JP6076471B2 - ギアレス型風力発電装置の同期発電機 - Google Patents

Description

本発明は、ギアレス型風力発電装置の同期発電機に関する。更に、本出願は、そのような発電機を有する風力発電装置に関する。更に、本出願は、ギアレス型風力発電装置の同期発電機を輸送するための輸送装置に関する。

その一例が図１に示されている風力発電装置、とりわけ水平軸式風力発電装置は一般的に既知である。図１に示されているようなギアレス型風力発電装置の場合、空気力学的ロータは発電機の回転子を直接的に駆動し、その結果、この発電機は風から獲得した運動エネルギを電気エネルギに変換する。このため、発電機の回転子は空気力学的ロータと同じように緩慢に（低速で）回転する。そのような緩慢な回転（速度）を考慮するために、発電機は、定格出力に対し比較的大きな発電機径、とりわけ大きなエアギャップ径を有する。かくして、回転（速度）が緩慢であるにも拘わらず、エアギャップの領域において、回転子とステータ（固定子）の間に比較的大きな差速度（Differenzgeschwindigkeit）を達成することができる。例えばエネルコン社のＥ１２６のような現代の風力発電装置は７．５ＭＷの定格出力を有する。このＥ１２６もまた、ギアレス型風力発電装置であり、その構造寸法の観点からも相応に大型の発電機を必要とする。

ＥＰ １ ４１９ ３１５ Ｂ１ ＤＥ １９９ ２３ ９２５ Ａ１ ＵＳ ２０１０／００２４３１１ Ａ１ ＤＥ １０ ２００９ ０３２ ８８５ Ａ１ ＤＥ １０ ２０１０ ０３９ ５９０ Ａ１

この場合とりわけ問題となるのは、そのような発電機を風力発電装置の建設地に輸送することである。多くの州では、道路で輸送可能な最大幅は凡そ５ｍである。これは、発電機が寝かせた（横倒しの）状態で即ちその回転軸が道路に対して垂直をなす状態で輸送される場合、輸送の際に許される発電機の最大径は５ｍであることを意味する。発電機の直径はこのようにして事実上制限されている。たとえそのような輸送問題が多くの建設地、とりわけ発電機の製造地の近く又は港の近くにある建設地に対しては解決され得る場合があるとしても、しばしばその使用が望まれる達成されるべき標準的発電機はこの輸送寸法によって制限される。

上述の風力発電装置Ｅ１２６型は、エアギャップ径が凡そ１０ｍである発電機を有する。この発電機の場合、発電機が複数の部分で輸送されることによって、即ち、ロータ（回転子）とステータが夫々４つの部分に分割されることによって、輸送問題は解決される。従って、ロータ（回転子）及びステータは複数の部品の状態で輸送され、建設地又はその近隣で組み立てられる。

この場合問題となるのは、そのような分割部品を現地で、従って発電機製造工場の外部で、再び組み立てなければならないことである。これは煩雑であり、不具合が生じ易い。組立の検査ないし完成した発電機の検査も、発電機製造所で行う場合よりも、現地ではより困難であり、従って、より煩雑であり、不具合もより生じ易くもある。

そのため、例えば、エネルコン社の他の風力発電装置から、少なくともステータの（巻線を）連続巻線（とすること）が有利であることが知られている。これは例えば欧州特許ＥＰ １ ４１９ ３１５ Ｂ１に記載されている。該文献に記載されているステータの巻線は、極めて複雑（大がかり）であり、信頼性のあるその製造は原理的には製造工場でしか達成することができない。尤も、その結果として、極めて高信頼性で作動する発電機が得られはする。しかしながら、この場合、製造工場で取り付けられる連続巻線は、輸送のために複数部分に分離（分割）することはできない。

なお、ドイツ特許商標庁は、本願の優先権の基礎出願において、以下の先行技術文献をサーチした：ＤＥ １９９ ２３ ９２５ Ａ１；ＵＳ ２０１０／００２４３１１ Ａ１；ＤＥ １０ ２００９ ０３２ ８８５ Ａ１；ＤＥ １０ ２０１０ ０３９ ５９０ Ａ１。

それゆえ、本発明の課題は、上記の問題の少なくとも１つに取り組むことである。とりわけ、風力発電装置の可及的に大きな発電機を可能にし、上述の輸送問題を顧慮し、同時に、大きな信頼性を有する方策の提案が望まれる。少なくとも、代替的な方策の提案が望まれる。

本発明に従って、請求項１の同期発電機が提案される。即ち、上記の課題を解決するために、本発明の第１の視点により、ギアレス型風力発電装置の同期発電機が提供される。
該同期発電機はリング型発電機として構成され、
該同期発電機は
・ステータ、及び
・該ステータに対し回転可能な外部から励磁される外部回転子
を含み、
該外部回転子は、少なくとも２つの分割可能な回転子セグメントを有するマルチパーツの外部回転子であり、
該外部回転子は多数の個別回転子磁極から構成され、該個別回転子磁極は相応のコイルを有するコアから構成され、各回転子磁極は各回転子磁極を外部から励磁するために相応の回転子磁極の各々に直流電流を電気的に供給するための直流電流巻線を有し、該直流電流巻線は分割可能かつ再接続可能な直流電流ラインを有する（形態１）。
上記の同期発電機において、前記ステータは非分割であることが好ましい（形態２）。
上記の同期発電機において、同期発電機は少なくとも４８のステータポールを有し及び６相発電機として構成されることが好ましい（形態３）。
上記の同期発電機において、同期発電機の前記ステータ及び／又は前記外部回転子は連続巻線を有することが好ましい（形態４）。
上記の同期発電機において、前記ステータの外径は４．３ｍ超であることが好ましい（形態５）。
上記の同期発電機において、前記外部回転子は周方向において複数の回転子セグメントから構成されること、及び、前記外部回転子は自由内径を有する自由内部空間を有し、前記複数の回転子セグメントは前記自由内径より小さい半径方向幅を有するリングセグメントとして構成され、該半径方向幅は前記自由内径の０．８倍より小さいことが好ましい（形態６）。
上記の同期発電機において、夫々異なる多数の回転子磁極を有する複数の回転子セグメントが設けられることが好ましい（形態７）。
上記の同期発電機において、
・同期発電機は回転軸を有すること、及び
・同期発電機の少なくとも２つの回転子セグメントは当該同期発電機の輸送のために分解可能に構成されること、及び、これらの少なくとも２つの回転子セグメントが分解されている場合、
・前記回転軸を通る横方向において、前記ステータは同期発電機の最大の寸法（Ausdehnung）を形成し、及び
・前記回転軸を通りかつ前記横方向を横切る縦方向において、前記外部回転子は同期発電機の最大の寸法を形成することが好ましい（形態８）。
上記の同期発電機において、定格出力は少なくとも５００ｋＷであることが好ましい（形態９）。
形態１〜９の何れかの同期発電機を有する風力発電装置も有利に提供される（形態１０）。
形態１〜９の何れかのギアレス型風力発電装置の同期発電機を輸送するための輸送装置であって、
・前記同期発電機の前記ステータを含む主輸送部分、及び
・前記同期発電機から分解される少なくとも２つの回転子セグメント
を含む輸送装置も有利に提供される（形態１１）。
上記の輸送装置において、前記少なくとも２つの分解される回転子セグメントは、２つの回転子半部として構成され、及び、２つ合わせて１つの方向において前記ステータの外径を上回らない寸法を有するよう構成されかつ互いに対しずらされて嵌め合わされて輸送状態にされることが好ましい（形態１２）。
上記の輸送装置において、前記主輸送部分は、前記同期発電機に組み込まれる少なくとも１つの回転子セグメントを含み、
該主輸送部分は、
・第１方向において、前記ステータの外径に対応する幅を有し、及び
・第２方向において、前記外部回転子の外径に対応する長さを有することが好ましい（形態１３）。
上記の輸送装置において、前記主輸送部分は、形態１〜９の何れかの同期発電機に、当該同期発電機から分解される回転子セグメントがない状態において、対応することが好ましい（形態１４）。
形態１〜９の何れかのギアレス型風力発電装置の同期発電機の輸送方法であって、
・該同期発電機から少なくとも２つの回転子セグメントを、該同期発電機が１つの方向において該同期発電機のステータの外径に対応する幅に縮小されるよう、分解する工程、
・前記回転子セグメントの分だけダウンサイズされた同期発電機を輸送機に積載する工程、
・風力発電装置の建設地に前記同期発電機を輸送する工程、但し、前記分解された（取り外された）複数の回転子セグメントは別々に同じ輸送機に又は別々に夫々異なる輸送機に配されて建設地に輸送される、及び
・風力発電装置の建設地において、前記分解された複数の回転子セグメントを前記同期発電機に組み込む工程
を含む方法も有利に提供される（形態１５）。

ギアレス型風力発電装置のそのような同期発電機は、従って、（１つの）ステータ（固定子）と（１つの）回転子を含む。本質的に（ロータ）ハブと１又は複数のとりわけ３つのロータブレードから構成される空気力学的ロータと文言上区別するために、以下においては、発電機の回転する部分に対し回転子（Laeufer）という概念を用いる。これに関し、本発明に従って、マルチパーツ（複部構成）の外部回転子が使用される。従って、発電機は、内側に位置する（内側配置の）ステータと外側に位置する（外側配置の）回転子とを有する外部回転子発電機である。更に、回転子は分割されている、即ち少なくとも２つの部分から構成される。ステータは、とりわけ、分割されていない。

かくて、ステータの分割なしで発電機の直径の拡大が可能であることが判明した。内側配置のステータは、従って、単一ないし一体構造で形成されることができ、最大輸送幅までの寸法を有することができる。ステータの外径は、この場合、ほぼエアギャップの平均（中間）径に相当し、正確に形成されればエアギャップの内径に相当する。

他方、外部回転子はより大きな外径を有する、即ちエアギャップ径より大きく、従って、最大輸送幅より大きくなることもあり得る。これに応じて、外部回転子を分割することが提案される。これは、とりわけ外部回転子の場合、回転子の分割に伴う問題は少ないという知見に基づいている。発電機が外部から励磁される（外部励磁式ないし他励式）同期発電機であり、従って回転子が励磁電流を電気的に供給される必要がある場合であっても、そのようなロータ（回転子）の分割（分離）がもたらす問題は少ない。即ち、外部励磁のためには直流電流の調達のみが必要とされるにすぎないため、回転子の分割の際及び対応して回転子の再構築の際、相応の直流電流ライン（複数）、極めて単純な場合は２つの直流電流ラインのみが再び接続されることが必要になるだけであろう。この場合、とりわけ３相又は６相のステータでは不可避と思われる煩雑さと比べると、不具合発生の可能性は小さい。

システム条件に制約されるが、外部から励磁される回転子は、更に、何れにせよ通常のギアレス型風力発電装置の場合、多数の個別回転子磁極（ポール）から、即ち、相応のコイル（複数）を有するコア（複数）から構成される。各回転子ポールは夫々１つの直流電流巻線を有するため、例えばステータについて知られているような連続巻線は、回転子には適当ではない。これは分割を容易にする。

一実施形態に応じ、同期発電機はリング型発電機として構成されることが提案される。リング型発電機とは、磁気的に作用する領域が発電機の回転軸に同心的なリング状の領域に実質的に形成される発電機の構造形式である。とりわけ、磁気的に作用する領域、即ち回転子とステータの領域は、発電機の半径方向の外側の４分の１の領域にのみ形成される。それにも拘らず、発電機の中心部に、ステータのための支持構造体を設けることも可能である。

有利には、少なくとも４８の、更に有利には少なくとも７２の、とりわけ少なくとも１９２のステータ磁極（ポール）が設けられる。かくして、マルチポール発電機が提案される。これは、ゆっくりと（低速で）運転される発電機として好適であり、従ってとりわけギアレス型風力発電装置への使用に適する。

有利な態様において、発電機を６相発電機として構成すること、即ちとりわけ互いに対し凡そ３０度だけシフトされている２つの３相システムを有する発電機として構成することが、更に提案される。これにより、更なる処理のために有利な、極めて一様に生成される即ち実質的に６相の電流が生成される。とりわけ、そのような６相電流は、（発電機に）隣接する（接続される）整流器と、その次の周波数変換器（インバータ）による更なる処理のために良好に適する。とりわけ、そのような６相電流は、生成電流を−場合によって生じ得る損失を無視すれば−完全に整流し、次いで、電流ネットへの給電のためにインバータによって調製するいわゆるフルインバータ構成に有利である。

有利なものとして、更に、同期発電機のステータが連続巻線を有する一実施形態が提案される。このため、ステータは、極めて信頼性が大きい態様で、とりわけ不必要な電気的接続点（複数）なしで、製造することが可能であり、かくして、その限りにおいて、故障容易性の最小化が達成される。とりわけ、電気的コンタクトが存在しないという限りにおいて、電気的コンタクトが切断されないことが可能である。

とりわけ、ステータは、作動時に磁界を案内しかつ１又は複数の巻線が配される非分割ステータコア（薄板積層体）が形成されるよう、分割されていない（非分割的に構成される）。尤も、これによって、例えば固定要素、冷却要素、カバー要素等のような個々の要素の分解（取り外し）の可能性は排除されない。

一実施形態に応じ、ステータが４．３ｍ超の外径を有することが提案される。かくして、とりわけ非分割のステータの場合に、比較的大きなエアギャップ径が可能であるが、その際、最大輸送寸法が考慮される。有利には、ステータは４．７ｍ超の外径を有する。とりわけ、ステータの外径は凡そ５ｍであることが提案される。かくして、最大輸送幅を利用することが可能であり、その限りにおいて、同期発電機は、ステータの問題のある分割を要することなく、最適化ないし最大化することが可能である。従って、５ｍの外径を有するステータを使用することによって、この５ｍが輸送寸法の上限（Transportobergroesse）と見なされる場合、非分割ステータに対し−直径に関し−最大の構造寸法が達成される。

一実施形態に応じ、回転子が周方向において複数の回転子セグメント、とりわけ２又は４の回転子セグメントから構成されることが提案される。この場合、有利には、対称的分割が提案されるが、すべての及び／又は夫々２つの回転子セグメントは同じ大きさであり、とりわけ同じ大きさの円（環）セグメントを構成する。かくして、組立可能性及び／又は輸送が単純化及び容易化され、しばしば標準化されることも可能である。

有利には、回転子セグメント（複数）は、夫々異なる多数の回転子ポールを有する。この実施形態の場合も、回転子の対称的分割は可能であり、例えば、夫々（対応するセグメントの）大きさが同じであり、とりわけ夫々同じ数の多数の回転子ポールを有する２つの小セグメントと２つの大セグメントが形成される。例えば、４８のポールを有する回転子が、４つのセグメントに分割され、そのうち２つのセグメントが夫々８つのポールを有し、残りの２つのセグメントが夫々１６のポールを有するよう構成することができる。かくして、例えば、回転子に基礎的安定性を与える２つの大セグメントを設け、より小さいほうの２つのセグメント（２つの小セグメント）が組立の際に原理的に当該２つの大セグメントを相互に結合することが達成可能である。

有利な一実施形態に応じ、輸送のために少なくとも２つの回転子セグメントが分解（取り外し）可能に構成された、回転軸を有する同期発電機が提案される。この同期発電機は、当該２つの回転子セグメントが分解されている（取り外されている）場合（状態）において、同期発電機の最大の寸法（広がり）が、１つの方向ではステータによって、他の１つの方向では回転子によって規定されるよう、構成される。即ち、とりわけ、ステータが同期発電機の回転軸に対し第１の横方向（図７では左右方向）において同期発電機の最大の寸法（広がり：Ausdehnung）を形成すること、及び、該回転軸を通りかつ該（第１の）横方向を横切る縦方向（図７では縦方向）において回転子が同期発電機の最大の寸法（広がり）を形成することが提案される。相応に、同期発電機は、２つの、とりわけ対向配置される回転子セグメントが分解され（取り外され）、それによって、発電機の寸法が正確にこの部位で縮小されるよう、即ち、ステータの直径に縮小されるよう、構成される。この分解（取り外し）可能性及び対応してその際分解された（取り外された）回転子セグメントは、その分解（取り外し）により正確に、ステータがその際その部分に最大の寸法を形成するような大きさであればよい。この場合、この方向における発電機の寸法の更なる縮小は最早可能ではない。なぜなら、ステータは分解されることができないからであり、少なくとも実際的ではないからである。

この横方向は、輸送の際、有利には、輸送機の移動（進行）方向（道路の方向）に対する横方向に配向されることが可能であり、その結果、載貨された輸送機の輸送幅はステータの外径に縮小される。縦方向においては、従って輸送機の移動（進行）方向においても、発電機の寸法は縮小される必要はない。この場合、回転子ないし回転子セグメント（複数）はそのまま留まる（維持される）ことが可能であり、従って、発電機はこの方向では外側寸法として回転子の外径を有する。

有利には、定格出力が少なくとも５００ｋW、少なくとも１ＭＷ、とりわけ少なくとも２ＭＷの同期発電機が使用される。かくして、大きな定格出力を有する風力発電装置のための同期発電機が提案される。この同期発電機は、非分割ステータと分割回転子とによって有利に実現可能である。

同様に、上述の実施形態の少なくとも１つに応じた同期発電機を有する風力発電装置が提案される。これに応じて、最大化された発電機を有し、同時に大きな信頼性を有し、更には不所望の輸送問題が生じない風力発電装置を達成できる。

更に、部分的に分解される同期発電機を輸送するための、とりわけ上述の実施形態の少なくとも１つに応じた同期発電機を輸送するための、輸送装置が提案される。この同期発電機はステータと外部回転子を有する。輸送装置は、主輸送部（Haupttransportteil）とも称され得る主輸送部分（Haupttransportabschnitt）を含み、この主輸送部分は、同期発電機のステータを含む。更に、輸送装置は、同期発電機から分解される（取り外される）少なくとも２つの回転子セグメントを含む。これに応じて、同期発電機を輸送のために部分的に分解し、その際、ステータを単体で輸送することが提案される。

有利には、少なくとも２つの分解される回転子セグメントは、２つの回転子半部として構成され、及び、２つ合わせて１つの方向においてステータの外径を上回らない寸法を有するよう互いに対しずらされて嵌め合わされて輸送状態にされる。この場合、とりわけ、これら２つの回転子半部がリングセグメントとして構成され、該２つのリングセグメントの夫々の１つの足部が対応する他方のリングセグメントの２つの足部の間に部分的に配置されることを出発点（基本）とする。この配置の場合少なくとも１つの方向においてステータの直径の寸法を上回らない寸法を達成するために、これらのリングセグメント、従って、組み立てられる（嵌め合わされる）回転子のリングは、相応に細く（幅狭に）構成される必要がある。

更なる一実施形態に応じ、主輸送部分が、同期発電機に組み込まれる少なくとも１つの回転子セグメント、とりわけ２つの回転子セグメントを含むことが提案される。この場合、主輸送部分が第１の方向においてステータの外径に対応する幅を有しかつ第２の方向において回転子の外径に対応する長さを有するよう、主輸送部分は構成され、かつ、ステータに組みつけられた状態に維持される回転子セグメントは相応に選択される。この場合、とりわけ、第１の方向は、輸送時に移動（進行）方向（道路の方向）に対し横方向に配向され、幅は、そのように載貨された輸送機の実際の幅である。この場合、第２の方向は、とりわけ、移動（進行）方向を指向する。第１方向及び第２方向は、有利には、ほぼ１つの面内にありかつ互いに対しほぼ直交する。

有利には、輸送装置は、少なくとも１つの実施形態において上述したように、部分的に分解された同期発電機を含む。更に、輸送装置の主（輸送）部分が上述の実施形態の１つに応じた部分的同期発電機を含むが、同期発電機から分解された（取り外された）回転子セグメントを含まないと、有利である。換言すれば、輸送装置の主（輸送）部分は実質的に同期発電機全体に相応するが、少なくとも、何れにせよ１つの方向において同期発電機の幅がステータの寸法即ち直径に縮小可能である限りにおいて、同期発電機から回転子セグメントが分解される（取り外される）。かくして、回転子セグメントの最小に縮小される分解（取り外し）が提案される同期発電機の輸送が提案される。

更に、ギアレス型風力発電装置の同期発電機を該風力発電装置の建設地に輸送するための方法が提案される。この場合、同期発電機は部分的に分解され、それにより、少なくとも２つの回転子セグメントが分解される（取り外される）。この場合、風力発電装置の建設地への輸送は、風力発電装置の建設地の近くの一時的な製造（組立）地への輸送も含む。そのような製造地は、とりわけ、例えば同期発電機の組立を実行することができ、そこからそのすぐ近くに位置する建設地への輸送が基本的に、とりわけ輸送幅に関し、輸送制限（規制）を受けない場所である。換言すれば、公道での輸送はそのような一時的製造地への到達時に既に終了している。

ここに、本発明の好ましい実施の態様を示す。
（態様１）ギアレス型風力発電装置の同期発電機であって、
・ステータ、及び
・回転子としてのマルチパーツ外部回転子
を含む同期発電機が提供される。
（態様２）上記の同期発電機において、前記回転子は外部から励磁されること、及び／又は、前記ステータは非分割であることが好ましい。
（態様３）上記の同期発電機において、同期発電機はリング型発電機として構成され及び／又は少なくとも４８の、少なくとも７２の、とりわけ少なくとも１９２のステータポールを有し及び／又は６相発電機として構成されること及び／又は同期発電機の前記ステータは連続巻線を有することが好ましい。
（態様４）上記の同期発電機において、前記ステータの外径は４．３ｍ超、とりわけ４．７ｍ超、とりわけ凡そ５ｍであることが好ましい。
（態様５）上記の同期発電機において、前記回転子は周方向において複数の回転子セグメント、とりわけ２又は４の回転子セグメント、から構成されること、及び／又は、前記回転子は自由内径を有する自由内部空間を有し、前記複数の回転子セグメントは前記自由内径より小さい半径方向幅を有するリングセグメントとして構成され、該半径方向幅は前記自由内径の０．８倍より小さいこと、とりわけ前記自由内径の０．７倍より小さいことが好ましい。
（態様６）上記の同期発電機において、夫々異なる多数の回転子磁極を有する複数の回転子セグメントが設けられることが好ましい。
（態様７）上記の同期発電機において、
・同期発電機は回転軸を有すること、及び
・同期発電機の少なくとも２つの回転子セグメントは当該同期発電機の輸送のために分解可能に構成されること、及び、これらの少なくとも２つの回転子セグメントが分解されている場合、
・前記回転軸を通る横方向において、前記ステータは同期発電機の最大の寸法（Ausdehnung）を形成し、及び
・前記回転軸を通りかつ前記横方向を横切る縦方向において、前記回転子は同期発電機の最大の寸法を形成することが好ましい。
（態様８）上記の同期発電機において、定格出力は少なくとも５００ｋＷ、少なくとも１ＭＷ、とりわけ少なくとも２ＭＷであることが好ましい。
（態様９）上記の同期発電機において、態様１〜８の何れかの同期発電機を有する風力発電装置も好ましい。
（態様１０）ギアレス型風力発電装置の、ステータ及び外部回転子を有し部分的に分解される同期発電機を輸送するための輸送装置であって、
・前記同期発電機の前記ステータを含む主輸送部分、及び
・前記同期発電機から分解される少なくとも２つの回転子セグメント
を含む輸送装置も好ましい。
（態様１１）上記の輸送装置において、前記少なくとも２つの分解される回転子セグメントは、２つの回転子半部として構成され、及び、２つ合わせて１つの方向において前記ステータの外径を上回らない寸法を有するよう構成されかつ互いに対しずらされて嵌め合わされて輸送状態にされることが好ましい。
（態様１２）上記の輸送装置において、前記主輸送部分は、前記同期発電機に組み込まれる少なくとも１つの回転子セグメント、とりわけ少なくとも２つの回転子セグメント、を含み、
該主輸送部分は、
・第１方向において、前記ステータの外径に対応する幅を有し、及び
・第２方向において、前記回転子の外径に対応する長さを有することが好ましい。
（態様１３）上記の輸送装置において、
・輸送装置は、態様１〜８の何れかの部分的に分解される同期発電機を有し、及び／又は
・前記主輸送部分は、態様１〜８の何れかの同期発電機に、当該同期発電機から分解される回転子セグメントがない状態において、対応することが好ましい。
（態様１４）ギアレス型風力発電装置の同期発電機の輸送方法であって、
・該同期発電機から少なくとも２つの回転子セグメントを、とりわけ該同期発電機が１つの方向において該同期発電機のステータの外径に対応する幅に縮小されるよう、分解する工程、
・前記回転子セグメントの分だけダウンサイズされた同期発電機を輸送機に積載する工程、
・風力発電装置の建設地に前記同期発電機を輸送する工程、但し、前記分解された（取り外された）複数の回転子セグメントは別々に同じ輸送機に又は別々に夫々異なる輸送機に配されて建設地に輸送される、及び
・風力発電装置の建設地において、前記分解された複数の回転子セグメントを前記同期発電機に組み込む工程
を含む方法も好ましい。
（態様１５）上記の輸送方法において、態様１〜８の何れかの同期発電機が輸送され、及び／又は、該同期発電機が態様１０〜１３の何れかの輸送装置で輸送されることが好ましい。
以下に、本発明の実施例を例示的に添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、特許請求の範囲に付した図面参照符号は専ら発明の理解を助けるためのものであり、本発明を図示の態様に限定することは意図しない。

風力発電装置の一例の斜視図。 同期発電機の一例の模式的斜視断面図。 図２の同期発電機の模式的側面図。 ステータの一例の軸方向から見た平面図。 部分的に分解された同期発電機の一例の軸方向から見た平面図。 輸送のために空間節約的に組み合された２つの回転子セグメントの一例の平面図。 更なる一実施形態に応じ部分的に分解された同期発電機の一例の軸方向から見た模式的平面図。 図７の部分的に分解された同期発電機の斜視図。 図７及び図８の部分的に分解された同期発電機の模式的斜視断面図。

以下において、同一又は類似の実施例の同一又は類似の構成要素に異なる図面参照符号を付して説明することがある。

図１は、タワー１０２とナセル（ゴンドラ）１０４とを有する風力発電装置１００の一例を示す。ナセル１０４には、３つのロータブレード１０８とスピナ１１０とを有するロータ１０６が配されている。ロータ１０６は運転時風によって回転運動し、それによって、ナセル１０４内の発電機を駆動する。

図２の同期発電機１は、分割された外部回転子２と、単一ないし一体構造のステータ４を有する。ステータ４は、ラジアル支持板６によって支持ジャーナル（Aufnahmezapfen）８に支持される。なお、支持ジャーナルは円錐軸状支持部材（Achszapfenaufnahme）と称されることもある。

同期発電機１を風力発電装置で使用するために、ロータブレード（図２に不図示）を受容するロータハブ１２が示されている。ロータハブ１２は、ハブフランジ１４を介して外部回転子２に結合され、かくして、外部回転子２はステータ４に対し相対的に回転することができる。

外部回転子２は、それに関し、ステータユニット１８に対し相対的に回転する（複数の）ポールユニット（Polpakete：磁極ユニット）１６を有する。この回転によって、巻線内で生成されるないし更に導かれる電流が生成される。この巻線については、図２には巻線ヘッド２０のみが示されている。図２は斜視断面図であるが、幾つかの断面、即ちとりわけステータユニット１８の断面及び支持ジャーナル８の断面もハッチングは付されていない。尤も、図示のポールユニット１６は側面が示されているが、これは、外部回転子２の実際の分割によって形成されたものである。

外部回転子２については、図２は、１つの外部回転子半部２２のみ示している。この外部回転子半部２２は、もう１つの外部回転子半部２２と結合するために、結合フランジ２４を有する。この結合フランジは、図２に示されている実施例では、実質的なリング状面を超えて及び外部回転子２のそのようなリングの寸法を超えて突出する。ここで注意すべきことは、同期発電機１はギアレス型風力発電装置に設けられており、従って、低速回転子であることである。従って、この突出する結合フランジ２４によって場合により生じ得る風に対する抵抗は、同期発電機１の運転に対し問題にならない。更に、外部回転子２は、従って結合フランジ２４も、一緒に回転するハブ外殻ないしスピナーハウジング内に配置される。

図２は、更に、連結部分（Ansatz）に軸ジャーナル（ないし短軸：Achszapfen）２６を示す。この軸ジャーナル２６は、支持ジャーナル８ないし円錐軸状支持部材８に固定的に結合され、ロータハブ１２を図２の記載部分の外側に位置する領域において相応の軸受を介して回転可能に支持することができる。ロータハブ１２は組立状態においてハブフランジ１４を介して外部回転子２と固定的に結合しているので、これを介して、外部回転子２も支持される。

図３は、図２の同期発電機を側面から見た断面図（軸方向断面図）で示したものであり、その限りで、何れにせよステータ４と他の定置（静置）的部材即ち支持ジャーナル８及び軸ジャーナル２６が断面で示されている。回転子ポールユニット１６とステータユニット１８の間には、同期発電機１の輸送寸法を規定するエアギャップ２８が形成される。図示の実施例では、エアギャップ径は５ｍである。この場合、単純化すれば、エアギャップがそれ自体数ミリメートルの厚さを有することは無視される。その限りにおいて、エアギャップ厚を無視する場合エアギャップ径に相当するステータ４の外径は輸送幅を規定する。従って、輸送のために、２つの外部回転子半部２２（これらのうち一方しか図２及び図３には記載されていない）は、同期発電機１から取り外されることができ、その結果、最大寸法として、ステータ４の外径、即ち、ステータユニット１８の領域における外径が得られる。

輸送後に同期発電機１を組み立てる場合、２つの外部回転子半部２２は結合フランジ２４を介して互いに結合される。次いで、ロータハブ１２がハブフランジ１４において外部回転子２（これは既に２つの外部回転子半部２２から組立てられている）と固定的に結合されることができる。この場合、ロータハブ１２の軸受は軸ジャーナル２６に設けることができるが、これによって、同時に、少なくとも部分的に、外部回転子２も軸受支持される。

図４は、ステータ４０４の一例を軸方向から見た平面図で模式的に示す。なお、このステータ４０４は図２及び図３のステータ４に極めて類似する。図４には、ステータ４０４のみが記載されているが、その外径４３０は、それによって、最大寸法、従って、輸送機で輸送する際の不可避の幅を規定する。

図５には、単一（一体）構造のステータ４０４の両側に、分解された（取り外された）外部回転子の外部回転子半部４２２が夫々配されている様子が、軸方向平面図に記載されている。そして、図５は、２つの外部回転子半部４２２が組み立てられる様子を示しているが、その際、２つの外部回転子半部４２２は、図示の矢印で示されるように、互いに接近するよう移動され、その際、ステータ４０４はそれらの中に収容される。固定のために、２つの外部回転子半部４２２の結合フランジ４２４は互いに接近するよう移動され、次いで、互いに螺合される。既に図５から明らかなとおり、この簡単な方策、即ち、外部回転子を分解（取り外し）可能な２つのセグメントに分解することによって、ステータ４０４の輸送のための空間的要求は低下する（小さくなる）。これらの２つの外部回転子半部４２２は、図示の分解状態において、良好に輸送されることができる。

図６は、２つの外部回転子半部４２２が可及的に空間節約的に互いに嵌め合わされる１つの可能性（ないし態様）を示す。この場合、２つの外部回転子半部４２２は、夫々、その１つの足部４３２を対応する他方の外部回転子半部４２２の半閉鎖内部領域４３４に嵌め込む。この場合、足部４３２は、とりわけ、結合フランジ４２４で終端する外部回転子半部４２２の部分である。

そのような配置により、ステータ４０４の外径４３０の寸法に相当する、少なくともそれを上回らない輸送幅４３６を形成することができる。

図６に示したような嵌め合せ構造を達成可能にするために、外部回転子半部４２２は夫々最大半径方向幅（最大内外径差）４３８を有するリングセグメントとして構成されるが、これは図示の実施例では最終的には結合フランジ４２４の大きさによって規定される。この半径方向幅４３８は、外部回転子４０２の内部自由径４４０より小さい必要がある。

図７は、同期発電機７０１の更なる一実施例を模式的な軸方向から見た（平面）図で示す。この同期発電機７０１は、ステータ７０４と、分解された（取り外された）外部回転子を有する。この分解された外部回転子は、１つの回転子大セグメント７４２と、２つの回転子小セグメント７４４を有する。輸送のために、外部回転子小セグメント７４４は分解される（取り外される）が、これに応じて図７には分離して（別々に）記載されている。これら２つの外部回転子小セグメント７４４を分解する（取り外す）ことによって、同期発電機７０１の直径ないし幅は、所定の領域において、ステータ７０４の外径７３０に制限される。従って、ステータ７０４の直径７３０の値への同期発電機７０１の幅のそのような限定（制限）ないし縮小は、外部回転子の完全な分解（取り外し）を要することなく、達成することができる。２つの外部回転子小セグメントの分解（取り外し）で十分であり得る。ステータ７０４は、２つの外部回転子大セグメント７４２と共に実質的に主輸送部分を構成する。図示の実施例では、外部回転子７０２は複数の回転子ポール（磁極片）７４６を有するが、２つの外部回転子小セグメント７４４は夫々１２のポールを有し、２つの外部回転子第セグメントは夫々２４のポールを有する。

結合（固定）のために、２つの外部回転子小セグメント７４４は夫々１つの分割部フランジ（Sekantenflansch）７４８を有する。これに対応して、同期発電機７０１の残りの部分には夫々１つの対抗フランジ７５０が設けられる。かくして、対抗フランジ７５０及び更なる構成要素の夫々が外部回転子小セグメント７４４と結合することなく同期発電機７０１に残置している２つの外部回転子大セグメント７４２と結合するため、同期発電機７０１は、外部回転子小セグメント７４４が分解された（取り外された）場合であっても、比較的大きな安定性を有する。この場合、分割部フランジ７４８及び対応する対抗フランジ７５０は、平坦で均一な結合フランジとして構成することが可能であり、かくして、外部回転子小フラグメント７４４を同期発電機７０１の残部に結合（固定）するための比較的単純に形成される可能性（手段）が創製される。その際、同時に、比較的簡単に、即ちとりわけ目視によって、検査することも可能な安定的な結合が形成される。

同期発電機７０１の図８の斜視図には、外部回転子７０２の基本的に有利なカプセル化（包囲ないし密閉型）形態も見出すことができる。カプセル化の形態は、図示の変形例においてのみならず、一般的にも、有利な実施形態である。２つの外部回転子小セグメント７４４は、外部回転子７０２全体の極めて小さい部分のみを構成する。いずれにせよ同期発電機７０１の輸送のために、２つの外部回転子小セグメント７４４を分解しても（取り外しても）、外部回転子７０２の構造の安定性には殆ど影響しないことが分かる。外部回転子７０２の全体として強固な外殻７５２によって既に大きな安定性が与えられている。

この強固な外殻７５２には、２つの対抗フランジ７５０が形成され、分割部フランジ７４８との結合のために構成されている。図８には、組立及び分解（取り外し）のために、分割部フランジ７４８が良好なアクセス可能性を有することも見出すことができる。２つの外部回転子小フラグメント７４４もまた、外殻部分７５４によってその安定性が高められる。

風力発電装置において同期発電機７０１を組み立てる（取り付ける）ために、簡単な方法で空気力学的ロータの結合を可能にするハブフランジ７１４が設けられる。

図９は、同期発電機７０１の模式的（斜視）断面図を示すが、この同期発電機７０１の構造は図２及び図３のものと良く似ている。この場合も、ステータ７０４は、１つのステータユニット７１８と複数の巻線ヘッド７２０を有する。外部回転子７０２もまた、図９に示すように、ステータユニット７１８に対し相対的に回転する（複数の）ポールユニット７１６を有する。支持のために、同様に、支持ジャーナル７０８とこれに固定（結合）される軸ジャーナル７２６が設けられている。図７〜図９に示した実施例は、図２及び図３に示した実施例とは、外部回転子２ないし７０２の分割（分解）の態様において本質的に相違する。図２及び図３の実施例では、分割（分解）により、実質的に同等の２つの外部回転子半部２２を生成することが提案されるが、これに対し、図７〜図９の実施例では、２つの外部回転子小セグメント７４４の分解（取り外し）のみが提案される。

かくして、所与の最大輸送幅を遵守しつつ、とりわけ５ｍの輸送幅を遵守しつつ、可及的に大きなエアギャップ径を有する同期発電機が提案される。その際、発電機の構成要素の分離（分解）の煩雑性は低く抑えられる。更に、発電機の構成要素の輸送に最適化された分割が提案される。

とりわけ３相電流システム又は更には２つの３相電流システムが分割され、風力発電装置の建設地で再び組み立てられなければならないステータ分離部位（ないし分割箇所：Statortrennstelle）における大きな手間がかかる接続や巻線の形成は回避される。これに応じて、１又は複数の相応の分離部位における手間がかかる（大がかりな）接続及び巻線の形成は減少することができる。更に、場合によって設けられ得る分離部位の数も減少される。

ステータは分離（分解）されることなく構成可能である。回転子、即ち同期発電機の電磁的ロータは、少なくとも２つの要素に、有利には複数の（より多くの）要素に分割（分解）される。基本的に、回転子、及び、回転子が外部から励磁される場合は、複数のポールないしポールシューの直列接続、が提案される。この観点において、いずれにせよ（１つの）ステータにおける多相交流電圧システムの分離の場合と比べると、そのような回転子の分離の際の分離作業の手間（大がかりな分離作業）は低減する。結果として、とりわけ輸送に最適化された分割（分解）が提案される。とりわけ図７〜図９に示された実施例の場合、ステータと、回転子の一部との一緒の輸送が提案されるが、その際、回転子の２つの側部部分のみは特別（別途）輸送で輸送すればよい。

Claims (15)

1. ギアレス型風力発電装置（１００）の同期発電機であって、
   該同期発電機はリング型発電機として構成され、
   該同期発電機は
   ・ステータ（４）、及び
   ・該ステータ（４）に対し回転可能な外部から励磁される外部回転子（２）
   を含み、
   該外部回転子（２）は、少なくとも２つの分割可能な回転子セグメント（２２）を有するマルチパーツの外部回転子（２）であり、
   該外部回転子（２）は多数の個別回転子磁極から構成され、該個別回転子磁極は相応のコイルを有するコアから構成され、各回転子磁極は各回転子磁極を外部から励磁するために相応の回転子磁極の各々に直流電流を電気的に供給するための直流電流巻線を有し、該直流電流巻線は分割可能かつ再接続可能な直流電流ラインを有する
   同期発電機。
2. 前記ステータ（４）は非分割であること
   を特徴とする請求項１に記載の同期発電機。
3. 同期発電機は少なくとも４８のステータポールを有し及び６相発電機として構成されること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の同期発電機。
4. 同期発電機の前記ステータ（４）及び／又は前記外部回転子は連続巻線を有すること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の同期発電機。
5. 前記ステータ（４）の外径は４．３ｍ超であること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の同期発電機。
6. 前記外部回転子（２）は周方向において複数の回転子セグメント（２２）から構成されること、及び、前記外部回転子（２）は自由内径を有する自由内部空間を有し、前記複数の回転子セグメント（２２）は前記自由内径（４４０）より小さい半径方向幅（４３８）を有するリングセグメントとして構成され、該半径方向幅（４３８）は前記自由内径（４４０）の０．８倍より小さいこと
   を特徴とする請求項１又は２に記載の同期発電機。
7. 夫々異なる多数の回転子磁極を有する複数の回転子セグメント（２２）が設けられること
   を特徴とする請求項６に記載の同期発電機。
8. ・同期発電機は回転軸を有すること、及び
   ・同期発電機の少なくとも２つの回転子セグメント（２２）は当該同期発電機の輸送のために分解可能に構成されること、及び、これらの少なくとも２つの回転子セグメント（２２）が分解されている場合、
   ・前記回転軸を通る横方向において、前記ステータ（４）は同期発電機の最大の寸法（Ausdehnung）を形成し、及び
   ・前記回転軸を通りかつ前記横方向を横切る縦方向において、前記外部回転子は同期発電機の最大の寸法を形成すること
   を特徴とする請求項６又は７に記載の同期発電機。
9. 定格出力は少なくとも５００ｋＷであること
   を特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の同期発電機。
10. 請求項１〜９の何れか一項に記載の同期発電機（１）を有する風力発電装置。
11. 請求項１〜９の何れか一項に記載のギアレス型風力発電装置（１００）の同期発電機（１）を輸送するための輸送装置であって、
    ・前記同期発電機（１）の前記ステータ（４）を含む主輸送部分、及び
    ・前記同期発電機から分解される少なくとも２つの回転子セグメント
    を含む輸送装置。
12. 前記少なくとも２つの分解される回転子セグメント（２２）は、２つの回転子半部として構成され、及び、２つ合わせて１つの方向において前記ステータ（４）の外径を上回らない寸法を有するよう構成されかつ互いに対しずらされて嵌め合わされて輸送状態にされること
    を特徴とする請求項１１に記載の輸送装置。
13. 前記主輸送部分は、前記同期発電機（１）に組み込まれる少なくとも１つの回転子セグメント（２２）を含み、
    該主輸送部分は、
    ・第１方向において、前記ステータ（４）の外径に対応する幅を有し、及び
    ・第２方向において、前記外部回転子（２）の外径に対応する長さを有すること
    を特徴とする請求項１１に記載の輸送装置。
14. 前記主輸送部分は、請求項１〜９の何れか一項に記載の同期発電機（１）に、当該同期発電機（１）から分解される回転子セグメント（２２）がない状態において、対応すること
    を特徴とする請求項１１又は１２に記載の輸送装置。
15. 請求項１〜９の何れか一項に記載のギアレス型風力発電装置（１００）の同期発電機（１）の輸送方法であって、
    ・該同期発電機（１）から少なくとも２つの回転子セグメント（２２）を、該同期発電機（１）が１つの方向において該同期発電機（１）のステータ（４）の外径に対応する幅に縮小されるよう、分解する工程、
    ・前記回転子セグメント（２２）の分だけダウンサイズされた同期発電機（１）を輸送機に積載する工程、
    ・風力発電装置（１００）の建設地に前記同期発電機（１）を輸送する工程、但し、前記分解された複数の回転子セグメント（２２）は別々に同じ輸送機に又は別々に夫々異なる輸送機に配されて建設地に輸送される、及び
    ・風力発電装置（１００）の建設地において、前記分解された複数の回転子セグメント（２２）を前記同期発電機（１）に組み込む工程
    を含む方法。

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