KR20110128177A

KR20110128177A - 풍력 터빈을 위한 멀티-폴 발전기의 자기 링

Info

Publication number: KR20110128177A
Application number: KR1020117019591A
Authority: KR
Inventors: 클라우스 보덴슈타인; 데틀레프 랑게; 디터 루프프리히
Original assignee: 아반티스 엘티디.
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2011-11-28
Also published as: DE102009005956A1; CN102625879A; EP2399028A2; RU2011135718A; WO2010083905A2; WO2010083905A3; CN102625879B; US20120032547A1

Abstract

본 발명의 목적은 특히 풍력 터빈을 위한 멀티-폴 발전기의 자기 시스템(1)에서 다수의 인접하게 배열된 개별 영구 자석을 풍력 터빈 발전기의 내측 및 외측 로터가 용이하고 바람직하게 구비하게 하는 것으로서, 상기 발전기는 지지체를 구비하는 자기 링(2, 2', 2a-2j, 2a'-2c')을 포함하며, 상기 지지체상의 외측 원주방향 또는 내측 원주방향의 개별 영구 자석(4, 4')은 규칙적으로 자석(4, 4')의 극성이 변화하는 방향으로 행을 이루어 배열된다. 상기 목적은 수용 요소(12)에 구비한 지지체(5)의 외측 또는 내측 방향 표면을 제공하며, 수용 요소에서 클램프 타입 지지 요소(6)가 배치되어, 서로 일정 거리로 배치된 2개의 지지 요소는 2개의 지지 요소(6) 사이에서 지지체상에서 및/또는 지지체에 개별 영구 자석(4, 4')을 유지하거나 고정한다.

Description

풍력 터빈을 위한 멀티-폴 발전기의 자기 링 {Margnet ring of a multi-pole generator for a wind turbine}

본 발명은 다중극 발전기의 자기 시스템에 관한 것이며, 특히 풍력 장치 또는 풍력 에너지 장치에 대한 것으로서, 각각의 영구 자석이 규칙적인 극성 변화를 갖는 적어도 하나 이상의 열로 배열되는 외주 또는 내주에 지지되는 자기 링을 포함한다.

최근에, 상대적으로 새로운 형태의 풍력 장치 또는 풍력 에너지 장치는 발전기가 풍차의 로터 허브에 내장된 요소이고, 이 경우의 내부 스테이터가 외부 로터와 상호 작용을 하도록 발전해왔다. 이러한 발전기의 일례는 DE 102 39 366 Al.에 개시되어 있다. 본 예에서와 같이 외부 회전자를 형성하기 위해서는, 다수의 영구 자석들이 외부 회전자의 내부에 배열되어야 한다. 이는 문제점을 내포하고 있는데, 특히 풍력 장치 또는 풍력 에너지 장치에 쓰이는 발전기가 큰 크기를 갖는 경우가 그러하다. 영구 자석은 큰 자기력을 가지며, 이는 금속들의 부근에서 정확하게 위치하여야 한다. 사소한 부주의가 인접한 영구 자석들을 서로 끌어당겨 더 이상 서로 떼어낼 수 없도록 하거나, 또는 영구 자석들이 공동으로 인접한 금속에 고정되어 비슷하게 금속으로부터 떼어낼 수 없도록 한다.

상대적으로 작은 모터들에 대해서, 플라스틱으로 구성되며 관 모양의 지지 슬리브 형태의 지지 장치가 손실 혹은 조립에 도움되는 요소로서 사용되는 것이 EP 1 845 604 A2에서 제안되었다. 개별 영구 자석들은 이 지지 슬리브의 외부에 위치하며, 플라스틱 요소들과는 분리된 채로 끈끈하게 붙으며, 외부 모터 또는 발전기의 자기 복귀 경로 튜브 또는 자기 복귀 경로 링에 내부로 지지 슬리브와 함께 삽입된다. 지지 슬리브는 영구 자석들의 표면까지 회전함으로써 기계적으로 제거되고, 이는 개별 영구 자석들 사이에 위치한 플라스틱 요소들이 여전히 남아있는 결과이다. 이와 같은 방법은 작은 모터를 위해 사용될 수는 있으나 수 미터의 지름을 갖는 풍력 장치의 발전기에는 사용될 수 없다.

게다가 멀티 폴 발전기의 필드 시스템은 원형으로 자기 휠을 형성하기 위해 배열된 별개 영구자석의 다수개의 열을 포함하며, 이는 축 방향의 전반적인 길이와 이에 따른 발전기의 전력에 대응되는 맴돌이 전류 손실을 줄이며, 자기 시스템을 형성하기 위함이다. 상기 자기 휠은 둘레를 따라 번갈아가며 변화하는 극성 배열을 갖는 다수개의 자기 요소들을 가지며, 각 자기 링들이 자기 휠을 형성하기 위해 모인 위치에 있을 때, 인접한 열들과 같은 극성을 갖도록 배치된 자기 요소들에는 서로에 대한 반발력이 작용한다. 게다가, 원형으로 배열된 각 영구자석들의 인접한 열들은 자기력 때문에 그들 스스로 안정된 북-남 방향으로 배열되려고 하며, 이에 따라 서로에 대해서 회전하려는 경향을 보인다. 자기 휠은, 원형으로 배치되고 특히 서로에 대해 정확하게 배치된 각 영구자석들의 다수개의 열들로부터 형성되며, 결국 이와 같은 자기 휠을 포함하는 것과 같은 자기 시스템의 생성에는 제작상에 많은 노력이 요구된다.

본 발명은 간단하고 조립에 용이한 방법으로, 풍력 장치의 발전기의 외부 혹은 내부 로터에 서로 근접하게 배치된 다수개의 영구 자석들을 장착할 수 있는 조립 능력의 제공을 목적으로 한다.

이러한 타입의 자기 시스템의 경우, 이러한 목적은 지지체의 내부 또는 외부 원주방향 표면이 리테이닝 요소를 구비하고, 각각의 리테이닝 요소에서 브라켓 형상 지지 요소가 2개의 지지요소로 배열되고, 상기 2개의 지지요소는 서로 일정 거리에서 각각의 경우에 2개의 지지 요소 사이에서 상기 지지체상의 개별 영구 자석을 견고하게 지지 및/또는 고정하도록 배치된다.

간단하면서도 비용면에서 효과적인 방법으로서, 본 발명은 풍력 장치 또는 풍력 에너지 장치에 대한 발전기의 로터상에서, 즉 외측 로터 또는 내측 로터상에서, 배치될 수 있는 개별 영구 자석의 조립체에 대한 성능을 제공한다. 이 경우, 본 발명은 우선 개별 자기 링이 제조되고 자기 휠을 형성하도록 서로 결합되는 원리에 기초하며, 여기서 상기 자기 휠은 발전기의 폴 휠 하우징에 삽입된다.

개별 자기 링을 제조하기 위하여, 브라켓 시스템이 제공되는데, 여기서, 브라켓 형상 지지 요소는 지지체에 삽입되며, 지지체는 이어서 로터의 자석 복귀-경로 링을 형성하며, 로터는 각각의 경우에 그들 사이에서 하나의 개별 영구 자석을 지지하며 그것을 상기 지지체상에 견고하게 지지한다. 이것은 개별 영구 자석이 서로에게 또는 금속 자석 복귀-경로 링에 또는 의도된 위치가 아닌 위치에서 금속 지지치에 달라붙는 연결부를 형성하는 것을 방지한다. 개별 영구 자석은 각각의 경우에 간단한 방식으로 측부로부터 2개의 지지 요소 사이에 삽입될 수 있다. 예를 들어, 상기 지지 요소는 아연 다이캐스팅을 포함하며, 상기 지지체상의 개별 영구 자석에 필요한 기계적 강도를 제공한다. 상기 개별 영구 자석은 원형 경로상에 배치된 개별 영구 자석 및 자기 링에 대한 필요한 진동 저항을 제공하는 접촉제 또는 잡착성 성분으로 피복된다. 이 경우에, 작은 모세관 개구에도 들어갈 수 있는 혐기성 접착제를 사용하는 것이 유리한데, 그 결과, 상기 브라켓 및 개별 영구 자석의 사이와, 개별 영구 자석 및 지지체의 사이에 양호한 연결부가 형성될 뿐만 아니라 체결식 접착 연결의 형태로 양호한 연결부가 형성될 수도 있다. 예를 들어, 하나의 개별 영구 자석은 100mm 의 길이를 가져서, 개별 자기 링의 축방향 구간을 제어하게 된다. 종속항과 관련하여 드러나는 바와 같이, 상기 자석은 하나의 자기 링으로부터 다른 자기 링으로 서로에 대하여 상대적으로 오프셋될 수 있어서, 와전류 손실은 비교적 작은 바아와 오프셋 조립체의 조합에 의해 감소될 수 있다.

본 발명의 바람직하고 편리한 개선사항 및 발전사항은 종속항에 특정된다.

따라서, 본 발명은 각각의 지지 요소가 인접한 개별 영구 자석을 다른 것과 기계적으로 분리하고 개별 영구 자석이 서로 직접적으로 안착되지 않도록 한다.

원하는 간단한 조립체가 특히 유용하게 달성되도록 하기 위하여, 본 발명의 일특징은 인접한 지지 요소가 일정 거리로 배치되어, 개별 영구 자석은 개별 영구 자석이 각각의 경우에 측부에서 인접한 지지요소들 사이에서 형성되는 중간 공간으로 지지체의 축방향으로 삽입되도록 설계된다.

개별 영구 자석은 물리적으로 비교적 작게 되도록 의도되기 때문에, 각각의 경우에 다수의 개별 영구 자석을 조합하는 것이 바람직하며, 상기 영구 자석은 동일한 전극과 정렬되며 서로 나란하게 배열되어, 본 발명에 의해 예상되는 바와 같이 자석 요소를 형성하게 된다.

너무 많은 구성요소를 사용하지 않도록 하고, 소실된 도움만큼 그게 따라 그들을 제거하도록 하기 위하여, 상기 지지체는 본 발명에 의해 예상되는 바와 같이 자석 복귀-경로 링을 형성하는 것이 추가적으로 바람직하게 된다.

개별 영구 자석이 제조되는 하나의 특히 적절한 자료는 희로튜 금속이다. 본 발명은 개별 영구 자석이 희토류 금속으로 제조된다는 점에서 특징이 있다.

상기 자기 휠에 대한 개별 영구 자석의 특별히 바람직한 배열 및 정렬 관계는 본 발명의 추가적인 개선사항에 따라 달성되는데, 상기 리테이닝 요소는 6°내지 20°의 특정 각도로 경사지게 연장된다.

자기 휠이 발전기의 설계에 적절하게 개별 영구 자석의 필요한 개수를 제공하는 개별 영구 자석으로부터 자기 휠이 전체적으로 만들어지도록 하기 위하여, 본 발명에 따른 간단한 조립 방법 또는 간단한 조립성능은 개별 자기 링이 자기 링을 서로의 상부에 적층함으로써 자기 링을 형성하도록 조합된다는 점에서 구별된다. 따라서, 본 발명은 다수의 자기 링이 자기 휠을 형성하기 위하여 측부에서 축방향으로 서로 결합되고 서로 동축 방향으로 안착된다는 점에서 구별된다.

이런 경우, 본 발명은 원주를 따라 규칙적 또는 불규칙적 각도 간격으로 또는 지지 요소들이 가이드 구멍을 가지며, 제1 가이드부를 구비한 가이드 요소가 삽입되고, 인접한 자기 링들의 해당하는 가이드 구멍 내에 삽입되는 각각의 가이드 요소의 제2 가이드부을 갖는다. 따라서, 인접한 자기 링들은 서로에 대하여 층들로 이루어지며, 이들은 가이드 요소의 도움으로 서로에 대해 정확하게 나열될 수 있도록 배치될 수 있다.

단순하고 비용 효율적인 방식에 있어서, 본 발명은 개별 전자석 및 서로 인접한 자기 링들의 자기 요소의 미리 정해진 배열을 유지하면서 층층이 쌓인 다수개의 자기 링들을 포함하는 자기 휠이 조립될 수 있 수 있는 능력을 제공한다. 가이드 요소들이 서로 인접한 자기 링들의 가이드 구멍들로 삽입되기 때문에, 이는 자기 링들이 그들 사이에서 서로 상호 간에 정렬되게 한다. 가이드 요소들은 자기 링들의 회전을 막기 때문에, 개별 자기 링들의 조립 동안에 반지름 방향의 힘 성분을 가할 필요가 없다. 서로 인접하게 배열된 자기 링들이 가이드 요소들의 도움으로 서로 나란하게 정렬되기 때문에, 개별 영구 자석 또는 자기 요소들을 서로 밀어내는 자기력에 대응하는 조립 동안에 축 방향 힘의 성분 만으로 충분하며, 이런 유도 덕분에 자기 링들이 서로에 대해 오정렬되는 것은 불가능하다.

본 발명의 보다 개선된 것에서 있어서, 부하 용량과 자기 시스템의 수명을 연장시키기 위해서, 서로에 대해 멈춰있는 자기 링들의 측면들 간의 통합 연결을 통해서 인접한 자기 링들이 서로 연결되며, 상기 통합 연결은 상호 인접한 자기 링들을 서로에 대해 누를 때 혐기성 경화 접착제로부터 이루어진다. 자기 휠의 제작 중에, 개별의 자기 링들은 서로에 대해 눌려지며, 그 결과 접착제로부터 산소가 추출되고, 그 결과 인접한 자기 링들 사이의 연결부위에서 높은 강도의 연결이 형성된다.

서로 결합되어 연결된 자기 링들의 이런 측부의 물질로서 혐기성 경화 접착제에 대해서 수동적인 물질이고 촉매 효과를 가지지 않는 물질이 사용될 때, 만약 인접한 자기 링들이 서로에 대해 눌려질 때 통합 연결이 혐기성 경화 접착제와 액티베이터로부터 이루어진다면, 이 역시 유리할 것이다.

자기 시스템 축에 대해서 평행하게 실행되고 같은 극성 정렬을 갖는 자기 요소 뿐만 아니라 입체적으로 만곡된 자기 요소들을 갖는 자기 시스템 또는 자기 시스템의 축에 대해서 비스듬하게 배열된 자기 요소들을 제공하기 위해, 본 발명의 한 편리한 개선안은, 모든 자기 링들, 지지부재들 또는 자기 복귀 경로 링(magnet return-path ring) 내의 가이드 구멍들이 원주를 따라 배치된 개별 영구 자석들 및/또는 자기 요소들에 대해 같은 원주 위치 또는 각 위치에서 형성되는 것을 제공한다. 이 경우 만약 가이드 요소들의 제2 가이드부가 제1 가이드부에 대해 측면으로 오프셋 된다면, 이 역시 편리하다.

발전기의 원활한 작동을 구현하고 토크 진동 및 코깅 토크를 감소시키기 위해, 본 발명의 한 개선안은, 각각의 가이드 요소의 제1 및 제2 가이드부 사이의 오프셋이 자기 휠이 조립 위치에 있을 때, 같은 극성 정렬을 갖는 개별 영구 자석들 및/또는 자기 요소들이 경사지게 오프셋 되고 다른 자기 링의 축 방향에 대해 6도 내지 20도의 각도에서 계단의 형태로 될 수 있기 위해, 같은 극성 정렬을 갖고 배열되도록 고안되었다.

이 경우, 개선안에 있어서, 가이드 요소의 제1 및 제2 가이드부 사이의 측면 오프셋은 각 경우 자기 요소들에 의해 덮이는 원형의 링 영역보다 실질적으로 작을 수 있다. 이 조치는 추가적으로 발전기 수명의 연장과 더 나은 전자기계식 작동을 야기시킨다.

게다가, 본 발명의 일 개선안은 자기 휠이 서로 층층이 배치되며 서로에 대해 가이드 요소에 의해 배치되는 다수개의 자기 링들로 이루어지도록 제공한다.

최종적으로, 본 발명은 자기 휠이 폴 휠 하우징에 완전히 및/또는 수축-접착 이음을 이용해 외주 유지 표면을 따라 압력 맞춤 방식으로 연결된다. 이는 완성된 자기 휠이 폴 휠 하우징의 유지 표면 내에 조립을 위한 간단하고 편리한 방식으로 꼭 들어맞도록 하며, 이는 풍력 장치 또는 풍력 에너지 장치에 쓰이는 발전기와 결합되는 데에 사용되는 자기 시스템을 제작하는 것을 가능하게 한다. 폴 휠 하우징의 유지 표면은 극 휠의 내주면과 이의 바깥쪽에 형성된 표면이 될 수 있다.

입체적으로 굽은 자기 요소들 또는 자기 시스템 축에 대해서 비스듬히 유지되는 자기 요소들을 포함하는 자기 시스템은, 자기 링들의 외주를 따라 배열된 자기 요소들에 대해서, 각 자기 링에 옆면에 형성된 가이드 홀들이 인접하는 자기 링의 옆면에 형성된 가이드 홀들과 오프셋 되도록 디자인함으로써 제공될 수 있다.

토크 변동과 코깅 토크를 줄임과 동시에 원활한 작동을 구현하기 위해서는, 서로 인접한 두 자기 링들에 형성된 가이드 구멍들 사이의 오프셋을, 자기 시스템 또는 자기 휠이 조립 위치에 있을 때, 개별 자기 링들과 같은 극성 정렬을 갖는 자기 요소들이 자기 링 축에 대해서 6도 내지 20도의 각도에서 비스듬하게 작동되도록 배열되게 디자인하는 것이 가능하다.

위에서 언급된 편리한 효과들은 자기 시스템 또는 자기 휠이 조립 위치에 있을 때, 상호 인접한 두 자기 링들 상에 형성된 가이드 구멍들 사이의 오프셋이, 개별 자기 링들의 같은 극성 정렬을 갖는 자기 신호가 자기 링 방향의 축 방향에 대해 계단 형태로 오프셋되며, 자기 링의 원주 방향에서 상호 인접한 두 자기 링들에 형성된 가이드 구멍들 사이의 오프셋이 각각의 자기 요소의 원형 영역에 비해 상대적으로 작도록, 고안됨으로써 구현될 수 있다.

각각의 자기 링들의 개별 자기 요소들의 자기력선을 가이드 하기 위해, 또 자기 시스템을 자기적으로 차단하기 위해, 자기 복귀 경로 링은 각각의 자기 링들의 외주 또는 내주에 꼭 맞게 될 수 있다.

그러므로 자기 링들에 대한 본 발명에 따르면, 조립 위치에 있을 때, 풍력 에너지 장치에 쓰이는 발전기의 내부 혹은 외부 로터를 형성하는 것이 가능하다

자기 요소들이 전기적으로 전도되기 때문에, 발전기의 작동 중에 맴돌이 전류 손실이 이들 내에서 일어난다. 개별 자기 요소의 극 영역의 크기가 커질수록 맴돌이 전류 손실은 커진다. 이런 맴돌이 전류 손실을 줄이기 위해서는, 개별 자기 요소들이 다수개의, 바람직하게는 셋, 개별 영구 자석을 구비할 수 있으며, 이들 개별 영구 자석들은 지지 요소들에 의해 각각의 자기 링들의 복귀 경로 링에 장착/부착되고 같은 극성으로 정렬된다. 결과적으로, 개별 자기 요소들의 사이에는 근본적으로 간격이 존재하지 않는다.

각각의 개별 영구 자석들은 희토류로부터 나온 금속으로부터 편리하게 제작된다.

상술한 특징들과, 후술할 상세한 설명에 기재된 특징들은, 각각에서 언급된 조합뿐 아니라, 다른 조합도 가능하다는 것은 자명하다. 본 발명의 보호 범위는 오직 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

더 자세히 살펴보면, 본 발명의 청구항은 사항의 특징과 이점들은 발명의 바람직한 실시예에 관한 하나의 예로 도시된 도면들에 관한 후술할 설명으로부터 더 자명해질 것이다.

도 1은 자기 링을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 A 영역을 확대하여 도시한 것이다.
도 3은 자기 휠을 형성하기 위하여 조립되기 전의 복수 개의 자기 링들을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 가이드 부재를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 복수 개의 자기 링이 조립된 자기 휠을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6은 자기 휠을 지지하는 면을 구비하는 폴 휠 하우징(pole wheel housing)을 도시한 것이다.
도 7은 마그넷 배열의 다른 일 실시예의 일부를 도시한 것이다.
도 8은 자기 복귀 경로 링(magnetic reture-path ring)을 도시한 것이다.

풍력 에너지 설비나 풍력 발전 설비는 허브(hub)와 로터 블레이드(rotor blade)와 발전기를 둘러싸는 기계 포드(machine pod)를 구비하는 로터를 필수적으로 구비한다. 일 예로서, 로터 블레이드에 의해 생성되는 기계력은, 로터와 동일한 회전 속도로 작동하고 기계 포드 내에 배치되는 다중극 발전기, 바람직하게는 동기화된 발전기에 의해 전기력으로 변환된다. 이와 같은 다중극 발전기는 권취부를 갖는 고정자와, 고정자를 둘러싸는 로터(외부 로터)와, 고정자에 의해 둘러싸여 있는 로터(내부 로터)를 구비한다.

본 실시예는 도 9에 도시된 자기 시스템(1)을 형성하고, 폴 휠 하우징(11)에 설치되는 자기 휠(10)을 형성하기 위해 조립되는 복수 개의 자기 링(2, 2a-2j, 2', 2a', 2b', 2c')을 포함하는 외부 로터를 제공한다. 자기 링(2, 2a-2j, 2', 2a', 2b', 2c')은 각각의 자기 링의 원주를 따라 배치된 다수의 개별 영구 자석들(4, 4')을 포함한다. 세 개의 개별 영구 자석들(4, 4')은 같은 극성을 갖고, 서로 나란히 배열되어, 자기 요소들(magnet segments)(3, 3')을 형성한다. 자기 요소들(3, 3')은 도 2에 나타난 것과 같이, 교차되는 극성 정렬로 서로 함께 배열된다. 이 경우, 외부에는 N극, 내부에는 S극이 배치된 자기 요소(3)와, 외부에는 S극, 내부에는 N극이 배치된 자기 요소(3')가 원주 방향을 따라 서로 교차하면서 배치되므로, S극과 N극은 방사상의 방향으로 각각 정렬된다. 각각의 자기 요소(3, 3')는 극성이 큰 영역에서 가장 높게 나타나는 와전류 손실을 감소시키기 위하여, 동일한 극성을 가지고, 종방향으로 서로 함께 배열된 복수 개의 영구 자석들(4, 4')을 포함한다. 본 실시예에서는, 자기 요소(3, 3') 각각은 3개의 개별 영구 자석들(4, 4')로 구성되어 있다. 그러나, 자기 요소(3, 3')는 다른 개수의 개별 영구 자석들(4, 4')을 구비할 수도 있다. 개별 영구 자석들(4, 4')은 희토류 금속, 특히 높은 침투성을 갖는 희토류 금속으로 생성될 수 있고, 이러한 금속들을 사용하여 금속 분말을 소결시킨다.

각각의 인접한 개별 영구 자석들(4, 4') 사이의 간격은 자기 휠(10)을 갖는 로터를 구비하는 발전기의 성능을 최적화하기 위하여 가능한 작게 유지된다. 이를 위해, 개별 영구 자석들(4, 4')은 자기 복귀 경로 링(magnetic reture-path ring)(5a)을 형성하는 지지부(5) 내에 삽입된다. 개별 영구 자석들(4, 4')이 구비된 자기 복귀 경로 링(5a)은 자기 링(2, 2', 2a'-2c', 2a-2j)을 형성한다.

자기 복귀 경로 링(5a)는 개별 금속 요소들(16)로 구성되고, 개별 금속 요소들(16)은 서로 나란히 배치되어, 원형의 링을 형성한다. 개별 금속 요소들(16)은 연결 돌기들에 의해 서로 연결될 수도 있고, 서로 용접될 수도 있다. 특히, 개별 금속 요소들(16)은 개별 영구 자석들(4, 4')이 삽입되어 있는 자기 회기 경로 링(5a)이 폴 휠 하우징(11)에 끼워지고, 가열된 폴 휠 하우징(11)이 식으면서, 지지면(14)을 따라 함께 가압될 때, 서로 맞춰지는 힘에 의해 가압된다. 이에 관하여는 후술한다.

개별 영구 자석들(4, 4')이 조립과정에서 자기 복귀 경로 링(5a)에 가능한 한 서로 가깝게 배치되게 하기 위하여, 자기 회기 경로 링(5a)에는 슬롯(12a) 형태를 가지는 리테이닝 요소(retaining element, 12)가 제공된다. 리테이닝 요소(12)는 축 방향으로 연장된 홈으로 형성되고, 개별 영구 자석(4, 4')의 너비에 대응되도록 내부 원주면 전체에 균일하게 배치된다. 두 개의 T 형태의 단면을 가지며, 브라켓으로 작용하는 지지 요소(holding element, 6)는 홈 형태를 갖는 슬롯들(12a) 각각에 삽입된다. 이때, 하나의 개별 영구 자석(4 또는 4')은 두 개의 지지 요소들(6) 사이에 배치되고, 자기 복귀 경로 링(5a)의 안쪽에 배치되는 지지 요소들(6)에 의해 고정된다. 이 경우, 지지 요소(6)는 매우 작은 두께를 가지므로, 인접한 개별 영구 자석들(4, 4') 사이의 간격은 매우 좁다. 자기 복귀 경로 링(5a)는 개별 영구 자석들(4, 4')이 안쪽에 끼워졌을 때, 외부에서 어떤 자기력도 감지되지 않을 정도의 강도 또는 두께를 갖는다. 결과적으로, 외부에 작용하는 자기력은 존재하지 않는다. 바람직하게는, 가능한 한 높은 철 성분과, 적은 합금 성분을 갖는 철강 재료가 자기 복귀 경로 링(5a) 또는 금속 요소들(16)을 생산하는데 사용될 수 있다.

도 7에 도시된 내부에 리테이닝 요소들(12)이 끼워진 지지 요소들(6)에 의해 나타난 바와 같이, 리테이닝 요소들(12)은 6도 내지 20도의 각도를 가지고, 비스듬하게 기울어지게 정렬될 수 있다. 리테이닝 요소들(12)은 또한 레일 형태일 수도 있다.

자기 회기 경로 링(5a)과, 자기 요소들(3, 3')과, 개별 영구 자석들(4, 4')의 크기는, 짝수개의 자기 요소들(3, 3')이 자기 복귀 경로 링(5a)의 내주면을 따라 균일하게 배치되도록 서로 일치된다. 조립 과정은 가장 먼저 동일 극성 정렬을 갖는 자기 요소들(3)이 개별 지지 요소들(6) 사이의 자기 복귀 경로 링(5a) 안에 배치되고, 반대 방향으로 정렬된 극성을 갖는 자기 요소들(3')이 남아있는 중간 공간에 끼워짐으로써 수행된다. 이 과정 동안, 지지 요소들(6)은 개별 영구 자석들(4, 4') 사이에 분리되어 있는 벽들(walls)과 가이드 레일들을 형성한다. 서로 밀어내는 극성이 같은 방향으로 정렬되어 있는 경우나, 서로 끌어당기는 극성을 갖는 두 경우 모두에서, 각각의 개별 영구 자석(4, 4')은 안정적으로 삽입될 수 있고, 자기 복귀 경로 링(5a)의 축 방향으로 놓여진 두 개의 지지 요소들(6) 사이의 각각 정해진 위치로 가이드될 수 있다.

자기 복귀 경로 링(5a)은 얇은 벽들로 형성되고, 개별 층상 요소들(16)을 포함한다.

각각 개별 영구 자석들(4, 4')이 삽입되어있는 자기 복귀 경로 링(5a)을 포함하는 복수 개의 자기 링들(2, 2', 2a-2j, 2a', 2b', 2c')은, 요구되는 발전기의 전력 또는 이러한 방식에 적합한 폴 휠에 대응되도록 자기 휠(10)을 형성하기 위해 조립된다. 이러한 목적에 따라, 개별 자기 링들(2, 2', 2a'-2c', 2a-2j)은 요구되는 숫자의 자기 링들이 형성될 때까지, 자기 휠(10)의 축 방향을 따라 서로 측면으로 하나하나씩 놓여진다. 도 9에 도시된 자기 휠(10)이 구비된 폴 휠 하우징(11)의 경우, 11개의 자기 링들(2-2j)이 자기 휠(10)을 형성하기 위해 일렬로 배치된다. 개별 자기 링들이 자기 휠(10)을 형성하기 위해 조립된 위치에 있을 때, 같은 극성, 즉 개별 영구 자석들(4, 4')을 밀어내는 극성의 자기 요소들(3, 3')은 자기 휠(10)의 축 방향에 형성된 영역에 서로 배치된다. 상호 인접한 자기 링들(2, 2', 2a-2j, 2a'-2c')과 같은 극성을 가지고 서로 배치되어 있는 자기 요소들(3, 3')은 자기 휠(10)의 조립 과정에서, 축 방향에 척력 효과를 야기시킨다. 즉, 자기 링 축 또는 자기 휠 축에 평행한 방향으로 배치된다. 이 경우, 같은 극성 또는 같은 극성 정렬을 가지는 자기 요소들(3, 3')에 의한 자기력 때문에, 자기 링들은 스스로 안정적인 북-남 위치로 정렬되려고 하고, 따라서 반대 극성 정렬 상태가 되어, 자기 요소들(3, 3')을 끌어당길 때까지 서로 상대적으로 회전한다. 이를 방지하기 위하여, 자기 링들(2, 2', 2a'-2c', 2a-2j)는 자기 휠(10)을 형성하기 위해 조립되는 동안 가이드되어야 하고, 서로에 대하여 상대적인 위치를 유지하여야 한다. 이를 위해, 복수 개의 가이드 홀들(7)이 각 자기 링의 자기 복귀 경로 링(5a)의 양쪽 면들(8a, 8b) 각각의 원주를 따라 균일하게 형성된다. 가이드 홀들(7)은 양쪽 면들(8a, 8b)의 원주를 따라 규칙적인, 또는 불규칙적인 각도 간격으로 형성된다. 중요한 요소는 설치된 상태에서 서로 인접하게 정렬되는 자기 링들(2)에 형성된 가이드 홀들(7)이 정렬되거나, 서로 대응되도록 정렬하는 것이다. 즉, 각각의 자기 링들이 조립된 상태로 있을 때, 가이드 홀들(7)은 가이드 부재(9)에 의해 연결되도록 정렬되거나, 서로에 대하여 오프셋을 가진다. 자기 휠(10)의 조립 과정에서, 로드(rod)나 바(bar) 형태를 가지는 가이드 부재(9)의 제1 가이드부(9a)은 각각의 가이드 홀(7)에 끼워진다. 또한, 가이드 홀(7)은 막힌 구멍(blind hole)일 수도 있다. 가이드 부재(9)의 제2 가이드부(9b)은 자기 링에 있는 가이드 홀(7)로부터 돌출되어, 다른 자기 링을 가이드 하는데 사용된다. 따라서, 각각의 자기 링이 적층될 수 있다. 이를 위해, 제2 가이드부(9b)는 자기 링이 적층되도록 가이드 홀(7)에 대응되어 끼워진다. 예를 들어, 자기 링(2a)은 다른 자기 링(2) 위에 적층되기 위해, 정렬된 위치에서 두 자기 링(2, 2') 사이에 발생되는 자기력에 의한 상호 회전 없이 자기 링(2)을 가압할 수 있다. 따라서, 서로 인접한 자기 링들, 예를 들면 두 자기 링들(2, 2')은 층을 형성할 수 있고, 가이드 부재(9)에 의해 서로에 대하여 정렬될 수 있다.

이 경우, 서로 인접한 자기 링들(2, 2', 2a'-2c', 2a-2j)은 일체형 결합에 의해 서로 대응되는 쪽의 면(8a, 8b)에 부착된다. 이러한 면들(8a, 8b)은 자기 복귀 경로 링(5a)과 개별 영구 자석들(4, 4')의 측면 표면들로 구성된다. 이를 위해, 각각의 자기 링들이 적층되기 전에, 자기 링 중 적어도 하나의 서로 인접한 측면(8a, 8b)은 혐기성 경화 접착제로 코팅한다. 이러한 접착은 그것과 인접한 자기 링(2, 2') 사이에 일체형 결합 부분을 형성한다. 접착제는 산소 없이 경화되는 단일 성분의 접착제 형태인 혐기성 경화 접착제이다. 접착제에 포함된 경화 성분은 그것이 공기 중의 산소와 만나는 동안은 불활성 상태로 있게 된다. 접착제가 산소와 격리되는 순간, 서로 적층되어 있고, 측면(8a, 8b)이 서로 맞닿아 있는 두 자기 링은 서로 가압한다. 특히, 금속 결합이 있는 경우에는 경과 과정이 매우 빨리 일어난다. 접합 부분에 있는 매우 작은 틈이 있더라도, 액체 접착제의 모세관 효과에 의해 채워진다. 경화된 접착제는 연결되어 있는 서로 인접한 자기 링의 측면 표면(8a, 8b)의 표면 거칠기에 따라 함몰된 영역에 고정된다. 접착제의 경화 과정은 금속 표면들이 촉매로 작용하므로, 서로 인접한 금속 링들의 두 측면 표면(8a, 8b)의 금속 표면들의 접촉에 의해 개시된다.

자기 링들의 측면 표면(8a, 8b)이 접착 작용에 잘 일어나지 않는 수동형(passive) 물질인 비금속 물질과 구성된 경우에는, 서로 연결되어 있는 자기 링들의 서로 인접하게 배열된 두 측면 표면(8a, 8b) 중 적어도 하나의 면에 혐기성 경화 접착제를 코팅하기 전에, 액티베이터를 첨가할 수 있다. 이와 같은 페시브(passive) 물질은 작은 촉매 효과만 가지거나 촉매 효과가 없어서 혐기성 접착제의 경화을 위해 액티베이터를 사용하는 것이 바람직하다. 액티베이터의 사용은 크롬과 스테인리스 스틸과 같이 높은 수동적(passive) 특성을 가지는 금속을 사용할 때 접착이 잘 안되는 것을 방지하기 위해 또한 사용된다. 이러한 타입의 접착제 결합은 부식성 물질에 연결되는 부위를 추가적으로 밀봉한다. 또한, 이와 같은 혐기성 경화 접착제는 기계적인 진동과 동적인 피로하중에 높은 저항력을 가진다.

액티베이터가 포함되거나 포함되지 않은 호기성 경화 접착제의 사용은 각각의 자기 링 사이의 연결 부분에서 일어나는 경화 과정이 두 자기 링들이 접촉된 후에만 개시될 수 있게 보장해준다.

상술한 실시예에서는, 각각의 자기 링(2, 2', 2a-2j, 2a'-2c')의 측면(8a, 8b)에 형성되어 있는 가이드 홀들(7)이 자기 링의 원주를 따라 배치되어 있는 자기 요소(3, 3')에 대하여, 모든 자기 링들에서 같은 원주 위치에 형성되어 있다. 이에 의해, 한 줄에 일렬로 동일 극성 정렬된 자기 요소들(3, 3')을 구비하는 복수 개의 자기 링의 적층에 의해 형성된 자기 휠(10)이 자기 링 축, 자석 축 또는 자기 시스템 축에 대하여 평행하게 배치되는 결과를 야기한다. 결과적으로, 결합 부재들(6)은, 도 9에 도시된 것과 같이, 자기 시스템(1)을 위해 11개의 자기 링들(2-2j)로 구성된 자기 휠(10)에 서로 인접하게 배치된 하나의 개별 영구 자석(4 또는 4')으로부터 다른 개별 영구 자석(4 또는 4')을 연결하는 종방향의 축에 평행하고, 직선으로 연장된 선에 형성된다.

자기 휠 축에 대하여 기울어지게 배치된 3차원적 곡선을 갖는 자기 요소들(3, 3')을 구비하는 자기 휠 시스템(10)을 제공하기 위해, 도 7에 개략적으로 도시된 바와 같이, 각각의 자기 링들의 원주 방향에 배치된 각각의 가이드 부재(9)의 제2 가이드부(9b)이 제1 가이드부(9a)에 대하여 측면으로 오프셋되게 형성되어 있는 제2 실시예가 제공된다. 도 4는 하나의 가이드 부재(9)를 도시한다. 이 경우, 자기 휠(10)이 조립된 위치에 있을 때, 개별 자기 링들에 배치된 자기 요소들(3, 3') 및/또는 개별 영구 자석들(4, 4')이 자기 링 축 방향에 대하여 하나의 자기 링과 다른 자기 링이 서로에 대하여 오프셋을 갖게 배치되도록, 가이드 부재(9)의 제1 가이드부(9a)과 제2 가이드부(9b) 사이의 오프셋이 설계된다. 이 경우, 자기 휠(10)이 조립된 위치에 있을 때, 서로 연관되어 있고, 개별 자기 링들이 동일 극성 정렬을 갖는 자기 요소들(3, 3')이 자기 링 축 방향을 따라 계단 형태로 오프셋을 갖게 배치되도록, 각각의 가이드 부재(9)의 제1 가이드부(9a)과 제2 가이드부(9b) 사이의 오프셋이 설계될 수 있다. 지지 요소(6)에 의해 개별 영구 자석들(4, 4') 사이에 형성된 분리된 선이 평행한지, 자기 휠 축 또는 자기 링 축에 대하여 6도 내지 20도 기울어져 있는지 여부는, 리테이닝 요소들(12)의 정렬에 의해 결정된다. 자기 링들의 원주 방향을 따라 배치된 가이드 부재(9)의 제1 가이드부(9a)와 제2 가이드부(9b) 사이의 오프셋은 이러한 경우에 하나의 각 자기 요소(3)의 원형 영역보다 상대적으로 작을 수 있다. 그러나, 개별 영구 자석들(4, 4')의 적절한 기하학적 배치를 위하여, 홈 형태를 가지는 슬롯들(12)이 개별 영구 자석들(4, 4')의 기울어지게 정렬된 배치에 대응되도록 비스듬하게 기울어지게 배치되는 것도 가능하다.

자기 시스템 축에 대해 비스듬하게 연장되는 3차원적 곡선의 측부 모서리들/측면들을 포함하는 자기 요소(3, 3')의 자기 휠(10)은, 가이드 요소(9)의 제1,2 가이드부(9a, 9b)의 오프셋 없이 로드의 형태의 가이드 요소(9)와 함께 제공될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 각각의 자기 링의 상호 관련된 측면(8a, 8b)에 형성된 가이드 홀(7)은, 각각의 경우에 자기 링들의 둘레를 따라 배열된, 다시 말해서 두 개의 측면(8a, 8b) 각각의 고정 요소(12)에 따라 서로 다른 상대적 위치를 갖는 자기 요소(3)에 대하여 오프셋(offset)된다. 인접한 자석링의 서로 마주보는 측면(8a, 8b)의 가이드 홀(7) 간의 오프셋은 자기 휠(10)이 조립된 위치에 구비될 때, 어느 하나의 자기 링으로부터 다른 자기 링에 이르기까지 동일한 극성 배열의 자기 요소(3, 3')가 축방향으로 자기 링의 축에 대하여 약 6°~ 20°의 각도로 기본적으로 기울어져 연장되도록 재 설계될 수 있다. 그러나, 또는, 자기 휠(10)이 조립된 위치에 구비될 때, 어느 하나의 자기 링으로부터 다른 자기 링에 이르기까지 동일한 극성 배열의 자기 요소(3, 3')가 축 방향으로 자기 링의 축에 대하여 계단 모양으로 오프셋 배열될 수 있도록 각각의 인접한 자기 링의 가이드 홀(7) 간의 오프셋이 재 설계될 수 있다. 자기 링의 원주 방향으로 인접한 자기 링의 가이드 홀(7) 간의 오프셋은 각각의 자기 요소의 원형부보다 현저하게 작을 수 있다.

따라서, 전체적으로, 자기 휠(10)을 형성하기 위해 조립되는 자기 링에 대하여, 개별 영구 자석(4, 4')의 정렬, 및 단일의 자기 링과 어느 하나의 자기 링으로부터 다른 자석링까지의 정렬에서 자기 요소(3 3')의 정렬을 위해서는 다양한 설계 옵션들이 있다. 개별 영구 자석(4, 4')을 각각의 지지대(5) 상에서 환형의 지지대(5)에 대해 직각으로 또는 자기 링 축에 평행하도록 정렬하기 위하여, 고정 요소(12)를 적절하게 정렬할 수 있으며, 따라서 지지 요소(6)가 그들 사이에서 지지되면서 가이드될 수 있다. 그 후, 직사각형, 직육면체의 개별 영구 자석(4, 4')은 두개의 지지 요소(6) 사이로 일 측에서부터 삽입될 수 있다. 만약 개별 자기 요소(4, 4')를 지지대(5) 상에서 비스듬하게 기울어지도록 정렬하려고 한다면, 이와 같은 과정은 지지대(5)의 고정 요소(12)를 형성 및 정렬하고, 그들 사이에 또는 그들 상에 지지 요소(6)을 자기 링의 축 또는 자기 링의 중심점을 통해 구동하는 자기 휠 축에 대하여 약 6°~ 20°가 되도록 차례대로 형성 및 정렬함으로써 이루어질 수 있다. 그 후, 평면도에서 평행사변형의 형태로 보여지는, 직육면체의 개별 영구 자석(4, 4')은 두개의 지지 요소(6) 사이에 배치될 수 있다. 서로 안착된 자기 링의 경우에, 어느 하나의 자기 링으로부터 다른 자기 링에 이르기까지 서로에 대한 개별 영구 자석(4, 4')의 상대적인 위치는 상대적인 측면(8a, 8b)의 가이드 홀(7)의 대응되는 실시예 및 가이드 요소(9)의 배치에 의해 다양한 형태로 고정될 수 있다. 그러므로, 개별 영구 자석(4, 4') 각각은 하나의 자기 링으로부터 다른 자석링에 이르기까지 서로에 대하여 오프셋되어 배치될 수 있으며, 비슷하게 지지 요소(6)은 어느 하나의 자기 링으로부터 다른 자기 링에 이르기까지 단차를 이룬 오프셋을 구비할 수 있다. 그러나, 지지 요소(6)가 일렬로 배열되어 자기 휠(10)에 약 6°~ 20°의 각도로 비스듬하게 경사지거나 자기 휠 중심점을 관통하는 자기 휠 축에 평행한 직선의 연속적인 선을 형성하도록, 개별 영구 자석(4, 4')을 서로에 대하여 일렬이 되게 배열할 수 있다.

상기의 실시예들은 외측 로테이터(external rotator)의 자기 시스템(1)에 대하여 설명되고 있으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 특징들을 간단한 수정을 통해 내측 로테이터(internal rotator), 특히 풍력 에너지 시설의 발전기의 내측 로테이터로 전환할 수 있으며, 이 경우 자기 복귀 경로 링(magnetic return-path ring)은 더 이상 외주를 차단(screen)하지 않고, 자기 링의 내주를 차단하며, 이와 같은 목적을 위해 각각의 자석링의 내주에 기본적으로 형성된다.

장치의 슬롯형 전기자와 함께 발생하는 자극 민감도(magnetic pole sensitivity)를 증가시키기 위해, 라미네이트된 전기자 코어는 상기 슬롯들이 중심 축에 대하여 비스듬하게 구동하도록 라미네이트 되어야 한다. 이는 머신의 활용을 최대화하기 위해 요구되는 직육면체 코일로 구성된 권선(windings)의 활용을 어렵게 한다. 그러나, 비편향된(non-skewed) 전기자가 사용되도록 하기 위해, 자기 시스템(1) 또는 자기 휠(10)은 경사져야 하며, 이는 단순한 직육면체의 자기 요소(3, 3')를 사용하는 경우에 불가능하다. 그러나, 동일한 효과는 단절 또는 단계적인 가이드 요소들, 또는 일직선의 가이드 요소(9) 대신에 도 4에 도시된 바와 같은 오프셋 가이드부(9a, 9b)를 구비하는 가이드 요소들을 이용함으로써 달성할 수 있다. 이는 도 7에 개략적으로 도시된, 전기적으로 스큐잉(skewing)과 동등한 단차형으로 오프셋(offset)된 자기 링(2', 2a'-2c')을 구비하는 자기 시스템(10)을 야기한다.

전체적으로, 본 발명은 폴 휠(13)을 구비하며, 교대 극성의 복수의 자화된 자기 요소(3, 3')를 구비하는 개별 자기 링(2, 2', 2a, 2b,2c, 2d, 2e, 2f, 2g, 2j, 2a'-2c)로 형성된 자기 휠(10)을 포함하는 외측 로테이터 타입의 자기 시스템(1)을 제공한다. 자기 휠은 풍력 에너지 시설에서 발전기에 사용될 수 있다.

상술한 자기 시스템은 그 자체로 알려진 장치들과 유사할 수 있으나, 이와 같은 자기 시스템은 이 경우에도 성공적으로 사용될 수 있고, 풍력 에너지 시설의 고부하 구성요소의 분야에도 사용될 수 있는 점에서 특별히 중요하다.

따라서, 자기 휠(10)이 삽입되는 폴 휠 하우징(11)을 포함하는 자기 시스템(1)은, 접착 수단에 의해 연결됨으로써 서로 전기적으로 절연될 수 있고, 코어를 형성하고 외부 차단(external screening) 및 힘의 자력선의 안내를 위한 박벽의 자기 복귀 경로 링(thin-walled magnetic return-path ring, 5a)을 형성하기 위해 자기 휠(10)의 축방향 전체 길이에 대응하도록 스택된 개별 자기 링들을 포함한다. 상기 코어는 바람직하게는 자기적으로 부하가 걸리지 않은 구간(magnetically unloaded zone)에 용접된 가이드 요소(9) 또는 스트럿(struts) 또는 홀더에 의해 기계적 강성도 구비할 수 있다.

복수의 자기 링들을 포함하는 환형의 자기 휠(10)은, 자기 휠(10)이 폴 휠 하우징(11)의 내면에 맞도록, 폴 휠(13)의 제작시에 도 6에 도시된 폴 휠 하우징(11)에 연결된다. 무게를 줄이기 위하여 폴 휠 하우징(11)은 비자성체로 구성될 수 있다. 리테이닝 표면(14)은 폴 휠 하우징(11)의 내주에 형성된다. 예를 들어, 리테이닝 표면(14)은 자기 휠(10)의 기하학적 차원에 맞게, 폴 휠 하우징(11)에 연결되도록 최소로 눌려지거나 또는 오목하게 될 수 있다.

폴 휠을 생산하기 위해, 제1 단계에서, 폴 휠 하우징(11) 및 자기 휠(10)을 연결될 수 있게 폴 휠 하우징(11)은 약간 가열된다. 폴 휠 하우징(11)은 폴 휠 하우징(11)의 내부 직경, 특히 리테이닝 표면(14)의 직경이 자기 휠(10)의 외부 직경보다 큰 직경으로 팽창하는 온도로 가열된다.

폴 휠 하우징(11)의 가열 이후 단계에서, 자기 휠(10)은 폴 휠 하우징(11)의 내주면에 형성된 리테이닝 표면(14) 상에 또는 리테이닝 표면(14) 안에 배열된다.

이 후 단계에서, 폴 휠 하우징(11)은 냉각되고, 또는 폴 휠 하우징은 폴 휠 하우징(11)이 자기 휠(11) 상으로 수축하도록 냉각될 수 있다. 수축 과정(shrinking process)은 서로에 대하여 정밀하게 체결되도록 제조되지 않은 두개의 부분에 대한 열 팽창 원리에 기초한다. 약간 작게 제작된 폴 휠 하우징(11)과 약간 크게 제작된 자기 휠(10)의 두 개의 부분은 상온에서, 다시 말해 일반적으로 실온 또는 주위 온도에서는 서로에 대하여 연결되지 않는다. 각각 가열된 아이템들은 열에 의해 팽창하고, 그 후 냉각될 때 다시 수축한다. 냉각됨에 따라, 폴 휠 하우징(11)은 수축하고, 자기 휠(10) 상으로 압박을 가한다. 일 예로서, 폴 휠 하우징(11)은 주위 온도 환경에서 냉각될 수 있다.

방법의 일 단계에서, 자기 휠(10)의 외주면은, 즉 자기 복귀 경로 링(5a)의 외면은, 접착제(15)로 코팅되어 있다. 또는, 폴 휠 하우징(11)의 리테이닝 표면(14)도 접착제로 코팅될 수 있다. 뿐만 아니라, 자기 휠(10) 및 폴 휠 하우징(11)의 리테이닝 표면(14)의 외주면 모두에도 접착 물질로 코팅하는 것이 가능하다. 자기 휠(10) 또는 폴 휠 하우징(11)의 리테이닝 표면(14)의 외주면의 코팅, 또는 이들 모두의 외주면들의 코팅은 이와 같은 두가지 구성요소들을 연결하는 과정을 수행하는 동안에 다양한 때에 수행될 수 있다. 예를 들어, 코팅은 폴 휠 하우징(11)의 가열 이전에, 자기 휠(10)의 배열 이전에, 또는 폴 휠 하우징(11)이 냉각되기 이전에 수행될 수 있다.

코팅 과정 동안 사용되는 접착제는 산소가 차단된 채 실온에서 경화되는 단일 성분의 접착제 형태의 혐기성 경화 접착제(anaerobically curing adhesive)와 같은 것이다. 액상의 접착제에 함유된 경화 성분은 공기 중 산소와 접촉하는 한 불활성 상태로 남아 있다. 접착제(15)가 산소와 차단되자마자, 폴 휠 하우징(11)이 자기 휠(10) 상에 결합 또는 수축하는 동안에, 특히 메탈 콘택이 일어나는 것과 동시에 경화 과정은 매우 빠르게 일어난다. 결합 영역의 매우 작은 간극은 액상의 접착제(15)의 모세관 현상에 의해 채워진다. 이 후, 경화된 접착제는 연결되는 부분의 거친 부분의 오목부에 고정된다. 경화 과정은 폴 휠 하우징(11)과 자기 휠(10)의 메탈 면과 접착제(15)가 접촉하면서 개시되고, 이들 메탈 면이 촉매역할을 한 결과 금속성의 물질이 서로에 대하여 끈끈하게 본딩될 수 있다.

폴 휠 하우징(11)이 비금속성 물질, 다시 말해서 접착 본딩 과정의 초기에 부동 물질(passive material)로 구성된 경우에, 혐기성 경화 접착제(15)를 코팅하기 전에 액티베이터가 폴 휠 하우징(11)의 리테이닝 표면(14)에 적용될 수 있다. 자기 휠(10)의 외주면은 비금속성 물질의 층을 포함하고, 그 후 이 면은 액티베이터로 코팅될 수도 있다. 부동 물질들이 약간의 촉매 역할만을 구비하거나 촉매 역할이 전혀 없으므로 액티베이터의 적용이 권장되고, 이는 혐기성 접착제의 경화에 요구된다. 액티베이터의 사용은 크롬(Chromium) 및 스테인레스 스틸과 같은 높은 부동성(high passive characteristics)의 금속의 경우에 부적절한 접착 결합을 방지하기 위해 사용이 권장될 수 있다. 이러한 형태의 접착 결합은 추가적으로 폴 휠 하우징(11)과 자기 휠(10)의 연결 지점을 부식성 매체로부터 밀봉한다. 뿐만 아니라, 이와 같은 혐기성 경화 접착제(15)는 기계적 진동에 대한 매우 우수한 저항성 및 역학적 피로에 대한 저항성을 구비한다.

액티베이터가 사용되거나 사용되지 않는 것에 무관하게, 방법은 자기 휠(10)의 배열 이전에, 자기 휠(10)의 외주면, 다시 말해 자기 복귀 경로 링(5a)의 외면 또는 폴 휠 하우징(11)의 리테이닝 표면(14)이 샌드블라스팅 또는 쇼트블라스팅에 의해 거칠기를 가지는 추가적인 단계를 포함할 수 있다. 그러나, 샌드블라스팅 또는 쇼트블라스팅에 의해 두개의 면이 모두 거칠기를 가질 수도 있다. 이 공정은 접착제(15)의 접착력, 및 폴 휠 하우징(11)과 자기 복귀 경로 링(5a)으로 부터 형성된 메탈 휠 사이의 결합의 부하 능력을 향상시킨다.

결과적으로, 상술한 방법은 접착 공정 및 폴리 휠 하우징(11)의 냉각과 같은 프레싱 공정의 결합이며, 이들 공정은 폴 휠 하우징(11)과 자기 휠(10) 사이의 연결을 위해서 효과를 결합적이면서 동시적으로 발휘한다. 폴 휠 하우징(11)이 냉각됨에 따라, 폴 휠 하우징(11)은 일체형 결합(integral joint)으로 야기된 접착 연결을 통해 힘 체결(force fit)의 형태로 약간 압력을 가하면서 자기 휠(120)을 둘러싼다. 이 경우, 측부 모서리에 오목한 형태의 리테이닝 표면(14)은 체결 요소로서 작용할 수 있다. 또 다른 경우에, 리테이닝 표면(14)는 자기 휠(10)의 외주면과 폴 휠 하우징(11)의 리테이닝 표면(14) 사이에 위치한 접착제(15)가 산소와 접촉하는 것을 방지하여, 그 결과로서 접착제(15)는 경화될 수 있게 되어 일체형 연결부의 형태로 고강도의 연결부가 나타나게 된다. 폴 휠 하우징(11)의 냉각과 그와 연관된 자기 휠(10)의 포위하는 것은 자기 휠(10)의 개별 자기 요소(3, 3')와 개별 영구 자석(4, 4')이 서로에 대하여 및/또는 지지 요소(6)에 대하여 가압되는 것을 야기한다. 지지대(5)의 개별 금속 요소(16)은 서로에 대하여 압력을 가하거나 힘을 가할 수 있다. 그러므로, 이와 같은 모든 요소들은 적절하다면 추가적으로 힘 체결(force fit)과 같은 그들 사이의 결합을 형성할 수 있다. 폴 휠 하우징(11)이 냉각되고 자기 휠(10) 상에 수축될 때, 이것은 폴 휠 하우징(11)과 자기 휠(10) 사이의 일체적 결합, 및 자기 휠(10)의 개별 자기 요소(3, 3') 또는 개별 영구 자석(4,4') 사이 또는 이들 요소들과 그들 상에 받쳐진 각각의 지지 요소(6)에 적어도 힘 체결을 형성할 수 있다. 따라서, 폴 휠 하우징(11)과 함께 자기 시스템(1)을 형성한다.

재정적 이유로 과도한 접착제(15)의 사용을 피하기 위해, 자기 휠(10)과 폴 휠 하우징(11) 사이에 형성된 결합으로부터 드러나는 접착제(15)를 흡입한 후 재사용할 수 있다.

그러므로, 전체적으로, 상술한 내용은, 폴 휠 하우징(11)과 자기 휠(10) 사이, 및 개별적 자기 요소(3, 3') 및/또는 개별 영구 자석(4, 4')과 자기 휠(10)의 지지 요소(6) 사이의 일체적이고 압력-맞춤 연결을 구비하는 "수축-접착 결합"에 의한 외측 로테이터 타입의 폴 휠(13)의 제조 방법을 제공한다. "수축-접착 결합"은 사실상 그들 사이의 분리가 불가능하도록 서로에 대하여 연결된 구성 요소들을 통해 전단력과 그에 따르는 휨 모멘트에 대하여 상당한 개선을 야기한다.

본 방법에 의해 제조되고, 교대 극성의 복수의 자화된 자기 요소(3, 3')를 을 구비하는 자기 휠(10) 및 폴 휠 하우징(11)을 구비하는 외측 로테이터 타입의 폴 휠(13)은 풍력 에너지 시설의 발전기로 사용될 수 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

1: 자기 시스템 2: 자기 링
4: 영구 자석 5: 지지체
6: 지지 요소 7: 가이드 홀
9: 가이드 요소 10: 자기 휠

Claims

특히 풍력 에너지 장치 또는 풍력 발전 장치를 위한 멀티 폴 발전기의 자기 시스템(1)에 있어서,
상기 자기 시스템은 지지체(5)를 구비하는 자기 링(2, 2', 2a-2j, 2a'-2c')을 구비하며, 상기 지지체상의 외측 원주방향 또는 내측 원주방향의 개별 영구 자석(4, 4')은 규칙적으로 극성이 정렬된 하나 이상의 행으로 배열되며,
상기 지지체(5)의 외측 원주방향 또는 내측 원주방향 표면은 리테이닝 요소(12)를 구비하며, 각각의 리테이닝 요소에서 브라켓 형상 지지 요소(6)는 2개의 지지 요소로 배열되어, 서로 일정 거리에서 각각의 경우에 2개의 지지 요소 사이에서 상기 지지체(5)상의 개별 영구 자석(4, 4')을 견고하게 지지 및/또는 고정하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 자기 시스템(1).
제 1 항에 있어서,
각각의 지지 요소(6)는 인접한 개별 영구 자석(4, 4')을 서로 기계적으로 분리하고 영구 자석이 서로 직접적으로 안착되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 자기 시스템(1).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
인접한 지지 요소(6)는 일정 거리에 배치되고, 개별 영구 자석(4, 4')은 하나의 개별 영구 자석(4, 4')이 지지체의 축방향에서 인접한 지지 요소(6)들 사이에 형성된 중간 공간으로 측부에서 각각의 경우에 삽입될 수 있도록 설계되는 것을 특징으로 하는 자기 시스템(1).
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
동일한 극성으로 정렬되고 서로에 대하여 나란하게 배치된 다수의 개별 영구 자석(4, 4')이 각각 자석 요소(3, 3')을 형성하는 것을 특징으로 하는 자기 시스템(1).
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지체(5)는 자석 복귀-경로 링(5a)을 형성하는 것을 특징으로 하는 자기 시스템(1).
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 개별 영구 자석(4, 4')은 희토류 금속으로 제조되는 것을 특징으로 하는 자기 시스템(1).
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 리테이닝 요소(12)는 특히 6°내지 20°의 각도로 경사지게 연장되는 것을 특징으로 하는 자기 시스템(1).
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
다수의 자기 링(2, 2', 2a-2j, 2a'-2c')은 측부에서 축방향으로 서로 결합되고 동축방향으로 서로 안착되어 자기 휠(10)을 형성하는 것을 특징으로 하는 자기 시스템(1).
제 8 항에 있어서,
특히 각각의 2개의 측부 표면(8a, 8b)에서 그리고 원주를 따라 규칙적이거나 불규칙적인 각도 간격으로 지지체(5) 또는 지지 요소(6)는 가이드 홀(7) 또는 가이드 보어를 구비하며 각각의 가이드 보어 내부로 가이드 요소(9)의 제 1 가이드부(9a)가 삽입되고, 각각의 가이드 요소(9)의 제 2 가이드부(9b)는 대응하는 가이드 홀(7)에 삽입되거나 인접한 자기 링(2', 2a'-2b, 2a-2j)의 가이드 보어에 삽입되는 것을 특징으로 하는 자기 시스템(1).
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
인접한 자기 링(2, 2', 2a'-2c', 2a-2j)은 서로 안착되어 있는 그 측부 표면(8a, 8b)상에서 일체형 연결부에 의해 서로 연결되며, 상기 일체형 연결부는 상호 인접한 자기 링(2, 2', 2a'-2c', 2a-2j)이 서로 가압될 때 혐기 응고 접착부로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 시스템(1).
제 10 항에 있어서,
상기 일체형 연결부는 인접한 자기 링(2, 2', 2ㅁ'-2c', 2a-2j)이 서로 가압될 때 혐기 응고 접착부 및 액티베이터로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 시스템(1).
제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
모든 자기 링(2, 2', 2a'-2c', 2a-2j)에서의 상기 가이드 홀(7) 또는 가이드 보어, 지지체(5) 또는 자석 복귀-경로 링(5a)은 원주를 따라 배치되는 자석 요소(3, 3') 및/또는 개별 영구 자석(4, 4')에 대하여 동일한 원주방향 위치 또는 각도 위치에서 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 시스템(1).
제 9 항에 있어서,
상기 가이드 요소(9)의 제 2 가이드부(9b)는 상기 제 1 가이드부(9a)에 대하여 측방향으로 오프셋되는 것을 특징으로 하는 자기 시스템(1).
제 9 항 또는 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 가이드부(9a) 및 제 2 가이드부(9b) 사이에 오프셋부가 설계되어, 상기 자기 휠(10)이 조립된 위치에 있을 때 동일한 극성 정렬로된 자석 요소(3, 3') 및/또는 개별 영구 자석(4, 4')은 실질적으로 경사지게 연장되거나 상기 자기 링(2, 2', 2a'-2c', 2a-2j)에 대하여 자기 링(2)의 축방향에서 자기 휠에 대하여 6°내지 20°의 각도로 계단 형태로 오프셋되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 자기 시스템(1).
제 14 항에 있어서,
상기 가이드 요소(9)의 제 1 가이드부(9a) 및 제 2 가이드부(9b) 사이의 측방향 오프셋은 각각의 경우에 자석 요소(3, 3')에 의해 덮혀지는 원형 링 구간보다 현저하게 작은 것을 특징으로 하는 자기 시스템(1).
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자기 휠(10)은 서로 층을 이루어 형성되고 상기 가이드 요소(9)에 의해 서로에 대하여 정렬되는 다수의 자기 링(2, 2', 2a'-2c', 2a-2j)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 시스템(1).
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자기 휠(10)은 수축-접착 결합에 의해 원주방향 리테이닝 표면(14)을 따라 가압 체결 방식으로 및/또는 일체로 폴 휠 하우징(11:pole wheel housing)에 연결되는 것을 특징으로 하는 자기 시스템(1).