KR102026720B1

KR102026720B1 - 자석 적재 장치

Info

Publication number: KR102026720B1
Application number: KR1020120084163A
Authority: KR
Inventors: 토르벤 피터 안데르센; 알란 한센; 스테판 마로티; 클라우스 토루프
Original assignee: 지멘스 가메사 리뉴어블 에너지 아/에스
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2019-09-30
Also published as: KR20130018571A; US20130202399A1; CN102916535A; EP2555393B1; EP2555393A1; DK2555393T3; US8800132B2; ES2439550T3; CN102916535B

Abstract

본 발명은 전기 기계의 필드(3) 상에 자극편(20)을 적재하기 위한 자석 적재 장치(1)로서, 복수인 P개의 자극편(20)의 자극편(20)을, 상기 필드(3) 상의 지정 위치에 대한 제 위치에 홀딩하도록 실현되는 위치설정 수단(12, 13)과, 그리고 복수인 P개의 자극편(20)을 상기 위치설정 수단(12, 13)으로부터 상기 전기 기계의 필드(3) 상으로 동시에 이송시키도록 실현되는 이송 수단(14)을 포함하는 자석 적재 장치를 개시한다. 본 발명은 또한, 전기 기계의 필드(3) 상에 자극편(20)을 적재하는 방법을 개시한다.

Description

자석 적재 장치 {MAGNET LOADING APPARATUS}

본 발명은 자석 적재 장치 및 전기 기계의 필드 상에 자석을 적재하는 방법을 개시한다.

모터 또는 발전기와 같은 대형 전기 기계에는 영구 자석이 종종 사용된다. 이러한 전기 기계는 2개의 기본 구성요소, 즉 자속을 생성하기 위한 필드, 및 기전력을 생성하고 필드를 가로지르는 전류를 전달하기 위한 전기자를 포함한다. 전기자는 일반적으로, 스테이터를 둘러싸는 전도성 코일을 포함하는 한편, 필드는 일반적으로, 로터 상에 배열되는 자석을 포함한다. 로터가 스테이터를 둘러쌀 수도 있고, 그 반대일 수도 있으며, 자석 및 코일은 좁은 공극을 두고 서로 대면한다. 영구 자석을 전기 기계의 필드 상에 적재 또는 장착하는 확립된 방법은, 하우징에서 각각의 영구 자극을 둘러싸는 단계와, 영구 자극을 필드(통상, 로터)에 접착하는 단계와, 섬유유리 붕대로 전체 배열체를 애워싸거나, 배열체를 진공 백으로 둘러싸는 단계와, 상기 백 내로 수지를 주입하는 단계와, 그리고 진공 추출을 행하여 영구 자극을 로터 본체에 결합시키는 단계와 같은 여러 단계를 포함한다. 이들 방법은 광범위하여 영구 자석을 필드에 고정하는데 수반되는 수고가 상당하다고 하는 등과 같은 여러 문제를 동반한다. 또한, 영구 자석은 일반적으로 일정량의 디스프로슘 또는 다른 희토류 원소를 함유하기 때문에, 그 재료 성분으로 인해 종래의 자석보다 취성이 강하다. 또한, 영구 자극 - 길이가 수 미터일 수 있고, 이에 따라 무거울 수 있음 - 은 필드 상에 장착되기 전에 이미 자화되고, 따라서 반대 극성의 다른 영구 자석에 끌릴 수 있기 때문에, 이들은 장착 절차 동안 심각한 안전 위험요소로 대두된다. 이러한 이유들로, 영구 자석을 다루는 일은 일어날 수 있는 위험 상황을 방지하기 위해, 특수한 기계류 및 공구와, 매우 엄격한 작업 흐름 제어를 필요로 한다. 먼저 필드 상에 자석을 적재한 후 자석을 자화시키는 단계를 포함하는 대안적인 방안은 위험한 수동 조작을 방지하겠지만, 비용이 많이 들어 실행 불가능하다.

섬유유리 또는 수지 인벨로프(envelope)로 밀봉되는 영구 자석의 고장의 경우에 다른 문제가 발생한다. 이러한 자석은 제거 및 교체되어야 하는데, 인벨로프를 개방한 후 다시 재밀봉해야 한다면, 어려움이 따를 것이고, 이로 인해 결함 있는 영구 자석을 교체하는 것이 복잡하고 비용이 많이 드는 절차가 된다.

영구 자석과 관련된 다른 문제는 특히 대직경 로터의 경우에 발생한다. 로터의 전체 중량은 유리하게는 최소로 유지되어야 하는데, 이는 로터의 본체 두께가 상대적으로 얇게 유지되어야 함을 의미하며, 이로 인해 구조적인 안정성 및 강성이 더 저하된다. 정지 상태에서의 로터 자체의 중량 - 예를 들어, 자석 적재 이전 또는 적재 도중 - 이 로터 형상의 변형을 야기할 수 있다. 이러한 변형으로 인해, 로터는 타원형 또는 계란형 형상을 취하고, 이에 따라 불균등한 공극을 취할 수 있다. 전기자 또는 스테이터에 영구 자석이 적재되기 전에, 전기자 또는 스테이터가 로터 본체의 내부에 이미 위치되는 경우에, 좁은 공극으로 인해 또 다른 문제가 야기된다.

전술한 이유들로, 전기 기계의 필드에 영구 자석을 장착하는 종래의 방법들은 실행하기에 위험하고, 비용이 많이 소요되며, 난해하다.

따라서, 전기 기계의 필드 상에 자석을 적재하는 개선된 방식을 제공하여, 전술한 문제들을 방지하는 것이 본 발명의 목적이다.

이러한 목적은 청구항 제1항의 자석 적재 장치 및 전기 기계의 필드 상에 자극편을 적재하는 청구항 제10항의 방법에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 전기 기계의 필드 상에 자극편을 적재하기 위한 자석 적재 장치는, 복수인 P개의 자극편 중 하나의 자극편을 필드 상의 지정 위치에 대한 제 위치에 홀딩하도록 실현되는 위치설정 수단과; 위치설정 수단으로부터 전기 기계의 필드 상으로 복수인 P개의 자극편을 동시에 이송시키도록 실현되는 이송 수단을 포함한다.

본 발명에 따른 자석 적재 장치의 이점은, 복수인 P개의 자극편이 하나의 단계로 로터 상으로 이송되기 때문에, 이송에 균형이 잡힌다는 점이다. 다시 말해, 영구 자석에 의해 가해지는 자력이 균등하게 분배되어, 불균형이 방지된다. 또한, 필드 상에 삽입될 자극편의 중량과 이미 필드 상에 적재된 자극편의 중량 역시 균등하게 분배된다. 이러한 균형 잡힌 이송 또는 적재는 필드가 그 형상을 왜곡시킬 수 있는 불균등한 힘을 받지 않는다는 것을 의미한다. 이로 인해, 필드 상의 구조적 응력이 최소로 되어 유리하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 자석 적재 장치는 특히, 종래의 자석 적재 기술을 사용하여, 자석 장착 시, 자석의 불균등한 분포 중량으로 인해, 또한 장착 절차 중에 영구 자석의 일시적인 불균등 분포에 의해 가해지는 매우 강한 자력으로 인해 변형을 일으키는, 대형 로터 상에 많은 수의 자극을 적재하는 경우에 적합하다.

본 발명에 따르면, 전기 기계의 필드 상에 자극편을 적재하는 방법은, 자극편이 전기 기계의 필드 상의 지정 위치에 대한 제 위치에 홀딩되도록, 복수인 P개의 자극편 중 각각의 자극편을 위치설정 수단 상에 위치시키는 단계와, 위치설정 수단으로부터 전기 기계의 필드 상으로 복수인 P개의 자극편을 동시에 이송시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 방법의 이점은 위치설정 수단과 이송 수단이 위험한 수동 상호작용을 필요로 하지 않기 때문에, 현장 안정성이 증가하여 유리하다는 점이다. 또한, 본 발명에 따른 균형 잡힌 적재 방법은 종래 기술 상의 수동 적재 방법보다 더욱 신뢰할 수 있고, 더 신속하며, 더 효율적인 방식으로 실행될 수 있다.

본 발명에 따른 자석 적재 장치 및/또는 전기 기계의 필드 상에 자극편을 적재하는 본 발명에 따른 방법은 특히, 풍력 터빈 발전기의 필드에, 영구 자석을 포함하는 자극편을 적재하는데 적합하다. 이를 위해, 자석 적재 장치는 바람직하게는, 풍력 터빈의 발전기의 필드 상에 자극편을 적재하도록 치수설정된다.

본 발명의 특히 유리한 실시예들 및 특징들이 이하의 상세한 설명에 개시된 바와 같이, 종속항들에 의해 실현된다. 상이한 청구항 카테고리의 특징들은 적절히 조합되어, 본 명세서에 개시되지 않은 추가 실시예들을 제시할 수 있다.

전술한 바와 같이, 전기 기계의 필드는 고정적이거나 회전할 수 있다. 그러나, 특히 전기 발전기에 있어서는, 코일이 스테이터 상에 배열되고, 자석이 로터 상에 배열된다. 따라서, 어떤 식으로든 본 발명을 제한함이 없이, "로터" 및 "필드"라는 용어는 이하에서 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 자석이 좁은 공극에 의해 코일로부터 분리되도록, 로터가 스테이터의 내부에 배열될 수 있고, 그 역의 관계도 가능하다. 간략화를 위해, 이하에서 "자극편" 또는 "자극"이란 용어는 각각, 간단히 "극편" 또는 "극"으로 언급될 수 있다. 또한, "P"란 문자는 본 명세서에서는, 일관적으로 복수의 자극편, 대응하는 복수의 로터 슬롯, 대응하는 복수의 장치 구성요소 등을 나타내는 임의의 정수를 가리키도록 사용된다.

본 발명에 따른 자석 적재 장치의 바람직한 제1 실시예에서, 위치설정 수단은 로터의 둘레에 배열될 수 있는 분배 링을 포함한다. 분배 링은 로터 상으로의 이송 준비 상태를 유지할 수 있도록, 복수의 자극편을 수용하도록 실현될 수 있다. 바람직하게는, 분배 링의 직경은 로터의 직경에 기초하며, 이로써, 로터가 스테이터의 외부에 배열되는 전기 기계의 경우에, 분배 링의 내경이 로터의 내경에 대응한다. 이렇게, 자극편은 로터 상의 최종 위치의 연장 선상에 대응하는 위치에 홀딩될 수 있다. 분배 링은 이하에 설명되는 바와 같이, 로터에 대해 고정되거나 회전할 수 있다.

본 발명에 따른 자석 적재 장치의 바람직한 제2 실시예에서, 위치설정 수단은 필드의 종방향 축선에 배열되는 허브에 연결되는 복수의 위치설정 헤드를 포함한다. 각각의 위치설정 헤드는 자극편을 수용할 수 있고, 자극편을 로터 상의 지정 위치로 이송하기 위한 준비 위치로 가져올 수 있다.

위치설정 수단은 자극편이 위치설정 수단 상에 삽입되는 동안, 로터로부터 일정 거리를 두고 배열될 수 있다. 이렇게하여, 위치설정 수단 상에 배치될 자극편과 이미 로터 상에 적재된 자극편 사이의 바람직하지 않은 자기 흡인을 방지할 수 있다. 자극편은 수동으로 위치설정 수단 상에 위치될 수 있다. 그러나, 본 발명의 특히 바람직한 실시예에서는, 전술된 각각의 실시예에서, 자석 적재 장치는 바람직하게는, 자극편을 위치설정 수단에 공급하도록 실현되는 공급기를 포함한다. 따라서, 자극편이 위치설정 수단 상에 자동으로 위치될 수 있기 때문에, 이는 로터에 근접하여 배열되는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 공급기는 위치설정 수단에 근접한 지점에 자극편을 이송하는 컨베이어 벨트, 및 자극편을 컨베이터 벨트로부터 위치설정 수단으로 이동시키는 공급기를 포함할 수 있다.

전술한 제1 및 제2 실시예에서, 위치설정 수단은 바람직하게는, 로터의 회전 축선을 중심으로 회전할 수 있다. 로터가 본질적으로 원통형이기 때문에, 로터의 회전 축선은 로터의 기하학적 중심을 따르는 종방향 축선을 포함한다. 예를 들어, 분배 링은 이 축선을 중심으로 회전하도록 배열될 수 있다. 대안적으로, 위치설정 헤드를 포함하는 위치설정 수단의 허브는, 위치설정 헤드가 로터의 본질적으로 원형인 형상을 따르도록, 회전하도록 실현될 수 있다. 이를 위해, 위치설정 수단은 로터의 회전 축선 상의 한 지점에 배열 또는 중심 설정되는 허브 상에 장착될 수 있고, 임의의 적합한 수단, 예를 들어 다수의 바퀴살 또는 아암에 의해 허브에 연결될 수 있다.

서두에 언급한 바와 같이, 최소의 재료를 사용하여 제조된 대형 로터는 상대적으로 얇고 가요적일 수 있으며, 따라서 로터에 자석이 완전히 적재되기 전에, 그리고 로터가 하우징에 최종적으로 고정되기 전에, 어느 정도 변형을 일으키기 쉬울 수 있다. 따라서, 본 발명의 추가의 바람직한 실시예에서, 자석 적재 장치는 바람직하게는 로터에 대한 위치설정 수단의 위치를 공간적으로 조정하기 위한 조정 수단을 포함한다. 예를 들어, 위치설정 헤드는 이를 허브에 연결하는 바퀴살 또는 아암에 대한 수 자유도를 갖도록 실현될 수 있다. 분배 링은 위치설정 수단 또는 로터의 설계에 있어서, 허용 오차를 보상하기 위해, 로터에 대해 반경 방향으로 이동될 수 있는 다수의 개별 제어 가능한 링 세그먼트를 포함할 수 있다. 이송 단계가 실행되기 전에, 로터에 대한 위치설정 수단의 위치를 조정하거나 미세 조절하는데 다수의 모터 또는 서보 기구가 사용될 수 있다. 임의의 이러한 모터 또는 서보 기구는 로터의 슬롯에 대한 위치설정 수단의 위치에 대한 현재 정보를 제공하는 입력 신호에 기초하여 제어될 수 있다. 예를 들어, 위치설정 수단과 로터 사이의 거리를 측정하기 위해 레이저가 사용될 수 있으며, 그리고/또는 위치설정 슬롯이 로터 슬롯과 일직선을 이루는지 여부를 판정하는데 카메라가 사용될 수 있다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 위치설정 수단은 자극편이 본질적으로 서로 등간격으로 배열되도록, 복수인 P개의 자극편을 홀딩하도록 실현된다. 이렇게, 복수인 P개의 자극편에 의해 인가되는 힘은 자극편이 로터에 적재되기 전에도 본질적으로 균등하게 분포된다. 예를 들어, 위치설정 수단이 분배 링을 포함한다면, 위치설정 수단은 복수인 P개의 자극편을 홀딩하기 위한 분배 링을 중심으로 균등하게 배열되는 홀딩 슬롯을 포함할 수 있다. 자극편은 또한, 바람직하게는 이들이 예를 들어, 앞서 로터 상에 적재된 자극편을 지나감에 따라, (위치설정 수단에 의해 위치설정되는) 자극편에 자력이 인가될 때, 미끄러져 위치를 벗어날 수 없도록, 위치설정 수단에 홀딩된다. 따라서, 본 발명의 바람직한 추가 실시예에서는, 홀딩 슬롯의 단면 형상은 대응하는 로터 슬롯의 단면 형상과 일치한다. 예를 들어, 자극편은 약간 넓은 베이스 플레이트에 접합되는 자석을 포함하여, 자극편이 본질적으로 T자 형상의 단면을 가질 수 있다. 이러한 경우의 로터 슬롯은 대응하는 단면을 가질 것이며, 홀딩 슬롯은 바람직하게는 본질적으로 동일한 단면을 포함한다. 물론, 자극편, 로터 슬롯 및 홀딩 슬롯의 설계 시, 임의의 적합한 단면 형상이 선택될 수 있다.

자극편이 분배 링 또는 위치설정 헤드의 제 위치에 모두 위치되면, 이송 단계가 실행될 수 있다. 자극편이 다양한 속도 또는 다양한 길이로 로터 상으로 밀어 넣어지면, 분포력으로 인해 로터의 바람직하지 않은 변형을 야기할 수 있다. 이 때문에, 자석 적재 장치의 이송 수단은 바람직하게는, 자극편이 본질적으로 동일한 깊이로, 예를 들어 로터의 제1 외측 에지 또는 림으로부터 동일한 거리로 로터 내에 배열되도록, 위치설정 수단으로부터 로터로 복수인 P개의 자극편을 이송시키도록 실현된다. 이송 수단은 여러 방식으로 실현될 수 있다. 예를 들어, 복수의 가압 수단 및/또는 활주 수단이, 분배 링으로부터 또는 위치설정 헤드로부터 로터 내로 자극편을 동시에 가압 및/또는 활주시키도록 실현될 수 있다. 이로써, 가압/활주 수단은 바람직하게는 자극편이 동일한 속도로 그리고 로터 내로 동일한 거리만큼 이동되도록, 균등하게 작동된다. 바람직하게는, 가압/활주 수단은 자극편을 홀딩 슬롯으로부터 로터 슬롯으로 이동시키도록 실현된다.

대형 전기 기계의 로터에는 많은 자석 또는 자극이 적재될 수 있다. 예를 들어, 기계는 각 54개의 자극이 로터를 중심으로 교호적으로 배열되는 특정 방위(예를 들어, "북쪽상방(north up)" 또는 "남쪽상방(south up)")를 갖는 108개의 자극을 포함할 수 있다. 자극편을 위치설정 수단 상에 또는 위치설정 수단 내에 위치시키는 동안, 그리고 이들을 로터에 대한 위치로 가져오는 동안, 자극편의 바람직하지 않은 이동을 방지하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 위치설정 수단 상에 배치된 복수인 P개의 자극편의 자극편은 모두 "북쪽상방" 또는 모두 "남쪽상방"의 공통 방위를 포함한다.

이러한 다수의 극에 대해, 여러 다양한 적재 전략이 적용될 수 있다. 예를 들어, 제1 방위를 갖는 54개의 자극편이 동시에 적재될 수 있다. 그러나, 54개의 자극편을 취급하도록 설계된 자석 적재 장치는 분명히 실현 불가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 위치설정 수단 상의 제 위치에 홀딩되는 복수인 P개의 자극편은 필드 상에 적재될 자극의 총 개수 N의 인수 또는 약수를 포함한다. 예를 들어, 108개의 극의 경우에, 위치설정 수단은 6개, 9개 또는 18개의 자극편을 취급하도록 설계될 수 있는데, 이는 54가 이들 정수에 의해 균등하게 나누어질 수 있기 때문이다. 여기서, 그리고 이하에서, 문자 "P"는 이러한 인수 또는 약수를 나타내는데 사용되고, 이러한 복수인 P개는 도면에서 명확한 바와 같이, 자석 적재 장치의 특징의 수 뿐만 아니라, 로터 내로 동시에 삽입되는 자극편의 수를 가리키는 것으로 상정될 수 있다.

본 발명에 따른 방법에서, 단계들은 바람직하게는 최적의 방법으로 실행된다. 예를 들어, 위치설정 수단 상에 복수인 P개의 자극편을 위치시키는 단계와, 복수인 P개를 필드로 이송시키는 단계는 바람직하게는, 복수인 P개의 자극을 필드 상에 적재하도록 반복적으로 실행되며, 자극은 로터 슬롯 내에 일렬로 배열되는, 동일한 자기 방위의 몇몇 자극편을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 극이 동일한 방위의 7개의 자극편을 포함하고, 위치설정 수단이 9개의 자극편을 취급하도록 실현되는 경우라면, 9개의 "제1" 자극편이 9개의 균등하게 이격된 로터 슬롯에 동시에 적재되고, 이 후에 9개의 "제2" 자극편이 이들의 9개의 슬롯에 삽입되는 등, 이들 9개의 극들이 완료되는 9개의 "제7" 자극편이 적재될 때까지 계속된다. 공정은 총 개수의 극이 로터 상에 적재될 때까지, 다른 세트의 9개의 극 등에 대해 반복될 수 있다.

하나의 극에 대한 모든 자극편이 로터 상에 적재된 경우에, 모든 자극편이, 로터 상에 적재될 반대 자기 방위의 자극편에 의해 당겨져 제 위치에서 벗어날 수 없도록, 이들은 이들의 로터 슬롯 내의 제 위치에 확실하게 고정되어야 한다. 따라서, 특히 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 방법은 로터 슬롯의 자극편을 예를 들어, 완료된 극의 로터 슬롯 내로 말단종결 또는 고정 요소를 삽입시킴으로써, 고정시키는 단계를 포함한다. 예를 들어, 자석 로크가 P개의 완료된 극의 각각의 로터 슬롯 내로 삽입될 수 있다. 바람직하게는, 위치설정 수단도 이러한 자석 로크를 취급하도록 실현된다. 이를 위해, 자석 로크는 본질적으로, 자극편과 동일한 단면과, 아마도 동일한 길이 및 동일한 대체적인 형상을 포함할 수 있고, 자극편이 로터 슬롯을 따라 길이 방향으로 미끄러지지 않도록 하는 추가적인 고정 기능을 가질 수 있다.

로터 슬롯은 여러 방식으로 충전될 수 있다. 예를 들어, 제1 방위의 복수인 P개의 극이 제1 세트의 로터 슬롯 내로 적재될 수 있고, 그 후에 반대 방위의 복수인 P개의 극이 제1 세트 근처의 로터 슬롯 내에 적재될 수 있으며, 그 후에 다음 복수인 P개의 제1 방위의 극 등이 적재될 수 있다. 그러나, 이는 자석에 그리고 로터에 작용하는 너무 많은 바람직하지 않은 힘을 수반할 수 있다. 또한, 조립 라인의 일부, 예를 들어 공급 기계는 극의 변환 시마다 재조정되거나 재구성되어야 할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에서, 필드 상에 복수인 P개의 자극을 적재하는 단계는, 반대 방위의 극에 대해 절차가 반복될 수 있는 순간인, 동일한 방위(예를 들어, "북쪽상방")의 모든 극(전체 108개 극의 앞선 예를 사용하는 경우, 54개)이 적재될 때까지, 상기 방위에 대해 반복적으로 실행된다. 이렇게, 공급 기계와 같은 조립 라인의 관련 부품은, 적재 절차 동안 자기 방위가 한번만 변경되기 때문에, 한번의 재조정 또는 재구성만을 필요로 한다.

적재 절차를 실행하기 전에, 로터는 적재 절차 동안 본질적으로 원형인 로터 형상이 유지될 수 있도록, 예를 들어 임시 조치로서, 로터 상의 안정 링 또는 프레임을 연결함으로써 안정화 또는 강화될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 로터는 로터와 스테이터 사이, 예를 들어 로터 슬롯 사이의 다수의 지점에, 스페이서를 삽입함으로써, 안정화될 수 있다.

블레이드가 매우 긴 풍력 터빈에 대해, 최대 회전 속도는 제한된다. 직접-구동 터빈에 있어서, 이는 결과적으로 로터의 회전 속도가 제한된다는 것을 의미한다. 따라서, 높은 레벨의 전력을 생산하기 위해, 많은 수의 자극이 필요하게 되며, 로터 직경은 가능한 커야 한다. 여기에 개시된 자석 적재 절차는 특히, 로터가 스테이터 주위에 배열되는 수 메가와트 용량을 갖는 풍력 터빈의 직접-구동 발전기의, 대형이며, 상대적으로 "얇고", 따라서 가요적인 로터 상에 영구 자석을 적재하는데 적합하다.

본 발명의 다른 목적 및 특징은 첨부 도면과 관련하여 고려되는 이하의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다. 그러나, 도면은 단지 예시를 목적으로 하는 것으로 본 발명의 한계를 규정하고자 하는 것이 아님을 이해해야 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자석 적재 장치를 도시한다.
도 2는 풍력 터빈의 발전기의 로터 상에 적재하기 위한 자극을 도시한다.
도 3은 도 2의 로터의 부분 단면도를 도시한다.
도 4는 도 1의 자석 적재 장치의 상세를 도시한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자석 적재 장치를 도시한다.
도면에서, 전체적으로 유사한 도면부호는 유사한 대상물을 가리킨다. 도면내의 대상물은 반드시 일정한 비율로 도시되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자석 적재 장치(1)를 도시한다. 여기서, 로터(3)는 자극(magnet pole)으로 충전되며, 자극 각각은 적절하게 형성화된 로터(3) 내의 슬롯(30) 내로 활주할 수 있는 다수의 자극편을 포함한다. 풍력 터빈에서 사용하고자 하는 경우에, 그 직경이 5 미터가 훨씬 넘을 수 있는 로터(3)는 상대적으로 얇기 때문에, 서두에서 설명한 종래의 충전 기술을 사용하면 쉽게 변형되는 경향이 있다. 비어 있는 로터(3)가 운송 지그(4) 상에 배열되는데, 이 운송 지그는 조립 라인의 트랙 상으로의 이동을 위한 운송수단으로서 실현될 수 있고, 로터(3)의 원형 형상을 유지하는 구조적 지지부로서 작용할 수 있다.

본 발명의 본 실시예에 따른 자석 적재 장치(1)는 다음과 같이 조작한다. 로터(3)의 외측 림(31) 또는 둘레(31) 근처에 분배 링(12)이 배열된다. 분배 링(12)은 허브(16)(명료화를 위해, 점선으로 표시됨)에 연결된 바퀴살(161)에 의해 지지되고, 화살표로 표시된 바와 같이 회전할 수 있다. 삽입 배열체(도시되지 않음)는 컨베이어로부터 자극편(20)을 들어올리도록 이루어진 공급기를 포함할 수 있고, 분배 링(12)의 홀딩 슬롯(120) 내로 자극편을 삽입할 수 있다. 자극편(20)이 분배 링(12) 내에 적재되면, 비어 있는 홀딩 슬롯(120)이 공급기 위치로 이동하도록 회전하게 된다. 이들 단계는 분배 링(12)에 복수인 P개의 자극편(20)이 적재될 때까지 반복된다. 그 후, 이송 단계에서, 복수인 P개의 자극편(20)이 분배 링(12)으로부터 로터(3) 상으로 동시에 이동 또는 가압된다. 이렇게 하여, 부분적으로 적재된 로터(3) 내의 자기 요소 사이에 가해지는 힘이 균등하게 분포된다. 이를 위해, 예를 들어 슬라이더 아암이 동시에 작동될 수 있도록, 슬라이더 아암에 의해 허브(16)에 부착되는 복수의 슬라이더를 포함하는 슬라이더 배열체가 사용될 수 있다. 이러한 배열체는 "슬라이더 휠"로서 언급될 수 있으며, 이하 도 4 및 도 5에 개시된다. 여기서, 슬라이더 휠은 분배 링(12)과는 별도로 작동될 수 있다. 복수인 P개의 자극편(20)이 로터(3) 상으로 이송된 후에, 이들은 로터(3) 주위에 등거리로 균등하게 배열된다. 전체 적재 절차는 원격으로 제어될 수 있으므로, 무겁고도 잠재적인 위험요소가 될 수 있는 자극편(20)을 수동 조작할 필요가 없게 된다. 예를 들어, 제어 유닛(5)(여기서는 개략적으로 개시됨)이 적절한 시한의 제어 신호(50)를 허브(16)로 발행하여, 공급기가 분배 링(12) 상에 자극편(20)을 적재할 때마다 허브가 부분적으로 회전을 할 수 있도록 한다. 링(12)이 자극편(20)으로 충전되면, 제어 유닛(5)이 슬라이더 배열체에 명령을 내리며, 이로써 슬라이더 배열체가 모든 자극편(20)을 로터(3) 상으로 동시에 이동시킬 수 있다.

도 2는 풍력 터빈의 발전기의 로터 상에 적재하기 위한 자극(2)을 도시한다. 자극(2)은 다수의 별도의 자극편(20)을 포함한다. 자극편(20)은 일반적으로 모두 동일한 크기이다. 자극편(20) 각각은 통상적으로 강철인 베이스 플레이트(21)에 일부 적합한 방식으로 접착되거나 접합되는 영구 자석을 포함한다. 베이스 플레이트(21)는, 자극편(20)이 로터의 적합한 형상의 슬롯에 홀딩될 수 있도록, 자석보다 넓다. 이는 자극이 로터에 부착될 때 체결구를 사용할 필요가 없음을 의미하는 데, 체결구를 사용하는 것은 강한 힘이 수반되기 때문에, 시간 소모적이고 위험할 수 있다. 도 3은 로터(3)의 부분 단면도를 도시한다. 로터(3)는 도 2의 자극편(20)을 수용하도록 형상화된 다수의 로터 슬롯(30)을 포함한다. 이러한 로터 슬롯(30)은 일반적으로 로터(3)의 길이를 따라 연장되고, 일단부에서만 폐쇄되거나, 양단부에서 개방될 수 있다. 물론, 자극편(20)은 임의의 적합한 단면을 가질 수 있고, 이에 따라 로터 슬롯(30)의 단면이 형상화되거나 밀링 가공될 수 있다.

도 4는 분배 링(12)이 로터(3) 근처에 배열된, 도 1의 자석 적재 장치(1)의 상세를 도시한다. 상기 도면은 부분적으로 적재된 로터(3)를 보여준다. 제1 자기 방위의 자극편(20)(교차 해칭으로 표시됨)은 이미 로터 슬롯(30)에 한 슬롯씩 건너서 적재되어 있다. 이제, 반대 방위의 자극편(점을 찍어 표시됨)이 적재되고 있다. 도면에는 이러한 자극편(20)이 로터 슬롯(30)의 단부에 도시된다. 도면은 또한, 조립 라인에 있을 수 있는 다른 요소들을 나타낸다. 여기서, 컨베이어(17)는 자극편(20)을 분배 링(12)으로 운반한다. 수평 방향 및/또는 수직 방향으로 이동 가능한 기둥부(151) 위에 홀딩 슬롯(150)을 포함하는 공급기(5)에, 컨베이어(17)로부터 자극편(20)이 공급된다. 슬라이더 아암(162)에 의해 허브(도시되지 않음)에 연결되는 슬라이더(14)가 자극편(20)을 공급기(5)로부터 분배 링(12)의 홀딩 슬롯(120)으로 이송시킨다. 여기서, 컨베이터(17) 및 공급기(5)는 명료화를 위해, 링(12)으로부터 어느 정도 간격을 두어 도시된다. 물론, 공급기(5)는 자극편(20)이 낙하할 위험이 없도록, 링(12)의 바로 앞에 위치될 수도 있다. 그 후, 분배 링(12)은, 비어 있는 다음 홀딩 슬롯(120)을 공급기(5)의 전방 위치로 이동시키는데 필요한 양만큼 회전될 수 있다. 여기서, 분배 링(12)의 홀딩 슬롯(120)은 T-형상 단면을 갖는 것으로 도시된다. 분배 링(12)의 홀딩 슬롯(120)이 복수인 P개의 자극편(20)으로 충전된 경우, 슬라이더 휠이 위치설정될 수 있고, 슬라이더(14)가 동시에 작동하여, 자극편(20)을 로터 슬롯(30) 내로 가압하거나 활주 시킬 수 있다. 슬라이더 자극편을 로터 슬롯(30) 내로 밀어 넣기에 충분한 정도로만 이동되면 된다. 그러나, 슬라이더는 여기에 개시된 바와 같이, 자극편을 로터 슬롯(30)을 따라 더 이동시키도록 작동되어, 자극편(20)이 로터(3)의 타단부(32)를 향해 가능한 멀리 밀려 들어간다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자석 적재 장치(1)를 도시한다. 본 실시예에서의 작동 원리는 상이하다. 분배 링(12) 대신, 자석 적재 장치(1)는 바퀴살(161)을 통해 허브(16)에 연결되는 복수인 P개의 위치설정 헤드(13)를 포함한다. 위치설정 헤드(13)의 이러한 바퀴살 연결 배열체는 "설치 휠"로 언급될 수 있고, 화살표로 표시된 바와 같이 회전할 수 있다. 다시, 복수인 P개는 로터(3) 상에 적재될 자극의 총 개수 N의 약수이다. 위치설정 헤드(13)는 각각, 공급기(여기에는 도시되지 않음)로부터 자극편(20)을 들어올리는 역할을 한다. 자극편(20)이 공급기(5)로부터 취해지면, 위치설정 휠은 다음의 위치설정 헤드(13)가 자극편(20)을 파지할 수 있도록 회전한다. 이들 단계들은 P개의 자극편(20)이 위치설정 헤드(13) 내 제 위치에 있을 때까지 반복된다. 그 후, 이송 단계에서, 자극편(20)은 위치설정 헤드(13)로부터 로터(3)의 로터 슬롯(30)으로 이송된다. 이를 위해, 위치설정 헤드(13) 각각은 자극편(20)을 지정된 로터 슬롯(30) 내로 밀어 넣기 위한 압출기 또는 가압 요소를 포함할 수 있다. 위치설정 헤드의 압출기는 바람직하게는, 이송 단계 동안, 자극편의 자력 및 중량이 균등하게 분포되도록, 동시에 제어된다. 자석 적재 장치(1)의 본 실시예는 또한, 여기에 개시된 바와 같이, 자극편(20)을 로터 슬롯(30)을 따라 더 활주시키기 위해 전술한 바와 같은 슬라이더 배열체(14, 162)를 포함할 수도 있다. 압출기의 대안으로서, 이러한 활주 배열체도 자극편(20)을 위치설정 헤드(13)로부터 로터 슬롯(30) 내로 이동시키도록 실현될 수 있다. 전술한 도 1에서 개시된 바와 같이, 제어 유닛(5)은 적절한 시한의 제어 신호를 컨베이어, 공급기, 허브(16), 위치설정 헤드(13), 압출기 및 활주 배열체(14, 162)에 발행하여, 이들이 적재 절차를 실행하도록 짜여진 대로 작동할 수 있다.

기사는 안전 거리를 두고 적재 절차를 감시할 수 있으며, 제어 유닛(5)과 적절히 상호작용할 수 있다.

전술된 자석 적재 장치(1)의 두 실시예에서, 다양한 구성요소 - 분배 링, 위치설정 휠, 공급기, 압출기, 슬라이더 휠 등은 모두 원격으로 제어된다. 따라서, 위험한 수동 작업이 전혀 필요 없게 되므로, 현장 안전이 현저하게 개선될 수 있다. 또한, 복수의 자극편이 로터 내로 동시에 삽입될 수 있기 때문에, 예를 들어 풍력 발전 지역용의 다수의 발전기를 위한 일련의 로터의 조립 및 적재에 있어서, 시간을 현저하게 절약할 수 있다.

또한, 예를 들어 자극편이 슬라이더 배열체에 의해 각각의 로터 슬롯 내로 이동되는 분배 링의 홀딩 슬롯을 충전하도록 위치설정 헤드를 사용함으로써, 전술한 두 실시예의 조합이 고려될 수 있다. 또한, 분배 링이 예를 들어, 다중의 복수인 P개로 적재될 수 있는 한편, 자극편 중 하나의 복수인 P개만이 이송 단계에서 로터 상으로 동시에 이송되고, 분배 링이 한번 더 비워질 때가지 이송 단계가 완료되도록, 복수인 P개의 자극편보다 많은 수의 자극편을 수용하도록 실현될 수 있다.

비록, 본 발명은 바람직한 실시예 및 이의 변형예의 형태로 개시되었지만, 추가의 많은 개조예 및 변형예가 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 수평 로터의 로터 슬롯 내로 자극편을 수평 방향으로 활주 시키는 대신, 자극편이 수직 로터 슬롯 내로 떨어질 수 있도록, 로터가 수직 방향으로 배열될 수도 있다.

명료화를 위해, 본 출원 전반에 걸쳐 단수 표현의 사용은 복수를 배제하는 것이 아니며, "포함하는"은 다른 단계 또는 요소를 배제하는 것이 아님을 이해해야 한다. "유닛", "요소" 또는 "모듈"로 언급된 것은 다중의 유닛, 요소 또는 모듈의 사용을 금하는 것은 아니다.

Claims

전기 기계의 필드(3) 상에 자극편(20)을 적재하기 위한 자석 적재 장치(1)로서,
복수인 P개의 자극편(20)의 자극편(20) 각각을, 상기 필드(3) 상의 지정 위치에 대한 제 위치에 홀딩하도록 실현되는 위치설정 수단(12, 13)과,
상기 복수인 P개의 자극편(20)을 상기 위치설정 수단(12, 13)으로부터 상기 전기 기계의 필드(3) 상으로 균형 잡히게 동시에 이송시키도록 실현되는 이송 수단(14)을 포함하고,
상기 위치설정 수단(12, 13) 및 상기 이송 수단(14)은, 복수의 자극편(20)을 각각 포함하는 복수인 P개의 자극(2)이 상기 필드(3)에 적재되도록 반복적으로 작동될 수 있는,
자석 적재 장치.
제1항에 있어서,
상기 위치설정 수단(12)은 상기 필드(3) 주위에 배열되도록 실현되는 분배 링(12)을 포함하는
자석 적재 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 위치설정 수단(13)은 상기 필드(3)의 종방향 축선(R)에 배열되는 허브(16)에 연결되는 복수의 위치설정 헤드(13)를 포함하는
자석 적재 장치.
제3항에 있어서,
상기 필드(3)에 대한 상기 위치설정 헤드(13)의 위치를 공간적으로 조정하기 위한 조정 수단을 포함하는
자석 적재 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 위치설정 수단(12, 13)은 상기 필드(3)의 종방향 축선(R)을 중심으로 회전 가능한
자석 적재 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 위치설정 수단(12, 13) 내로 자극편(20)을 공급하도록 실현되는 공급기(5)를 포함하는
자석 적재 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 이송 수단(14)은, 상기 자극편(20)이 상기 필드(3)의 제1 외측 에지(31)로부터 동일한 거리에 배열되도록, 상기 복수인 P개의 자극편(20)을 상기 위치설정 수단(12, 13)으로부터 상기 필드(3)로 이송시키도록 실현되는
자석 적재 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 위치설정 수단(12, 13)은 자극편(20)용 홀딩 슬롯(120, 130)을 포함하고, 상기 홀딩 슬롯(120, 130)의 단면 형상은 상기 필드(3)의 대응하는 자극편 슬롯(30)의 단면 형상과 일치하는
자석 적재 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 위치설정 수단(12, 13)은, 상기 복수인 P개의 자극편(20)이 상기 위치설정 수단(12, 13)에 등거리로 배열되도록, 상기 자극편(20)을 홀딩하도록 실현되는
자석 적재 장치.
전기 기계의 필드(3) 상에 자극편(20)을 적재하는 방법으로서,
복수인 P개의 자극편(20)의 자극편(20) 각각을, 자극편(20)이 상기 전기 기계의 필드(3) 상의 지정 위치에 대해 제 위치에 홀딩되도록, 위치설정 수단(12, 13) 상에 배치되는 단계; 및
상기 복수인 P개의 자극편(20)을 상기 위치설정 수단(12, 13)으로부터 상기 전기 기계의 필드(3) 상으로 균형 잡히게 동시에 이송시키는 단계;를 포함하고,
상기 복수인 P개의 자극편(20)을 상기 위치설정 수단(12, 13) 상에 배치하는 단계 및 상기 복수인 P개의 자극편(20)을 상기 필드(3) 상으로 이송시키는 단계는, 복수의 자극편(20)을 각각 포함하는 복수인 P개의 자극(2)을 상기 필드(3)에 적재하도록 반복하여 실행되는,
전기 기계의 필드 상에 자극편을 적재하는 방법.
제10항에 있어서,
상기 위치설정 수단(12, 13) 상의 제 위치에 홀딩되는 상기 복수인 P개의 자극편(20)은 상기 필드(3) 상에 적재될 자극(2)의 총 개수 N의 인수를 포함하는
전기 기계의 필드 상에 자극편을 적재하는 방법.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 위치설정 수단(12, 13) 상에 배치된 상기 복수인 P개의 자극편(20)의 자극편(20)은 공통 자기 방위(common magnetic orientation)를 포함하는
전기 기계의 필드 상에 자극편을 적재하는 방법.
삭제
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 복수인 P개의 자극(2)을 상기 필드(3) 상에 적재하는 것은 동일한 자기 방위의 모든 자극(2)에 대해 반복하여 실행되는
전기 기계의 필드 상에 자극편을 적재하는 방법.