(57)【要約】本発明は、ローター（１，３）、ローターシャフト（９）、ギアボックス（１９）、及び発電機（３１，３３）を含む風力発電装置に関し、その設備は、発電機（３１，３３）が、ギアボックス（１９）を同心円状に含むリングであることを特徴とする。
2005538305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローター（１，３）、ローターシャフト（９）、ギア（１９）、及び発電機（３１，３３）を有する、風力発電装置であって、
発電機（３１，３３）がギア（１９）を同心円状に環状に取り囲むことを特徴とする、風力発電装置。
【請求項２】
ギア／発電機が、ローター（１，３）に対してタワーの反対側に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
一面にフロントローターベアリング（５，４３）及び反対の面にリアローターベアリング（７）を有する機械支持部（１１）を特徴とする、請求項１又は２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記フロントローターベアリング（４３）が、ハブに直接配置されたトルクベアリングとして構成されていることを特徴とする前記何れかの請求項に記載の風力発電装置。
【請求項５】
ギア（１９）及び発電機（３１，３３）が、個々に取り外し可能な手段によって機械支持部（１１）に取り付けられていることを特徴とする、前記何れかの請求項に記載の風力発電装置。
【請求項６】
前記ギア（１９）が、弾性要素（２３）を用いて、機械支持部（１１）に接続されていることを特徴とする、前記何れかの請求項に記載の風力発電装置。
【請求項７】
前記ギア（３１，３３）が、無段階遊星歯車であることを特徴とする、前記何れかの請求項に記載の風力発電装置。
【請求項８】
前記ギアが、多段階遊星歯車であることを特徴とする、請求項１〜６の何れか１に記載の風力発電装置。
【請求項９】
前記発電機が、磁電気リング発電機である、前記何れかの請求項に記載の風力発電装置。
【請求項１０】
前記ギア／発電機が、冷却フィン（３７，４１）を備えて配置されていることを特徴とする、前記何れかの請求項に記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項前段部分によるように、同心配置されたギア／発電機を有する風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な異なる風力発電の動力伝達配置が知られている。ギアレス発電装置に加え、大部分の装置は、ギア及び発電機の組み合わせより形成されている。風力発電において、ギア及び発電機は、通常、機械支持部上に個々の構成部品として縦列に配置されている。被害を受けた際には、これらの構成部品の交換は容易であるが、それらは構造全体として長大となり、それ故に重くなり、そして費用がかさんでしまう。
【０００３】
欧州特許出願公開第811764  B1号（特許文献１）では、ギア及び発電機は、共通の筐体内に直接縦列に組み込まれ、ギアは無段階遊星歯車であり、筐体はタワー上に直接設置されている。ギア及び発電機は、おおよそ同じ外径を有し、両構成部品は直接縦列に配置されている。これにより、小型で軽量な構造となる。しかしながら、タワー頭頂部の個々の構成部品の交換ができなくなるといった不都合が生じる。
【０００４】
これらの構成部品が損傷を受けた際には、すべての設備をタワー頭頂部より降ろす必要がある。加えて、その共通の筐体内の設備は、両構成部品の外径がほぼ同じであることを必要とし、再度、最適な発電機の設計を行うことはできなくなる。
【０００５】
国際公開第01/94779  A1号（特許文献２）では、ローターの反対側に直接稼動される発電機を有する配置が開示されている。大型の発電機であるので、重量的及び費用的な観点から競争力のないものであり、このコンセプトは経済的理由から非常に好ましくないものである。
【０００６】
デンマーク出願公開第173530  B1号（特許文献３）では、非常に長い動力伝達構造が開示され、ギア及び発電機は、中間軸を有し、縦列に配置されている。この構造は構成部品の交換が可能であるが、実施する際に重量及び費用がかさんでしまう。
【特許文献１】欧州特許出願公開第811764  B1号
【特許文献２】国際公開第01/94779  A1号
【特許文献３】デンマーク出願公開第173530  B1号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、ギア及び発電機の交換が容易に可能であって、小型で軽量な構造を有する風力発電装置を提供することである。有利な実施形態は、下位の請求項において与えられている。
【０００８】
本発明によれば、上記課題は、発電機がギアを同心円状に包囲するリング発電機として構成されることにより解決される。ギア／発電機の配置は、好ましくはローターと反対側のタワー側に定められる。
【０００９】
機械支持部は、一方の面にフロントローターベアリングを有し、反対側の面にリアローターベアリングを有する必要があり、それによりローターの負荷がギア／発電機の配置に伝わらない。
【００１０】
しかしながら、フロントローターベアリングは、機械支持部の面に固定されたハブに直接配置されるトルクベアリングとして構成することも可能である。連結された中間軸を用いることにより、これもまた外部の負荷がギア／発電機の配置に伝わらない。
【００１１】
好ましくは、ギア及び発電機は、個々に取り外し可能な手段で機械支持部に接続され、よって、その都度、個々に軸方向に解体可能であり交換可能である。
【００１２】
ギアは無段階遊星歯車が可能であるだけでなく、多段階遊星歯車も可能である。ギア比は１：６から１：１１が可能であり、したがって中速で回転可能な発電機が必要となる。ローターの速度は、例えば、毎分１５回転であり、発電機の速度はおおよそ毎分９０から１６５回転である。
【００１３】
ギア／発電機の配置は、好ましくは、冷却フィンが設けられ、これにより、ユニットの外気への放熱が行われる。
【００１４】
また、ギア／発電機の配置を降ろすために、機械支持体に昇降装置を設けることも可能である。
【００１５】
中速回転発電機のコスト及び重量のために、特に磁電気発電機の建設の際には、大きな直径及び短いラミネーションスタック長を有するリング発電機形態として短期間で建設できることは有利である。従って、発電機のために、内部にギアを導入するのに適した自由な内径が設定される。ギアが無段階遊星歯車又は多段階遊星歯車の場合には、技術的にも経済的にも最適な外形となり、ギアの外径は発電機の内径と同程度になる。従って、ギア及び最適に設計されたリング発電機は、互いに同軸上に配置される。このような配置は、ゆっくりと回転する部分のみが装置内に存在することとなり、必然的に磨耗が制限され、故障が少なくなる可能性がある。
【００１６】
機械支持体に取り付けられることにより、ローターの負荷は、ギア及び発電機に負荷を与えず直接タワーに送られる。同軸上に配置されたギア及び発電機は、タワーの軸に対して、ローターの反対側に設置される。従って、この設備は、垂直配置に対して、ローターために均衡のとれた重量を有している。この方法では、ギア及び発電機を軸方向に解体及び交換可能である。
【００１７】
小型で軽量な動力伝達配置を有し、結合において軸方向へ取り外し可能であることは、とりわけ大きな発電装置において、決定的な優位性を構成する。ローターを分解することなく、個々の構成部品を別々に交換可能である。カバーを取り外した後に、ギア及び発電機のローター及びスタータが個々に取り外し及び交換可能である。
【００１８】
最外部の構成部品として発電機のスタータを配置することにより、フィンシステムを介して、発電機の放熱のほとんどを外気へと放散することができる。一般的な筐体の内部及びギアは、さらに任意にフィンを取り付けられた筐体部分を介して、放熱を外気へと放散することが可能となる。発電機のローターの駆動装置は、筐体内で必要な空気循環を確保するために、ファン機構を備えることが可能である。結果として、環境の影響から完全に密閉されるギア／発電機ユニットが形成され、放熱を外壁を介してを放散することできる。
【００１９】
本発明の詳細は、添付の図面に基づき以下に詳細に説明される：
図１  本発明の配置の第一の実施形態を示す断面図である。
図２  本発明の配置の第二の実施形態を示す断面図である。
【００２０】
図１に部分的に示される風力発電装置のローターブレード１は、ハブ３を駆動させ、ハブ３はローターにより発生されたすべての更なる力及び要因を受ける。フロントローターベアリング及びリアローターベアリング７を用いて、ローターシャフト９が取り付けられ、ローターの負荷が機械支持部１１に伝えられる。
【００２１】
次に、垂直ベアリング１３は、その負荷を風力発電装置のタワー１５に伝えられる。その結果、外部の空力的な負荷及びローターの質量負荷は、全体又は部分的にギア又は発電機を経由することなくタワーに導かれる。例えば、補強リングといった接続要素１７を用いて、トルク抵抗手段で、ギア１９はローターシャフト９に接続される。
【００２２】
ギアケース２１は、弾性要素２３を用いて、基盤２５に対して支持される。これらの弾性要素２３により、トルクの上昇を吸収し、外部負荷の結果としての構造上の変形が、ギアにおける歯車システム又は取り付け台への負荷とならないことを確保する。
【００２３】
ギアのドライブシャフト２７を用いて、接続ギア２９は駆動され、再度発電機のローター３１に接続される。前記ローター３１は、ギア１９に対して同心であり、ギア１９を取り囲んでおり、ギアケース２１よりも大きな直径を有している。接続ギア２９は、発電機のローター３１に取り外し可能に接続されており、発電機のローター３１を解体することなく分解可能である。
【００２４】
発電機のスタータ３３は、ケース３５を用いて、機械支持部１１上のベースプレート２５に固定されている。外装としてのケース３５のフィンシステム３７により、スタータワインディングの放熱の外気への放散の確保が可能となる。カバー３９は、動力伝達系全体を覆い、その結果、外部フィンシステム４１を通じた、動力伝達系の放熱の大気中への放散に寄与する。
【００２５】
図２は、本発明の他の実施形態を示すものであり、ローターの負荷はトルクベアリング４３を介して、機械支持部１１に送られる。トルクベアリング４３は、外部の全ての負荷を吸収し、トルクのみをギア１９に送る。その結果、シャフト９は、非常に軽量な構造となる。この構造は、メンテナンスを行う者が、機械支持部１１からシャフト９のマンホール４５を通ってハブ３へ上ることを可能とする。それ以外は、ギア／発電機の配置は、図１の構造と同一である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の配置の第一の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の配置の第二の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    ローターブレード
３    ハブ
５    ローターベアリング
７    ローターベアリング
９    ローターシャフト
１１  機械支持部
１３  垂直ベアリング
１５  タワー
１７  接続要素
１９  ギア
２１  ギアケース
２３  弾性要素
２５  基盤
２７  ドライブシャフト
２９  接続ギア
３１  ローター
３３  スタータ
３５  ケース
３７  フィンシステム
３９  カバー
４１  外部フィンシステム
４３  トルクベアリング
４５  マンホール
【図１】
2005538305.tif 000003
【図２】
2005538305.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成17年5月9日(2005.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローター（１，３）、ローターシャフト（９）、ギア（１９）及び発電機（３１，３３）を有する風力発電装置であって、
発電機（３１，３３）が、ギア（１９）を同心円状に環状に取り囲むよう構成され、
ギア／発電機が、ローター（１，３）に対してタワーの反対側に配置され、
ギア（１９）及び発電機（３１，３３）が、軸方向に解体可能であり、機械支持部（１１）に個々に取り外し可能な手段により接続される、風力発電装置。
【請求項２】
前記機械支持部（１１）が、一方の面にフロントローターベアリング（５，４３）、及び反対側の面にリアローターベアリング（７）を有することを特徴とする、請求項１の風力発電装置。
【請求項３】
前記フロントローターベアリング（４３）が、ハブに直接配置されたトルクベアリングとして構成されることを特徴とする、請求項１の風力発電装置。
【請求項４】
前記ギア（１９）が、弾性要素（２３）を用いて、機械支持部（１１）に接続されることを特徴とする、請求項１の風力発電装置。
【請求項５】
前記ギア（１９）が、無段階遊星歯車であることを特徴とする、請求項１の風力発電装置。
【請求項６】
前記ギア（１９）が、多段階遊星歯車であることを特徴とする、請求項１の風力発電装置。
【請求項７】
前記発電機（３１，３３）が、磁電気リング発電機である、請求項１の風力発電装置。
【請求項８】
前記ギア／発電機が、冷却フィン（３７，４１）を備えて配置されていることを特徴とする、請求項１の風力発電装置。
【国際調査報告】
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2005538305.tif 000008
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