特開 2023-174555 風力タービン用アセンブリおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023174555

(43)【公開日】2023-12-07

(54)【発明の名称】風力タービン用アセンブリおよび方法

(51)【国際特許分類】

   F03D 13/10 20160101AFI20231130BHJP

【ＦＩ】

F03D13/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023078241

(22)【出願日】2023-05-11

(31)【優先権主張番号】22382495.4

(32)【優先日】2022-05-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】513131419

【氏名又は名称】ゼネラル エレクトリック レノバブレス エスパーニャ， エセ．エレ．

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(72)【発明者】

【氏名】トマ・ドロ

(72)【発明者】

【氏名】ヨセプ・ボッシュ・コラード

(72)【発明者】

【氏名】パブロ・ポゾ・トレス

【テーマコード（参考）】

3H178

【Ｆターム（参考）】

3H178AA03

3H178BB77

3H178CC14

3H178CC16

3H178DD67Z

(57)【要約】

【課題】発電機ローター及びシャフトから取り外し可能に構成されたローターハブを備える風力タービン用アセンブリおよび方法を提供する。
【解決手段】本開示は、ローターハブと、発電機ローターと、発電機ローターを固定フレームに支持するためのシャフトとを備えるアセンブリに関し、ローターハブは、発電機ローターをシャフトから分解することなく、発電機ローターおよびシャフトから取り外し可能に構成される。本開示は、さらに、組み立てのための方法に関する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

風力タービン用のアセンブリであって、
ローターハブ（２０）と、
発電機ローター（１００）と、
発電機ローター（１００）を固定フレーム（１１１）に支持するためのシャフト（１１０）と、
ローターハブ（２０）、発電機ローター（１００）およびシャフト（１１１）を少なくとも部分的に通って延びる複数の主ファスナ（１３０）と、
を備え、
ローターハブ（２０）は、シャフト（１１０）から発電機ローター（１００）を分解することなく、発電機ローター（１００）およびシャフト（１１０）から取り外し可能なように構成される、アセンブリ。

【請求項2】

複数の主ファスナ（１３０）がボルトであり、ボルトのヘッド（１３１）が、ローターハブ（２０）を発電機ローター（１００）またはシャフト（１１０）に対して接触および押圧するように配置されている、請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項3】

複数の主ファスナ（１３０）は、ローターハブ（２０）および発電機ローター（１００）の貫通孔（１２１、１２２）を通って延び、シャフト（１１０）のブラインドホール（１２３）内に延びる、請求項１および２のいずれかに記載のアセンブリ。

【請求項4】

ブラインドホール（１２３）は、１つまたは複数の雌ねじ（１２６、１２７）を含む、請求項３に記載のアセンブリ。

【請求項5】

複数の貫通孔（１２１、１５１、１２２）およびブラインドホール（１２３）は、ローターハブ（２０）、発電機ローター（１００）およびシャフト（１１０）の回転軸（ＲＡ）の周りに少なくとも１列に等間隔かつ半径方向に分布する、請求項３または４に記載のアセンブリ。

【請求項6】

発電機ローター（２０）をシャフト（１１０）に接続するように構成された複数の補助ファスナ（１４０）をさらに含む、請求項１乃至５のいずれかに記載のアセンブリ。

【請求項7】

複数の補助ファスナ（１４０）は、ローターハブ（２０）が発電機ローター（１００）及びシャフト（１１０）から分解されるときに、発電機ローター（２０）をシャフト（１１０）に一時的に接続するように構成される、請求項６に記載のアセンブリ。

【請求項8】

発電機ローター（１００）又はシャフト（１１０）の穴（１２２）は、補助ファスナ（１４２）のヘッドと嵌合するように構成され、ローターハブ（２０）の穴（１２１）は、主ファスナ（１３１）のヘッドと嵌合するように構成されることを特徴とする請求項６または７記載のアセンブリ。

【請求項9】

ローターハブ（２０）は、主ファスナ（１３０）を受けるための複数の主穴（１２０）と、補助ファスナ（１４０）を受けるための複数の補助穴（１５０）とを備える、請求項６乃至８のいずれかに記載のアセンブリ。

【請求項10】

補助穴（１５０）は、発電機ローターまたはシャフトの穴（１２２）よりも大きい最小直径を有するローターハブの貫通孔（１５１）を含む、請求項９に記載のアセンブリ。

【請求項11】

ローターハブ（２０）、発電機ローター（１００）およびシャフト（１１０）を少なくとも部分的に通って延びる複数の穴（１２１、１２２、１２３、１５１）を備え、穴（１２１、１２２、１２３、１５１）は、主ファスナ（１３０）および補助ファスナ（１４０）を選択的に受け入れるように構成されている、請求項６乃至１０のいずれかに記載のアセンブリ。

【請求項12】

補助ファスナ（１４０）が、ローターハブ（２０）を通る主穴（１５１）の最小径よりも小さく、発電機ローター（１００）および／またはシャフト（１１０）を通る主穴（１２２）の最小径よりも大きい直径を有するヘッド（１４２）を含む、請求項６乃至１１いずれかに記載のアセンブリ。

【請求項13】

組み立て方法（６００）であって、
シャフト（１１０）および発電機ローター（１００）を提供するステップと、
複数の補助ファスナ（１４０）でシャフト（１１０）を発電機ローター（１００）に結合して、シャフトと発電機ローターのアセンブリを形成するステップと、
シャフト（１１０）、発電機ローター（１００）および風力タービンローターハブ（２０）を少なくとも部分的に貫通して延びる主ファスナ（１３０）を用いて、風力タービンローターハブ（２０）をシャフトと発電機ローターのアセンブリに結合するステップと、
を含む、方法（６００）。

【請求項14】

主ファスナ（１３０）および補助ファスナ（１４０）をそれぞれ受けるための主貫通孔（１２０）および補助貫通孔（１５０）を備えるローターハブ（２０）を提供するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法（６００）。

【請求項15】

複数の補助ファスナ（１４０）のうちの、少なくとも選択されたものを除去するステップと、
補助ファスナ（１４０）の取り外しによって空いた補助貫通孔（１５０）に、１つ以上の主ファスナ（１３０）を結合させるステップと、
をさらに含む、請求項１３および１４のいずれかに記載の方法（６００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、風力タービン用アセンブリ及び風力タービン用アセンブリを提供するための方法に関し、より詳細には、発電機ローター及びシャフトから取り外し可能に構成されたローターハブを備える風力タービン用アセンブリに関する。

【背景技術】

【0002】

現在、風力タービンは、電力網に電力を供給するために使用されるのが一般的である。この種の風力タービンは、一般に、タワーと、タワー上に配置されたローターとから構成される。ローターは、通常、ハブと複数のブレードから構成され、ブレードへの風の影響により回転する。この回転によりトルクが発生し、通常、ローターシャフトを介して、直接（「直接駆動」または「ギアレス」）またはギアボックスの使用により発電機に伝達される。このようにして、発電機は電力を生成し、電力網（electrical grid）に供給することができる。

【0003】

ダイレクトドライブ風力タービンでは、ローターハブが発電機ローターに直接（すなわち、ギアボックスなしで）結合される。発電機ローターとハブの重量を支えるために、１つ以上の剛性フレーム(rigid frames)が設けられることがある。一部の風力発電機の構成では、ハブ（及び発電機ローター）はシャフトに連結される。シャフトは、固定フレーム(stationary frame：静止フレーム)を中心に回転するように配置される。シャフトと固定フレームとの間には、１つ以上のベアリング（bearings：軸受）が設けられている場合がある。

【0004】

いくつかの既知の構成では、ローターハブは、複数のボルトで発電機ローターのフランジ又は結合面に連結されるフランジを有することができる。発電機ローターは、順番に、別の複数のボルトでシャフトのフランジまたは結合面に結合される場合があり、すなわち、２つのボルト接続が提供される場合がある。

【0005】

このタイプのツーバイツー接続（two-by-two connection）は、すべての接続点を適合させるために、部品間の接触面積を比較的大きくする必要がある場合がある。そのため、構成要素は、一般に、接続が行われる比較的大きく厚いフランジを構成する。したがって、接続点の構成によるフランジの大きな寸法は、負荷要件のために、重いアセンブリ（組立体）を導き、これらが回転するように設定されたときに可動部品の慣性（inertia of the moving parts）を増加させることができる。フランジのサイズと厚みは、これらの部品（）コンポーネント）の材料コストに直接影響する。

【0006】

その結果、本開示は、ローターハブ、発電機ローターおよびシャフト間の堅牢で汎用性のある接続を提供する、前述の欠点の一部を少なくとも部分的に克服する方法およびシステムを提供する。

【発明の概要】

【0007】

本開示の一態様では、風力タービン用のアセンブリが提供される。アセンブリは、ローターハブと、発電機ローターと、発電機ローターを固定フレームに支持するためのシャフトと、を備える。アセンブリは、ローターハブ、発電機ローター、及びシャフトを少なくとも部分的に貫通して延びる複数の主ファスナを更に備える。さらに、ローターハブは、発電機ローターをシャフトから分解することなく、発電機ローター及びシャフトから取り外し可能であるように構成される。

【0008】

この態様によれば、ローターハブが発電機ローターおよびシャフトから取り外し可能に構成されていることにより、汎用性の高いアセンブリ（versatile assembly）となる。この構成により、風力タービン回転構造体の設置および分解工程が簡略化される。したがって、この態様によれば、発電機ローターを所定の位置に保持するための追加の装置を必要とせずに、アップタワー作業（uptower operations、例えば、メンテナンス）中にローターハブを取り外すことができる。同時に、発電機ローターとシャフトとの間に、別個のボルト付きフランジ接続は必要ない。

【0009】

追加の態様において、アセンブリを提供するための方法が提供される。本方法は、シャフトと発電機ローターを提供することを含んでいる。さらに、本方法は、複数の補助ファスナを用いて支持フレームを発電機ローターに結合してシャフトと発電機ローターのアセンブリ（shaft-generator rotor assembly）を形成することと、主ファスナを用いて風力タービンハブをシャフトと発電機ローターのアセンブリに結合することとを含む。主ファスナは、シャフト、発電機ローター、風力タービンハブを貫通して延びている。

【0010】

この追加的な態様によれば、この方法は、最初に発電機ローターをシャフトと結合させ、後に風力タービンハブをシャフトと発電機ローターのアセンブリと一緒にすることを可能にするものである。したがって、この方法は、前述のナセル部品の組立／分解を分割することを可能にし、クレーンなどの吊り上げ装置の吊り上げ要件（lifting requirements）を低減することもできる。さらに、シャフトと発電機ローターのアセンブリをローターハブから独立させることができるため、風力タービンローターハブを組み立てることなく、アセンブリを試運転し、シャフトと発電機ローターのアセンブリの試験、例えば熱運点試験（heat run tests）などを実施することができる。

【0011】

ローターアセンブリのシャフトは、発電機ローターを支持する回転可能な支持フレームと見なすことができる。

【0012】

本開示の実施形態の追加の目的、利点および特徴は、本明細書の検討により当業者に明らかになるか、または本発明の実施により知ることができるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】風力発電機の一例を模式的に示す透視図である。

【図2】風力発電機のハブとナセルの一例を示す図である。

【図3】風力タービンアセンブリの一例を模式的に示す断面図である。

【図4】図３の風力タービンアセンブリの断面の詳細図を模式的に示す。

【図5】図４の半径方向平面Ａ－Ａ’を横切る半径方向断面を模式的に示す。

【図6】図４の半径方向平面Ｂ－Ｂ’を横切る半径方向断面を模式的に示す。

【図7】風力タービンアセンブリを提供するための方法の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

ここで、本教示の実施形態について詳細に言及するが、その１つまたは複数の例が図面に例示されている。各例は、説明のためにのみ提供され、限定として提供されるものではない。実際、本教示の範囲または精神から逸脱することなく、様々な修正および変形を行うことができることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、ある実施形態の一部として図示または説明された特徴は、別の実施形態と共に使用され、さらに別の実施形態をもたらすことができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内に入るような修正および変形をカバーすることが意図される。

【0015】

図１は、風力タービン１０の一例を示す透視図である。本実施例では、風力タービン１０は、水平軸型風力タービン（horizontal-axis wind turbine）である。あるいは、風力タービン１０は、垂直軸型風力タービン（vertical-axis wind turbine）であってもよい。実施例では、風力タービン１０は、地面１２上の支持システム１４から延びるタワー１５と、タワー１５に取り付けられたナセル１６と、ナセル１６に結合されるローター１８と、を含む。ローター１８は、回転可能なハブ２０と、ハブ２０に結合され、ハブ２０から外側に伸びる少なくとも１つのローターブレード２２とを含む。例では、ローター１８は、３つのローターブレード２２を有する。代替実施形態では、ローター１８は、３つよりも多い又は少ない数のローターブレード２２を含む。タワー１５は、支持システム１４とナセル１６との間に空洞（図１には示されていない）を規定するために、管状鋼から製作され得る。代替的な実施形態では、タワー１５は、任意の適切な高さを有する任意の適切なタイプのタワーである。代替によれば、タワーは、コンクリート製の部分と管状鋼製の部分とを備えるハイブリッドタワーとすることができる。また、タワーは、部分的または完全なラティスタワーとすることができる。

【0016】

ローターブレード２２は、ローター１８を回転させて運動エネルギーを風から使用可能な機械エネルギー、ひいては電気エネルギーに変換できるようにするために、ハブ２０に対して間隔を空けて配置されている。ローターブレード２２は、複数の荷重伝達領域２６においてブレード根元部分２４をハブ２０に結合することによって、ハブ２０に嵌合される。荷重伝達領域２６は、ハブ荷重伝達領域とブレード荷重伝達領域（いずれも図１には示されていない）を有することができる。ローターブレード２２に誘起された荷重は、荷重伝達領域２６を介してハブ２０に伝達される。

【0017】

例では、ローターブレード２２は、約１５ｍ～約９０ｍ以上の範囲の長さを有することができる。ローターブレード２２は、風力タービン１０が本明細書に記載されるように機能することを可能にする任意の適切な長さを有してもよい。例えば、ブレードの長さの非限定的な例としては、２０ｍ以下、３７ｍ、４８．７ｍ、５０．２ｍ、５２．２ｍ、または９１ｍを超える長さが挙げられる。風向２８からローターブレード２２に風が当たると、ローター１８はローター軸３０を中心に回転される。ローターブレード２２が回転して遠心力を受けると、ローターブレード２２にも様々な力やモーメントがかかる。そのため、ローターブレード２２は、中立位置（neutral position）、すなわち非偏向位置（non-deflected position）から偏向位置（deflected position）まで偏向および／または回転することがある。

【0018】

さらに、ローターブレード２２のピッチ角、すなわち、風向きに対するローターブレード２２の向きを決定する角度をピッチシステム３２によって変更し、風ベクトルに対する少なくとも１つのローターブレード２２の角度位置を調整することによって風力タービン１０によって発生する負荷および電力を制御することができる。ローターブレード２２のピッチ軸３４が示される。風力タービン１０の動作中、ピッチシステム３２は、特に、複数のローターブレード（の一部）の迎え角（angle of attack）が減少するようにローターブレード２２のピッチ角を変更することができ、これにより、回転速度の低減を容易にし、及び／又はローター１８の失速（stall）を容易にする。

【0019】

実施例では、各ローターブレード２２のブレードピッチは、風力発電機コントローラ３６によって、またはピッチ制御システム８０によって個別に制御される。あるいは、全てのローターブレード２２のブレードピッチは、これらの制御システムによって同時に制御されてもよい。

【0020】

さらに、本実施例では、風向２８が変化すると、ナセル１６のヨー方向をヨー軸３８を中心に回転させて、風向２８に対してローターブレード２２を配置してもよい。

【0021】

実施例では、風力タービン制御装置３６は、ナセル１６内に集中配置されているように示されているが、風力タービン制御装置３６は、風力タービン１０全体、支持システム１４上、風力発電所（wind farm：ウインドファーム）内、及び／又は遠隔制御センターでの分散システムであってもよい。風力タービン制御装置３６は、本明細書に記載の方法及び／又はステップを実行するように構成されたプロセッサ４０を含む。さらに、本明細書に記載される他の構成要素の多くは、プロセッサを含む。

【0022】

本明細書で使用する場合、「プロセッサ：processor」という用語は、当該技術分野でコンピュータと呼ばれる集積回路に限定されず、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、アプリケーション固有の、集積回路、および他のプログラマブル回路を広く指し、これらの用語は、本明細書で交換可能に使用される。プロセッサおよび／または制御システムは、メモリ、入力チャネル、および／または出力チャネルも含むことができることを理解されたい。

【0023】

図２は、風力タービン１０の一部を示す拡大断面図である。本実施例において、風力タービン１０は、ナセル１６と、ナセル１６に回転可能に結合されるローター１８とを含む。より具体的には、ローター１８のハブ２０は、メインシャフト４４、ギアボックス４６、高速シャフト４８、及びカップリング５０によって、ナセル１６内に配置された電気発電機４２に回転可能に結合される。実施例では、メインシャフト４４は、ナセル１６の長手方向軸（図示せず）と少なくとも部分的に同軸上に配置される。メインシャフト４４の回転は、ローター１８およびメインシャフト４４の比較的遅い回転運動を高速シャフト４８の比較的速い回転運動に変換することによって、その後高速シャフト４８を駆動するギアボックス４６を駆動する。後者は、カップリング５０の助けを借りて、電気エネルギーを生成するための発電機４２に接続される。さらに、４００Ｖ～１０００Ｖの電圧を有する発電機４２によって生成された電気エネルギーを中電圧（１０～３５ＫＶ）を有する電気エネルギーに変換するために、ナセル１６内に変圧器９０および／または適切な電子機器、スイッチおよび／またはインバータを配置することができる。電気エネルギーは、ナセル１６からタワー１５に電力ケーブルを介して伝導される。

【0024】

ギアボックス４６、発電機４２および変圧器９０は、任意にメインフレーム５２として具現化されるナセル１６の主支持構造フレーム（main support structure frame）によって支持されてもよい。ギアボックス４６は、１つまたは複数のトルクアーム１０３によってメインフレーム５２に接続されるギアボックスハウジングを含んでもよい。実施例では、ナセル１６は、主前方支持ベアリング６０と主後方支持ベアリング６２も含む。さらに、発電機４２は、特に、発電機４２の振動がメインフレーム５２に導入され、それによって騒音放出源が生じることを防止するために、デカップリング支持手段５４によってメインフレーム５２に取り付けられることができる。

【0025】

任意選択で、メインフレーム５２は、ローター１８及びナセル１６の構成要素の重量、並びに風荷重及び回転荷重によって生じる荷重全体を担持（carry）し、更に、これらの荷重を風力タービン１０のタワー１５に導入するように構成される。ローターシャフト４４、発電機４２、ギアボックス４６、高速シャフト４８、カップリング５０、並びに支持体５２、並びに前方支持ベアリング６０及び後方支持ベアリング６２を含むがこれらに限定されない任意の関連する締結、支持、及び固定デバイスは、駆動列（drive train：駆動系）６４と称されることがある。

【0026】

いくつかの例では、風力タービンは、ギアボックス４６のないダイレクトドライブ風力タービンであってもよい。発電機４２は、ダイレクトドライブ風力タービンにおいてローター１８と同じ回転速度で動作する。したがって、それらは一般に、ギアボックスを有する風力タービンよりも同程度の電力を供給するために、ギアボックス４６を有する風力タービンで使用される発電機よりもはるかに大きな直径を有する。

【0027】

ナセル１６はまた、風向２８に対するローターブレード２２の遠近（perspective）を制御するために、ナセル１６を回転させ、それによってまたローター１８をヨー軸３８を中心に回転させるために使用され得るヨー駆動機構５６を含み得る。

【0028】

風向２８に関してナセル１６を適切に位置決めするために、ナセル１６は、風向計および風速計を含み得る少なくとも１つの気象測定システム５８も含み得る。気象測定システム５８は、風向２８および／または風速を含み得る情報を風力タービン制御装置３６に提供することができる。実施例では、ピッチシステム３２は、少なくとも部分的に、ハブ２０にピッチアセンブリ６６として配置される。ピッチアセンブリ６６は、１つまたは複数のピッチ駆動システム６８と、少なくとも１つのセンサ７０とを含む。各ピッチ駆動システム６８は、ピッチ軸３４に沿ったローターブレード２２のピッチ角を変調するために、それぞれのローターブレード２２（図１に示す）に結合される。図２には、３つのピッチ駆動システム６８のうちの１つだけが示されている。

【0029】

実施例では、ピッチアセンブリ６６は、それぞれのローターブレード２２をピッチ軸３４を中心に回転させるために、ハブ２０とそれぞれのローターブレード２２（図１に示す）に結合された少なくとも１つのピッチベアリング７２を含む。ピッチ駆動システム６８は、ピッチ駆動モータ７４と、ピッチ駆動ギアボックス７６と、ピッチ駆動ピニオン７８とを含む。ピッチ駆動モータ７４は、ピッチ駆動モータ７４がピッチ駆動ギアボックス７６に機械的な力を付与するように、ピッチ駆動ギアボックス７６に結合される。ピッチ駆動ギアボックス７６は、ピッチ駆動ピニオン７８がピッチ駆動ギアボックス７６によって回転されるように、ピッチ駆動ピニオン７８に結合される。ピッチベアリング７２は、ピッチ駆動ピニオン７８の回転がピッチベアリング７２の回転を引き起こすように、ピッチ駆動ピニオン７８に結合される。

【0030】

ピッチ駆動システム６８は、風力タービン制御装置３６からの１つまたは複数の信号の受信時にローターブレード２２のピッチ角を調整するために風力タービン制御装置３６に結合される。実施例では、ピッチ駆動モータ７４は、ピッチアセンブリ６６が本明細書に記載されるように機能することを可能にする、電力及び／又は油圧システムによって駆動される任意の適切なモータである。あるいは、ピッチアセンブリ６６は、油圧シリンダ、バネ、および／またはサーボ機構など（ただし、これらに限定されない）の任意の適切な構造、構成、配置、および／または構成要素を含み得る。特定の実施形態では、ピッチ駆動モータ７４は、ハブ２０の回転慣性から抽出されたエネルギー及び／又は風力タービン１０の構成要素にエネルギーを供給する貯蔵エネルギー源（図示せず）によって駆動される。

【0031】

ピッチアセンブリ６６はまた、特定の優先された状況の場合、および／またはローター１８の過速度の間、風力タービン制御装置３６からの制御信号に従ってピッチ駆動システム６８を制御するための１つまたは複数のピッチ制御システム８０を含むことができる。実施例では、ピッチアセンブリ６６は、風力タービン制御装置３６から独立してピッチ駆動システム６８を制御するために、それぞれのピッチ駆動システム６８に通信可能に結合された少なくとも１つのピッチ制御システム８０を含む。実施例では、ピッチ制御システム８０は、ピッチ駆動システム６８と、センサ７０とに結合される。風力タービン１０の通常運転中、風力タービン制御装置３６は、ローターブレード２２のピッチ角を調整するためにピッチ駆動システム６８を制御し得る。

【0032】

実施形態によれば、例えばバッテリ及び電気コンデンサを備える発電機８４が、ハブ２０に又はハブ２０内に配置され、センサ７０、ピッチ制御システム８０、及びピッチ駆動システム６８に結合され、これらの構成要素に電力源を提供する。本実施例では、発電機８４は、風力タービン１０の運転中にピッチアセンブリ６６に継続的な電力源を提供する。代替実施形態では、発電機８４は、風力タービン１０の電力損失事象の間だけ、ピッチアセンブリ６６に電力を供給する。電力損失事象は、電力網の損失またはディップ、風力タービン１０の電気システムの誤動作、および／または風力タービン制御装置３６の故障を含み得る。電力損失事象の間、発電機８４は、ピッチアセンブリ６６が電力損失事象（electrical power loss event）の間に動作できるように、ピッチアセンブリ６６に電力を供給するために動作する。

【0033】

実施例では、ピッチ駆動システム６８、センサ７０、ピッチ制御システム８０、ケーブル、および発電機８４はそれぞれ、ハブ２０の内面８８によって規定されるキャビティ８６内に配置される。代替実施形態では、これらの構成要素は、ハブ２０の外面に対して位置決めされ、外面に直接又は間接的に結合され得る。図２に関して説明されたいくつかの技術的特徴は、図３に示されるように、ダイレクトドライブ風力発電機にも存在し得ることに留意されたい。

【0034】

図３は、風力タービン用アセンブリの一例を示す断面図である。アセンブリは、ローターハブ２０と、発電機ローター１００と、発電機ローター１００を固定フレーム（stationary frame）１１１に支持するためのシャフト１１０ とから構成される。図３は、アセンブリが、ローターハブ２０、発電機ローター１００、およびシャフト１１０を少なくとも部分的に通って延びる複数の主ファスナ（main fasteners）１３０をさらに備えることを概略的に示している。ローターハブ２０は、発電機ローター１００をシャフト１１０から分解（disassemble）することなく、発電機ローター１００およびシャフト１１０から取り外し可能に構成される。前述の接続に関する例は、図４から図６に詳述されている。

【0035】

さらに、図３の例は、ローターハブ２０、発電機ローター１００、およびシャフト１１０が共通の回転軸ＲＡを構成することを示す。この例では、発電機ローター１００は、発電機ステータ１０１を半径方向に取り囲んでいるが、アセンブリは、代替的に、発電機ステータ１０１の半径方向の内側に位置する発電機ローター１００から構成されてもよい。同様に、シャフト１１０は、単一の構造体であってもよいし、他の風力タービン構成要素が取り付けられる複数の構造体から構成されてもよい。

【0036】

図３はまた、発電機ローター１００がシャフト１１０のフランジとローターハブ２０の間に固定されていることを示す。他の例では、発電機ローター１００は、ローターハブ２０の反対側に、すなわちシャフト１１０を挟んで固定されていてもよい。

【0037】

さらに、図３の断面図には２つの主ファスナ１３０のみが図示されているが、風力タービンローターハブ２０、発電機ローター１００及びシャフト１１０を結合するファスナの数、配置、及びタイプは変化し得ることに留意されたい。例えば、複数の主ファスナ１３０は、ボルトであってもよく、ボルトのヘッド（頭部）は、ローターハブ２０を発電機ローター１００又はシャフト１１０に対して接触及び押圧するように配置されてもよい。また、ナット付きスタッド等の締結具も使用可能である。

【0038】

本明細書で説明するように、ハブ２０は、発電機１００およびシャフト１１０を分解することなく、風力発電機から取り外すことができる。ハブがない場合（ハブを取り外した後、又はハブを最初に取り付ける前のいずれか）、発電機全体の構造はそのまま維持され、試験を実施することができる。本実施例における発電機全体の構造は、発電機回転構造（シャフト１１０、発電機ローター１００を含む）、発電機静止構造（固定フレーム１１１、発電機ステータ１０１を含む）、および発電機回転構造と発電機静止構造の間のベアリングによって形成されている。

【0039】

図４は、組立部品（assembly components：アセンブリコンポーネント）間の結合を示す図３に示された風力タービンアセンブリの詳細図である。この図は、ローターハブ２０と発電機ローター１００との間の接触領域（contact region）と、発電機ローター１００とシャフト１１０との間の別の接触領域とを示す。図示のように、この結合を固定するファスナ１３０、１４０は、異なるメトリックのねじ付きボルト（threaded bolts of different metrics）であってもよい。

【0040】

図４に示される例は、主ファスナ１３０が、ローターハブ２０及び発電機ローター１００の貫通孔（through-holes）を通って延び、シャフト１１０のブラインドホール（blind holes）を通って延びる、すなわち、主ファスナがローターハブ２０及び発電機ローター１００を通って完全に延び、シャフト１１０のフランジを通って一部だけ延びることがあることを示す。

【0041】

シャフト１１０がローターハブ２０と発電機ローター１００との間に配置され得る風力タービンアセンブリの他の例では、主ファスナ１３０は、ローターハブ２０及びシャフト１１０の貫通孔を通って、発電機ローター１００のブラインドホールを通って延びることがある。さらにさらなる例では、主ファスナは、ハブに向かう反対方向から、すなわち、支持フレーム１１０から、発電機ローター１００を通り、ハブ２０のフランジまで延びることがある。

【0042】

さらに、図４の例に示すように、アセンブリは、発電機ローター１００をシャフト１１０に接続するように構成された複数の補助ファスナ１４０をさらに含んでもよい。補助ファスナ１４０は、主ファスナ１３０とは異なる長さ、及びメトリックを有することができる。両方のタイプのファスナは、その特定の用途のために最適化されてもよい。

【0043】

さらに、風力タービンアセンブリの複数の貫通孔及びブラインドホールは、ローターハブ２０、発電機ローター１００及びシャフト１１０によって規定される回転軸ＲＡの周りに少なくとも一列に等間隔かつ半径方向に分布することができる。穴、したがってファスナの半径方向の分布は、回転軸ＲＡに関する風力タービンアセンブリのバランスを維持する半径方向の対称性で荷重を分割（split）することを可能にする。

【0044】

図４の例では、複数の貫通孔およびブラインドホールは、回転軸ＲＡの周りに２つの列、すなわち、回転軸ＲＡに対して半径方向外側の列、および回転軸ＲＡに対して半径方向内側の列で半径方向に分布している。より具体的には、穴の分布は、内側列の複数の穴が、発電機ローター１００をシャフト１１０に取り付けるための補助ファスナ１４０を受けるように構成され、外側列の別の複数の穴が、ローターハブ２０を発電機ローター１００およびシャフト１１０に取り付けるための主ファスナ１３０を受けるように構成される内側列を定めるようになっていてよい。さらに具体的には、穴の分布は、全ての穴が、ローターハブ２０を発電機ローター１００及びシャフト１１０に取り付けるための主ファスナ１３０を受け取るように構成されている外側列と、全ての穴が補助ファスナのみを受け取るように構成されている内側列とを規定するようにしてもよい。穴及びファスナをそのように配置することは、固定解除プロセス中にオペレータを支援し、保守及び交換作業における全体時間を短縮することができる。

【0045】

さらに別の例では、図６に見られるように、同じ穴が主ファスナと補助ファスナの両方を選択的に受け入れるように構成されることがある。

【0046】

補助ファスナ１４０は、ローターハブ２０が発電機ローター１００およびシャフト１１０から分解されるときに、発電機ローター１００をシャフト１１０に一時的に接続するように構成され得る。この結果、主ファスナ１３０及び補助ファスナ１４０が２つの異なるタイプの接続を提供し、保守及び交換作業を容易にすることができる、汎用性のある接続構成となる。組み立て方法に関して説明するように、第１段階において、発電機ローター１００とシャフト１１０は、（一時的：temporary）補助ファスナ１４０を使用して取り付けられることができる。次に、主ファスナ１３０を用いてローターハブ２０を発電機ローター１００及びシャフト１１０に組み付ける際に、補助ファスナ１４０（又はその選択）を取り外すことができる。

【0047】

図４はまた、ローターハブ２０の複数の貫通孔、発電機ローター１００の貫通孔、およびシャフト１１０のブラインドホールが、前述の構成要素を取り付けるためにファスナ１３０、１４０を受け取るように構成された穴１２０、１５０を規定するように位置合わせされ得ることを示す。同様に、発電機ローター１００の貫通孔及びシャフト１１０のブラインドホールの複数の整列は、ローターハブ２０から独立してこれら２つの構成要素を接続するためのファスナ１４０を受け取るように構成された接続経路を画定することも可能である。

【0048】

図５は、図４に描かれた半径方向平面Ａ－Ａ’を横切る断面の半径方向投影図であり、穴１２０，１５０及びファスナ１３０，１４０の構成例を模式的に示す。穴（holes）１２０，１５０の他の列は、図示されたものに対して（回転軸ＲＡに対して）半径方向の内側または外側に配置されてもよい。

【0049】

図５は、図示された穴の列（row of holes）１２０、１５０が、主ファスナ１３０を受けるための複数の主穴１２０と、補助ファスナ１４０を受けるための複数の補助穴１５０とを備えることを示す。視覚化を助けるために、第１の主穴（main holes：メインホール）１２０および補助穴１５０（左から右へ：from left to right）はファスナ１３０，１４０なしで図示され、第２の主穴１２０および補助穴１５０は対応するファスナ１３０，１４０で図示されている。また、図５には、主ファスナ１３０が、ローターハブ２０の複数の貫通孔１２１，１５１の最小径よりも大きい直径を有するヘッド（head：頭部）１３１からなり得ることが図示されている。主ファスナのヘッド１３１は、いくつかの例では、ハブの表面に対して静止することができる。或いは、図５に開示されるように、主穴１２０は、主ファスナのヘッド１３１を受けることができる形状を有していてもよい。

【0050】

一方、補助ファスナ１４０は、ローターハブ２０の貫通孔（through-holes）１５１の最小径よりも小さいが、発電機ローター１００の貫通孔１２２のそれぞれの最小径よりも大きい直径を有するヘッド１４１を含んでいてもよい。ローターハブ２０の主および補助貫通孔１２１、１５１は、補助ファスナ１４０のヘッド１４１を受け入れるように構成されてもよいことに留意されたい。

【0051】

更に、発電機ローター１００及びローターハブ２０の貫通孔１２１、１２２、１５１の形状は、それぞれ補助及び主ファスナ１４０、１３０のヘッド１４１、１３１（又はその一部）と嵌合（mate）するように適合させることができる。より正確には、発電機ローターの貫通孔１２２は、少なくとも、部分的に補助ファスナ１４０のヘッド１４２部分を受容するための局所的な拡がり（local widening）１５５を含んでいてもよい。同様に、ローターハブの貫通孔１２１は、主ファスナ１３０のヘッド１３１部分を部分的に受け入れるための局所的な拡がり１２４を構成することができる。

【0052】

図５に図示された例では、アセンブリは、異なる形態を有する孔、すなわち主穴１２０及び補助穴１５０から構成されている。しかしながら、図６に図示されているように、アセンブリが、ローターハブ２０、発電機ローター１００及びシャフト１１０を少なくとも部分的に通って延びる複数の穴を含むことも可能であり、穴は、主ファスナ１３０及び補助ファスナ１４０を選択的に受け入れるように構成される。したがって、穴の少なくともいくつかは、実質的に同じ内部形状を有するように構成され得る。これは、これらの穴が、風力タービンの組立、保守又は交換の間の異なる時点で主ファスナ１３０及び補助ファスナ１４０を受け取り得ることを意味することになる。

【0053】

図５に示すブラインドホール１２３はまた、ファスナ１３２、１４２のねじ山に一致するように構成された内側ねじ山（inner thread）１２６を構成する。議論されたように、内側ねじ山１２６は、各ファスナに一致するように、主穴１２０では補助穴１５０とは異なるメトリックを有するかもしれない。あるいは、全てのねじ山（all threads）１２６、１３２、１４２は、ファスナの交換を可能にするために同じであってよい。

【0054】

図６は、図４に描かれた半径方向平面Ｂ－Ｂ’を横切る断面の半径方向投影図であり、穴１２０，１５０およびファスナ１３０，１４０の構成例を模式的に示している。図５と同様に、２つのファスナ１３０，１４０のみが示されている。

【0055】

この例では、複数のブラインドホール１２３は、１つまたは複数の内側ねじ山１２６、１２７から構成され得る。より具体的には、シャフト１１０は、２つの内側ねじ山、主ファスナ１３０を受けて一致するように構成された第１の内側ねじ山１２６、および補助ファスナ１４０を受けて一致するように構成された第２の内側ねじ山１２７を有するブラインドホール１２３を構成する。ブラインドホール１２３は、風力タービンアセンブリの全体構成に応じて、発電機ローター１００またはシャフト１１０のいずれかに配置され得ることに留意されたい。

【0056】

さらなる例（図には示されていない）では、シャフトは、発電機ローターとハブとの間に挟まれることがある。この場合、ブラインドホールは発電機ローターにも配置されるかもしれない。ブラインドホールは、アセンブリの前部「風上：upwind」端または後部「風下：downwind」端のいずれかに配置することができる。さらに別の例では、主穴及び／又は補助穴は、３つの構成要素全てを貫通して延びる貫通孔であってもよい。

【0057】

図６はまた、補助穴１５０が、発電機ローター１００の対応する貫通孔１２２の最小直径よりも大きい最小直径を有するローターハブ２０の貫通孔１５１から構成されてもよいことを示す。先に述べたように、主穴１２０は、これらが特定の組立期間中に補助ファスナ１４０を受け取ることも意図されている場合、前述の特徴を有することもできる。

【0058】

本開示はまた、ローターハブ２０と、発電機ローター１００と、シャフト１１０と、複数の主および補助ファスナ１３０、１４０とを備える風力タービンアセンブリを提供する。ローターハブ２０は、複数の主および補助穴１２０、１５０を備える。発電機ローター１００は、複数の貫通孔１２２を含んで構成される。シャフト１１０は、複数のブラインドホール１２３を含んで構成される。さらに、複数の主ファスナ１３０は、ローターハブ２０、発電機ローター１００の主穴１２０を貫通し、シャフト１１０の中に延びる。さらに、補助貫通孔１５１は、シャフト１１０を発電機ローター１００に接続するように構成された補助ファスナ１４０を受け入れるように構成される。

【0059】

本開示の一態様において、前述の実施例及び含まれる技術的特徴のいずれか１つに従った風力タービンアセンブリを含む風力タービン１０が提供される。

【0060】

本開示の別の態様では、組み立てのための方法６００が提供される。方法６００は、本開示で開示される技術的特徴に従った風力発電機のためのアセンブリを提供するのに適している。方法６００は、図７に概略的に示される。

【0061】

本方法は、ブロック６０１において、シャフト１１０と発電機ローター１００を提供することを含んでいる。方法６００はまた、ブロック６０２において、複数の補助ファスナ１４０を用いて支持フレーム１１０を発電機ローター１００に結合して、シャフトと発電機ローターのアセンブリを形成することを含む。さらに、方法６００は、ブロック６０３において、シャフト１１０、発電機ローター１００、および風力発電機ローターハブ２０を少なくとも部分的に通って延びる主ファスナ１３０を用いて、風力タービンハブ２０をシャフト－発電機ローターアセンブリに結合することを含む。

【0062】

この態様によれば、本方法は、シャフトと発電機ローターのアセンブリを風力発電機ローターハブ２０から独立して取り付けることができる。この独立性により、風力発電機からの組立及び分解作業の全体的な複雑さが軽減される。さらに、現場で試験を行い、ローターハブ２０を結合する前にシャフトと発電機ローターのアセンブリを検証することも可能である。

【0063】

実施例では、方法６００は、主ファスナ１３０および補助ファスナ１４０をそれぞれ受けるための主貫通孔１２１および補助貫通孔１５１を含むローターハブ２０を提供することをさらに含むことができる。さらに、方法６００は、複数の補助ファスナのうち少なくとも選択されたものを除去することも含んでよい。さらに、方法６００は、補助ファスナの除去によって空いた補助貫通孔に１つまたは複数の主ファスナを結合するステップを含んでいてもよい。方法のこれらの追加ステップにより、風力タービンアセンブリを主ファスナで固定することができ、風力タービンを動作させる前に、より安全な結合を提供することができる。

【0064】

さらに、方法６００は、すべての主ファスナ１３０の連結を解除してローターハブ２０をシャフトと発電機ローターのアセンブリから解放し、保守または交換作業のためにローターハブ２０をタワーから下ろす（bringing downtower）ステップも含むことができる。

【0065】

発明の詳細な説明では、好ましい実施形態を含む教示を開示するために例を用い、また、当業者であれば、任意の装置またはシステムの製造および使用、ならびに組み込まれた任意の方法の実行を含む、本書に開示した教示を実践することができるようにする。特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者に思い浮かぶ他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的でない差異を有する同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれることが意図されている。説明した様々な実施形態からの側面、およびそのような各側面に対する他の既知の等価物は、本願の原理に従って追加の実施形態および技術を構築するために、当業者によって混合およびマッチング（mixed and matched）させることができる。図面に関連する参照符号が請求項において括弧内に配置されている場合、それらは単に請求項の分かりやすさを向上させようとするためのものであり、請求項の範囲を限定するものと解釈してはならない。

【符号の説明】

【0066】

１０：風力タービン １２：地面 １４：支持システム １５：タワー １６：ナセル １８：ローター ２０：ハブ ２２：ローターブレード ２３：基準線 ２４：ブレード根元部分 ２５：ピッチ角 ２６：荷重伝達領域 ２８：風向 ３０：ローター軸 ３２：ピッチシステム ３４：ピッチ軸 ３６：風力タービン制御装置 ３８：ヨー軸 ４０：プロセッサ ４２：発電機 ４３：通信モジュール ４４：メインシャフト ４６：ギアボックス ４８：高速シャフト ５０：カップリング ５２：メインフレーム ５４：デカップリング支持手段 ５６：ヨー駆動機構 ５８：気象測定システム ６０：主前方支持ベアリング ６２：後方支持ベアリング ６４：駆動列 ６６：ピッチアセンブリ ６８：ピッチ駆動システム ７０：センサ ７２：ピッチベアリング ７４：ピッチ駆動モータ ７８：ピッチ駆動ピニオン ８０：ピッチ制御システム ８４：電源 ８６：キャビティ ８８：内面 ９０：変圧器 １００：発電機ローター １０１：発電機ステータ １０３：トルクアーム １１０：シャフト １１１：固定フレーム １２０：主穴 １２３：ブラインドホール １２４、１５５：局所的な拡がり １２６：雌ねじ １３０：主ファスナ １３１、１４１：ヘッド １３２、１４２：ファスナ １４０：補助ファスナ １５０：補助穴 １５１：貫通孔 ＲＡ：回転軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【外国語明細書】