KR101070942B1 - 동심 기어박스/발전기 장치를 구비한 풍력 에너지 장치 - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 주요 청구항의 전제부에 따른 동심 기어박스/발전기 장치를 구비한 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
풍력 발전 장치용으로 매우 다양한 구동 트레인(Train) 장치들이 알려져 있다. 무 기어 플랜트(Plant)에 더하여, 대부분의 플랜트는 기어 및 발전기의 조합으로 만들어진다. 풍력 발전 장치에서 상기 기어 및 발전기는 보통 기계 지지부 상에 개개의 부품으로서 연속적으로 배열된다. 손상을 받을 경우, 이는 이러한 부품들을 간단히 교체할 수 있게 하지만, 그 전체적인 구조는 길고, 따라서 무겁고 비용이 많이 든다.
EP 811 764 B1에서 상기 기어 및 발전기는 공통의 하우징(Housing) 내에 직접 연속하는 방식으로 통합되고, 상기 기어는 일단(Single-step) 유성 기어이며 상기 케이싱(Casing)은 직접 타워(Tower) 상에 배치된다. 상기 기어 및 발전기는 대략 같은 외부 직경을 가지고 있고 양 부품은 직접 연속하는 방식으로 배열되며, 이는 콤팩트(Compact)하고 가벼운 구조로 되게 한다. 하지만, 상기 타워 상단에 있는 개개의 부품들을 교체하는 것은 더 이상 가능하지 않게 되는 단점이 생긴다.
이러한 부품들에 손상이 생기는 경우, 전체 장치는 상기 타워 상단으로부터 아래로 내려져야 한다. 게다가, 공통의 하우징 내의 장치는 양 부품의 거의 동일한 외부 직경을 필요로 해서, 이는 또한 최적의 발전기 설계를 할 수 없게 한다.
WO 01/94779 A1은 로터의 반대편에서 직접 작동되는 발전기를 가진 장치를 개시한다. 상기 큰 발전기로 인해, 무게 및 비용 면에서 경쟁력이 떨어지므로, 이 구상은 경제적 견지에서 매우 바람직하지 않다.
DK 173 530 B1은 상기 기어 및 발전기가 개재 축과 함께 연속적으로 배열된 매우 신장된 구동 트레인 구조를 개시한다. 이 구조는 부품들의 교체가 가능하지만, 매우 무겁고 그 설비에 비용이 많이 든다.
본 발명의 과제는 기어 및 발전기의 간단한 교체가 가능하고 콤팩트하고 가벼운 구조를 가진 풍력 발전 장치를 제공하는 것이다. 바람직한 실시예들은 종속항들에 기재되어 있다.
본 발명에 따르면, 상기 발전기가 상기 기어를 동심적으로 둘러싸는 링(Ring) 발전기로 구성되어, 상기 과제는 해결된다. 상기 기어/발전기 장치는, 바람직하게는 상기 로터의 반대편 타워 상에 배치된다.
상기 기계 지지부는 그 한 정면 상에 정면 로터 베어링 및 그 정면의 반대편 상에 배면 로터 베어링을 가지고 있어서, 로터 하중은 상기 기어/발전기 장치에 하나도 전달되지 않는다.
상기 기어 및 발전기는, 바람직하게는 상기 기계 지지부에 개별적으로 착탈가능한 방식으로 연결되어서, 각 경우에 개별적으로 축방향으로 분해되고 교체될 수 있다.
상기 기어는 일단(Single-step) 유성 기어일 수 있으나, 또한 다단(Multi-step) 유성 기어일 수도 있다. 상기 기어 비는 1:6 내지 1:11 사이일 수 있어서, 중간 속도로 회전가능한 발전기가 필요하다. 로터 속도가 예를 들어 15 min-1인 경우, 상기 발전기 속도는 따라서 90 내지 165 min-1이다.
상기 기어/발전기 장치는, 바람직하게는 상기 유닛의 열손실이 외부 대기로 발산될 수 있는 방식으로 냉각 핀(Fin)들이 제공된다.
상기 기어/발전기 장치를 내려놓기 위해, 상기 기계 지지부 상에 승강 장치를 제공하는 것이 가능하다.
중간 속도-회전가능한 발전기에 대하여, 특히 전자기 발전기로 구성하는 경우에는, 큰 직경 및 짧은 연철판 적층 길이를 가진 링 발전기의 형태로 짧은 구성으로 하는 것이 유리하다. 따라서, 상기 발전기에 대해, 기어를 내부적으로 장치하기에 적합한 자유 내부 직경이 있다. 상기 기어가 일단 유성 기어 또는 다단 유성 기어라면, 기술적으로 및 경제적으로 최적의 치수는, 상기 기어 외부 직경이 상기 발전기 내부 직경에 가까운 값을 가지도록 한다. 따라서, 상기 기어 및 최적으로 설계된 링 발전기는 서로에 대해 동심적으로 배치될 수 있다. 이 배열은 단지 천천히 회전하는 부품들만 상기 장치 내에 존재하게 하여, 이는 자연적으로 제한된 마모 및 저 파손 가능성을 가지게 된다.
상기 기계 지지부 내에 장착한 결과로서, 상기 로터 하중은 상기 기어 및 발전기에 하중을 가하지 않고 상기 타워 속으로 직접 전달된다. 상기 동심적으로 배치된 기어 및 발전기는 상기 타워 축에 대하여 상기 로터의 반대편 상에 배치된다. 따라서, 이 유닛은 수직 장착에 대하여 상기 로터에 대한 평형력을 형성한다. 이러한 방식으로 상기 기어 및 발전기를 축방향으로 분해하고 교체하는 것이 가능하다.
상기 축방향 분해성은, 매우 콤팩트하고 따라서 가벼운 구동 트레인(Train) 장치와 협력하여 특히 큰 플랜트의 경우에 결정적인 이점을 가지게 된다. 상기 로터를 분해하지 않고도 개개의 부품들을 각각 교체하는 것이 가능한 것이다. 상기 기어와 또한, 발전기 로터 및 고정자는, 커버(Cover)를 제거한 후 개별적으로 분해되고 교체될 수 있다.
상기 발전기 고정자의 가장 바깥쪽 부품으로서의 배열은, 핀 시스템을 통해 상기 발전기 열손실의 대부분을 외부 대기로 발산하는 것을 가능하게 한다. 상기 공통 하우징의 내부 및 기어는, 추가로, 선택적으로 핀이 형성된 하우징 부분을 통해 외부로 그들의 열손실을 발산할 수 있다. 상기 발전기 로터(Rotor)의 구동 기어는, 상기 하우징 내의 필요한 공기 순환을 보장하기 위해 팬(Fan) 부품이 구비될 수 있다. 그 결과, 환경적 영향에 대해 완전히 밀봉된 기어/발전기 유닛(Unit)이 만들어질 수 있고, 이는 외부 벽들을 통해 상기 열손실을 발산할 수 있다.
본 발명은 이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 더 상세히 설명된다.
도 1은, 본 발명의 제1실시예에 의한 장치의 단면도.
도 2는, 본 발명의 제2실시예에 의한 장치의 단면도.
도 1에 부분적으로만 도시된 상기 풍력 발전 장치의 로터 블레이드(Rotor Blade, 1)는 허브(Hub, 3)를 구동하고, 이는 또한 상기 로터에 의해 생성되는 모든 추가적 힘 및 모멘트(Moment)를 받는다. 정면 로터 베어링 및 배면 로터 베어링(7)에 의하여, 로터 축(Rotor Shaft, 9)은 장착되고 상기 로터 하중은 기계 지지부(11)에 전달된다.
수직 베어링(13)은 상기 하중을 상기 풍력 발전 장치 타워(15) 속으로 전달한다. 그 결과, 상기 로터의 외부 공기역학적 하중 및 질량 하중은 상기 기어 또는 발전기를 통해 완전히 또는 부분적으로 통과되지 않고 상기 타워 속으로 도입된다. 연결 부품(17), 예를 들어, 수축 링에 의하여, 상기 기어(19)는 상기 로터 축(9)에 토크-저항 방식으로 연결된다.
기어 케이싱(Gear Casing, 21)은 베이스 플레이트(Base Plate, 25)에 대하여 탄성 부품(23)에 의하여 지지된다. 이러한 탄성 부품(23)은, 토크 급상승이 흡수되고, 외부 하중의 결과로 구조적 변형이 상기 톱니 시스템 또는 상기 기어 내의 장착 지지부에 부하를 가하지 않도록 한다.
상기 기어의 구동되는 축(27)에 의하여, 상기 연결 기어(29)는 구동되고 상기 발전기 로터(31)에 다시 한번 연결된다. 상기 로터(31)는 상기 기어(19)에 연결되고, 상기 기어 케이싱(Gear Casing, 21)보다 더 큰 직경을 갖고 상기 기어(19)를 둘러싼다. 상기 연결 기어(29)는, 상기 기어(19)를 상기 발전기 로터(31)를 분해하지 않고도 분해할 수 있도록 상기 발전기 로터(31)에 착탈가능하게 연결된다.
상기 발전기 고정자(33)는 상기 케이싱(35)에 의해 상기 기계 지지부(11) 상의 베이스 플레이트(25)에 고정된다. 상기 케이싱(35)의 외부로의 상기 핀 시스템(37)의 결과로서, 상기 고정자 와인딩(Winding)의 핀 시스템(37)의 열손실이 외부 대기로 발산되는 것을 보장할 수 있다. 상기 커버(Cover, 39)는 상기 전체 구동 트레인을 밀봉해서 결과적으로, 외부 핀 시스템(41)을 통해, 상기 구동 트레인 열손실의 대기중으로의 발산에 기여한다.
도 2는, 상기 로터 하중이 상기 토크 베어링(43)을 통해 상기 기계 지지부(11)로 전달되는, 본 발명의 다른 실시예를 보여준다. 토크 베어링(43)은 모든 외부 하중을 흡수하고, 축(9)을 통해 기어(19)로 단지 상기 토크를 전달한다. 그 결과, 상기 축(9)은 매우 가벼운 구조로 될 수 있다. 이 구조는 또한, 유지보수자가 상기 기계 지지부(11)로부터 축(9) 내의 맨홀(45)을 통해 상기 허브(3) 속으로 올라갈 수 있도록 한다. 상기 기어/발전기의 다른 부분은 도 1의 구조와 동일하다.
Claims (10)
- 로터 블레이드(1), 허브(3), 로터 축(9), 기어(19) 및 발전기(31,33)를 포함하는 풍력 발전 장치에 있어서,상기 발전기(31,33)는, 상기 기어(19)를 동심적으로 둘러싸는 링(Ring)으로 구성되고,상기 기어(19) 및 발전기(31,33)는, 로터 블레이드(1)와 허브(3)의 반대편 타워 상에 배치되고,상기 기어(19) 및 발전기(31,33)는, 축방향으로 분해가능하고 기계 지지부(11)에 개별적으로 탈착가능한 방식으로 연결되고,상기 발전기(31, 33)는 기어(19)를 둘러싸는 로터(31)와 로터(31)의 외측에 배치된 고정자(33)를 포함하며,상기 기어(19)와 상기 발전기(31, 33)를 포함하는 유닛(unit)은 기어(19)와 발전기(31, 33)의 열손실을 발산(dissipate)시킬 수 있는 외부 벽들에 의해 환경적인 영향에 대해 밀봉(seal)되어 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 기계 지지부(11)는, 그 한 정면 상에 정면 로터 베어링(43)과 그 반대편 정면 상에 배면 로터 베어링(7)을 갖는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
- 제3항에 있어서,상기 정면 로터 베어링(43)은, 허브(Hub) 상에 직접 장치된 토크 베어링(Torque Bearing)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 기어(19)는, 상기 기계 지지부(11)에 탄성 부품(23)에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
- 제1항에 있어서,상기 기어(19)는, 일단(Single-step) 유성 기어인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
- 제1항에 있어서,상기 기어(19)는, 다단(Multi-step) 유성 기어인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
- 제1항에 있어서,상기 발전기(31,33)는, 전자기 링 발전기인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
- 제1항에 있어서,상기 기어(19)와 발전기(31,33)를 포함하는 유닛에는, 냉각 핀(Fin; 37,41)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
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