KR101555732B1

KR101555732B1 - 회전 전기 기계, 풍력 발전 시스템 및 회전 전기 기계 제조 방법

Info

Publication number: KR101555732B1
Application number: KR1020110022257A
Authority: KR
Inventors: 히로시 츠마가리
Original assignee: 가부시키가이샤 야스카와덴키
Priority date: 2010-08-10
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2015-09-25
Also published as: EP2418759A3; TWI501513B; BRPI1100957A2; TW201218584A; US8476781B2; KR20120014860A; JP4730475B1; CN102377306B; CN201918866U; US20120038166A1; EP2418759A2; JP2012039807A; CN102377306A

Abstract

회전 전기 기계는 로터 코어의 회전축 지지부에 가까운 측의 단부로부터 회전축부가 회전축 지지부에 삽입될 때에 회전축 지지부와 먼저 접촉하는 부분까지의 길이가 회전축 지지부의 스테이터에 가까운 측의 단부로부터 스테이터 코어의 회전축 지지부와는 반대측의 단부까지의 길이보다 크게 되도록 구성된다.

Description

회전 전기 기계, 풍력 발전 시스템 및 회전 전기 기계 제조 방법{ROTATING ELECTRIC MACHINE, WIND POWER GENERATION SYSTEM AND METHOD OF MANUFACTURING ROTATING ELECTRIC MACHINE}

본 발명은 회전 전기 기계, 풍력 발전 시스템 및 회전 전기 기계를 제조하는 방법에 관한 것이며, 특히 로터와 이 로터에 대해서 반경방향으로 대향하는 스테이터를 구비하는 회전 전기 기계와, 풍력 발전 시스템 및 회전 전기 기계를 제조하는 방법에 관한 것이다.

종래에, 일본공개특허공보 제2006-6023호에는 로터와 이 로터에 대해서 반경방향으로 대향하는 스테이터를 구비하는 회전 전기 기계가 개시되어 있다.

상술한 일본공개특허공보 제2006-6023호에는 로터와, 이 로터에 대해서 반경방향으로 대향하는 스테이터와, 로터와 스테이터를 수납하는 하우징, 및 로터에 연결되어 한 쌍의 베어링을 통해서 상기 하우징에 회전가능하게 지지되는 회전축을 구비하는 발전기(회전 전기 기계)가 개시되어 있다. 이 발전기에는, 로터의 외주에 영구 자석이 설치되어 있다. 또한, 로터와 스테이터는 로터의 영구 자석과 스테이터의 권선이 권취되는 스테이터 코어가 서로 반경방향으로 대향하도록 배치되어 있다. 상술한 일본공개특허공보 제2006-6023호에 개시된 발전기에서, 로터로부터 돌출하는 회전축의 부분의 길이는 비교적 짧다. 이 때문에, 발전기를 조립하기 위해 베어링 안으로 회전축을 삽입할 때에, 로터의 영구 자석과 스테이터 코어는 회전축의 전방 단부가 베어링 안으로 삽입되기 전에, 서로 대향하는 상태에 놓이는 것으로 고려된다. 이 결과, 조립 작업은 회전축을 베어링 안으로 삽입할 때에, 로터와 스테이터가 자력에 의해 서로 끌어당겨져서 접촉하는 것을 방지하기 위하여 매우 주의깊게 실행해야 한다.

따라서, 매우 주의깊은 조립 작업을 요구하는 상술한 일본공개특허공보 제2006-6023호에 개시된 종래의 발전기는 조립이 상당히 어렵고, 조립을 위해 많은 시간이 요구되는 문제점이 있다.

일본공개특허공보 제2006-6023호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것이며, 본 발명의 목적은 용이하고 신속하게 조립할 수 있는 회전 전기 기계와, 풍력 발전 시스템 및 회전 전기 기계를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 개념에 따른 회전 전기 기계는 회전축부와, 회전축부에 연결된 로터 코어를 구비하는 로터와, 로터 코어와 반경방향으로 대향하도록 배치되는 스테이터 코어를 구비하는 스테이터와, 로터와 스테이터가 수납되는 오목부가 설치된 하우징 및 하우징에 설치되어 회전축부를 회전가능하게 지지하는 회전축 지지부를 포함하고, 로터 코어의 회전축 지지부에 가까운 측의 단부로부터 회전축부가 회전축 지지부에 삽입될 때에 회전축 지지부와 먼저 접촉하는 부분까지 회전축부가 연장하는 방향의 길이는 회전축 지지부의 스테이터에 가까운 측의 단부로부터 스테이터 코어의 회전축 지지부와는 반대측의 단부까지 회전축부가 연장하는 방향의 길이보다 크게 되도록 구성된다.

상술한 바와 같이, 제 1 개념에 따른 회전 전기 기계는 로터 코어의 회전축 지지부에 가까운 측의 단부로부터 회전축부가 회전축 지지부에 삽입될 때에 회전축 지지부와 먼저 접촉하는 부분까지 회전축부가 연장하는 방향의 길이를 회전축 지지부의 스테이터에 가까운 측의 단부로부터 스테이터 코어의 회전축 지지부와는 반대측의 단부까지 회전축부가 연장하는 방향의 길이보다 크게 되도록 구성한다. 따라서, 회전축부가 회전축 지지부와 먼저 접촉한 상태에서는, 로터 코어와 스테이터 코어는 서로 반경방향으로 대향하지 않는다. 그 후, 회전축부는 가이드로서 작용하는 회전축 지지부에 삽입되는 것에 의해, 로터 코어와 스테이터 코어가 서로 반경방향으로 대향하여도 로터 코어 내에 포함된 영구 자석의 자력에 의해 로터 코어가 스테이터 코어를 향해 이동하는 것이 회전축부에 의해 방지된다. 그 결과, 로터와 스테이터 코어는 자력에 의해 서로 끌어당겨져서 접촉하는 것이 방지됨으로써, 회전 전기 기계는 용이하고 신속하게 조립할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 길이 관계로 되도록 회전축부의 길이 등을 간단히 조절하는 것만으로, 로터와 스테이터 코어는 자력에 의해 서로 끌어당겨져서 접촉하는 것이 방지됨으로써, 로터의 이동을 방지하기 위해 로터를 고정하기 위한 전용 지그(jig)를 사용할 필요가 없다. 이 점에서, 회전 전기 기계는 용이하고 신속하게 조립할 수 있다.

본 발명의 제 2 개념에 따른 풍력 발전 시스템은 회전축부와, 회전축부에 연결된 로터 코어를 구비하는 로터와, 로터 코어와 반경방향으로 대향하도록 배치되는 스테이터 코어를 구비하는 스테이터와, 로터와 스테이터가 수납되는 오목부가 설치된 하우징 및 하우징에 설치되어 회전축부를 회전가능하게 지지하는 회전축 지지부가 설치된 발전기; 및 회전축부에 연결된 블레이드(blade)를 포함하고, 로터 코어의 회전축 지지부에 가까운 측의 단부로부터 회전축부가 회전축 지지부에 삽입될 때에 회전축 지지부와 먼저 접촉하는 부분까지 회전축부가 연장하는 방향의 길이는 회전축 지지부의 스테이터에 가까운 측의 단부로부터 스테이터 코어의 회전축 지지부와는 반대측의 단부까지 회전축부가 연장하는 방향의 길이보다 크게 되도록 구성된다.

상술한 바와 같이, 제 2 개념에 따른 풍력 발전 시스템은 로터 코어의 회전축 지지부에 가까운 측의 단부로부터 회전축부가 회전축 지지부에 삽입될 때에 회전축 지지부와 먼저 접촉하는 부분까지 회전축부가 연장하는 방향의 길이를 회전축 지지부의 스테이터에 가까운 측의 단부로부터 스테이터 코어의 회전축 지지부와는 반대측의 단부까지 회전축부가 연장하는 방향의 길이보다 크게 되도록 구성한다. 따라서, 회전축부가 회전축 지지부와 먼저 접촉한 상태에서는, 로터 코어와 스테이터 코어는 서로 반경방향으로 대향하지 않는다. 그 후, 회전축부는 가이드로서 작용하는 회전축 지지부에 삽입되는 것에 의해, 로터 코어와 스테이터 코어가 서로 반경방향으로 대향하여도, 로터 코어 내에 포함된 영구 자석의 자력에 의해 로터 코어가 스테이터 코어를 향해 이동하는 것이 회전축부에 의해 방지된다. 그 결과, 로터와 스테이터 코어는 자력에 의해 서로 끌어당겨져서 접촉하는 것이 방지됨으로써, 풍력 발전 시스템은 용이하고 신속하게 조립할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 길이 관계로 되도록 회전축부의 길이 등을 간단히 조절하는 것만으로, 로터와 스테이터 코어는 자력에 의해 서로 끌어당겨져서 접촉하는 것이 방지됨으로써, 로터의 이동을 방지하기 위해 로터를 고정하기 위한 전용 지그를 사용할 필요가 없다. 이 점에서, 풍력 발전 시스템은 용이하고 신속하게 조립할 수 있다.

본 발명의 제 3 개념에 따른 회전 전기 기계를 제조하는 방법은 회전축부와, 회전축부에 연결된 로터 코어를 구비하는 로터와, 로터 코어와 반경방향으로 대향하도록 배치되는 스테이터 코어를 구비하는 스테이터와, 로터와 스테이터가 수납되는 오목부가 설치된 하우징 및 하우징에 설치되어 회전축부를 회전가능하게 지지하는 회전축 지지부를 포함하는 회전 전기 기계를 제조하는 방법으로서, 로터 코어의 회전축 지지부에 가까운 측의 단부로부터 회전축부가 회전축 지지부에 삽입될 때에 회전축 지지부와 먼저 접촉하는 부분까지 회전축부가 연장하는 방향의 길이를 회전축 지지부의 스테이터에 가까운 측의 단부로부터 스테이터 코어의 회전축 지지부와는 반대측의 단부까지 회전축부가 연장하는 방향의 길이보다 크게 유지함으로써, 로터 코어와 스테이터 코어가 서로 반경방향으로 대향하지 않은 상태에서 회전축부와 회전축 지지부의 스테이터에 가까운 측의 단부를 서로 접촉시키는 단계와; 로터 코어와 스테이터 코어가 서로 접촉하지 않은 상태를 유지하면서 회전축부를 회전축 지지부에 삽입하는 단계를 포함한다.

상술한 바와 같이, 제 3 개념에 따른 회전 전기 기계를 제조하는 방법은 로터 코어와 스테이터 코어가 서로 반경방향으로 대향하지 않은 상태에서 회전축부와 회전축 지지부의 스테이터에 가까운 측의 단부를 서로 접촉시키는 단계와; 로터 코어와 스테이터 코어가 서로 접촉하지 않은 상태를 유지하면서 회전축부를 회전축 지지부에 삽입하는 단계를 포함한다. 이것에 의해 회전축부가 회전축 지지부와 먼저 접촉한 상태에서는, 로터 코어와 스테이터 코어는 서로 반경방향으로 대향하지 않는다. 그 후, 회전축부는 가이드로서 작용하는 회전축 지지부에 삽입되는 것에 의해, 로터 코어와 스테이터 코어가 서로 반경방향으로 대향하여도 로터 코어 내에 포함된 영구 자석의 자력에 의해 로터 코어가 스테이터 코어를 향해 이동하는 것이 회전축부에 의해 방지된다. 그 결과, 로터와 스테이터 코어는 자력에 의해 서로 끌어당겨져서 접촉하는 것이 방지됨으로써, 회전 전기 기계는 용이하고 신속하게 조립할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 길이 관계로 되도록 회전축부의 길이 등을 간단히 조절하는 것만으로, 로터와 스테이터 코어는 자력에 의해 서로 끌어당겨져서 접촉하는 것이 방지됨으로써, 로터의 이동을 방지하기 위해 로터를 고정하기 위한 전용 지그를 사용할 필요가 없다. 이 점에서도, 회전 전기 기계는 용이하고 신속하게 조립할 수 있다.

본 발명의 상기 및 다른 목적들, 특징들, 개념들 및 이점들은 첨부도면과 관련한 본 발명의 하기 상세한 설명으로부터 명백하게 나타난다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 풍력 발전 시스템의 전체 구성을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 풍력 발전 시스템의 발전기의 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발전기의 베어링의 단면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발전기의 로터가 하우징에 장착되기 전의 상태를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발전기의 로터가 하우징에 접촉한 상태를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발전기의 로터가 하우징의 회전축 지지 구멍에 삽입된 상태를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발전기의 로터가 하우징에 장착된 상태를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발전기의 단면도.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발전기의 로터가 하우징에 장착되기 전의 상태를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발전기의 로터가 하우징에 접촉한 상태를 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발전기의 로터가 하우징의 베어링에 삽입된 상태를 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발전기의 로터가 하우징에 장착된 상태를 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 제 1 또는 제 2 실시예의 변형예에 따른 풍력 발전 시스템의 전체 구성을 도시하는 도면.
도 14는 본 발명의 제 1 또는 제 2 실시예의 다른 변형예에 따른 풍력 발전 시스템의 베어링의 단면도.
도 15는 본 발명의 제 1 또는 제 2 실시예의 또 다른 변형예에 따른 풍력 발전 시스템의 회전축의 단면도.

이하, 본 발명의 실시예가 도면을 참조하여 설명된다.

(제 1 실시예)

먼저, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 풍력 발전 시스템(100)의 구성이 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된다. 제 1 실시예에 따르면, 풍력 발전 시스템(100)에 사용되는 본 발명의 회전 전기 기계는 발전기(1)에 적용되는 예에 대해서 설명된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 풍력 발전 시스템(100)은 발전기(1)와, 발전기(1)를 수납하기 위한 나셀(nacelle)(2)과, 로터 허브(hub)(3)와, 복수의 블레이드(blades)(4) 및 타워(tower)(5)로 구성되어 있다. 발전기(1)는 나셀(2)에 수납되어 있다. 로터 허브(3)는 발전기(1)의 후술하는 회전축(33)에 장착되어 있다. 복수의 블레이드(4)는 로터 허브(3)에 장착되어 있다. 나셀(2)은 타워(지지 기둥)(5)에 장착되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 발전기(1)는 하우징(11), 스테이터(21) 및 로터(31)로 구성되어 있다. 하우징(11)은 원주형상으로 형성되어 있다. 또한, 하우징(11)에는 스테이터(21)와 로터(31)를 수납하기 위한 오목부(12)가 설치되어 있다. 하우징(11)의 오목부(12)에는 로터(31)의 회전축(33)을 수용하기 위한 회전축 지지 구멍(13)이 설치되어 있다. 더욱이, 하우징(11)의 오목부(12)에는 후술하는 스크류(42)를 수용하기 위한 관통-구멍(through-holes)으로 구성되는 스크류 수용 구멍(13a)이 설치되어 있다. 덮개부(lid portion)(14)는 하우징(11)의 오목부(12)를 덮기 위해 설치된다. 회전축 지지 구멍(13)은 본 발명에서 "회전축 지지부" 또는 "제 1 회전축 지지 구멍"의 일 예이다.

스테이터(21)는 스테이터 코어(22)와 권선(winding assembly)(23)으로 구성되어 있다. 스테이터 코어(22)는 예를 들어 적층된 실리콘 강판으로 형성된다. 더욱이, 스테이터 코어(22)에는 복수의 슬롯(도시 생략)이 설치되어 있다. 권선(23)은 스테이터 코어(22)의 슬롯들에 수납된다. 권선(23)은 예를 들어, U-상, V-상 및 W-상의 3상 전류를 통전가능한 복수의 권선으로 구성되어 있다.

로터(31)는 로터 코어(32)와 회전축(33)을 포함한다. 로터 코어(32)는 편평한 원주 형상이고, 회전축(33)에 연결되어 있다. 회전축(33)은 로터 코어(32)의 스테이터(21)의 회전축 지지 구멍(13)에 가까운 측(화살표 Z1 방향)으로만 돌출하여 연장하도록 설치되어 있다. 따라서, 제 1 실시예에 따르면, 스테이터(21)의 회전축 지지 구멍(13)은 회전축(33)을 캔틸레버(cantilever) 방식으로 회전가능하게 지지한다. 로터 코어(32)는 예를 들어 적층된 실리콘 강판으로 형성되고, 그 외주부에 영구 자석(32a)이 설치되어 있다. 후술하는 베어링 너트(38)와 정합하기 위한 나사부(34)는 회전축(33)의 전방 단부측(화살표 Z1 방향)에 설치되어 있다. 회전축(33)은 본 발명에서 "회전축부" 또는 "제 1 회전축"의 일 예이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 볼 베어링(35)과 제 2 볼 베어링(36)이 회전축(33)에 미리 장착되어 있다. 따라서, 회전축(33)의 X 방향으로의 이동은 회전축(33)이 하나의 베어링만을 갖는 경우와 비교해서 보다 규제될 수 있다. 제 1 볼 베어링(35)은 내륜(inner race)(35a)과, 외륜(35b) 및 볼(35c)로 구성되어 있다. 제 2 볼 베어링(36)은 내륜(36a)과, 외륜(36b) 및 볼(36c)로 구성되어 있다. 제 1 및 제 2 볼 베어링(35, 36)을 소정 간격으로 유지하기 위해, 제 1 및 제 2 볼 베어링(35, 36) 사이에 칼라(37)가 설치되어 있다. 제 1 및 제 2 볼 베어링(35, 36)은 본 발명에서 "회전축 지지부" 또는 "제 1 베어링"의 일 예이다.

회전축(33)은 화살표 Z2 방향으로의 직경(D1)이 화살표 Z1 방향으로의 직경(D2)보다 크게 되도록 구성된다. 제 1 및 제 2 볼 베어링(35, 36)이 내경은 D2와 동일하다. 따라서, 직경들(D1, D2)을 갖는 회전축(33)의 부분들 사이의 경계부의 계단부(33a)는 화살표 Z2 방향으로 제 1 및 제 2 볼 베어링(35, 36)의 이동을 각각 규제한다. 더욱이, 베어링 너트(38)는 회전축(33)과 정합하여, 화살표 Z1 방향으로 제 1 및 제 2 볼 베어링(35, 36)의 이동을 규제한다.

제 1 실시예에 따르면, 회전축(33)의 계단부(33a)와 베어링 너트(38)가 제 1 및 제 2 볼 베어링(35, 36)과 칼라(37)를 그 사이에 유지하는 것에 의해, 제 1 볼 베어링(35)의 내륜(35a)은 화살표 Z1 방향으로 응력을 받는다. 제 1 볼 베어링(35)의 외륜(35b)은 내륜(35a)과는 반대의 화살표 Z2 방향으로 응력을 받는다. 제 2 볼 베어링(36)의 내륜(36a)은 또한 화살표 Z2 방향으로 응력을 받는다. 제 2 볼 베어링(36)의 외륜(36b)은 내륜(36a)과는 반대의 화살표 Z1 방향으로 응력을 받는다. 따라서, 볼들(35c)의 A 점과 B 점에 힘이 인가된다. 더욱이, 볼들(36c)의 C 점과 D 점에 힘이 인가된다. 회전축(33)은 상술한 방식으로 내륜(35a, 36a)과 외륜(35b, 36b)에 응력을 가함으로써, 제 1 및 제 2 볼 베어링(35, 36) 사이의 백러시(backlash)(유극)를 없게 하도록 구성된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(11)의 오목부(12)의 내부 저면에 스크류 부분을 갖는 베어링 캡들(41)이 설치되어 있다. 스크류들(42)은 베어링 캡들(41)의 스크류 부분들과 정합하여, 제 1 및 제 2 볼 베어링(35, 36)을 하우징(11)의 오목부(12)에 고정한다.

제 1 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 발전기(1)는 로터 코어(32)의 회전축 지지 구멍(13)에 가까운 측(화살표 Z1 방향)의 단부(32b)로부터 회전축(33)이 회전축 지지 구멍(13)에 삽입될 때에 제 2 볼 베어링(36)이 회전축 지지 구멍(13)과 먼저 접촉하는 부분(제 2 볼 베어링(36)의 화살표 Z1 방향측의 단부(36d))까지 회전축(33)이 연장하는 방향(Z 방향)의 길이(L1)가 회전축 지지 구멍(13)의 스테이터(21)에 가까운 측의 단부(13b)로부터 스테이터 코어(22)의 회전축 지지 구멍(13)과는 반대측(화살표 Z2 방향)의 단부(22a)까지 회전축(33)이 연장하는 방향(Z 방향)의 길이(L2)보다 크게 되도록(L1 ＞ L2) 구성되어 있다. 다른 한편, 발전기(1)는 로터 코어(32)의 회전축 지지 구멍(13)에 가까운 측의 단부(32b)로부터 화살표 Z1 방향으로 제 2 볼 베어링(36)의 단부(36d)까지 Z 방향의 길이(L1)는 회전축 지지 구멍(13)의 스테이터(21)에 가까운 측의 단부(13b)로부터 스테이터 코어(22)의 회전축 지지 구멍(13)에 가까운 측의 단부(22b)까지 Z 방향의 길이(L3)와 스테이터 코어(22)의 Z 방향의 길이(두께)(L4)의 합보다 크게 되도록(L1 ＞ L3 + L4) 구성된다.

제 1 실시예에 따르면, 발전기(1)는 로터 코어(32)의 회전축 지지 구멍(13)에 가까운 측의 단부(32b)로부터 화살표 Z1 방향으로 제 2 볼 베어링(36)의 단부(36d)까지 Z 방향의 길이(L1)가 회전축 지지 구멍(13)의 스테이터(21)에 가까운 측의 단부(13b)로부터 하우징(11)의 회전축 지지 구멍(13)과는 반대측(화살표 Z2 방향)의 단부(11a)까지 Z 방향의 길이(L5) 보다 크게 되도록(L1 ＞ L5) 구성되어 있다.

이하에서, 로터(31)를 하우징(11)에 장착하기 위한 조립 방법(제조 방법)이 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 로터(31)는 수동으로 또는 크레인(crane) 등으로 화살표 Z2 방향으로 하우징(11)의 측면에 배치된다. 이때에, 로터(31)는 회전축(33)의 반경방향 중심선(C2)과 하우징(11)의 회전축 지지 구멍(13)의 반경방향 중심선(C1)이 서로 대략 일치하도록 화살표 Z2 방향으로 하우징(11)의 측면에 배치된다. 이때에, 베어링 캡들(41)은 화살표 Z2 방향으로 제 1 볼 베어링(35)의 표면에 가고정된다.

그런 다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 2 볼 베어링(36)의 화살표 Z1 방향으로의 단부(36d)와 회전축 지지 구멍(13)의 스테이터(21)에 가까운 측(화살표 Z2 방향)의 단부(13b)는 서로 접촉한다. 로터 코어(32)의 회전축 지지 구멍(13)에 가까운 측의 단부(32b)로부터 화살표 Z1 방향으로 제 2 볼 베어링(36)의 단부(36d)까지의 Z 방향의 길이(L1)는 회전축 지지 구멍(13)의 스테이터(21)에 가까운 측의 단부(13b)로부터 화살표 Z2 방향으로 스테이터 코어(22)의 단부(22a)까지의 Z 방향이 길이(L2)보다 크므로(L1 ＞ L2)(도 4 참조), 이때에 로터 코어(32)와 스테이터 코어(22)는 반경 방향(X 방향)으로 서로 대향하지 않는다. 따라서, 로터 코어(32)와 스테이터 코어(22)는 영구 자석(32a)의 자력에 의해 끌어당겨져서 접촉하지 않는다. 도 5에 도시된 상태에서, 로터 코어(32)의 회전축 지지 구멍(13)에 가까운 측의 단부(32b)로부터 화살표 Z2 방향으로 스테이터 코어(22)의 단부(22a)까지 Z 방향의 길이(간극)(L6)는 로터 코어(32)의 크기(로터 코어(32)의 자력의 강도)에 따라 설정되고, 예를 들어 로터 코어(32)가 비교적 작은 경우에는 약 5㎜ 이상 약 10㎜이하로 설정되고, 예를 들어 로터 코어(32)가 비교적 큰 경우에는 약 30㎜ 이상 약 40㎜이하로 설정되지만, 본 발명은 도시된 값에 한정되지 않는다.

그런 다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 로터 코어(32)와 스테이터 코어(22)가 서로 접촉하지 않은 상태를 유지하면서, 회전축(33)(제 1 및 제 2 볼 베어링(35, 36))은 가이드로서 작용하는 회전축 지지 구멍(13)에 삽입된다. 제 2 볼 베어링(36)의 단부(36d)가 회전축 지지 구멍(13)에 삽입될 때에, 회전축 지지 구멍(13)은 X 방향(반경 방향)으로 회전축(13)의 이동을 규제한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 화살표 Z1 방향으로 로터 코어(32)의 단부(32b)가 화살표 Z2 방향으로 스테이터 코어(22)의 단부(22a)와 동일 높이일 때에, 제 2 볼 베어링(36)은 회전축 지지 구멍(13)에 완전히 끼워지고, 따라서 회전축 지지 구멍(13)은 회전축(33)의 반경 방향의 이동을 완전히 규제한다. 따라서, 로터 코어(32)와 스테이터 코어(22)는 회전축(33)이 회전축 지지 구멍(13)에 삽입될 때에 영구자석(32a)의 자력에 의해 서로 끌어당겨져서 접촉하는 것이 방지된다. 그런 다음, 도 7에 도시된 바와 같이 로터 코어(32)와 스테이터 코어(22)가 서로 접촉하지 않은 상태를 유지하면서, 제 1 볼 베어링(35)이 가이드로서 작용하는 회전축 지지 구멍(13)에 완전히 끼워질 때까지 회전축(33)은 회전축 지지 구멍(13)에 삽입된다. 그런 다음, 베어링 캡(41)과 스크류(42)는 서로 정합한다. 이에 의해, 제 1 및 제 2 볼 베어링(35, 36)이 회전축 지지 구멍(13)에 고정되므로, 로터(31)는 하우징(11)의 오목부(12)에 회전가능하게 고정된다. 그 후, 도 2에 도시된 바와 같이, 덮개부(14)는 하우징(11)에 장착됨으로써, 제 1 실시예에 따른 발전기(1)가 완전히 조립된다.

제 1 실시예에 따르면, 상술한 바와 같이, 로터 코어(32)의 회전축 지지 구멍(13)에 가까운 측(화살표 Z 방향)의 단부(32b)로부터 화살표 Z1 방향으로 제 2 볼 베어링(36)의 단부(36d)까지 회전축(33)이 연장하는 방향(Z 방향)의 길이(L1)는 회전축 지지 구멍(13)의 스테이터(21)에 가까운 측의 단부(13b)로부터 스테이터 코어(22)의 회전축 지지 구멍(13)과는 반대측(화살표 Z2 방향)의 단부(22a)까지 회전축(33)이 연장하는 방향(Z 방향)의 길이(L2)보다 크다(L1 ＞ L2). 제 2 볼 베어링(36)이 회전축 지지 구멍(13)과 먼저 접촉한 상태에서는, 로터 코어(32)와 스테이터 코어(22)는 서로 반경방향으로 대향하지 않는다. 그런 후, 회전축(33)이 가이드로서 작용하는 회전축 지지 구멍(13)에 삽입됨으로써, 로터 코어(32)와 스테이터 코어(22)가 서로 반경방향으로 대향하여도, 로터 코어(32)는 이 로터 코어(32) 내에 포함된 영구 자석(32a)의 자력에 의해 스테이터 코어(22)를 향해 이동하는 것이 방지된다. 그 결과, 로터 코어(32)와 스테이터 코어(22)는 자력에 의해 서로 끌어당겨져서 접촉하는 것이 방지되며, 이에 의해 발전기(1)는 용이하고 신속하게 조립될 수 있다. 더욱이, 상술한 길이 관계로 되도록 회전축(33)의 길이 등을 간단히 조절하는 것만으로, 로터(31)와 스테이터 코어(22)는 자력에 의해 서로 끌어당겨져서 접촉하는 것이 방지되므로, 로터의 이동을 방지하기 위해 로터(31)를 고정하기 위한 전용 지그(jig)를 사용할 필요가 없다. 이점에서, 발전기(1)는 용이하고 신속하게 조립할 수 있다.

제 1 실시예에 따르면, 상술한 바와 같이, 회전축 지지 구멍(13)은 회전축(33)을 캔틸레버 방식으로 회전가능하게 지지한다. 이에 의해, 회전축(33)의 양 단부측에 베어링을 설치하여 회전축(33)을 내부 모터(inboard-rotor) 방식으로 지지하는 경우와 달리, 회전축(33)은 발전기(1)의 축방향 크기를 감소시킬(박형화와 소형화) 수 있도록 한쪽 측면에만 설치된다. 그 결과, 발전기(1)의 중량이 감소될 수 있다. 더욱이, 베어링들(35, 36)이 한쪽 측면에만 설치되므로, 발전기(1)를 구성하는 부품들의 개수가 감소될 수 있다. 또한, 발전기(1)가 박형화, 소형화 및 경량화될 수 있으므로. 이 발전기는 풍력 발전 시스템(100)에 용이하게 장착할 수 있고, 또한 풍력 발전 시스템(100)으로부터 용이하게 분리하여 지상에 내려놓기가 용이하다. 그 결과, 풍력 발전 시스템(100)은 용이하게 유지될 수 있다.

제 1 실시예에 따르면, 상술한 바와 같이, 발전기(1)는 로터 코어(32)의 회전축 지지 구멍(13)에 가까운 측의 단부(32b)로부터 제 2 볼 베어링(36)이 회전축 지지 구멍(13)에 삽입될 때에 제 2 볼 베어링(36)이 회전축 지지 구멍(13)과 먼저 접촉하는 부분까지 회전축(33)이 연장하는 방향의 길이(L1)가 회전축 지지 구멍(13)의 스테이터(21)에 가까운 측의 단부(13b)로부터 스테이터 코어(22)의 회전축 지지 구멍(13)에 가까운 측의 단부(22b)까지 회전축(33)이 연장하는 길이(L3)와 회전축(33)이 연장하는 방향의 스테이터 코어(22)의 길이(L4)의 합보다 크게 되도록 구성된다. 따라서, 로터 코어(32)와 스테이터 코어(22)는 제 2 볼 베어링(36)이 회전축 지지 구멍(13)과 먼저 접촉할 때에 서로 반경방향으로 대향하지 않는다.

제 1 실시예에 따르면, 상술한 바와 같이, 발전기(1)는 로터 코어(32)의 회전축 지지 구멍(13)에 가까운 측의 단부(32b)로부터 제 2 볼 베어링(36)이 회전축 지지 구멍(13)에 삽입될 때에 제 2 볼 베어링(36)이 회전축 지지 구멍(13)과 먼저 접촉하는 위치까지 회전축(33)이 연장하는 방향의 길이(L1)가 회전축 지지 구멍(13)의 스테이터(21)에 가까운 측의 단부(13b)로부터 하우징(11)의 회전축 지지 구멍(13)과는 반대측의 단부(11a)까지 회전축(33)이 연장하는 방향의 길이(L5)보다 크게 되도록 구성된다. 따라서, 화살표 Z1 방향으로 제 2 볼 베어링(36)의 단부(36d)와 회전축 지지 구멍(13)의 스테이터(21)에 가까운 측(화살표 Z2 방향)의 단부(13b)가 서로 접촉한 상태에서, Z 방향으로 로터 코어(32)와 스테이터 코어(22) 사이의 거리는 더 증가하므로, 로터 코어(32)와 스테이터 코어(22)는 영구 자석(32a)의 자력에 의해 서로 끌어당겨져서 접촉하는 것이 방지된다.

제 1 실시예에서, 상술한 바와 같이, 발전기(1)는 제 1 볼 베어링(35)의 내륜(35a)과 외륜(35b)이 각각 회전축(33)이 연장하는 방향을 따라 서로 반대 방향의 응력을 받도록 구성된다. 더욱이, 발전기(1)는 제 1 볼 베어링(36)의 내륜(36a)과 외륜(36b)이 각각 회전축(33)이 연장하는 방향을 따라 서로 반대 방향의 응력을 받도록 구성된다. 따라서, 제 1 볼 베어링(35)(제 2 볼 베어링(36))의 볼(35c(36c))에 각각 축방향으로 양 측면으로부터 힘이 적용되므로, 제 1 및 제 2 볼 베어링(35, 36) 사이의 백러시(유극)는 배제될 수 있다. 그 결과, 축방향(Z 방향)으로 회전축(33)의 이동이 규제될 수 있다.

(제 2 실시예)

이하, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발전기(1a)가 도 8 및 도 9를 참조하여 설명된다. 제 1 및 제 2 볼 베어링(35, 36)이 미리 회전축(33)에 장착되어 있는 상술한 제 1 실시예와는 달리, 제 2 실시예에 따른 발전기(1a)에서는, 제 1 볼 베어링(55)과 제 2 볼 베어링(56)은 회전축 지지 구멍(53)에 미리 장착되어 있다. 제 2 실시예에 따른 풍력 발전 시스템의 전체 구성은 상술한 제 1 실시예(도 1 참조)에 따른 풍력 발전 시스템(100)의 전체 구성과 동일하다.

도 9에 도시된 바와 같이, 제 2 실시예에 따른 발전기(1a)는 하우징(51), 스테이터(61) 및 로터(71)로 구성된다. 하우징(51)은 원주 형상이다. 더욱이, 하우징(51)에는 스테이터(61)와 로터(71)를 수납하기 위한 오목부(52)가 설치되어 있다. 로터(71)의 회전축(73)을 수용하기 위한 회전축 지지 구멍(53)이 오목부(52)의 저면에 설치되어 있다. 더욱이, 하우징(51)의 오목부(52)를 덮기 위한 덮개부(54)가 설치되어 있다. 회전축 지지 구멍(53)은 본 발명에서 "회전축 지지부" 또는 "제 2 회전축 지지 구멍"의 일 예이다.

스테이터(61)는 스테이터 코어(62)와 권선(63)으로 구성되어 있다. 스테이터 코어(62)는 예를 들어 적층된 실리콘 강판으로 형성된다. 더욱이, 스테이터 코어(62)에는 복수의 슬롯(도시 생략)이 설치되어 있다. 권선(63)은 스테이터 코어(62)의 슬롯들에 수납된다. 권선(63)은 예를 들어, U-상, V-상 및 W-상의 3상 전류를 통전가능한 복수의 권선으로 구성되어 있다.

로터(71)는 로터 코어(72)와 회전축(73)을 포함한다. 로터 코어(72)는 적층된 실리콘 강판으로 편평한 원주형 형상이고, 회전축(73)에 연결되어 있다. 로터 코어(72)의 외주부에 영구 자석(72a)이 설치되어 있다. 회전축(73)은 로터 코어(72)의 스테이터(61)의 회전축 지지 구멍(53)에 가까운 측(화살표 Z1 방향)으로만 돌출하여 연장하도록 설치되어 있다. 따라서, 제 2 실시예에 따르면, 스테이터(61)의 회전축 지지 구멍(53)은 회전축(73)을 캔틸레버 방식으로 회전가능하게 지지한다. 회전축(73)에는 화살표 Z1 방향으로 회전축(73)의 이동을 규제하기 위한 C-링 또는 E-링으로 형성되는 스톱퍼(74)가 회전축(73)의 로터 코어(72)의 측면(화살표 Z 방향)에 설치되어 있다. 회전축(73)은 본 발명에서 "회전축부" 또는 "제 2 회전축"의 일 예이다.

제 1 및 제 2 볼 베어링(55, 56)은 하우징(51)의 회전축 지지 구멍(53)에 예를 들어 가압 끼움에 의해 미리 장착되어 있다. 제 1 및 제 2 볼 베어링(55, 56)은 본 발명에서 "회전축 지지부" 또는 "제 2 베어링"의 일 예이다. 제 1 및 제 2 볼 베어링(55, 56)을 소정 간격으로 유지하기 위해, 제 1 및 제 2 볼 베어링(55, 56) 사이에 칼라(57)가 설치되어 있다. 제 1 및 제 2 볼 베어링(55, 56)은 상술한 제 1 실시예에 따른 발전기(1)의 제 1 및 제 2 볼 베어링(35, 36)(도 3 참조)과 동일한 구성이다. 제 1 볼 베어링(55), 칼라(57) 및 제 2 볼 베어링(56)은 오목부(52)에 설치된 나사 수용 구멍(53a)에 스크류(77)를 삽입하여 스크류를 베어링 캡(76)과 정합함으로써, 오목부(52)에 고정된다.

도 8에 도시된 바와 같이, 회전축(73)에는 C-링 또는 E-링으로 형성된 다른 스톱퍼(75)가 그 전방 단부측(화살표 Z1 방향)에 설치되어 있다. 스톱퍼(75)는 회전축(73)이 화살표 Z2 방향으로 이동하는 것을 방지한다. 스톱퍼(75)는 예를 들어 베어링 너트 또는 베어링 캡과 같은 다른 부재로 대안적으로 형성될 수 있다.

제 2 실시예에 따르면, 도 9에 도시된 바와 같이, 발전기(1a)는 로터 코어(72)의 회전축 지지 구멍(53)에 가까운 측의 단부(72b)로부터 회전축(73)이 제 1 볼 베어링(55)에 삽입될 때에 이 회전축(73)이 제 1 볼 베어링(55)과 먼저 접촉하는 부분(화살표 Z1 방향으로 회전축(73)의 단부(73a))까지 회전축(73)이 연장하는 방향(Z 방향)의 길이(L7)가 제 1 볼 베어링(55)의 스테이터(61)에 가까운 측의 단부(55a)로부터 스테이터 코어(62)의 제 1 볼 베어링(55)과는 반대측(화살표 Z2 방향)의 단부(62a)까지 회전축(73)이 연장하는 방향(Z 방향)의 길이(L8)보다 크게 되도록(L7 ＞ L8) 구성되어 있다. 다른 한편, 발전기(1a)는 로터 코어(72)의 제 1 볼 베어링(55)에 가까운 측의 단부(72b)로부터 화살표 Z1 방향으로 회전축(73)의 전방 단부(73a)까지 Z 방향의 길이(L7)가 제 1 볼 베어링(55)의 스테이터(61)에 가까운 측의 단부(55a)로부터 스테이터 코어(62)의 제 1 볼 베어링(55)에 가까운 측의 단부(62b)까지 Z 방향의 길이(L9)와 스테이터 코어(62)의 Z 방향의 길이(두께)(L10)의 합보다 크게 되도록(L7 ＞ L9 + L10) 구성되어 있다.

제 2 실시예에 따르면, 발전기(1a)는 로터 코어(72)의 회전축 지지 구멍(53)에 가까운 측의 단부(72b)로부터 화살표 Z1 방향으로 회전축(73)의 단부(73a)까지 Z 방향의 길이(L7)가 제 1 볼 베어링(55)의 스테이터(61)에 가까운 측의 단부(55a)로부터 하우징(51)의 제 1 볼 베어링(55)과는 반대측(화살표 Z2 방향)의 단부(51a)까지 Z 방향의 길이(L11) 보다 크게 되도록(L7 ＞ L11) 구성되어 있다.

이하, 도 9 내지 도 12를 참조하여 로터(71)를 하우징(51)에 장착하기 위한 조립 방법(제조 방법)을 설명한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 로터(71)는 수동으로 또는 크레인 등으로 화살표 Z2 방향으로 하우징(51)의 측면에 배치된다. 이때에, 로터(51)는 회전축(73)의 반경방향 중심선(C4)과 하우징(51)의 제 1 볼 베어링(55)의 반경방향 중심선(C3)이 서로 대략 일치하도록 화살표 Z2 방향으로 하우징(51)의 측면에 배치된다.

그런 다음, 도 10에 도시된 바와 같이, 화살표 Z1 방향으로 회전축(73)의 전방 단부(73a)와 제 1 볼 베어링(55)의 스테이터(61)에 가까운 측(화살표 Z2 방향)의 단부(55a)는 서로 접촉한다. 로터 코어(72)의 제 1 볼 베어링(55)에 가까운 측의 단부(72b)로부터 화살표 Z1 방향으로 회전축(73)의 전방 단부(73a)까지 Z 방향의 길이(L7)는 제 1 볼 베어링(55)의 스테이터(61)에 가까운 측의 단부(55a)로부터 화살표 Z2 방향으로 스테이터 코어(62)의 단부(62a)까지의 Z 방향의 길이(L8)보다 크므로(L7 ＞ L8)(도 9 참조), 이때에 로터 코어(72)와 스테이터 코어(62)는 반경 방향(X 방향)으로 서로 대향하지 않는다. 따라서, 로터 코어(72)와 스테이터 코어(62)는 영구 자석(72a)의 자력에 의해 끌어당겨져서 접촉하지 않는다.

그런 다음, 도 11에 도시된 바와 같이, 로터 코어(72)와 스테이터 코어(62)가 서로 접촉하지 않은 상태를 유지하면서, 회전축(73)은 가이드로서 작용하는 제 1 볼 베어링(55)에 삽입된다. 회전축(73)이 제 1 볼 베어링(55)에 삽입될 때에, 제 1 볼 베어링(55)은 X 방향(반경 방향)으로 회전축(73)의 이동을 규제한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 화살표 Z1 방향으로 로터 코어(72)의 단부(72b)가 화살표 Z2 방향으로 스테이터 코어(62)의 단부(62a)와 동일 높이일 때에, 회전축(73)은 제 1 볼 베어링(55)에 완전히 끼워지고, 따라서 제 1 볼 베어링(55)은 회전축(73)의 반경 방향의 이동을 완전히 규제한다. 따라서, 로터 코어(72)와 스테이터 코어(62)는 회전축(73)이 제 1 볼 베어링(55)에 삽입될 때에 영구자석(72a)의 자력에 의해 서로 끌어당겨져서 접촉하는 것이 방지된다. 그런 다음, 도 12에 도시된 바와 같이 로터 코어(72)와 스테이터 코어(62)가 서로 접촉하지 않은 상태를 유지하면서, 회전축(73)이 가이드로서 작용하는 제 1 볼 베어링(55)을 따라 제 2 볼 베어링(56)에 완전히 끼워질때까지 회전축(73)은 제 1 볼 베어링(55)에 삽입된다. 그런 다음, 스톱퍼(75)는 회전축(73)에 장착된다. 따라서, 로터(71)는 하우징(51)의 오목부(52)에 고정된다. 그 후, 도 8에 도시된 바와 같이, 덮개부(54)는 하우징(51)에 장착됨으로써, 제 2 실시예에 따른 발전기(1a)가 완전히 조립된다.

제 2 실시예에 따르면, 상술한 바와 같이, 로터 코어(72)의 제 1 볼 베어링(55)에 가까운 측의 단부(72b)로부터 화살표 Z1 방향으로 회전축(73)의 전방 단부(73a)까지 Z 방향의 길이(L7)는 제 1 볼 베어링(55)의 스테이터(61)에 가까운 측의 단부(55a)로부터 화살표 Z2 방향으로 스테이터 코어(62)의 단부(62a)까지 Z 방향의 길이(L8)보다 크다(L7 ＞ L8). 회전축(73)이 제 1 볼 베어링(55)과 먼저 접촉한 상태에서는, 로터 코어(72)와 스테이터 코어(62)는 서로 반경방향으로 대향하지 않는다. 그런 후, 회전축(73)은 가이드로서 작용하는 제 1 볼 베어링(55)을 따라 제 2 볼 베어링(56)에 삽입됨으로써, 제 1 및 제 2 볼 베어링(55, 56)은 로터 코어(72)와 스테이터 코어(62)가 서로 반경방향으로 대향하여도, 로터 코어(72) 내에 포함된 영구 자석(72a)의 자력에 의해 스테이터 코어(62)를 향해 이동하는 것이 방지된다. 그 결과, 로터(71)와 스테이터 코어(62)는 자력에 의해 서로 끌어당겨져서 접촉하는 것이 방지되며, 이에 의해 발전기(1a)는 용이하고 신속하게 조립될 수 있다. 더욱이, 상술한 길이 관계로 되도록 회전축(73)의 길이 등을 간단히 조절하는 것 만으로, 로터(71)와 스테이터 코어(62)는 자력에 의해 서로 끌어당겨져서 접촉하는 것이 방지되므로, 로터의 이동을 방지하기 위해 로터(71)를 고정하기 위한 전용 지그를 사용할 필요가 없다. 이점에서, 발전기(1a)는 용이하고 신속하게 조립할 수 있다.

제 2 실시예의 나머지 효과는 상술한 제 1 실시예의 효과와 유사하다.

비록 본 발명이 상세히 설명되고 도시되었을지라도, 본 발명은 도시와 예시 만의 방식으로 설명되었고, 본 발명을 이러한 방식에 제한하는 것은 아니며, 본 발명의 정신과 범주는 첨부된 청구범위의 내용에 의해서만 제한되는 것을 이해해야 한다.

예를 들어, 본 발명에 따른 회전 전기 기계가 상술한 제 1 및 제 2 실시예 각각에서 발전기에 적용되는 예를 예시했나, 본 발명은 이들에 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 회전 전기 기계는 대안적으로 예를 들어 모터에 적용될 수 있다.

본 발명이 상술한 제 1 및 제 2 실시예 각각에서 풍력 발전 시스템의 발전기에 적용되는 예를 예시했나, 본 발명은 이들에 제한되지 않는다. 본 발명은 대안적으로 예를 들어 풍력 발전 시스템 이외의 다른 시스템의 발전기에 적용될 수 있다.

로터 허브가 상술한 제 1 및 제 2 실시예 각각에서 발전기의 회전축에 장착되어 있는 예를 예시했으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어 도 13에 도시된 제 1 또는 제 2 실시예의 변형예에 따라 풍력 발전 시스템(100)과 같이, 로터 허브(3)와 발전기(1) 사이에 기어(102)가 대안적으로 설치될 수 있다.

베어링이 상술한 제 1 및 제 2 실시예의 각각에서 볼 베어링으로 구성되는 예를 예시했으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 베어링은 예를 들어 도 14에 도시된 제 1 원추형 베어링(81)과 제 2 원추형 베어링(82)으로 대안적으로 구성될 수 있다. 제 1 및 제 2 원추형 베어링들(81, 82)은 본 발명에서 "회전축부" 또는 "제 1 베어링"의 일 예이다.

회전축이 상술한 제 1 및 제 2 실시예 각각에서 일체식 회전축으로 구성되는 예를 예시했으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어 도 15에 도시된 바와 같이, 회전축(91)은 로터 코어(92)에 연결된 제 1 부분(91a)과 이 제 1 부분(91a)에 볼트(93)로 접합된 제 2 부분(91b)으로 대안적으로 구성될 수 있다. 따라서, 회전축(91)의 길이는 제 2 부분(91b)의 길이를 조정함으로써 용이하게 조정될 수 있다. 그 결과, 발전기의 하우징, 스테이터, 로터 등의 크기에 따라, 로터 코어(92)와 스테이터 코어가 반경방향으로 대향하지 않은 상태로, 회전축(91)이 구멍 부분에 삽입될 수 있도록 회전축(91)의 길이가 용이하게 조정될 수 있다. 회전축(91)은 본 발명에서 "회전축부" 또는 "제 2 회전축"이 일 예이다.

회전축이 상술한 제 1 및 제 2 실시예의 각각에서 캔틸레버 방식으로 회전가능하게 지지되는 예를 예시했으나, 본 발명은 회전축이 내부 모터(inboard-rotor) 방식으로 회전가능하게 지지되는 경우에도 또한 적용가능하다.

본 발명이 상술한 제 1 및 제 2 실시예 각각에서 스테이터 내측에 배치된 로터를 갖는 내부 모터형 발전기에 적용될 수 있는 예를 예시했으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명은 또한 스테이터 외측에 배치된 로터를 갖는 외부 모터형 발전기에도 적용될 수 있다.

1 : 발전기 2 : 나셀
3 : 로터 허브 4 : 블레이드
11 : 하우징 12 : 오목부
13 : 회전축 지지 구멍 14 : 덮개
21 : 스테이터 22 : 스테이터 코어
31 : 로터 32 : 로터 코어
32a : 영구 자석 33 회전축
35, 36 : 볼 베어링 37 : 칼라
38 : 베어링 너트 41 : 캡
42 : 스크류 51 : 하우징
52 : 오목부 53 : 회전축 지지 구멍
55, 56 : 볼 베어링 57 : 칼라
61 : 스테이터 62 : 스테이터 코어
63 : 권선 71 :로터
72 : 로터 코어 72a : 영구 자석
73 : 회전축 74 : 스톱퍼
81, 82 : 원추형 베어링 100 : 풍력 발전 시스템

Claims

회전 전기 기계에 있어서,
회전축부와,
상기 회전축부에 연결된 로터 코어를 구비하는 로터와,
상기 로터 코어와 반경방향으로 대향하도록 배치되는 스테이터 코어를 구비하는 스테이터와,
상기 로터와 상기 스테이터가 수납되는 오목부가 설치된 하우징과,
상기 하우징에 설치되어 상기 회전축부를 회전가능하게 지지하는 회전축 지지부를 포함하고,
상기 회전축 지지부에 가까운 측의 상기 로터 코어의 단부로부터, 일체로 된 상기 로터 코어 및 상기 회전축부가 상기 회전축 지지부에 상기 스테이터측으로부터 삽입될 때에 상기 회전축 지지부와 먼저 접촉하는 부분까지 상기 회전축부가 연장하는 방향의 길이는 상기 스테이터에 가까운 측의 상기 회전축 지지부의 단부로부터 상기 회전축 지지부와는 반대측의 상기 스테이터 코어의 단부까지 상기 회전축부가 연장하는 방향의 길이보다 크게 되도록 구성되는
회전 전기 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 회전축 지지부는 상기 로터를 캔틸레버(cantilever) 방식으로 회전가능하게 지지하는
회전 전기 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 회전축 지지부에 가까운 측의 상기 로터 코어의 단부로부터 상기 회전축부가 상기 회전축 지지부에 삽입될 때에 상기 회전축 지지부와 먼저 접촉하는 부분까지 상기 회전축부가 연장하는 방향의 길이는 상기 스테이터에 가까운 측의 상기 회전축 지지부의 단부로부터 상기 회전축 지지부에 가까운 측의 상기 스테이터 코어의 다른 단부까지 상기 회전축부가 연장하는 방향의 길이와 상기 회전축부가 연장하는 방향의 상기 스테이터 코어의 길이의 합보다 크게 되도록 구성되는
회전 전기 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 회전축부는 제 1 회전축과 상기 제 1 회전축에 미리 장착된 제 1 베어링을 포함하는 동시에, 상기 회전축 지지부는 상기 제 1 베어링을 수용할 수 있는 제 1 회전축 지지 구멍을 포함하고,
상기 회전 전기 기계는 상기 제 1 회전축 지지 구멍에 가까운 측의 상기 로터 코어의 단부로부터 상기 제 1 회전축 지지 구멍에 가까운 측의 상기 제 1 베어링의 단부까지 상기 제 1 회전축이 연장하는 방향의 길이가 상기 스테이터에 가까운 측의 상기 제 1 회전축 지지 구멍의 단부로부터 상기 제 1 회전축 지지 구멍과는 반대측의 상기 스테이터 코어의 단부까지 상기 제 1 회전축이 연장하는 방향의 길이보다 크게 되도록 구성되는
회전 전기 기계.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 베어링은 상기 제 1 회전축이 연장하는 방향을 따라 배치된 복수의 제 1 베어링을 포함하고,
상기 회전 전기 기계는 상기 제 1 회전축 지지 구멍에 가까운 측의 상기 로터 코어의 단부로부터 상기 복수의 제 1 베어링들 중에 상기 제 1 회전축 지지 구멍측에 배치된, 상기 제 1 베어링의 상기 제 1 회전축 지지 구멍에 가까운 단부까지 상기 제 1 회전축이 연장하는 방향의 길이가 상기 스테이터에 가까운 측의 상기 제 1 회전축 지지 구멍의 단부로부터 상기 제 1 회전축 지지 구멍과는 반대측의 상기 스테이터 코어의 단부까지 상기 제 1 회전축이 연장하는 방향의 길이보다 크게 되도록 구성되는
회전 전기 기계.
제 5 항에 있어서,
상기 복수의 제 1 베어링들 사이에 설치된 제 1 칼라를 더 포함하고,
상기 제 1 칼라는 상기 복수의 제 1 베어링을 소정 간격으로 유지하는
회전 전기 기계.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 회전축은 상기 로터 코어에 가까운 측의 상기 제 1 회전축의 부분의 직경이 상기 로터 코어와는 반대측의 상기 제 1 회전축의 다른 부분의 직경보다 크게 되도록 구성되고, 직경 차이를 갖는 상기 제 1 회전축의 부분들 사이의 경계부의 계단부는 상기 로터 코어를 향한 상기 제 1 베어링의 이동을 규제하는
회전 전기 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 회전축부는 제 2 회전축을 포함하는 동시에, 상기 회전축 지지부는 제 2 회전축 지지 구멍과 상기 제 2 회전축 지지 구멍에 미리 장착되는 제 2 베어링을 포함하고,
상기 회전 전기 기계는 상기 제 2 회전축 지지 구멍에 가까운 측의 상기 로터 코어의 단부로부터 상기 제 2 회전축 전방 단부까지 상기 제 2 회전축이 연장하는 방향의 길이가 상기 스테이터에 가까운 측의 상기 제 2 베어링의 단부로부터 상기 제 2 회전축 지지 구멍과는 반대측의 상기 스테이터 코어의 단부까지 상기 제 2 회전축이 연장하는 방향의 길이보다 크게 되도록 구성되는
회전 전기 기계.
제 8 항에 있어서,
상기 제 2 베어링은 상기 제 2 회전축이 연장하는 방향을 따라 배치된 복수의 제 2 베어링을 포함하고,
상기 회전 전기 기계는 상기 제 2 회전축 지지 구멍에 가까운 측의 상기 로터 코어의 단부로부터 상기 제 2 회전축의 전방 단부까지 상기 제 2 회전축이 연장하는 방향의 길이가 상기 복수의 제 2 베어링들 중에 상기 스테이터측에 배치된 상기 스테이터에 가까운 측의 상기 제 2 베어링의 단부로부터 상기 제 2 회전축 지지 구멍과는 반대측의 상기 스테이터 코어의 단부까지 상기 제 2 회전축이 연장하는 방향의 길이보다 크게 되도록 구성되는
회전 전기 기계.
제 9 항에 있어서,
상기 복수의 베어링들 사이에 설치된 제 2 칼라를 더 포함하고,
상기 제 2 칼라는 상기 복수의 제 2 베어링을 소정 간격으로 유지하는
회전 전기 기계.
제 8 항에 있어서,
상기 제 2 회전축에 설치된 스톱퍼(stopper)를 더 포함하고,
상기 스톱퍼는 상기 제 2 회전축의 축방향으로 상기 로터 코어의 이동을 규제하는
회전 전기 기계.
제 8 항에 있어서,
상기 제 2 회전축은 상기 로터 코어에 연결된 제 1 부분과 상기 제 1 부분에 연결가능하게 구성되는 제 2 부분을 포함하고,
상기 회전 전기 기계는 상기 제 2 회전축 지지 구멍에 가까운 측의 상기 로터 코어의 단부로부터 상기 제 2 회전축의 상기 제 2 부분의 전방 단부까지 상기 제 2 회전축이 연장하는 방향의 길이가 상기 스테이터에 가까운 측의 상기 제 2 베어링의 단부로부터 상기 제 2 회전축 지지 구멍과는 반대측의 상기 스테이터 코어의 단부까지 상기 제 2 회전축이 연장하는 방향의 길이보다 크게 되도록 구성되는
회전 전기 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 회전축부는 외륜(outer race)과 내륜을 갖는 베어링을 포함하고,
상기 회전 전기 기계는 상기 베어링의 상기 내륜과 외륜이 각각 상기 회전축부가 연장하는 방향을 따라 반대방향의 응력을 받도록 구성되는
회전 전기 기계.
제 1 항에 있어서,
풍력 발전을 위한 발전기로서 사용되는
회전 전기 기계.
회전축부와, 상기 회전축부에 연결된 로터 코어를 구비하는 로터와, 상기 로터 코어와 반경방향으로 대향하도록 배치되는 스테이터 코어를 구비하는 스테이터와, 상기 로터와 상기 스테이터가 수납되는 오목부가 설치된 하우징과, 상기 하우징에 설치되어 상기 회전축부를 회전가능하게 지지하는 회전축 지지부가 설치된 발전기와,
상기 회전축부에 연결된 블레이드(blade)를 포함하고,
상기 회전축 지지부에 가까운 측의 상기 로터 코어의 단부로부터, 일체로 된 상기 로터 코어 및 상기 회전축부가 상기 회전축 지지부에 상기 스테이터측으로부터 삽입될 때에 상기 회전축 지지부와 먼저 접촉하는 부분까지 상기 회전축부가 연장하는 방향의 길이는 상기 스테이터에 가까운 측의 상기 회전축 지지부의 단부로부터 상기 회전축 지지부와는 반대측의 상기 스테이터 코어의 단부까지 상기 회전축부가 연장하는 방향의 길이보다 크게 되도록 구성되는
풍력 발전 시스템.
제 15 항에 있어서,
상기 회전축 지지부는 상기 로터를 캔틸레버 방식으로 회전가능하게 지지하는
풍력 발전 시스템.
제 15 항에 있어서,
상기 회전축 지지부에 가까운 측의 상기 로터 코어의 단부로부터 상기 회전축부가 상기 회전축 지지부에 삽입될 때에 상기 회전축 지지부와 먼저 접촉하는 부분까지 상기 회전축부가 연장하는 방향의 길이는 상기 스테이터에 가까운 측의 상기 회전축 지지부의 단부로부터 상기 회전축 지지부에 가까운 측의 상기 스테이터 코어의 다른 단부까지 상기 회전축부가 연장하는 방향의 길이와 상기 회전축부가 연장하는 방향의 상기 스테이터 코어의 길이의 합보다 크게 되도록 구성되는
풍력 발전 시스템.
회전축부와, 상기 회전축부에 연결된 로터 코어를 구비하는 로터와, 상기 로터 코어와 반경방향으로 대향하도록 배치되는 스테이터 코어를 구비하는 스테이터와, 상기 로터와 상기 스테이터가 수납되는 오목부가 설치된 하우징과, 상기 하우징에 설치되어 상기 회전축부를 회전가능하게 지지하는 회전축 지지부를 포함하는 회전 전기 기계를 제조하는 방법으로서,
상기 회전축 지지부에 가까운 측의 상기 로터 코어의 단부로부터, 일체로 된 상기 로터 코어 및 상기 회전축부가 상기 회전축 지지부에 상기 스테이터측으로부터 삽입될 때에 상기 회전축 지지부와 먼저 접촉하는 부분까지 상기 회전축부가 연장하는 방향의 길이를 상기 스테이터에 가까운 측의 상기 회전축 지지부의 단부로부터 상기 회전축 지지부와는 반대측의 상기 스테이터 코어의 단부까지 상기 회전축부가 연장하는 방향의 길이보다 크게 유지함으로써, 상기 로터 코어와 상기 스테이터 코어가 서로 반경방향으로 대향하지 않은 상태에서 상기 회전축부와 상기 스테이터에 가까운 측의 상기 회전축 지지부의 단부를 서로 접촉시키는 단계와;
상기 로터 코어와 상기 스테이터 코어가 서로 접촉하지 않은 상태를 유지하면서 상기 회전축부를 상기 회전축 지지부에 삽입하는 단계를 포함하는
회전 전기 기계 제조 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 회전축부를 상기 회전축 지지부에 삽입하는 단계 전에, 상기 스테이터를 그 축선과 수직하게 배치하는 상태로 고정하는 단계를 더 포함하는
회전 전기 기계 제조 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 회전축 지지부는 상기 로터를 캔틸레버 방식으로 회전가능하게 지지하는
회전 전기 기계 제조 방법.