WO2011092834A1

WO2011092834A1 - 風力発電装置

Info

Publication number: WO2011092834A1
Application number: PCT/JP2010/051194
Authority: WO
Inventors: 智裕沼尻
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2011-08-04
Also published as: KR20110112185A; US20110278996A1; CA2697522C; CA2697522A1; AU2010201565A1; AU2010201565B2; JPWO2011092834A1; US8247916B2; EP2530314A4; EP2530314A1; JP5079093B2; CN102209848A; EP2530314B1; BRPI1000024A2; CN102209848B; KR101236075B1

Abstract

　風力発電装置が、ステータと、発電機ロータとステータとを収容するステータケーシングとを備える発電機と、一端が風車ロータに、他端が発電機ロータに連結された主軸と、主軸を回転可能に支持する第１軸受と、主軸に設けられ、主軸とステータケーシングとが相対的に回転可能であるようにステータケーシングを支持する第２軸受と、第１軸受が取り付けられた基部と、基部とステータケーシングの正面プレートを連結する連結部材を備えるトルクサポートとを具備する。ステータケーシングに主軸の周方向のトルクが作用したときに連結部材と正面プレートとの間で働く力の荷重中心が、正面プレートの表面から裏面までの範囲内にある。

Description

風力発電装置

　本発明は、風力発電装置に関し、特に風力発電装置における発電機の支持構造に関する。

　ダイレクトドライブ方式の風力発電装置は、風車ロータの回転を伝える主軸（シャフト）が発電機内の発電機ロータを直接回転させる風力発電装置である。通常の風力発電装置は、風車ロータの回転数が電力系統の周波数よりも遅いため、増速機を用いている。

　一方、ダイレクトドライブ方式の風力発電装置では、増速機を用いずに風車ロータに接合された主軸が発電機に直接接続されているが、この方式の風力発電装置では、発電機が大型化する傾向にある。これは、風力ロータの回転数と電力系統の周波数とが適合しないため、発電機内の界磁磁石の極数を増やす必要があるためである。界磁磁石の極数が増大すると、発電機ロータの径は大きくなり、発電機は大きくなる。更に、近年の大容量化に伴い発電機の大きさは益々大型化する傾向にある。

　大型化する発電機を支持する機構を最適に設計することは、ダイレクトドライブ方式の風力発電装置の設計において重要な事項の一つである。そして、ダイレクトドライブ方式の風力発電装置では、一般に、発電機の支持機構として２つの機構が用いられる。

　第１に、主軸とステータケーシングの間に軸受が設けられ、その軸受によってステータケーシングが支持される。このような機構が用いられるのは、発電機のステータとロータとの間のギャップの間隔を維持するためである。ダイレクトドライブ方式の風力発電装置においては、主軸は、先端に設けられた風車ロータに作用する重力やそれ自身に作用する重力によりたわみが起こる。このとき、主軸に接合された発電機ロータも主軸のたわみに応じて変位する。発電機ロータの変位が発生してもステータとロータとの間のギャップの間隔を維持するためには、ステータケーシングも主軸で支持すればよい。

　その一方で、主軸に設けられた軸受によってステータケーシングを支持する方式では、ステータケーシングに、主軸に対して周方向に作用するトルクを支持することはできない。特に、発電機ロータが回転すると、発電機ロータとステータとの間に作用する吸引力によって、ステータケーシングにはステータケーシングを主軸の周りに回転させようとするトルクが加わる。主軸に設けられた軸受では、このようなトルクを支えることができない。

　そこで、ステータケーシングを主軸の周りに回転させようとするトルクを支持するために、静止している部材（典型的には、主軸を支える軸受が設けられた基部）とステータケーシングとを連結する機構が設けられる。このような機構を、本明細書では、トルクサポートという。即ち、トルクサポートは、ステータケーシングに対して主軸に対して周方向に作用するトルクを支持し、ステータケーシングの回転を防ぐ機構である。

　主軸に設けられた軸受とトルクサポートとで発電機を支持する構造については、例えば、特許文献１（ＥＰ１３２７０７３Ｂ１号公報）、特許文献２（ＥＰ２０１４９１７号Ａ１公報）に開示されている。図１０は、特許文献１に開示された風力発電装置の構造を示す鳥瞰図である。図１０の構造では、ステータ２１９の表面にアーム２２６、ビーム２２７およびダンピングエレメント２２８を設け、ビーム２２７が基部２０４に取り付けられている。このような機構は、ステータ２１９を主軸の周りに回転させようとするトルクを支持するトルクサポートとして機能する。加えて、主軸２１８に軸受２１６、２１７が設けられ、これらの軸受によっても、ステータ２１９が支持されている。

　一方、特許文献２に開示された風力発電装置では、基板プレートに設けられた第１、第２の軸受によって主軸が支持されている。ステータケーシングは、ロータの周囲に設けられた第１の端板と第２の端板およびケーシング素子とで構成されている。さらに、第１の端板は、主軸に設けられた第３の軸受により支持されている。第２の端板は、変形可能な非回転カップリング（non-rotatable coupling）によって軸受ハウジングに取り付けられている。この非回転カップリングは、ステータケーシングを主軸の周りに回転させようとするトルクを支持するトルクサポートとして機能している。

　発明者は発電機の支持機構について検討を進めているが、発明者が得た知見によれば、トルクサポートの設計において重要な事項の一つが、ステータケーシングに作用する曲げモーメント（即ち、ステータケーシングを面外に撓ませる力）を低減させることである。ステータケーシングに曲げモーメントが作用してステータケーシングが変形すると、ステータとロータとの間のギャップが均一に保てなくなる。これは、発電機の振動の増大や発電機性能の劣化を招くため好ましくない。特に、トルクサポートの構造が不適切であると、ステータケーシングに大きな曲げモーメントが作用してしまいため好ましくない。例えば、図１０の構造では、ステータ２１９の表面にアーム２２６が接合されているため、ステータケーシングに曲げモーメントが作用してしまうため好ましくない。特に、発電機が高出力化されると、ステータケーシングに周方向に作用するトルクも増大し、曲げモーメントも増大してしまうので、曲げモーメントの問題は深刻になる。

　曲げモーメントの問題に対処するためには、ステータケーシングの剛性を高めて曲げモーメントの増大に対抗することも考えられる。しかしながら、このような対処では、ステータケーシングの重量が増大してしまい好ましくない。また、曲げモーメントの問題への他の対処としては、なるべく外側でステータケーシングを支持するということも考えられる。例えば、図１０に図示されている構造では、ステータ２１９の外周付近まで腕部２２６やビーム２２７を設け、これにより、ステータ２１９を支持している。しかしながら、外周付近まで腕部２２６及びビーム２２７を延ばすことは、腕部２２６及びビーム２２７の大型化や重量の増大を招くため、好ましくない。

ＥＰ１３２７０７３Ｂ１号公報（特表２００４－５１１７２３号公報）ＥＰ２０１４９１７Ａ１号公報（特開２００９－１９６２５号公報）

　したがって、本発明の目的は、風力発電装置において、発電機のステータケーシングを支持する構造体を小型化しながら、ステータケーシングに作用する曲げモーメントを低減できる支持構造を提供することである。

　本発明の風力発電装置は、ステータと、発電機ロータとステータとを収容するステータケーシングとを備える発電機と、一端が風車ロータに、他端が発電機ロータに連結された主軸と、主軸を回転可能に支持する第１軸受と、主軸に設けられ、主軸とステータケーシングとが相対的に回転可能であるようにステータケーシングを支持する第２軸受と、第１軸受が取り付けられた基部と、基部とステータケーシングの正面プレートを連結する連結部材を備えるトルクサポートとを具備する。ステータケーシングに主軸の周方向のトルクが作用したときに連結部材と正面プレートとの間で働く力の荷重中心が、正面プレートの表面から裏面までの範囲内にある。

　本発明によれば、トルクサポートが、連結部材と正面プレートとの間で働く力の荷重中心が、正面プレートの表面から裏面までの範囲内にあるように構成されているので、ステータケーシングの正面プレートに作用する曲げモーメントを抑制することができる。このため、ステータケーシングの強度を低くすることが出来る。

　トルクサポートが、ステータケーシングに設けられて連結部材が挿入される挿入部を更に備える場合、挿入部は、その一部がステータケーシングの内部に位置するように、ステータケーシングに設けられていることが好ましい。一実施形態では、挿入部の連結部材が挿入される部分の長さの半分の位置が、挿入部が設けられるケーシングの表面から裏面までの範囲内になるように挿入部がケーシングに挿入される。

　上記の風力発電装置において、挿入部は、ケーシングと別体に形成され、ケーシングに取り付けられてもよい。この場合、挿入部の寸法を変えることで、大きさの違うケーシングに対応することができる。それに加えて、ケーシングの加工も容易になる。

　上記の風力発電装置において、連結部材の断面は矩形であってもよい。この場合、当該連結部材の加工や取り付けが容易になる。そして、連結部材の厚さや幅を変えることで、より的確に発電機に作用する荷重を支持することができる。

　上記の風力発電装置において、基部の一部が連結部材を形成してもよい。この場合、連結部材が基部の一部を形成することから、部品点数および組み立て誤差を削減することができる。

　上記の風力発電装置において、挿入部と、挿入部が設けられるケーシングの面の中心とが略一直線上になるように、少なくとも２つの挿入部がケーシングに設けられてもよい。この場合、荷重を均等に支持可能で、且つ、１箇所のトルクサポートにかかる荷重を軽減可能である。

　上記の風力発電装置がケーシングの表面に設けられた桟を備え、当該桟が、挿入部と挿入部の設けられるケーシングの面の中心とを結ぶ線と略直行するように、挿入部の上下両方向に設けられてもよい。このような構造によれば、更に、ケーシングの表面に設けられた桟によりケーシングの剛性をあげることで、曲げモーメントに対する耐力が向上することができる。

　一実施形態では、ステータケーシングの正面プレートは、中央部に凹部が設けられると共に、凹部の外縁から主軸の半径方向内側に突出する突出部が形成されるように構成される。更に、基部には、第１軸受を収容する軸受台が接合される。軸受台の一部が凹部に収容されると共に、突出部が軸受台に設けられた溝に嵌め込まれることによってステータケーシングと軸受台とが連結され、これにより、トルクサポートが突出部と軸受台とによって構成されている。

　本発明によれば、風力発電装置において発電機のケーシングに作用する曲げモーメントを低減することができる。

本発明の一実施形態の風力発電装置の構成を示す模式的な斜視図である。発電機の構成の一例を示す断面図である。本発明の一実施形態のトルクサポートの構成を示す断面図である。本発明の一実施形態のトルクサポートの構成を示す断面図である。比較例におけるトルクサポートの構成を示す模式図である。本発明の一実施形態におけるトルクサポートの構成を示す模式図である。本発明の他の実施形態におけるトルクサポートの構成を示す模式図である。本発明の更に他の実施形態におけるトルクサポートの構成を示す模式図である。図６Ａのトルクサポートの構成を示す断面図である。本発明の更に他の実施形態におけるトルクサポートの構成を示す模式図である。本発明の更に他の実施形態におけるトルクサポートの構成を示す模式図である。図８Ａのトルクサポートの構成を示す断面図である。本発明の更に他の実施形態におけるトルクサポートの構成を示す模式図である。図９Ａのトルクサポートの構成を示す断面図である。従来技術の風力発電装置のトルクサポートの構成を示す模式図である。

　以下、本発明の風力発電装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。

　図１は、本発明の実施の一形態の風力発電装置３０の構成を示す模式図である。主軸５は、一端が風車ロータ（図示されず）に、他端が発電機１にそれぞれ接続される。基部３の上面に２台の軸受台４－１、４－２が設けられており、主軸５は、その軸受台４－１、４－２に設けられた軸受（図１では図示されていない）によって回転可能に支持されている。ここで、基部３の上面は少なくとも平面部３１を有している。２台の軸受台４－１、４－２は、主軸５の中心軸５１と平面部３１とが平行になるように、基部３の上面に取り付けられる。

　図２は、発電機１と主軸５の接続構造を示す断面図である。図２に示されているように、軸受台４－１、４－２の開口の内部には軸受７－１、７－２が設けられており、軸受７－１、７－１により主軸５が回転可能に支持されている。主軸５は、風車ロータに接続される軸基体部５ａと、軸基体部５ａが挿入された内筒５ｂとで構成されており、その内筒５ｂに発電機ロータ１６が接合されている。発電機ロータ１６は、板材や棒材で構成されたロータプレート１５を備えており、外周部に界磁磁石１４が取り付けられている。界磁磁石１４の外側には界磁磁石１４と一定の間隔をおいてステータ１３が設けられ、ステータケーシング１１の内壁に取り付けられている。界磁磁石１４は発電のため、ある程度の幅が必要であるが、界磁磁石１４を支え、回転するロータプレート１５は、重量軽減のため主軸５に近い側の中央部分がくびれている。詳細には、図２の構造では、ロータプレート１５は、界磁磁石１４を裏打ちするバックプレート１５ａと、バックプレート１５ａを内筒５ｂに連結する連結プレート１５ｂと、バックプレート１５ａと連結プレート１５ｂとの接合を強化するためのリブ１５ｃとを備えている。リブ１５ｃは、内筒５ｂに近い程、主軸５の軸方向の幅が小さくなっている。

　内筒５ａには、更に、発電機軸受８－１、８－２が設けられており、これらの発電機軸受８－１、８－２によりステータケーシング１１が支持されている。上述のように、主軸５に設けられた発電機軸受８－１、８－２によってステータケーシング１１が支持されることは、発電機ロータ１６の界磁磁石１４とステータ１３との間隔を一定に保つために重要である。

　ここで、主軸５に設けられた発電機軸受８－１、８－２ではステータケーシング１１に対して主軸５の周方向に作用するトルクを支持することはできないことは上述されているとおりである。そこで、図１に示されているように、本実施形態では、トルクサポート２が、基部３の発電機１側における中心軸５１を挟んだ左右両端部に各１台ずつ平面部３１上に取り付けられ、トルクサポート２によってステータケーシング１１に対して主軸５の周方向に作用するトルクが支持されている。

　以下に述べられるように、本実施形態の風力発電装置の特徴の一つは、トルクサポート２とステータケーシング１１の接続構造にある。以下では、トルクサポート２とステータケーシング１１の接続構造について詳細に説明する。

　図３Ａ、図３Ｂは、トルクサポート２の構造を示す断面図である。トルクサポート２は、ピン２１と２個のブラケット２３と挿入部２２とを備えている。トルクサポート２では、ブラケット２３は、平面部３１上の発電機１側の右端部に主軸５の中心軸５１と平行に並んで取り付けられる。ピン２１は、挿入部２２とブラケット２３とを連結する連結部材である。ピン２１は、基部３から発電機１に向かい、主軸５の中心軸５１と平行になるように、一端はブラケット２３に挿入されて固定され、他端は挿入部２２に挿入されて取り付けられる。挿入部２２は、発電機１のステータケーシング１１の正面プレート１２に一部が挿入されるように設けられている。後述のように、このことは、トルクサポート２がステータケーシング１１に作用する曲げモーメントを低減するために重要である。

　挿入部２２は、ブッシュケース２５と、当該ブッシュケース２５内に設けられた防振ゴム２６を備えている。防振ゴム２６は、ピン２１が挿入可能な構造を有し、ピン２１に作用するトルク反力を吸収する弾性体でできた緩衝部材として機能する。ブッシュケース２５は、ステータケーシング１１の正面プレート１２から内部にその一部が挿入されている。

　挿入部２２の位置は、必要な基部３の大きさや、トルクサポート２によって支持できるトルクの大きさに影響する設計パラメータの一つである。挿入部２２は、ステータケーシング１１の正面プレート１２の中心から半径方向に半径の１／２から３／４までの距離の位置に設けられることが好ましい。これは、挿入部２２の位置をステータケーシング１１の外周付近にし過ぎると基部３が大きくなる他、発電機１のステータ１３や界磁磁石１４の位置と競合して取り付け困難となるためである。上述のように、本実施形態では、ロータプレート１５の主軸５に近い側の中央部分がくびれているため、挿入部２２がステータケーシング１１の正面プレート１２の中心から半径方向に半径の１／２から３／４までの距離の位置に設けられれば、挿入部２２がステータケーシング１１の基部３側の正面プレート１２から内部に挿入されても、ステータ１３、界磁磁石１４、ロータプレート１５と干渉することはない。一方で、ステータケーシング１１の中心に近づけすぎるとステータケーシング１１に作用するトルクを支持できない。また、挿入部２２は、左右２箇所の挿入部２２と円形の正面プレート１２の中心（図示されず）とが一直線上になるように、正面プレート１２に設けられることが好ましい。

　本実施形態では、トルクサポート２とステータケーシング１１の接合構造が、トルクサポート２がステータケーシング１１の正面プレート１２に作用する力の荷重中心が正面プレート１２の厚さＤの範囲内（即ち、表面と裏面の間の範囲内）にあるように設計されている。より具体的には、挿入部２２がステータケーシング１１の正面プレート１２から内部に挿入されるような位置に設けられ、且つ、ピン２１が挿入部２２に挿入される深さが適切に調節されることによって、荷重中心が正面プレート１２の厚さＤの範囲内にあるように調節されている。このような構造の利点について図４Ａの比較例と図４Ｂの本実施形態とを比較しながら説明する。

　図４Ａは、上記の挿入部が正面プレートの表面に設けられたとした場合のトルクサポート２とステータケーシングの接合構造を示す模式図である。即ち、図４Ａに示されているように、トルクサポートがピン１２１と挿入部１２２を備え、ピン１２１の一端が挿入部１２２に挿入され、挿入部１２２がステータケーシング１１１の正面プレート１１２上に設けられる場合について考える。ここで、本実施形態の挿入部２２と同様に、挿入部１２２がブッシュケース１２５と、当該ブッシュケース１２５内に設けられた防振ゴム１２６を備えているとする。

　この場合に、発電機ロータ（図示されず）が回転すると、ステータケーシング１１１には、主軸（図示されない）の周方向のトルクが加わる。このトルクに対応する力は、図４Ａでは、力Ｆ１として図示されている。ステータケーシング１１１に周方向のトルクが加わったとき、ピン１２１によってそのトルクに抗する力が挿入部１２２に与えられてステータケーシング１１１の回転が防がれる。このとき、ピン１２１の挿入部１２２に挿入された部分から挿入部１２２に荷重τ１がかかる。この荷重τ１の合計の大きさとして、荷重Τ１が荷重τ１のかかっている領域の中央付近に作用するとみることができる。力Ｆ１と荷重Τ１とが主軸の周方向に関して釣り合うことにより、ステータケーシング１１１が周方向に回転することが防がれている。

　しかしながら、この時、挿入部１２２がステータケーシング１１１の正面プレート１１２から張り出しているため、荷重Ｔ１が作用する位置、即ち、荷重中心がステータケーシング１１１の厚さの範囲外になり、ステータケーシング１１１に荷重Ｔ１による曲げモーメントＭ１が作用することになる。そして、結果として、ステータケーシング１１１には、曲げモーメントＭ１により、歪みや撓みのような面外の変形が発生してしまう。その結果、発電機ロータとステータとの間のギャップが不均一になり新たな振動が発生する。これにより、発電機の安定的な運転が困難になる可能性がある。

　一方、本実施形態では、図４Ｂに図示されているように、トルクサポート２とステータケーシング１１１の接続構造が、ピン２１からステータケーシング１１に荷重Ｔ１が作用する位置、即ち、荷重中心がステータケーシング１１の厚さＤの範囲内（即ち、表面と裏面の間の範囲内）にあるように設計され、これにより、ステータケーシング１１に作用する曲げモーメントが低減されている。詳細には、本実施形態でも、比較例と同様に、主軸５が回転するとステータケーシング１１に周方向のトルクが作用する一方、ピン２１によってそのトルクに抗する力が挿入部２２に与えられてステータケーシング１１の回転が防がれる。図４Ｂにおいて、ステータケーシング１１に周方向に作用するトルクに対応する力は力Ｆ２として図示されている。このとき、ピン２１と挿入部２２の間に荷重τ２が作用する。この荷重τ２の合計の大きさとして荷重Τ２が、荷重τ２のかかっている領域の中央付近に作用するとみることができる。力Ｆ２と荷重Τ２とが主軸５の周方向に関して釣り合うことにより、ステータケーシング１１が周方向に回転することが防がれている。

　このとき、本実施形態では、挿入部２２の一部がステータケーシング１１の正面プレート１２からその内部に挿入されていることにより、荷重Ｔ２が作用する位置、即ち、荷重中心の位置が、ステータケーシング１１の厚さの範囲内にあるように調節されている。このような構造によれば、ステータケーシング１１には荷重Ｔ２による曲げモーメントは作用しない。したがって、本実施形態のトルクサポート２の構造によれば、ステータケーシング１１に作用する面内モーメントを低減することができる。

　荷重Ｔ２が作用する位置、即ち、荷重中心の位置は、ピン２１が挿入部２２に挿入される深さによって調節可能である。即ち、ピン２１が挿入部２２に挿入される深さは、ステータケーシング１１に主軸５の周方向にトルクが作用したときにピン２１と挿入部２２との間で働く力の荷重中心がステータケーシング１１の厚さＤの範囲内（即ち、表面と裏面の間の範囲内）にあるように調節される。一実施形態では、図３Ｂに図示されているように、挿入部２２のピン２１が挿入される部分の長さＬの半分の位置Ａが、ステータケーシング１１の厚さＤの範囲内になるような位置まで、挿入部２２がケーシング１１の内部へ挿入されることが好ましい。位置Ａは、ステータケーシング１１の厚さＤの中心線１７に近いほどより好ましく、理想的には、位置Ａが中心線１７と略一致することが好ましい。

　このように、本実施形態のトルクサポート２とステータケーシング１１との接続構造によれば、荷重Τ２が作用する位置、即ち、荷重中心がステータケーシング１１の厚さの内側に位置させることができる。これにより、ステータケーシング１１に作用する曲げモーメントを抑制することができる。

　ステータケーシング１１に作用する曲げモーメントを抑制できることは、基部３の小型化にも有用である。ステータケーシング１１に作用する曲げモーメントが低減できない場合、ステータケーシング１１を支持する位置をステータケーシング１１の外側に近づける必要性がある。これは、基部３、又は、基部３に接合されてステータケーシング１１を支持する構造部材を大型化させてしまい好ましくない。一方、本実施形態によれば、ステータケーシング１１に作用する曲げモーメントを抑制することができるため、挿入部２２を設ける位置をステータケーシング１１の正面プレート１２の中心に近づけることが可能になる。これは、基部３の小型化に有用である。

　なお、本発明は、上記の実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、実施形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。例えば、本発明は以下に示すような各種の変形をすることが出来る。

　図５は、本発明の他の実施形態におけるトルクサポート２の挿入部２２の構成を示す模式図である。図５に示されているように、挿入部２２のブッシュケース２７が、ステータケーシング１１と別体で設け、ボルト（図示されず）のような締結具を用いて、ステータケーシング１１に少なくとも一部が挿入された状態で取り付けられてもよい。ブッシュケース２７がステータケーシング１１と別体に作製されることは、製作を容易化し、また、ブッシュケース２７の形状を変えるのみで、様々な形状のピンに対応可能になる点で好ましい。

　図６Ａ、図６Ｂは、本発明の更に他の実施形態におけるトルクサポート２Ａの構成を示す模式図である。トルクサポート２Ａは、ピン２４と、ブッシュケース２８および防振ゴム２９を備える。ピン２４は、矩形バーの形状をしており、一端が基部３の発電機１側の左右両端部に、例えばボルト（図示されず）にて取り付けられる。一方、他端は、防振ゴム２９を取り付け、ブッシュケース２８に挿入される。ブッシュケース２８はステータケーシング１１の基部３側の正面プレート１２からステータケーシング１１の内部にその一部が挿入されてステータケーシング１１に取り付けられる。このとき、図６Ａに図示されているように、防振ゴム２９がピン２４の全周に取り付けられてもよく、また、ピン２４の上面と下面のみに防振ゴム２９が取り付けられてもよい。

　図７は、本発明の更に他の実施形態におけるトルクサポート２Ｂの構成を示す模式図である。トルクサポート２Ｂでは、ピン３３が基部３ａと一体化されて構成されており、基部３ａの発電機１の側の左右両端部が、ピン３３として発電機１方向に突き出している。基部３ａのピン３３の端部は、ブッシュケース２８に挿入される。ブッシュケース２８は、ステータケーシング１１の基部３ａ側の正面プレート１２に取り付けられる。このとき、他の例と同様、ピン３３の端部には防振ゴム（図示されず）が取り付けられ、ブッシュケース２８は、ステータケーシング１１に少なくとも一部が挿入されて、取り付けられている。このような構造では、基部３ａとトルクサポート２Ｂのピン３３が一体化されていることから、部品点数および組み立てによる誤差を削減することができる。

　ここで、ブッシュケース２８は、左右２箇所のブッシュケース２８と正面プレート１２の中心（図示されず）とが一直線上になるように、正面プレート１２に設けられることが好ましい。このため、基部３ａの上面（図示されず）に溝やくぼみを施し、そこに主軸（図示されず）を収めることで、基部３ａの一部であるピン３３が挿入される左右２箇所のブッシュケース２８は、正面プレート１２の中心（図示されず）と一直線上になるように、正面プレート１２の部材に挿入して設けることが出来る。

　図８Ａ、図８Ｂは、本発明の更に他の実施形態におけるトルクサポートの構成を示す模式図である。図８Ａに図示されているように、発電機１のステータケーシング１１の基部３側の正面プレート１２に挿入部６２が２箇所設けられている。

　ここで、挿入部６２は、他の挿入部の場合と同様に、左右２箇所の挿入部６２と正面プレート１２の中心６８とが直線６３上に一直線上に設けられるが好ましい。また、挿入部６２は、正面プレート１２の中心６８から水平方向に概ね半径の１／２の距離の位置に設けられることが好ましい。

　正面プレート１２の表面上には、桟６１が設けられている。桟６１は、左右２箇所の挿入部６２と正面プレート１２の中心（図示されず）とを結ぶ直線６３に略直交するように、挿入部６２の上下両方向に取り付けられる。桟６１の長さは、発電機１の側面までの長さの半分、すなわち桟６１の取り付け位置での弦の長さの半分相当であり、形状は、高さが正面プレート１２の中心付近（挿入部６２と結合する側）は高く、外周に向かうにつれ徐々に低くなるようなものが好ましい。

　図８Ｂに図示されているように、この挿入部６２としては、上述されたブッシュケース６４及び防振ゴム６５を用いることが出来る。また、挿入部６２に挿入されるピン６６として、上述されたピンや基部の一部などを用いることが出来る。挿入部６２は，少なくとも一部がステータケーシング１１の基部３側の正面プレート１２からステータケーシング１１の内部に挿入されるように設けられている。そのとき、挿入部６２のトルクサポートのピンが挿入される部分の長さＫの半分の位置Ｂが正面プレート１２の部材の厚さＤの範囲内になるような位置まで挿入部６２は挿入されることが好ましい。

　ここで、位置Ｂは、正面プレート１２の部材の厚さＤの中心線１７に近いほどより好ましく、理想的には、位置Ｂが中心線１７と略一致することが好ましい。これは、上述のように、トルクサポートのピンにかかる発電機１によるトルクを正面プレート１２内に伝達させるようにする理由からである。

　このように、正面プレート１２上に挿入部６２を上下から支持するように桟６１を設けることで、ステータケーシング１１の剛性をあげることができる。それにより、曲げモーメントに対する耐力を向上させることができる。

　図９Ａ、図９Ｂは、本発明の更に他の実施形態におけるトルクサポートとステータケーシングの接続構造を示す図である。図９Ａは、トルクサポートとステータケーシングの接続構造を示す鳥瞰図であり、図９Ｂは、該接続構造を上から見た断面図である。

　図９Ａ、図９Ｂの構造では、ステータケーシング１１の正面プレート１２に凹部が形成され、この凹部に軸受台４－２の一部分が収容される。詳細には、正面プレート１２が、外周部プレート１２ａと中心部プレート１２ｂとで構成されている。外周部プレート１２ａは、中心部プレート１２ｂの外縁部に接合されている。中心部プレート１２ｂは、その中心部分が外縁部よりも窪んだ形状をしている。

　加えて、外周部プレート１２ａの一部分が中心部プレート１２ｂとの接合位置から半径方向内側に突出しており、この突出している部分（突出部１２ｃ）が軸受台４－２に設けられた溝１９に嵌め込まれることによってステータケーシング１１が支持されている。即ち、本実施形態では、トルクサポートが、軸受台４－２とステータケーシング１１の正面プレート１２の突出部１２ｃで構成されている。詳細には、図９Ａに図示されている軸受台４－２には、溝１９と、溝１９を横断するようにして主軸５の軸方向に貫通する開口２０とが形成されている。一方、外周部プレート１２ａの突出部１２ｃには、開口１２ｄが形成されている。外周部プレート１２ａの突出部１２ｃが軸受台４－２に設けられた溝１９に嵌め込まれた状態で、軸受台４－２の開口２０にブッシュ１８が挿入される。ブッシュ１８は、軸受台４－２に設けられた開口２０と外周部プレート１２ａの突出部１２ｃに設けられた開口１２ｄとを貫通するように挿入される。これにより、ステータケーシング１１が軸受台４－２に固定される。

　図９Ａ、図９Ｂの構造においても、トルクサポートがステータケーシング１１の正面プレート１２に作用する力の荷重中心が正面プレート１２の厚さＤの範囲内（即ち、表面と裏面の間の範囲内）にあるように設計されていることに留意されたい。図９Ａ、図９Ｂでは、突出部１２ｃが軸受台４－２に設けられた溝１９に嵌め込まれることによってステータケーシング１１が固定される。この突出部１２ｃは、中心部プレート１２ｂとの接合位置から半径方向内側に突出しているので、ステータケーシング１１に主軸５の周方向にトルクが加わっても、正面プレート１２には、その面内方向にしか力は作用しない。従って、図９Ａ、図９Ｂの構造においても、ステータケーシング１１に作用する曲げモーメントを低減させることができる。

　以上には本発明の様々な実施形態が記載されているが、各実施形態において、トルクサポートのピンの形状は、円筒形、矩形以外の形状でも可能である。更に、トルクサポートは基部と、挿入部はステータケーシングの基部側の平面と、それぞれ一体でも、別体でも可能である。また、トルクサポートは円筒形で、基台と一体、挿入部はステータケーシングの基部側の平面と別体など、これらを組み合わせたものに適用できるのは当然である。

　更に、上記の実施形態では、ダイレクトドライブ方式の風力発電装置について言及されているが、本願発明は、ダイレクトドライブ方式でない風力発電装置にも適用可能である。ただし、本願発明は、大型の発電機が使用されるダイレクトドライブ方式の風力発電装置に適用されることが最も好適である。

Claims

　ステータと、発電機ロータとステータとを収容するステータケーシングとを備える発電機と、
　一端が風車ロータに、他端が前記発電機ロータに連結された主軸と、
　前記主軸を回転可能に支持する第１軸受と、
　前記主軸に設けられ、前記主軸と前記ステータケーシングとが相対的に回転可能であるように前記ステータケーシングを支持する第２軸受と、
　前記第１軸受が取り付けられた基部と、
　前記基部と前記ステータケーシングの正面プレートを連結する連結部材を備えるトルクサポート
とを具備し、
　前記ステータケーシングに前記主軸の周方向のトルクが作用したときに前記連結部材と前記正面プレートとの間で働く力の荷重中心が、前記正面プレートの表面から裏面までの範囲内にある
　風力発電装置。
　請求項１に記載の風力発電装置であって、
　前記トルクサポートが、前記ステータケーシングに設けられて前記連結部材が挿入される挿入部を更に備え、
　前記挿入部は、その一部が前記ステータケーシングの内部に位置するように、前記ステータケーシングに設けられている
　風力発電装置。
　請求項２に記載の風力発電装置であって、
　前記挿入部は、前記挿入部の前記連結部材が挿入される部分の長さの半分の位置が前記ステータケーシングの表面から裏面までの範囲内になるように、前記ステータケーシングに挿入されている
　風力発電装置。
　請求項２のいずれかに記載の風力発電装置であって、
　前記挿入部は、前記ステータケーシングと別体に形成され、前記ケーシングに取り付けられている
　風力発電装置。
　請求項２のいずれかに記載の風力発電装置であって、
　前記連結部材の断面は矩形である
　風力発電装置。
　請求項２のいずれかに記載の風力発電装置であって、
　前記基部の一部が前記連結部材を形成する
　風力発電装置。
　請求項２のいずれかに記載の風力発電装置であって、
　前記挿入部は、２箇所設けられ、
　前記２箇所の挿入部は、前記２箇所の挿入部と、前記挿入部が設けられる前記ステータケーシングの面の中心とが略一直線上になるように、前記ステータケーシングに挿入されている
　風力発電装置。
　請求項２のいずれかに記載の風力発電装置であって、
　前記ステータケーシングの表面に設けられた桟
を更に備え、
　前記桟は、前記挿入部と前記挿入部の設けられる前記ステータケーシングの面の中心とを結ぶ線と略直行するように、前記挿入部の上下両方向に伸びるように設けられる
　風力発電装置。
　請求項１に記載の風力発電装置であって、
　更に、前記基部に接合された、前記第１軸受を収容する軸受台を具備し、
　前記ステータケーシングの前記正面プレートは、中央部に凹部が設けられると共に、凹部の外縁から前記主軸の半径方向内側に突出する突出部が形成されるように構成され、
　前記軸受台の一部が前記凹部に収容されると共に、前記突出部が前記軸受台に設けられた溝に嵌め込まれることによって前記ステータケーシングと前記軸受台とが連結され、これにより、前記トルクサポートが前記突出部と前記軸受台とによって構成される
　風力発電装置。