JP2013545428A - 発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】さらに大きな深さ（奥行き）を有し、確実な動作が存続する発電機を得る。
【解決手段】薄板により形成される溝（５）内にある巻線を有する固定子（２）を備えた発電機（３）であって、前記薄板は、ネジボルト（６）によって貫通された薄板パケット（４、９、１０）を形成し、前記薄板は、ネジボルト（６）によって貫通された薄板パケット（４、９、１０）を形成し、前記薄板パケット（４、９、１０）の前方端部および後方端部が、前記固定子（２）の固定子リング（１）に固定されている。前記薄板パケットのさらなる固定ポイント（１３）が前記固定子リング（１）に形成されており、当該固定ポイント（１３）は前記固定子リング（１）のほぼ中央にある。

Description

本発明は、発電機、例えば風力発電機用の同期発電機またはリング発電機として構成された発電機に関するものである。

このような発電機は公知であり、Ｅｎｅｒｃｏｎ有限会社、Ａｕｒｉｃｈ在により、例えば風力発電機用に大量に製造されており、このような発電機の電力は十分に５００ｋＷ以上の範囲にあり、ピーク電力は７．５ＭＷ以上である。

このような発電機はかなりの直径を一部に有する。Ｅｎｅｒｃｏｎ社の風力発電機は変速機を有しておらず、発電機の出力に応じて直径は３ｍから１２ｍ、またはそれ以上に変化することがあるからである。

このような発電機（同期発電機またはリング発電機とも称される）の回転数は、発電機回転子が風力発電機の空気力学的ロータと直接結合しているため、毎分約２０から２２回転である。ここでは「緩慢に回転する」と等級付けられる発電機が取り扱われ、使用される発電機は、例えば７８極ないし７８極対を備える４極発電機である。

発電機は、いずれの電気発電機の場合と同じように固定子と回転子からなる（概念「ロータ」はここでは使用しない。なぜなら概念「ロータ」は、風力発電機の場合、空気力学的システムの回転部材、すなわち空気力学的ロータのために通常は使用済みだからである）。

このような発電機の深さ（奥行き）は、２００ｍｍから８００ｍｍの範囲にある。

発電機固定子は、溝の付された薄板パケットを収容する固定リングからなり、この薄板パケットは、固定子リングの内側で３６０゜にわたって閉じた物体を取り込んでいる。この薄板パケットの溝には電気発電機システムの巻線が嵌め込まれており、この巻線には発電機の運転時に電力が誘導される。

薄板パケットの薄板は、古典的なダイナモ薄板である。薄板はマニュアルでまたは機械的に所定のパターンにしたがって設置され、薄板パケットの製造後には、個々の薄板を互いに押し付けるために強固に締められるネジボルトによっても収容される。

薄板パケット自体は、製造後に固定子リングに、例えばネジ留めまたは溶接によって固定される。

従来技術として、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、および特許文献５を一般的に挙げておく。

米国特許第３７０８７０７号 米国特許第２９７３４４２号 米国特許第１６８５０５４号 ドイツ特許第１２３２６５１号 ドイツ特許出願公開第２１４８８２７号

これまでの発電機システムは非常に信頼性のあることが実証されているが、それにもかかわらずさらに大きな深さ（奥行き）を有し、それでもなお確実な動作が存続し、とりわけ固定子と回転子との間の空隙が同じままである発電機を製造することが求められている。

この目的は、本発明によれば請求項１の発明特定事項を備える発電機によって達成される。有利な改善形態は従属請求項に記載されている。

従来技術ではこれまで薄板パケットが、固定子リングに２箇所だけで固定されていた。

しかし発電機の深さ（奥行き）が、例えば１２００ｍｍ（またはそれ以上）に増大する場合、すなわち薄板パケットが軸方向にさらに長くなる場合、固定子と回転子との間の空隙は同じままであり、しかも確実な冷却が行われるようにしなければならない、すなわち一方では発電機の巻線／薄板と他方では固定子リングまたは固定子支持体にある冷却チャネルとの間で良好な熱伝達が行われるようにしなければならない。したがって発電機の全幅にわたって薄板パケット、すなわち薄板が固定子リングに直接接触したままであるようにすることも目標とされる。このことを確実に保証するために、本発明は、薄板パケットをその外側の箇所の２つのポイントでだけ固定子リングに固定するのではなく、少なくとも１つの別のポイント、すなわち薄板パケットのほぼ中央でも固定することを提案する。

本発明によればこのことはとりわけ、薄板パケットが「弛む」ことができない、すなわち自重では下方に運動することができないことによって達成される。下方に運動することは、最終的に空隙の減少を引き起こすであろうし、最悪の場合には固定子と回転子とが機械的に接触することを引き起こし得る。

本発明を以下、実施例に基づき詳細に説明する。

風力発電装置の例えば同期発電機である発電機の固定子の固定子リングの一部を示す図である。 本発明の発電機の断面を示す図である。

図１は、風力発電機の例えば同期発電機である発電機３の固定子２の固定子リング１の一部を示す。固定子リング１内には薄板パケット４が形成されており、薄板パケットは多数の個々の（ダイナモ）薄板（電磁鋼板、図示せず）を重ね合わせることにより形成される。

薄板パケット４は複数の溝５を形成し、これらの溝には固定子２用の巻線が後で嵌め込まれる。薄板パケット４自体は多数のネジボルト６によって貫通され、図示の実施例では支持リング７によって閉鎖されている。この支持リング７は、図１から分かるようにネジボルト６によって同じように貫通されており、溶接シーム８によって固定子リング６にポイント１３で固定されている。

図１の支持リング７は薄板パケットの外側ではなく、ほぼ中央に存在する（図２参照）。したがって支持リング７を溶接した後、固定子２の薄板パケット１０全体の第２の部分９を形成するために、別の薄板を支持リングの上に設けることができる。

図２は、本発明の発電機３の断面を示す。ここでは、ネジボルト６が薄板パケット１０全体と支持リング７を貫通しており、薄板パケット１０の外側が圧力板１１によって制限されていることが分かる。薄板パケット４、９、１０の薄板をできるだけ密に互いに押し付けるために、ネジボルト６には高い締め付けトルクが掛けられている。薄板パケットの外側に当接する圧力板１１は固定子リング１に溶接されている。圧力板１１は、薄板パケットの個々の薄板と比較して大きな幅を有する。このことは、薄板パケットのほぼ中央にある支持リング７にも当てはまる。したがって薄板パケット全体は少なくとも３つのポイントで固定子リング１に強固に結合されている。薄板パケットの個々の薄板は、支持リングと同じように、ネジボルト６を収容するための対応する孔部を有しており、したがって薄板もネジボルト６によって一緒に支持される。

前記および図示の発電機３は、好ましくは約１２００ｍｍの深さ（軸方向長さ）と、約５ｍの固定子の直径を有する。好ましくは発電機３は風力発電機に格納される。

本発明の発電機３は、薄板パケット１０全体が２つの部分領域４、９に分割されており、これらの部分領域が前記の支持リング７によって分離されていることも特徴とする。このことは完成した発電機の固定子巻線を見る際にも分かる。なぜなら支持リング７は、薄板と比較して大きな厚さを有しており、支持リングは複数のフィンガ１２を有し、これらのフィンガはダイナモ薄板の溝５によって形成される溝の深さほどには長くないからである。

図１では、支持リング７が薄板パケットの上に載っていることが分かる。すでに述べたように薄板パケットは重なり合った薄板からなり、薄板はそれぞれ図示の溝形状を有する。所定数の薄板層、例えば５から２０の薄板層、すなわち支持リング７の直下にある薄板層は、この領域においてこれら薄板の最良の結合を保証するために、好ましくは互いに接着されている。なぜなら薄板自体の自由端部は支持リング７のフィンガ１２によって完全に覆われていないからである。支持リングは好ましくは圧力板と同じ材料から作製され、好ましくは同じ形状を有する。

１ 固定子リング
２ 固定子
３ 発電機
４、９、１０ 薄板パケット
５ 溝
６ ネジボルト
７ 支持リング
１３ 固定ポイント

この目的は、本発明によれば請求項１の発明特定事項を備える発電機によって達成される。有利な改善形態は従属請求項に記載されている。すなわち以下のとおりである。
本発明の第１の視点によれば、薄板により形成される溝内にある巻線を有する固定子を備え、前記固定子は、所定の直径と所定の深さ（軸方向長さ）を有し、前記薄板は、ネジボルトによって貫通された薄板パケットを形成し、記薄板パケットの前方端部および後方端部が、前記固定子の固定子リングに固定されている発電機であって、前記薄板パケットのさらなる固定ポイントが前記固定子リングに形成されており、当該固定ポイントは前記固定子リングのほぼ中央にあり、当該固定ポイントに支持リングが溶接されている発電機が提供される（形態１）。
本発明の第２の視点によれば、発電機を有する風力発電機が提供される（形態４）。
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照番号はもっぱら理解を助けるためであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。

従来技術ではこれまで薄板パケットが、固定子リングに２箇所でだけ固定されていた。
本発明において、以下の展開形態が可能である。
（形態２）発電機において、前記薄板パケットは２つの部分に分割されており、当該２つの部分は前記支持リングによって分離されることが好ましい。
（形態３）発電機において、前記発電機は、１０００ｍｍ以上、例えば１２００ｍｍの深さ（軸方向長さ）と、２ｍ以上、例えば５ｍの直径と、１ＭＷ以上、例えば３ＭＷの定格電力とを有することが好ましい。

本発明を以下、実施例に基づき詳細に説明する。
なお、引用した上記の特許文献等の各開示は、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ、ないし、選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。特に、本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。

Claims (4)

1. 薄板により形成される溝（５）内にある巻線を有する固定子（２）を備え、前記固定子（２）は、所定の直径と所定の深さ（軸方向長さ）を有し、前記薄板は、ネジボルト（６）によって貫通された薄板パケット（４、９、１０）を形成し、記薄板パケット（４、９、１０）の前方端部および後方端部が、前記固定子（２）の固定子リング（１）に固定されている発電機であって、
   前記薄板パケットのさらなる固定ポイント（１３）が前記固定子リング（１）に形成されており、当該固定ポイント（１３）は前記固定子リング（１）のほぼ中央にあり、当該固定ポイント（１３）に支持リング（７）が溶接されている、ことを特徴とする発電機。
2. 請求項１に記載の発電機において、
   前記薄板パケット（１０）は２つの部分（４、９）に分割されており、当該２つの部分は前記支持リング（７）によって分離される、ことを特徴とする発電機。
3. 請求項１または２に記載の発電機において、
   前記発電機（３）は、１０００ｍｍ以上、例えば１２００ｍｍの深さ（軸方向長さ）と、２ｍ以上、例えば５ｍの直径と、１ＭＷ以上、例えば３ＭＷの定格電力とを有する、ことを特徴とする発電機。
4. 請求項１から３までのいずれか一項に記載の発電機を有する風力発電機。

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