KR20120130616A

KR20120130616A - 발전기 및 이를 이용한 풍력발전 시스템

Info

Publication number: KR20120130616A
Application number: KR1020110048692A
Authority: KR
Inventors: 송성호; 박준형
Original assignee: 주식회사 디엠에스
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2012-12-03
Also published as: KR101380961B1

Abstract

본 발명은 발전효율을 높일 수 있는 발전기와, 상기 발전기를 안정적으로 지지할 수 있는 풍력발전 시스템에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 외력에 의하여 회전하는 제1 회전자와 상기 제1 회전자의 내측 공간상에서 고정되어 있는 제1 고정자를 갖는 제1 발전유닛, 상기 제1 회전자의 회전에 연동되어 회전하는 제2 회전자와 상기 제2 회전자의 내측 공간상에 고정되어 있는 제2 고정자를 갖는 제2 발전유닛, 일측은 상기 제1 고정자의 중심부를 관통하여 상기 제1 회전자와 결합되고, 타측은 상기 제2 고정자의 중심부를 관통하여 상기 제2 회전자와 결합되는 회전축유닛, 그리고 상기 회전축유닛을 지지함과 동시에 일측은 상기 제1 고정자와 결합되고, 타측은 상기 제2 고정자와 결합되면서 외부 구조물에 고정되는 메인 프레임유닛을 포함하는 발전기 및 이를 이용한 풍력발전 시스템을 제공한다.

Description

발전기 및 이를 이용한 풍력발전 시스템{Generator and Wind power generating system}

본 발명은 발전기 및 이를 이용한 풍력발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 발전효율을 높일 수 있고, 구조적으로 안정적인 풍력발전 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전 시스템은 다양한 형태의 풍차(風車)를 이용하여 바람 에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 상기 기계적 에너지로 발전기를 구동하여 전력을 얻어내는 시스템을 의미한다. 오늘날 풍력은 자연상태의 무공해 에너지원으로서 경제성이 높은 대체에너지원 중의 하나에 해당한다.

최근에는 상기 풍력발전 시스템에 사용되는 발전기의 용량이 급속하게 증가함에 따라 상기 발전기의 외형도 역시 증대되고 있는 추세이다. 예를 들어, 2MW 급의 전력을 생산하기 위해서는 상기 발전기의 직경이 4~5m에 달하고, 5~6 MW 급의 전력을 생산하기 위해서는 상기 발전기의 직경이 10m를 넘어서고 있다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 종래의 풍력발전 시스템에 대하여 설명한다.

종래의 풍력발전 시스템은 바람에 의하여 회전되는 블레이드(1), 상기 블레이드(1)와 함께 회전하는 허브(4), 상기 허브(4)와 결합되는 너셀(Nacelle)(2), 상기 너셀(2)을 지지하는 타워(3), 전력선 또는 축전기를 포함한다.

상기 너셀(2)은 발전기(2a), 상기 발전기(2a)를 지지하는 지지프레임(2a), 상기 타워(3)과 연결되는 부분에 배치되는 요잉부(미도시), 상기 발전기(2a)를 냉각시키기 위한 냉각부(미도시), 제어부(미도시) 등을 포함한다.

상기 블레이드(1)가 바람에 의하여 회전하게 되면, 상기 블레이드(1)의 회전력이 상기 발전기(2a)에 전달되면서 전기를 생산하게 된다.

그러나, 종래의 풍력발전 시스템은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 종래의 풍력발전 시스템은 하나의 발전기(2a)를 사용함으로써 발전용량에 한계가 있기 때문에 발전용량의 증가추세를 충족시킬 수 없는 문제가 있다.

둘째, 대용량의 발전용량을 충족시키기 위해서는 발전기(2a)의 외형이 커지게 되고, 상기 발전기(2a)의 외형이 대형화됨에 따라 구조적으로 안정하지 못한 문제가 발생하게 된다. 특히, 직접구동형의 경우에는 상기 발전기(2a)가 지지프레임(2b)의 앞단에 설치되고, 상기 지지프레임(2b)의 하부에 상기 타워(3)가 배치되기 때문에 상기 너셀(2)의 전체 무게중심이 상기 타워(3)의 중심축에서 벗어나게 되어 상기 타워(3)에 상당한 양의 모멘트가 작용하게 되는 문제가 발생하게 된다.

셋째, 작업자의 유지/보수 작업 중에 상기 제어부의 오류로 인하여 상기 발전기(2a)의 회전축이 회전하는 경우가 발생하게 되면 작업자가 위험한 상황에 노출될 수 있는 문제가 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 발전효율을 높일 수 있는 발전기 및 이를 이용한 풍력발전 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는 타워유닛에 작용하는 하중을 분산시켜 구조적으로 안정적인 풍력발전 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 과제는 발전기의 유지 및 보수 작업시 작업자의 작업효율성과 안정성을 높일 수 있는 풍력발전 시스템을 제공하는 것이다.

상술한 해결과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 외력에 의하여 회전하는 제1 회전자와 상기 제1 회전자의 내측 공간상에서 고정되어 있는 제1 고정자를 갖는 제1 발전유닛, 상기 제1 회전자의 회전에 연동되어 회전하는 제2 회전자와 상기 제2 회전자의 내측 공간상에 고정되어 있는 제2 고정자를 갖는 제2 발전유닛, 일측은 상기 제1 고정자의 중심부를 관통하여 상기 제1 회전자와 결합되고, 타측은 상기 제2 고정자의 중심부를 관통하여 상기 제2 회전자와 결합되는 회전축유닛, 그리고 상기 회전축유닛을 지지함과 동시에 일측은 상기 제1 고정자와 결합되고, 타측은 상기 제2 고정자와 결합되면서 외부 구조물에 고정되는 메인 프레임유닛을 포함하는 발전기를 제공한다.

상기 메인 프레임유닛은 상기 회전축유닛의 회전축이 관통하는 상부프레임과, 상기 상부프레임의 하부로 연장형성되어 상기 상부프레임에 가해지는 하중을 분산시키는 하부프레임을 포함할 수 있다.

상기 상부프레임은 상기 회전축이 관통하는 중공축과, 상기 중공축의 일측단에서 상기 제1 고정자와 상기 중공축을 결합하는 제1 고정자 결합부와, 상기 중공축의 타측단에서 상기 제2 고정자와 상기 중공축을 결합하는 제2 고정자 결합부를 포함할 수 있다.

상기 제1 고정자 결합부는 상기 중공축의 일측단에서 단차지게 형성되면서 확관되어 있는 제1 확관부를 포함하며, 상기 제1 고정자의 제1 고정자허브는 상기 제1 확관부의 내측 공간에 삽입되어 결합될 수 있다.

상기 하부프레임은 외부의 지지체가 삽입되는 내부공간을 형성하면서 상기 제1 발전유닛과 상기 제2 발전유닛과 각각 일정거리 이격되어 있는 제1하부프레임과, 상기 제1 하부프레임의 하단에서 상기 제1 하부프레임에 가해지는 하중을 분산시키기 위한 제2 하부프레임을 포함할 수 있다.

한편, 상기 회전축유닛은 상기 제1 회전자와 상기 제2 회전자를 연결하는 회전축과, 상기 회전축의 일측단에서 상기 회전축과 상기 제1 회전자를 결합하는 제1 회전자 결합부와, 상기 회전축의 타측단에서 상기 회전축과 상기 제2 회전자를 결합하는 제2 회전자 결합부와, 상기 회전축과 상기 메인 프레임유닛의 상부프레임 사이에 배치되는 베어링을 포함할 수 있다.

상기 제1 회전자 결합부는 일측면은 상기 회전축의 끝단과 결합되며, 타측면은 상기 제1 회전자의 제1 회전자허브와 결합되는 제1 결합 플레이트를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 회전자는 제1 회전자허브를 포함하며, 상기 제1 회전자 결합부는 상기 제1 회전자허브의 내측면에서 상기 회전축방향으로 돌출되어 상기 회전축의 끝단과 결합되는 제1 회전자 돌출부를 포함할 수 있다.

상기 베어링은 지면에 대한 수직선상에서 상기 메인 프레임유닛의 하부프레임의 상부에 일정간격으로 배치되는 제1 베어링 및 제2 베어링을 포함하며, 상기 제1 베어링 및 상기 제2 베어링은 각각 상기 회전축과 함께 회전하는 회전 베어링과, 상기 상부프레임에 고정되는 고정 베어링을 포함할 수 있다.

상기 발전기는 상기 제1 회전자를 외부의 회전체에 결합시키는 제1 결합부재를 더 포함하며, 상기 회전축은 중공형태로 구비될 수 있다.

상기 제1 회전자는 제1 회전자 하우징과, 상기 제1 회전자 하우징의 내측에 설치되는 복수 개의 제1 마그넷을 포함하고, 상기 제1 회전자 하우징은 상기 제1 마그넷이 설치되는 제1 회전자 테두리부와, 상기 제1 회전자 테두리부의 일측면에 설치되는 제1 회전자 측벽부와, 상기 제1 회전자 측벽부에서 돌출되는 제1 회전자허브와, 상기 제1 회전자 측벽부의 강도를 보강하기 위하여 상기 제1 회전자 측벽부의 외측면에서 돌출되어 상기 제1 회전자허브와 일체로 형성되는 제1 회전자 보강리브를 포함할 수 있다.

상기 제1 고정자는 제1 고정자 하우징과, 상기 제1 고정자 하우징에 설치되는 제1 코일권선부를 포함하고, 상기 제1 고정자 하우징은 상기 제1 고정자 테두리부와, 상기 제1 고정자 테두리부의 일측면에 설치되는 제1 고정자 측벽부와, 상기 제1 고정자 측벽부에서 돌출되는 제1 고정자허브와, 상기 제1 고정자 측벽부의 강도를 보강하기 위하여 상기 제1 고정자 측벽부의 내측면 및 상기 제1 고정자 테두리부의 내측면에서 돌출되어 연장형성되는 제1 고정자 보강리브를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 본 발명은 제1 회전자와 제1 고정자를 갖는 제1 발전유닛, 제2 회전자와 제2 고정자를 가지며, 상기 제1 발전유닛에 연동되어 작동하는 제2 발전유닛, 상기 제1 회전자와 상기 제2 회전자를 연결하는 회전축유닛, 그리고 상기 제1 발전유닛과 상기 제2 발전유닛 사이에 설치되어, 상기 회전축유닛을 지지하는 메인 프레임유닛을 포함하며, 상기 메인 프레임유닛은 상기 회전축유닛의 회전축이 관통됨과 동시에 상기 제1 고정자와 상기 제2 고정자를 연결하는 상부프레임과, 상기 상부프레임의 하부에 연장형성되어 상기 상부프레임에 가해지는 하중을 분산시키기 위한 하부프레임을 갖는 발전기를 제공한다.

상기 상부프레임은 상기 회전축의 일단이 관통하는 제1 중공축과, 상기 제1 중공축과 일정간격을 가지면서 설치되며 상기 회전축의 타단이 관통하는 제2 중공축과, 상기 제1 중공축과 상기 제1 고정자를 결합하는 제1 고정자 결합부와, 상기 제2 중공축과 상기 제2 고정자를 결합하는 제2 고정자 결합부를 포함할 수 있다.

상기 발전기는 제3 마그넷을 갖는 제3 회전자와, 상기 제3 회전자와 대응되는 제3 고정자를 가지는 제3 발전유닛을 더 포함하며, 상기 제2 회전자에 구비되는 제2 마그넷과 상기 제3 마그넷은 동일한 회전자 하우징에 설치되어, 상기 제2회전자와 상기 제3회전자는 일체로 회전할 수 있다.

또한, 상기 발전기는 제3 회전자와 제3 고정자를 가지는 제3 발전유닛과, 상기 제2 발전유닛과 상기 제3 발전유닛 사이에 설치되어 상기 회전축유닛을 지지하는 보조 프레임유닛을 더 포함하며, 상기 회전축은 상기 제1 회전자, 상기 제2 회전자 및 상기 제3 회전자와 결합되어 상기 제1 발전유닛, 상기 제2 발전유닛 및 상기 제3 발전유닛을 동시에 구동시킬 수 있다.

또한, 상기 발전기는 제3 회전자와 제3 고정자를 가지며 상기 제2 발전유닛에 연동하여 작동하는 제3 발전유닛을 더 포함하며, 상기 회전축유닛은 상기 제2 회전자를 관통하는 상기 회전축의 끝단에 설치되는 제1 축기어와, 상기 제1 축기어와 대응되는 제2 축기어와, 상기 제2 축기어와 결합되어 있는 추가회전축을 더 포함하며, 상기 추가회전축은 상기 제3 회전자와 일체로 연결되어 회전할 수 있다.

여기서, 상기기 제1 축기어의 회전반경은 상기 제2 축기어의 회전반경보다 크게 구비되어, 상기 추가회전축은 상기 회전축보다 고속으로 회전될 수 있다.

상기 제3 회전자는 상기 제3 고정자의 내측 공간상에 설치되어 회전할 수도 있다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 의하면, 외력에 의하여 회전되는 제1 회전자와, 상기 제1 회전자의 내측 공간상에서 고정되어 있는 제1 고정자를 갖는 제1 발전유닛, 상기 제1 회전자의 회전에 연동되어 회전하는 제2 회전자와, 상기 제2 회전자의 외측에서 고정되어 있는 제2 고정자를 갖는 제2 발전유닛, 일측은 상기 제1 고정자의 중심부를 관통하여 상기 제1 회전자와 결합되고, 타측은 상기 제2 회전자와 결합되어, 상기 제1 회전자의 회전력을 상기 제2 회전자로 전달하는 회전축유닛, 그리고 상기 회전축유닛을 지지함과 동시에 일측은 상기 제1 고정자와 결합되고, 타측은 상기 제2 고정자와 결합되면서 외부 구조물에 고정되는 메인 프레임유닛을 포함하는 발전기를 제공한다.

상기 발전기는 제3 회전자와, 상기 제3 회전자의 내측 공간에 설치되는 제3 고정자를 갖는 제3 발전유닛을 더 포함하며, 상기 회전축은 상기 제1 회전자, 상기 제2 회전자 및 상기 제3 회전자와 결합되어 상기 제1 발전유닛, 상기 제2 발전유닛 및 상기 제3 발전유닛을 동시에 구동시킬 수 있다.

상기 메인 프레임유닛은 상기 제1 고정자, 상기 제2 고정자 및 상기 제3 고정자를 동시에 고정시키는 제1 프레임과, 상기 제1 프레임의 하부로 연장형성되며 상기 제1 발전유닛과 상기 제2 발전유닛 사이에 배치되는 제2 프레임과, 상기 제1 프레임의 하부로 연장형성되며 상기 제2 발전유닛과 상기 제3 발전유닛 사이에 배치되는 제3 프레임을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 의하면, 본 발명은 풍력에 의하여 회전되는 블레이드 유닛, 상기 블레이드 유닛과 결합되어, 상기 블레이드 유닛과 함께 회전하는 허브유닛, 그리고 상기 허브유닛의 회전에 연동되어 작동하는 상술한 발전기를 포함하는 풍력 발전 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시형태에 의하면, 본 발명은 풍력에 의하여 회전되는 블레이드 유닛, 상기 블레이드 유닛과 결합되며, 상기 블레이드 유닛과 함께 회전하는 허브유닛, 상기 허브유닛과 직접적으로 결합되는 제1 회전자를 갖는 제1 발전유닛, 상기 제1 발전유닛과 연동되어 작동하는 제2 발전유닛을 갖는 발전기, 일측은 상기 제1 회전자와 결합되고, 타측은 상기 제2 발전유닛의 제2 회전자와 결합되는 회전축유닛, 상기 제1 발전유닛과 상기 제2 발전유닛 사이에 설치되는 메인 프레임유닛, 상기 메인 프레임유닛의 하부에 배치되는 요잉유닛, 그리고 상기 요잉유닛을 지지하며 지상에 고정되는 타워유닛을 포함하는 풍력발전 시스템을 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 의하면, 본 발명은 풍력에 의하여 회전되는 블레이드 유닛, 상기 블레이드 유닛과 결합되어, 상기 블레이드 유닛과 함께 회전하는 허브유닛, 상기 허브유닛의 회전에 연동되어 작동하는 복 수개의 발전유닛, 일측은 상기 허브유닛과 결합되며, 타측은 상기 복수 개의 발전유닛을 관통하는 회전축유닛, 상기 복수 개의 발전유닛 중 상기 허브유닛에 가장 인접한 제1 발전유닛과 상기 허브유닛 사이에 배치되는 제1 메인 프레임유닛, 상기 복수 개의 발전유닛들 사이에 배치되는 제2 메인 프레임유닛, 상기 제1 메인 프레임유닛의 하부에 배치되는 요잉유닛, 그리고 상기 요잉유닛을 지지하며 지상에 고정되는 타워유닛을 포함하는 풍력발전 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 하나의 회전축에 복수 개의 아웃터로터형 발전유닛을 직렬로 배치함으로써 발전효율을 높일 수 있는 이점이 있다.

둘째, 복수 개의 발전유닛 사이에서 상기 발전유닛들을 연결함과 동시에 상기 발전유닛의 하중을 분산시키면서 지지하는 메인 프레임유닛을 설치함으로써 구조적으로 안정적인 이점이 있다.

셋째, 회전축을 감싸면서 상기 회전축을 지지하는 상부프레임과, 상기 상부프레임의 하부방향으로 연장형성되며 발전유닛과 일정한 간격을 가지는 하부프레임을 설치함으로써 상기 회전축의 회전 중에도 작업자가 안정적으로 유지 및 보수작업을 수행할 있는 이점이 있다.

넷째, 타워유닛을 기준으로 복수 개의 발전유닛을 효율적으로 배치함으로써 무거운 하중의 블레이드 유닛으로 인하여 상기 타워유닛에 발생하는 모멘트를 줄일 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래 풍력발전기를 나타내는 사시도.
도 2는 도 1에 구비된 블레이드 허브와 발전기 및 지지프레임의 연결관계를 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 발전기가 구비된 너셀부와 허브유닛의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 발전기의 제1 실시 예와 허브유닛을 나타낸 사시도.
도 5는 도 4의 발전기를 종단면방향으로 절단한 상태의 사시도.
도 6은 도 4의 발전기를 종단면방향으로 절단한 상태의 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 발전기의 제2 실시 예와 허브유닛을 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 발전기의 제3 실시 예에 구비된 회전자 하우징과 회전축의 결합상태를 나타낸 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 발전기의 제4 실시 예를 나타내는 단면도.
도 10은 본 발명에 따른 발전기의 제5 실시 예에 구비된 주요구성의 단면도.
도 11은 본 발명에 따른 발전기의 제6 실시 예에 구비된 주요구성의 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 발전기의 제7 실시 예에 구비된 주요구성의 단면도.
도 13은 본 발명에 따른 발전기의 제8 실시 예에 구비된 주요구성의 단면도.
도 14는 본 발명에 따른 발전기의 제9 실시 예에 구비된 주요구성의 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 발전기 및 이를 이용한 풍력발전 시스템에 대한 다양한 실시 예를 설명한다.

도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 발전기 및 이를 이용한 풍력발전 시스템의 제1 실시 예를 설명한다.

본 실시 예에 따른 풍력발전 시스템은 풍력에 의하여 회전되는 블레이드 유닛(미도시), 상기 블레이드 유닛과 함께 회전하는 허브유닛(10), 상기 허브유닛(10)과 결합되는 너셀부(90), 상기 너셀부(90)를 지지하는 타워유닛(미도시) 그리고 상기 너셀부(90)와 연결된 축전기(미도시) 또는 전력선(미도시)을 포함한다.

상기 블레이드 유닛은 3개의 블레이드(미도시)를 포함하며, 상기 블레이드들의 회전축은 바람의 방향에 대하여 수평으로 설치된다. 상기 블레이드들의 외형은 공기역학적 익형(airfoil) 형상을 가진다. 물론, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 상기 블레이드의 회전축과 바람의 방향이 수직으로 설치될 수도 있을 것이다.

상기 허브유닛(10)은 상기 블레이드들이 결합되는 허브하우징(13)을 포함하며, 상기 허브하우징(13)에는 상기 블레이드들의 설치를 위한 블레이드 설치홀(11a, 11b, 11c)들이 형성되어 있다.

상기 타워유닛은 일단은 지상에 고정되고, 타단은 상기 너셀부(90)의 하면에 결합된다. 상기 타워유닛은 상기 너셀부(90), 블레이드 유닛 및 허브유닛(10)의 하중을 지지하게 된다. 상기 타워유닛은 다양한 형상을 가질 수 있지만, 내부에 공간을 형성하는 원통형상이 주로 사용된다.

상기 너셀부(90)는 발전기(100), 요잉유닛(20), 냉각유닛(60), 브레이크유닛(30), 진동방지유닛(40), 윈치(winch)유닛(70), 제어유닛(50), 너셀부케이스(91), 너셀베어링(80) 그리고 풍속계(93)를 포함한다.

상기 너셀부케이스(91)는 상기 너셀부(90)의 외형을 형성하며, 상기 너셀부케이스(91)와 상기 허브유닛(10) 사이에는 상기 너셀베어링(80)이 설치된다.

상기 너셀베어링(80)은 상기 허브유닛(10)이 회전하더라도 상기 너셀부케이스(91)가 고정된 상태로 유지하도록 한다. 상기 풍속계(93)는 상기 너셀부케이스(91)의 외부에 설치되어 바람의 세기를 측정하게 된다.

상기 발전기(100)는 상기 허브유닛(10)과 결합되어, 상기 블레이드 유닛의 회전에 연동되어 작동하게 된다.

상기 요잉유닛(20)은 상기 발전기(100)의 하부에 배치되어 상기 바람의 방향과 상기 블레이드의 회전축을 수평, 즉 상기 바람의 방향과 상기 블레이드의 회전면을 수직으로 맞추어 준다.

상기 냉각유닛(60)은 유체, 예를 들면 오일이나 물을 순환시키면서 상기 발전기(100)를 냉각시킨다.

상기 진동방지유닛(40)은 상기 블레이드 유닛의 회전 및 상기 발전기(100)의 구동으로 인한 진동의 발생을 억제하는 역할을 수행한다.

상기 브레이크유닛(30)은 강풍 또는 전기적 오류 등으로 인하여 시스템에 이상이 발생하는 등의 비상사태 또는 보수점검시 상기 블레이드의 회전을 정지시키는 역할을 수행한다.

상기 윈치유닛(70)은 상기 타워유닛의 상부에 설치되는 구성부품들을 유지보수하기 위하여 상기 구성부품들을 들어올리거나 내리는데 사용된다.

상기 제어유닛(50)은 상기 타워유닛의 상부에 설치되는 구성부품들을 제어하거나 실시간으로 감시하기 위한 것이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 발전기(100)는 제1 발전유닛(110), 제2 발전유닛(120), 회전축유닛(140) 그리고 메인 프레임유닛(130)을 포함한다.

상기 제1 발전유닛(110)은 외력에 의하여 회전하는 제1 회전자(111)와, 상기 제1 회전자(111)의 내측 공간상에서 고정되어 있는 제1 고정자(113)를 포함한다.

상기 제1 회전자(111)는 제1 회전자 하우징과, 상기 제1 회전자 하우징의 내측에 설치되는 복수 개의 제1 마그넷(미도시)을 포함하며, 상기 제1 고정자(113)는 제1 고정자 하우징과, 상기 제1 고정자 하우징에 설치되는 제1 코일권선부(미도시)를 포함한다.

상기 제1 회전자 하우징은 상기 제1 마그넷이 설치되는 제1 회전자 테두리부(111a)와, 상기 제1 회전자 테두리부(111a)의 일측면에 설치되는 제1 회전자 측벽부(111b)와, 상기 제1 회전자 측벽부(111b)에서 돌출되는 제1 회전자허브(111c)를 포함한다.

상기 제1 회전자 테두리부(111a)의 외측면은 강도보강을 위하여 요철형상으로 구비되며, 내부에는 공간이 형성되어 상기 제1 고정자(113)가 설치된다.

상기 제1 회전자 측벽부(111b)는 상기 제1 회전자 테두리부(111a)와 연장형성되어 상기 허브유닛(10)과 대향하게 되며, 상기 제1 회전자 측벽부(111b)에는 다수개의 제1 회전자 측벽홀이 형성되어 있다. 상기 제1 회전자 측벽홀은 상기 제1 발전유닛(110)에서 발생하는 열을 방출하거나 재료비절감을 위한 살빼기의 목적으로 형성된다.

상기 제1 회전자허브(111c)는 상기 회전축유닛의 회전축(141)과 결합되어 상기 제1 회전자(111)의 회전을 상기 회전축(141)으로 전달하게 된다.

결과적으로, 상기 제1 회전자 하우징은 제1 결합부재(111d)에 의하여 외부의 회전체, 즉 허브유닛(10)과 결합되고, 상기 제1 회전자 하우징은 상기 회전축(141)과 결합되어 회전하게 된다.

한편, 상기 제1 고정자 하우징은 제1 고정자 테두리부(113a)와, 상기 제1 고정자 테두리부(113a)의 일측면에 설치되는 제1 고정자 측벽부(113b)와, 상기 제1 고정자 측벽부에서 돌출되는 제1 고정자허브(113c)를 포함한다.

또한, 상기 제1 고정자 하우징은 상기 제1 고정자 측벽부(113b)의 강도를 보강하기 위하여 상기 제1 고정자 측벽부(113b)의 내측면 및 상기 제1 고정자 테두리부(113a)의 내측면에서 돌출되어 연장형성되는 제1 고정자 보강리브(113e)를 더 포함한다.

상기 제1 고정자 테두리부(113a)에는 상기 제1 코일권선부가 설치되어 있으며, 상기 제1 코일권선부는 상기 제1 마그넷과 상호작용을 하면서 전류를 생성하게 된다.

상기 제1 고정자 측벽부(113b)는 상기 제1 고정자 테두리부(113a)와 연장형성되어 상기 제1 회전자 측벽부(111b)와 대향하게 된다. 상기 제1 고정자 측벽부(113b)에는 다수개의 제1 고정자 측벽홀이 형성되어 있는데, 상기 제1 고정자 측벽홀도 상기 제1 발전유닛(110)에서 발생하는 열을 방출하거나 재료비절감을 위한 살빼기의 목적으로 형성된다.

상기 제1 고정자허브(113c)에는 상기 회전축(141)이 관통하는 제1 고정자 관통홀(미도시)이 형성되어 있다. 또한, 상기 제1 고정자 허브의 일측 끝단(113d), 즉 상기 허브유닛(10)과 반대방향에 위치하는 일측 끝단은 상기 메인프레임 유닛의 상부프레임과 결합된다.

결과적으로, 상기 제1 고정자 하우징은 상기 메인 프레임유닛(130)과 결합되고, 상기 메인 프레임유닛(130)이 외부의 고정체 즉, 요잉유닛(20)에 고정됨으로써 상기 제1 고정자 하우징은 고정되게 된다.

한편, 상기 제2 발전유닛(120)은 상기 제1 발전유닛(110)과 일정간격 떨어져 설치되며, 상기 회전축유닛(140)과 상기 메인 프레임유닛(130)을 매개로 하여 서로 연결된다.

상기 제2 발전유닛(120)은 상기 제1 회전자(111)의 회전에 연동되어 회전하는 제2 회전자(121)와 상기 제2 회전자(121)의 내측 공간상에 고정되어 있는 제2 고정자(123)를 포함한다.

상기 제1 발전유닛(110)과 상기 제2 발전유닛(120)은 아웃터로터형 발전유닛으로서 실질적으로 동일한 구조를 가진다. 따라서, 상기 제2 고정자(123)를 구성하는 세부구성들 즉, 제2 고정자 하우징, 제2 코일권선부(미도시), 제2 고정자 테두리부(123a), 제2 고정자 측벽부(123b), 제2 고정자허브(123c) 및 제2 고정자 보강리브(123e)는 상기 제1 고정자(113)를 구성하는 세부구성들과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

마찬가지로, 상기 제2 회전자(121)를 구성하는 세부구성들, 즉 제2 회전자 하우징, 제2 마그넷(미도시), 제2 회전자 테두리부(121a), 제2 회전자 측벽부(121b), 제2 회전자허브(121c)는 상기 제1 회전자(111)를 구성하는 세부구성들과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 상기 회전축유닛(140)은 일측은 상기 제1 고정자(113)의 중심부를 관통하여 상기 제1 회전자(111)와 결합되고, 타측은 상기 제2 고정자(123)의 중심부를 관통하여 상기 제2 회전자(121)와 결합되어 상기 제1 회전자(111)의 회전력을 상기 제2 회전자(121)로 전달하게 된다.

상기 회전축유닛(140)은 상기 제1 회전자(111)와 상기 제2 회전자(121)를 연결하는 회전축(141)과, 상기 회전축(141)의 일측단에서 상기 회전축(141)과 상기 제1 회전자(111)를 결합하는 제1 회전자 결합부(147)와, 상기 회전축(141)의 타측단에서 상기 회전축(141)과 상기 제2 회전자(121)를 결합하는 제2 회전자 결합부(143)와, 상기 회전축(141)과 상기 메인 프레임유닛의 상부프레임 사이에 배치되는 베어링을 포함한다.

상기 제1 회전자 결합부(147)는 일측면은 상기 회전축(141)의 끝단과 결합되며, 타측면은 상기 제1 회전자허브(111c)와 결합되는 제1 결합 플레이트를 포함한다.

상기 제1 결합 플레이트는 상기 제1 회전자허브(111c) 및 상기 회전축(141)의 끝단면에 용접되어 상기 제1 회전자허브(111c)와 상기 회전축(141)을 결합시키게 된다. 또한, 상기 제1 회전자 결합부(147)는 상기 제1 결합 플레이트를 상기 제1 회전자허브(111c) 및 상기 회전축(141)에 고정시키기 위한 별도의 볼트부재를 포함할 수도 있다.

물론, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 상기 제1 회전자허브(111c)와 상기 회전축(141)을 결합시키기 위한 다양한 결합방법이 사용될 수 있다.

마찬가지로, 상기 제2 회전자 결합부(143)는 일측면은 상기 회전축(141)의 끝단면과 결합되고, 타측면은 상기 제2 회전자허브(121c)와 결합되는 제2 결합 플레이트를 포함한다. 상기 제2 회전자 결합부(143)의 구성은 상술한 상기 제1 회전자 결합부(147)의 구성과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 베어링은 지면에 대한 수직선상에서 상기 메인 프레임유닛의 제1 하부프레임(133)의 상부에 일정간격으로 배치되는 제1 베어링(145) 및 제2 베어링(146)을 포함한다.

상기 제1 베어링(145)은 각각 상기 회전축(141)과 함께 회전하는 회전 베어링(145b)과, 상기 상부프레임에 고정되는 고정 베어링(145a)을 포함한다. 마찬가지로, 상기 제2 베어링(146)은 상기 제1 베어링(145)과 실질적으로 동일한 구조를 가지므로 이에 대한 설명은 생략한다.

상기 제1 베어링(145) 및 상기 제2 베어링(146)이 상기 제1 하부프레임(133)의 상부에 설치됨으로 인하여, 상기 회전축(141), 상기 제1 발전유닛(110) 및 상기 제2 발전유닛(120)으로 인하여 상기 상부프레임에 가해지는 하중이 상기 제1 하부프레임(133)에 효율적으로 분산되게 된다.

한편, 상기 메인 프레임유닛(130)은 일측은 상기 제1 고정자(113)와 결합되고, 타측은 상기 제2 고정자(123)와 결합되면서 외부 구조물, 즉 요잉유닛(도3의 20)에 고정된다.

상기 메인 프레임유닛(130)은 상기 회전축(141)이 관통하는 상부프레임과, 상기 상부프레임의 하부로 연장형성되어 상기 상부프레임에 가해지는 하중을 분산시키는 하부프레임을 포함한다.

상기 상부프레임은 상기 회전축(141)이 관통하는 중공축(135)과, 상기 중공축(135)의 일측단에서 상기 제1 고정자(113)와 상기 중공축(135)을 결합하는 제1 고정자 결합부와, 상기 중공축(135)의 타측단에서 상기 제2 고정자(123)와 상기 중공축(135)을 결합하는 제2 고정자 결합부를 포함한다.

상기 중공축(135)은 상기 회전축(141)의 외측면을 감싸게 되며, 상기 중공축(135)과 상기 회전축(141) 사이에는 상기 베어링이 설치된다. 결과적으로, 상기 회전축(141)은 고정된 중공축(135)의 외부로 노출되지 않기 때문에 상기 회전축(141)이 회전하게 되더라도 작업자는 상기 하부프레임 상에서 유지보수 작업을 안전하게 수행할 수 있게 된다.

상기 제1 고정자 결합부는 상기 중공축(135)의 일측단에서 단차지게 형성되면서 확관되어 있는 제1 확관부(135a)를 포함한다. 상기 제1 고정자허브의 끝단(113d)는 상기 제1 확관부(135a)의 내측 공간에 삽입되어 결합된다.

상기 제1 고정자 결합부는 상기 제1 고정자허브의 끝단(113d)와 상기 제1 확관부(135a)를 결합하는 제1 고정자 결합볼트(미도시)를 더 포함할 수 있다. 물론, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 상기 제1 고정자허브(113c)와 상기 중공축(135)을 결합시키는 방법은 다양하게 구현될 수 있다.

상기 제2 고정자 결합부는 상기 중공축(135)의 타측단에서 단차지게 형성되면서 확관되어 있는 제2 확관부(135b)를 포함한다. 상기 제2 고정자허브의 끝단(123d)는 상기 제2 확관부(135b)의 내측 공간에 삽입되어 결합된다. 마찬가지로, 상기 제2 고정자 결합부는 상기 제2 고정자허브의 끝단(123d)와 상기 제2 확관부(135b)를 결합하는 제2 고정자 결합볼트(미도시)를 더 포함할 수 있다

상기 하부프레임은 외부의 지지체, 예를 들어 요잉유닛(도 3의 20)의 일부가 삽입되는 내부공간(133a)을 형성하는 제1 하부프레임(133)과, 상기 제1 하부프레임(133)의 하단에서 상기 제1 하부프레임(133)에 가해지는 하중을 분산시키기 위한 제2 하부프레임(131)을 포함한다.

상기 제1 하부프레임(133)은 상기 제1 발전유닛(110) 및 상기 제2 발전유닛(120)과 각각 일정거리 이격되어 있다. 또한, 상기 제1 하부프레임(133)은 원통형상을 가지면서상기 중공축(135)의 적어도 일부를 감싸고 있다.

상기 제2 하부프레임(131)은 상기 제1 하부프레임(133)에서 연장형성되고, 상기 제1 하부프레임(133)보다 넓은 단면적을 가지면서 설치된다. 상기 제2 하부프레임(131)에는 상기 내부공간(133a)과 연통되는 연통홀(131a)이 형성되어 있다. 따라서, 상기 제1 발전유닛(110), 상기 제2 발전유닛(120) 및 상기 허브유닛(10)의 하중이 상기 메인 프레임유닛(130)을 통하여 넓게 분산되게 된다.

또한, 상기 제1 하부프레임(133)과 상기 제2 하부프레임(131)의 형상적인 특이성으로 인하여 작업자가 상기 하부프레임 상에서 유지보수 작업을 하기가 편리하게 된다.

풍력에 의하여 상기 블레이드 유닛이 회전되면, 상기 블레이드 유닛과 결합된 상기 허브유닛(10)이 함께 회전하게 되며, 상기 허브유닛(10)과 직접적으로 결합되는 상기 제1 회전자(111)를 갖는 제1 발전유닛(110)이 구동된다.

상기 제1 회전자(111)는 상기 회전축(141)에 의하여 상기 제2 회전자(121)와 연결되어 있기 때문에 상기 제1 발전유닛(110)이 구동하게 되면, 상기 제2 발전유닛(120)이 상기 제1 발전유닛(110)과 연동되어 동시에 구동된다.

이때, 상기 메인 프레임유닛(130)이 상기 제1 발전유닛(110)과 상기 제2 발전유닛(120) 사이에 설치되어 있고, 상기 메인 프레임유닛(130)의 하부에 상기 요잉유닛(20)이 배치되고, 상기 요잉유닛(20)은 지상에 고정되는 상기 타워유닛에 의하여 지지된다.

결과적으로, 아웃터로터 타입의 상기 제1 발전유닛(110)과 상기 제2 발전유닛(120)이 직렬로 연결됨으로 인하여 발전용량을 증가시킬 수 있게 된다. 또한, 상기 블레이드 유닛 및 및 상기 발전기(100)의 하중이 상기 메인 프레임유닛(130)을 통하여 분산 지지되고, 상기 제1 발전유닛(110)과 상기 제2 발전유닛(120)이 상기 타워유닛을 기준으로 양측에 각각 분산배치되므로 상기 타워유닛에 가해지는 모멘트가 현격하게 줄어들게 된다.

도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 발전기의 제2 실시 예를 설명한다.

본 실시 예에 따른 발전기는 제1 발전유닛(210) 및 제2 발전유닛(220)의 형상을 제외하고는 상술한 제1 실시 예에 따른 발전기와 유사한 구조를 가진다.

상기 제1 발전유닛(210)은 제1 회전자와, 상기 제1 회전자의 내부 공간에 설치되는 제1 고정자를 포함하며, 상기 제2 발전유닛(220)은 제2 회전자(221)와, 상기 제2 회전자(221)의 내부 공간에 설치되는 제2 고정자를 포함한다.

상기 제1 고정자와 상기 제2 고정자는 실질적으로 동일한 구조를 가지며, 상기 제1 회전자와 상기 제2 회전자도 실질적으로 동일한 구조를 가지므로, 상기 제2 고정자 및 상기 제2 회전자(221)의 구성에 대해서만 설명한다.

상기 제2 고정자는 상술한 발전기의 제1 실시 예에 구비된 제2 고정자에 형성되었던 제2 고정자 보강리브가 생략된 상태로 구비된다.

또한, 상기 제2 회전자(221)는 제2 회전자 하우징과, 상기 제2 회전자 하우징에 설치되는 복수 개의 제2 마그넷(미도시)를 포함한다.

상기 제2 회전자 하우징은 상기 제2 마그넷이 설치되는 제2 회전자 테두리부(221a)와, 상기 제2 회전자 테두리부(221a)의 일측면에 설치되는 제2 회전자 측벽부(221b)와, 상기 제2 회전자 측벽부(221b)에서 돌출되는 제2 회전자허브(221d)를 포함한다.

또한, 상기 제2 회전자 하우징은 상기 제2 회전자 측벽부(221b)의 강도를 보강하기 위하여 상기 제2 회전자 측벽부(221b)의 외측면에서 돌출되어 상기 제2 회전자허브(221d)와 일체로 형성되는 제2 회전자 보강리브(221c)를 포함한다.

도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 발전기의 제3 실시 예를 설명한다.

본 실시 예에 따른 발전기는 제1 발전유닛의 제1 회전자와 회전축(141)이 결합되는 구조 및 제2 발전유닛의 제2 회전자(261)와 상기 회전축(141)이 결합되는 구조를 제외하고는 상술한 제1 실시 예에 따른 발전기와 유사한 구조를 가진다.

상기 제1 회전자와 상기 회전축(141)이 결합되는 구조는 상기 제2 회전자(261)와 상기 회전축(141)이 결합되는 구조와 실질적으로 동일한 구조를 가지므로, 상기 제2 회전자(261)와 상기 회전축(141)이 결합되는 구조에 대해서만 설명한다

상기 제2 회전자(261)는 제2 회전자 하우징과, 상기 제2 회전자 하우징에 설치되는 복수 개의 제2 마그넷(미도시)를 포함한다.

상기 제2 회전자 하우징은 상기 제2 마그넷이 설치되는 제2 회전자 테두리부(261a)와, 상기 제2 회전자 테두리부(261a)의 일측면에 설치되는 제2 회전자 측벽부(261b)와, 상기 제2 회전자 측벽부(261b)에서 돌출되는 제2 회전자허브(261c)를 포함한다.

상기 제2 회전자(261)와 상기 회전축(141)을 결합시키기 위한 회전축유닛의 제2 회전자 결합부는 상기 제2 회전자허브(261c)의 내측면에서 상기 회전축(141)방향으로 돌출되어 상기 회전축(141)의 끝단과 결합되는 제1 회전자 돌출부(261d)를 포함한다.

또한, 상기 제2 회전자 결합부는 상기 제1 회전자 돌출부(261d)와 상기 회전축(141)을 결합시키기 위한 별도의 제2 회전자 결합부재(253)를 더 포함할 수 있다.

도 9를 참조하여, 본 발명에 따른 발전기의 제4 실시 예를 설명한다.

본 실시 예에 따른 발전기는 회전축을 지지하는 중공축의 구조를 제외하고는 상술한 제1 실시 예에 따른 발전기와 유사한 구조를 가진다. 따라서, 제1 회전자와 제1 고정자를 갖는 제1 발전유닛(110), 제2 회전자와 제2 고정자를 가지며, 상기 제1 발전유닛에 연동되어 작동하는 제2 발전유닛(120), 상기 제1 회전자와 상기 제2 회전자를 연결하는 회전축유닛에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 실시 예에 따른 상부프레임은 상기 회전축(141)의 일단이 관통하는 제1 중공축(231)과, 상기 제1 중공축(231)과 일정간격을 가지면서 설치되며 상기 회전축(141)의 타단이 관통하는 제2 중공축(233)과, 상기 제1 중공축(231)과 상기 제1 고정자를 결합하는 제1 고정자 결합부와, 상기 제2 중공축(233)과 상기 제2 고정자를 결합하는 제2 고정자 결합부를 포함한다. 여기서, 상기 제1 고정자 결합부와 상기 제2 고정자 결합부의 구성은 상술한 제1 실시 예의 구성과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 제1 중공축(231)과 상기 회전축(141) 사이에는 제1 베어링(145)이 설치되고, 상기 제2 중공축(233)과 상기 회전축(141) 사이에는 제2 베어링(146)이 설치된다.

결과적으로, 상기 회전축(141)이 상기 상부프레임의 외부로 일부 노출되기는 하지만, 작업자가 하부프레임(235) 상에서 작업을 하는 경우에는 작업자가 안정적으로 유지보수 작업을 수행할 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 상기 상부프레임을 제작하는 재료비를 줄일 수도 있다.

본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 상기 회전축(141) 자체가 중공형태로 제작될 수도 있다.

도 10을 참조하여, 본 발명에 따른 발전기의 제5 실시 예를 설명한다.

본 실시 예에 따른 발전기는 제1 회전자(311)와 제1 고정자(313)를 갖는 제1 발전유닛(310), 제2 회전자(321)와 제2 고정자(323)를 가지며, 상기 제1 발전유닛(310)에 연동되어 작동하는 제2 발전유닛(320), 상기 제1 회전자(311)와 상기 제2 회전자(321)를 연결하는 회전축유닛, 그리고 상기 제1 발전유닛(310)과 상기 제2 발전유닛(320) 사이에 설치되어, 상기 회전축유닛을 지지하는 메인 프레임유닛(330)을 포함한다.

또한, 본 실시 예에 따른 발전기는 제3 회전자(341)와 제3 고정자(343)를 가지는 제3 발전유닛(340)과, 상기 제2 발전유닛(320)과 상기 제3 발전유닛(340) 사이에 설치되어 상기 회전축유닛의 회전축(335)을 지지하는 보조 프레임유닛(350)을 더 포함한다.

상기 제1 발전유닛(310), 상기 제2 발전유닛(320), 상기 메인 프레임유닛(330)은 상술한 제1 실시 예에 따른 발전기에 구비된 구성과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 제3 회전자(341) 및 상기 제3 고정자(343)도 상술한 제1 실시 예의 제1 회전자 및 제1 고정자와 실질적으로 동일한 구성이므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 보조 프레임유닛(350)은 상기 회전축유닛의 회전축(141)이 관통됨과 동시에 상기 제3 고정자(343)를 지지하는 상부 보조프레임(351)과, 상기 상부 보조프레임(351)의 하부에 연장형성되어 상기 상부 보조프레임(351)에 가해지는 하중을 분산시키기 위한 하부 보조프레임(353)을 포함한다.

상기 회전축(335)은 상기 제1 회전자(311), 상기 제2 회전자(321) 및 상기 제3 회전자(341)와 결합되어 상기 제1 발전유닛(310), 상기 제2 발전유닛(320) 및 상기 제3 발전유닛(340)을 동시에 구동시키게 된다.

도 11을 참조하여, 본 발명에 따른 발전기의 제6 실시 예를 설명한다.

본 실시 예에 따른 발전기는 제1 회전자(411)와 제1 고정자(413)를 갖는 제1 발전유닛(410), 제2 회전자(421)와 제2 고정자(423)를 가지며, 상기 제1 발전유닛(410)에 연동되어 작동하는 제2 발전유닛(420), 상기 제1 회전자(411)와 상기 제2 회전자(421)를 연결하는 회전축유닛, 그리고 상기 제1 발전유닛(410)과 상기 제2 발전유닛(420) 사이에 설치되어, 상기 회전축유닛을 지지하는 메인 프레임유닛을 포함한다.

또한, 본 실시 예에 따른 발전기는 제3 회전자(461)와 제3 고정자(463)를 가지며 상기 제2 발전유닛(420)에 연동하여 작동하는 제3 발전유닛(460)을 더 포함한다. 상기 제1 발전유닛(410), 상기 제2 발전유닛(420), 상기 메인 프레임유닛은 상술한 제1 실시 예에 따른 발전기에 구비된 구성과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 상기 제3 회전자(461) 및 상기 제3 고정자(463)도 상술한 제1 실시 예의 제1 회전자 및 제1 고정자와 실질적으로 동일한 구성이므로 상세한 설명은 생략한다.

본 실시 예에 따른 회전축유닛은 상기 제2 회전자(421)를 관통하는 상기 회전축(441)의 끝단에 설치되는 제1 축기어(453)와, 상기 제1 축기어(453)와 대응되는 제2 축기어(455)와, 상기 제2 축기어(455)와 결합되어 있는 추가회전축(465)를 더 포함한다. 여기서, 상기 추가회전축(465)은 상기 제3 회전자(461)와 일체로 연결되어 회전하게 된다.

또한, 본 실시 예에 따른 발전기는 상기 제1 축기어(453), 상기 제2 축기어(455), 상기 제3 고정자(463)를 지지하기 위한 추가 프레임유닛(451)을 더 포함한다.

여기서, 상기 제1 축기어(453)의 회전반경은 상기 제2 축기어(455)의 회전반경보다 크게 구비되어, 상기 추가회전축(465)은 상기 회전축(441)보다 고속으로 회전될 수 있게 된다. 결과적으로, 바람의 세기가 작은 경우라도 상기 제3 발전유닛(460)을 통하여 전력을 생산할 수 있게 된다.

도 12를 참조하여, 본 발명에 따른 발전기의 제7 실시 예를 설명한다.

본 실시 예에 따른 발전기는 상술한 제6 실시 예에 따른 발전기와 유사하다. 따라서, 제1 회전자(511)와 제1 고정자(513)를 갖는 제1 발전유닛(510), 제2 회전자(521)와 제2 고정자(523)를 갖는 제2 발전유닛(520), 상기 제1 발전유닛(510)과 상기 제2 발전유닛(520) 사이에 배치되는 메인 프레임유닛에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 실시 예에 따른 발전기는 상술한 제6 실시 예와 달리, 제3 발전유닛(560)과 제4 발전유닛(570)을 포함한다.

상기 제3 발전유닛(560)은 제3 고정자(563)와, 상기 제3 고정자(563)의 내측 공간에 설치되는 제3 회전자(561)를 가지며, 상기 제4 발전유닛(570)은 제4 고정자(573)와, 상기 제4 고정자(573)의 내측 공간에 설치되는 제4 회전자(571)를 포함한다. 결과적으로, 상기 제3 발전유닛(560)과 상기 제4 발전유닛(570)은 회전자가 고정자의 내측 공간에 설치되는 인너로터형의 발전기가 된다.

또한, 본 실시 예에 따른 발전기에 구비된 회전축유닛은 상기 제2 회전자(521)를 관통하는 회전축(541)의 끝단에 설치되는 제1 축기어(553)와, 상기 제1 축기어(553)와 대응되는 제2 축기어(555)와, 상기 제2 축기어(555)와 결합되어 있는 추가회전축(565)을 더 포함한다. 여기서, 상기 추가회전축(565)은 상기 제3 회전자(561) 및 제4 회전자(571)와 일체로 연결되어 회전하게 된다.

또한, 본 실시 예에 따른 발전기는 상기 제1 축기어(553), 상기 제2 축기어(555), 상기 제3 고정자(563) 및 상기 제4 고정자(573)를 지지하기 위한 추가 프레임유닛(551)을 더 포함한다.

도 13 을 참조하여, 본 발명에 따른 발전기의 제8 실시 예를 설명한다.

본 실시 예에 따른 발전기는 외력에 의하여 회전되는 제1 회전자(361)와, 상기 제1 회전자(361)의 내측 공간상에서 고정되어 있는 제1 고정자(363)를 갖는 제1 발전유닛(360), 상기 제1 회전자(361)의 회전에 연동되어 회전하는 제2 회전자(371)와, 상기 제2 회전자(371)의 외측에서 고정되어 있는 제2 고정자(373)를 갖는 제2 발전유닛(370), 일측은 상기 제1 고정자(363)의 중심부를 관통하여 상기 제1 회전자(361)와 결합되고, 타측은 상기 제2 회전자(371)와 결합되어, 상기 제1 회전자(361)의 회전력을 상기 제2 회전자(371)로 전달하는 회전축(375)을 갖는 회전축유닛, 그리고 일측은 상기 제1 고정자(363)와 결합되고, 타측은 상기 제2 고정자(373)와 결합되면서 외부 구조물에 고정되는 메인 프레임유닛을 포함한다.

상기 발전기는 제3 회전자(381)와, 상기 제3 회전자(381)의 내측 공간에 설치되는 제3 고정자(383)를 갖는 제3 발전유닛(380)을 더 포함한다. 결과적으로, 상기 발전기는 아웃터로터형의 제1 발전유닛(360), 인너로터형의 제2 발전유닛(370), 아웃터로터형의 제3 발전유닛(380)을 포함하여 구성된다.

상기 메인 프레임유닛은 상기 제1 고정자(363), 상기 제2 고정자(373) 및 상기 제3 고정자(383)를 동시에 고정시키는 제1 프레임(395)과, 상기 제1 프레임(395)의 하부로 연장형성되며 상기 제1 발전유닛(360)과 상기 제2 발전유닛(370) 사이에 배치되는 제2 프레임(391)과, 상기 제1 프레임(395)의 하부로 연장형성되며 상기 제2 발전유닛(370)과 상기 제3 발전유닛(380) 사이에 배치되는 제3 프레임(393)을 포함한다.

상기 회전축(375)은 상기 제1 회전자(361), 상기 제2 회전자(371) 및 상기 제3 회전자(381)와 결합되어 상기 제1 발전유닛(360), 상기 제2 발전유닛(370) 및 상기 제3 발전유닛(380)을 동시에 구동시키게 된다.

여기서, 상기 제2 회전자(371)의 회전반경은 상기 제1 회전자(361) 및 상기 제3 회전자(371)보다 작아지도록 설치하는 것이 좋다. 왜냐하면, 상기 제2 발전유닛(370)은 인너로터형이므로 상기 제2 회전자(371)의 회전반경이 작아도 무방하며, 상기 제2 회전자(371)의 회전반경이 작으면 발전기의 전체부피를 줄임과 동시에 상기 발전기의 전체하중을 줄일 수 있기 때문이다.

도 14를 참조하여, 본 발명에 따른 발전기의 제9 실시 예를 설명한다.

본 실시 예에 따른 발전기는 제1 고정자(613)와 제1 회전자(611)를 갖는 제1 발전유닛(610)과, 제2 고정자(623)와 제2 회전자(621)를 갖는 제2 발전유닛(620)과, 제3 고정자(693)와 제3 회전자(691)를 갖는 상기 제3 발전유닛(690)과, 제4 고정자(633)와 제4 회전자(631)를 갖는 제4 발전유닛(630)을 포함한다.

또한, 상기 발전기는 상기 제1 회전자(611), 상기 제2 회전자(621), 상기 제3 회전자(691) 및 상기 제4 회전자(631)와 결합되어 있는 회전축(681)을 갖는 회전축유닛과, 허브유닛(10)과 상기 제1 발전유닛(610) 사이에 배치되는 제1 메인 프레임유닛(640)과, 상기 제1 발전유닛(610)과 상기 제2 발전유닛(620)의 사이 및 상기 제3 발전유닛(690)과 상기 제4 발전유닛(630) 사이에 각각 배치되는 제2 메인 프레임유닛(650, 660)을 포함한다.

상기 제1 메인 프레임유닛(640)은 상기 허브유닛(10)과 상기 제1 발전유닛(610) 사이에서 상기 회전축(681)을 지지하게 된다. 상기 제1 메인 프레임유닛(640)은 상부프레임(641)과 하부프레임(643)을 포함하며, 상기 하부프레임(643)에는 요잉유닛(670)이 설치된다.

상기 상부프레임(641)과 상기 회전축(681) 사이에는 베어링이 설치된다.

상기 제3 회전자(691)의 제3 마그넷은 상기 제2 회전자(621)의 제2 마그넷이 설치된 제2 회전자 하우징(621a)에 함께 설치되어 있다.

구체적으로, 상기 제2 회전자 하우징(621a)을 기준으로 상기 제2 마그넷은 상기 제1 발전유닛(610)과 인접한 일측면에 배치되고, 상기 제3 마그넷은 상기 제4 발전유닛(630)과 인접한 타측면에 배치된다. 따라서, 상기 제2 회전자(621)와 상기 제3 회전자(691)는 상기 제2 회전자 하우징(621a)을 공유하면서 일체로 회전하게 된다.

블레이드 유닛이 풍력에 의하여 회전하게 되면, 상기 블레이드 유닛과 결합된 허브유닛(10)이 함께 회전하게 된다. 이때, 상기 회전축(681)은 일측은 상기 허브유닛(10)과 결합되고, 타측은 상기 복수 개의 발전유닛의 회전자와 결합되어 있기 때문에 상기 허브유닛(10)의 회전에 연동되어 복 수개의 발전유닛, 즉 상기 제1 발전유닛(610), 상기 제2 발전유닛(620), 상기 제3 발전유닛(690) 및 상기 제4 발전유닛(630)이 동시에 구동된다.

또한, 상기 복수 개의 발전유닛 중 상기 허브유닛(10)에 가장 인접한 제1 발전유닛(610)과 상기 허브유닛(10) 사이에는 상기 제1 메인 프레임유닛(640)이 배치되고, 상기 제1 메인 프레임유닛(640)의 하부에는 상기 요잉유닛(670)이 배치되고, 상기 요잉유닛(67)은 지상에 고정되는 타워유닛(미도시)에 의하여 지지된다.

결과적으로, 하중이 큰 블레이드 유닛과 상기 복수 개의 발전유닛이 상기 타워유닛을 기준으로 양측에 각각 분산배치되므로 상기 타워유닛에 가해지는 모멘트가 현격하게 줄어들게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

10: 허브유닛 20: 요잉유닛
30: 브레이크 유닛 40: 진동방지유닛
50: 제어유닛 60: 냉각유닛
70: 윈치유닛 90: 너셀유닛
110, 210, 310, 360, 410, 510, 610: 제1 발전유닛
111, 311, 361, 411, 511, 611: 제1 회전자
113, 313, 363, 313, 513, 613: 제1 고정자
120, 220, 320, 370, 420, 520, 620: 제2 발전유닛
121, 221, 261, 321, 371, 421, 521, 621: 제2 회전자
123, 323, 373, 423, 523, 623: 제2 고정자
130: 메인 프레임유닛 131: 제2 하부프레임
133: 제1 하부프레임 135: 중공축
140: 회전축유닛 141: 회전축
143: 제2 회전자 결합부 145: 제1 베어링
146: 제2 베어링 147: 제1 회전자 결합부
340, 380, 460, 560, 690: 제3 발전유닛
570, 630: 제4 발전유닛

Claims

외력에 의하여 회전하는 제1 회전자와, 상기 제1 회전자의 내측 공간상에서 고정되어 있는 제1 고정자를 갖는 제1 발전유닛;
상기 제1 회전자의 회전에 연동되어 회전하는 제2 회전자와, 상기 제2 회전자의 내측 공간상에 고정되어 있는 제2 고정자를 갖는 제2 발전유닛;
일측은 상기 제1 고정자의 중심부를 관통하여 상기 제1 회전자와 결합되고, 타측은 상기 제2 고정자의 중심부를 관통하여 상기 제2 회전자와 결합되는 회전축유닛; 그리고,
상기 회전축유닛을 지지함과 동시에 일측은 상기 제1 고정자와 결합되고, 타측은 상기 제2 고정자와 결합되면서 외부 구조물에 고정되는 메인 프레임유닛을 포함하는 발전기.
제1항에 있어서,
상기 메인 프레임유닛은 상기 회전축유닛의 회전축이 관통하는 상부프레임과, 상기 상부프레임의 하부로 연장형성되어 상기 상부프레임에 가해지는 하중을 분산시키는 하부프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제2항에 있어서,
상기 상부프레임은 상기 회전축이 관통하는 중공축과, 상기 중공축의 일측단에서 상기 제1 고정자와 상기 중공축을 결합하는 제1 고정자 결합부와, 상기 중공축의 타측단에서 상기 제2 고정자와 상기 중공축을 결합하는 제2 고정자 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제3항에 있어서,
상기 제1 고정자 결합부는 상기 중공축의 일측단에서 단차지게 형성되면서 확관되어 있는 제1 확관부를 포함하며, 상기 제1 고정자의 제1 고정자허브는 상기 제1 확관부의 내측 공간에 삽입되어 결합되는 것을 특징으로 하는 발전기.
제2항에 있어서,
상기 하부프레임은 외부의 지지체가 삽입되는 내부공간을 형성하면서 상기 제1 발전유닛 및 상기 제2 발전유닛과 각각 일정거리 이격되어 있는 제1하부프레임과, 상기 제1 하부프레임의 하단에서 상기 제1 하부프레임에 가해지는 하중을 분산시키기 위한 제2 하부프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제1항에 있어서,
상기 회전축유닛은 상기 제1 회전자와 상기 제2 회전자를 연결하는 회전축과, 상기 회전축의 일측단에서 상기 회전축과 상기 제1 회전자를 결합하는 제1 회전자 결합부와, 상기 회전축의 타측단에서 상기 회전축과 상기 제2 회전자를 결합하는 제2 회전자 결합부와, 상기 회전축과 상기 메인 프레임유닛의 상부프레임 사이에 배치되는 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제6항에 있어서,
상기 제1 회전자 결합부는 일측면은 상기 회전축의 끝단과 결합되며, 타측면은 상기 제1 회전자의 제1 회전자허브와 결합되는 제1 결합 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제6항에 있어서,
상기 제1 회전자는 제1 회전자허브를 포함하며, 상기 제1 회전자 결합부는 상기 제1 회전자허브의 내측면에서 상기 회전축방향으로 돌출되어 상기 회전축의 끝단과 결합되는 제1 회전자 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제6항에 있어서,
상기 베어링은 지면에 대한 수직선상에서 상기 메인 프레임유닛의 하부프레임의 상부에 일정간격으로 배치되는 제1 베어링 및 제2 베어링을 포함하며, 상기 제1 베어링 및 상기 제2 베어링은 각각 상기 회전축과 함께 회전하는 회전 베어링과, 상기 상부프레임에 고정되는 고정 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제6항에 있어서,
상기 제1 회전자를 외부의 회전체에 결합시키는 제1 결합부재를 더 포함하고, 상기 회전축은 중공형태인 것을 특징으로 하는 발전기.
제1항에 있어서,
상기 제1 회전자는 제1 회전자 하우징과, 상기 제1 회전자 하우징의 내측에 설치되는 복수 개의 제1 마그넷을 포함하며,
상기 제1 회전자 하우징은 상기 제1 마그넷이 설치되는 제1 회전자 테두리부와, 상기 제1 회전자 테두리부의 일측면에 설치되는 제1 회전자 측벽부와, 상기 제1 회전자 측벽부에서 돌출되는 제1 회전자허브와, 상기 제1 회전자 측벽부의 강도를 보강하기 위하여 상기 제1 회전자 측벽부의 외측면에서 돌출형성되어 상기 제1 회전자허브와 일체로 형성되는 제1 회전자 보강리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제1항에 있어서,
상기 제1 고정자는 제1 고정자 하우징과, 상기 제1 고정자 하우징에 설치되는 제1 코일권선부를 포함하고,
상기 제1 고정자 하우징은 상기 제1 고정자 테두리부와, 상기 제1 고정자 테두리부의 일측면에 설치되는 제1 고정자 측벽부와, 상기 제1 고정자 측벽부에서 돌출되는 제1 고정자허브와, 상기 제1 고정자 측벽부의 강도를 보강하기 위하여 상기 제1 고정자 측벽부의 내측면 및 상기 제1 고정자 테두리부의 내측면에서 돌출되어 연장형성되는 제1 고정자 보강리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제1 회전자와 제1 고정자를 갖는 제1 발전유닛;
제2 회전자와 제2 고정자를 가지며, 상기 제1 발전유닛에 연동되어 작동하는 제2 발전유닛;
상기 제1 회전자와 상기 제2 회전자를 연결하는 회전축유닛; 그리고,
상기 제1 발전유닛과 상기 제2 발전유닛 사이에 설치되어, 상기 회전축유닛을 지지하는 메인 프레임유닛을 포함하며,
상기 메인 프레임유닛은 상기 회전축유닛의 회전축이 관통됨과 동시에 상기 제1 고정자와 상기 제2 고정자를 연결하는 상부프레임과, 상기 상부프레임의 하부에 연장형성되어 상기 상부프레임에 가해지는 하중을 분산시키기 위한 하부프레임을 갖는 발전기.
제13항에 있어서,
상기 상부프레임은 상기 회전축의 일단이 관통하는 제1 중공축과, 상기 제1 중공축과 일정간격을 가지면서 설치되며 상기 회전축의 타단이 관통하는 제2 중공축과, 상기 제1 중공축과 상기 제1 고정자를 결합하는 제1 고정자 결합부와, 상기 제2 중공축과 상기 제2 고정자를 결합하는 제2 고정자 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제13항에 있어서,
제3 마그넷을 갖는 제3 회전자와, 상기 제3 회전자와 대응되는 제3 고정자를 가지는 제3 발전유닛을 더 포함하며,
상기 제2 회전자에 구비되는 제2 마그넷과 상기 제3 마그넷은 동일한 회전자 하우징에 설치되어, 상기 제2회전자와 상기 제3회전자는 일체로 회전하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제13항에 있어서,
제3 회전자와 제3 고정자를 가지는 제3 발전유닛과,
상기 제2 발전유닛과 상기 제3 발전유닛 사이에 설치되어, 상기 회전축유닛의 회전축을 지지하는 보조 프레임유닛을 더 포함하며,
상기 회전축은 상기 제1 회전자, 상기 제2 회전자 및 상기 제3 회전자와 결합되어 상기 제1 발전유닛, 상기 제2 발전유닛 및 상기 제3 발전유닛을 동시에 구동시키는 것을 특징으로 하는 발전기.
제13항에 있어서,
제3 회전자와 제3 고정자를 가지며, 상기 제2 발전유닛에 연동하여 작동하는 제3 발전유닛을 더 포함하며,
상기 회전축유닛은 상기 제2 회전자를 관통하는 회전축의 끝단에 설치되는 제1 축기어와, 상기 제1 축기어와 대응되는 제2 축기어와, 상기 제2 축기어와 결합되어 있는 추가회전축을 더 포함하며, 상기 추가회전축은 상기 제3 회전자와 일체로 연결되어 회전하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제17항에 있어서,
상기 제1 축기어의 회전반경은 상기 제2 축기어의 회전반경보다 크게 구비되어, 상기 추가회전축은 상기 회전축보다 고속으로 회전되는 것을 특징으로 발전기.
제17항에 있어서,
상기 제3 회전자는 상기 제3 고정자의 내측 공간상에 설치되어 회전하는 것을 특징으로 하는 발전기.
외력에 의하여 회전되는 제1 회전자와, 상기 제1 회전자의 내측 공간상에서 고정되어 있는 제1 고정자를 갖는 제1 발전유닛;
상기 제1 회전자의 회전에 연동되어 회전하는 제2 회전자와, 상기 제2 회전자의 외측에서 고정되어 있는 제2 고정자를 갖는 제2 발전유닛;
일측은 상기 제1 고정자의 중심부를 관통하여 상기 제1 회전자와 결합되고, 타측은 상기 제2 회전자와 결합되어, 상기 제1 회전자의 회전력을 상기 제2 회전자로 전달하는 회전축유닛; 그리고,
상기 회전축유닛을 지지함과 동시에 일측은 상기 제1 고정자와 결합되고, 타측은 상기 제2 고정자와 결합되면서 외부 구조물에 고정되는 메인 프레임유닛을 포함하는 발전기.
제20항에 있어서,
제3 회전자와, 상기 제3 회전자의 내측 공간에 설치되는 제3 고정자를 갖는 제3 발전유닛을 더 포함하며,
상기 회전축은 상기 제1 회전자, 상기 제2 회전자 및 상기 제3 회전자와 결합되어 상기 제1 발전유닛, 상기 제2 발전유닛 및 상기 제3 발전유닛을 동시에 구동시키는 것을 특징으로 하는 발전기.
제21항에 있어서,
상기 메인 프레임유닛은 상기 제1 고정자, 상기 제2 고정자 및 상기 제3 고정자를 동시에 고정시키는 제1 프레임과, 상기 제1 프레임의 하부로 연장형성되며 상기 제1 발전유닛과 상기 제2 발전유닛 사이에 배치되는 제2 프레임과, 상기 제1 프레임의 하부로 연장형성되며 상기 제2 발전유닛과 상기 제3 발전유닛 사이에 배치되는 제3 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
풍력에 의하여 회전되는 블레이드 유닛;
상기 블레이드 유닛과 결합되어, 상기 블레이드 유닛과 함께 회전하는 허브유닛; 그리고,
상기 허브유닛의 회전에 연동되어 작동하며, 상기 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 발전기를 포함하는 풍력 발전 시스템.
풍력에 의하여 회전되는 블레이드 유닛;
상기 블레이드 유닛과 결합되며, 상기 블레이드 유닛과 함께 회전하는 허브유닛;
상기 허브유닛과 직접적으로 결합되는 제1 회전자를 갖는 제1 발전유닛, 상기 제1 발전유닛과 연동되어 작동하는 제2 발전유닛을 갖는 발전기;
일측은 상기 제1 회전자와 결합되고, 타측은 상기 제2 발전유닛의 제2 회전자와 결합되는 회전축유닛;
상기 제1 발전유닛과 상기 제2 발전유닛 사이에 설치되는 메인 프레임유닛;
상기 메인 프레임유닛의 하부에 배치되는 요잉유닛; 그리고,
상기 요잉유닛을 지지하며 지상에 고정되는 타워유닛을 포함하는 풍력발전 시스템.
풍력에 의하여 회전되는 블레이드 유닛;
상기 블레이드 유닛과 결합되어, 상기 블레이드 유닛과 함께 회전하는 허브유닛;
상기 허브유닛의 회전에 연동되어 작동하는 복 수개의 발전유닛;
일측은 상기 허브유닛과 결합되며, 타측은 상기 복수 개의 발전유닛을 관통하는 회전축유닛;
상기 복수 개의 발전유닛 중 상기 허브유닛에 가장 인접한 제1 발전유닛과 상기 허브유닛 사이에 배치되는 제1 메인 프레임유닛;
상기 복수 개의 발전유닛들 사이에 배치되는 제2 메인 프레임유닛;
상기 제1 메인 프레임유닛의 하부에 배치되는 요잉유닛; 그리고,
상기 요잉유닛을 지지하며 지상에 고정되는 타워유닛을 포함하는 풍력발전 시스템.