(57)【要約】風力タービンの発電機（１０）のためのステータ（１６）であって、磁性フレーム（１８）と、磁石（３６）と、互いに間隔を空けて位置する磁気セクション（２８）とを備えるステータ（１６）が提供される。磁石（３６）は、磁気セクション（２８）をフレーム（１８）へと固定するために使用される。さらに、ロータ（１２）とステータ（１６）とを備える風力タービン用の磁束切り替え装置（１０）、とくには風力タービン用の発電機も提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービンの発電機のためのステータであって、
強磁性フレームと、磁石と、互いに間隔を空けて位置する磁気セクションとを備えており、前記磁石が前記磁気セクションを前記フレームに固定するために使用されている、ステータ。
【請求項２】
各々の磁気セクションは、径方向内側を向いたＣ字形の外形を少なくとも有し、ベースと２つのアームとを備えており、とくには各々の磁気セクションは、実質的にＣ字形である、ことを特徴とする請求項１に記載のステータ。
【請求項３】
前記フレームは、支持リングと、該支持リングから径方向内側に延びた固定バーとを備える、ことを特徴とする請求項１または２に記載のステータ。
【請求項４】
前記フレームは、２つの隣り合う固定バーの間にそれぞれが形成された凹部を備える、ことを特徴とする請求項３に記載のステータ。
【請求項５】
前記磁石のうちの少なくとも１つは、１つの磁気セクションの両方のアームのうちの一方と前記固定バーのうちの１つとの間に設けられている、ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のステータ。
【請求項６】
ギャップが、各々の磁気セクションと前記フレームとの間にもたらされており、該ギャップを、とくには材料で満たすことができ、さらには／あるいは冷却に使用することができる、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のステータ。
【請求項７】
各々の磁気セクションは、その側面のうちの２つに少なくとも１つの磁石を備え、前記磁気セクションおよび前記少なくとも２つの磁石が、セグメントを形成し、とくにはあらかじめ組み立てられたセグメントを形成する、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のステータ。
【請求項８】
１つのセグメントの前記磁石は、反対向きの帯磁方向を有する、ことを特徴とする請求項７に記載のステータ。
【請求項９】
隣り合うセグメントの前記磁石は、同じ帯磁方向を有する、ことを特徴とする請求項７または８に記載のステータ。
【請求項１０】
前記磁気セクションは、２つの中央レッグと中間スリットとが設けられるように、ユーロ通貨形状である、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のステータ。
【請求項１１】
追加の磁石、とくには永久磁石が、前記スリット内に設けられている、ことを特徴とする請求項１０に記載のステータ。
【請求項１２】
前記追加の磁石は、前記磁気セクションの固定に用いられる前記磁石に対して反対の帯磁方向を有する、ことを特徴とする請求項１１に記載のステータ。
【請求項１３】
前記磁気セクションは、周方向に間隔を空けて配置されている、ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のステータ。
【請求項１４】
少なくとも１つの巻線、とくには少なくとも１つの集中巻線が、各々の磁気セクションの両方のアームの間に設けられ、さらには／あるいは前記磁気セクションは、鉄または薄板の積み重ねによって作られている、ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載のステータ。
【請求項１５】
ロータと、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のステータとを備えている風力タービン用の磁束切り替え装置、とくには風力タービン用の発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力タービンの発電機用のステータに関する。さらに、本発明は、風力タービン用の磁束切り替え装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的に、風力タービンの発電機は、固定のステータおよび運動するロータを備える。固定のステータは、巻線を保持するために使用されるいくつかの間隔を空けて位置するセクションを備える。
【０００３】
したがって、セクションは、各々のセクションがベースと２つのアームとを備えるように、実質的にＣ字形である。１つのセクションの両方のアームのうちの一方と隣のセクションの隣接するアームとが、１つの共通の巻線を保持する。さらに、セクションは、回転するロータを囲むように周状に配置される。
【０００４】
さらに、隣り合うセクションは、これらのセクションの間に挟まれる永久磁石によって互いに固定される。したがって、セクションは、磁性材料から作られる。隣り合うセクションの隣接するアームは、どちらも介在する永久磁石に、異なる側から当接する。
【０００５】
しかしながら、永久磁石およびセクションは、径方向外側に移動することができるので、所定の位置に維持されなければならない。したがって、各々のセクションのベースおよび隣り合うセクションの間に挟まれた永久磁石に接触する外リムが設けられる。
【０００６】
すべてのセクションを囲んでそれらすべてのセクションに接触するリムゆえに、発電機の効率に悪影響を有する漏れ磁束が生じることが、明らかになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、漏れ磁束を減らすことによって発電機の効率を高めるための単純な技術的解決策を提供するとともに、そのような装置の組み立てを容易にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
風力タービンの発電機のためのステータであって、強磁性フレームと、磁石と、互いに間隔を空けて位置する磁気セクションとを備えるステータが提供される。さらに、磁石は、磁気セクションをフレームに固定するために使用される。
【０００９】
磁気セクションは、漏れ磁束が回避され、あるいは少なくとも低減されるように、リムなどの取り巻き要素から切り離されている。セクションは、磁石に接触しており、次いで磁石が、セクションをそれぞれの位置に保つためにフレームに接触している。磁石および磁気セクションの位置を保つための取り巻き要素は、不要である。フレームは、発電機のハウジングと結合してもよい発電機の構造体の一部であってよい。磁石は、永久磁石であってよい。あるいは、磁石は、電磁石またはソレノイドであってよい。
【００１０】
さらに、各々の磁気セクションは、径方向内側を向いたＣ字形の外形を少なくとも備えることができ、各々の磁気セクションは、ベースと２つのアームとを備える。用語「Ｃ字形」は、磁気セクションの二次元の断面図を指すが、磁気セクションは、当然ながら、三次元である。
【００１１】
とくには、各々の磁気セクションは、アームがベースの外縁に形成されるように実質的にＣ字形であってよい。
【００１２】
本発明の一態様によれば、フレームは、支持リングと、支持リングから径方向内側に延びた固定バーとを備えることができる。支持リングは、ステータに剛性を付与するステータの最も外側の部分である。固定バーを、支持リングに対して実質的に垂直に配置することができる。さらに、固定バーは、径方向内側に先細りであってよい。したがって、固定バーを、鋭い歯と考えることができる。
【００１３】
さらに、フレームは、２つの隣り合う固定バーの間にそれぞれが形成された凹部を備えることができる。凹部を、固定バーが支持リングに対して垂直に配置される場合に、リングの一部分として形成することができる。さらに、セクションを、ステータのコンパクトな設計を達成するためにギャップに挿入することができる。
【００１４】
磁石のうちの少なくとも１つを、１つの磁気セクションの両方のアームのうちの一方と固定バーのうちの１つとの間に設けることができる。したがって、磁気セクションは、磁石によって間接的に固定バーに結合する。先細りの固定バーゆえに、セクションが径方向外側へと移動することができないため、セクションの位置の維持が保証される。
【００１５】
本発明の別の態様によれば、各々の磁気セクションとフレームとの間にギャップを設けることができ、このギャップを、とくには材料で満たすことができ、さらには／あるいは冷却に使用することができる。ギャップは、漏れ磁束を回避し、あるいは少なくとも低減するために、磁気セクションとフレームとの間に直接的な接触がもたらされないことを保証する。磁気セクションは、磁石にだけ接触する。ギャップを、ハイブリッド励磁式の磁束切り替え装置をもたらすために銅または鉄などの材料で満たすことができる。
【００１６】
一般に、各々の磁気セクションは、側面のうちの２つに少なくとも１つの磁石を備えることができ、磁気セクションと少なくとも２つの磁石とが、セグメントを形成し、とくにはあらかじめ組み立てられたセグメントを形成する。側面は、互いに反対向きである。各々のセグメントを、別々に組み立てることができ、とくにはあらかじめ組み立てることができる。その後に、セグメントを、両側面に設けられた磁石が固定バーと相互作用してセグメントの固定を保証すべく対応するギャップを制限するように、対応するギャップに挿入することができる。磁石は、側面に接着されてよい。
【００１７】
さらに、１つのセグメントの磁石は、エアギャップへの磁束の集中を保証するために反対向きの帯磁方向を有することができる。
【００１８】
隣り合うセグメントの磁石は、同じ帯磁方向を有することができる。隣り合うセグメントの同じ帯磁方向は、隣り合う磁気セクションが１つの固定バーを隣接するアームを介して共有するがゆえに、磁気セクションの固定を改善する。同じ帯磁方向は、磁気力線が１つの磁気セクションの磁石から隣のセクションの磁石へと直接的に延びることを保証する。これは、隣り合う磁石の間の引力をもたらす。さらに、すべての隣り合うセクションが同じ帯磁方向を有することを保証するために、偶数個のセクションが使用される。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、磁気セクションは、２つの中央レッグおよび中間スリットが設けられるように、ユーロ通貨形状（基本的な断面形状に関して、形態がユーロ通貨の記号と同様または実質的に同様）であってよい。用語「ユーロ通貨形状（または、ユーロ形状）」は、磁気セクションの二次元の断面図を指すが、磁気セクションは、当然ながら三次元である。磁気セクションのこの設計は、磁束の弱体化を引き起こす。さらに、機械的な剛性ならびに固定が改善される。ユーロ通貨形状は、典型的なＣ字形の主部によって定められ、Ｃ字形の主部の内部領域へと少なくとも突出する２つの追加の平行アームが設けられる。アームは、Ｃ字形またはＣ曲線状の主部の中心点（三次元的に考えた場合には、むしろ線である）の領域に配置され、とくには各々のアームが、Ｃ曲線状の主部の中点（あるいは、三次元的に考えた場合には線）から同じ距離を有するが、この中心点（あるいは、三次元的に考えた場合には線）の各側に位置している。中心点は、Ｃ字形の主部の最も外側の点である。正確なこの表現における文字「Ｃ」に関して、中心点は、示される文字の最も左側の点であると考えられる。アームを、この中心点においてＣ字形の主部に対して垂直に配置することができる。
【００２０】
追加の磁石、とくには永久磁石を、スリット内に設けることができる。この追加の磁石は、磁気セクションの規定の磁化を改善する。
【００２１】
さらに、追加の磁石は、磁気セクションの固定に用いられる磁石に対して反対の帯磁方向を有することができる。したがって、帯磁方向は、２対１の割合で変化し、第１の帯磁方向を有する磁石の数が、反対の帯磁方向に対して２倍である。
【００２２】
一般に、磁石の強度およびサイズを、ほぼ同じに保つことができる。
【００２３】
本発明の別の態様によれば、磁気セクションは、周方向に間隔を空けて配置されることができる。支持リングが、ステータの最も外側の部分であり、そこから固定バーが径方向内側へと延び、径方向の区切られたギャップが、隣り合う固定バーの間に形成される。これらのギャップ内に、磁気セクションが、固定バーによって周方向に間隔を空けつつ位置するように、製造時に挿入される。
【００２４】
さらに、少なくとも１つの巻線、とくには少なくとも１つの集中巻線が、各々の磁気セクションの両方のアームの間に設けられる。巻線は、誘起される力を生み出すために使用される。より大きな特定の電磁トルクを、集中巻線によって達成することができ、すなわちステータの重量およびサイズを減らすことができる。
【００２５】
本発明の一態様によれば、磁気セクションは、鉄または薄板の積み重ねで製作される。これらの材料は、必要とされる剛性を保証し、さらには磁気セクションを容易かつ低価格に製造することができる。
【００２６】
さらに、磁石は、支持リングから離される。磁石は、固定バーを介してのみフレームに接触する。これにより、漏れ磁束を減らすことができる。
【００２７】
さらに、ロータと上述のとおりのステータとを備える風力タービン用の磁束切り替え装置、とくには風力タービン用の発電機が提供される。この磁束切り替え装置は、組み立てが容易であり、高い効率を有する。上述のステータの利点は、磁束切り替え装置にも、そのようなステータが設けられているがゆえに同様に当てはまることができる。
【００２８】
さらに、本発明は、本発明の態様および実施形態によるステータおよび／または磁束切り替え装置を備える風力タービンも提供する。
【００２９】
本発明のさらなる特徴および利点が、以下の説明および参照される添付の図面から、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による磁束切り替え装置である。
【図２】第１の実施形態によるセグメントを有する本発明によるステータの詳細である。
【図３】本発明によるステータによって使用され得る第２の実施形態によるセグメントの斜視図である。
【図４】図３に示したセグメントの分解図である。
【図５】第２の実施形態によるセグメントを有している本発明によるステータの詳細の斜視図である。
【図６】第３の実施形態による一セグメントの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、風力タービン用の磁束切り替え装置１０、とくには発電機の概略の全体図を示している。
【００３２】
磁束切り替え装置１０は、ロータ歯１４を有するロータ１２を備える。ロータ歯１４は、ロータ１２の外周に設けられている。
【００３３】
さらに、磁束切り替え装置１０は、ステータ１６を備え、ステータ１６は、ロータ歯１４が固定のステータ１６に面するようにロータ１２を囲んでいる。
【００３４】
ステータ１６は、外側の支持リング２０と、支持リング２０の内面から径方向内側へと延びた固定バー２２とによって形成された強磁性フレーム１８を備える。したがって、固定バー２２は、支持リング２０の中心に向けられている。
【００３５】
さらに、固定バー２２は、径方向内側へと先細りであるように形成されている。したがって、固定バー２２を、鋭い歯と考えることができる。
【００３６】
一般に、支持リング２０および固定バー２２は、一体に形成される。
【００３７】
隣り合う固定バー２２の間に、リングの一部分のように形成された凹部２４がもたらされている（図２を参照）。これらの凹部２４は、セグメント２６を受け入れるために使用され、各々の凹部２４が、１つのセグメント２６を受け入れる。
【００３８】
この実施形態において、各々のセグメント２６は、ベース３０と、径方向内側の方向にベース３０から実質的に垂直に突出した２つのアーム３２とを有する実質的にＣ字形の磁気セクション２８によって形成されている。アーム３２は、Ｃ字形の外形を形成するようにベース３０の外縁に配置されている。用語「Ｃ字形」は、磁気セクションの断面図（二次元）を指すが、磁気セクション２８は、当然ながら、三次元である。
【００３９】
アーム３２は、周方向を向いた２つの側面３４を有し、各々の側面３４に磁石３６が設けられることで、磁気セクション２８は、横方向において２つの磁石３６によって囲まれる。磁石３６を、側面３４に接着することができる。この実施形態において、磁石３６は、永久磁石として形成されている。
【００４０】
磁気セクション２８を、鉄または薄板の積み重ねで製作することができる。
【００４１】
さらに、各々のセグメント２６は、巻線３８を提供する。巻線３８は、セグメント２６のコンパクトな設計が達成されるように、アーム３２の内側面の間に挿入される集中巻線として形成される。
【００４２】
各々のセグメント２６は、永久磁石３６の各々が対応する固定バー２２に当接するように、フレーム１８の１つの凹部２４に挿入される。固定バー２２の形状ゆえに、セグメント２６の位置の維持を保証し、とくには磁気セクション２８、永久磁石３６、および巻線３８の位置の維持を保証するセグメント２６のための径方向のストッパがもたらされる。
【００４３】
フレーム１８が磁性材料で作られているため、永久磁石３６は、フレーム１８、とくには固定バー２２、ならびに磁気セクション２８と相互作用する。したがって、磁気セクション２８は、永久磁石３６によってフレーム１８に固定される。
【００４４】
したがって、１つの磁気セクション２８の永久磁石３６は、反対向きの帯磁方向を有するように向けられ、隣り合うセグメント２６の隣り合う永久磁石３６は、同じ帯磁方向を有する。これは、隣り合うセクション２８の隣り合う永久磁石３６が互いに相互作用して両者の間に引力を確立させるがゆえに、より良好な固定を保証する。
【００４５】
これが、図１において、磁石３６の磁束の方向ならびに磁気セクション２８の磁束の集中（破線の矢印）を表す矢印Ｍによって示されている。
【００４６】
さらに、ギャップ４０が、ベース３０と支持リング２０との間に形成されるがゆえに、挿入された各々のセグメント２６と支持リング２０との間に存在する。これらのギャップ４０は、磁気セクション２８のうちの１つと磁気セクション２８を囲む外側の支持リング２０との間に直接的な接触がもたらされないことを保証する。
【００４７】
永久磁石３６を、各々のギャップ４０が２つの隣り合う固定バー２２の間を延び、永久磁石３６の一方と支持リング２０との間に直接的な接触がないことを保証するように、側面３４上に完全に面する様相で配置することができる。
【００４８】
図１に示される実施形態において、ステータ１６は、１２個の凹部２４と、これらの凹部２４に挿入された１２個のセグメント２６とを備える。
【００４９】
凹部２４の形成ゆえに、セグメント２６、とりわけ永久磁石３６、磁気セクション２８、および巻線３８が、すべて周状に配置される。さらに、セグメント２６は、固定バー２２がセグメント２６を互いに隔てるがゆえに、周方向に間隔を空けて配置されている。
【００５０】
図１に見て取ることができるように、各々のセグメント２６の内周面４２は、すべてのセグメント２６および固定バー２２によってロータ１２およびそのロータ歯１４に向かって径方向内側を向く連続的な表面が形成されるように、丸みを帯びた形状を有することができる。
【００５１】
図３〜図５に、Ｃ字形の磁気セクション２８が改良されたセグメント２６の第２の実施形態が示されている。第２の実施形態による磁気セクション２８は、２つの中央レッグ４４および中間スリット４６が形成されているため、ユーロ通貨形状を有する。用語「ユーロ通貨形状（または、ユーロ記号形状）」は、磁気セクション２８の断面図に関するが、磁気セクション２８は、当然ながら、三次元である。２つの中央レッグ４４は、平行に向けられており、２つの中央レッグ４４の傍らにＣ字形の主部４５をさらに備えているユーロ通貨形状の磁気セクション２８の内部領域へと突出している。両方の中央レッグ４４は、Ｃ字形またはＣ曲線状の主部４５の中心点４７（あるいは、中心線４７）から同じ距離に配置され、主部４５の中心点４７における接線に対して主に垂直に向けられている。中心点４７は、ユーロ通貨形状の磁気セクション２８の二次元の断面図に関するが、４７は、むしろ図３および図４に破線で示されているように、磁気セクション２８の本体、とくには主部４５に沿って延びている三次元の観点からの中心線である。
【００５２】
さらに、磁石４８は、スリット４６に挿入され、磁気セクション２８の側面３４に配置された他の永久磁石３６と同じ磁気強度を有することができる。磁石４８も、永久磁石であってよい。
【００５３】
しかしながら、磁石４８の向きは、側面３４の２つの永久磁石３６および反対の帯磁方向を有する１つの磁石４８が設けられるため、帯磁方向に関する関係が２：１であるように、永久磁石３６とは反対であってよい。
【００５４】
図４に示されるとおり、巻線３８は、磁気セクション２８に挿入されたときに、中央レッグ４４と磁石４８を受け入れるための隙間５０を中央部に有する。したがって、セグメント２６のコンパクトな設計がもたらされる。
【００５５】
図５に、第２の実施形態のセグメント２６を備えるステータ１６の斜視図が示されている。
【００５６】
径方向内側に向かって先細りの固定バー２２および円形の表面４２が、明らかにされている。さらに、ハイブリッド励磁式の磁束切り替え装置１０をもたらすために鉄または銅などの材料で満たすことができ、あるいは冷却目的であってよいギャップ４０が示されている。
【００５７】
磁気セクション２８は、永久磁石３６によってフレーム１８に固定されるため、フレーム１８において固定穴は不要である。
【００５８】
一般に、磁束切り替え装置１０の位相差は、ステータセグメント２６とロータ歯１４の数との組み合わせによって管理される。
【００５９】
漏れ磁束を減らし、したがって効率を改善するステータ１６および磁束切り替え装置１０が、提供される。
【００６０】
図６に、ベース３０と巻線５２を保持する２つのアーム３２とを備えるセクション２６の第３の実施形態が示されている。
【００６１】
先行の実施形態において示したＣ字形のセクション２６と対照的に、アーム３２は、磁石３６が取り付けられるベース３０の外縁に設けられてはいない。
【００６２】
しかしながら、このセクション２６も、アーム３２と、アーム３２の間に位置するベース３０の一部との間、とくにはレッグ３２の互いに面する表面の間の部分との間に形成されたＣ字形の外形５４を有する。
【００６３】
Ｃ字形の外形５４は、セクション２６がこの図には示されていないフレームに取り付けられたときに、径方向内側を向く。
【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】
2017538387.tif 000007
【図６】
2017538387.tif 000008
【国際調査報告】
2017538387.tif 000009
2017538387.tif 000010
2017538387.tif 000011