(57)【要約】【課題】分割されたステータを備えた発電機の取扱いを改良する。【解決手段】ロータ２と、ステータ３とが設けられており、ステータ３が、円形の保持構造４，１５に取り付けられたステータセグメント３ａ、３ｂを有しており、該ステータセグメント３ａ，３ｂが、保持構造４，１５の少なくとも１つの第２の結合エレメント８と係合した少なくとも１つの第２の結合エレメントを有しており、係合が、軸方向（ａ）で解離可能でありかつ半径方向（ｒ）及び周方向で解離不能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機において、ロータ（２）と、ステータ（３）とが設けられており、該ステータ（３）が、円形の保持構造（４，１５）に取り付けられたステータセグメント（３ａ、３ｂ）を有しており、該ステータセグメント（３ａ，３ｂ）が、保持構造（４，１５）の少なくとも１つの第２の結合エレメント（８）と係合した少なくとも１つの第１の結合エレメント（７）を有しており、係合が、軸方向（ａ）で解離可能でありかつ半径方向（ｒ）及び周方向で解離不能であることを特徴とする、発電機。
【請求項２】
前記ロータ（２）が外側ロータであり、前記ステータ（３）が内側ステータである、請求項１記載の発電機。
【請求項３】
前記第１の結合エレメント（７）が、内周面（１２）に配置されている、請求項１又は２記載の発電機。
【請求項４】
前記第１の結合エレメント（７）が、半径方向面（１１）に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の発電機。
【請求項５】
前記第１の結合エレメント（７）が突出部を含み、前記第２の結合エレメント（８）が、対応する凹所を含む、請求項１から４までのいずれか１項記載の発電機。
【請求項６】
前記第１の結合エレメント（７）が凹所を含み、前記第２の結合エレメント（８）が、対応する突出部を含む、請求項１から５までのいずれか１項記載の発電機。
【請求項７】
前記第１の結合エレメント（７）又は前記第２の結合エレメント（８）が、２つの第２の結合エレメント（８）又は第１の結合エレメント（７）と係合している、請求項１から６までのいずれか１項記載の発電機。
【請求項８】
前記発電機が、軸方向位置において解放可能なステータセグメント（３ａ）を保持する軸方向ロッキング機構（９）を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の発電機。
【請求項９】
前記軸方向ロッキング機構（９）が、ステータセグメント（３ａ）及び／又は保持構造（４）の端面側に配置されている、請求項８記載の発電機。
【請求項１０】
前記ステータセグメント（３ａ）が、支持構造（１９）を有しており、該支持構造（１８）が、第１の結合エレメント（７）を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の発電機。
【請求項１１】
前記第１の結合エレメント（７）が、軸方向（ａ）で互いに間隔を置いて配置された第１の取付け構造（２０）と第２の取付け構造（２１）とを含み、第１の取付け構造（２０）が、第２の取付け構造（２１）よりも小さな半径方向延在範囲を有しており、第２の結合エレメント（８）が、軸方向（ａ）で互いに間隔を置いて配置された第１の取付けベース（２２）と第２の取付けベース（２３）とを含み、第１の取付けベース（２２）が、第２の取付けベース（２３）よりも大きな半径方向延在範囲を有している、請求項１０記載の発電機。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか１項記載の発電機（１）のためのステータセグメント。
【請求項１３】
タワー（１４）と、該タワーに結合された主軸（１５）と、主軸受（１６）を介して主軸（１５）に回転可能に結合された羽根ハブ（１７）と、該羽根ハブ（１７）に結合された羽根（１８）とを備え、請求項１から１１までのいずれか１項記載の発電機（１）が設けられていることを特徴とする、風車。
【請求項１４】
前記ステータ（３）が、主軸（１５）に取り付けられており、前記ロータ（２）が、羽根ハブ（１７）に取り付けられている、請求項１３記載の風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、分割されたステータを備えた発電機に関する。特に、本発明は、発電機、特に風車の発電機の取付け及び取り外しに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機は、概して、電気エネルギを発生するために、可動なロータと、定置のステータとを有する。ステータをセグメントに分割することが知られている。これにより、１つのセグメントを別個に取り付けかつ取り外すことができるので、ステータのメンテナンス及び交換が容易になる。
【０００３】
しかしながら、これらの分割されたステータは、外側ステータと内側ロータとを備えた発電機のために公知である。この構成において、ステータセグメントは、発電機から半径方向外方に取り付けられるか又は取り外される。
【０００４】
最近では、外側ロータと内側ステータとを備えた発電機がより一般的になっている。この構成において、ステータセグメントが半径方向に取り付けるか又は取り外すことができる前に、ロータを取り外さなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の課題は、分割されたステータを備えた発電機の取扱いを改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題は、請求項１、１１及び１２それぞれの特徴によって解決される。従属請求項は、発明の別の細部及び利点を提供している。
【０００７】
１つの態様において、発明は、特に、外側ロータであってよいロータと、特に内側ステータであってよいステータとを備えた発電機であって、ステータが、円形の保持構造に取り付けられたステータセグメントを有するものに関する。ステータセグメントは、保持構造の少なくとも１つの第２の結合エレメントと係合した少なくとも１つの第１の結合エレメントを有している。係合は、軸方向に解離可能であり、半径方向及び周方向には解離可能ではない。ロータを移動させることなくステータを取り扱うことができるので、この発電機を容易に取り付けかつ取り外すことができる。これにより、発電機全体を降ろすためのクレーンを必要とすることなく、破損したステータセグメントを交換することができる。また、ロータエレメントの保守又はメンテナンスのためにロータにアクセスするために、１つ又は２つ以上のステータセグメントを一時的に取り外すことができる。発電機の製造中、ステータセグメントの容易な取付け及び位置合わせにより、時間が節約される。
【０００８】
第１の結合エレメントは、周方向内面及び／又は半径方向面に配置されていてよい。この配列は、同時に行うのが容易でありつつ、保持構造とステータセグメントとの良好な結合を保証する。
【０００９】
第１の結合エレメントは、突出部を有していてよく、第２の結合エレメントは、対応する凹所を有していてよい。択一的に、第１の結合エレメントは、凹所を有していてよく、第２の結合エレメントは、対応する突出部を有していてよい。結合エレメント、若しくは具体的には凹所と突出部とは、ステータセグメント及び保持構造それぞれの軸方向長さ全体に沿って延びていてよい。しかしながら、凹所と突出部とは、軸方向長さの一部だけに亘って延びていることもできる。これらの全ての構成により、ステータセグメントの良好な半径方向及び周方向保持と、容易な軸方向移動とが提供される。別個に形成された突出部及び凹所の代わりに、第１及び第２の結合エレメントは、係合のための互いに相補的な２つの連続的な輪郭を有することができる。
【００１０】
１つの第１又は第２の結合エレメントは、２つの第２又は第１の結合エレメントと係合していてよい。これらの２つの係合エレメントを、１つ又は２つのステータセグメントに配置することができる。この態様によれば、結合エレメントの数を減じることができ、これにより、発電機の製造を容易にする。
【００１１】
発電機は、軸方向位置において解放可能なステータセグメントを保持する軸方向ロッキング機構を有していてよい。ロッキング機構は、例えばラッチング又はスナップ機構としての結合エレメントと一体に形成することができる。別個の機構を利用することもできる。ロッキング機構は、望ましくない軸方向解放に対して１つ、複数又は全てのステータセグメントを固定してよい。
【００１２】
軸方向ロッキング機構は、ステータセグメント及び／又は保持構造の端面側に配置されていてよい。この位置において、ロッキング機構を容易に開放させることができる。
【００１３】
ステータセグメントは、支持構造を有していてよく、支持構造は第１の結合エレメントを有してよい。支持構造は、ステータセグメントの構造を強化するために使用することができる。支持構造は、さらに、より大きな直径を備えたステータセグメントを、より小さな直径を備えた保持構造に適応させるために利用することができる。支持構造は、２つ以上のステータセグメントを支持してよい。しかしながら、この場合、支持構造のステータセグメントを一緒に取り付けかつ取り外すことのみが可能であってよい。
【００１４】
第１の結合エレメントは、互いに軸方向に間隔を置いて配置された第１の取付け構造と第２の取付け構造とを有していてよく、第１の取付け構造は、第２の取付け構造よりも小さな半径方向延在範囲を有していてよい。第２の結合エレメントは、軸方向で互いに間隔を置いて配置された第１の取付けベースと第２の取付けベースとを有していてよく、第１の取付けベースは、第２の取付けベースよりも大きな半径方向延在範囲を有していてよい。この配列は、例えばある軸方向長さを備えた発電機のためのステータセグメントのための安定した支持を提供する。
【００１５】
第２の態様において、発明は、上述のような発電機のためのステータセグメントに関する。発電機と両立可能なステータセグメントは、破損したステータの交換又はステータの改造のために使用することができる。
【００１６】
別の態様において、発明は、タワーと、タワーに結合された主軸とを備えた風車に関する。羽根ハブは主軸受を介して主軸に回転可能に結合されており、羽根は羽根ハブに結合されている。風車は、上述のような発電機を有している。発電機の容易なメンテナンスは、風車発電機のために特に役立つ。なぜならば、発電機は、１００ｍ以上の長さを有することができる高いタワーの上部に載置されているからである。
【００１７】
風車は、主軸に取り付けられた、特に内側ステータであってよいステータと、羽根ハブに取り付けられた、特に外側ロータであってよいロータとを有していてよい。特に内側ステータ・外側ロータ配列を備える風車の場合に、発電機は有利である。なぜならば、風車と発電機との構造原理が互いに合致するからである。
【００１８】
添付の図面は、実施の形態のさらなる理解を提供するために提供されている。その他の実施の形態、及び意図された利点の多くが、容易に認められるであろう。なぜならば、以下の詳細な説明を参照することによって、これらがより理解されるからである。図面のエレメントは必ずしも互いに実寸ではない。同じ符号は対応する同じ部材を表している。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による分割されたステータを備えた発電機を示す概略的な断面図である。
【図２】本発明によるステータセグメントを備えた発電機を示す軸方向の図である。
【図３】本発明によるステータセグメントを備えた別の発電機を示す軸方向の図である。
【図４】本発明による分割されたステータを備えた発電機を備えた風車を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の詳細な説明において、本願明細書の一部を構成しかつ例示として発明が実施された特定の実施の形態が示された添付の図面が参照される。これに関して、「上部」又は「底部」等の方向を表す用語は、説明されている図面の向きに関連して使用される。実施の形態の構成要素は多くの異なる向きで配置することができるので、方向を表す用語は、例示の目的で使用されており、それに限定しているわけではない。本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施の形態が使用されてよく、構造的又は論理的変更がなされてよい。従って、以下の詳細な説明は、制限する意味で解釈すべきではなく、本発明の範囲は、添付の請求項によって定義される。
【００２１】
図１は、外側ロータ２と内側ステータ３とを備えた発電機１を示している。外側ロータ２は、電機子巻線を有しているのに対し、内側ステータ３は、永久磁石又は電磁石を有している。択一的に、電機子巻線が内側ステータ３に配置され、磁石が外側ロータ２に配置される。
【００２２】
内側ステータ３は、複数のステータセグメントに分割されており、ステータセグメントは、後で図２及び図３に関連して説明される。図１には、１つのステータセグメント３ａが示されている。内側ステータ３は、円形の保持構造４に取り付けられている。１つ又は２つ以上の円形の保持構造４を用いることができる。管状の保持構造４を使用することもできる。保持構造４は、例えば風車の主軸等の別のベース部分に取り付けることができるか、又はこのベース部分と一体に形成することができる。
【００２３】
内側ステータ３は、外側ロータ２によって包囲されている。小さな空隙５は、ステータ３とロータ２とを分離している。ロータ２は、構造の回転部分６に取り付けられている。回転部分は、例えば風車の羽根ハブに取り付けられるか、その一部であることができる。
【００２４】
内側ステータ３又はステータセグメント３ａは、第１の結合エレメント７を有している。保持構造４の第２の結合エレメント８は、第１の結合エレメント７と係合している。結合エレメント７及び８は、ステータセグメント３ａと保持構造４との間の結合を規定している。結合は、軸方向ａに解離可能であるが、半径方向ｒ及び周方向（ｒ及びａに対して垂直）には解離可能ではない。
【００２５】
第１の結合エレメント７はこの場合、ステータセグメント３ａの軸方向長さ全体に亘って延びた軸方向凹所の形式である。第２の結合エレメント８はこの場合、２つの対応する突出部の形式である。突出部は、凹所と係合しており、ステータセグメント３ａを取り付ける又は取り外すために軸方向ａでのステータセグメント３ａの移動を許容している。図１は、発電機１の長さ全体に亘って延びた結合エレメントを示している。一方又は両方の結合エレメントが発電機の長さの一部のみをカバーしていることも可能である。２つの突出部の代わりに、１つ又は３つ以上の突出部を使用することができる。
【００２６】
ロッキング機構９は、ステータセグメントを、不意の軸方向移動に対して固定する。ロッキング機構９は、ラッチ、ラチェット又はあらゆるその他の適切な機構として構成することができる。結合エレメントの一方又は両方と一体にロッキング機構を形成することも可能である。ロッキング機構は、ステータセグメント３ａ及び保持構造４の端面側に配置されている。ステータセグメント３ａの容易な解放のために、ステータセグメント３ａの端面側にはフック１０が取り付けられている。
【００２７】
図２は、発電機１の部分的な正面図を示している。保持構造４と、２つのステータセグメント３ａ及び３ｂとが示されている。ステータセグメント３ａ及び３ｂは、セグメントの半径方向面１１に配置された凹所の形式の第１の結合エレメント７を有している。第１の結合エレメント７は、半径方向面１１に沿って、軸方向に続いている。
【００２８】
保持構造４は、Ｔ字形突出部の形式の第２の結合エレメント８を有している。第２の結合エレメント８の一方の側はステータセグメント３ａと係合しており、第２の結合エレメントの第２の側はステータセグメント３ｂと係合している。ステータセグメント３ａ及び３ｂは、半径方向及び周方向で固定されているが、軸方向には解放させることができる。
【００２９】
保持構造４は、突出部の形式の２つの別の選択的な結合エレメント８を有している。これらの２つの突出部は、ステータセグメント３ａの対応する凹所に係合している。ステータセグメント３ｂは、同じ又は同様の凹所を有することができる。突出部は、特に発電機１の高い回転においてステータセグメント３ａを保持する場合にＴ字形突出部８を補助することができる。突出部は、ステータセグメント３ａを取り付けるための挿入ガイドとして働くこともできる。
【００３０】
２つのステータセグメント３ａ及び３ｂの間に間隙が示されている。発電機の設計及び使用に応じて、ステータセグメント３ａ及び３ｂ及び／又は結合エレメント７及び８を、２つのステータセグメントの間に間隙が存在しないか又は極めて小さな間隙が存在するように形成することができる。
【００３１】
図２は、突出部の形式の第２の結合エレメント８を備えた保持構造４と、凹所の形式の第１の結合エレメント７を備えたステータセグメント３ａ及び３ｂとを示している。しかしながら、保持構造４は、凹所と突出部とを有することができ、ステータセグメント３ａ，３ｂは、対応する突出部と凹所とを有することができる。
【００３２】
別体として形成された突出部及び凹所の代わりに、第１及び第２の結合エレメントは、係合のための互いに相補的な２つの連続した輪郭形状を有することができる。
【００３３】
図３は、図２に示されたものと同様の、２つのステータセグメント３ａ，３ｂを有するステータ４と保持構造４とを備えた発電機１の一部を示している。この場合、第１の結合エレメント７は、内周面１２に配置されたＴ字形突出部である。各ステータセグメント３ａ，３ｂは、ステータセグメントの端部の近傍に配置された２つの第１の結合エレメントを有している。
【００３４】
保持構造４は、第１の結合エレメント７を収容するための、対応するＴ字形の形状の第２の結合エレメント８を有している。結合エレメント７，８は、ステータセグメント３ａ，３ｂの軸方向の取付け及び取外しを許容しつつ、半径方向及び周方向でステータセグメントを保持している。Ｔ字形結合エレメント７，８の代わりに、軸方向移動を依然として許容しつつ、保持構造４からのステータセグメントの半径方向及び周方向の分離を阻止するあらゆるその他の適切な形式を使用することができる。
【００３５】
図４は、タワー１４と、タワー１４の上部に固定された主軸１５とを備えた風車１３を示している。主軸受１６は、主軸１５と、羽根ハブ１７とを相対回動可能に結合している。２つ以上の羽根１８は、羽根ハブ１７に固定されている。
【００３６】
外側ロータ２と内側ステータ３とを備えた発電機１は、風車１３に一体化されている。外側ロータ２は、羽根ハブ１７に取り付けられた又は羽根ハブ１７の一部である回転部分６に固定されている。内側ステータ３は、ステータセグメントを有しており、そのうち１つのステータセグメント３ａが示されている。
【００３７】
ステータセグメント３ａは、第１の結合エレメント７を備えた支持構造１９を有している。第１の結合エレメントは、軸方向ａで互いに間隔を置いて配置された第１の取付け構造２０と第２の取付け構造２１とを有している。第１の取付け構造２０は、第２の取付け構造２１よりも小さな半径方向延在範囲を有している。取付け構造２０，２１は、例えば、円のセグメントの形状のフランジから成るか、又はバーとして構成することができる。
【００３８】
第２の結合エレメント８は、主軸１５に取り付けられており、軸方向ａで互いに間隔を置いて配置された第１の取付けベース２２と第２の取付けベース２３とを有している。第１の取付けベース２２は、第２の取付けベース２３よりも大きな半径方向延在範囲を有している。取付けベース２２，２３は、円のセグメントの形状のフランジから成るか、又はバーとして構成することができる。
【００３９】
第１の取付け構造２０は第１の取付けベース２２に係合し、第２の取付け構造２１は第２の取付けベース２３に係合して、軸方向ａでのステータセグメント３ａの取付け及び取外しを許容しつつ、ステータセグメント３ａを半径方向及び周方向で固定する。取付けベース２２，２３と取付け構造２０，２１との間の結合は、例えば図２及び図３に示された結合によって達成することができる。所要の特性を保証する限り、あらゆるその他の適切な結合手段を使用することができる。
【００４０】
取付け構造２０，２１及び／又は取付けベース２２，２３の半径方向延在範囲は、ロータ２とステータ３とを密接して配置するように適応される。半径方向延在範囲は、装置、ここでは風車１３の構造的な状況に依存する。
【００４１】
ステータセグメント３ａの組立て及び分解を説明する。主軸１５を備えたタワー１４が組み立てられた後、羽根ハブ１７を所定の位置に配置することができる。このプロセスの間に、取付けベース２２，２３と、外側ロータ２とが組み立てられる。次のステップにおいて、ステータセグメント３ａが所定の位置に配置される。ステータセグメント３ａの第１の結合エレメント７又は取付け構造２０，２１が、第２の結合エレメント８又は取付けベース２２，２３に滑り込まされる。所定の位置に配置されると、これらはロッキング機構によって固定することができる。風車１３の内部部品を保護するために、通常、発電機１と主軸１５との周囲には、ナセルが配置される。
【００４２】
ステータセグメント３ａを分解するためには、（存在するならば）ロッキング機構が開放され、ステータセグメント３ａはフック１０において掴まれる。次いで、ステータセグメント３ａは、軸方向ａで第２の結合エレメント８との係合状態から引き離される。これは、風車１３の高さにおいても容易に行うことができる。発電機１全体を取り外すためのクレーンは不要である。次いで、交換用のステータセグメントを、ステータ３の空白の位置へ挿入することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  発電機、  ２  外側ロータ、  ３  内側ステータ、  ３ａ，３ｂ  ステータセグメント、  ４  保持構造、  ５  空隙、  ７  第１の結合エレメント、  ８  第２の結合エレメント、  ９  ロッキング機構、  １０  フック、  １１  半径方向面、  １２  内周面、  １３  風車、  １４  タワー、  １５  主軸、  １６  主軸受、  １７  羽根ハブ、  １８  羽根、  １９  支持構造、  ２０  第１の取付け構造、  ２１  第２の取付け構造、  ２２，２３  取付けベース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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