(57)【要約】  本発明は、ステータ集合体（１９，１１７，２０８，３０８）とロータ集合体（１１８，１１６，２１９，３１４）とを有する風車のための直接駆動発電機に関し、ステータ集合体（１９，１１７）及び／又はロータ集合体（１１６，２１９，３１４）は少なくとも部分的に可撓性の前側エンドプレート及び／又は後側エンドプレート（２９，１１８，１２７，２２０，３１５）を有しており、少なくとも１つのエンドプレート（２９，１１８，１２７，２２０，３１５）が少なくとも部分的にガラス繊維から形成されている。
2011521162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ集合体（１９，１１７，２０８，３０８）と、
ロータ集合体（１８，１１６，２１９，３１４）とが設けられており、
ステータ集合体（１９，１１７）及び／又はロータ集合体（１１６，２１９，３１４）が少なくとも１つの少なくとも部分的に可撓性の前側エンドプレート及び／又は後側エンドプレート（２９，１１８，１２７，２２０，３１５）を有する、風車のための直接駆動発電機において、
少なくとも１つのエンドプレート（２９，１１８，１２７，２２０，３１５）が少なくとも部分的にガラス繊維から形成されていることを特徴とする、風車のための直接駆動発電機。
【請求項２】
中心軸線（Ａ）を有しており、少なくとも１つのエンドプレート（２９，１１８，１２７，２２０，３１５）が、少なくとも部分的に、中心軸線（Ａ）の方向である程度可撓性である、請求項１記載の直接駆動発電機。
【請求項３】
少なくとも１つのエンドプレートが、環状のエンドプレート（２９，１１８，１２７，２２０，３１５）である、請求項１又は２記載の直接駆動発電機。
【請求項４】
少なくとも１つのエンドプレート（２９，１１８，１２７，２２０，３１５）が、約１５〜５０ｍｍの厚さを有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の直接駆動発電機。
【請求項５】
ステータ集合体（１９，１１７）が、実質的にロータ集合体（１８，１１６）の周囲に配置されていて、前側エンドプレート（２９，１２６）と、後側エンドプレート（２８，１２７）と、前側エンドプレート（２９，１２６）と後側エンドプレート（２８，１２７）とを互いに結合する中空の円筒状のステータエレメント（３２，１２８）とを有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の直接駆動発電機。
【請求項６】
中空の円筒状のステータエレメント（３２，１２８）が、内側において、少なくとも１つの巻線が設けられた少なくとも１つの積層体（３３，１３３）を有している、請求項５記載の直接駆動発電機。
【請求項７】
ロータ集合体（１８，１１６）が、実質的にステータ集合体（１９，１１７）の内側に配置されている、請求項５又は６記載の直接駆動発電機。
【請求項８】
ロータ集合体（１１６）が、前側エンドプレート（１１８）と、後側エンドプレート（１１９）と、前側エンドプレート（１１８）と後側エンドプレート（１１９）とを互いに結合する中空の円筒状のロータエレメント（１２０）とを有している、請求項７記載の直接駆動発電機。
【請求項９】
中空の円筒状のロータエレメント（１２０）が、外側において、少なくとも１つの永久磁石（１２５）を有している、請求項８記載の直接駆動発電機。
【請求項１０】
ロータ集合体（２１９，３１４）が、実質的にステータ集合体（２０８，３０８）の周囲に配置されていて、前側エンドプレート（２２０，３１５）と、後側エンドプレート（２２１，３１６）と、前側エンドプレート（２２０，３１５）と後側エンドプレート（２２１，３１６）とを互いに結合する中空の円筒状のロータエレメント（２２２，３１７）とを有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の直接駆動発電機。
【請求項１１】
中空の円筒状のロータエレメント（２２２，３１７）が、内側において、少なくとも１つの永久磁石（２２３，３１８）を有している、請求項１０記載の直接駆動発電機。
【請求項１２】
ステータ集合体（２０８，３０８）が、実質的にロータ集合体（２１９，３１４）の内側に配置されていて、ステータ支持構造体（２０９，３０９）を有している、請求項１０又は１１記載の直接駆動発電機。
【請求項１３】
ステータ支持構造体（２０９，３０９）に、少なくとも１つの巻線（２１１，３１１）が設けられた少なくとも１つの積層体（２１０，３１０）が配置されている、請求項１２記載の直接駆動発電機。
【請求項１４】
請求項１から１３までのいずれか１項記載の直接駆動発電機と、少なくとも３つの軸受又は２つの軸受を有していて２つの軸受のうちの少なくとも１つが４点軸受である、ステータ集合体（１９，１１７，２０８，３０８）に対してロータ集合体（１８，１１６，２１９，３１４）を回転させるための駆動構成とを有することを特徴とする風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風車のための直接駆動発電機、及びこのような直接駆動発電機を有する風車に関する。
【０００２】
原理的に、風車の駆動構成に関して２つの主な形式の風車が存在する。第１の形式の風車は、主軸と風車の発電機との間に配置されたギヤボックスを有するより従来型の風車である。第２の形式の風車は、直接駆動発電機若しくは直接駆動される発電機を有するギヤレス式である。このような直接駆動発電機は、風力ロータを備えた又はロータに取り付けられた永久磁石を備えた同期発電機として形成することができるか、又は択一的なタイプの発電機として設計することができる。直接駆動発電機の形式にかかわらず、発電機のロータとステータとの間の空隙の幅は、風車ロータ、主軸及び直接駆動発電機の配列が荷重を受けた場合でさえも、風車及び直接駆動発電機それぞれの運転中に一定に保持されるか又は少なくとも所定の公差に保持されることが好ましい。
【０００３】
したがって、直接駆動発電機を有する風車の駆動構成のための様々な軸受配列が発展されてきた。これまで直接駆動発電機の従来型の軸受配列は、２軸受配列である。この場合、風車のロータに結合された発電機のロータは、２つの軸受によって、定置の内側軸又は固定された内側軸に向かって支持されている。ステータは一方の側において定置の内側軸に取り付けられている。これによりロータは定置の内側軸の周囲をステータに対して回転することができる。このような設計を備えた風車は例えば欧州特許出願公開第１６４１１０２号明細書及び米国特許第６４８３１９９号明細書に記載されている。このような設計の欠点は、ステータの１側支持が、特に発電機構造全体が重力及び質量慣性だけでなく不均衡な磁気的引張力をも受けた時に、ステータの支持されていない側において空隙の幅を少なくとも実質的に一定に維持することを困難にするということである。この欠点を軽減するために、このような２軸受配列を備える直接駆動発電機は、ステータの比較的大きな曲げモーメントを吸収することができる大きくかつ重いステータ支持構造を必要とする。このようなステータ支持構造は例えば国際公開第０２／０５４０８号パンフレットに記載されており、この場合、ステータ支持構造は、多数の支持アームを有する支持構造を含む。
【０００４】
択一的な設計において、２軸受配列は、定置の内側軸に取り付けられた定置の内側軸受部分と、直接駆動発電機のロータを支持する回転する外側軸受部分とを備えた１つの軸受と置き換えられる。１つの軸受を備える直接駆動発電機を有する風車が、米国特許出願公開２００６／０１５２０１４号明細書及び国際公開第０２／０５７６２４号パンフレットに開示されている。しかしながら、２つの軸受を１つの軸受と置き換えることは、片側で支持されたステータ構造の欠点を実質的に変更しない。
【０００５】
幾つかの別の解決策において、定置の内側軸概念は回転軸概念と置き換えられる。発電機のステータは回転軸概念に従って両側において支持されているので、発電機のロータとステータとの間の空隙の幅を少なくとも実質的に一定に保持することがより容易である。回転軸概念の２つの公知の態様が存在し、一方の態様は２軸受配列を備え、他方の態様は４軸受配列を備える。
【０００６】
２軸受配列によれば、発電機の軸受は、風車のための主軸の軸受として働き、この主軸は風車ロータに結合されている。ステータ構造は、主軸に向かって支持されていて、風車の台板に取り付けられている。このような設計を有する風車は米国特許第７１１９４５３号明細書及び国際公開第０３／０２３９４３号パンフレットに開示されている。この設計の欠点は、ステータ構造が、空隙の幅を所要の公差内に保持するために、全ての風車ロータ荷重、すなわち風車ロータの重量及び全ての非対称の空力力とを吸収するように寸法決めされる必要がある。大型の風車では、これは、極めて重くかつ高価なステータ構造につながる。
【０００７】
４軸受配列では、一方の端部において風車ロータに結合された風車の主軸は、専用の２つの軸受によって支持されており、他方の端部において直接駆動発電機を支持している。直接駆動発電機は、ロータをステータ内でセンタリングするための２軸受配列を有している。このような風車の例は米国特許第６７８１２７６号明細書に記載されている。この主軸が取り付けられた構成において、発電機のステータは発電機ロータによって支持されており、トルクは発電機からトルクアームを介して風車の台板に伝達される。トルクアームは、主軸、つまり発電機と、風車台板との間の僅かな不整合を許容するために、例えばゴムエレメントによって提供されるある程度の可撓性を有する必要がある。ロータにおけるステータの両側支持は、比較的軽量のステータ構造を可能にする。この設計の主な欠点は、全部で４つの軸受が必要であることであり、全トルクが少なくとも部分的にこれらの軸受を通過しなければならないことである。大型の風車の場合、これは比較的大きくかつ高価な軸受を意味する。さらに、大型の風車の場合、トルクアームは、比較的実質的でかつ重い構造になる。
【０００８】
米国特許第４２９１２３５号明細書には、風車のための別の軸受配列が記載されている。風車は、定置の軸と、内側ステータ及び外側ロータを有する直接駆動発電機とを有している。内側ステータが定置の軸に配置されている。外側ロータは、風車のハブに結合されており、このハブは、前側において前側軸受によって定置の軸に結合されており、後側において後側軸受によって定置の軸に結合されている。これにより、軸受配列は、許容荷重に関して最適ではない。
【０００９】
さらに、これ以前に公表されていないＥＰ０７０１３５１９．９には、ロータ及びステータを備える直接駆動発電機を有する風車が記載されている。直接駆動発電機のロータは、主軸の後側に取り付けられており、主軸は２つの主軸受によって支持されている。ステータは、実質的にロータの周囲に配置されており、前側エンドプレートと、後側エンドプレートと、前側エンドプレートと後側エンドプレートとを互いに結合するケーシングエレメントとを有している。ステータの後側エンドプレートは第３の軸受によってロータ又は主軸に支持されている。ステータの前側エンドプレートは、風車の定置部分に少なくとも間接的に取り付けられている。したがって、これ以前に公表されていないＥＰ０７０１３５１９．９には、３軸受配列が記載されている。
【００１０】
このような３軸受構造は、時には不静定である可能性がある。この場合、取付公差や、主軸及び／又は直接駆動発電機への重力又は外部荷重の結果として生じる変形によるあらゆる不整合が、潜在的に、それ自体が早期の軸受故障を生じる恐れがある、風車の３つの軸受の間の不均一な荷重分布につながる恐れがある。したがって、ステータの前側エンドプレートは、少なくとも部分的に、主軸の中心軸線の方向に十分に可撓性である。
【００１１】
つまり、３軸受配列の不静定の潜在的問題は、主軸の中心軸線の方向での前側エンドプレートの十分な可撓性を設定することによって排除される。前側エンドプレートは、空隙を維持するためにステータを半径方向で実質的に堅固に支持するが例えば大きな抵抗なく主軸の曲げを可能にするために容易にたわむ膜として働く。
【００１２】
本発明の目的は、好適にはエンドプレートの十分な可撓性を保証するために風車の直接駆動発電機の可撓性のエンドプレートのための適切な材料を示すことである。
【００１３】
この目的は、本発明によれば、ステータ集合体とロータ集合体とを有する風車のための直接駆動発電機であって、ステータ集合体及び／又はロータ集合体が少なくとも１つの、少なくとも部分的に可撓性の前側エンドプレート及び／又は後側エンドプレートを有しており、少なくとも一方のエンドプレートが少なくとも部分的に、好適には完全にガラス繊維から形成されているものによって達成される。ガラス繊維は、比較的小さな弾性係数を有しているので、所要の可撓性に関して、少なくとも一方のエンドプレートのための適切な材料である。さらに、ガラス繊維は、風車の洋上用途のような攻撃的な環境においても優れた腐食挙動を有する。発電機のための材料としてのガラス繊維の別の利点は、十分に電気的に絶縁性であることである。したがって、ガラス繊維から形成された少なくとも１つのこのようなエンドプレートを有する直接駆動発電機は、時に不静定となる可能性がある駆動構成、例えば３軸受構造を備える駆動構成を有する風車に適している。
【００１４】
本発明の実施形態によれば、直接駆動発電機は中心軸線を有しており、少なくとも一方のエンドプレートは、少なくとも部分的に、中心軸線の方向である程度可撓性である。すなわち、例えば３軸受構成の不静定の潜在的な問題は、直接駆動発電機の中心軸線の方向での少なくとも一方のエンドプレートの十分な可撓性を提供することによって排除される。必要な場合は、例えば風車の駆動構成の３つの軸受の間に不均一な荷重分布が実質的に生じないように、大きな抵抗なく風車の駆動構成の個々の構成部材の例えば曲げを可能にするために、少なくとも一方のエンドプレートが容易にたわむ。
【００１５】
本発明の変化態様によれば、少なくとも一方のエンドプレートは環状のエンドプレートである。本発明の別の態様によれば、少なくとも一方のエンドプレートは、中心軸線方向で約１５〜５０ｍｍ、好適には２０〜３０ｍｍの厚さを有している。つまり、少なくとも一方のエンドプレートは、例えば少なくとも一方のエンドプレートの構造に応じて、少なくとも一方のエンドプレートが比較的小さな曲げ剛性を有するような寸法を有している。
【００１６】
発明の実施形態において、ステータ集合体は、実質的にロータ集合体の周囲に配置されており、前側エンドプレートと、後側エンドプレートと、前側エンドプレートと後側エンドプレートとを互いに結合する中空の円筒状のステータエレメントとを有している。好適には、中空の円筒状のステータエレメントは、内側に、少なくとも１つの巻線、通常は複数の巻線が設けられた少なくとも１つの積層体を有している。
【００１７】
発明の別の実施形態において、ロータ集合体は実質的にステータ集合体の内側に配置されている。特に、ロータ集合体は、前側エンドプレートと、後側エンドプレートと、前側エンドプレートと後側エンドプレートとを互いに結合する中空の円筒状のロータエレメントとを有している。好適には、中空の円筒状のロータエレメントは、外側に、発電のために、巻線を備えた積層体に向き合って配置された少なくとも１つの永久磁石を有している。概して、複数の永久磁石は、中空の円筒状のロータエレメントの外面に配置されている。
【００１８】
発明の別の実施形態において、ロータ集合体は実質的にステータ集合体の周囲に配置されており、前側エンドプレートと、後側エンドプレートと、前側エンドプレートと後側エンドプレートとを互いに結合する中空の円筒状のロータエレメントとを有している。好適には、中空の円筒状のロータエレメントは、内側に少なくとも１つの永久磁石を有している。概して、複数の永久磁石は、中空の円筒状のロータエレメントの内面に配置されている。
【００１９】
発明の変化態様によれば、ステータ集合体は、実質的にロータ集合体の内側に配置されており、ステータ支持構造体を有している。好適には、少なくとも１つの巻線、通常は複数の巻線が設けられた少なくとも１つの積層体が、発電のために、永久磁石と向き合ってステータ支持構造体に配置されている。
【００２０】
本発明の目的は、前述のような直接駆動発電機と、少なくとも３つの軸受又は２つの軸受を有する、ステータ集合体に対してロータ集合体を回転させるための駆動構成とを有する風車であって、２つの軸受のうちの少なくとも一方が、少なくとも１つの４点軸受を備えた２軸受配列が３軸受配列のように動作するように、通常は２つの軸受の動作を典型的に示す４点軸受であるものによって達成される。
【００２１】
以下に本発明を概略的な図面を参照してより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】可撓性のエンドプレートを有する直接駆動発電機を有する第１の形式の風車を示す図である。
【図２】２つの可撓性のエンドプレートを有する直接駆動発電機を有する第２の形式の風車を示す図である。
【図３】可撓性のエンドプレートを有する直接駆動発電機を有する第３の形式の風車を示す図である。
【図４】可撓性のエンドプレートを有する直接駆動発電機を有する第４の形式の風車を示す図である。
【００２３】
図１は、風車１のタワー３の風下側に配置された直接駆動発電機２を有する風車１の第１の実施形態を概略的に示している。
【００２４】
タワーフランジ４はタワー３の頂部に配置されている。台板５はタワーフランジ４に取り付けられている。風車１は、明確に示されていない形式で、風車の台板５を軸線Ｙを中心にして、台板５に直接又は間接に取り付けられた風車１の他の構成部材と一緒に回転させるためのヨーシステムを有している。
【００２５】
軸受ハウジング６は台板５に堅固に配置されている。軸受ハウジング６は、２つの主軸受７及び８を有している。主軸受７，８のそれぞれの固定された部分は軸受ハウジング６に取り付けられており、主軸受７，８のそれぞれの回転部分は主軸９に取り付けられている。前端において、主軸９は風車１のハブ１１に結合されている。ハブ１１は、３つの、図示されていないが公知の風車ロータ翼のための３つの取付け装置１２を有している。
【００２６】
後端において、主軸９は、主軸９に堅固に結合された環状のフランジ１３を有している。軸受ハウジング６も、後端に、環状のフランジ１４を有している。前側に第１のフランジ１６を備えかつ後側に第２のフランジ１７を備える管状の結合部材１５が、軸受ハウジング６の環状のフランジ１４とボルト締結されている。
【００２７】
直接駆動発電機２は、主軸９及び軸受ハウジング６、ひいては台板５に配置されている。主軸９及び直接駆動発電機２は、共通の中心軸線Ａを有している。直接駆動発電機２は、ロータ集合体１８及びステータ集合体１９を有する１つのユニットである。
【００２８】
ロータ集合体１８は、前側に環状のフランジ２０を有している。環状のフランジ２０は主軸９の環状のフランジ１３とボルト締結されている。詳細に示されていない永久磁石２４はロータ集合体１８の環状エレメント２３の外面に取り付けられている。後側においてロータ集合体１８は突起２５を有している。管状の突出部２６がボルトによって突起２５に取り付けられている。第３の軸受２７は管状の突出部２６に配置されている。
【００２９】
ステータ集合体１９は、第３の軸受２７の実質的に定置の部分若しくはハウジングに取り付けられた、ステータの環状の後側エンドプレート２８を有している。
【００３０】
さらに、ステータ集合体１９は、環状フランジ３０を有する、ステータの環状の前側エンドプレート２９を有している。前側エンドプレート２９の環状フランジ３０と、管状結合部材１５の環状フランジ１７とは互いにボルト締結されている。中空の円筒状のステータエレメント３２は、環状の前側エンドプレート２９と環状の後側エンドプレート２８とを互いに結合している。中空の円筒状のステータエレメント３２は、内側及び内面にそれぞれ、巻線を備えた積層体３３を有している。
【００３１】
ステータ集合体１９の巻線を備えた積層体３３と、ロータ集合体１８の永久磁石２４とは、約５ｍｍの中間の環状の空隙３４を備えながら互いに向き合って配置されている。すなわち、ロータ集合体１８は、中心軸線Ａを中心にステータ集合体１９に対して主軸９と一緒に回転することができる。
【００３２】
特に主軸９及び直接駆動発電機２を有する前記３軸受構成によれば、ステータ集合体１９は、後側において後側エンドプレート２８を用いてロータ集合体１８に第３の軸受２７を介して支持されており、前側において前側エンドプレート２９を用いて軸受ハウジング６を介して、主軸受８に近い風車台板５の固定された構造に支持されている。
【００３３】
３軸受配列が不静定である状況を回避するために、台板５の固定された構造に支持されたステータ集合体１９の前側エンドプレート２９は、ガラス繊維から形成されており、ひいては、中心軸線Ａの方向で十分な可撓性を有している。これにより、前側エンドプレート２９は、空隙３４の幅を実質的に一定に維持するために実質的に半径方向で堅固にステータ集合体１９を支持するが大きな抵抗なく例えば主軸９の曲げを許容するために容易にたわむ膜として作用する。したがって、前側エンドプレート２９は、約１５〜５０ｍｍ、好適には２０〜３０ｍｍの厚さを有しており、比較的小さな曲げ剛性を有している。前側エンドプレートは、例えば主軸９がたわみによって僅かに変位させられた場合に軸線Ａの方向に単に受動的にたわむ。つまり、ロータ集合体１８が取り付けられた主軸９の曲げが生じた場合、前側エンドプレート２９は中心軸線Ａの方向に曲がり、空隙３４の幅は実質的に一定に又は所要の公差内に維持される。さらに、風車の３つの軸受の間の不均一な荷重分布が回避される。
【００３４】
図２は、風車１００のタワー１０３の風上側に配置された直接駆動発電機１０２を有する風車１００の第２の実施形態を概略的に示している。
【００３５】
保持アーム１０６はベース側において台板１０５に直接に配置されている。他方の側において、保持アーム１０６はフランジ１０８を有している。定置の軸１０７は、フランジ１０９を用いてフランジ１０８に取り付けられている。
【００３６】
主軸１１０は、第１の主軸受１１１及び第２の主軸受１１２によって定置の軸１０７に向かって支持されている。前端において、主軸１１０は風車１００のハブ１１４に結合されている。ハブ１１４は、３つの、明瞭に示されていないが公知の風車ロータ翼のための３つの取付け装置１１５を有している。
【００３７】
直接駆動発電機１０２は、実質的に主軸１１０の周囲に配置されており、ロータ集合体１１６とステータ集合体１１７とを有している。
【００３８】
ロータ集合体１１６は、ロータの環状の前側エンドプレート１１８と、ロータの環状の後側エンドプレート１１９と、ロータの前側エンドプレート１１８と後側エンドプレート１１９とを互いに結合した中空の円筒状のロータエレメント１２０とを有している。中空の円筒状のロータエレメント１２０は、外縁に沿って、詳細に示されていない永久磁石１２５を支持している。
【００３９】
ステータ集合体１１７は、ステータの環状の前側エンドプレート１２６と、ステータの環状の後側エンドプレート１２７と、ステータの前側エンドプレート１２６と後側エンドプレート１２７とを互いに結合する中空の円筒状のステータエレメント１２８とを有している。中空の円筒状のステータエレメント１２８は、周縁部において、詳細に示されていない、巻線を備えた積層体１３３を支持している。
【００４０】
巻線を備えた積層体１３３と、永久磁石１２５とは、約５ｍｍの中間の環状の空隙１３４を備えながら、発電のために互いに向き合って配置されている。空隙１３４の幅は小さいので、空隙１３４は図２には明確に示されていない。
【００４１】
ロータ集合体１１６が主軸１１０と一緒に直接駆動発電機１０２の中心軸線Ａを中心として風車１００のステータ集合体１１７に対して回転することができるように、特に直接駆動発電機１０２は、第３の又は前側の発電機軸受１３５と、第４の又は後側の発電機軸受１３６とを有している。
【００４２】
第３の軸受１３５は、発明のこの実施形態の場合には、主軸１１０のフランジ１３７に取り付けられている。より正確には、第３の軸受の内側軸受シェルは、主軸１１０のフランジ１３７に堅固に取り付けられている。第３の軸受１３５の内側軸受シェルはさらに、ロータ集合体１１６の前側部分を支持する、ロータの前側エンドプレート１１８に堅固に取り付けられている。第３の軸受１３５の外側軸受シェルは、ステータ集合体１１７の前側部分を支持する、ステータの前側エンドプレート１２６に堅固に結合されている。
【００４３】
ステータ集合体１１７の後側部分は、定置の軸１０７のフランジ１０９及び保持構造に堅固に結合された、ステータの後側エンドプレート１２７によって支持されている。発明のこの実施形態の場合に、第４の軸受１３６の内側軸受シェルはステータの後側エンドプレート１２７に堅固に取り付けられており、ロータ集合体１１６の後側部分を支持する、ロータの後側エンドプレート１１９は、第４の軸受１３６の外側軸受シェルに堅固に結合されている。
【００４４】
主軸１１０と、第１の主軸受１１１と、第２の主軸受１１２と、ロータ集合体１１６と、ステータ集合体１１７と、第３の軸受１３５と、第４の軸受１３６とを有する前記構成に基づき、主軸１１０は、風車１００の運転時に、ロータ集合体１１６と一緒に、ステータ１１７に対して回転する。
【００４５】
この４軸受構成が発明のこの実施形態の場合に不静定である状況を回避するために、主軸１１０に堅固に支持されたロータの前側エンドプレート１１８と、保持構造に堅固に支持されたステータの後側エンドプレート１２７とは、ガラス繊維から形成されており、ひいては、中心軸線Ａの方向に十分な可撓性を有している。この場合、ロータの前側エンドプレート１１８とステータの後側エンドプレート１２７とは、約１５〜５０ｍｍの厚さ、好適には２０〜３０ｍｍの厚さと、比較的小さな曲げ剛性とを有している。これにより、これらのエンドプレート１１８，１２７は、空隙１３４の幅を維持するために半径方向で実質的に堅固にロータ集合体１１６及びステータ集合体１１７を支持しているが大きな抵抗なく例えば主軸１１０の曲げを許容するために容易にたわむ膜として作用する。例えば主軸１１０がたわみによって僅かに変位させられると、エンドプレート１１８，１２７は単に受動的にたわむ。つまり、ロータ集合体１１６及びステータ集合体１１７が結合された主軸１１０の曲げが生じた場合、ロータの前側エンドプレート１１８とステータの後側エンドプレート１２７とは、実質的に個々に中心軸線Ａの方向に曲がり、空隙１３４の幅は実質的に一定に又は所要の公差内に維持される。さらに、風車の４つの軸受の間の不均一な荷重分布が回避される。
【００４６】
図３は、風車２００のタワー２０３の風上側に配置された、中心軸線Ａを有する直接駆動発電機２０２を有する風車２００の第３の実施形態を概略的に示している。
【００４７】
風車２００は定置の外側軸２０６を有している。定置の外側軸２０６の後側は、台板２０５に取り付けられた保持部材２０７に取り付けられている。定置の外側軸２０６の前側には、直接駆動発電機２０２のステータ集合体２０８が配置されている。ステータ集合体２０８は、ステータ支持構造体２０９と、巻線２１１を備えた積層体２１０とを有している。ステータ支持構造体２０９は、積層体２１０の２箇所支持のための２つの支持エレメント２１２を有している。発明のこの実施形態の場合、支持エレメント２１２は、定置の外側軸２０６の外側に取り付けられている、例えばボルト締結されている。環状の支持エレメント２１２は、コンパクトであることができるか、又はスポーク又はスポーク構造を有することができる。一種の中空の円筒状の支持エレメント２１３が、環状の支持エレメント２１２の外端に取り付けられている。中空の円筒状の支持エレメント２１３は、巻線２１１を備えた管状の積層体２１０を支持している。積層体２１０は、それぞれが少なくとも１つの巻線２１１を有する、リングセグメント状の積層体セグメントを有することができ、これらの積層体セグメントは、全体として積層体２１０を構成する。
【００４８】
回転可能な内側軸２１４は、定置の外側軸２０６の内側に配置されており、２つの主軸受２１５，２１６によって定置の外側軸２０６に対して、回転可能に支持されている。発明のこの実施形態の場合、中心軸線Ａは、直接駆動発電機２０２と、回転可能な内側軸２０６と、定置の外側軸２１４との共通の中心軸線Ａである。ハブ２１７は、例えばボルトによって、回転可能な内側軸２１４の前端に結合されている。ハブ２１７は、３つの図示されていないが公知の風車ロータ翼のための３つの取付け装置２１８を有している。つまり、回転可能な内側軸２１４はハブ２１７と一緒に回転することができる。
【００４９】
ロータ集合体２１９は、実質的にステータ集合体２０８の周囲に配置されている。発明のこの実施形態の場合、ロータ集合体２１９は、環状の前側エンドプレート２２０と、環状の後側エンドプレート２２１と、環状の前側エンドプレート２２０と環状の後側エンドプレート２２１とを互いに結合する中空の円筒状のロータエレメント２２２とを有している。内側において、中空の円筒状のロータエレメント２２２は、実質的に積層体２１０と向き合って配置された複数の永久磁石２２３を有している。約５ｍｍの幅を有する空隙２２４は、永久磁石２２３と積層体２１０との間に配置されている。
【００５０】
発明のこの実施形態の場合、環状の前側エンドプレート２２０は、ハブ２１７及び回転可能な内側軸２１４に結合、例えばボルト締結されている。環状の後側エンドプレート２２１は、第３の軸受、いわゆる支持軸受２２５によって定置の外側軸２０６に結合されている。すなわち、ロータ集合体２１９も２箇所支持を有している。さらに、ロータ集合体２１９は、ハブ２１７及び回転可能な内側軸２１４と一緒に回転することができ、特に永久磁石２２３は、発電のために積層体２１０に対して回転する。
【００５１】
２つの主軸受２１５，２１６と支持軸受２２５とを含む３軸受配列が不静定である状況を回避するために、ロータ１１９の前側エンドプレート２２０は、中心軸線Ａの方向で十分に可撓性を有する。これにより、前側エンドプレート２２０は、空隙２２４の幅を維持するために半径方向で実質的に堅固にロータ集合体２１９を支持しているが例えば回転可能な内側軸２１４及び定置の外側軸１０６の曲げを大きな抵抗なく許容するために容易にたわむ膜として作用する。前側エンドプレート２２０は、比較的小さな曲げ剛性を有するような寸法を有している。前側エンドプレート２２０は、例えば回転可能な内側軸２１４がたわみによって僅かに変位させられた場合に単に受動的にたわむ。つまり、主軸受２１５，２１６によって互いに結合された回転可能な内側軸２１４及び定置の外側軸２０６の曲げが生じた場合、前側エンドプレート２２０は中心軸線Ａの方向に曲がり、空隙２２４の幅は実質的に一定に又は所要の公差内に維持される。やはり、３つの軸受の間の不均一な荷重分布が回避される。
【００５２】
前側エンドプレート２２０は、ガラス繊維から形成されており、約１５〜５５ｍｍ、好適には２０〜３０ｍｍの厚さを有している。ロータ２１９の後側エンドプレート２２１も、ガラス繊維又は鋼から形成されることができる。通常、後側エンドプレート２２１は、前側エンドプレート２２０よりも大きな厚さを有している。
【００５３】
発明の実施形態において、支持軸受は、中心軸線Ａの両方の方向に高い軸方向荷重を伝達することができる４点軸受である。
【００５４】
図４は、風車３００のタワー３０３の風上側に配置された、中心軸線Ａを有する直接駆動発電機３０２を有する風車の３００の第４の実施形態を概略的に示している。
【００５５】
風車３００は、定置の軸３０６を有している。定置の軸３０６の後側は、台板３０５に取り付けられた保持部材３０７に取り付けられている。定置の軸３０６の前側において、直接駆動発電機３０２のステータ集合体３０８が配置されている。ステータ集合体３０８は、ステータ支持構造体３０９と、巻線３１１を備えた積層体３１０とを有している。ステータ支持構造体３０９は、積層体３１０の２箇所支持のための２つの支持エレメント３１２を有している。支持エレメント３１２は、定置の軸３０６の外側に取り付けられた、例えばボルト締結された環状の支持エレメント３１２である。環状の支持エレメント３１２は、コンパクトであることができるか、又はスポーク又はスポーク構造を有することができる。一種の中空の円筒状の支持エレメント３１３が、環状の支持エレメント３１２の外端に取り付けられている。中空の円筒状の支持エレメント３１３は、巻線３１１を備えた環状の積層体３１０を支持している。積層体３１０は、それぞれが少なくとも１つの巻線３１１を有する、リングセグメント状の積層体セグメントを有することができ、これらの積層体セグメントは全体として積層体３１０を構成する。
【００５６】
ロータ集合体３１４は実質的にステータ集合体３０８の周囲に配置されている。発明のこの実施形態の場合、ロータ集合体３１４は環状の前側エンドプレート３１５と、環状の後側エンドプレート３１６と、環状の前側エンドプレート３１５と環状の後側エンドプレート３１６とを互いに結合する中空の円筒状のロータエレメント３１７とを有している。内側において、中空の円筒状のロータエレメント３１７は、実質的に積層体３１０に向き合って配置された複数の永久磁石３１８を有している。約５ｍｍの幅を有する空隙３１９は、永久磁石３１８と積層体３１０との間に配置されている。
【００５７】
発明のこの実施形態の場合、環状の前側エンドプレート３１５は、中心軸線Ａの両方の方向に大きな軸方向荷重を伝達することができる４点軸受３２０によって、定置の軸３０６に間接的に配置されている。適切な４点軸受は、例えば独国実用新案第２０１１６６４９号明細書に開示されている。４点軸受３２０の定置の部分３２１は定置の軸３０６に取り付けられている。４点軸受３２０の回転部分３２２は、発明のこの実施形態の場合、取付けリング３２３に結合されている。前側エンドプレート３１５及び風車３００のハブ３２４は、取付けリング３２３に取り付けられている、例えばボルト締結されている。ところでハブ３２４は、３つの図示されていないが公知の風車ロータ翼のための３つの取付け装置３２５を有している。
【００５８】
環状の後側エンドプレート３１６は、別の４点軸受３２６、いわゆる支持軸受３２６によって定置の軸３０６に結合されている。つまり、ロータ３１４は２箇所支持を有している。さらに、ロータ３１４はハブ３２４と一緒にステータ集合体３０８に対して回転することができ、この場合、特に永久磁石３１８は発電のために積層体３１０に対して回転する。
【００５９】
２つの４点軸受３２０及び３２６を含む軸受配列が不静定である状況を回避するために、ロータ集合体３１４の前側エンドプレート３１５は中心軸線Ａの方向で十分な可撓性を有している。これによって、前側エンドプレート３１５は、空隙３１９の幅を維持するためにロータ集合体３１４を半径方向で実質的に堅固に支持するが例えば大きな抵抗なく定置の軸３０６の曲げを許容するために容易にたわむ膜のように作用する。前側エンドプレート３１５は、比較的小さな曲げ剛性を有するような寸法を有している。前側エンドプレートは、例えば定置の軸３０６がたわみによって僅かに変位させられた時に単に受動的にたわむ。つまり、定置の軸３０６の曲げが生じた場合、前側エンドプレート３１５は、中心軸線Ａの方向に曲がり、空隙３１９の幅は実質的に一定に又は所要の公差内に維持される。前述のように、軸受の間の不均一な荷重分布が回避される。
【００６０】
前側エンドプレート３１５は、ガラス繊維から形成されており、約１５〜５５ｍｍ、好適には２０〜３０ｍｍの厚さを有している。ロータ集合体３１４の後側エンドプレート３１６もガラス繊維又は鋼から形成されることができる。通常、後側エンドプレート３１６は、前側エンドプレートよりも大きな厚さを有している。
【００６１】
さらに、両方の軸受、つまり主軸受３２０及び支持軸受３２６は４点軸受である必要はない。主軸受３２０のみ又は支持軸受３２６のみが４点軸受であることも可能である。
【００６２】
可撓性を有する環状のエンドプレートは、エンドプレート全体にこの可撓性を有する必要はない。つまり、環状のエンドプレートは様々な異なる領域を有することができる。環状のエンドプレートは、例えば風車の構成部材への取付けのための比較的剛性の領域と、中心軸線Ａの方向で前記可撓性を有する領域とを例えば有していてもよい。
【００６３】
さらに、個々のエンドプレートは完全にガラス繊維から形成されている必要はない。つまり、エンドプレートは、ガラス繊維から形成された、所要の可撓性を有する領域と、取付けのために別の材料、例えば鋼から形成された領域とを有していてよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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