JP2012077750A - ロータ、発電機および風車 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータと、発電機に用いられるロータの取扱いとを改善する。
【解決手段】たとえば風車（１）の発電機（７）に用いられるロータであって、回転軸線（５）と、円形のロータボディ（１０）と、円形の安定化構造体（１２）とが設けられており、該安定化構造体（１２）が、ロータボディ（１０）の端面（１１）に配置されており、安定化構造体（１２）が、ブレーキディスク（１４）を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、発電機に用いられるロータと、発電機と、特に直接駆動発電機を備える風車（wind turbine）に関する。

２つの主要な型の風車は、風車の駆動構造に関して分類され得る。第１の型は、より古典的な型の風車であり、風車の主軸と発電機との間に配置されたギアボックスを有している。第２の型はギアを有しない型である。第２の型では、ギアボックスおよび従来の発電機が、多極発電機、いわゆる直接駆動発電機または直接的に駆動される発電機により置き換えられている。このような直接駆動発電機は、風にさらされたロータまたはロータに取り付けられた永久磁石を備えた同期発電機として形成されているか、または択一的な型の発電機として設計され得る。

特にアウタロータ構造のためには、ロータの直径は数メートルに達し得る。その円周のサイズおよび質量により、（磁石または巻線）ロータは、搬送および貯蔵中に、まさに重力のために変形する傾向にある。

ロータの形状を維持するための一時的な手段を使用することが知られている。この手段は、搬送または保管前にロータに組み付けられる。ロータの使用または発電機への組付け前に、この手段は取り外される。

本発明の課題は、ロータと、発電機に用いられるロータの取扱いとを改善することにある。

この課題を解決するための、本発明の請求項１による構成では、発電機に用いられるロータにおいて、回転軸線と、円形のロータボディと、円形の安定化構造体とが設けられており、安定化構造体が、ロータボディの端面に配置されており、安定化構造体が、ブレーキディスクを有しているようにした。

上記課題を解決するための、本発明の請求項１１による構成では、発電機が、請求項１から１０までのいずれか１項記載のロータと、ステータとを有しているようにした。

上記課題を解決するための、本発明の請求項１３による構成では、風車が、請求項１から１０までのいずれか１項記載のロータおよび／または請求項１１または１２記載の発電機を有しているようにした。

有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

１つの態様では、本発明は、発電機に用いられるロータであって、回転軸線と、円形のロータボディと、当該ロータボディの端面に配置された円形の安定化構造体とが設けられており、安定化構造体が、ブレーキディスクを有している形式のロータに関する。本発明によれば、安定化構造体は二重の機能を有している。一方で、安定化構造体は、搬送、貯蔵および組付け中にロータを安定化する。他方で、安定化構造体は、ロータが組み付けられる発電器のためのブレーキディスクを提供する。このことは、ロータの取扱いを簡単にする。なぜならば、安定化構造体は、使用時にもロータと共に留まり、さらにブレーキ機能を提供するからである。安定化構造体は、ロータ／発電機の品質も改善する。なぜならばロータが、常に支持体を有しているからである。一時的な支持構造体は、やはり、取り外されなければならない。取外しのプロセスは常に、ロータが支持体を有しないか、または発電機の支持構造体に向かって垂下する危険を伴う。用語「ブレーキディスク」は、ブレーキディスクの部分、または別の形状を備えるブレーキ面を含む。しかし、回転するロータにとって最も一般的であるのはディスクである。一般的な用語「ブレーキディスク」には、ブレーキ面を収容することができるブレーキディスクの全ての部分が含まれる。

ブレーキディスクは、安定化構造体の外周部分から、半径方向内側に延びていてよい。この構成は、アウタロータ発電機のために理想的である。可能な最大直径が、ブレーキディスクのために使用され得る。このことはブレーキ力を増大させる。

ブレーキディスクは、軸方向の延長部分を有していてよい。ブレーキディスクは、完全にまたは一部で、軸方向に延びていてよい。この安定化構造体は、ドラムブレーキのような軸方向のブレーキ面を備えるブレーキパッドまたはブレーキシューを備える発電機のために使用され得る。

ロータボディがフランジを有していてよく、フランジがブレーキディスクを有していてよい。フランジは、本発明の容易な実現を可能にする。フランジは、やはり安定化構造体の一部であってよい。

２つの安定化構造体が、ロータボディの両方の端面に配置されていてもよく、このことはロータの安定性を増大させ、ブレーキ力を高める。

支持円筒体は、安定化構造体の周辺部を支持することができる。支持円筒体は、ロータボディ全体またはロータボディの一部を包囲することができる。支持円筒体は、ロータボディの端面で突出しているので、ブレーキディスクはロータボディから軸方向で間隔を置いている。

ロータボディの円周に沿って間隔を置いた複数の支持ステイが、安定化構造体を支持していてよい。ロータボディの端面または円周に組み付けられ得る複数の支持ステイを用いることによって、安定化構造体を真っ直ぐに支持することができる。

安定化構造体は、ロータボディに取外し不能に組み付けられ得る。したがって、ロータを使用するために安定化構造体を取り外す必要はなく、より廉価であり得るロータのボディに永続的に組み付けられていてよい。この場合、取外し可能に取り付けられる安定化構造体のブレーキディスクを備えることが可能である。

安定化構造体は、その端面に開口を有していてよい。この開口は、たとえば発電機のインナステータの修理のために使用され得る。この開口が使用されない場合、開口は、当該開口を閉じるための蓋を有していてよい。

ブレーキディスクは、取扱いおよび製造を簡単にする複数のセグメントを有していてよい。

第２の態様では、本発明は、ステータおよび上述のロータを備えた発電機に関する。発電機は、直接駆動発電機であってよい。発電機は、アウタロータ構造を有していてよい。この発電機は、上記ロータと同じ利点を有している。

発電機は、ブレーキシステムを有していてよい。この場合、ブレーキシステムは、ブレーキディスクと、当該ブレーキディスクに解除可能に係合するための少なくとも１つの摩擦部材とを有していてよい。ブレーキシステムは発電機の一部であるので、ユニット全体は簡単に組み立てられ、補修されかつ修理され得る。

別の態様では、本発明は、上述のロータおよび／または上述の発電機を有する風車に関する。風車は、直接駆動型であり、アウタロータ構造を有していてよい。ブレーキシステムの摩擦部材は、風車の一部、たとえば主軸に取り付けられていてよい。ロータおよび／または発電機と同じ利点を風車に当てはめることができる。

風車は、羽根ハブを有していてよい。この場合、発電機は、この羽根ハブに直接に結合されている。この場合、羽根ハブと発電機との間でギアボックスは使用されない。風車は直接駆動構造を有している。フランジまたはスペーサが、ハブと発電機との間に配置されていてよい。

実施形態のさらなる理解を提供するために、添付の図面が含まれている。別の実施形態および所望の利点の多くは、以下の詳細な説明を参照することによりよく理解されるにつれて、簡単に理解され得る。図示された構成要素は、必ずしも互いに対して同じ縮尺ではない。参照符号は対応する類似の部分を示す。

本発明によるロータと発電機とを備えた風車の概略図である。 本発明によるロータの概略的な側面図である。 本発明によるロータの概略的な側面図である。 本発明による風車の発電機の概略的な側面図である。

以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成し、かつ本発明が実施され得る特別な実施形態の図として示される添付の図面を参照することができる。これに関連して、方向を表す用語、たとえば「上側」および「下側」等は、説明されている図面の向きに関連して使用される。実施形態の構成要素は、複数の配向で位置決めされ得るので、方向を示す用語は、図を示すためのものであり、制限を課すものではない。他の実施形態を使用することもでき、構造的な変更および論理的な変更は、本発明の範囲を逸脱することなしに実施され得る。したがって、以下の説明は制約的な意味としてとらえられるべきではなく、本発明の範囲は付属の特許請求の範囲により規定される。

図１は、風車１を示している。風車１は、地面に固定されたタワー２を有している。タワー２は、１００メートル以上の高さを有していてよい。タワー２の頂部には、主軸３が固定されている。羽根ハブ４は、この主軸３に回転可能に取り付けられていて、回転軸線５を中心として回転する。回転軸線５は、主軸３の中心軸線である。羽根６は、羽根ハブ４に取り付けられている。直接駆動（ダイレクト・ドライブ）発電機７が、ナセル８の内側に設けられている。ナセル８は、主軸３と、風車１の電気的な設備とを取り囲んでいる。

図２は、円筒形のロータボディ１０を備えるロータ９を示している。ロータ９が風車１の発電機７に組み付けられている場合、ロータ９の中心軸線は回転軸線５に一致する。ロータの円周に沿って、永久磁石または巻線が、発電機の機能性のために配置されている。ロータボディ１０の端面１１において、円形または円筒形の安定化構造体１２がボディ１０に取り付けられている。安定化構造体１２は、ロータ９を安定化する。これによりロータ９は重力に抗することができる。安定化構造体１２は、金属または別の材料から成っている。この場合、材料は、ロータ９の形状を維持するために適している。

支持ステイ１３は、安定化構造体１２を支持し、荷重をロータボディ１０から安定化構造体１２に伝達する。２つの支持ステイ１３が例として示されている。ステイ１３の個数は、たとえばロータボディ１０の重さおよび／または発電機７の仕様に依存する。支持ステイ１３は、ロータボディ１０の軸方向の長さ全体にわたって延びており、安定化構造体１２を収容するために一方の側でロータボディ１０を越えて突出している。支持ステイ１３の長さは、ロータボディ１０の長さと同一であってよい。その場合、安定化構造体１２は、ロータボディ１０の端面１１に直接に、またはロータボディの内部に、または部分的に内部に配置され得る。支持ステイ１３が、ロータボディ１０の軸方向の長さ全体に延びている必要はない。たとえば、支持ステイ１３が、安定化構造体１２から、ロータボディ１０の中間にまでしか延びていなくてもよい。支持ステイ１３は、安定化構造体１２の一部でありかつ／またはロータボディ１０の一部であってよい。

安定化構造体１２は、一般的に円形またはディスク形である。安定化構造体１２の一部または全体は軸方向に延び、円筒形状を形成することができる。安定化構造体１２は、ブレーキディスク１４を有している。ブレーキディスク１４は、図示されているように一体的に形成されているか、または安定化構造体１２に取外し可能に組み付けられていてよい。

ブレーキディスク１４のブレーキ面１５はリング形に形成されていて、このリングの内面であるブレーキ面１５を有している。リングの直径は、ロータ９、発電機７および／または風車１の仕様により選択され得る。ブレーキ面１５は、軸方向に、つまり回転軸線５に対して平行に延びている。

安定化構造体１２は、中心の開口１６を有している。開口１６は、ステータのような、発電機７の内側部分を修理するために使用され得る。開口１６は、作業員がこの開口１６にアクセスする必要がない場合は、蓋等により閉じられてよい。したがって、１つの開口１６は、中心部分を完全に覆って図示されている。１つまたは複数の小さな開口が設けられていてもよい。

図３は、図２に示したロータと類似したロータ９を示している。ロータボディ１０は、同じ形状を有している。安定化構造体１２は、別の設計を有している。

安定化構造体１２は、支持円筒体１７により支持されている。この支持円筒体１７は、ロータボディ１０の円周と一方の端面１１とを取り囲んでいる。反対の側の端面で、支持円筒１７は、フランジ１８を有している。安定化構造体１２は、フランジ１８に、たとえばボルトまたはねじを用いて取り付けられている。安定化構造体１２は、外周部分にリムを備えたディスクの形状を有している。この場合、リムは軸方向に延びている。

ブレーキディスク１４は、リムから半径方向内側に延びている。ブレーキディスク１４は、ねじまたはクランプ（図示せず）によりリムに固定されている。ブレーキディスク１４は、互いに軸方向で反対の側を向いた２つのブレーキ面１５を有している。ブレーキディスク１４は、複数のセグメントから成っていて、これらのセグメントは、円セグメントの形状を有している。

図２および図３に示したロータ９の特徴は、組み合わせるか、または交換することができる。たとえば、図２に示した開口１６を、図３に示したロータ９内に組み込むことができる。

図４は、風車１内に組み込まれた発電機７を示している。羽根ハブ４は、主軸受け１９を介して主軸３に回転可能に結合されている。発電機７のステータ２０は、巻線２２を支持するための薄板積層体２１を有している。ステータ２０は、回転軸線５と一致する中心軸線を備えた円筒の形状を有している。ステータ２０は、ステータ支持構造体２３を介して主軸３に静的に固定されている。

ロータ支持構造体２４は、羽根ハブ４または組付けリングに取り付けられている。ロータ支持構造体２４は、円筒の形状を有している。この場合、ハブ４の近傍の端面は、ハブ４に当接するように半径方向内側に延びている。ロータ支持構造体２４の軸方向壁の内面には、ロータ９の支持円筒体１７が取り付けられている。図２，３で示したように、ロータボディ１０は支持円筒体１７または支持ステイ１３に結合されており、これらの支持円筒体１７または支持ステイ１３を、図４においても同様に使用することができる。数ミリメートルの範囲の小さな間隙が、ロータ９とステータ２０との間に延びている。

ハブ４から離れた端部では、半径方向の２つのブレーキ面１５を備えたブレーキディスク１４が、安定化構造体１２の支持円筒体１７に配置されている。発電機７または風車１のブレーキシステム２５は、ブレーキディスク１４と、ブレーキパッドまたはブレーキシューのような１つまたは複数の摩擦部材２６とを有している。２つの摩擦部材２６を、両ブレーキ面１５に押し当てることができ、これにより、羽根ハブ４およびロータ９を減速することができる。摩擦部材２６は、ブレーキ支持構造体２７により支持されており、ブレーキ支持構造体２７は主軸３に固定されている。ブレーキ支持構造体２７は、摩擦部材２６を作動するためのブレーキピストン（図示せず）を支持するか、または含んでいる。主軸３の円周に沿って１つよりも多いブレーキ支持構造２７が、有利には相互間の隙間を備えて配置されていてよい。

安定化構造体１２は、製造中にロータボディ１０に取り付けられ、ロータ９の搬送、貯蔵、組付けおよび使用中にロータボディ１０に留まる。安定化構造体は、ロータ９の一部として定義され得る。ブレーキディスク１４は、ロータ９、ステータ２０または発電機７の別の部材の修理、補修および／または組み付けのために取り外され得る。

Claims (14)

1. 発電機（７）に用いられるロータであって、回転軸線（５）と、円形のロータボディ（１０）と、円形の安定化構造体（１２）とが設けられており、該安定化構造体（１２）が、ロータボディ（１０）の端面（１１）に配置されており、安定化構造体（１２）が、ブレーキディスク（１４）を有していることを特徴とする、発電機に用いられるロータ。
2. ブレーキディスク（１４）が、安定化構造体（１２）の外周部分から半径方向内側に延びている、請求項１記載のロータ。
3. ブレーキディスク（１４）が、軸方向の延長部を有している、請求項１または２記載のロータ。
4. ロータボディ（１０）が、フランジを有しており、該フランジが、ブレーキディスク（１４）を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載のロータ。
5. ２つの安定化構造体（１２）が、ロータボディ（１０）の両方の端面（１１）に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のロータ。
6. 支持円筒体（１７）が、安定化構造体（１２）の周辺部を支持している、請求項１から５までのいずれか１項記載のロータ。
7. ロータボディ（１０）の円周に沿って間隔を置いた複数の支持ステイ（１３）が、安定化構造（１２）を支持している、請求項１から５までのいずれか１項記載のロータ。
8. 安定化構造（１２）が、ロータボディ（１０）に取外し不能に組み付けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載のロータ。
9. 安定化構造体（１２）が、その端面に開口（１６）を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載のロータ。
10. ブレーキディスク（１４）が、複数のセグメントを有している、請求項１から９までのいずれか１項記載のロータ。
11. 発電機であって、該発電機が、ステータ（２０）と、請求項１から１０までのいずれか１項記載のロータとを有していることを特徴とする、発電機。
12. ブレーキシステム（２５）が設けられており、ブレーキシステム（２５）が、ブレーキディスク（１４）と、該ブレーキディスク（１４）と解除可能に係合するための少なくとも１つの摩擦部材（２６）とを有している、請求項１１記載の発電機。
13. 風車（１）であって、該風車（１）が、請求項１から１０までのいずれか１項記載のロータおよび／または請求項１１または１２記載の発電機を有していることを特徴とする、風車。
14. 羽根ハブが設けられており、発電機が、該羽根ハブに直接に結合されている、請求項１３記載の風車。

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