立てる際には、複数の固定子を分離して運搬することができるため、据付現地への発電機の運搬性が向上する。 (1) Since the stator has a structure composed of a plurality of stators (that is, a structure in which the stator is divided into a plurality of stators), each stator is different from the conventional case where the stator is composed of an integral stator. The length of the air gap can be shortened. That is, the ventilation distance between the stator and the rotor is shortened. Therefore, it is possible to reduce the pressure loss of the cooling air that circulates back through the gap and air gap between the stator winding ends and returns to the rotating fan, and improves the non-uniform cooling inside the stator. Therefore, the temperature difference inside the stator can also be improved. Further, the cooling wind can flow through the gap between the stator winding ends, so that the stator winding ends can be directly cooled. For this reason, the cooling capacity with respect to the stator and the rotor is greatly improved. For example, the cooling performance is high even when compared with a cooling method in which a cooling channel is provided and the stator winding is indirectly cooled as in Patent Document 2.
Further, the motor capacity for the rotary fan can be reduced by reducing the pressure loss of the cooling air. Alternatively, if the motor capacity for the rotary fan is designed to be the same as the conventional one, the cooling performance is improved. For example, in a permanent magnet generator, there is a margin with respect to the temperature at which the permanent magnet is demagnetized. However, the generator main body can be operated at a high output, and when the limit output of the generator is the same as the conventional design, the size of the generator can be made smaller than before.
(2) Since the stator is composed of a plurality of stators, each stator generates power independently. Therefore, even if one of the stators fails, power is generated by another stator that has not failed. Driving can be continued. For this reason, the redundancy with respect to the failure of the stator is improved.
(3) Since the stator has a structure consisting of multiple stators, when the rotating electrical machine is transported to the installation site and assembled on site, multiple stators can be transported separately. Improves the transportability of the generator to the

第２発明のアウターロータ形回転電機によれば、第１発明のアウターロータ形回転電機において、前記回転ファンは、前記固定子の内周側の空間に配設され、径方向へ前記冷却風を吹き出すことを特徴としているため、上記第１発明と同様の効果が得られ、しかも、冷却風を、より確実に固定子巻線端部の間の隙間に流すことができる。 According to the outer rotor type rotating electric machine of the second aspect of the invention, in the outer rotor type rotating electric machine of the first aspect of the invention, the rotary fan is disposed in a space on the inner peripheral side of the stator, and the cooling air is supplied in the radial direction. Since it is characterized by blowing out, the same effect as in the first aspect of the invention can be obtained, and the cooling air can flow more reliably through the gap between the stator winding ends.

第３発明のアウターロータ形回転電機によれば、第２発明のアウターロータ形回転電機において、前記回転ファンは、複数台が、円周上に等配に配置されており、前記熱交換器は、前記回転ファンの台数と同じ複数台が、各回転ファンに対応して、円周上に等配に配置されていることを特徴としているため、上記第２発明と同様の効果が得られ、しかも、より確実に固定子及び回転子を均一に冷却することができる。 According to the outer rotor type rotating electric machine of the third aspect of the invention, in the outer rotor type rotating electric machine of the second aspect of the invention, a plurality of the rotary fans are arranged equally on the circumference, and the heat exchanger is Since the same number of the rotating fans as the number of the rotating fans is arranged equally on the circumference corresponding to each rotating fan, the same effect as the second invention is obtained, In addition, the stator and the rotor can be uniformly cooled more reliably.

第４発明のアウターロータ形回転電機によれば、第２発明のアウターロータ形回転電機において、前記回転ファンは、複数台が、円周上に等配に配置されており、前記熱交換器は、円環状のものであり、前記複数台の回転ファンの周囲を囲むように配置されていることを特徴としているため、上記第２発明と同様の効果が得られ、しかも、より確実に固定子及び回転子を均一に冷却することができ、且つ、より確実に熱交換器において冷却風を冷却することができる。 According to the outer rotor type rotating electric machine of the fourth invention, in the outer rotor type rotating electric machine of the second invention, a plurality of the rotating fans are arranged equally on the circumference, and the heat exchanger is , And is arranged so as to surround the periphery of the plurality of rotary fans, so that the same effect as that of the second invention can be obtained, and the stator can be more reliably In addition, the rotor can be uniformly cooled, and the cooling air can be more reliably cooled in the heat exchanger.

第５発明のアウターロータ形回転電機によれば、第１〜第４発明の何れか１つのアウターロータ形回転電機において、前記冷却液体は、水、もしくは不凍液、もしくは水と不凍液の混合液を用いることを特徴としているため、より効果的に冷却液体によって冷却風を冷却することができる。 According to the outer rotor type rotating electric machine of the fifth aspect of the invention, in the outer rotor type rotating electric machine according to any one of the first to fourth aspects of the invention, the cooling liquid is water, an antifreeze liquid, or a mixed liquid of water and antifreeze liquid. Therefore, the cooling air can be cooled more effectively by the cooling liquid.

第６発明のアウターロータ形回転電機によれば、第１〜第５発明の何れか１つのアウターロータ形回転電機であって、前記回転子にブレードが接続され、風力によって前記ブレードとともに前記回転子が回転することにより発電するアウターロータ形風力用発電機であることを特徴としているため、上記のような第１〜第５発明の効果が得られるアウターロータ形の風力用発電機を実現することができ、特に大型（鉄心長の長い）のアウターロータ形風力用永久磁石式発電機などに適用して有効なものとなる。 According to the outer rotor type rotating electrical machine of the sixth aspect of the invention, it is the outer rotor type rotating electrical machine according to any one of the first to fifth aspects, wherein a blade is connected to the rotor, and the rotor together with the blade by wind force. Since it is an outer rotor type wind power generator that generates electric power by rotating, an outer rotor type wind power generator that can achieve the effects of the first to fifth inventions as described above is realized. This is particularly effective when applied to a large-sized (long iron core length) outer rotor type permanent magnet generator for wind power.

本発明の実施の形態例に係るアウターロータ形風力用永久磁石式発電機の構成を示す縦断面図（図３のＢ−Ｂ線矢視断面図）である。It is a longitudinal cross-sectional view (BB sectional view taken on the arrow of FIG. 3) which shows the structure of the outer rotor type permanent magnet generator for wind power which concerns on the embodiment of this invention. 前記アウターロータ形風力用永久磁石式発電機の要部構成を拡大して示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which expands and shows the principal part structure of the said outer rotor type permanent magnet generator for wind power. 前記アウターロータ形風力用永久磁石式発電機の構成を示す横断面図（図１のＡ−Ａ線矢視断面拡大図）である。It is a cross-sectional view (AA line arrow directional cross-sectional enlarged view of FIG. 1) which shows the structure of the said outer rotor type wind permanent magnet generator. 本発明の実施の形態例に係るアウターロータ形風力用永久磁石式発電機の構成を示す横断面図（熱交換器の他の構成例を示す図）である。It is a cross-sectional view (figure which shows the other structural example of a heat exchanger) which shows the structure of the outer-rotor-type wind permanent magnet type generator which concerns on the embodiment of this invention. 従来のアウターロータ形風力用永久磁石式発電機の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the conventional outer-rotor-type wind permanent magnet generator. 前記アウターロータ形風力用永久磁石式発電機の要部構成を拡大して示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which expands and shows the principal part structure of the said outer rotor type permanent magnet generator for wind power.

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づき詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

＜構成＞
図１〜図３に示すように、本発明の実施の形態例に係るアウターロータ形風力用永久磁石式発電機（以下、単に発電機とも称する）は、回転子３１と、ステータである第１の固定子３２及び第２の固定子３３とを有している。即ち、本実施の形態例では、ステータが２つの固定子３２，３３から成る構造（即ちステータを２つの固定子３２，３３に分割した構造）になっていることを特徴としている。 <Configuration>
As shown in FIGS. 1 to 3, an outer rotor type permanent magnet generator for wind power (hereinafter also simply referred to as a generator) according to an embodiment of the present invention is a rotor 31 and a first stator. And a second stator 33. That is, the present embodiment is characterized in that the stator has a structure including two stators 32 and 33 (that is, a structure in which the stator is divided into two stators 32 and 33).

詳述すると、回転子３１は、円筒状の回転子フレーム３４と、回転子フレーム３４の内周面に取り付けられた複数の永久磁石３５とを有して成るものである。即ち、回転子３１の永久磁石３５はラジアルギャップ形のアウターロータとして配置されている。なお、永久磁石３５は、２つの固定子３２，３３と対向した回転子３１の内周面の位置にそれぞれ配置されている。 More specifically, the rotor 31 includes a cylindrical rotor frame 34 and a plurality of permanent magnets 35 attached to the inner peripheral surface of the rotor frame 34. That is, the permanent magnet 35 of the rotor 31 is arranged as a radial gap type outer rotor. In addition, the permanent magnet 35 is arrange | positioned in the position of the internal peripheral surface of the rotor 31 facing the two stators 32 and 33, respectively.

回転子フレーム３４におけるアキシャル方向（回転軸方向）（図１及び図２における中心軸４３の方向）の両端部３４ａ，３４ｂには、円板状の回転子フレーム３６，３７の外周部３６ａ，３７ａがそれぞれ固定されている。また、回転子フレーム３６，３７の内周部３６ｂ，３７ｂは、アキシャル方向の両側に配設された軸受支持フレーム３８，３９にそれぞれ固定されている。 The outer peripheral portions 36a and 37a of the disk-shaped rotor frames 36 and 37 are provided at both end portions 34a and 34b in the axial direction (rotational axis direction) of the rotor frame 34 (the direction of the central axis 43 in FIGS. 1 and 2). Are fixed respectively. The inner peripheral portions 36b, 37b of the rotor frames 36, 37 are fixed to bearing support frames 38, 39 disposed on both sides in the axial direction, respectively.

発電機中央部には円筒状のサポートフレーム４０が配設されており、このサポートフレーム４０の両端部４０ａ，４０ｂと、軸受支持フレーム３８，３９との間には、軸受４１，４２がそれぞれ介設されている。従って、回転子３１は、軸受４１，４２を介してサポートフレーム４０に回転可能に支持され、中心軸４３を中心にして回転することができる。サポートフレーム４０は、ナセル側の支持フレーム４４に固定されている。また、回転子３１の内周側の空間は、回転子フレーム３４と、回転子フレーム３６，３７と、軸受支持フレーム３８，３９と、サポートフレーム４０によって密閉されている。 A cylindrical support frame 40 is disposed in the central portion of the generator, and bearings 41 and 42 are interposed between both end portions 40a and 40b of the support frame 40 and the bearing support frames 38 and 39, respectively. It is installed. Therefore, the rotor 31 is rotatably supported by the support frame 40 via the bearings 41 and 42 and can rotate around the central shaft 43. The support frame 40 is fixed to a support frame 44 on the nacelle side. Further, the space on the inner peripheral side of the rotor 31 is sealed by the rotor frame 34, the rotor frames 36 and 37, the bearing support frames 38 and 39, and the support frame 40.

軸受支持フレーム３８には、ブレード支持フレーム４５を介してブレード支持フレーム４６が接続されている。ブレード支持フレーム４６は円筒状のフレーム４６ａの部分と前面のフレーム４６ｂの部分とを有してなるものであり、円筒状のフレーム４６ａの外周面に複数のブレード４７が固定されている。従って、風力により、ブレード４７とともに回転子３１が回転駆動される。 A blade support frame 46 is connected to the bearing support frame 38 via a blade support frame 45. The blade support frame 46 has a cylindrical frame 46a portion and a front frame 46b portion, and a plurality of blades 47 are fixed to the outer peripheral surface of the cylindrical frame 46a. Therefore, the rotor 31 is driven to rotate together with the blade 47 by the wind force.

第１の固定子３２は鋼板を積層して成る固定子鉄心４８と、銅線を巻いた固定子巻線４９とを有して成るものである。また、回転子３１の内周と固定子３２の外周との間には、エアーギャップ５０Ａが設けられている。固定子鉄心４８は、内側のヨーク部４８ａと、ヨーク部４８ａから外側へ突出するように形成された複数のティース部４８ｂとを有して成るものである。固定子巻線４９は、固定子鉄心４８のティース部４８ｂに巻回され、円周方向（回転子３１の回転方向）において隣接するティース部４８ｂの間のスロット（溝）４８ｃ（図３参照）内に収容され、且つ、コイルエンド４９ａ，４９ｂが、固定子鉄心４８の両側に出ている。なお、図３では固定子巻線４９の記載を省略している。 The first stator 32 has a stator core 48 formed by laminating steel plates and a stator winding 49 wound with a copper wire. An air gap 50 </ b> A is provided between the inner periphery of the rotor 31 and the outer periphery of the stator 32. The stator core 48 includes an inner yoke portion 48a and a plurality of teeth portions 48b formed so as to protrude outward from the yoke portion 48a. The stator winding 49 is wound around the teeth 48b of the stator core 48, and slots (grooves) 48c (see FIG. 3) between adjacent teeth 48b in the circumferential direction (rotating direction of the rotor 31). The coil ends 49 a and 49 b are accommodated in the stator core 48 on both sides. In FIG. 3, the description of the stator winding 49 is omitted.

第２の固定子３３も第１の固定子３２と同様の構造である。即ち、第２の固定子３３は鋼板を積層して成る固定子鉄心５１と、固定子巻線５２とを有して成るものである。また、回転子３１の内周と固定子３３の外周との間には、エアーギャップ５０Ｂが設けられている。固定子鉄心５１は、内側のヨーク部５１ａと、ヨーク部５１ａから外側へ突出するように形成された複数のティース部５１ｂとを有して成るものである。固定子巻線５２は、固定子鉄心５１のティース部５１ｂに巻回され、円周方向（回転子３１の回転方向）において隣接するティース部４８ｂの間のスロット（溝）内に収容され、且つ、コイルエンド５２ａ，５２ｂが、固定子鉄心５１の両側に出ている。 The second stator 33 has the same structure as that of the first stator 32. That is, the second stator 33 has a stator core 51 formed by laminating steel plates and a stator winding 52. An air gap 50 </ b> B is provided between the inner periphery of the rotor 31 and the outer periphery of the stator 33. The stator core 51 includes an inner yoke portion 51a and a plurality of teeth portions 51b formed so as to protrude outward from the yoke portion 51a. The stator winding 52 is wound around the tooth portion 51b of the stator core 51, and is housed in a slot (groove) between adjacent tooth portions 48b in the circumferential direction (rotating direction of the rotor 31), and The coil ends 52 a and 52 b protrude from both sides of the stator core 51.

そして、２つの固定子３２，３３はアキシャル方向に並べて配設されており、２つのエアーギャップ５０Ａ，５０Ｂを冷却風が通過するため、全体の圧力損失は、従来のものに比べて非常に小さくなり、冷却性能が向上する。
しかも、アキシャル方向に隣接する固定子３２のコイルエンド４９ａと、固定子３３のコイルエンド５２ｂとの間には、隙間５３が設けられている。従って、隙間５３（コイルエンド４９ａ，５２ｂ間）での発電機内で循環する冷却風６０に対する圧力損失が、非常に小さくなる。 The two stators 32 and 33 are arranged side by side in the axial direction, and the cooling air passes through the two air gaps 50A and 50B, so the overall pressure loss is very small compared to the conventional one. Thus, the cooling performance is improved.
In addition, a gap 53 is provided between the coil end 49a of the stator 32 and the coil end 52b of the stator 33 adjacent to each other in the axial direction. Therefore, the pressure loss with respect to the cooling air 60 circulating in the generator in the gap 53 (between the coil ends 49a and 52b) becomes very small.

固定子３２，３３（固定子鉄心４８，５１）の内周面には、アキシャル方向に離間して配設された固定子用固定フレーム５４，５５の一方の端部５４ａ，５５ａが固定されている。固定子用固定フレーム５４，５５の他方の端部５４ｂ，５５ｂは、円板状のサポートフレーム５６，５７の外周部５６ａ，５７ａに固定されている。サポートフレーム５６，５７は、アキシャル方向に離間した状態でサポートフレーム４０の外周面に突設されている。従って、固定子３２，３３は、固定子用固定フレーム５４，５５及びサポートフレーム５６，５７を介して、サポートフレーム４０に支持されている。 One end portions 54a and 55a of stator fixing frames 54 and 55 that are spaced apart in the axial direction are fixed to the inner peripheral surfaces of the stators 32 and 33 (stator cores 48 and 51). Yes. The other end portions 54b and 55b of the stator fixing frames 54 and 55 are fixed to the outer peripheral portions 56a and 57a of the disk-like support frames 56 and 57, respectively. The support frames 56 and 57 protrude from the outer peripheral surface of the support frame 40 in a state of being separated in the axial direction. Therefore, the stators 32 and 33 are supported by the support frame 40 via the stator fixing frames 54 and 55 and the support frames 56 and 57.

また、この発電機には、回転ファン５８を有して成る空気冷却装置（第１の冷却手段）と、熱交換器５９を有して成る液体冷却装置（第２の冷却手段）とが装備されている。 Further, the generator is equipped with an air cooling device (first cooling means) having a rotating fan 58 and a liquid cooling device (second cooling means) having a heat exchanger 59. Has been.

回転ファン５８及び熱交換器５９は、固定子３２，３３の内側の空間に配設され、固定子用固定フレーム５４，５５及びサポートフレーム５６，５７の間に位置している。回転ファン５８は、電動機（図示省略）で羽根５８ａを回転駆動することにより、発電機内の空気（冷却風６０）を、スラスト方向（固定子３２，３３の半径方向）へ（コイルエンド４９ａ，５２ｂ間の隙間５３に向かって）、吹き出すものである。熱交換器５９は、コイルエンド４９ａ，５２ｂ間の隙間５３と、回転ファン５８との間に配設されている。熱交換器５９及び回転ファン５８は、固定子用固定フレーム５４，５５に支持（固定）されている。 The rotary fan 58 and the heat exchanger 59 are disposed in a space inside the stators 32 and 33 and are positioned between the stator fixing frames 54 and 55 and the support frames 56 and 57. The rotary fan 58 rotates the blades 58a with an electric motor (not shown) to move the air (cooling air 60) in the generator in the thrust direction (radial direction of the stators 32 and 33) (coil ends 49a and 52b). To the gap 53). The heat exchanger 59 is disposed between the gap 53 between the coil ends 49 a and 52 b and the rotary fan 58. The heat exchanger 59 and the rotary fan 58 are supported (fixed) on the stator fixing frames 54 and 55.

また、図３に示すように、回転ファン５８は、複数台が、円周方向に等間隔に配設されている（即ち図示例では６台が、円周上に６等配に配置さている）。熱交換器５９は、複数台の回転ファン５８のそれぞれに対応して、回転ファン５８の台数と同じ複数台が、円周方向に等分割配置されている。即ち、図示例では、６台の熱交換器５９が、６台の回転ファン５８のそれぞれに対応して、６等配に配置されており、正六角形状を成している。 Further, as shown in FIG. 3, a plurality of rotating fans 58 are arranged at equal intervals in the circumferential direction (that is, six in the illustrated example are arranged in six equidistant positions on the circumference). ). In the heat exchanger 59, a plurality of the same number of the rotation fans 58 are equally divided and arranged in the circumferential direction corresponding to each of the plurality of rotation fans 58. In other words, in the illustrated example, six heat exchangers 59 are arranged in six equidistant positions corresponding to each of the six rotating fans 58 and have a regular hexagonal shape.

なお、これに限定するものではなく、例えば図４に示すように、複数台の円弧状の熱交換器５９を、円環状を成すように配設してもよい。また、この場合、円環状の熱交換器５９は一体のものであってもよい。更に、実施例では回転ファン５８の台数を６台で説明したが、この台数に限定されないことは勿論である。 For example, as shown in FIG. 4, a plurality of arc-shaped heat exchangers 59 may be arranged in an annular shape. In this case, the annular heat exchanger 59 may be integrated. Furthermore, in the embodiment, the number of rotating fans 58 has been described as six, but it is needless to say that the number is not limited to this number.

次に動作について説明する。図２（及び図１）に点線の矢印で示すように、本発電機では、回転ファン５８が作動すると、回転ファン５８によって吹き出される冷却風（発電機内の空気）６０が、発電機内で循環し、且つ、この冷却風６０が熱交換器５９において冷却液体６１と熱交換して冷却されることにより、固定子３２，３３及び回転子３１が冷却される。 Next, the operation will be described. As shown by the dotted arrows in FIG. 2 (and FIG. 1), in this generator, when the rotary fan 58 operates, the cooling air (air in the generator) 60 blown out by the rotary fan 58 circulates in the generator. In addition, the cooling air 60 is cooled by exchanging heat with the cooling liquid 61 in the heat exchanger 59, whereby the stators 32 and 33 and the rotor 31 are cooled.

詳述すると、回転ファン５８によって吹き出された冷却風６０は、まず、熱交換器５９を流通するが、このときに熱交換器５９において冷却液体６１と熱交換をすることにより、冷却される。即ち、図中に二点鎖線の矢印で示すように冷却水供給装置（図示省略）から熱交換器５９へ冷却液体６１が供給され、この冷却液体６１と冷却風６０とが熱交換器５９で熱交換することにより、冷却液体６１によって冷却風６０が冷却される。また、熱交換後の冷却液体６１は、図中に二点鎖線の矢印で示すように熱交換器５９から排出され、前記冷却水供給装置で冷却された後、再び熱交換器５９へ供給される（即ち冷却水６１は熱交換器５９と冷却水供給装置との間で循環する）。
なお、冷却液体６１として好ましくは、比熱の高い水、不凍液、もしくは水と不凍液の混合液を用いた方がより冷却効果が大きい。 More specifically, the cooling air 60 blown out by the rotary fan 58 first flows through the heat exchanger 59, but at this time, the heat is exchanged with the cooling liquid 61 in the heat exchanger 59 to be cooled. That is, the cooling liquid 61 is supplied from a cooling water supply device (not shown) to the heat exchanger 59 as shown by the two-dot chain arrow in the figure, and the cooling liquid 61 and the cooling air 60 are exchanged by the heat exchanger 59. By performing heat exchange, the cooling air 60 is cooled by the cooling liquid 61. Further, the cooling liquid 61 after the heat exchange is discharged from the heat exchanger 59 as indicated by a two-dot chain arrow in the figure, cooled by the cooling water supply device, and then supplied to the heat exchanger 59 again. (That is, the cooling water 61 circulates between the heat exchanger 59 and the cooling water supply device).
The cooling liquid 61 preferably has a higher cooling effect when water with high specific heat, antifreeze liquid, or a mixture of water and antifreeze liquid is used.

そして、熱交換器５９で冷却された冷却風６０は、コイルエンド４９ａ，５２ｂ間の隙間５３を流通する。このとき、冷却風６０により、コイルエンド４９ａ，５２ｂが冷却される。その後、冷却風６０は、アキシャル方向の両側（固定子３２側と固定子３３側）に分かれて、固定子３２側のエアーギャップ５０Ａと、固定子３３側のエアーギャップ５０Ｂとにそれぞれ流入する。 And the cooling air 60 cooled with the heat exchanger 59 distribute | circulates the clearance gap 53 between coil end 49a, 52b. At this time, the coil ends 49 a and 52 b are cooled by the cooling air 60. Thereafter, the cooling air 60 is divided into both sides in the axial direction (the stator 32 side and the stator 33 side) and flows into the air gap 50A on the stator 32 side and the air gap 50B on the stator 33 side, respectively.

エアーギャップ５０Ａへ流入した冷却風６０は、エアーギャップ５０Ａをアキシャル方向へ流通し（アキシャル方向の一端側へ向かって流れ）、このときに固定子３２（固定子鉄心４８）及び回転子３１を冷却した後、エアーギャップ５０Ａから流出する。エアーギャップ５０Ａから流出した冷却風６０は、コイルエンド４９ｂへと流れ、ここでコイルエンド４９ｂを冷却した後、サポートフレーム５６に形成された通風口５６ｂを流通して、回転ファン５８へと戻る。 The cooling air 60 flowing into the air gap 50A flows in the air gap 50A in the axial direction (flows toward one end side in the axial direction), and at this time, the stator 32 (stator iron core 48) and the rotor 31 are cooled. After that, it flows out from the air gap 50A. The cooling air 60 that has flowed out of the air gap 50A flows to the coil end 49b, cools the coil end 49b, and then flows through the ventilation openings 56b formed in the support frame 56 and returns to the rotary fan 58.

一方、エアーギャップ５０Ｂへ流入した冷却風６０は、エアーギャップ５０Ｂを回転軸方向へ流通し（アキシャル方向の他端側へ向かって流れ）、このときに固定子３３（固定子鉄心５１）及び回転子３１を冷却した後、エアーギャップ５０Ｂから流出する。エアーギャップ５０Ｂから流出した冷却風６０は、コイルエンド５２ａへと流れ、ここでコイルエンド５２ａを冷却した後、サポートフレーム５７に形成された通風口５７ｂを流通して、回転ファン５８へと戻る。 On the other hand, the cooling air 60 flowing into the air gap 50B flows through the air gap 50B in the direction of the rotation axis (flows toward the other end side in the axial direction). At this time, the stator 33 (stator core 51) and the rotation are rotated. After cooling the child 31, it flows out from the air gap 50B. The cooling air 60 that has flowed out of the air gap 50B flows to the coil end 52a, cools the coil end 52a, and then circulates through the ventilation openings 57b formed in the support frame 57 and returns to the rotary fan 58.

その後、この固定子３２側を循環して回転ファン５８へ戻った冷却風６０（即ち固定子３２及び回転子３１を冷却して温まった冷却風６０）と、固定子３３側を循環して回転ファン５８へ戻った冷却風６０（即ち固定子３３及び回転子３１を冷却して温まった冷却風６０）とが、ともに回転ファン５８により再度吹き出されて熱交換器５９で冷却される。以後、同様に、上記のような固定子３２側における冷却風６０の循環と、固定子３３側における冷却風６０の循環とが、繰り返される。 Thereafter, the cooling air 60 circulated on the stator 32 side and returned to the rotary fan 58 (that is, the cooling air 60 heated by cooling the stator 32 and the rotor 31) and the stator 33 side are circulated and rotated. The cooling air 60 returned to the fan 58 (that is, the cooling air 60 heated by cooling the stator 33 and the rotor 31) is blown out again by the rotating fan 58 and cooled by the heat exchanger 59. Thereafter, similarly, the circulation of the cooling air 60 on the stator 32 side and the circulation of the cooling air 60 on the stator 33 side are repeated.

かくして、固定子３２，３３及び回転子３１の発熱が、発電機内を循環する冷却風６０へ伝わり、更に熱交換器５９において冷却風６０から冷却水６１へと伝わり、この冷却水６１Ｂによって発電機外へ放出される。 Thus, the heat generated by the stators 32 and 33 and the rotor 31 is transmitted to the cooling air 60 circulating in the generator, and further transmitted from the cooling air 60 to the cooling water 61 in the heat exchanger 59, and the generator 61 is generated by the cooling water 61B. Released outside.

＜作用効果＞
以上のように、本実施の形態例のアウターロータ形風力用永久磁石式発電機によれば、アキシャル方向に並べて配設され、且つ、隣接するコイルエンド４９ａ，５２ｂの間に隙間５３が設けられている２つの固定子３２，３３と、２つの固定子３２，３３の外周を囲むように配設され、且つ、２つの固定子３２，３３との間にエアーギャップ５０Ａ，５０Ｂが設けられている回転子３１と、発電機内に設けられた回転ファン５８を有し、この回転ファン５８によって送風する冷却風６０が、隙間５３及びエアーギャップ５０Ａ，５０Ｂを流通して回転ファン５８に戻るように循環することにより、この冷却風６０によって２つの固定子３２，３３及び回転子３１を冷却する空気冷却装置（第１の冷却手段）と、発電機内に設けられた熱交換器５９を有し、この熱交換器５９において冷却風６０と冷却液体６１との熱交換をすることにより、冷却液体６１によって冷却風６０を冷却する液体冷却装置（第２の冷却手段）とを備えたことを特徴としているため、次のような効果を得られる。 <Effect>
As described above, according to the outer rotor type wind permanent magnet generator of the present embodiment, the gap 53 is provided between the adjacent coil ends 49a and 52b which are arranged side by side in the axial direction. Are disposed so as to surround the outer periphery of the two stators 32 and 33, and air gaps 50A and 50B are provided between the two stators 32 and 33, respectively. The cooling fan 60 provided in the generator 31 and the rotating fan 58 provided in the generator is circulated through the gap 53 and the air gaps 50A and 50B so as to return to the rotating fan 58. An air cooling device (first cooling means) that cools the two stators 32 and 33 and the rotor 31 by the cooling air 60 by circulation, and a heat exchanger provided in the generator And a liquid cooling device (second cooling means) that cools the cooling air 60 with the cooling liquid 61 by exchanging heat between the cooling air 60 and the cooling liquid 61 in the heat exchanger 59. The following effects can be obtained.

（１）ステータが２つの固定子３２，３３から成る構造（即ちステータを２つの固定子３２，３３に分割した構造）であるため、従来のようにステータが一体の固定子から成る場合に比べて、各固定子３２，３３ごとのエアーギャップ５０Ａ，５０Ｂの長さを短くすることができる（従来の約半分になる）。即ち、固定子３２，３３と回転子３１の間の通風距離が短くなる。従って、コイルエンド４９ａ，５２ｂ間の隙間５３及びエアーギャップ５０Ａ，５０Ｂを流通して回転ファン５８に戻るように循環する冷却風６０の圧力損失を、低減することができ（従来の半分近くに低減可能である）、固定子３２，３３内部での冷却の不均一を改善することもできることから、固定子３２，３３内部の温度差も改善することができる。更には、冷却風６０がコイルエンド４９ａ，５２ｂ間の隙間５３を流通することにより、コイルエンド４９ａ，５２ｂを直接冷却することもできる。このため、固定子３２，３３や回転子３１に対する冷却能力が大幅に向上する。例えば特許文献２のように冷却チャンネルを設けて間接的に固定子巻線を冷却する冷却方式と比べても、冷却性能が高い。
また、冷却風６０の圧力損失が低減することによって、回転ファン用のモータ容量を従来よりも小さくすることもできる。或いは、回転ファン用のモータ容量を従来と同じに設計するならば、冷却性能が向上するため、永久磁石が減磁する温度に対して余裕が生じ、従来よりも発電機本体の高出力な運転が可能になり、発電機の限界出力を従来と同じ設計とする場合には発電機の大きさを従来よりも小型にすることができる。
（２）ステータが２つの固定子３２，３３から成る構造であることから、それぞれの固定子３２，３３が独立して発電するため、例えば一方の固定子３２が故障した場合でも、故障していない他方の固定子３３によって発電運転を継続することができる。このため、固定子の故障に対する冗長性が向上する。
（３）ステータが２つの固定子３２，３３から成る構造であることから、発電機を据付現地へ運搬して現地で組み立てる際には、２つの固定子３２，３３を分離して運搬することができるため、据付現地への発電機の運搬性が向上する。例えば、定格出力が２０００ｋＷを超えるような大型の風力用永久磁石式発電機では、発電機全体の重量が１００トン近くにもなる。従って、発電機の組み立てや運搬を考えると、固定子（発電機本体）を隙間５３の部分で分割して製作・組み立てすることが可能であることから、工場で発電機を部分的に組み立て、この組み立てた部分を据付現地に運搬して据付現地で最終的な組み立てを行うことが可能であることが必要な大型発電機に対しては、固定子の分割構造が有利である。 (1) Since the stator has a structure composed of two stators 32 and 33 (that is, a structure in which the stator is divided into two stators 32 and 33), compared to the conventional case where the stator is composed of an integral stator. Thus, the length of the air gap 50A, 50B for each of the stators 32, 33 can be shortened (about half of the conventional one). That is, the ventilation distance between the stators 32 and 33 and the rotor 31 is shortened. Therefore, the pressure loss of the cooling air 60 circulating through the gap 53 between the coil ends 49a and 52b and the air gaps 50A and 50B and returning to the rotary fan 58 can be reduced (reduced to nearly half of the conventional one). It is also possible to improve the non-uniformity of cooling inside the stators 32 and 33, so that the temperature difference inside the stators 32 and 33 can also be improved. Furthermore, the cooling air 60 can also cool the coil ends 49a and 52b directly by flowing through the gap 53 between the coil ends 49a and 52b. For this reason, the cooling capacity with respect to the stators 32 and 33 and the rotor 31 improves significantly. For example, the cooling performance is high even when compared with a cooling method in which a cooling channel is provided and the stator winding is indirectly cooled as in Patent Document 2.
Further, since the pressure loss of the cooling air 60 is reduced, the motor capacity for the rotary fan can be reduced as compared with the conventional case. Alternatively, if the motor capacity for the rotary fan is designed to be the same as the conventional one, the cooling performance will be improved, so there will be room for the temperature at which the permanent magnet will demagnetize, and the generator body will operate at a higher output than before. When the limit output of the generator is the same as that of the conventional design, the size of the generator can be made smaller than that of the conventional design.
(2) Since the stator has a structure composed of two stators 32 and 33, each of the stators 32 and 33 generates power independently. For example, even when one of the stators 32 fails, the stator 32 is broken. The power generation operation can be continued by the other stator 33 that is not present. For this reason, the redundancy with respect to the failure of the stator is improved.
(3) Since the stator is composed of two stators 32 and 33, when the generator is transported to the installation site and assembled on site, the two stators 32 and 33 are transported separately. This improves the transportability of the generator to the installation site. For example, in a large-sized wind permanent magnet generator with a rated output exceeding 2000 kW, the weight of the entire generator is nearly 100 tons. Therefore, considering the assembly and transportation of the generator, the stator (generator body) can be manufactured and assembled by dividing the gap 53, so the generator is partially assembled at the factory. The split structure of the stator is advantageous for large generators that need to be able to transport this assembled part to the installation site and perform final assembly at the installation site.

（４）本実施の形態例のアウターロータ形風力用永久磁石式発電機によれば、回転ファン５８は、固定子３２，３３の内周側の空間に配設され、径方向へ冷却風６０を吹き出すことを特徴としているため、冷却風６０を、より確実に固定子巻線端部４９ａ，５２ｂ間の隙間５３に流すことができる。 (4) According to the outer rotor-type permanent magnet generator for wind power of the present embodiment, the rotary fan 58 is disposed in the space on the inner peripheral side of the stators 32 and 33, and the cooling air 60 in the radial direction is provided. Therefore, the cooling air 60 can flow more reliably through the gap 53 between the stator winding end portions 49a and 52b.

（５）本実施の形態例のアウターロータ形風力用永久磁石式発電機によれば、回転ファン５８は、複数台が、円周上に等配（実施例では６等配）に配置されており、熱交換器５９は、回転ファン５８の台数と同じ複数台が、各回転ファン５８に対応して、円周上に等配（実施例では６等配）に配置されていることを特徴としているため、より確実に固定子３２，３３及び回転子３１を均一に冷却することができる。 (5) According to the outer rotor type permanent magnet generator for wind power of this embodiment, a plurality of rotating fans 58 are arranged equally on the circumference (six in the example). The heat exchanger 59 is characterized in that a plurality of the same number of the rotary fans 58 are arranged equally on the circumference (six in the embodiment) corresponding to each rotary fan 58. Therefore, the stators 32 and 33 and the rotor 31 can be cooled more reliably.

（６）本実施の形態例のアウターロータ形風力用永久磁石式発電機によれば、各熱交換器５９は、各回転ファン５８と隙間５３との間に配置されていることを特徴としているため、熱交換器５９において冷却した冷却風６０がコイルエンド４９ａ，５２ｂを直接的に冷却することができる。 (6) According to the outer rotor type permanent magnet generator for wind power of this embodiment, each heat exchanger 59 is arranged between each rotary fan 58 and the gap 53. Therefore, the cooling air 60 cooled in the heat exchanger 59 can directly cool the coil ends 49a and 52b.

（７）本実施の形態例のアウターロータ形風力用永久磁石式発電機によれば、回転ファン５８は、複数台が、円周上に等配（図示例では６等配）に配置されており、熱交換器５９は、円環状のものであり、複数台の回転ファン５８の周囲を囲むように配置されていることを特徴としているため、より確実に固定子３２，３３及び回転子３１を均一に冷却することができ、且つ、より確実に熱交換器５９において冷却風６０を冷却することができる。 (7) According to the outer rotor type permanent magnet generator for wind power of the present embodiment, a plurality of rotating fans 58 are arranged equally on the circumference (six in the illustrated example). The heat exchanger 59 has an annular shape and is arranged so as to surround the periphery of the plurality of rotary fans 58. Therefore, the stators 32 and 33 and the rotor 31 are more reliably provided. The cooling air 60 can be cooled more reliably in the heat exchanger 59.

（８）本実施の形態例のアウターロータ形風力用永久磁石式発電機によれば、冷却液体を用いることを特徴としているため、冷却気体を用いる場合に比べて、より確実に冷却風６０を冷却することができる。 (8) According to the outer rotor type permanent magnet generator for wind power according to the present embodiment, since the cooling liquid is used, the cooling wind 60 is more reliably generated as compared with the case where the cooling gas is used. Can be cooled.

なお、冷却風６０が隙間５３及びエアーギャップ５０Ａ，５０Ｂを流れて循環すればよいため、冷却風６０の流れる方向（循環する方向）は、必ずしも図示例の方向に限定するものではなく、図示例と逆でもよい。また、回転ファン５８は、必ずしも１台に限定するものではなく、図示は省略するが、例えば２台の回転ファン５８をアキシャル方向の両側（固定子３２側と固定子３３側）にそれぞれ配置することにより、これらの回転ファン５８によって冷却風６０が、図示例と同様に固定子３２側と固定子３３側のそれぞれにおいて循環するようにしてもよい。 Note that the cooling air 60 only needs to flow and circulate through the gap 53 and the air gaps 50A and 50B. Therefore, the flow direction (circulation direction) of the cooling air 60 is not necessarily limited to the direction of the illustrated example. And vice versa. Further, the number of rotating fans 58 is not necessarily limited to one, and illustration is omitted. For example, two rotating fans 58 are arranged on both sides in the axial direction (stator 32 side and stator 33 side). Accordingly, the cooling air 60 may be circulated by the rotary fans 58 on the stator 32 side and the stator 33 side as in the illustrated example.

また、上記では回転ファン５８及び熱交換器５９を６等配に配置した例を示したが、これに限定するものではなく、等配に配置される回転ファン５８及び熱交換器５９の台数が多くなるほど冷却の均一性が向上することから、回転ファン５８及び熱交換器５９を、円周上に７等配以上（７等配、８等配等）に配置してもよく、逆に円周上に５等配以下（５等配、４等配等）に減らして配置してもよい。冷却の均一性を考慮して、複数台の回転ファン５８及び熱交換器５９を、円周上に等配に配置することが重要である。 Moreover, although the example which has arrange | positioned the rotation fan 58 and the heat exchanger 59 by 6 distribution was shown above, it is not limited to this, The number of the rotation fans 58 and the heat exchanger 59 arrange | positioned by equal distribution is shown. Since the uniformity of cooling increases as the number increases, the rotary fan 58 and the heat exchanger 59 may be arranged in a circle of 7 or more (7, 8 or the like) on the circumference. You may reduce and arrange | position to 5 circumferences or less (5 grades, 4 grades, etc.) on the circumference. In consideration of the uniformity of cooling, it is important to arrange a plurality of rotating fans 58 and heat exchangers 59 equally on the circumference.

また、上記ではステータを固定子３２と固定子３３に２分割した場合について説明したが、これに限定するものではなく、ステータを３分割以上（３分割、４分割、５分割等）の多数分割にしてもよく、発電機が大型になればなるほど、ステータの分割数を多くした方が、冷却性能の向上やその他の課題に対して効果的である。 Moreover, although the case where the stator was divided into the stator 32 and the stator 33 has been described above, the present invention is not limited to this, and the stator is divided into a large number of three or more (three, four, five, etc.). In any case, the larger the generator, the more the number of stator divisions is more effective for improving cooling performance and other problems.

また、本発明は、特に風力用の永久磁石式発電機に適用して有用なものであるが、必ずしもこれに限定するものではなく、風力用以外の用途に利用される永久磁石式発電機にも適用することができる。更に、本発明は、永久磁石式の発電機に限定するものでもなく、回転子鉄心に回転子巻線を設けた構成の回転子を有する発電機にも適用することができる。また、本発明は、発電機に限定するものでもなく、電動機に適用することもできる。 The present invention is particularly useful when applied to a permanent magnet generator for wind power. However, the present invention is not necessarily limited to this, and a permanent magnet generator used for purposes other than wind power. Can also be applied. Furthermore, the present invention is not limited to a permanent magnet generator, and can also be applied to a generator having a rotor having a rotor winding provided on a rotor core. Moreover, this invention is not limited to a generator, It can also apply to an electric motor.

本発明はアウターロータ形の回転電機（電動機又は発電機）に関するものであり、特に、大型のアウターロータ形回転電機（例えば大型のアウターロータ形風力用永久磁石式発電機）などにおいて、その固定子や回転子の冷却効率を向上させる場合に適用して有用なものである。 The present invention relates to an outer rotor type rotating electrical machine (an electric motor or a generator), and in particular, in a large outer rotor type rotating electrical machine (for example, a large outer rotor type permanent magnet generator for wind power) and the stator thereof. And is useful when applied to improve the cooling efficiency of the rotor.

３１回転子（アウターロータ）
３２，３３固定子（ステータ）
３４回転子フレーム
３４ａ，３４ｂ回転子フレームの端部
３５永久磁石
３６回転子フレーム
３６ａ回転子フレームの外周部
３６ｂ回転子フレームの内周部
３７回転子フレーム
３７ａ回転子フレームの外周部
３７ｂ回転子フレームの内周部
３８，３９軸受支持フレーム
４０サポートフレーム
４０ａ，４０ｂサポートフレームの端部
４１，４２軸受
４３中心軸
４４ナセル側の支持フレーム
４５，４６ブレード支持フレーム
４６ａ円筒状のフレーム
４６ｂ前面のフレーム
４７ブレード
４８固定子鉄心
４８ａ固定子鉄心のヨーク部
４８ｂ固定子鉄心のティース部
４８ｃ固定子鉄心のスロット
４９固定子巻線
４９ａ，４９ｂ固定子巻線端部（コイルエンド）
５０Ａ，５０Ｂエアーギャップ
５１固定子鉄心
５１ａ固定子鉄心のヨーク部
５１ｂ固定子鉄心のティース部
５２固定子巻線
５２ａ，５２ｂ固定子巻線端部（コイルエンド）
５３隣接するコイルエンド間の隙間
５４固定子用固定フレーム
５４ａ，５４ｂ固定子用固定フレームの端部
５５固定子用固定フレーム
５５ａ，５５ｂ固定子用固定フレームの端部
５６サポートフレーム
５６ａサポートフレームの外周部
５６ｂサポートフレームの通風口
５７サポートフレーム
５７ａサポートフレームの外周部
５７ｂサポートフレームの通風口
５８回転ファン
５８ａ回転ファンの羽根
５９熱交換器
６０冷却風
６１冷却液体 31 Rotor (outer rotor)
32, 33 Stator
34 Rotor frame 34a, 34b End of rotor frame 35 Permanent magnet 36 Rotor frame 36a Outer portion of rotor frame 36b Inner portion of rotor frame 37 Rotor frame 37a Outer portion of rotor frame 37b Rotor frame Inner support 38, 39 bearing support frame 40 support frame 40a, 40b end of support frame 41, 42 bearing 43 central axis 44 support frame 45, 46 blade support frame 46a cylindrical frame 46b front frame 47 Blade 48 Stator core 48a Stator core yoke 48b Stator core teeth 48c Stator core slot 49 Stator winding 49a, 49b Stator winding end (coil end)
50A, 50B Air gap 51 Stator core 51a Stator core yoke 51b Stator core teeth 52 Stator winding 52a, 52b Stator winding end (coil end)
53 Gap between adjacent coil ends 54 Stator fixing frame 54a, 54b End of stator fixing frame 55 Stator fixing frame 55a, 55b End of stator fixing frame 56 Support frame 56a Outer periphery of support frame Portion 56b Support frame vent 57 Support frame 57a Support frame outer periphery 57b Support frame vent 58 Rotating fan 58a Rotating fan blade 59 Heat exchanger 60 Cooling air 61 Cooling liquid

Claims

An outer rotor type rotating electrical machine for wind power generation having a stator divided into two or more,
Stator winding end portion exposed from the stator core are opposed to each other via a gap, and a plurality of stators are disposed side by side in the rotation axis direction,
A rotor that is disposed so as to surround the outer periphery of the plurality of stators, and in which an air gap is provided between the plurality of stators;
The cooling air having a rotating fan provided in the rotating electric machine and blown in the radial direction by the rotating fan first circulates through a heat exchanger, then circulates through the gap, and then circulates through the air gap. And a first cooling means for cooling the stator winding end, the plurality of stators and the rotor by the cooling air by circulating back to the rotary fan ,
The rotary fan in the rotary electric machine and has the heat exchanger disposed between the gap, by the heat exchange between the cooling liquid and the cooling air in the heat exchanger, said by the cooling liquid A second cooling means for cooling the cooling air;
An outer rotor type rotary electric machine comprising:

In the outer rotor type rotating electrical machine according to claim 1,
The rotary fan is disposed in a space on the inner peripheral side of the stator, and blows the cooling air in a radial direction.

In the outer rotor type rotating electrical machine according to claim 2,
A plurality of the rotating fans are arranged equally on the circumference,
The heat exchanger has a plurality of the same number as the number of the rotary fans, corresponding to each rotary fan, arranged equally on the circumference,
Outer rotor type rotating electrical machine characterized by

In the outer rotor type rotating electrical machine according to claim 2,
A plurality of the rotating fans are arranged equally on the circumference,
The heat exchanger is annular, and is disposed so as to surround the plurality of rotating fans;
Outer rotor type rotating electrical machine characterized by

In the outer rotor type rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 4,
As the cooling liquid, water, an antifreeze liquid, or a mixed liquid of water and antifreeze liquid is used.

The outer rotor type rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 5,
An outer rotor type rotating electrical machine, wherein the rotor is an outer rotor type wind power generator that generates power by connecting blades to the rotor and rotating the rotor together with the blades by wind power.