(57)【要約】支持部（２）、該支持部（２）に固定しているステーター（３）、該ステーター（３）に対して回転可能なローター（４）、該ローター（４）に結合したハブ（５）および該ハブ（５）から半径方向に延びる少なくとも２枚の羽根を含む風力発電機が記載されている。本発明によれば、ステーター（３）とローター（４）が相互に同心の管セクションによって形成され、これらの向かい合わせの面にそれぞれ永久磁石（７）および巻線（８）が配置されており、かつ、これら管セクションが、それ自身の間に少なくとも片方で転がり軸受を収納するために、該磁石および該巻線を越えて延びている。
2005503098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部（２）、該支持部（２）に固定しているステーター（３）、該ステーター（３）に対して回転可能なローター（４）、該ローター（４）に結合したハブ（５）および該ハブ（５）から半径方向に延びる少なくとも２枚の羽根を含む風力発電機において、ステーター（３）とローター（４）が相互に同心の管セクションによって形成され、これらの向かい合わせの面にそれぞれ永久磁石（７）および巻線（８）が配置されており、かつ、これら管セクションが、それ自身の間に少なくとも片方で転がり軸受を収納するために、該磁石および該巻線を越えて延びていることを特徴とする、風力発電機。
【請求項２】
管セクションの各端にそれぞれ１つの転がり軸受（９、１０）が備えられており、この一方の転がり軸受ともう一方の転がり軸受に間に永久磁石と巻線が存在することを特徴とする、請求項１記載の発電機。
【請求項３】
ステーターがローター（４）に対して内側に存在することを特徴とする、請求項１記載の発電機。
【請求項４】
ステーター（３）がローター（４）に対して外側に存在することを特徴とする、請求項１記載の発電機。
【請求項５】
永久磁石がローターに存在することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の発電機。
【請求項６】
軸受の少なくとも１つがスラストころ軸受であることを特徴とする、前記請求項のうちのいずれか１項に記載の発電機。
【請求項７】
発電機の内部が支持タワーの内部からハブおよび羽根の内部への通路を形成することを特徴とする、前記請求項のうちのいずれか１項に記載の発電機。
【請求項８】
中空構造が煙突効果によって羽根に向かう暖気の伝導に有利に作用し、その際、種々の電気および電子の組込みの部品によって生成された熱放散のより良好な利用が可能になることを特徴とする、前記請求項のうちのいずれか１項に記載の発電機。
【請求項９】
ただ１つ転がり軸受（２１０）のみが備えられていることを特徴とする、請求項１記載の発電機。
【請求項１０】
転がり軸受（２１９）が円すいころ軸受であることを特徴とする、請求項１または９記載の発電機。
【請求項１１】
ステーターの管セクション(２０３)が鐘状にハブ(２１６)に向かって延び、該管セクションの鐘底部が中央の円形の開口部を有し、その一方でローターの管セクション(２１３)がステーターの管セクション(２０３)内で同じく鐘状に、ステーターの鐘形に対して同心であり、かつその鐘底部が同じく中央の開口部を有し、この開口部は管突出部(２１１)に続いており、この管突出部がステーターの鐘底部の開口部に転がり軸受(２１１)のための収納部を形成しながら達しかつ外縁部でハブ(２１６)を支持することを特徴とする、請求項１、９または１０記載の発電機。
【請求項１２】
転がり軸受が二重リムを有する円すいころ軸受であることを特徴とする、請求項１、９、１０または１１記載の発電機。
【請求項１３】
ローターの管セクション(２１３)がサポートフレームに向かい合うその端にブレーキサポート構造とパーキングブレーキとを有することを特徴とする、請求項１、９、１０または１１記載の発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の風力発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際出願である国際公開第０１／２９４１３号パンフレットから公知であるように、風によって作動するローターが、タワーの上端部に回転可能に支持されている発電機に取り付けられている、いわゆる多極−風力発電機Ａ１、が存在する。ローターは、２つの軸受に回転可能に配置されている軸の端に取り付けられており、その一方でこれら軸受は、発電機のステーターを含むハウジング内に収容されている。ローター自体は、該ローターの回転時に巻線に向かい合う電磁石が取り付けられているリングを支持する多数のアームから成り、この巻線は、その一方でハウジング中に収納されている。
【０００３】
上記出願明細書の場合には、ローターシャフトが、ハウジング内を放射状に延びる軸受によって回転可能に支持されている環状電流発電機が記載されていることを述べておく。他方、風力によって作動するローター自体のシャフトは、半径方向に配置されかつ、電磁石を備えたリングを支持するために設計されているアームが備えられている発電機のローターシャフトとしても機能する。
【０００４】
このようにして形成された発電機の場合にはタワーの内部と、ローターハブから延びる羽根の内部との間の通路が存在しないことに気付くべきである。従って回転羽根の内部換気と特に該羽根の除氷作用は、それ自体困難になっている。さらに、公知の種類の風力発電機の構造は、ステーター本体内でのローターの支持に関して複雑であり、そしてローターへのアクセスがローターシャフト自体の支持のために困難である。
【０００５】
これに対して独国特許第４４０２１８４号明細書には、水平軸風力装置のための多極−同期発電機が記載されており、この場合には発電機は、発電機内に備えられた片持ちの支持により相互に結合されているステーターとローターから成る１つの構造ユニットによって形成されており、この片持ちの支持はローターの回転運動をサポートしかつ外部から導入される力およびモーメントを吸収する。この提案されたケースの場合にはローターの著しく複雑な構造が明らかであり、それというのも、ローターとステーターの両側の面が向かい合わせにローターの転がり軸受からのかなりの距離をもって配置されなくてはならないからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って本発明の課題は、従来の種類の風力発電機の欠点を回避することならびに、発電機の種々の部品における大きなアクセス可能性によって与えられる形で換気可能性が最大限保証されており、その際、同時に構造において高い剛性が保証されていなければならない風力発電機を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の、そしてさらなる課題は、風力発電機において、請求項１の特徴部によって解決される。
【０００８】
有利な実施態様の場合には、永久磁石を備えた中空のそして多極の同期発電機は外側巻線を有する。この場合には、多極かつ同期の発電機は永久磁石と、伝達なしに管要素とを備えており、この管要素が、同時に軸受の支持のためのシャフトとして、かつ磁石本体を固定するための構造として使用され、その際、このようにしてシャフトと永久磁石を支えるリングとの間のアームが回避される。
【０００９】
この発電機は支持構造が不可欠の構成要素であり、負荷は直接ハブによって発電機のローターシャフトに伝達され、この発電機は該ローターシャフトをステーター本体中に２つの軸受を介して導通し、これら軸受はこの電気装置の始めと終わりに配置されている。
【００１０】
これにより生じる中空構造によりゴンドラの前部へのアクセスが可能となり、その際、引き継がれたサブシステムの保守作業が容易になる。さらにこのシステムによって、ハブの取付を内側から実施することが可能になる。
【００１１】
さらにこの中空構造によって、暖気をハブ内に導き、さらにそこから回転羽根中に導くのに、タワー内に収容されたパワーエレクトロニクスから出た熱および発電機自体から放出される熱の一部を利用することができ、その際、このようにして特別な効果を有する除氷システムが得られる。回転羽根の加熱によって運転中に外部エネルギーの供給が必要なくなり、その際、発電機およびパワーエレクトロニクス自体から出される熱が簡単に使用される。
【００１２】
ゴンドラの残りの中空構造に挿入された発電機の中空構造によって、該ゴンドラ内に電気および電子のサブシステムを収容することが可能になり、その際、このようにしてファラデー箱の原理に基づく優れた避雷器が得られる。
【００１３】
一変形形態の場合には、永久磁石を有する中空かつ多極の同期発電機は内側巻線を有する。この有利な実施態様の概念を裏返すことによって、ステーターユニットを中にローターを外に有する装置を構成することが可能である。磁石はローターの内側面に、そして巻線はローターシャフトの外側面に取り付けられている。
【００１４】
このような解決の利点はより大きな比出力と、発電機から放出された熱の全体を除氷システムに使用する可能性と、発電機からタワーに電流を導くのに必要である電力ケーブルの配置における簡易化である。
【００１５】
別の変形形態の場合にはステーターの管セクションは鐘状にハブに向かって延び、該管セクションの鐘底部は中央の円形の開口部を有し、その一方でローターの管セクションはステーターの管セクション内で同じく鐘状に、ステーターの鐘形に対して同心であり、かつその鐘底部は同じく中央の開口部を有し、この開口部は管突出部に続いており、この管突出部はステーターの鐘底部の開口部に転がり軸受のための収納部を形成しながら達しかつ外縁部でハブを支持する。
【００１６】
有利な実施態様の場合には転がり軸受は、二重リム（Ｄｏｐｐｅｌｌａｕｆｋｒａｎｚ）を有する円すいころ軸受である。
【００１７】
有利にはローターの管セクションはサポートフレームに向かい合うその端にブレーキサポート構造とパーキングブレーキとを有する。
【００１８】
この解決の場合には、従って後方の軸受は省略され、そして前方の軸受は、片方だけの特殊な軸受、例えば二重リムを有する円すいころ軸受で代替され、この軸受はより小さい直径でありかつステーター構造の前方の部分における有利な収縮部に収納されており、この収縮部は肉厚のサンドウィッチ状のトーラス要素によって実現されており、このトーラス要素はハブへのアクセス性を部分的にしか減少させていない。
【００１９】
最初に記載した２つの軸受を用いた変形形態に対して、二重リムを有する片方だけの円すいころ軸受の使用は次の利点を有する：
１．発電機の取付方法の簡易化（軸受の片側支持）
２．ステーター壁とローター壁と、能動部（巻線）の端に配置された軸受の転動体との間に生じる一時的な電流回路（Ｓｒｏｍｋｒｅｉｓｅｎ）の形成によって可能である発電機における危険な渦電流の除去。
３．軸受の調整過程の簡易化（円すいころにはプレストレスが与えられていなければならない：従って発電機の端における２つの軸受が用いられる態様は、実施において組立公差（Ｂａｕｔｏｌｅｒａｎｚｅｎ）と熱変形に関係する困難を有する）。
４．発電機の前方のエリアに集中している密封と潤滑の１つのみのシステム。
５．軸受が使用されるこの類型によってさらに、高いころの精度（プレストレスによるすきまの除去）および低いころの抵抗（発電機の生産性のはっきりした増加）が提供される。
【００２０】
さらなる特徴と詳細は、添付の図面に示された、その有利な実施態様における、風力により作動する発電機についての請求項および記述から明らかである。次のものが示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１には参照符号１で一般に風力発電機が示されている。これは中空の移行部２を介してそれ以上は図示されていないタワーの上端部に取り付けられている。風力発電機１は、ステーター３とローター４から成る。このローター４は公知方法でハブ５と結合されており、このハブには、この場合には３枚の、示されていない中空羽根に結合されており、この中空羽根は、ハブ５のフランジ６に固定されている。ローター４は管セクションによって形成されており、この管セクションの外被部中に永久磁石７がはめ込まれており、この永久磁石は、ステーター３の管セクションの内側面に取り付けられている巻線８に向かい合わせになる。ステーター３の管セクションの端部にそれぞれ１つの転がり軸受９および１０が配置されており、この転がり軸受はローター４の管セクションを回転可能に支持する。２つの転がり軸受９および１０のうちの少なくとも１つは、スラスト軸受でなければならない。これら２つの転がり軸受は、これらの間に永久磁石７と巻線が保持されるように配置されている。
【００２２】
ハブ５はローター４の管セクションの端の片方にそのフランジ１１を介して固定されており、このフランジは、管セクション４のカラー１２に植込みボルト１３によって取り付けられている。
【００２３】
ハブ５に向かい合う側にてローター４の管セクションは、その外側面に凹部１４を、この凹部が転がり軸受９の内輪１５を収容することができるように有し、その一方で同じ転がり軸受の外輪１６がステーター３の管セクションの外側面上を自由に滑ることができる。さらに転がり軸受９は凹部１４と折り曲げた（ｉｍ  ａｂｇｅｗｉｎｋｅｌｔｅｎ）リング要素１７との間に保持されている。
【００２４】
ハブ５の反対側の端にてステーター３の管セクションは、移行部２のフランジ１４に結合しており、このフランジは、ステーター３の管セクションの肉厚縁部２０にねじ２１によって取り付けられている。転がり軸受１０中の外輪２２は、ステーターセクション３の半径方向枠部（Ｒａｄｉａｌｓｔｅｇ）２３と、直接フランジ１９に当たっているスペーサー１８とによって所定の位置に保持され、その一方で同じ転がり軸受１０の内輪２４は、ローター４の管セクションの外側面の引っ込んだ帯部２５に収容される。さらに内輪２４は、断面がＬ字形のコーナー要素（Ｗｉｎｋｅｌｅｌｅｍｅｎｔ）２６によって所定の位置に保持される。
【００２５】
図２の場合には第１の変形形態において、風力発電機１００は、ステーター３の外側に存在するローター１０４で構成されている。ローター４は、ステーター３によって、図１に関連して説明したのと同様にして支持される。この場合には巻線１０８はステーター１０３の外側面上に存在しており、その一方で、永久磁石１０７はローター１０４の内側面に存在している。
【００２６】
図３による有利な実施態様の場合には、本発明による風力発電機は全体として参照符号２００で示されている。この風力発電機は１機のみの部分的に引用されたタワー２０２の上端部における枠２０１に取り付けられている。この場合にも風力発電機２００は、管セクション２０３によって形成されているステーターを有し、その一方の端がねじ込み継手２０４によって枠２０１に取り付けられている。
【００２７】
管セクション２０３から外側に半径方向の冷却用リブ２０４が延び、その一方で内側ではステーター巻線２０６が収容されている。ねじ込み継手２０４とは反対側で管セクション２０３は鐘状にトーラス形のサンドイッチ状の底部２０７で終わっており、この底部はその開口部に外側リム２０８を有し、この外側リムは内側リム２０９とともに、突出して管セクション２０３のトーラス形の底部２１２の管突出部２１１を支持するために円すいころ軸受２１０を形成し、この管突出部は管セクション２０３に対して同心であり、かつ、その外側面にローターの永久磁石２１４を支持し、この永久磁石はステーターの巻線２０６と向かい合わせになっている。
【００２８】
管セクション２１１はねじ込み継手２１５によってハブ２１６に結合しており、このハブは被覆ないしはフード２１７を有する。
【００２９】
管突出部２１１と反対側の面２１４に管セクション２１３はその端でブレーキサポート構造（Ｂｒｅｍｓｔｒａｇｋｏｎｓｔｒｕｋｔｉｏｎ）２１８を向いており、このブレーキサポート構造はローターの管セクション２１３ないしは翼の動きにブレーキをかけることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
図１  本発明による、風力により作動する発電機の縦の軸平面に沿った断面図。
図２  変形形態の図１と同様の断面。
図３  別の実施形態の断面図
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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