JP2010529365A - 垂直軸を持つ風力ユニット - Google Patents

Abstract

本発明は、風力タービンを持つ風力ユニット、垂直軸（８、９、１０）を持つ発電機に関する。支柱（２）は風力タービンを支持し、基礎（３）は支柱（２）用に構成される。本発明によると、発電機（８、９、１０）のステータ（８、９）は基礎（３）と一体化される。本発明はまた、本発明に係る風力ユニットに接続された電源装置に関する。本発明はまた、そのような基礎の製造方法に関する。該方法によると、ステータは基礎を有する発電機と一緒に構築される。本発明はさらに、風力ユニットの電気エネルギを生成のための使用に関する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、第１態様では、風力タービンと、風力タービンに接続された垂直軸を持つ発電機と、風力タービンを支持する支柱と、支柱用の基礎とを備えた垂直軸を持つ風力ユニットに関する。

第２態様では、本発明は電源装置に関する。

第３態様では、本発明は、風力ユニットの風力タービンを支持する支柱用に構成された、垂直軸を持つ風力ユニット用の基礎の製造方法に関する。

第４態様では、本発明の風力ユニットの使用に関する。

風力エネルギの回収は数千年間知られていた。風力を電流の発生のために利用することも昔から、基本的に発電機が日の目を見たときからずっと知られている。

しかし、風力は、電気エネルギ生産のための他のエネルギ源と経済的に競争して成功を収めることが難しかった。このための風力の利用は長年、局所的エネルギ供給およびテストプラントに限定されてきた。たとえ風力をベースとする電気エネルギの電源装置への商業的生産が過去数十年間にかなり開発されてきたとしても、全電気エネルギ生産におけるその占有率は依然としてごくわずかである。

風力で潜在的に利用可能な大量のエネルギに鑑みて、かつ他のタイプのエネルギ源からの電気エネルギ生産に関連する様々な不利益に鑑みて、風力に基づく電気エネルギの商業的に競争力のある生産の量を増大させるための機会を生み出すことが重要である。

風力ユニットからの電気エネルギの生成における有力な技術は、風力タービンが水平軸を有するユニットに基づいてきた。垂直軸を有する様々なタイプの風力タービンも提案されてきた。それらの中でサボニウスロータ、ダリウスロータ、およびＨロータを挙げることができる。後者の種類のロータの例として、US6320273およびWO03/058059を参照されたい。

風力ユニットが競争価格で電気エネルギを生成することができることを達成するために、技術的および経済的観点からそのようなユニットにおける各構成部品を最適化することが重要である。

米国特許第6320273号明細書 国際公開WO03/058059号明細書

本発明は、風力ユニットが載置される基礎および基礎と隣接構成部品との協働に関してそのような最適化をもたらすことを目的とする。

記載した目的は、発明の第１態様では、前提部分として示す種類の風力ユニットにおいて、発電機のステータが基礎と一体化され、巻線支持部がコンクリートのフレームに接続され、該フレームが基礎の一部分をも構成し、基礎の前記部分が発電機を半径方向に包囲するという特別な特徴を有することによって達成される。

この一体化のおかげで、安定した頑健な定着が発電機のステータにもたらされると同時に、それは風力ユニットの費用効率の高い構造を必然的にもたらす。

全く同一の構成部品が二重の機能を果たし、一方ではステータ用のフレームを構成し、他方では基礎の一部分を構成することによって、多大なコスト削減が達成される。特に、発電機の総コストが、従来の発電機と比較してかなり低減される。

追加の好適な実施形態では、ステータの巻線支持部は、周方向に分散された少なくとも３つの継手によってフレームに接続される。

このように分散された３箇所の接続により、ステータの巻線支持部は完全に固定され安定に定着される。

好適な実施形態では、３つの継手の少なくとも１つは、ステータの巻線担持部に配置された連結部材およびフレームに配置された連結部材を備え、連結部材の１つは溝を有し、他の連結部材は溝内に突出するクランプを含み、継手はさらにクランプを溝内に固定する楔要素を備える。

そのように形成された継手は非常に単純になり、加えてステータの巻線担持部の安全かつ位置固定された定着を保証する。さらに、そのような継手は着脱可能かつ調整可能にすることができるという利点を有する。

代替的な好適な実施形態では、継手の少なくとも１つはボルト継手である。

この代替例は、直前に示した実施形態に対して示したのと同様の利点を有する。

追加の好適な実施形態では、継手の少なくとも２つが半径方向に調整可能である。

それによって、発電機のロータとステータとの間の正確なセンタリングが単純な方法で可能になり、必要な場合にはセンタリングの単純な再調整が可能になる。

本発明の風力ユニットの上述の好適な実施形態を、請求項１の従属請求項に記載される。

本発明の第２態様では、電源装置は本発明に係る風力プラントに接続される。

本発明の第３実施形態では、記載した目的は、請求項１３の前提部分に記載する垂直軸を持つ風力ユニット用の基礎の製造方法において、発電機用のステータが基礎と一体化され、該基礎がコンクリートで鋳造され、基礎がステータのフレームを形成するように、かつ基礎が発電機を半径方向に取り囲むように、基礎がステータの巻線支持部に接続されるという特別処置を含むことによって達成される。

追加の好適な実施形態では、基礎は、周方向に分散された少なくとも３つの継手によってステータの巻線支持部に接続される。

追加の好適な実施形態では、前記継手は本発明の風力ユニットの好適な実施形態に記載するタイプのものである。

本発明の方法の上述した好適な実施形態は、請求項１３に従属する請求項に記載される。

本発明の方法およびその好適な実施形態により、本発明の風力ユニットおよびその好適な実施形態に対して上に掲げた同様のタイプの利点が得られる。

本発明の用途では、本発明に係る風力ユニットは電気エネルギを生成するために使用される。

以下の発明の有利な実施形態例の詳細な説明によって、本発明についてさらに詳細に説明する。

本発明に係る風力ユニットの側面図である。 図１の風力ユニットの底部の縦断面図である。 図２の細部の縦断面図である。 図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。 代替的実施形態例を示す図３に対応する断面図である。

図１では、本発明に係る垂直軸を持つ風力ユニットが側面図で示される。風力ユニットには、支持アーム１３を介して垂直軸３に固定された垂直ブレード１２を有するいわゆるＨロータが設けられる。風力タービン４は、図示する実施例では円錐形状を有する支柱２によって担持される。支柱２は、部分的に地中Ｇに掘り下げられた強化コンクリートの基礎１上に載置され、かつ定着される。

基礎１および支柱２の下部が図２の断面図に示されている。基礎は、円形底板１４と、底板１４から上向きに延びる筒状部１５と、筒状部１５に配置される床板１６とから構成される。筒状部１５の上部８は床板１６と共に、ユニットの発電機８、９、１０が配置される発電機室１７を形成する。基礎の底板１４および基礎の筒状部１５の下部は地中Ｇに掘り下げられる。

支柱２は、複数の定着要素５によって基礎１の上端に定着される。

ユニットのロータ軸３は発電機室１７内まで下延し、発電機のロータ１０に回転自在に固定的に接続される。ロータ軸はロータ１０の上のみならず下でもラジアル軸受６ａ、６ｂに取り付けられ、かつロータの下側でスラスト軸受７に取り付けられる。

発電機のステータは、巻線支持部９およびフレーム８に分割される。フレーム８は基礎１の上部から構成される。ステータの巻線支持部９およびステータのフレーム８は、周方向に均等に分散された複数の適切には３つの継手１１によって相互接続される。

そのような継手１１を図３および４にそれぞれ縦断面図および横断面図でより詳細に示す。継手は、フレーム８に埋め込まれた連結要素１８と、ステータの巻線支持部９にスロット２３を有する溶接鋼ヒール１９とを備える。連結要素１８はヒール１９のスロット２３内に延びる。連結要素１８はクランプを形成する垂直貫通穴２１を有する。ヒール１９は同様にスロットが設けられた部分に、スロットの上だけでなく下にも位置する部分を貫通して延びる垂直貫通穴２２を有する。クランプおよびヒール１９のそれぞれの穴２１、２２は相互に真向かいに位置する。巻線支持部９およびフレームが固定的に相互接続されるように、楔要素２０が穴２１、２２内に押し込まれる。

楔２０を異なる奥の位置まで押し込むことにより、巻線支持部９とフレーム８との間の距離を調整することができるので、発電機のロータの周りの巻線支持部９のセンタリングの調整可能性がもたらされる。

図５に、代替的実施形態が示され、巻線支持部９およびフレーム８を相互に接続する各継手は、隙間をおいてフレーム８の穴３３を貫通して巻線支持部９のねじ付きドリル穴３２内に延びるボルト３１から構成される。

Claims (16)

1. 風力タービン（３、４）、風力タービン（３、４）に接続された垂直軸（８、９、１０）を持つ発電機と、風力タービン（３、４）を支持する支柱（２）と、支柱用の基礎（１）とを備えた垂直軸を持つ風力ユニットであって、前記ステータ（８、９）がコンクリートのフレーム（８）に接続された巻線支持部（９）を有するという事実によって前記発電機のステータ（８、９）が基礎（１）と一体化され、前記フレーム（８）が基礎（１）の一部分をも構成すること、および前記基礎の前記部分が発電機を半径方向に包囲することを特徴とする、風力ユニット。
2. ステータの前記巻線支持部（９）が周方向に分散された少なくとも３つの継手（１１）によってフレーム（８）と接続されることを特徴とする、請求項１に記載の風力ユニット。
3. 前記継手（１１）の少なくとも１つが、ステータの前記巻線支持部（９）に配置された結合部材（１９）と、前記フレーム（８）に配置された結合部材（１８）とを含み、前記結合部材（１９）の１つがスロット（２３）を有し、他の結合部材（１８）が前記スロット（２３）内に突出するクランプ（２１）を含み、前記継手がさらに前記クランプ（２１）を前記スロット（２３）内に固定する楔要素（２０）を含むことを特徴とする、請求項２に記載の風力ユニット。
4. 前記継手（１１）の１つがボルト継手（３１、３２、３３）であることを特徴とする、請求項２に記載の風力ユニット。
5. 前記継手（１１）の少なくとも２つが半径方向に調整可能であ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風力ユニット。
6. 前記基礎（１）が、キャビティ（３７）を有する下部を有するコンクリート構造を含み、前記キャビティ（３７）に石、砂利、土、またはコンクリートと強化成分との混合物のような裏砂が充填され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風力ユニット。
7. 前記基礎（１）が海底に配置されるように構成され、前記基礎（１）の前記キャビティ（３７）より上に位置する部分が海面より上にくるように前記基礎の高さを適応させることを特徴とする、請求項６に記載の風力ユニット。
8. 前記発電機（８、９、１０）が同期発電機であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の風力ユニット。
9. 前記発電機（８、９、１０）が永久磁化されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の風力ユニット。
10. 前記発電機（８、９、１０）がＡＣまたはＤＣ電源装置に接続され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風力ユニット。
11. 前記発電機（８、９、１０）がＤＣ中継体を介して５０または６０Ｈｚ電源に接続されることを特徴とする、請求項１０に記載の風力ユニット。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の風力ユニットに接続されることを特徴とする電源装置。
13. 前記風力ユニットの風力タービンを支持する支柱用に構成された、垂直軸を持つ風力ユニット用の基礎の製造方法であって、前記基礎がステータのフレームを形成するように、かつ前記基礎の前記部分が発電機を半径方向に包囲するように、前記基礎がコンクリートで鋳造され、かつステータの巻線支持部と接続されることによって、発電機のステータが前記基礎と一体化されることを特徴とする、方法。
14. 前記基礎が周方向に分散された少なくとも３つの継手によって前記ステータの巻線支持部に接続されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. 前記継手が請求項３〜５のいずれか一項に係る継手に対して定義されたタイプであることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の風力ユニットの電気エネルギの生成のための使用。

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