JP2006345700A - ステータ支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】部品の重さが低減され、その騒音が低減された風力タービンを提供する。
【解決手段】一般に、ステータは、複数の支持アームを備えた支持構造を備えている。このタイプの風力発電は知られており、すでに数多く用いられている。風力タービンの開発は、より大きい発電出力のものに向かう傾向がある。この傾向は、しばしば、個別の部品、とくにそれらの支持アームの寸法、ひいては質量の増加を伴う。それゆえ、本発明の目的は、部品の重さが低減され、その騒音が低減された風力タービンを提供することである。この目的を達するため、ステータとロータとを備え、該ステータが、ステータリングとステータ曲がり部とを支持する支持構造を有しているリング型発電機が提供される。この支持構造は、横棒の組立体からなる複数の支持アームによって形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、風力タービン塔の頂部に配置された機械室内に、ステータとロータとを有する発電機を備えている風力タービン（wind turbine）に関するものである。ここで、ステータは、複数の支持アームを有する支持構造を備えている。風力タービンの発電機はリング型発電機（ring generator）である。

このタイプの風力発電は知られており、すでに数多く用いられている。風力タービンの開発は、より大きい出力の発電機に向かう傾向がある。この傾向は、しばしば、個別の部品（とくにそれらの支持アーム）の寸法、ひいては質量の増加を生じさせる。

現在、従来技術として、ナセルの重さ（機械室の重さ）が９０〜１００トンのオーダーである風力タービンがすでに知られている。この重さの一部は、発電機のステータを取り付けているステータ支持構造の重さである。しかしながら、このように大きい質量は、取り扱うのがむずかしく、塔と塔の基礎とにかなりの応力を生じさせ、風力タービンの前記の個別の部品に、物理的な応力の増加を生じさせるだけでなく、そのコストも増加させることになる。参考のため、風力タービンのナセル（すなわち、機械室）を建設現場まで輸送するだけでなく、多くの場合それらの個別の部品を塔の頂部に吊り上げなければならないといった事実があることを指摘しておく。

建築法の問題のほかに、とくに風力タービンで遭遇するもう１つの問題は、その近隣でこのようなタービンが受け入れられるかといった騒音にかかわる問題である。この点、最新式のタービンでも、騒音の発生が騒動を起こしており、それゆえこのようなタービンが受け入れられることは少なくなるかもしれない。

騒音の一部は、支持アームによって生成される。なぜなら、これらは内部が中空であり、外表面が封止され、その結果共鳴胴（resonant body）を形成するからである。

それゆえ、本発明の目的は、その部品の重さが低減され、その騒音が低減された風力タービンを提供することである。

この目的は、本発明にかかる開放構造を有するステータ支持構造により達成される。この開放構造は、一方では重さを低減し、他方では用いる材料を低減する結果となる。この開放構造により、支持アームはもはや共鳴胴を形成することはなく、少なくとも支持アームの騒音をなくすので、風力タービンの騒音が低減される。

本発明にかかるステータ支持構造は、周知の仕様のものに比べて軽量であることから、ナセルの質量を低減し、ひいては部品及び／又はナセル全体の取り扱い性と輸送性とを良くする。
その他の好ましい実施態様は、下位請求項により特徴づけられる。

以下、添付の図面を参照しつつ、実施の形態を詳細に説明する。
図１に側面立面図が示されている支持アーム１２は、開放構造（open structure）であり、このため共鳴胴を形成しない。支持アームの基部１８から上にみてゆけば、支持アーム１２に複数の穴部２２をみることができる。かくして、それらの間に横棒２４（lateral bar）と横支柱２６（traverse strut）とによって支持アーム構造が形成される。かくして、支持アーム１２は、共鳴胴を形成せず、それゆえ騒音を発生させない。

本発明にかかる支持アーム１２は、基部１８から、予め設定されたストレッチ（stretch：広がり）で伸びる。このストレッチは、上記支持アーム１２に取り付けられたステータ２０の寸法により生じる。基部１８とは反対側の支持アーム１２の端部で、部材１６（member）が支持アーム１２に対して垂直に伸び、そして上記部材１６はその端部に支持プレート１７を備えている。ステータ２０は、上記支持プレート１７に取り付けられている。支持プレート１７は、部材１６の断面積より大きい面積を有していてもよい。

図１に示すように、本発明にかかる支持アーム１２の実施形態においては、深さ（すなわち、この図において水平方向の伸び）は一定である。しかしながら、これに代えて、上記深さを変化させてもよく、この場合は、本発明にかかる支持アーム１２の断面積を変化させることが可能となる。

図２は、本発明にかかる複数の支持アーム１２を備えたステータ支持構造１０（stator support：ステータ支持体）の平面図である。この図によれば、棒２４（bar）と横部材２６（traverse member）とによって形成された支持アーム１２の開放された格子のような構造（lattice-like structure）がよく分かるであろう。

このように、支持アーム１２は、開放構造のものであり、内向きの基部１８でもって、ロータ軸（ロータ差し込み部（spigot））を貫通して伸長させることができる開口部を形成する。ここで、支持アーム１２は、単独の要素（single elements）のものを用いることができる。これに代えて、支持アーム１２は、例えば基部１８でともに結合されて、一体的なステータ支持構造１０又は複数のステータ支持セグメント（segment）を形成してもよい。それらの一部は単独で配置されてもよく、またともに結合されて一体的なステータ支持構造１０を形成してもよい。

各支持アーム１２の半径方向にみて外向きの端部は、２つの伸長アーム１４に分割されている。各伸長アーム１４の外側に、これと直角に配置された部材１６は、ロータ軸の軸線方向と平行な方向に伸びている。ステータが取り付けられる支持プレート１７の面積は、部材１６（portion）の断面積よりも大きい。

伸長アーム１４の断面は、基部１８からその外側端部に向かって、すなわちそれが垂直な部材１６に向かって外向きに伸びるのに伴って、その大きさ（size）が減少する。ここに示す実施の形態における支持アーム１２の断面の変化は、深さ方向（すなわち、図１中で支持アーム１２が水平に伸びる方向）については一定のままであり、幅方向（図２中で支持アーム１２が水平に伸びる方向）については、とくに伸長アーム１４において減少する。しかし、これに代えて、本発明にかかる支持アーム１２の深さ及び幅を変化させてもよい。

本発明の応用例を例示するため、ステータ２０の一部が搭載された状態で示されている。ステータ２０は、ステータ支持部の外縁部全体にわたってリング形に伸び、支持プレート１７が部材１６によって伸長アーム１４から離間させられている分（amount）だけ、上記ステータ支持構造から離間している。

本発明の１つの実施の形態においては、図示していないが、支持アーム１２は、その一部が機械室に堅固に取り付けられた下位構造（sub-construction：図示せず）に、一体的なロータ支持部１０として取り付けられ、あるいはセグメントとして単独で取り付けられる。

本発明にかかる支持アームの側面立面図である。 複数の支持アームを備えた、本発明にかかるステータ支持構造の正面図である。

符号の説明

１０ ステータ支持構造、１２ 支持アーム、１４ 伸長アーム、１６ 部材、１７ 支持プレート、１８ 基部、２０ ステータ、２２ 穴部、２４ 横棒、２６ 横支柱。

Claims (15)

1. ステータとロータとを有するリング型発電機と、
   複数の支持アームによって形成されステータリングと１つ又は複数のステータ曲がり部とを有する支持構造であって、各支持アームがステータを支持するとともに複数の横棒からなる開放構造を有しかつ上記複数の横棒で組み立てられているものと、
   １つ又は複数の支持プレートであって、各支持プレートが上記複数の支持アームの１つの端部とステータとに取り付けられているものとを備えていて、
   上記ステータは、上記支持構造から軸方向に離間させられるようにして上記支持プレートに取り付けられ、かつ、１つの支持構造によって上記ステータの一方の側のみで支持されていることを特徴とする装置。
2. 上記ロータに連結され、風力の下で上記ロータを回転させる風力タービンをさらに備えていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. ステータの支持構造の少なくとも１つの支持アームが、少なくとも２つの伸長アームに分割されていることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. １つ又は複数の伸長アームの各々の外側部分が、１つ又は複数の伸長アームの各々に対して予め設定された角度で伸びていることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
5. 少なくとも１つの支持アーム又は１つの支持アームの伸長アームの横断面が、上記支持アームの基部から遠い方の端部に向かって減少していることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
6. 上記支持アーム又は上記支持アームの伸長アームに接続された端部を有する垂直離間部材と、
   上記支持アーム又は上記支持アームの伸長アームから遠い方の垂直離間部材の端部に取り付けられたプレートとをさらに備えていて、
   上記プレートの面積が、上記プレートへの取り付け点における上記垂直離間部材の断面積よりも大きいことを特徴とする、請求項２に記載の装置。
7. 上記支持アームが、単一体のセグメントとして設けられ、ステータの支持構造として協働することを特徴とする、請求項２に記載の装置。
8. 少なくとも２つの支持アームが結合してセグメントを形成し、上記セグメントがステータの支持構造として協働することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
9. 上記支持アームが結合して一体的なステータ支持構造を形成していることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
10. ステータと、
    １つ又は複数のステータ曲がり部と、
    複数の支持アームであって、各支持アームが上記ステータを支持するとともに複数の横棒からなる開放構造を有しかつ上記複数の横棒で組み立てられているものと、
    １つ又は複数の支持プレートであって、各支持プレートが上記複数の支持アームの１つの端部とステータとに取り付けられているものとを備えていて、
    上記ステータは、上記支持プレートに取り付けられ、かつ上記支持構造から軸方向に離間させられ、
    上記ステータ支持構造は、リング型発電機内の上記ステータの１つの側部に設けられていることを特徴とするステータ支持構造装置。
11. 少なくとも１つの支持アームが複数の伸長アームに分割されていることを特徴とする、請求項１０に記載のステータ支持構造装置。
12. 少なくとも１つの伸長アームの外側部分が、少なくとも１つの他の伸長アームに対して予め設定された角度で伸びていることを特徴とする、請求項１１に記載のステータ支持構造装置。
13. 少なくとも１つの支持アーム又は１つの支持アームの伸長アームの横断面の幅が、上記支持アームの基部から遠い方の端部に向かって減少していることを特徴とする、請求項１０に記載のステータ支持構造装置。
14. 上記支持アーム又は上記支持アームの伸長アームに接続された端部を有する垂直離間部材と、
    上記支持アーム又は上記支持アームの伸長アームから遠い方の垂直離間部材の端部に取り付けられたプレートとをさらに備えていて、
    上記プレートの面積が、上記プレートへの取り付け点における上記垂直離間部材の断面積よりも大きいことを特徴とする、請求項１３に記載のステータ支持構造装置。
15. ステータと、
    １つ又は複数のステータ曲がり部と、
    複数の支持アームであって、各支持アームが上記ステータを支持するとともに複数の横棒からなる開放構造を有しかつ上記複数の横棒で組み立てられていて、少なくとも１つの支持アームの横断面の幅が上記支持アームの基部から遠い方の端部に向かって減少しているものと、
    上記支持アーム又は上記支持アームの伸長アームに接続された端部を有する垂直離間部材と、
    １つ又は複数の支持プレートであって、各支持プレートが上記支持アームから遠い方の垂直離間部材の端部に取り付けられているものとを備えていて、
    上記プレートの面積が、上記プレートへの取り付け点における上記垂直離間部材の横断面積よりも大きくなっていて、
    上記ステータが上記支持構造から軸方向に離間させられ、
    該ステータ支持構造装置がリング型発電機内の上記ステータの１つの側に設けられていることを特徴とするステータ支持構造装置。

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