(57)【要約】  風力タービンは：シャフト（２）と；複数のブレード装置（８）であって、それぞれのブレード装置がシャフトの周りに回転可能であるとともにブレード（７）を有し、ブレード装置およびブレードがシャフトの周りに回転可能であるブレードロータを形成する、複数のブレード装置と；シャフトに沿って離間され、ブレードロータが接続される、少なくとも第１および第２の軸受装置（６）と；シャフトに回転固定されるステータ（１０）、およびリムを有する発電機ロータ（９）を有するダイレクトドライブ発電機と；を有し、第１および第２の軸受装置のそれぞれは、半径方向の力をブレードロータからシャフトに伝達するとともに、第１および第２の軸受装置の少なくとも一方が曲げモーメントをシャフトに伝達し、ブレード装置のそれぞれが、ブレード装置によって生成されたトルクを直接伝達するように、発電機ロータのリムにおけるまたは発電機ロータのリムに隣接したポイントに接続され、発電機ロータ（９）はブレードロータ内にある。
2013524087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと；
複数のブレード装置を有し、それぞれの前記ブレード装置が前記シャフトの周りに回転可能であるブレードロータと；
前記シャフトに沿った軸方向に離間され、前記ブレードロータが接続される、少なくとも第１および第２の軸受装置と；
前記シャフトに回転固定されるステータ、およびリムを有する発電機ロータを有するダイレクトドライブ発電機と；を有する：
風力タービンであって、
前記第１および前記第２の軸受装置のそれぞれは、半径方向の力を前記ブレードロータから前記シャフトに伝達するとともに、前記第１および前記第２の軸受装置の少なくとも一方が曲げモーメントを前記シャフトに伝達し、
前記ブレード装置のそれぞれは、前記ブレード装置によって生成されたトルクを直接伝達するように、前記発電機ロータの前記リムにおけるまたは前記発電機ロータの前記リムに隣接したポイントに接続され、
前記発電機ロータは前記ブレードロータ内にある、
風力タービン。
【請求項２】
前記ブレード装置のそれぞれが前記発電機に跨る前記第１および前記第２の脚部を有する、
請求項１に記載の風力タービン。
【請求項３】
前記ブレードロータおよび前記発電機ロータは別々のロータである、
請求項２または３に記載の風力タービン。
【請求項４】
前記ブレードロータおよび前記発電機ロータは単一のロータを形成する、
請求項１または２に記載の風力タービン。
【請求項５】
前記ブレードロータおよび前記発電機ロータは一体に形成される、
請求項４に記載の風力タービン。
【請求項６】
前記ブレードロータおよび前記発電機ロータは互いに固定される、
請求項４に記載の風力タービン。
【請求項７】
前記ステータが前記第１と前記第２の軸受装置との間に配置される、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のタービン。
【請求項８】
各前記ブレード装置は、ピッチ軸受によって残りの前記ブレード装置に接続されるブレードを有する、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のタービン。
【請求項９】
各前記ブレード装置は、ブレードを含む一体構造である、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のタービン。
【請求項１０】
前記リムが第３および第４の脚部の複数の対それぞれによって前記第１および前記第２の軸受装置に接続され、前記第３および前記第４の脚部の各対は前記シャフトの軸を含むまたは前記シャフトの軸に平行な平面内に配置される、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載のタービン。
【請求項１１】
前記ブレード装置のそれぞれは、可撓性である並びに／またはブレード装置および／または前記ポイントに対して旋回されるリンクによって、前記ポイントに接続される、
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のタービン。
【請求項１２】
前記第１および前記第２の軸受装置のそれぞれは、前記シャフトに曲げモーメントを伝達する、
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の風力タービン。
【請求項１３】
前記第１および前記第２の脚部は、前記第１および前記第２の軸受装置にそれぞれ接続される、
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のタービン。
【請求項１４】
各前記ブレード装置は、半径方向外側の端部が支持されていないブレードを有する、
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の風力タービン。
【請求項１５】
シャフトと；
複数のブレード装置を有するブレードロータと；
少なくとも２つの軸受装置であって、前記ブレード装置が前記軸受装置の少なくとも１つに、前記ブレード装置に作用する全ての力の、前記シャフトの軸に平行に作用する成分の合力の少なくとも一部を伝えるように、前記シャフトに沿った軸方向に離間され、前記軸周りに前記シャフトに対する前記ブレードロータの回転を可能にするための、少なくとも２つの軸受装置と；
発電機ステータおよび発電機ロータを有し、前記発電機ロータは、前記ブレード装置の角度関係を少なくとも部分的に維持するとともに前記ブレード装置から分離される、ダイレクトドライブ発電機と；を有する：
風力タービンであって、
各前記ブレード装置は、前記ブレード装置から前記軸周りに実質的に専ら前記発電機ロータに作用するトルクを伝えるように構成される、
風力タービン。
【請求項１６】
前記ブレード装置は、半径方向外側の端部で支持されていないブレードを有する、
請求項１５に記載のタービン。
【請求項１７】
各前記ブレード装置は、前記軸受装置の少なくとも１つに前記合力の少なくとも半分を伝えるように構成される、
請求項１５または１６に記載のタービン。
【請求項１８】
各前記ブレード装置は、前記軸受装置の少なくとも１つに前記合力の少なくとも９０％を伝えるように構成される、
請求項１７に記載のタービン。
【請求項１９】
少なくとも１つの前記軸受装置は、曲げモーメントを前記シャフトに伝えるように構成される、
請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載のタービン。
【請求項２０】
前記軸受装置または各前記軸受装置は、アウターレースがパイプに剛結される複数の平面または転がり軸受を有する、
請求項１９に記載のタービン。
【請求項２１】
前記ブレードロータは、半径方向内側の脚部端部が前記第１および前記第２の軸受部材に取り付けられる多脚構造を有する、
請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載のタービン。
【請求項２２】
前記ブレード装置は第１のオープンフレーム構造を含む、
請求項１５乃至２１のいずれか１項に記載のタービン。
【請求項２３】
前記第１のオープンフレーム構造は、第１のスペースフレームを有する、
請求項２２に記載のタービン。
【請求項２４】
前記発電機ロータは、第２のオープンフレーム構造によって少なくとも１つの前記軸受装置に接続される、
請求項１５乃至２３のいずれか１項に記載のタービン。
【請求項２５】
前記第２のオープンフレーム構造は、前記第１のオープンフレーム構造から機械的に実質的に独立している、
請求項２４に記載のタービン。
【請求項２６】
前記第２のオープンフレーム構造は、少なくとも１つの第２のスペースフレームを有する、
請求項２４または２５に記載のタービン。
【請求項２７】
前記軸から各前記ブレード装置の各前記ブレードの半径方向に最も内側の端部への半径方向の距離が、前記軸から前記発電機ロータへの半径方向の距離より大きい、
請求項１５乃至２６のいずれか１項に記載のタービン。
【請求項２８】
前記ブレード装置は、前記軸周りに等角度で間隔を置いて配置される、
請求項１５乃至２７のいずれか１項に記載のタービン。
【請求項２９】
前記ブレード装置の前記ブレードは、前記軸に直角な第１の平面内または前記軸と同軸の円錐台表面内に配置される、
請求項２８に記載のタービン。
【請求項３０】
前記ブレード装置は互いに離される、
請求項２８または２９に記載のタービン。
【請求項３１】
各前記ブレード装置は、前記ブレード装置から前記発電機ロータに前記軸周りにトルクを伝達するための第１の部材によって前記発電機ロータに接続される、
請求項１５乃至３０のいずれか１項に記載のタービン。
【請求項３２】
前記第１の部材は、前記ブレード装置に作用する全ての力の、軸と平行に作用する成分の前記発電機ロータへの伝達を減らすまたは防ぐように、弾性を有する、および／または前記ブレード取付装置および前記発電機ロータに関節接続される、
請求項３１に記載のタービン。
【請求項３３】
各前記第１の部材は、前記ブレードと残りの前記ブレード装置との間に配置され、前記ブレードが取り付けられる、プレートに接続される、
請求項３１または３２に記載のタービン。
【請求項３４】
各前記ブレードは、ピッチ軸受を介して前記プレートに取り付けられる、
請求項３３に記載のタービン。
【請求項３５】
各前記ブレード装置は、前記軸を含む第２の平面内に配置され、一緒に前記ブレードに接続される第１の端部および前記軸に平行に離間されたそれぞれの位置で少なくとも１つの前記軸受部材に接続される第２の端部を有する、第２および第３の部材を有する、
請求項１５乃至３４のいずれか１項に記載のタービン。
【請求項３６】
各前記ブレードは、前記軸に平行に作用する全ての力の構成成分に対する力の中心を有し、前記第２および前記第３の部材は、前記力の中心においてまたは前記力の中心に隣接して実質的に互いに交差する線上を延びる、
請求項３５に記載のタービン。
【請求項３７】
各前記ブレード装置の前記第２および前記第３の部材は、複合材部材の第１および第２の部分を有する、
請求項３５または３６に記載のタービン。
【請求項３８】
各前記ブレード装置は、少なくとも１つの前記軸受装置に取り付けられる第１および第２の取付点、並びに前記発電機ロータに取り付けられるまたは接続される第３の取付点を有する、
請求項１５乃至３７のいずれか１項に記載のタービン。
【請求項３９】
前記ブレード装置は、前記ブレード装置に作用する全ての力の、前記軸に平行に作用する成分の前記発電機ロータへの伝達を減らすまたは防ぐように、前記第３の取付点においてまたは前記第３の取付点に隣接して弾性を有する、
請求項３８に記載のタービン。
【請求項４０】
前記発電機ロータは、前記軸を含むそれぞれの第３の平面内に配置され、一緒に前記発電機ロータに接続される第１の端部および前記軸に平行に離間されたそれぞれの位置で前記軸受装置に接続される第２の端部を有する、第４および第５の部材の複数の対によって、前記軸受装置に接続される、
請求項１５乃至３９のいずれか１項に記載のタービン。
【請求項４１】
前記ブレードロータおよび前記発電機ロータは別々のロータである、
請求項１５乃至４０のいずれか１項に記載の風力タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は風力タービンロータおよびそのようなロータを含む風力タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電用風力タービンは知られており、持続可能な電力供給を提供するために数を増加しながら展開されている。風力タービンが発生し得る最大電力はそのブレードの受風面積に比例し、この受風面積はブレードの長さの二乗に略比例する。風力タービンが供給することができる最大電力を増加させるとともに供給されるエネルギのコストを減少させるために、風力タービンのサイズを増加させたいという要求がある。しかし、出力電力の直線的な拡大は、単純に風力タービン構成部品を直線的に拡大することによっては達成できない。
【０００３】
例えば、各ブレードの長さが２倍にされた場合、受風面積は４倍に増加する。しかし、各ブレードの重量は一般的に長さの三乗に比例するので、重量は８倍に増加する。
【０００４】
ブレードがハブに固定され、このハブがハブに接続されたシャフトを経由して発電機を駆動する風力タービンが知られている。この装置の例は、特許文献１乃至５に開示されている。
【０００５】
軸によって駆動される発電機は典型的には、より効率的な発電を提供するよう回転速度を増加させるためにギアボックスの使用を必要としている。しかし、ギアボックスは、風力タービンのコスト、重量および整備の必要を追加するという点で不都合である。ダイレクトドライブ発電機が使用されており、このような装置の例は特許文献６および７に開示されている。
【０００６】
特許文献８は、このタイプの発電機を開示している。風力タービンは、そのリムがスポークを有する自転車の車輪に似るように引張部材によってハブに接続されたロータを有する。ハブは、軸方向に離間された風力タービンブレード装置によって駆動される。
【０００７】
特許文献９は、ダイレクトドライブ発電機を備える風力タービンを開示している。タービンロータのブレードは円環に固定される。この円環は、ハブから半径方向に延び且つ回転軸に垂直な共通平面内に配置されるロッドによってハブに接続される。ブレード力は円環で分解され、この円環にブレードの内端部が接続される。従って、円環はこれらの力に耐える十分な強度で製造されなければならない。約１２メートルの回転軸周りの半径および約３．５メートルの断面直径を有する円環に対して、製造は比較的高価であり、円環は相当な重量である。従って、風力タービンの輸送及び組立ては高価になりがちである。
【０００８】
特許文献１０は、タービンロータが無鉄（ｉｒｏｎｌｅｓｓ）リング型発電機を直接或いはギアボックスを通じて駆動する風力タービンの様々な構成を開示している。特許文献１０の図３に示される構成では、ブレードはロータハブ内でハブ軸受まで延び、発電機ロータはハブに固定される。ブレードに作用する力の回転軸と平行な成分は軸受に伝達されるとともに発電機ロータにも伝達される。ブレードによって生成されるトルクは発電機ロータに伝達される。
【０００９】
ハブに固定され且つロープ又はケーブル構成によって補強されるブレードを備える風力タービンも知られている。そのようなタービンでは、やはり、ハブはアクスルを介して、典型的にはギアボックスを介して発電機を駆動する。この種の風力タービンは、受風面積を構造の完全性を維持しながら十分に増大させることができないので、比較的高出力の発電に適さない。
【００１０】
風力タービンの他の例は、特許文献１１乃至２１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開第０３/０９８０３４号
【特許文献２】独国特許出願公開第１０３１１０２５号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００６/０２５１５１６号
【特許文献４】欧州特許出願公開第００５８７９１号
【特許文献５】米国特許第６９５１４４３号
【特許文献６】独国特許出願公開第１０２５５７４５号
【特許文献７】米国特許第６２８５０９０号
【特許文献８】国際公開第０２/０９９９５０号
【特許文献９】カナダ国特許出願公開第２６２６５４５２号
【特許文献１０】米国特許第７０４２１０９号
【特許文献１１】英国特許出願公開第１５１１９４８号
【特許文献１２】国際公開第９７/１３９７９号
【特許文献１３】米国特許第４３３０７１４号
【特許文献１４】米国特許第４３５０８９５号
【特許文献１５】国際公開第８６/０２７０１号
【特許文献１６】国際公開第２００７/１３５３９１号
【特許文献１７】米国特許出願公開第２００５/２００１３４号
【特許文献１８】米国特許第５１１８２５５号
【特許文献１９】米国特許第２０５０１２９号
【特許文献２０】独国特許出願公開第１９６０６３５９号
【特許文献２１】米国特許出願公開第２００８/１２４２１６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は従来技術の問題点を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の最初の態様は、以下の番号を付された段落によって規定される：
１．  風力タービンは、シャフトと；複数のブレード装置であって、それぞれのブレード装置がシャフトの周りに回転可能であるとともに半径方向外側の端部が支持されていないブレードを有する、複数のブレード装置と；シャフトに沿って軸方向に離間された少なくとも第１および第２の軸受装置と；シャフトに回転が固定されるステータと第１および第２の軸受装置に接続されたリムを有するロータとを有するダイレクトドライブ発電機とを有し、第１および第２の軸受装置のそれぞれは半径方向の力をロータからシャフトに伝達するとともに、第１および第２の軸受装置の少なくとも一方が曲げモーメントをシャフトに伝達し、ブレード装置のそれぞれが、ブレード装置によって生成されたトルクを直接そこに伝達するように、リムにおけるまたはリムに隣接したポイントに接続され、ブレード装置のそれぞれが発電機に跨る第１および第２の脚部を有する。
【００１４】
２．  ステータが第１と第２の軸受装置との間に配置された、段落１に定義されたタービン。
【００１５】
３．  各ブレードはピッチ軸受によって残りのブレード装置に接続される、段落１または２に定義されたタービン。
【００１６】
４．  リムが第３および第４の脚部の複数の対それぞれによって第１および第２の軸受装置に接続され、第３および第４の脚部の各対はシャフトの軸を含むまたはシャフトの軸に平行な平面内に配置される、前述の段落のいずれか１つに定義されたタービン。
【００１７】
５．  ブレード装置のそれぞれは、可撓性である並びに／またはブレード装置および／またはポイントに対して回転されるリンクによってポイントに接続される、前述の段落のいずれか１つに定義されたタービン。
【００１８】
６．  第１および第２の軸受装置のそれぞれは、シャフトに曲げモーメントを伝達する、前述の段落のいずれか１つに定義されたタービン。
【００１９】
７．  第１および第２の脚部は、第１および第２の軸受装置にそれぞれ接続される、前述の段落のいずれか１つに定義されたタービン。
【００２０】
８．  風力タービンは、シャフトと；シャフトに沿った軸方向に間隔を空けられ、軸周りのシャフトに対するタービンロータの回転を可能にするための少なくとも２つの軸受装置と、少なくとも軸受装置の１つに、ブレード装置に作用する全ての力の、軸に平行に作用する成分の合力の少なくとも一部を伝えるように構成された複数のブレード装置とを有する、タービンロータと；発電機ステータおよび発電機ロータを有し、発電機ロータは、ブレード装置の角度関係を少なくとも部分的に維持するとともにブレード装置から分離される、ダイレクトドライブ発電機と；を有し、各ブレード装置は、ブレード装置から軸周りに実質的に専ら発電機ロータに作用するトルクを伝えるように構成される。
【００２１】
９．  ブレード装置は、半径方向外側の端部で支持されていないブレードを有する、段落８に定義されたタービン。
【００２２】
１０．  各ブレード装置は、軸受装置の少なくとも１つに合力の少なくとも半分を伝えるように構成される、段落８または９に定義されたタービン。
【００２３】
１１．  各ブレード装置は、軸受装置の少なくとも１つに合力の少なくとも９０％を伝えるように構成される、段落１０に定義されたタービン。
【００２４】
１２．  少なくとも１つの軸受装置は、曲げモーメントをシャフトに伝えるように構成される、段落８乃至１１のいずれか１つに定義されたタービン。
【００２５】
１３．  軸受装置または各軸受装置は、アウターレースがパイプに剛結される複数の平面または転がり軸受を有する、段落１２に定義されたタービン。
【００２６】
１４．  タービンロータは、半径方向内側の脚部端部が第１および第２の軸受部材に取り付けられる多脚構造を有する、段落８乃至１３のいずれか１つに定義されたタービン。
【００２７】
１５．  ブレード装置は第１のオープンフレーム構造を含む、段落８乃至１４のいずれか１つに定義されたタービン。
【００２８】
１６．  第１のオープンフレーム構造は、第１のスペースフレームを有する、段落１５に定義されたタービン。
【００２９】
１７．  発電機ロータは、第２のオープンフレーム構造によって少なくとも１つの軸受装置に接続される、段落８乃至１６のいずれか１つに定義されたタービン。
【００３０】
１８．  第２のオープンフレーム構造は、第１のオープンフレーム構造から機械的に実質的に独立している、段落１６に従属する場合の段落１７に定義されたタービン。
【００３１】
１９．  第２のオープンフレーム構造は、少なくとも１つの第２のスペースフレームを有する、段落１７または１８に定義されたタービン。
【００３２】
２０．  軸から各ブレード装置の各ブレードの半径方向に最も内側の端部への半径方向の距離が、軸から発電機ロータへの半径方向の距離より大きい、段落８乃至１９のいずれか１つに定義されたタービン。
【００３３】
２１．  ブレード装置は、軸周りに等角度で間隔を置いて配置される、段落８乃至２０のいずれか１つに定義されたタービン。
【００３４】
２２．  ブレード装置のブレードは、軸に直角な第１の平面内または軸と同軸の円錐台表面内に配置される、段落２１に定義されたタービン。
【００３５】
２３．  ブレード装置は互いに離される、段落２１または２２に定義されたタービン。
【００３６】
２４．  各ブレード装置は、ブレード装置から発電機ロータに軸周りにトルクを伝達するための第１の部材によって発電機ロータに接続される、段落８乃至２３のいずれか１つに定義されたタービン。
【００３７】
２５．  第１の部材は、ブレード装置に作用する全ての力の、軸と平行に作用する成分の発電機ロータへの伝達を減らすまたは防ぐように、弾性を有する、および／またはブレード取付装置および発電機ロータに関節接続される、段落２４に定義されたタービン。
【００３８】
２６．  各第１の部材は、ブレードと残りのブレード装置との間に配置され、ブレードが取り付けられる、プレートに接続される、段落２４または２５に定義されたタービン。
【００３９】
２７．  各ブレードは、ピッチ軸受を介してプレートに取り付けられる、段落２６に定義されたタービン。
【００４０】
２８．  各ブレード装置は、軸を含む第２の平面内に配置され、一緒にブレードに接続される第１の端部および軸に平行に離間されたそれぞれの位置で少なくとも１つの軸受部材に接続される第２の端部を有する、第２および第３の部材を有する、段落８乃至２７のいずれか１つに定義されたタービン。
【００４１】
２９．  各ブレードは、軸に平行に作用する全ての力の構成成分に対する力の中心を有し、第２および第３の部材は、力の中心においてまたは力の中心に隣接して実質的に互いに交差する線上を延びる、段落２８に定義されたタービン。
【００４２】
３０．  各ブレード装置の第２および第３の部材は、複合材部材の第１および第２の部分を有する、段落２８または２９に定義されたタービン。
【００４３】
３１．  各ブレード装置は、少なくとも１つの軸受装置に取り付けられる第１および第２の取付点、並びに発電機ロータに取り付けられるまたは接続される第３の取付点を有する、段落８乃至３０のいずれか１つに定義されたタービン。
【００４４】
３２．  ブレード装置は、ブレード装置に作用する全ての力の、軸に平行に作用する成分の発電機ロータへの伝達を減らすまたは防ぐように、第３の取付点においてまたは第３の取付点に隣接して弾性を有する、段落３１に定義されたタービン。
【００４５】
３３．  発電機ロータは、軸を含むそれぞれの第３の平面内に配置され、一緒に発電機ロータに接続される第１の端部および軸に平行に離間されたそれぞれの位置で軸受装置に接続される第２の端部を有する、第４および第５の部材の複数の対によって、軸受装置に接続される、段落８乃至３２のいずれか１つに定義されたタービン。
【００４６】
３４．  各部材は実質的に剛体であるおよび／または引張りの状態にある、段落２４乃至３０、３２および３３のいずれか１つに定義されたタービン。
【００４７】
３５．  部材のそれぞれは、第１と第２の端部との間で、実質的に直線である、または実質的に直線の部分を有する、段落８乃至３０、３２および３４のいずれか１つに定義されたタービン。
【００４８】
３６．  発電機ステータは、シャフトに固定されるとともに、軸受装置の間に配置される、段落８乃至３５のいずれか１つに定義されたタービン。
【００４９】
３７．  第１および第２の軸受装置は、第２および第３の部材の第２の端部それぞれに、および／または第４および第５の部材の第２の端部それぞれに接続される、段落２８乃至３０および３３乃至３５のいずれか１つに従属する場合の段落３６に定義されたタービン。
【００５０】
３８．  発電機ロータは、軸の周りに角度に関して間隔を空けられた、複数の永久磁石またはコイルを有する、段落８乃至３７のいずれか１つに定義されたタービン。
【００５１】
３９．  発電機ロータは、発電機ステータに磁気空隙をはさんで互いに向かい合う第１および第２の同軸環状ヨークを有する、段落３８に定義されたタービン。
【００５２】
４０．  第４および第５の部材の第１の端部は、第１および第２のヨークに固定される、段落３４に直接または間接的に従属する場合の段落３９に定義されたタービン。
【００５３】
４１．  第１および第２のヨークは強磁性である、段落３９または４０に定義されたタービン。
【００５４】
４２．  永久磁石は、空隙を規定するために第１および第２のヨークの対向面に取外し可能に取り付けられる、裏当板に固定される、段落３９乃至４１のいずれか１つに定義されたタービン。
【００５５】
４３．  発電機は、無鉄コア発電機である、前述の段落のいずれか１つに定義されたタービン。
【００５６】
本発明のさらなる態様は本発明の以下の記載によって定義され得る。
【００５７】
１．  風力タービンロータは、軸周りのシャフトに対する回転を可能にするための少なくとも１つの軸受装置、発電機駆動装置、複数のタービンブレードおよびブレード取付装置を有し、ブレードは半径方向外側の端部で支持されず、各ブレード取付装置は、付属するブレードに実質的にもっぱら少なくとも１つの軸受装置へ作用するすべての力の、軸に平行に作用する成分を伝えるとともに、軸周りに付属するブレードに実質的にもっぱら発電機駆動装置へ作用するトルクを伝えるように構成され、発電機駆動装置は、ブレードに接続されるがブレードから離れ、ブレードおよびブレード取付装置は、ブレードが固定ピッチであるようになる。
【００５８】
２．ブレードは失速制御式であるように構成される、段落１に定義されたロータ。
【００５９】
３．  各ブレード取付装置は、第１のオープンフレーム構造を有する、段落１または２に定義されたロータ。
【００６０】
４．  第１のオープンフレーム構造は、第１のスペースフレームを有する、段落３に定義されたロータ。
【００６１】
５．  発電機駆動装置は、第２のオープンフレーム構造によって少なくとも１つの軸受装置に接続される、前述の段落のいずれか１つに定義されたロータ。
【００６２】
６．  第２のオープンフレーム構造は、第１のオープンフレーム構造から機械的に実質的に独立している、段落３または４に従属する場合の段落５に定義されたロータ。
【００６３】
７．  第２のオープンフレーム構造は、少なくとも１つの第２のスペースフレームを有する、段落５または６に定義されたロータ。
【００６４】
８．  第２のオープンフレーム構造は、第１のオープンフレーム構造の内部に配置される、段落３または４に従属する場合の段落５乃至７のいずれか１つに定義されたロータ。
【００６５】
９．  軸から各ブレードの半径方向に最も内側の端部への半径方向の距離が、軸から発電機駆動装置への半径方向の距離より大きい、前述の段落のいずれか１つに定義されたロータ。
【００６６】
１０．  タービンブレードおよびブレード取付装置は、軸周りに等角度で間隔を置いて配置される、前述の段落のいずれか１つに定義されたロータ。
【００６７】
１１．  タービンブレードは、軸に直角な第１の平面内または軸と同軸の円錐台表面内に配置される、段落１０に定義されたロータ。
【００６８】
１２．  ブレード取付装置は互いに離される、段落１０または１１に定義されたロータ。
【００６９】
１３．  各ブレード取付装置は、付属するブレードから発電機駆動装置に軸周りに実質的にトルクのみを伝達するための第１の部材によって発電機駆動装置に接続される、前述の段落のいずれか１つに定義されたロータ。
【００７０】
１４．  第１の部材は、ブレードに発電機駆動装置へ作用する全ての力の、軸と平行に作用する成分の伝達を実質的に防ぐように、弾性を有する、および／またはブレード取付装置および発電機駆動装置に関節接続される、段落１３に定義されたロータ。
【００７１】
１５．  各ブレード取付装置は、軸を含む第２の平面内に配置され、一緒にブレードに接続される第１の端部および軸に平行に離間されたそれぞれの位置で少なくとも１つの軸受部材に接続される第２の端部を有する、第２および第３の部材を有する、前述の段落のいずれか１つに定義されたロータ。
【００７２】
１６．  各ブレードは、軸に平行に作用する全ての力の構成成分に対する力の中心を有し、第２および第３の部材は、力の中心においてまたは力の中心に隣接して実質的に互いに交差する線上を延びる、段落１５に定義されたロータ。
【００７３】
１７．  各ブレード取付装置の第２および第３の部材は、複合材部材の第１および第２の部分を有する、段落１５または１６に定義されたロータ。
【００７４】
１８．  各ブレード取付装置は、風を軸周りのトルクに変換するように形成される、前述の段落のいずれか１つに定義されたロータ。
【００７５】
１９．  各ブレード取付装置は、少なくとも１つの軸受装置に取り付けられる第１および第２の取付点、並びに発電機駆動装置に取り付けられるまたは接続される第３の取付点を有する、前述の段落のいずれか１つに定義されたロータ。
【００７６】
２０．  ブレード取付装置は、ブレードに発電機駆動装置へ作用する全ての力の、軸に平行に作用する成分の伝達を実質的に防ぐために、第３の取付点においてまたは第３の取付点に隣接して弾性を有する、段落１９に定義されたロータ。
【００７７】
２１．  発電機駆動装置は、少なくとも１つの軸受部材に、軸を含むそれぞれの第３の平面内に配置され、一緒に発電機駆動装置に接続される第１の端部および軸に平行に離間されたそれぞれの位置で少なくとも１つの軸受部材に接続される第２の端部を有する、第４および第５の部材の複数の対によって、接続される、前述の段落のいずれか１つに定義されたロータ。
【００７８】
２２．  各部材は実質的に剛体である、段落１３乃至１７、２０および２１のいずれか１つに定義されたロータ。
【００７９】
２３．  部材のそれぞれは、第１と第２の端部との間で、実質的に直線である、または実質的に直線の部分を有する、段落１乃至１７、２０および２２のいずれか１つに定義されたロータ。
【００８０】
２４．  少なくとも１つの軸受部材は、発電機ステータを収容するために、軸方向に離間された第１および第２の軸受部材を有する、前述の段落のいずれか１つに定義されたロータ。
【００８１】
２５．  第１および第２の軸受部材は、第１および第２の軸受部材の軸方向の分離を決定するまたは制限するために、スラスト軸受装置の一部を形成する、またはスラスト軸受装置と協動する、段落２４に定義されたロータ。
【００８２】
２６．  第１および第２の軸受部材は、第２および第３の部材の第２の端部それぞれに、および／または第４および第５の部材の第２の端部それぞれに接続される、段落１５乃至１７および２１乃至２３のいずれか１つに従属する場合の段落２４または２５に定義されたロータ。
【００８３】
２７．  発電機駆動装置は環状であるとともに軸と同軸である、前述の段落のいずれか１つに定義されたロータ。
【００８４】
２８．  発電機駆動装置は、発電機ロータの少なくとも一部に固定されるまたは発電機ロータの少なくとも一部を形成する、前述の段落のいずれか１つに定義されたロータ。
【００８５】
２９．  発電機ロータは、軸の周りに角度に関して間隔を空けられた、複数の永久磁石またはコイルを有する、段落２８に定義されたロータ。
【００８６】
３０．  発電機ロータは、発電機ステータに磁気空隙をはさんで互いに向かい合う第１および第２の同軸環状ヨークを有する、段落２９に定義されたロータ。
【００８７】
３１．  第４および第５の部材の第１の端部は、第１および第２のヨークに固定される、段落１７に直接または間接的に従属する場合の段落３０に定義されたロータ。
【００８８】
３２．  第１および第２のヨークは強磁性である、段落３０または３１に定義されたロータ。
【００８９】
３３．  永久磁石は、空隙を規定するために第１および第２のヨークの対向面に取外し可能に取り付けられる、裏当板に固定される、段落３０乃至３２のいずれか１つに定義されたタービン。
【００９０】
３４．  風力タービンロータは、軸周りの回転のためのハブ、少なくとも１つのタービンブレードおよびブレード取付装置を有し、ブレードまたは各ブレードは、軸に平行に作用する全ての力の構成成分に対する力の中心を有し、ブレード取付装置または各ブレード取付装置は、付属するブレードをハブに接続する第１および第２の部材を有し、第１および第２の部材は、半径方向内側の端部で軸に平行に離間されてハブに接続され、第１および第２の部材は、実質的に力の中心においてまたは力の中心に隣接して実質的に互いに交差する線上を延び、ブレードおよびブレード取付装置または各ブレードおよびブレード取付装置は、ブレードまたは各ブレードが固定ピッチであるようになる。
【００９１】
３５．  風力タービンは、前述の段落のいずれか１つに定義されたロータおよび発電機を有する。
【００９２】
３６．  発電機は駆動装置によって駆動されるようにまたは駆動装置を含むように構成される、段落１乃至３３のいずれか１つに従属する場合の段落３５に定義されたタービン。
【００９３】
３７．  発電機はダイレクトドライブ発電機である、段落３５または３６に定義されたタービン。
【００９４】
３８．  発電機は無鉄コア発電機である、段落３５乃至３７のいずれか１つに定義されたタービン。
【００９５】
３９．  ベアリング部材は、ステータが回転固定される固定シャフトに回転可能に取り付けられる、段落２４に直接または間接的に従属する場合の段落３５乃至３８のいずれか１つに定義されたタービン。
【００９６】
したがって、風力タービンロータを提供することおよび比較的大量の電力を発電することができる風力タービンを作ることが可能である。このような装置は、比較的軽量に作られ得るとともに、製造、輸送および組立が比較的容易であり得る。このような装置はまた、例えば、製造および維持コストと比べて風力タービンの寿命を通じて発生し得る電気エネルギに関して、比較的低コストのエネルギを提供することができる。
【００９７】
本発明は、例として、添付の図面を参照して、さらに記載される。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】図１は、本発明の実施形態を構成する風力タービンを示す。
【図２】図２は、図１の風力タービンの一部の断面図である。
【図３】図３は、本発明の他の実施形態を構成する風力タービンを示す。
【図４】図４は、図３の風力タービンの風力タービンロータおよびステータをより詳細に示す。
【図５】図５は、本発明のさらなる実施形態を構成する風力タービンを示す。
【図６】図６は、図５の風力タービンの風力タービンロータをより詳細に示す。
【図７】図７は、図２に示された風力タービン部分の詳細の断面図である。
【図８】図８は、本発明のさらに別の実施形態を含む風力タービンを示す。
【発明を実施するための形態】
【００９９】
図面において同様の参照番号は同様の部品を示す。
【０１００】
図１および２に示された風力タービンは、高出力発電機としての使用に適している。例えば、典型的な用途では、このような風力タービンは、約１２メガワットの定格出力を有し得る。タービンは、有利な風の状態が存在するとともに１つまたは複数のこのような風力タービンの存在が受け入れられる所であればどこでも、陸地または沖合に展開され得る。
【０１０１】
風力タービンは、陸上の使用のための適切な基礎（図示せず）を用いて地面に固定され得るまたは沖合いの使用のための浮力および／または固定装置を備え得る支持タワー１を有する。例えば、タワーおよび固定装置は、ＥＰ１５０９６９６またはＥＰ１９４４５０４に開示されたタイプのものであり得る。
【０１０２】
メインシャフト２が、シャフトの軸４が実質的に水平に維持されるように、タワー１のヘッド部３に固定される。風力タービンが異なる風向きに順応することを可能にするために、ヘッド部３は垂直軸周りに旋回するようにタワー１の頂部に取り付けられ得る。風力タービンは、第１および第２の軸受部材６を含む主軸受５を用いて軸４の周りの回転のためにシャフト２に回転可能に取り付けられるロータを有する。ロータは、軸受部材６（ハブを構成する）、軸４の周りに等角度に配置された３つのタービンブレード７、３つのタービンブレード取付装置８、および環状の発電機ロータ９の形態の発電機駆動装置を有する。発電機ステータ１０は軸受部材６の間でシャフト２に固定される。
【０１０３】
軸受部材６のそれぞれは、「モーメントに対して固い（剛である）」タイプである。特に、軸受部材６は、ブレード取付装置８の曲げモーメントをシャフト２に伝達する。したがって、軸受部材６は、ステータ１０に対するロータ９の位置を変えるかもしれない曲げモーメントがシャフト２に伝達されるようになり、このシャフト２はこのような変位に抵抗する。
【０１０４】
軸受部材６は、任意の適切なタイプのものであり得る。例えば、軸受部材６のそれぞれは１つまたは複数の軸受を有し得る。この軸受のそれぞれは、転がり軸受または平面軸受であり得るとともにアンギュラコンタクトを提供し得る。適切な転動要素（転動体）の例は、球形の要素、円筒形の要素および円錐台形（テーパ形）の要素を含む。例えば、外側の軸受レースはハブを形成するチューブまたはパイプに強固に接続され得る。具体例では、２つの転がり軸受がパイプの一方の端部にまたはパイプの一方の端部に隣接して配置され得るとともに、１つの転がり軸受がパイプの他方の端部にまたはパイプの他方の端部に隣接して配置され得る。軸受はパイプの内側に配置され得る。
【０１０５】
本明細書に記載された実施形態の風力タービンは３つのタービンブレードおよび取付装置またはブレード装置を有しているが、用途に応じて任意の適切な数が与えられ得る。ブレード７は、（相互接続ケーブルが使用され得るが）例えば環状構造によって、専らそれらの半径方向内側の端部または突出部で支持されるとともにそれらの半径方向外側の端部で支持されていない。
【０１０６】
各取付装置８は、複合材料または金属から形成され得る部材を有する。装置８は、「Ａフレーム」またはスペースフレームに似ているとともに、軸４に平行に離間されるようにそれらの内側端部が軸受部材６に接続される第１および第２の部材を形成する第１の部分１１および第２の部分１２を有する。内側端部は、軸受部材に強固に固定され得るまたはそこに旋回可能に取り付けられ得る。外側端部は共に複合材部材８の外側部分に接続され、複合材部材は、ブレードのフェザリングまたはピッチの角度が制御されることが可能になるように、その長手方向軸周りに旋回し得るように、ブレード７の旋回取付部を提供する。例えば、ブレード取付装置の外側端部は、ブレード７のピッチ軸に実質的に直角に延びる板を供える。板はブレードのための取付部を提供し、このブレードは、ブレード７のピッチが変化することを可能にするためのピッチ軸受１３によって板に接続される。モータ１４がブレード７を所望のピッチに回転させる。部材１１および１２の外側端部は、複合材部材の一部であるおかげでブレード７のための取付部に接続される。したがって、タービンロータは、半径方向内側の脚部端部が軸受部材６に取り付けられた多脚構造を有する。
【０１０７】
発電機ロータは、Ａフレームまたはスペースフレームに似るように配置された複数の対の第３の部材１５及び第４の部材１６を有する。第３の部材１５および第４の部材１６の半径方向内側端部は、軸方向に離間するよう軸受部材６に接続されているのに対し、第３の部材１５および第４の部材１６の半径方向外側端部は、発電機ロータ９の形態の発電機駆動装置に接続されている。したがって、発電機ロータ９はブレード７に接続されるが、ブレード７から分離されている。代替として、ロータは、圧縮された状態にあり得るとともに張力をかけられたスポークによってハブに接続され得る。
【０１０８】
ロータ９およびステータ１０を有する発電機は、無鉄の環状又はリング状のダイレクトドライブ型である。ロータは、永久磁石を支持し且つ磁性空気間隙を間に定める一対の同軸の環状部材１７，１８を含む。磁石は、各対の磁石が互いに面し合う反対の極性を有し且つ磁極が円周の周りで或いは軸４に対して角度的に交互になるよう、対向する対の磁石として環状部材の上に配置される。
【０１０９】
ステータは、複数の角度的に分配されたコイル１９を含み、コイル１９は、部材１７，１８の間の空気間隙の内側に配置されている。コイルは、強磁性コアを含まない点で「無鉄」タイプのものである。例えば、コイルは、コイルの構造及び形態を維持するよう、エポキシ樹脂のような、十分な強度を有する材料で形成されるとともにカプセル化され得る。コイルの出力は、用途の具体的な要件に従って処理され、生成される電気はタワー１を貫通する導体を通じて供給される。
【０１１０】
ステータは、張力をかけられたスポークによってシャフトに接続される圧縮状態にあるリムを有し得る。
【０１１１】
このタイプの発電機は既知であり、更に詳細に記載されない。同様に、このような発電機の出力を処理するための電気回路構成も既知であり、更に記載されない。そのような発電機及び構成の実施例は、例えば、先に言及された幾つかの刊行物中に開示されている。
【０１１２】
取付装置８のそれぞれは、２０で示される接続部を用いてロータ９に接続される。したがって、ロータ９は、ステータ１０に対して軸４の周りに回転するように、その取付装置８及び接続部２０を介して各ブレード７によって駆動される。したがって、コイル１９は、電気を生成するように、空気間隙内で環状部材１７，１８の間の磁束を切る。
【０１１３】
使用中、シャフト２周りの回転軸４に垂直な共通平面内または軸４と同軸な円錐台表面内に配置されるブレード７は、風向に向けられ、モータ１４は、所望のブレードピッチをもたらすように、それらの長手軸の周りにブレード７を回転させる。例えば、ブレード７の外側先端速度が風から抽出されるエネルギの最大理論効率の風速の６倍と略等しくなるようにピッチは設定され得る。様々な力がブレード７に対して作用し、これらは、軸４と平行にブレード７に対して作用する力、ブレードおよびブレード取付装置８の重量、および軸４の回りにブレード７に作用するトルクに分解され得る。取付装置８は、軸４に平行に作用する力の合力の少なくとも一部（またはこの軸に平行に作用する力の全成分）が、主に各複合材部材８の部材１１及び１２によって、軸受部材６に伝達されるようになる。各ブレード７は、回転の軸４と平行に作用する全ての力の成分３３のための力の中心３０を有する。部材１１及び１２は、力の中心３０でまたは力の中心３０に隣接して互いに実質的に交差する線３１，３２上を延びる。したがって、図２の水平方向に移動する如何なる傾向も、部材１１及び１２を介して軸受部材６によって抗され、接続部２０を介してロータ９に実質的に伝達されない。
【０１１４】
例えば、５０％を越えるまたは９０％を超えさえする、合力の大部分が取付装置８によって軸受部材６に伝達され、したがって発電機ロータ９に伝達されないことが好ましい。したがって、軸４と平行にロータ９をたわませる傾向がある力は減少し、比較的小さい発電機磁気隙間を可能にするためのロータ支持構造の強度要件を減少させる。
【０１１５】
ロータ９は、取付装置８に接続されるとともに取付装置の角度関係を維持する。特に、ロータ９は、それらの相対角度間隔を維持するように、取付装置８およびブレード７の重量によって発生する軸４周りのトルクに抗する。取付装置８の軸受装置６への接続は、これらの角度関係または間隔を維持する必要がなく、前述のようにピボット接続さえ有し得る。
【０１１６】
ブレード７によって発生したトルクは、実質的に専ら（排他的に）接続部２０を介して発電機ロータ９に伝えられる。特に、部材１１および１２、軸受部材６並びに部材１５および１６を有する経路を介したロータ９へのトルクの実質的な伝達がない。軸受部材６上でロータ９を支持する部材１５および１６は、減少した軸４に平行な荷重または力の成分を支えるので、このような減少した荷重の存在する状態において軸４に平行な方向におけるロータ９の構造的な安定性を保証するために単に必要であるに過ぎない。全ての荷重支持部材は、実質的に張力状態は圧縮状態で作用し、よって、スペースフレーム構成に似る。したがって、スペースフレームに似るまたはスペースフレームとして作用するオープンフレーム構造が、タービンブレードを取り付けるとともに発電機を駆動するためのタービンロータ装置を形成するために、使用され得る。従って、比較的軽量の構造が提供されることができ、比較的高出力の風力タービンの動作中に生じる力の存在において構造的完全性を容易に維持し得る。例えば、このような構造は、比較的軽量の１２ＭＷ又は類似サイズの発電機を提供するために、使用され得る。
【０１１７】
軸４の周りにブレード７によって発生するトルクが実質的に専ら接続部２０によって各部材８に伝達されるので、接続部２０は旋回型であり得る。同様に、剛体の実質的に直線の部材１１、１２は、それらの長さに沿って実質的に張力および圧縮力だけを伝達するので、軸受部材６への部材１１、１２の接続部２１は、トルクを伝達すること或いはトルクに耐えることを必要とされない。軸４と平行な図２の平面内の減少した力がロータ９に対して作用するので、環状の永久磁石支持部材１７、１８の間の空気間隙は比較的小さくなり得る。
【０１１８】
約１２ＭＷの最大発電能力を備える風力タービンの場合、ブレード７は、典型的には、約５０ｍの長さであり、ロータ９は、典型的には、約１２ｍの半径である。オープンフレーム構造は、スペースフレームを形成するまたはスペースフレームに似た比較的軽量な構造を用いて、十分な構造的完全性を提供する。従って、構成部品の製造、現場への輸送、及び、風力タービンを形成するための構成部品の組立は、既知のタイプの構成よりも容易且つ安価である。従って、製造及び組立てに費用がかからず、使用中に比較的少ない保守しか要求されない風力タービンを提供することが可能である。従って、このような風力タービンは、その寿命を通じて、非常に良好な全体のコストに対する発電エネルギの比率をもたらし、製造コスト及びランニングコストに関して非常に効率的な電気エネルギの持続可能な源を提示する。
【０１１９】
発電機の永久磁石をロータ９上に設けるとともに、発電機のコイル１９をステータ１６上に設けることによって、発電された電気は、風力タービンから固定された電気導体を用いて、例えば、スリップリング又は他の比較的移動可能な電気接続を必要とすることなしに、取り出され得る。しかしながら、必要なまたは望ましい場合には、永久磁石はステータ１０上に設けられ得るとともにコイルはロータ９上に設けられ得る。この場合、スリップリングのような一部の形態の回転式電気接続が、発電される電気を風力タービンから取り出すために、一般的に必要である。
【０１２０】
発電機ロータ９は風力タービンロータの構造の一部を形成する。従って、発電機ロータは、発電機の永久磁石（又はコイル）を取り付けること、及び、ブレード７によって発生するトルクを伝達するための構造の一部を形成することの二つの目的を果たす。これは比較的軽量なタービンロータ及び発電機組立体に寄与する構造的に効率的な構成を提示する。
【０１２１】
図３及び４は、部材１１、１２が、例えば金属の、ロッド又はチューブとして形成される点で主に図１及び２に示されものと異なる、他の種類の風力タービンを示す。また、ブレード７からロータ９にトルクを伝達するための接続部２０も、ブレード取付装置８を含む構造がスペースフレームにより酷似するように、ロッド又はチューブとして形成される。各ブレードは、シャフト２の軸４と平行にブレードに作用する力の成分の合力の少なくとも一部が、部材１１及び１２（これらの部材は回転軸と平行に作用する全ての力成分のためにブレードの力の中心でまたは力の中心に隣接して互いに実質的に交差する線上を延びる）を介して軸受部材６に伝達されるのに対し、軸４の周りにブレード７に作用するトルクが実質的に専ら部材２０によってロータ９に伝達されるとともにロータ９が取付装置８の角度関係を維持するように、主軸受２１内に取り付けられる内向き端部を有する。ブレードの最内側端部は、主軸受２１を通過して更なる軸受２２に至るシャフトを備えるまたはシャフトに形成され、更なる軸受２２は、隣接する部材１１及び１２を含む同じ半径方向平面内に配置されるこれらの部材１５及び１６（図３及び４では見えない）の外側端部に固定される。したがって、部材１５及び１６は、ブレード７に作用する力の軸４と平行な成分を軸受部材６に伝達する補助をし、軸４周りの実質的なトルクを伝達しない。したがって、ブレード７およびロータ９は、スペースフレーム又はスペースフレームに似る構成によって、軸受部材６に共に接続される。ロータ９は、トルクに関する構造部材として作用する、回転軸に垂直なブレード力に抗する、および発電機の永久磁石（またはコイル）を支持する目的も果たす。ステータ１０は、軸受部材６の間でシャフト２に固定される。これらの軸受部材は、軸受部材６の軸方向の分離を固定し或いは制限するスラスト軸受の一部を形成するまたはこのようなスラスト軸受を備える。
【０１２２】
図５に示された風力タービンの図６に示された風力タービンロータは、図４に示された風力タービンロータに類似するが、共に接着される複合材料部分として製造されるように構成される。各部材１１又は１２及び隣接する部材１５又は１６は、主ブレード軸受２１及び補助ブレード軸受２２と一体的に形成される。風力タービンロータ全体は、接着された複合材構成部品で形成され得る、またはいくつかの非複合材構成部品を含み得る。従って、このロータはスペースフレームと等しい複合材と考えられ得る。
【０１２３】
図７は、任意の実施態様に使用され得るが、一例として、図２に示されるロータに関連する、発電機ロータ及びステータ構造の一部を示す。発電機ロータ９は、第１及び第２の環状ヨーク２３を含む。この第１及び第２の環状ヨークは、発電機ロータの主要構造部分を形成する。ヨーク２３は磁束経路も提供し、従って、この目的のための十分な厚さを有し、適切な強磁性材料から成らなければならない。ヨーク２３は、部材１５及び１６の半径方向外側端部に固定される。
【０１２４】
この実施態様において、永久磁石２５はロータ９に固定される。特に、永久磁石２５のそれぞれは、扇状の形であるとともに強磁性取付板２４に固定される。取付け板２４は、磁石がヨーク２３に組み立てられるまたはヨーク２３から分解されることを可能にするように、例えば、ボルト２６を用いて、ヨーク２３に取り外し可能に固定される。
【０１２５】
ステータ１０は、コア又はフォーマ（ｆｏｒｍｅｒ）を必要とすることなく発電機内で作用する力に対してコイルの形状及び構造を維持するよう、例えば、エポキシ樹脂中に「埋め込まれた」複数のコイル１９を含む。コイル１９は、第１および第２のヨーク２３上で対向する磁石２５の間に定められる磁性空気間隙内に配置される。空気間隙内の磁場は実質的に均一であるので、発電機性能は、磁石２５に対するコイル１９の軸方向位置に耐性がある。空気間隙を定める各対向する対の磁石は、互いに対向する反対の磁極を有する。また、ヨーク上の永久磁石の磁極は、円周方向に（或いは軸４の周りに角度的に）互い違いになる。したがって、それぞれのコイル１９は交流を発電し、コイルは、所望の電力出力を提供するために、任意の適切な、例えば、既知の技法に従って相互接続され得る。
【０１２６】
最適な発電機性能のための特定の最少厚さであるべき概して平坦な磁石の背後の磁束経路の必要性が活用される。この厚さの殆どはヨーク２３によってもたらされる。従って、このヨークは比較的強く、トルクの伝達のための発電機ロータの構造の一部を形成する。磁石２５を取り付けるために別個の取付板２４を使用することは、発電機ロータ９の製造並びに損傷した磁石の除去および交換のような保守に便利である。
【０１２７】
発電機ロータ９の、磁石の取付け前に溶接又は機械加工され得る連続的な環状ヨーク２３および、磁石２５を支持する板２４の形態の複数の別個のセグメントへの分割は、磁石がロータの組立て中により小さいグループ又はセグメントに取り付けられることを可能にする。この場合もやはり、これは、組立および、損傷した磁石を交換するための使用中の除去、或いは、如何なる他の目的のためにも便利である。このような構成は、取付板２４及び磁石２５が発電機ロータ構造の外側から半径径方向に、図７に示されるように磁性空気間隙を通過するコイルの部分よりも広くなる傾向にあるコイル１９のコイル端と干渉することなしに、据え付けられることを可能にする。コイル１９を備えるステータ１０は、タービンロータの組立て中に同様に半径方向に据え付けられる複数の概して扇形の要素として形成される。構成部品の全てを発電機リム部に収容するために、各ステータ要素は、隣接する磁石２５と同時に、それらの取付板２４上に据え付けられる。これは環状ヨーク２３によって形成される主発電機リム部構造が連続的であることを可能にする。
【０１２８】
図８は、接続部２０がブレード取付部の延長された尾部の代わりにリンクの形態である点で図１に示されたものと異なる風力タービンを示す。また、ピッチ軸受は半径方向にシャフト２に近くになる。さらに、ピン接続部２１が任意の適切な種類の異なる接続部によって交換される。
【０１２９】
ブレード７は可変ピッチである必要はなく、ブレード７はまたブレード取付装置８から分離して形成される必要もないことが認識されるべきである。
【０１３０】
可変ピッチ装置では、風力タービンのブレードは、相対風に対するそれらの角度を変化させしたがってロータの速度を制御するように、集団でまたは個別に制御される。このような装置は有効に機能するが、それらは、ブレードがそれらの長手方向または「ピッチ」軸の周りに回転可能に取り付けられることを必要とする。電気モータ等のアクチュエータがブレードピッチを変化させるために必要とされ、制御装置がブレードピッチを制御するために必要とされる。これはこのような風力タービンのコストおよび複雑さを増大させるとともに保守の必要性を追加し得る。
【０１３１】
風力タービンは、失速制御された速度制御装置を有し得る。失速制御または調節の場合、ブレードは、それらのピッチ軸周りに回転可能ではなく、流入速度（先端速度比）のための最適な回転速度の近くで動作するように分配されたねじれを持つハブに固定される。最適より上の速度の関係では、迎え角が減少するとともに生じるトルクが減少する。最適より下の速度の関係では、迎え角が増加し、ブレードを失速させ、トルクを発生させるリフトを減少させ、抵抗を増大させる。この調節機構の一部は、発電機からの反力トルクの供給によって或いは、機械的または空力制動システムによって、ロータの回転速度を制御する能力に依存し得る。したがって、このようなものは必要に応じてまたは望ましいように提供され得る。
【０１３２】
失速制御のアプローチの結果は、ピッチ制御式タービンに比べてより高い荷重がロータおよびタービンシステムに与えられることであり得る。しかし、失速調節のシステムの単純さおよびより大きいシステムの信頼性は、多くの用途で、経済的に魅力的にする。
【０１３３】
いくつかの実施形態では、ブレード７は、例えば上述の複合材料を使用して、ブレード取付装置８と一体に形成され得る。例えば、全ロータが上述の複合材料で形成された場合、全てのブレード７を含むブレードロータ全体が一体に形成されることも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年12月6日(2012.12.6)
【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】
シャフトと；
複数のブレード装置であって、それぞれの前記ブレード装置が前記シャフトの周りに回転可能であるとともにブレードを有する、複数のブレード装置と；
前記シャフトに沿って軸方向に離間された少なくとも第１および第２の軸受装置と；
前記シャフトに回転固定されるステータ、および前記第１および前記第２の軸受装置に接続されたリムを有する発電機ロータを有するダイレクトドライブ発電機と；を有する：
風力タービンであって、
前記第１および前記第２の軸受装置のそれぞれは、半径方向の力を前記発電機ロータから前記シャフトに伝達するとともに、前記第１および前記第２の軸受装置の少なくとも一方が独立して曲げモーメントを前記シャフトに伝達し、
前記ブレード装置のそれぞれは、前記ブレード装置によって生成されたトルクを直接前記リムに伝達するように、前記リムにおけるまたは前記リムに隣接したポイントに接続され、
前記ブレード装置のそれぞれが前記発電機に跨る第１および第２の脚部を有する、
風力タービン。
【請求項２】
前記ステータが前記第１と前記第２の軸受装置との間に配置される、
請求項１に記載の風力タービン。
【請求項３】
各前記ブレード装置は、ピッチ軸受によって残りの前記ブレード装置に接続されるブレードを有する、
請求項１または２に記載の風力タービン。
【請求項４】
前記リムが第３および第４の脚部の複数の対それぞれによって前記第１および前記第２の軸受装置に接続され、前記第３および前記第４の脚部の各対は前記シャフトの軸を含むまたは前記シャフトの軸に平行な平面内に配置される、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の風力タービン。
【請求項５】
前記ブレード装置のそれぞれは、可撓性である並びに／または、ブレード装置および／または前記ポイントに対して旋回されるリンクによって、前記ポイントに接続される、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の風力タービン。
【請求項６】
前記第１および前記第２の軸受装置のそれぞれは、前記シャフトに曲げモーメントを伝達する、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の風力タービン。
【請求項７】
前記第１および前記第２の脚部は、前記第１および前記第２の軸受装置にそれぞれ接続される、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の風力タービン。
【請求項８】
前記発電機ロータは、前記ブレード装置の角度関係を少なくとも部分的に維持するとともに前記ブレード装置から分離され、
各前記ブレード装置は、前記ブレード装置から前記シャフト周りに実質的に専ら前記発電機ロータに作用するトルクを伝えるように構成される、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の風力タービン。
【請求項９】
前記ブレード装置は、半径方向外側の端部で支持されていないブレードを有する、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の風力タービン。
【請求項１０】
前記軸受装置または各前記軸受装置は、アウターレースがパイプに剛結される複数の平面または転がり軸受を有する、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の風力タービン。
【請求項１１】
前記ブレード装置および前記ブレードは、前記発電機ロータから分離されたブレードロータを形成する、
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の風力タービン。
【請求項１２】
前記発電機ロータは前記ブレードロータ内にある、
請求項１１に記載の風力タービン。
【請求項１３】
各前記ブレードは、前記シャフトに平行に作用する全ての力の構成成分に対する力の中心を有し、前記第１および前記第２の脚部は、前記力の中心においてまたは前記力の中心に隣接して実質的に互いに交差する線上を延びる、
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の風力タービン。
【請求項１４】
前記第１および前記第２の脚部は、前記ブレードのための取付部を提供する前記ブレード装置の外側部分に一緒に接続される、半径方向外側の端部を有する、
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の風力タービン。
【請求項１５】
前記ブレードのための前記取付部は、前記ブレードのピッチが制御されることを可能にするように、前記ブレードがその長手方向軸周りに旋回することを可能にする、
請求項１４に記載の風力タービン。
【請求項１６】
各前記ブレード装置は、前記ブレード装置から前記発電機ロータに前記シャフト周りにトルクを伝達するための第１の部材によって前記発電機ロータに接続され、
前記第１の部材は、前記ブレード装置に作用する全ての力の、前記シャフトと平行に作用する成分の前記発電機ロータへの伝達を減らすまたは防ぐように、弾性を有する、および／または前記ブレード取付装置および前記発電機ロータに関節接続される、
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の風力タービン。
【請求項１７】
各前記第１の部材は、前記ブレードと残りの前記ブレード装置との間に配置され、前記ブレードが取り付けられる、プレートに接続される、
請求項１６に記載の風力タービン。
【請求項１８】
各前記ブレードは、ピッチ軸受を介して前記プレートに取り付けられる、
請求項１７に記載の風力タービン。
【請求項１９】
各前記ブレード装置は、前記軸を含む第２の平面内に配置され、一緒に前記ブレードに接続される第１の端部および前記シャフトに平行に離間されたそれぞれの位置で少なくとも１つの前記軸受部材に接続される第２の端部を有する、第２および第３の部材を有する、
請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の風力タービン。
【請求項２０】
各前記ブレードは、前記シャフトに平行に作用する全ての力の構成成分に対する力の中心を有し、前記第２および前記第３の部材は、前記力の中心においてまたは前記力の中心に隣接して実質的に互いに交差する線上を延びる、
請求項１９に記載の風力タービン。
【国際調査報告】
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