(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービンであって、台板（５、５５）と、主軸（９、５９）と、回転子（１８、６８）及び回転子（１８、６８）を囲むように配置されたハウジング等の中空部分を含み、
更に、第１の端板（２８、７８）、第２の端板（２９、７９）及び前記第１の端板（２８、７８）と前記第２の端板（２９、７９）を互いに接続するケーシング素子（３２、８２）を含む固定子（１９、６９）を具備する直接駆動発電機（２、５２）を含んでおり、
前記主軸（９、５９）が、第１の軸受（７、５７）及び第２の軸受（８、５８）によって前記台板（５、５５）に対して回転することと、
前記回転子（１８、６８）が、前記主軸（９、５９）に接続されていることと、
前記固定子（１９、６９）の前記第１の端板（２８、７８）が第３の軸受（２７、７７）によって前記回転子（１８、６８）又は前記主軸に支持されていることと、
前記固定子（１９、６９）の第２の端板（２９、７９）が、前記台板（５、５５）に少なくとも間接的に取り付けられていることと、
前記第２の端板（２９、７９）が、前記主軸（９、５９）の中心軸（Ａ）の方向において少なくとも部分的に撓みやすいことと
を特徴とする風力タービン。
【請求項２】
前記第２の端板（２９、７９）が前記主軸（９、５９）の中心軸（Ａ）に対し垂直に配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の風力タービン。
【請求項３】
前記第２の端板（２９、７９）が、前記第１又は第２の軸受（７、８、５７、５８）に近接して配置されている
ことを特徴とする請求項１又は２記載の風力タービン。
【請求項４】
前記固定子（１９、６９）の中空部分が中空シリンダであることと、前記第１の端板がリング状端板（２８、７８）であり、前記第２の端板がリング状端板（２９、７９）であることと、前記ケーシング素子がシリンダバレル素子（３２、８２）であること
を特徴とする請求項１から３の１つに記載の風力タービン。
【請求項５】
前記主軸（９）が、前記台板（５）に配置された軸受ハウジング（６）内において、前記第１及び第２の軸受（７、８）によって支持されている
ことを特徴とする請求項１から４の１つに記載の風力タービン。
【請求項６】
前記固定子（１９）の前記第２の端板（２９）が、前記軸受ハウジング（６）に少なくとも間接的に取り付けられている
ことを特徴とする請求項５記載の風力タービン。
【請求項７】
前記回転子（１８、６８）が、前記主軸（９、５９）によって支持されている
ことを特徴とする請求項１から６の１つに記載の風力タービン。
【請求項８】
前記主軸（９）にフランジ（１３）が含まれ、前記回転子（１８）にフランジ（２０）が含まれ、前記主軸（９）のフランジ（１３）と回転子（１８）のフランジ（２０）が互いに取り付けられている
ことを特徴とする請求項１から７の１つに記載の風力タービン。
【請求項９】
前記回転子（６８）が主軸（５９）の周りに配置されている
ことを特徴とする請求項１から４の１つ又は７又は８記載の風力タービン。
【請求項１０】
前記主軸（５９）が、前記第１及び第２の軸受（５７、５８）により前記台板（５５）に少なくとも間接的に配置された静止軸（９１）で支持されている
ことを特徴とする請求項９記載の風力タービン。
【請求項１１】
前記静止軸（９１）が前記台板（５５）に配置された保持アーム（９０）に取り付けられている
ことを特徴とする請求項９又は１０記載の風力タービン。
【請求項１２】
前記回転子（１８、６８）に、第３の軸受（２７、７７）を支持する突出部（２６、７６）が含まれる
ことを特徴とする請求項１から１１の１つに記載の風力タービン。
【請求項１３】
前記固定子（１９）に、前記回転子（１８）及び固定子（１９）を互いに対して拘束するため又は前記回転子（１８）と前記固定子（１９）との空隙（３４）を調整するため若しくはそれら両方のための少なくとも１つの拘束・調整素子（３５）が含まれる
ことを特徴とする請求項１から１２の１つに記載の風力タービン。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの拘束・調整素子（３５）が、前記第２の端板（２９）のフランジ（３０）に配置された
ことを特徴とする請求項１３記載の風力タービン。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの拘束・調整素子（３５）が、半径方向に調整可能である
ことを特徴とする請求項１３又は１４記載の風力タービン。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの拘束・調整素子（３５）が、前記主軸（９）のフランジ（１３）に接続された回転子（１８）のフランジ（２０）に向って調整可能である
ことを特徴とする請求項１３から１５の１つに記載の風力タービン。
【請求項１７】
請求項１３から１６の１つに記載の風力タービン（１）を取り付けるための方法であって、
前記直接駆動発電機（２）を取り付けるため、
前記少なくとも１つの拘束・調整素子（３５）を、前記固定子（１９）に対して前記回転子（１８）を拘束するように調整するステップと、
前記直接駆動発電機（２）を前記主軸（９）に対して配向させ、前記主軸（９）に少なくとも間接的に取り付けるステップと、
前記第２の端板（２９）を、前記台板（５）に対し少なくとも間接的に取り付けるステップと、
前記少なくとも１つの拘束・調整素子（３５）を、前記固定子（１９）に対する前記回転子（１８）の回転を可能にするために緩めるステップと
を含むことを特徴とする、風力タービンを取り付けるための方法。
【請求項１８】
請求項１３から１６の１つに記載の風力タービン（１）の発電機（２）の回転子（１８）と固定子（１９）との空隙（３４）を調整するための方法であって、
前記少なくとも１つの拘束・調整素子（３５）を、前記固定子（１９）に対して前記回転子（１８）を拘束するように調整するステップと、
前記台板（５）に対する前記第２の端板（２９）の少なくとも間接的取付けを緩めるステップと、
前記回転子（１８）と前記固定子（１９）との前記空隙（３４）を、前記少なくとも１つの拘束・調整素子（３５）を調整することによって調整するステップと、
前記第２の端板（２９）を、前記台板（５）に対して少なくとも間接的に再取り付けするステップと、
前記少なくとも１つの拘束・調整素子（３５）を、前記固定子（１９）に対する前記回転子（１８）の回転を可能にするために緩めるステップと
を含むことを特徴とする、風力タービンの発電機の回転子と固定子との空隙を調整するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直接駆動発電機を含む風力タービンに関する。本発明は、風力タービンの取付け法並びに風力タービンの直接駆動発電機の回転子と固定子との空隙を調整するための方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
風力タービンの駆動構成に基づき、風力タービンには基本的に２つの主たる型が存在する。第１の型の風力タービンは、風力タービンの主軸と発電機の間に配置されたギヤボックスを含むより古典的な型の風力タービンである。第２の型の風力タービンは、直接駆動装置又は駆動発電機を含むギヤレス型である。こうした直接駆動発電機は、回転子が風に曝される又は回転子に永久磁石が取り付けられた同期発電機として製造するか、代替型の発電機として設計できる。直接駆動発電機の型と無関係に、発電機の回転子と固定子との間の空隙の幅は、この風力タービンの回転子、主軸及び直接駆動発電機からなる構成が荷重を受ける場合でも、風力タービン及び直接駆動発電機のそれぞれの動作中、一定に保つか又は少なくとも一定の公差内に保つのが望ましい。
【０００３】
従って、直接駆動発電機を含む風力タービンの駆動構造のために様々な軸受構成が開発された。従来、直接駆動発電機の古典的な軸受構成は２軸受構成である。従って、風力タービン回転子に接続された発電機の回転子は、静止内軸又は固定内軸に対して２つの軸受で支持される。固定子は、片側が静止内軸に取り付けられており、従って、回転子は固定子に対し静止内軸周りで回転する。こうした設計の風力タービンについては先行技術文献に記載がある（例えば特許文献１と２参照）。この設計の欠点は、固定子の片側による支持では、特に発電機の構造全体が重力及び質量慣性だけでなく磁石のアンバランスな引張力にも曝された際、固定子の非支持側において空隙の幅を少なくともほぼ一定に保つのが困難になる点である。この欠点を軽減すべく、２軸受構成による直接駆動発電機は、固定子の比較的大きい曲げモーメントを吸収し得る大形で重い固定子支持構造を必要とする。この固定子構造については、先行技術文献に記載があり（例えば特許文献３参照）、該文献では、固定子構造に多くの支持アームを備えた支持構造が含まれている。
【０００４】
代替設計の場合、２軸受構成は、内側静止軸受部分が静止内軸に取り付けられ、外側回転軸受部分が直接駆動発電機の回転子を支持する単一軸受構成に置き換えられる。単一軸受を備えた直接駆動発電機を含む風力タービンは、先行技術文献に開示されている（例えば特許文献４と５参照）。しかしながら、２軸受構成を単一軸受構成に置き換えても、片側で支持された固定子構造の欠点には殆ど変化が生じない。
【０００５】
他の解決法の中には、静止内軸の概念を回転軸の概念に置き換えたものもある。回転軸の概念では、発電機の固定子が両側で支持されるので、発電機の回転子と固定子との空隙の幅を少なくともほぼ一定に保つのが容易になる。回転軸の概念には２つの既知の変種、即ち２軸受構成によるものと４軸受構成によるものが存在する。
【０００６】
２軸受構成によれば、発電機の軸受は、風力タービンの回転子に主軸を接続する風力タービンの主軸の軸受として機能する。固定子構造は、主軸に対し支持され、風力タービンの台板に取り付けられる。この設計の風力タービンは先行技術文献に開示されている（例えば特許文献６及び７参照）。この設計の欠点は、風力タービン回転子の全荷重、即ち風力タービン回転子の重量と全ての非対称空力荷重を吸収及び移動させて、空隙の幅を必要な公差内に維持することになる寸法を固定子構造に付与せねばならない点にある。大形風力タービンの場合、これは極めて重く高価な固定子構造をもたらすことになる。
【０００７】
４軸受構成の場合、一方の端部が風力タービンの回転子に接続されている風力タービンの主軸が、それ自体の２つの軸受により支持されており、もう一方の端部は直接駆動発電機を支持している。直接駆動発電機は、回転子を固定子内部の中心に位置付けるための２軸受構成を備える。こうした風力タービンの一例が先行技術文献に記載されている（例えば特許文献８参照）。この主軸取付け構成の場合、発電機固定子は発電機回転子により支持され、トルクはトルクアーム装置によって発電機から風力タービン台板に伝達される。トルクアーム装置は、主軸−発電機構造とタービン台板との僅かな位置決め誤差を考慮して、例えばゴム製素子で得られるようなある種の可撓性を備えることが必要になる。回転子による固定子の両側支持により、比較的軽量の固定子構造が得られる。この設計の主たる欠点は、全部で４つの軸受が必要になり、全トルクが少なくとも部分的にこれらの軸受を通る点にある。大形風力タービンの場合、軸受が比較的大形で高価となる。更に大形風力タービンでは、トルクアーム装置も比較的頑丈で重い構造になる。
【０００８】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１６４１１０２Ａ１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，４８３，１９９号明細書
【特許文献３】国際公開第０２／０５４０８Ａ１号パンフレット
【特許文献４】米国特許出願公開第２００６／０１５２０１４  Ａ１号明細書
【特許文献５】国際公開第０２／０５７６２４Ａ１号パンフレット
【特許文献６】米国特許第７，１１９，４５３号明細書
【特許文献７】国際公開第０３／０２３９４３Ａ２号パンフレット
【特許文献８】米国特許第６，７８１，２７６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の目的は、風力タービンの設計を単純化し、安価になった冒頭に述べた風力タービンを提供することにある。本発明のもう１つの目的は、風力タービンを取り付けるための方法並びに風力タービンの発電機の回転子と固定子との空隙を調整するための方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の目的は、本発明によれば、台板と、主軸と、回転子及び回転子をほぼ囲むように配置されたハウジングのような中空部分を含み、かつ第１の端板、第２の端板及び第１の端板と第２の端板を互いに接続するケーシング素子を含む固定子を具備する直接駆動発電機とが含まれている風力タービンによって実現される。主軸は、第１及び第２の軸受によって台板に対し少なくとも間接的に回転し、回転子は、主軸にしっかりと、但し取り外し可能に接続され、固定子の第１の端板は第３の軸受によって回転子又は主軸に配置又は支持され、固定子の第２の端板は、台板に少なくとも間接的に、しっかりと、但し取り外し可能に取り付けられ、第２の端板は、主軸の中心軸の方向において少なくとも部分的にある程度撓み易い。本発明は、直接駆動発電機を含む風力タービンのための新しい概念である３軸受構成を提供するものである。一方では、主軸は、一方の側がハブ及び動翼を含む風力タービンの回転子にしっかりと、但し取り外し可能に接続され、実施形態の１つによれば、もう一方の側が発電機の回転子にしっかりと、但し取り外し可能に接続され、２つの主軸受を備えた風力タービンの台板に対して回転する。従って、発電機の回転子は主軸と一緒に回転することができる。他方では、固定子の第１の端板は、第３の軸受によって回転子に配置又は支持されるが、固定子の第２の端板は、台板に少なくとも間接的にしっかりと、但し取り外し可能に取り付けられる。このようにして、前述の回転軸概念、即ち４軸受構成に比べて軸受が１つ削減される。従って、風力タービンの設計は単純化され、安価になる。それにも係らず、本発明の概念によれば、第１と第２の端板の形態をなす固定子の両側支持により、発電機の回転子と固定子との間の比較的狭い明確な空隙を維持することが可能になる。従って、固定子をより軽量に製作することも可能になる。これにより、主軸の２つの軸受は、回転子の重量をほぼ支持し、台板によって少なくとも間接的に支持されていない固定子の重量のこの部分をほぼ支持することになる。固定子の重量のほぼ半分は主軸の２つの軸受で支持され、残りは台板で支持される。
【００１１】
場合によっては、３軸受構造は不静定になる可能性もある。この場合、取付け交差に起因するいかなる位置決め誤差又は主軸及び／又は直接駆動発電機に対する重力又は外部荷重の結果として生じるいかなる変形も、風力タービンの３つの軸受間に不均等な荷重分布を引起し得る潜在的可能性であり、このため、更に早期軸受破損を生じる可能性がある。従って、固定子の第２の端板は、主軸の中心軸の方向において少なくとも部分的にある程度適正な可撓性を示す。本発明の変形態様の１つによれば、固定子の第２の端板は主軸の中心軸に対しほぼ垂直に配置される。この結果、本発明のこの実施形態の場合、３軸受構成の潜在的な不静定の問題は、第２の端板が風力タービンの台板の固定構造に少なくとも間接的に支持される主軸の中心軸の方向において、第２の端板の十分な可撓性を確立することで解消される。第２の端板は薄膜のような働きをし、半径方向において固定子を実質的にしっかりと支持して空隙を維持するが、容易に撓むので、例えば強い抵抗を受けずに主軸を曲げることが可能になる。従って、第２の端板は平らであり、例えば第２の端板の材料及び／又は構造によって左右される、第２の端板の曲げ剛性が比較的小さくなるような寸法を有している。例えば、主軸が撓みによって少しシフトする場合には、第２の端板は受動的に撓むだけであるが、やはり空隙の幅は維持される。
【００１２】
本発明のもう１つの実施形態によれば、少なくとも間接的に台板にしっかりと、但し取り外し可能に取り付けられる第２の端板は、第１又は第２の軸受にほぼ近接して配置される。従って、第２の端板は、駆動構成の安定性に鑑みて好ましい主軸の主軸受の１つに近接して風力タービンの台板の固定構造に支持される。
【００１３】
本発明の変形実施形態の１つによれば、固定子のハウジングのような中空部分はハウジングのような中空シリンダであり、第１の端板はリング状端板であり、第２の端板はリング状端板であり、ケーシング素子はシリンダバレル素子である。従って、シリンダバレル素子により、第１の端板と第２の端板が互いに接続され、電気固定子素子が支持される。
【００１４】
本発明のもう１つの変形実施形態によれば、主軸は台板に配置された軸受ハウジング内で第１と第２の軸受により支持される。軸受ハウジングは台板に直接配置することも、或いは、例えば保持アームによって間接的に配置することも可能である。
【００１５】
本発明の実施形態の１つでは、固定子の第２の端板は少なくとも間接的に、場合によっては直接的に軸受ハウジングに取り付けられる。第２の端板は、直接的に又は接続部品によって軸受ハウジングのフランジに接続されるフランジを具備するのが望ましい。
【００１６】
本発明のもう１つの進展態様では、風力タービンの主軸は回転子を支持する。本発明の実施形態の１つでは、主軸がフランジを具備し、回転子がフランジを具備していて、主軸のフランジと回転子のフランジは互いに結合される。この場合、発電機は、一般に風力タービンの塔の風下側に配置される。
【００１７】
本発明のもう１つの代替実施形態では、回転子は主軸周りに配置される。従って、主軸は、台板に少なくとも間接的に配置された風力タービンの静止内軸に第１及び第２の軸受によって支持されるのが望ましい。本発明の発展形態の１つにおいて、静止内軸は台板に配置された保持アームに取り付けられる。この場合、発電機は一般に風力タービンの塔の風上側に配置される。
【００１８】
本発明の変形態様の１つでは、回転子が第３の軸受を支持する突出部を含んでいる。従って、第３の軸受は、回転子の突出部に配置され、固定子の第１の端板を支持する。
【００１９】
本発明のもう１つの実施形態では、固定子は回転子及び固定子を相互に拘束するため及び／又は回転子と固定子との空隙を調整するための（つまり、拘束又は空隙の調整、若しくはそれら拘束及び空隙の調整の両方のための；以下同様）、少なくとも１つの拘束及び／又は調整素子（本願ではこれを簡略化して「拘束・調整素子」とも表記する）を含む。一般に、固定子には、例えば固定子の第２の端板のリング状フランジの内側又は内周に配列又は配置され、回転子及び／又は主軸の周り及び／又は回転子又は主軸のフランジの周りに配置された複数の拘束及び／又は調整素子が含まれている。拘束及び／又は調整素子は、主軸又は回転子に対し半径方向に調整可能であると望ましい。本発明の実施形態の１つによれば、拘束及び／又は調整素子は、主軸のフランジに接続された回転子のリング状フランジに対し調整可能である。従って一方で、全ての拘束及び／又は調整素子を回転子のリング状フランジに対し半径方向に調整することで、例えば直接駆動発電機の輸送中に回転子及び固定子を互いに対し固定又は拘束することが可能になる。他方で、各拘束及び／又は調整素子を個別に調整することで、回転子と固定子の空隙を調整すること、特に外周周りの空隙の幅がほぼ一定になるように調整することが可能となる。
【００２０】
本発明のもう１つの目的は、前述の風力タービンの取付け方法によって実現される。この方法では、直接駆動発電機を取り付けるため、次のステップを含む。即ち、
少なくとも１つの拘束及び／又は調整素子を、固定子に対して回転子を拘束するように調整し、
直接駆動発電機に主軸に対する配向を施して、主軸に少なくとも間接的に取付け、
第２の端板を、台板に対し少なくとも間接的にできればしっかりと、但し取り外し可能に取付け、
少なくとも１つの拘束及び／又は調整素子を、固定子に対する回転子の回転を可能にするために緩める。
【００２１】
本発明の第３の目的は、前述の風力タービンの直接駆動発電機の回転子と固定子との空隙を調整する方法によって実現される。この方法は、次のステップを含む。即ち、
少なくとも１つの拘束及び／又は調整素子を、固定子に対して回転子を拘束するように調整し、
台板に対する第２の端板の少なくとも間接的取付けを緩め、
回転子と固定子との空隙を、少なくとも１つの拘束及び／又は調整素子をそれぞれ調整することによって調整し、
第２の端板を、台板に対して少なくとも間接的にできればしっかりと、但し取り外し可能に再取付けし、
少なくとも１つの拘束及び／又は調整素子を、固定子に対する回転子の回転を可能にするために緩める。
【００２２】
以下本発明について、図示の実施例に基づき詳述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、風力タービン１の塔３の風下側に配置された直接駆動発電機２を含む本発明の風力タービン１の第１の実施形態を概略的に示す。
【００２４】
塔３の上部に塔フランジ４が配置され、該塔フランジ４に台板５が取付けられている。風力タービン１には、詳細は示さないが、台板５に直接又は間接的に取り付けられた風力タービン１の他の構成部品と共にＹ軸の周りで風力タービンの台板５を回転させるヨーシステムが含まれている。
【００２５】
図２は、台板５にしっかりと配置された軸受ハウジング６をより詳細に示している。軸受ハウジング６は２つの主軸受７と８を含んでいる。主軸受７、８の各固定部分は軸受ハウジング６に取り付けられ、主軸受７、８の各回転部分は主軸９に取り付けられている。本発明の本実施形態の場合、主軸９は中空軸である。主軸９は前方端にリング状フランジ１０を備えている。リング状フランジ１０は、風力タービン１のハブ１１にしっかりと、但し取り外し可能に取り付けられている。ハブ１１は、３つの、図示しない周知の風力動翼のために３つの取付け装置１２を含んでいる。
【００２６】
主軸９は、その後方端に主軸９にしっかりと接続されたリング状フランジ１３を備えている。軸受ハウジング６も、後方端にリング状フランジ１４を具備している。本発明の本実施形態の場合、その前側に第１のフランジ１６、後側に第２のフランジ１７を備える管状接続部品１５が、軸受ハウジング６のリング状フランジ１４に取り付けられている。軸受ハウジング６のリング状フランジ１４及び管状接続部品１５の第１のフランジ１６は、ボルトで互いに固定されている。
【００２７】
本実施形態の場合、直接駆動発電機２が、主軸９及び軸受ハウジング６に従って台板５に配置されている。直接駆動発電機２は発電機回転子１８と発電機固定子１９を含む１つのユニットである。
【００２８】
中心軸Ｒを持つ回転子１８は、前側にリング状フランジ２０を備えている。該フランジ２０は、フランジボルト２１で主軸９のリング状フランジ１３に取り付けられている。従って、回転子１８のリング状フランジ２０と主軸９のリング状フランジ１３は、互いにしっかりと、但し取り外し可能にボルトで固定されている。詳細には示さない本発明の本実施形態の場合、回転子１８のリング素子２３の外側又は外周２２に永久磁石２４が取り付けられている。回転子１８は後側にラグ２５を具備している。ラグ２５に管状突出部２６がボルトで取り付けられ、管状突出部２６に第３の軸受２７が配置されている。
【００２９】
固定子１９は、第３の軸受２７のほぼ静止した部分又はハウジングに取り付けられた第１の平らなリング状又は後部固定子端板２８を含む。同心をなす、例えば２つのガラス繊維リング４１を含む絶縁装置４０により、第３の軸受２７の金属ハウジングと第１の金属端板２８が互いに絶縁されている。従って、第３の軸受２７を電流が通ることがない。
【００３０】
更に固定子１９は、リング状フランジ３０を備えた第２の平らなリング状又は前部固定子端板２９を含んでいる。第２の端板２９のリング状フランジ３０と管状接続部品１５のリング状フランジ１７は、フランジボルト３１により互いに固定されている。シリンダバレル素子３２の形態をなす管状ケーシング素子により、第１のリング状端板２８と第２のリング状端板２９が互いに結合されている。例えば固定子巻線のような詳細に図示しない周知の電機固定子素子３３において、シリンダバレル素子３２の内側又は内周に固定子ヨーク等が配置されている。固定子１９の電気固定子素子３３と回転子１８の永久磁石２４は、対向して配置され、中間にリング状空隙３４が形成されている。以下、該空隙を単に回転子１８と固定子１９との空隙３４として記述する。こうして、回転子１８は、主軸９と共に主軸９の中心軸Ａの周りで固定子１９に対して回転可能である。その結果、主軸９の中心軸Ａと回転子１８の中心軸Ｒの位置決めが可能となる。
【００３１】
特に主軸９と直接駆動発電機２の既述の３軸受構成によれば、固定子１９は、後側が第３の軸受２７を介して回転子１８の第１の端板２８により支持され、前側が主軸受８に近接した風力タービンの台板５の固定構造の軸受ハウジング６を介して第２の端板２９により支持される。その結果、前述の回転軸概念の４軸受構成と比べ、１つの軸受、反動支持体及びゴムダンパがなくなるばかりか、固定子１９が第１と第２の端板２８、２９により両側で支持されることになる。この結果、中心軸Ａ又はＲの方向に沿って及び外周周りで空隙３４の幅を必要な公差内に維持すべく、固定子構成を更に軽量化し、固定子構造の特に端板等の固定子支持構造の寸法を縮小し、更にスタック長を長くすることができる。
【００３２】
３軸受構成が不静定になるのを回避すべく、台板５の固定構造に支持された固定子１９の第２の端板２９は、中心軸Ａ又は中心軸Ｒの方向に十分な可撓性を具備している。その結果、第２の端板２９は薄膜のような働きをし、半径方向では固定子１９を実質的にしっかりと支持して、空隙３４の幅を維持するが、容易に撓むので、例えば強い抵抗を受けずに主軸９を曲げることができる。第２の端板２９は、第２の端板の曲げ剛性が比較的小さくなるような寸法を持つ。例えば主軸９が撓みによって少しシフトしたとき、第２の端板は受動的に撓むだけである。従って、回転子１８が取り付けられた主軸９が曲がると、第２の端板２９は中心軸Ａ又は中心軸Ｒの方向に曲がり、空隙３４の幅はほぼ一定に又は必要な公差内に維持される。
【００３３】
結果的に、２つの主軸受７、８は、風力タービン回転子及び主軸９の荷重に加えて、回転子１８の重量、シリンダバレル素子３２及び電気固定子素子３３の重量のほぼ半分、並びに第１のリング状端板２８の重量を実質的に支持することになる。シリンダバレル素子３２と電気固定子素子３３の重量の残りのほぼ半分と、第２のリング状端板２９の重量とは、接続部品１５、軸受ハウジング６及び台板５により支持される。第３の軸受２７は、台板５の固定構造に支持されていない固定子１９の重量のこの部分だけを支持する。
【００３４】
固定子１９は、更に回転子１８を固定子１９に対して拘束し及び／又は回転子１８と固定子１９との空隙３４を調整するための少なくとも１つの拘束及び／又は調整素子３５を含む。本発明の本実施形態の場合、固定子１９は、圧力シュー３５の形態をなす複数の拘束及び／又は調整素子を含んでいる。第２の端板２９のリング状フランジ３０の内周に、圧力シュー３５が配置されている。圧力シュー３５は、回転子１８の中心軸Ｒ又は主軸９の中心軸Ａに関連しており、半径方向に有効なボルト３６によって半径方向に調整可能である。ボルト３６を締め付けると、各圧力シュー３５は回転子１８のフランジ２０に向けて調整され又はそれに押し付けられる。
【００３５】
上述の如く、直接駆動発電機２を１つのユニットとして設計している。発電機２の出荷及び／又は主軸９及び管状接続部品１５への取付け前に、回転子１８と固定子１９との空隙３４が回転子１８の外周周りでほぼ均等になる位置で、圧力シュー３５が回転子１８のフランジ２０にしっかりと密着するように、ボルト３６が締め付けられる。この状況で、回転子１８は固定子１９に対して拘束される。取付け中、直接駆動発電機２は、主軸９に対する配向を施されて、主軸９の中心軸Ａと回転子１８の中心軸Ｒの位置決めが互いにほぼとれる、主軸９のフランジ１３に回転子１８のフランジ２０を密着させる位置につけられる。こうして、フランジボルト２１が管状接続部品１５及び／又は回転子１８の、図示しないアクセス開口部を介して取り付けられ、締め付けられる。その後、第２のリング状端板２９のリング状フランジ３０及び管状接続部品１５のリング状フランジ１７がフランジボルト３１によって互いにボルトで固定される。最後に、圧力シュー３５がボルト３６を緩めることで回転子のフランジ２０から外される。その結果、圧力シュー３５は回転子１８のフランジ３０の内周に近い位置に付き、回転子１８は固定子１９に対して自由に回転可能となる。空隙３４は、元の調整状態を保持する。
【００３６】
例えば風力タービン１の運転中に、空隙３４が調整状態からずれたときは、特に取付けプロセスの幾つかのステップを逆戻りして再調整可能である。
【００３７】
第１のステップにおいて、圧力シュー３５の形態をなす拘束及び／又は調整素子は、固定子１９に対し回転子１８を拘束するように調整される。その結果、ボルト３６が半径方向に締め付けられ、圧力シュー３５が回転子１８のフランジ２０にしっかりと密着する。次に、フランジボルト３１が緩められ、管状接続部品１５のフランジ１７と第２の端板２９のフランジ３０の間の、従って第２の端板２９と台板５との間の結合が緩められる。次に、回転子１８と固定子１９の空隙３４が、半径方向に有効なボルト３６を用いた圧力シュー３５の調整により再調整される。その結果、異なる圧力シュー３５が、各半径方向に有効なボルト３６により個別に調整されるが、一方で図示しない変換器距離を利用して、空隙３４を調整可能である。管状接続部品１５のフランジ１７と第２の端板２９のフランジ３０を互いに接続するための多少の遊びがある故、この調整が可能になる。空隙３４が所望の値になると、管状接続部品１５のフランジ１７と第２の端板２９のフランジ３０、従って端板２９と台板５は、再び互いに取り付けられる。最後に、ボルト３６を緩めることで、圧力シュー３５が回転子１８のフランジ２０から外される。その結果、圧力シュー３５は再び回転子１８のフランジ３０の内周に近い位置につき、回転子１８は固定子１９に対し自由に回転可能となる。
【００３８】
図３は、本発明よる風力タービン５０の第２の実施形態を部分的に略示する。ここで、風力タービン５０の構成部品の大部分は、構成及び／又は機能に関し風力タービン１の構成部品にほぼ対応する。
【００３９】
風力タービン５０は、塔５３の風上側に配置した直接駆動発電機５２を含んでいる。
【００４０】
塔５３の上部に塔フランジ５４が配置され、該フランジ５４に台板５５が取り付けられている。風力タービン５０は、台板５５に直接又は間接的に取り付けられた風力タービン５０の他の構成部品と共に、Ｙ軸の周りで風力タービン５０の台板５５を回転させるための、図示しないヨーシステムを含んでいる。
【００４１】
本発明の本実施形態の場合、風力タービン５０は台板５５に取り付けられた保持アーム９０を含んでいる。保持アーム９０には、複数のボルト９２により中空の静止内軸９１が取り付けられている。回転主軸５９が、２つの主軸受５７、５８によって静止内軸９１に支持され、しっかりと、但し取り外し可能にハブ６１に接続されている。ハブ６１は、３つの図示しない周知の風力動翼のための３つの取付け装置６２を含んでいる。従って、主軸５９は、中心軸Ａ周りをハブ６１と共に回転可能である。
【００４２】
直接駆動発電機５２の回転子６８が主軸５９の周りに配置され、それに取り付けられている。回転子６８は主軸５９と共に回転する。回転子６８は中心軸Ａに対し位置決めされた中心軸Ｒを備えており、本発明の本実施形態の場合に設けられるリング素子７３を含んでいるが、リング素子７３の外側又は外周７２には、詳細には示さない永久磁石７４が取り付けられている。回転子６８は、前側に第３の軸受７７を支持する突出部７６を備えている。第３の軸受は、主軸５９又は主軸５９の突出部に取り付けることもできる。
【００４３】
発電機５２の固定子６９は、第３の軸受７７のほぼ静止した部分に取り付けられた第１のリング状端板７８を含んでいる。更に固定子６９は、リング状フランジ８０を備えた第２のリング状端板７９を含んでいる。第２の端板７９のリング状フランジ８０と保持アーム９０は、フランジボルト８１により互いに強固に、但し取り外し可能に固定される。シリンダバレル素子８２の形態をなす管状ケーシング素子により、第１のリング状端板７８と第２のリング状端板７９が互いに接続される。例えば固定子巻線、固定子ヨーク等の、詳細には示さないが周知の電気固定子素子８３が、シリンダバレル素子８２の内側又は内周に配置されている。固定子６９の電気固定子素子８３及び回転子６８の永久磁石７４が互いに対向して配置され、中間にリング状空隙８４を形成している。以下、それを、単に回転子６８と固定子６９との空隙８４として記述する。回転子６８は、主軸５９と共に各々中心軸Ａ及び中心軸Ｒ周りで固定子６９に対し回転することが可能である。
【００４４】
特に主軸５９及び直接駆動発電機５２の既述の３軸受構成によれば、固定子６９は、前側が第３の軸受７７を介して回転子６８の第１の端板７８で支持され、後側が主軸受５８に近接した風力タービンの台板５５の固定構造の保持アーム９０を介して第２の端板７９で支持されている。固定子６９が第１と第２の端板７８、７９により両側で支持された結果、やはり、中心軸Ａ又はＲの方向に沿って及び外周周りで空隙８４の幅を必要な公差内に維持すべく、固定子構成を更に軽量化し、固定子構造の、特に端板等の固定子支持構造の寸法を縮小することが可能になる。更に、スタック長を長くすることもできる。
【００４５】
台板５５の固定構造に少なくとも間接的に支持された固定子１９の第２の端板７９は、３軸受構成が不静定になる状況を回避すべく、やはり中心軸Ａ又は中心軸Ｒの方向にある程度の可撓性を有している。前述の如く、第２の端板７９は薄膜のように働き、半径方向では固定子６９をほぼしっかりと支持し、空隙８４の幅を維持するが、容易に撓むので、例えば強い抵抗を受けずに主軸５９を曲げることできる。第２の端板７９は、第２の端板の曲げ剛性が比較的小さくなるような寸法を有している。例えば主軸５９が撓みによって少しシフトする場合には、第２の端板は受動的に撓むだけである。従って、回転子６８が取り付けられている主軸５９が曲がると、第２の端板７９は中心軸Ａ又は中心軸Ｒの方向に曲がり、空隙３４の幅はほぼ一定に又は必要な公差内に維持される。
【００４６】
図１〜３に示す、本発明による風力タービンの前記２つの実施形態について述べる。既述の２つの実施形態の組み合わせも本発明に即したものである。
【００４７】
回転子１８又は６８は、例えばロッド及び／又はプレート、フランジ、突出部、永久磁石が設けられたリング素子等を含む回転子支持構造を有する回転子装置と看做し得る。また固定子１９又は固定子６９も、第１のリング状端板、第２のリング状端板、電気固定子素子が設けられたシリンダバレル素子、他の支持構造等を含む固定子装置と看做せる。
【００４８】
第３の軸受は、特に発電機が塔の風上側に配置されている場合、明確に定義されたシーリング構成に関する前提条件が実現されるという風力タービンの既存の設計と比べたもう１つの利点を持つ。その結果、特に海外での運用及び他の問題のある環境における運用において重要になる、発電機のほぼ完全な密閉がより容易に実現されることになる。
【００４９】
既述の両風力タービン１、５０は、通常ナセルと呼ばれるハウジングＨを含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の風力タービンの一部を示す図である。
【図２】図１の風力タービンの主軸及び直接駆動発電機の一部の拡大図である。
【図３】本発明の風力タービンのもう１つの実施形態の一部を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  風力タービン、２  直接駆動発電機、５  台板、６  軸受ハウジング、７、８  軸受、９  主軸、１３  主軸のフランジ、１８  回転子、１９  固定子、２０  回転子のフランジ、２６  回転子の突出部、２７  第３の軸受、２８、２９  端板、３０  第２の端板のフランジ、３２  ケーシング素子、３５  拘束及び／又は調整素子、５０  風力タービン、５２  直接駆動発電機、５５  台板、５７、５８  軸受、５９  主軸、６８  回転子、６９  固定子、７６  回転子の突出部、７７  第３の軸受、７８、７９  端板、８２  ケーシング素子、９０  保持アーム、９１  静止軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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