(57)【要約】  風力タービンのための発電機が提供される。発電機はハウジングと、ハウジングに取り付けられた多部品から成るステータ配置とを備え、ステータ配置はロータアセンブリの径方向内側に向けられた面及び径方向外側に向けられた面を囲み、またハウジングに囲まれている。ロータアセンブリは風力タービンのメインシャフトに直接取り付けられるよう構成され、その結果メインシャフトの回転がロータアセンブリの回転と同じになる。ハウジングは、ロータがハウジングに対してその中心軸線の周りに自由に回転するよう、且つメインシャフトの変位によるロータの変位がハウジンングの径方向の変位と同じになるように、耐摩耗性要素によりロータへ機械的に連結される。
2014529286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービンのための発電機であって；
中心軸線を画成するハウジングと；
前記ハウジングの内表面に取り付けられ、前記中心軸線を中心とするステータ配置と；
ロータアセンブリであって、前記ロータアセンブリは、前記風力タービンのメインシャフトの回転が前記ロータアセンブリの回転と同じになるように前記風力タービンのメインシャフトへ直接に取り付けられるように構成され、前記ロータアセンブリは径方向内側に向けられた面及び径方向外側に向けられた面を有し、前記径方向内側に向けられた面及び前記径方向外側に向けられた面のそれぞれは前記ステータ配置の一部に対向している、ロータアセンブリとを備え；
前記ハウジングは、前記ロータアセンブリが前記ハウジングに対して相対的に自由に回転するよう、且つ前記ロータアセンブリの前記ハウジングの前記中心軸線からの変位が前記ステータ配置の変位と同じになるように前記ロータアセンブリに機械的に連結される；
風力タービンのための発電機。
【請求項２】
前記ハウジングは、前記中心軸線に垂直な面について合体する少なくとも２つの半割シェルを含む多部品から成るハウジングである、請求項１に記載の発電機。
【請求項３】
各半割シェルは外側リングとコアとを有し、前記外側リングは前記コアに取り付けられて前記ハウジング内にキャビティを画成し、前記ハウジングの前記中心軸線の一の側にほぼＴ形の断面を有する、請求項２に記載の発電機。
【請求項４】
前記ステータ配置は少なくとも３つの同心のリングを備える多部品から成るステータ配置である、
請求項１に記載の発電機。
【請求項５】
前記少なくとも３つの同心のリングは第１、第２及び第３のステータリングを含み、前記第１及び第２のステータリングは前記ロータアセンブリの径方向内側に向いた面の径方向内側にあり、前記第３のステータリングは前記ロータアセンブリの径方向外側に向いた面の径方向外側にある、請求項４に記載の発電機。
【請求項６】
前記少なくとも３つの同心のリングは第１、第２、第３及び第４のステータリングを含み、前記第１及び第２のステータリングは前記ロータアセンブリの径方向内側に向いた面の径方向内側にあり、前記第３及び第４のステータリングは前記ロータアセンブリの径方向外側に向いた面の径方向外側にある、請求項４に記載の発電機。
【請求項７】
前記少なくとも３つの同心のリングのそれぞれは複数の独立した円弧状のステータセグメントを備える、請求項４に記載の発電機。
【請求項８】
各ステータセグメントは前記ステータセグメントを通すように冷却剤を導く冷却手段を含む、請求項７に記載の発電機。
【請求項９】
前記ロータアセンブリは前記中心軸線の一の側にほぼＴ形の断面を有するロータ構造と、前記ロータ構造に取り付けられた複数のリング形の磁石構造を備える、請求項１に記載の発電機。
【請求項１０】
前記複数のリング形の磁石構造は第１、第２、第３及び第４の磁石リング構造を含み、前記第１及び第２の磁石リング構造は前記ロータアセンブリの前記径方向内側に向いた面に取り付けられ、前記第３及び第４の磁石リング構造は前記ロータアセンブリの前記径方向外側に向いた面に取り付けられる、請求項９に記載の発電機。
【請求項１１】
前記第１、第２、第３及び第４の磁石リング構造はそれぞれ前記ハウジングの前記中心軸線について同心円状に配置される、請求項１０に記載の発電機。
【請求項１２】
前記第１及び第２の磁石リング構造は前記ハウジングの前記中心軸線から径方向に等距離にあり、前記第３及び第４の磁石リング構造は前記ハウジングの前記中心軸線から径方向に等距離にある、請求項１１に記載の発電機。
【請求項１３】
前記ロータアセンブリは複数の規則的な間隔の、径方向外側に向けられた溝を有するロータ構造と、複数の棒形の磁石構造とを備え、前記複数の棒形の磁石構造のそれぞれは前記径方向外側に向けられた溝のそれぞれに取り付けられる、請求項１に記載の発電機。
【請求項１４】
前記複数の棒形の磁石構造は互いに平行に、且つ前記ハウジングの中心軸線に並行に配置される、請求項１３に記載の発電機。
【請求項１５】
前記複数の棒形の磁石構造のそれぞれは第１及び第２の端部を有するコアを含み、第１の磁石アセンブリが前記コアの第１の端部に隣接して取り付けられ、第２の磁石アセンブリが前記コアの第２の端部に隣接して取り付けられる、請求項１４に記載の発電機。
【請求項１６】
風力タービンのための発電機であって；
中心軸線を画成しキャビティを有するハウジングと；
前記キャビティ内の前記ハウジングに取り付けられ、前記ハウジングの前記中心軸線の周りに同心円状に配置されるステータ配置と；
前記中心軸線の周りに同心円状に配置され、互いに平行なロータフレーム構造の外周に配置される複数の磁石構造を有する前記ロータフレーム構造を含むロータアセンブリとを備え；
前記複数の磁石構造のそれぞれは径方向内側に向けられた面及び径方向外側に向けられた面を有し、前記径方向内側に向けられた面及び前記径方向外側に向けられた面のそれぞれは前記ステータ配置の一部に対向する；
風力タービンのための発電機。
【請求項１７】
前記複数の磁石構造のそれぞれは棒形であり；
第１の端部と第２の端部の間を長手方向に延在するコアと；
前記第１の端部に隣接する前記コアに置かれる第１の磁石アセンブリと；
前記第２の端部に隣接する前記コアに置かれる第２の磁石アセンブリとを備え；
前記第１の磁石アセンブリ及び前記第２の磁石アセンブリは前記コアに沿って互いに軸方向に間隔を有する；
請求項１６に記載の発電機。
【請求項１８】
前記第１の磁石アセンブリ及び前記第２の磁石アセンブリのそれぞれは第１及び第２の複数の磁石を含み、前記第１及び第２の複数の磁石は径方向に対向して間隔を置く関係で配置され、複数の同じ積層体が前記コアに沿って配置され、前記第１及び第２の複数の磁石のそれぞれを支持する；
請求項１７に記載の発電機。
【請求項１９】
前記複数の棒形の磁石構造のそれぞれの前記第１の磁石アセンブリは、前記ステータ配置の同心状の第１のステータリングと第２のステータリングとの間に径方向に介在し、前記複数の棒形の磁石構造それぞれの前記第２の磁石アセンブリは前記ステータ配置の同心状の第３のステータリングと第４のステータリングとの間に径方向に介在する；
請求項１７に記載の発電機。
【請求項２０】
前記ハウジングが、前記ロータアセンブリが前記ハウジングに対して自由に回転するように、且つ前記ハウジングの前記中心軸線からの前記ロータの変位が前記ステータ配置の変位と同じであるように、前記ロータアセンブリへ機械的に連結される、請求項１６に記載の発電機。
【請求項２１】
風力タービンであって；
支持フレームと；
前記風力タービンの中心軸線に沿って配置された、タービンのメインシャフトと、
ステータ配置とロータアセンブリとを備える発電機であって、前記ロータアセンブリは前記タービンのメインシャフトの回転が前記ロータアセンブリの回転と同じになるように前記タービンのメインシャフトに直接連結され、前記ステータ配置及び前記ロータアセンブリが前記発電機のハウジングの内側に配置される、発電機と；
前記支持フレームと前記ハウジングとの間に連結されるトルクアーム配置であって、前記トルクアーム配置は前記ハウジングに対する相対的な前記ロータアセンブリの回転に応じて前記ハウジングの回転に抗するようになされており、前記風力タービンの前記中心軸線に対する相対的な前記発電機の変位を許容するようになされている、トルクアーム配置とを備える；
風力タービン。
【請求項２２】
前記発電機の前記ロータアセンブリはロータフレーム構造を備え、前記ロータフレーム構造は互いに平行な前記ロータフレーム構造の外周に配置された複数の磁石構造を有し、前記複数の磁石構造のそれぞれは径方向内側に向けられた面と径方向外側に向けられた面とを有し、前記径方向内側に向けられた面と前記径方向外側に向けられた面のそれぞれは前記ステータ配置の一部に対向する、請求項２１に記載の風力タービン。
【請求項２３】
前記ハウジングは、前記ロータアセンブリが前記ハウジングに対して相対的に自由に回転するよう、且つ前記ロータの前記中心軸線からの変位が前記ステータ配置の変位と同じであるように、前記ロータアセンブリへ機械的に連結される、請求項２１に記載の風力タービン。
【請求項２４】
前記ステータ配置は前記ロータアセンブリの径方向内側及び径方向外側に配設される、請求項２１に記載の風力タービン。
【請求項２５】
前記ロータアセンブリが前記タービンのメインシャフトの回転と等しく回転するとき、冷却液槽が前記ロータアセンブリの一部を取り囲むよう、前記ハウジング内に配置される前記冷却液槽をさらに備える；
請求項２１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一般に関し、より詳細には発電に用いられる直接駆動の風力タービン（風車）のための発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力エネルギー分野は、世界的な自然エネルギーへの高まる需要を満たすことを目指して安定的に成長している。それゆえ、自然エネルギーを生み出すための機械の品質、コスト、効率及び信頼性の改善に焦点を当てた新たな技術の研究開発が世界中で非常に活発になっている。
【０００３】
最新の傾向の一つはいわゆる直接駆動配置であり、その配置ではロータブレードが変速機を介さずに直接に発電機を駆動する。この直接駆動の配置は、効率と信頼性に大きな改善をもたらす。なぜなら、変速機が非効率でメンテナンスが容易でなく、基本的に当初の設備コスト及び運転コスト（メンテナンスコスト）に悪影響を及ぼすからである。
【０００４】
しかし、この直接駆動の配置での最も困難な目標の一つは、発電機のコストを最小にするためロータ（回転子）とステータ（固定子）との間のエアギャップ（隙間）の距離を最小値に設定しながら、風による負荷の下での変形が、発電機アセンブリに損傷を与えることが避けられないと思われるロータとステータとの接触状態を発生させないようにすることである。そのような状態は、ロータとステータとの間のエアギャップ「ＡＧ」という用語で定義される。ＡＧ＝０のとき、ロータはステータと接触する程度まで変形し、その結果、発電機に損傷を与えるか、完全に破壊してしまう。
【０００５】
注目すべき重要な点は、直接駆動の技術が発電機型と機械的駆動系配置型にしたがって分類できることである。発電機型は同期発電機、非同期又は最新の永久磁石式発電機（ＰＭＧ）であり、機械的駆動系配置型は以下のタイプに分類される。
−タイプ１  風力タービンのメインシャフトへ直接に連結される発電機アセンブリ（発電機組立体）
−タイプ２  適切なトルクカプラ（トルク連結器）によりメインシャフトアセンブリに連結される発電機アセンブリ
【０００６】
タイプ１の配置は、発電機アセンブリが風力タービンフレームへ堅固に取り付けられ、ステータが固定されており、ロータがタービンのメインシャフト端へ直接に連結され、結果として風による負荷の下でのシャフトの変形に起因してロータが変形するであろう。この配置では、発電機のステータとロータの間のエアギャップが、風による負荷で誘発されるメインシャフトの変形に起因して小さくなることを考慮しなければならない。
【０００７】
タイプ２の配置では、発電機アセンブリが風力タービンフレームに堅固に取り付けられるであろう。発電機は自身のシャフトと自身の軸受とを有し、適切な連結により２つのシャフトに分けられ、（望ましくない側方の負荷ではなく）純粋なトルクが発電機のシャフトに伝達されるので、発電機のシャフトは風による負荷の下でのタービンのメインシャフトの変形の影響を受けないであろう。このタイプは連結にかかる高いコスト及び大きな重量ゆえに稀な配置である。
【０００８】
先に述べたように、異なるタイプの電気的直接駆動発電機の中で、とりわけ最新なものの一つはいわゆるＰＭＧ（永久磁石式発電機）である。ＰＭＧは、効率、大きさ、重量、及び最終的には発電機コストがエアギャップの値により大きく影響される。例えば、直径３ｍの２ＭＷ発電機での最小エアギャップ３．０ｍｍは発電機の電気的可動構成要素の質量を最小化するのに最適であるが、エアギャップがミリメートル単位（４．０ｍｍ、５．０ｍｍ等）で大きくなると、寸法、重量及びコストは著しく増加するであろう。
【０００９】
一方、最終的な発電機のエアギャップの設計値は、実際に前記エアギャップの設計値を増やすことが現実に必要な複数の要素を考慮しなければならない。具体的には以下の要素である。
−製造許容差
−厳しい風の動的負荷の下でのシャフト、軸受及び構造体の変形
−ロータとステータとの間で交わされる磁力
−一様ではない温度分布により誘発される更なる温度変形
【００１０】
回転するロータ（磁石を担持する）と固定ステータとの間の偶発的な接触はほとんど瞬時に発電機の損傷をもたらすということからして、エアギャップの要件を最小にするために、先に述べた直接駆動の発電機の構造が先に述べた全ての変形を最小値以内に収めることができ、よって発電機が電気的視点から効率的になることがいかに重要かが明らかになった。
【００１１】
もちろん剛構造の構築は、大きな重量、高剛性軸受、及び最終的には高コストを意味する。その結果、エアギャップの値は、発電機の可動構成要素及び機械的構造全ての全体コストを最小化する妥協値（エアギャップを増やすと構造コストが減るが、発電機のコストは増える。その逆も成り立つ）に設定しなくてはならないことは明らかである。
【００１２】
前記の発電機のエアギャップを増やす必要性に寄与する上記の全ての要素は、発電機の最小のコストと最大の効率を達成するためにエアギャップを最小にする必要性と正反対の動きを示す。その説明に以下の例が役立つであろう。
−機械的製造許容差ＡＧ１＝２．０ｍｍ
−風の偏向ＡＧ２＝２．０ｍｍ
−電磁力ＡＧ３＝１．０ｍｍ
−温度により誘発された変形ＡＧ４＝１．５ｍｍ
−合計のエアギャップ要件＝ＡＧ１＋ＡＧ２＋ＡＧ３＝６．５ｍｍ
最低コスト／最高性能の発電機を達成するための最適なエアギャップ距離＝ＡＧ０＝２．５ｍｍ
【００１３】
ＡＧ＝２．５ｍｍの発電機に対して、ＡＧ＝６．５ｍｍで作動する同じ電力を提供する発電機の追加コストは少なくとも２０％と見積もられ、効率が少なくとも２ポイント低下するという欠点がある。
【００１４】
その結果、最適値より大きいエアギャップがどのように風力タービンの発電機内の電気的可動質量のコストに影響するかは明らかである。一方、エアギャップを発電機の最適値（２．５ｍｍ）まで下がるように締め付け、ＡＧ＝０である危険な状況（ロータとステータが接触して発電機が損傷する）に達しない負荷状況で２５年の耐用期間の安全運転を維持することは、非常に頑丈で重い、高価な機械的構造を採用することになり、それは先に述べた追加の発電機コストよりずっと高いコストと効率の低下とをもたらす。
【００１５】
これは基本的に、風力タービンのための知られたＰＰＭ直接駆動発電機（上記タイプ１の配置によるタービンのメインシャフトにほぼ完全に連結される）のほとんどが、最適な発電機のコスト及び性能とかけ離れた５から８ｍｍの「妥協した」エアギャップ内で作動する理由である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
近年、エアギャップが増加した運転条件に起因した発電機のコストの上昇は、最近になって過去に比べ調達価格がはるかに高い磁石（例えばネオジム等のレアアース磁石）の高コストにさらに追い打ちをかける。最適なエアギャップより大きなエアギャップで作動する発電機は、（エアギャップの増加による効率の低下を相殺するため）同じ電力を生成するために高度なネオジム磁石を多量に必要とするであろう。
【００１７】
従って、エアギャップを小さくすることにより、相対的に低いコストで高い出力の解決策を提供する、発電機を備えた風力タービンに対するニーズが当該分野にある。本発明の実施の形態はそのような発電機を提供する。
【００１８】
本発明はそのような風力タービンと、関連する発電機を提供する。本発明のこれらの利点及び他の利点は、発明性のある他の特徴とともに、ここに記載する発明の説明から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の態様によると、「タイプ３」の配置が提供され、その配置はタービンのメインシャフトの後端に堅固に取り付けられるが、空間内を自由に浮動する発電機アセンブリを予見している。この場合、発電機は自身の軸受を有し、メインシャフトの側方の変形を制約しようとせず、実質的に径方向には反応することなくシャフトの変形に追随する。この配置において、発電機のステータと発電機のロータとの間のエアギャップは、風による負荷に起因するタービンのメインシャフトの変形の影響を実質的に受けない。以下に分り易く説明するように、本発明による発電機アセンブリは上記タイプ３の配置による風力タービンに連結されたＰＭＧ発電機である。より詳細には、この発電機はタービンのメインシャフトに直接に取り付けられるよう意図されるがロータとステータの間にエアギャップを有して空間でのシャフト変形に自由に追随し、風による負荷の「影響を受けない」状態を維持する。
【００２０】
本発明による発電機アセンブリは、ＰＭＧ型発電機であってタイプ３の駆動連結配置であり、以下の目標を追求するよう考案された。
−ロータとステータとの間のエアギャップが最小であり、風による大きな負荷により誘発されるタービンのメインシャフトの変形による機械的な影響を受けないこと。
−安全で確実なエアギャップ制御。
−最小限のコストで優れた機械的構造剛性。
−最小限の寸法と重量を有する非常にコンパクトなアセンブリ。
−発電機に与えられた電力定格に対して発電機と機械的構造の全体的最小コスト。
−記録的な発電機効率。
−暑い気候条件であっても、あらゆる発電条件の下で、発電機のステータ及び発電機のロータを冷えた状態に適切に維持することができる内蔵された冷却システム。
−あらゆる発電条件の下で、発電機内の全ての部品を一定の温度に維持することができる（温度一様性）内蔵された冷却システム。
−風による撓みを制約せずに、発電機アセンブリが前記シャフトの変形にともなって自由に浮動し、その結果、適応する（前記風による負荷で誘発されたシャフト変形に対処する）ためにロータとステータとの間のエアギャップを大きくしないで済むようにすること。
−４つの部分から成るステータリング配置により発電機の比類なきコンパクトさを提供すること。
−フライホイール形のロータ配置により、ロータとステータとの間で交わされる動的磁力のバンスをとることを可能にする。
−非常に剛性が高く、軽量で、コストが最小である発電機の機械的構造。および、
−発電機の重量に対する比類なき出力比。
【００２１】
一の態様において、本発明の実施の形態は、風力タービンのための発電機を提供することにより上記目標を達成する。この態様による発電機の実施の形態は、中心軸線を画成する（定める）ハウジングを有する。ステータ配置（配置、配列されたステータ）はハウジングの内表面に搭載され、中心軸線を中心とする。ロータアセンブリは風力タービンのメインシャフトへ直接に取り付けられるように構成され、その結果、風力タービンのメインシャフトの回転がロータアセンブリの回転と同じになる。ロータアセンブリは径方向内側に向けられた面及び径方向外側に向けられた面を有する。径方向内側に向けられた面及び径方向外側に向けられた面のそれぞれはステータ配置の一部に対向している。ハウジングは、ロータアセンブリがハウジングに対して自由に回転するよう、且つロータアセンブリのハウジングの中心軸線からの変位がステータ配置の変位と同じになるようにロータアセンブリへ機械的に連結される。
【００２２】
一の実施の形態では、ハウジングは、中心軸線に垂直な面について結合する少なくとも２つの半割シェルを含む複数の部品から成るハウジングである。各半割シェルは外側リングとコアを有する。外側リングはコアに取り付けられてハウジング内にキャビティ（空洞）を画成し、ハウジングの中心軸線の一の側にほぼＴ形の断面を有する。
【００２３】
別の実施の形態では、ステータ配置は、少なくとも３つの同心リングを備える複数部品ステータ配置である。少なくとも３つの同心リングは第１、第２及び第３のステータリングを含む。第１及び第２のステータリングはロータアセンブリの径方向内側に向いた面の径方向内側にある。第３のステータリングはロータアセンブリの径方向外側に向いた面の径方向外側にある。
【００２４】
別の実施の形態では、少なくとも３つの同心のリングは第１、第２、第３及び第４のステータリングを含む。前記第１及び第２のステータリングはロータアセンブリの径方向内側に向いた面の径方向内側にある。第３及び第４のステータリングはロータアセンブリの径方向外側に向いた面の径方向外側にある。
【００２５】
別の実施の形態では、少なくとも３つの同心のリングのそれぞれは複数の独立した円弧状のステータセグメントを備える。各ステータセグメントはステータセグメントを通るように冷却液を導く冷却手段を含む。
【００２６】
別の実施の形態では、ロータアセンブリは中心軸線の一の側に略Ｔ形の断面を有するロータ構造と、ロータ構造に取り付けられた複数のリング形の磁石構造を備える。複数のリング形の磁石構造は第１、第２、第３及び第４の磁石リング構造を含む。第１及び第２の磁石リング構造はロータアセンブリの径方向内側に向いた面に取り付けられる。第３及び第４の磁石リング構造はロータアセンブリの径方向外側に向いた面に取り付けられる。第１、第２、第３及び第４の磁石リング構造はそれぞれハウジングの中心軸線について同心円状に配置される。第１及び第２の磁石リング構造はハウジングの中心軸線から径方向に等距離にある。第３及び第４の磁石リング構造はハウジングの中心軸線から径方向に等距離にある。
【００２７】
別の実施の形態では、ロータアセンブリは複数の規則的間隔の、径方向外側に向けられた溝を有するロータ構造を備える。ロータアセンブリはまた、複数の棒形の磁石構造（棒形構造の磁石）を備える。複数の棒形の磁石構造のそれぞれは径方向外側に向けられた溝のそれぞれに取り付けられる。複数の棒形の磁石構造は互いに平行に、且つハウジングの中心軸線に並行に配置される。複数の棒形の磁石構造のそれぞれは第１及び第２の端部を有するコアを含む。第１の磁石アセンブリがコアの第１の端部に隣接して取り付けられる。第２の磁石アセンブリがコアの第２の端部に隣接して取り付けられる。
【００２８】
別の態様においては、本発明の実施の形態は風力タービンのための発電機を提供することにより上記の目標を達成する。この態様による発電機の実施の形態は中心軸線を画成しキャビティを有するハウジングを含む。ステータ配置がハウジングのキャビティ内に取り付けられ、ハウジングの中心軸線の周りに同心円状に配置される。ロータアセンブリが軸線について同心円状に配置される。ロータアセンブリは、ロータフレーム構造の外周に互いに平行に配置された複数の磁石構造を有するロータフレーム構造を含む。複数の磁石構造のそれぞれは径方向内側に向けられた面及び径方向外側に向けられた面を有する。径方向内側に向けられた面及び径方向外側に向けられた面のそれぞれはステータ配置の一部に対向する。
【００２９】
別の実施の形態では、複数の磁石構造のそれぞれは棒形であり、第１の端部と第２の端部との間を長手方向に延在するコアを有していてもよい。第１の磁石アセンブリは第１の端部に隣接してコアに位置決めされる。第２の磁石アセンブリは第２の端部に隣接してコアに位置決めされる。第１の磁石アセンブリ及び第２の磁石アセンブリはコアに沿って互いに軸方向に間隔を置いて配置されている。第１の磁石アセンブリ及び第２の磁石アセンブリのそれぞれは第１及び第２の複数の磁石を含む。第１及び第２の複数の磁石は径方向に対向して間を置いた関係で配置される。複数の同じ積層体がコアに沿って配置され、第１及び第２の複数の磁石のそれぞれを支持する。
【００３０】
実施の形態によっては、複数の棒形の磁石構造のそれぞれの第１の磁石アセンブリは、ステータ配置の同心状の第１のステータリングと第２のステータリングとの間に径方向に介在する。複数の棒形の磁石構造それぞれの第２の磁石アセンブリはステータ配置の同心状の第３のステータリングと第４のステータリングとの間に径方向に介在する。
【００３１】
実施の形態によっては、ハウジングは、ロータアセンブリがハウジングに対して自由に回転するように、且つハウジングの中心線からのロータの変位がステータ配置の変位と同じであるように、ロータアセンブリへ機械的に連結される。
【００３２】
更に別の態様では、本発明の実施の形態は風力タービンを提供することにより上記の目標を達成する。この態様による風力タービンの実施の形態は支持フレームを備える。タービンのメインシャフトは風力タービンの中心軸線に沿って配置される。ステータ配置とロータアセンブリとを備え、タービンのメインシャフトの回転がロータアセンブリの回転と同じになるようにロータアセンブリがタービンのメインシャフトに直接に連結される発電機も提供される。ステータ配置及びロータアセンブリは発電機のハウジングの内側に配置される。風力タービンはまた、支持フレームとハウジングとの間に連結されるトルクアーム配置を含む。トルクアーム配置はハウジングに対するロータアセンブリの回転に応じてハウジングの回転に抗するようになされている。トルクアーム配置は、風力タービンの中心軸線に対する発電機の変位を許容するようなされている。
【００３３】
実施の形態によっては、発電機のロータアセンブリはロータフレーム構造の外周に配置された互いに平行な複数の磁石構造を有するロータフレーム構造を備える。複数の磁石構造のそれぞれは径方向内側に向けられた面と径方向外側に向けられた面を有する。径方向内側に向けられた面と径方向外側に向けられた面のそれぞれはステータ配置の一部に対向する。
【００３４】
実施の形態によっては、ハウジングは、ロータアセンブリがハウジングに対して自由に回転するよう、且つロータの中心軸線からの変位がステータ配置の変位と同じであるように、ロータアセンブリに機械的に連結される。
【００３５】
実施の形態によっては、ステータ配置はロータアセンブリの径方向内側及び径方向外側に配設される。
【００３６】
実施の形態によっては、風力タービンは更に、ロータアセンブリがタービンのメインシャフトの回転と等しく回転するとき時、冷却液槽がロータアセンブリの一部を取り囲むよう、ハウジング内に配置される冷却液槽を備える。
【００３７】
本発明の別の態様、目的及び利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
本明細書に組み込まれ、明細書の一部を形成する添付の図面は本発明のいくつかの態様を図示し、明細書の説明と共に、本発明の原理を説明する。
【００３９】
【図１】図１は、典型的な風車タービン配置を示す模式図である。
【００４０】
【図２Ａ】図２Ａは、風による厳しい負荷の下での、図１のタービン配置におけるタービンのメインシャフトの撓みを軸線に直角な方向から見て示す模式図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、風による厳しい負荷の下での、図１のタービン配置におけるタービンのメインシャフトの撓みを軸線方向に見て示す模式図である。
【００４１】
【図３】図３は、本発明の教示による発電機の一例である実施の形態の分解図である。
【００４２】
【図４】図４は、図３の発電機のフライホイール形のロータ構造／フレームの垂直側面断面図である。
【００４３】
【図５】図５は、磁石を備える図４のロータの垂直側面断面図である。
【００４４】
【図６】図６は、図３の発電機のステータ要素に近接する図４のロータの垂直側面断面図である。
【００４５】
【図７】図７は、図６のロータ及びステータ要素の部分垂直側面断面図であり、ロータに対して空間的にステータ要素を保持するステータハウジングと共に示す断面図である。
【００４６】
【図８】図８は、タービンのメインシャフトに取り付けられたとき、風による負荷の下で図３の発電機の径（ラジアル）方向の及び角度（アンギュラ）方向の動きを示す模式図である。
【００４７】
【図９】図９は、トルクアームによりタービンのメインシャフトに連結された図３の発電機の正面図である。
【００４８】
【図１０】図１０は、図３のステータ及びロータの正面図であり、各ステータ要素のセグメント化された構造を示す。
【００４９】
【図１１】図１１は、図３の発電機の一の実施の形態の部分断面図である。
【００５０】
【図１２】図１２は、図３の発電機のステータ要素の冷却システムの部分断面図及び部分斜視図である。
【００５１】
【図１３】図１３は、トルクアーム配置によりどのように発電機がタービンのメインフレームに連結されるかを示す正面図である。
【００５２】
【図１４】図１４は、本発明の教示によりどのように従来のステータが４つの部分から成るステータ配置になるかを示す模式図である。
【００５３】
【図１５】図１５は、発電機のロータのオイルベースの冷却システムを示す模式的斜視図である。
【００５４】
【図１６】図１６は、本発明の一の実施の形態によるステータセグメントの斜視断面図である。
【００５５】
【図１７】図１７は、本発明の教示によるロータアセンブリの別の実施の形態の斜視図である。
【００５６】
【図１８】図１８は、図１７のロータアセンブリの斜視分解図である。
【００５７】
【図１９】図１９は、図１７のロータアセンブリの例示の磁石要素の斜視図である。
【００５８】
【図２０】図２０は、図１９の磁石アセンブリの断面図である。
【００５９】
本発明はいくつかの好ましい実施の形態に関連して説明されるが、これらの実施の形態に制限する意図はない。反対に、添付の請求項に規定するように、全ての代替、修正及び均等物が本発明の精神及び範囲内に含まれる。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
図１は従来の直接駆動の風力タービンの主要な構成要素を模式的に示し、風力タービンは、ロータブレード１、メインシャフト２、支持軸受９及び１０、直接駆動の発電機アセンブリ４、メインフレーム５、タワー部６及びヨー軸受７を備える。直接駆動ではない駆動系構造では、発電機４はロータの毎分回転数を増加させる、高速発電機に連結された大型変速機に置き代えられることが分かるであろう（不図示）。
【００６１】
図２Ａ及び図２Ｂはロータブレード１により伝達された、風による負荷による変形の下にあるタービンのメインシャフト２を模式的に示す。特に、図２Ａは符号８ａで示された、変形しない位置（負荷がかかかっていない）の前後の軸受９及び１０により支持されたシャフト２を示す。図２Ａはまた、シャフト２が風による負荷の下でどのように変形するかを模式的に示した、符号８ｂで示す変形した位置のタービンのメインシャフト２を図示する。図２Ｂは特に、径方向の変形Ｒを発生させる風による負荷の下でシャフトの後端点１１が点１２の方向へどのように移動するかを示す。前記点１１から点１２のシャフト端のＲの移動はまた、径方向の変形の他に、通常はタービンのトランスミッションに重大な問題を発生させる回転Ａを含む。従って、本発明の実施の形態がどのように図２Ａ及び図２Ｂに示すこれらの変形に対処するかが以下の記載から理解されるであろう。
【００６２】
図３は、本発明の教示による発電機１００の斜視分解図である。発電機１００は、半割シェル２７、２８と、複数のセグメント化されたステータリング３２、２３、２４及び２５の形式のステータアセンブリ１０６に囲まれたロータ１０４を収容するコア４７ａ、４８ａとを備える多部品から成る外側ハウジング１０２を含む。別の実施の形態では、ハウジング１０２は、ハウジング１０２が全体として２部構造になるように、単にコア４７ａ、４８ａをそれぞれ組み込むシェル２７、２８を有していてもよい。複数の磁石１９、２０、２１及び２２がロータ１０４に設けられている。ロータ１０４は風力タービンのメインシャフト（不図示）に固定して連結され、メインシャフトの回転と等しく回転する。ハウジング１０２は、ロータ１０４がステータリングをその内側及び外側の近くに有するように、ロータ１０４に対して空間を有してステータリング３２、２３、２４及び２５を維持する。ロータ１０４は電気を発生させるため、これらのステータリングの近くで回転する。ステータリング３２、２３、２４及び２５は、ステータリング３２、２３、２４及び２５に対する相対的なロータ１０４の回転を介して発生する電気を伝えるための電力回路へ順に接続される。
【００６３】
以下詳細に説明するように、ハウジング１０２は、例えば１の軸受又は複数の軸受のような耐摩擦性回転要素によりロータ１０４に取り付けられ、それは風による負荷の下にあるタービンのメインシャフトの径方向の撓みによるロータ１０４の径方向の偏りが、同様の動き即ちハウジング１０２内の径方向の偏りを確実に引き起こすであろう。ステータリング３２、２３、２４及び２５がハウジング１０２に固定して取り付けられるとすると、各ステータリング３２、２３、２４及び２５は同様の径方向の偏りを受けるであろう。その結果、一定のエアギャップがロータ１０４とステータリング３２、２３、２４及び２５との間に維持される。一定のエアギャップが維持されるため、ロータ１０４とステータリング３２、２３、２４及び２５との間の全体のエアギャップは従来の設計と比べて減少又は最小限にすることができる。
【００６４】
図４は本発明によるロータ構造の断面を模式的に示し、ロータ構造は、メインシャフト１５の後端にフランジ搭載されたハブ１３と、平坦なリング１６及び１８を有する「フライホイール」形のロータホイール構造と、ハブ１３とリング１６及び１８を連結する複数のスポーク１７とを備える。シャフト１５の中心線は符号１４で示される。リング１６及び１８は、図５に示す発電機モータ磁石を収容するように設計されたキャビティＭ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４を有する。
【００６５】
図５は、図４の「フライホイール」形のロータ１０４がどのように図４のロータリング１６及び１８の平坦な面（Ｍ１からＭ４）に連結された永久磁石１９、２０、２１及び２２を収容するかを断面で略示する。
【００６６】
図６は発電機のステータリング３２、２３、２４及び２５がどのようにロータ１０４に対して間隔を介して配置されるか、特にステータリング３２がどのようにロータ磁石１９に対向するか、ステータリング２３がどのようにロータ磁石２０に対向するか、ステータリング２４がどのようにロータ磁石２１に対向するか、ステータリング２５がどのようにロータ磁石２２に対向するかを断面で略示する。上記の組み合わせのそれぞれが相互に作用し電流を発生させることは当業者に理解されるであろう。
【００６７】
より詳細には、磁石リング１９はロータリング１６の左側の内表面に取り付けられて左端の内部ステータリング３２と協働し、磁石リング２０はロータリング１６の外表面に取り付けられて外部ステータリング２３と協働する。同様に、磁石リング２２はロータリング１８の右側の内表面に取り付けられて右側の内部ステータリング２５と協働する。他の配置では、電動機は外側ステータ２３及び２４を単一の外部ステータリングで提供してもよく、対応する磁石２０及び２１もまた単一のリングであってもよい（言い換えると、発電機は左側の内部ステータリング、右側の内部ステータリング、及び単一の外部ステータリングを有し、４つのステータリング配置の代わりに３つのステータリング配置を形成する）。両配置（３つのステータリング及び４つのステータリング）とも非常に小型なままであり、ほぼ対称な配置を維持し、それは本発明の一つの利点でもある。
【００６８】
図７は本発明による発電機の断面を略示し、特にどのように４つのステータリング３２、２３、２４及び２５が、互いにほぼ対称であり且つ両方が軸受２９及び３０によりそれぞれロータ１０４のロータメイン中央ハブ１３に連結されるハウジング１０２の２つのシェル２７及び２８により共に保持されるかを示す。その結果、シャフト中央線１４を共有するメインシャフト１５の後端に直接フランジ連結できる、フライホイール形のロータ構造の周りに包み込むように設けられた４つの別個のステータリングアセンブリを有する完全に取り囲まれた発電機アセンブリを形成する。以下により良く説明するように、前記の独特な配置は間隙を介して完全に制約されていない図２Ａ及び図２Ｂのシャフトの変形Ｒ及びＡに自由に空間的に追随し、よって風による負荷が前記ロータリングと前記ステータリングの間のエアギャップを変化させることを防ぐ。
【００６９】
図８は風による負荷の下での風力タービンメインシャフト５１の変形Ｒ及びＡを再び略示し、図３の全体の発電機アセンブリ１００がどのように、反力に抗することなく前記シャフトの後端の偏り（偏倚）Ｒ及びＡに自由に追随したままになるかを示す。特に、径方向のシャフトの偏りＲの間、全体の発電機アセンブリ１００は位置５２から位置５３へ移動し、回転の偏りＡの間、全体の発電機アセンブリ１００は位置５４から位置５５へ回転する。図８はまた、風による負荷の結果、シャフト５１が位置４９にある時、位置４７がどのように位置４８に移動するかを示す。上記機能はロータ１０４をハウジング１０２、特にシェル２７及び２８に連結する軸受２９及び３０の使用を通じて達成される。実際、軸受２９及び３０により、ロータ１０４はシェル２７及び２８に対して相対的に自由に回転できる。しかし、ロータ１０４がこのシャフトの端部に固的にフランジ搭載されているため、図８に示すシャフト５１の偏りＲ及びＡはロータ１０４において同様の変形を生じさせるであろう。軸受２９及び３０が径方向にこれらの要素を連結するならば、このロータ１０４の同様の変形はシェル２７、２８に径方向に伝達され、その結果ロータ１０４はシェル２７、２８に対して径方向に移動できず、その逆も成り立つ。
【００７０】
図９は、発電機１００を、発電機１００のマウント（取付け部）５８に取り付けられたアーム５９によりタービンのメインフレーム５７に連結するカウンタートルクシステム（トルク対抗システム）を略示する。反力Ｔはマウント６０ｂを経由して、図７の前記のシャフトの偏りＲ及びＡへの反作用に抗せずに、中心線６０の周りの発電機の外側シェル５６の回転を防止するのみである。
【００７１】
図１０はステータリングＯＳ（外側ステータリング）及びＩＳ（内側ステータリング）がどのようにして単一のリングではなく、複数のセグメント６１、６２、６３及び６４として構築されるかを略示する。図１０はまた、どのようにして各外側ステータセグメント６１が、外側ステータセグメントの基部６５に取り付けられたステータの巻線部６６を含むかを示す。前記基部６５は、通常は樹脂真空含浸された固体の要素を提供するために基本的に全ての巻線部６６に取り付け前の構造を提供する。基部６５はまた、作動の間、基部に連結された巻線部６６により生成された熱を排出するのに適する内蔵された冷却システムを備えていてもよい。 図示のように、ロータ１０４は内側ステータリングと外側ステータリングとの間に介在し、それぞれ図５の磁石リング２０、２１、１９及び２２を表す磁石６９及び７０のそれぞれを外表面及び内表面に担持している。各ステータリング３２、２３、２４、２５の各ステータセグメントは互換性があり、メンテナンスコストの大幅な削減をもたらす。
【００７２】
図１１は本発明による発電機１００の断面図であり、発電機１００はＴ形のロータ構造１０４を備え、ロータ構造１０４は外側リング１６及び１８、中央スポーク１７、ロータハブ１３、及び発電機１００と内部ロータ１０４のアセンブリの一部として磁石１９及び２２のための取付面（右側と左側）をそれぞれ提供する左側内表面Ｍ３と右側内表面Ｍ２を有し、及びどのようにロータの左側外表面Ｍ４及びＭ１が発電機外側ロータ１０４のアセンブリの一部としてそれぞれ磁石２０及び２１の取付面（左側及び右側）を提供するかを示す。
【００７３】
ロータ１０４のフライホイール形の構造は、風力タービンメインシャフト１５の後端に直接結合されるように設計される。各磁石面（小さなエアギャップＡＧからのみ分離された）の正面に直接取り付けられて、対応するステータリング３２、２３、２４及び２５が存在する。各ステータリング（又はそのセグメント）は、適切な冷却手段を含んでもよく、発電機のリングを外側シェルステータ構造２７、２８に連結するための取付手段を提供するステータ基部６５及び４６に予め組み立てられる。図１１はまたどのようにハブ１３が２つの軸受２９及び３０によりシェル２７及び２８に連結され、シェル２７及び２８のハブ１３への機械的接続を可能にし、ハブ１３に中心線１４の周りを自由に回転させるかを示す。図１１はまた、どのように左側のシェル２７が内側４７ａと外側４７ｂの２つの要素に分割されるか、及びどのように右側のシェル２８が内側シェル４８ａ及び外側シェル４８ｂに分割されるかを示す。
【００７４】
図１２は発電機１００に採用される冷却装置を示し、この冷却装置において、各ステータセグメント８４（図１０のステータセグメント６１、６２、６３及び６４も参照）はサーペンタイン（蛇行材）８６として配設され、この場合、通常は鋳造品であるステータの後部ベースプレート６５に埋め込まれたステンレス鋼管８５を有する。鋼管８５の内側には冷却液の適切な流れが圧送され、適切な熱排出及びきわめて一定なステータ温度分布を保証する。管８５の入口８８と出口８９は外側に出され、中央の冷却装置に連結される。
【００７５】
発電機１００のステータリング３２、２３、２４及び２５の冷却システムの他の実施の形態は、ステータのベースプレート６５内に形成された溝９１に圧入された銅管９０を含んでもよい。溝９１は管９０を各ステータのベースプレート６５の後背部に接触させ、各ステータのセグメント９４が発生する熱を取り除くようにステータリング３２、２３、２４及び２５全体の周囲を横切る大径のらせん状に配置される。このような場合、各ステータリングに、全てのステータセグメントに共通な単一チューブの回路が提供されることになる。管９０は本来は円形であるが、適切な工具により溝９１内に圧入された後、部分的に平坦化される。特に、一旦変形を受けて溝９１内に圧入された管９０の平坦面は、各ステータの巻線部６６の裏面に接触し、発生熱を取り除く。
【００７６】
図１３が示すのは図９のカウンタートルクの異なる実施の形態であり、カウンタートルクは２本のアーム構造を有し、アーム７１とアーム７２が基本的に反対方向に取り付けられている。アーム７１はフレーム５７と反力ＴＬを交換し、アーム７２はフレーム５７と反力ＴＲを交換する。この配置の図９に示す配置に対する大きな利点は、ＴＬ及びＴＲは図９のＴ１の値の半分であり、それらが互いに反対方向を向いていることである。そのような場合、図７及び図１０の軸受２９及び３０に、トルクＭの結果である単一のカウンタートルクのアームにより誘発される径方向の負荷がかかることはない。
【００７７】
図１３はまた、例えば相互作用する２つの楔７３及び７４等を備える平準化システムがどのように垂直方向の補正Ｖを容易に生成し、よって発電機の重量Ｗを補償する簡単な手段を提供して軸受２９及び３０から径方向の負荷を解放するかを示す。２つのカウンタートルクのアームは、発電機アセンブリが変形Ｒに沿って自由に浮動するように、不図示の内蔵されたバネを有する。
【００７８】
図１４は従来の単一のステータがどのようにＴ形又はフライホイールのロータ１０４のロータリング１８及び１９の周りにこれらを包み込むように設けられた４つの別個のステータリング３２、２３、２４及び２５になり、本発明の一の実施の形態により教示された配置になるのかを略示する。
【００７９】
図１５は発電機のロータ１０４の液体ベースの冷却システムを略示し、液体ベースの冷却システムは発電機１００のハウジング１０２（シェル２７及び２８が組み合わさったもの）の底部を占める油容積部８０を含む。特に図１５は、ハウジング１０２が、内蔵されたロータ冷却の応力を、通常は絶縁油で充填された前記容積部８０へロータを部分的に浸漬することで容易に達成されることを示す。これは本質的にいわゆる「オイルスプラッシュ」という策であり、活発で、安全かつ一様な冷却作用を保証し、軸受の潤滑も提供する。ロータの温度の均一性は、機械の小さいエアギャップを制御する基本であり、ロータ磁石に対する機械的応力を防止することに注意することが重要である。シェル２７及び２８はまた、外部の油冷却装置（不図示）に連結された油入口８１及び油出口８２を提供できる。更に、シェル２７、２８はそれぞれ、発電機アセンブリ全体の空気冷却を促進するためにシェル２７、２８の外側に（図３を参照）フィンを備える。
【００８０】
図１６は、本発明による発電機の例示のステータセグメントの立体図である。先に説明した通り、ステータセグメントは、互いに組み合わされ且つ個別にベースプレート６５に固定された全てのステータセグメント柱９８を固定し且つ定位置に保持するよう向けられる複数のねじ９７を示す、アルカイック風のセグメントステータのベースプレート６５を備える。各柱（ポール）９８は柱巻線キャビティスロット（空洞隙間）「Ｓ」を収容し、全ての柱は互いに電気的に接続される（不図示）。各ステータセグメントは、検査をし易くした各柱９８の出力電気銅棒のみを残してセグメントを封入する特殊な樹脂９９（不図示）により保護された全ての電気的接続を有する。ベースプレート６５はまた、各セグメントをハウジング１０２に取り付けるための複数のタップ孔を提供する。図１６は、取扱い及び輸送の間にアセンブリの剛性を高めるために一時的にプレート６５にボルト締めされた２つの径方向の補強材１１２も示す。
【００８１】
図１７には他の実施の形態のロータ２０４が示される。Ｔ形断面と磁石リング１９、２０、２１及び２２（図３を参照）を使用した上記の実施の形態と異なり、この実施の形態はハブ２１３及びスポーク２１７の構造を有する一般的な車輪の形状のロータを使用し、そのロータはロータ２０４の外周に形成された複数の一定の間隔の径方向外側に開口する溝２１４（図１８を参照）を有する。各溝は、ここでロータ２０４の中心軸線とほぼ平行に延びる長手方向の軸線を有する、ここで「双極子ロッド」と呼ぶ磁気双極子（マグネティックダイポール）アセンブリ２０６を担持する。このロータ２０４は、ロータ１０４の代わりに上述の発電機１００に使用してもよい。実際、ロータ２０４はタービンのメインシャフトに直接に連結してもよく、更に上述のロータ２０４とステータハウジング１０２との間の機械的軸受連結を可能にし、その結果、発電機１００の全ての要素は、タービンのメインシャフトの撓み／変位に追随し、隣接するステータリング３２、２３、２４及び２５間のほぼ一定で最小のエアギャップを維持する。
【００８２】
図１８を参照すると、双極子ロッド２０６は隣り合って平行に配置され、ロータ２０４の周囲全体の周りに延在する。各双極子ロッド２０６は、各双極子ロッドをロータ２０４のそれぞれのスロット２１４内に取り付けるための取付ボルト２１２を含む。各双極子ロッド２０６の最外端は支持リング２０８を用いて共に連結してもよい。支持リング２０８は連続し、ロータ２０４の周囲に延在していてもよく、あるいは図示のようにセグメントをなしていてもよい。各双極子ロッド２０６は双極子ロッド２０６の対向する端部に形成された磁石アセンブリを含む。簡潔にするために、一つの磁石アセンブリのみを以下に説明する。
【００８３】
磁石アセンブリは炭素繊維又は他の適切な材料から成形してよい外側カバー２２０を含む。外側カバーの裏側に、鋼板から打抜き成形してよい複数の隣接するスチール製積層体２２８の対向する両側に位置する第１及び第２の複数の磁石２２２、２２４がある。これらの積層体は図１８では組み立てられた状態で示されていて、これら積層体の特徴は寸法的には相対的に薄い。
【００８４】
第１及び第２の複数の磁石２２２、２２４の各磁石は、全体としてブロック形である。第１の複数の磁石２２２はスチールの積層体２２８によりその下側を支持される。同様に、第２の複数の磁石２２４も、図示のようにスチールの積層体２２８に支持される。スチールの積層体２２８の側端部及び第１及び第２の複数の磁石２２２、２２４は側面支持体２２６により支持される。
【００８５】
図１９において、スチールコア２３０は各双極子ロッド２０６の長さにわたり、図示のように各磁石アセンブリを通って延在する。各双極子ロッド２０６は、隣り合わせのステータリング３２、２３、２４及び２５（例えば図６等を参照）のそれぞれの全長にわたって延在する。
【００８６】
図２０には、双極子ロッド２０６の１つの磁石アセンブリの断面が示されている。双極子ロッドのコア２３０は互いに隣に配置された個々に分離された棒であるため、磁束線はコアが分離しているので両方の径方向のエアギャップを強制的に完全に貫通させられる（この配置は磁束線が前記の（２重の軸方向の）エアギャップを完全に貫通せずに近くに来ることを防止する）。他の利点は、磁気双極子がステータと実質的に低い電磁気の相互作用する力を交わし、よって必要とされる機械的構造は従来の配置に対してそれほど大きくない。
【００８７】
上記ではコアがスチール製であるとされるが、例えばソマロイ、アルミニウム、鉄等の他の材料で製造してもよい。各磁石アセンブリは炭素繊維スリーブ２２０を含むが、ロータ２０４は更なる保護及び剛性のため、ロータ２０４の周囲に延在する外側スリーブを更に備えてもよい。各双極子ロッド２０６の各磁石アセンブリの断面形状は角度αで示されるほぼ楔形である。
【００８８】
発電機アセンブリの全体は拘束されずに空間内を自由に浮動することができるので（トルクアームは回転のみに抗し、変形Ｒ及びＡには抗しない）、要素の機械的配置により発電機全体（ロータ及びステータを合わせたもの）が、機械的反力をもたらさずにどのようにシャフトの撓みに自由に追随するかが明らかであろう。更にロータフライホイールとステータシェルの機械的強度ゆえに、ロータとステータとの間のエアギャップは過去に試みられたことがない値に設定可能であり、よって発電機の最小のコスト及び重量と最大の効率とを達成する。更に、ロータとステータの元の配置は発電機に軸方向及び径方向の両方に完璧にバランスのとれた動的電磁的負荷（ロータ磁石とステータ巻線部との間で交わされる力）を有して作動することを可能にし、よって基礎構造の剛性要件を更に低下させる。結果として、どのようにこの革新的な発電機が、以前から見られた全ての利点を有しながら従来の直接駆動の発電機より実質的に小さいエアギャップを有するよう設計されるかは明らかである。
【００８９】
本明細書中で引用する刊行物、特許出願および特許を含むすべての文献を、各文献を個々に具体的に示し、参照して組み込むのと、また、その内容のすべてをここで述べるのと同じ限度で、ここで参照して組み込む。
【００９０】
本発明の説明に関連して（特に以下のクレームに関連して）用いられる単数表現の名詞及び同様な指示語の使用は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、単数および複数の両方に及ぶものと解釈される。語句「備える」、「有する」、「含む」および「包含する」は、特に断りのない限り、オープンエンドターム（すなわち「〜を含むが限定しない」という意味）として解釈される。本明細書中の数値範囲の具陳は、本明細書中で特に指摘しない限り、単にその範囲内に該当する各値を個々に言及するための略記法としての役割を果たすことだけを意図しており、各値は、本明細書中で個々に列挙されるかのように、明細書に組み込まれる。本明細書中で説明されるすべての方法は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、あらゆる適切な順番で行うことができる。本明細書中で使用するあらゆる例または例示的な言い回し（例えば「など」）は、特に主張しない限り、単に本発明をよりよく説明することだけを意図し、本発明の範囲に対する制限を設けるものではない。明細書中の如何なる言い回しも、本発明の実施に不可欠である、請求項に記載されていない要素を示すものとは解釈されないものとする。
【００９１】
本明細書中では、発明を実施するため本発明者が知っている最良の形態を含め、本発明の好ましい実施の形態について説明している。当業者にとっては、上記説明を読んだ上で、これらの好ましい実施の形態の変形が明らかとなろう。本発明者は、熟練者が適宜このような変形を適用することを期待しており、本明細書中で具体的に説明される以外の方法で発明が実施されることを予定している。従って本発明は、準拠法で許されているように、本明細書に添付された請求項に記載の内容の修正および均等物をすべて含む。さらに、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、好ましい実施の形態で考えられるすべての変形における上記要素のいずれの組合せも本発明に包含される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
2014529286.tif 000024
2014529286.tif 000025