KR20140110955A - 기어리스 풍력 터빈의 제너레이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고정자(4) 및 회전자(2)를 구비한 기어리스 풍력 터빈(100)의 제너레이터(1)에 관한 것이며, 상기 제너레이터는 다수의 교류, 특히 서로 위상 변이된 적어도 3개의 교류를 발생시키기 위한 고정자 권선(8), 상기 교류를 정류하기 위한 정류 수단(10), 및 정류된 교류를 콜렉팅하기 위한 적어도 2개의 직류 버스 바아(12, 14)를 포함한다.

Description

기어리스 풍력 터빈의 제너레이터{GENERATOR OF A GEARLESS WIND TURBINE}
본 발명은 기어리스 풍력 터빈의 제너레이터, 정류기 및 풍력 터빈에 관한 것이다.
풍력 터빈은 일반적으로 공지되어 있다. 풍력 터빈은 바람 에너지를 전기 에너지로 바꾼다. 이 경우, 공기 역학적 회전자가 바람에 의해 구동되며, 회전자는 다시 전기 제너레이터를 구동시킨다. 이 경우, 특히 풍력 터빈들의 2개의 일반적인 타입 즉, 공기 역학적 회전자와 제너레이터 사이에 기어가 제공되는 타입과 기어 없이 동작하는(기어리스) 타입 간에 차이가 있을 수 있다.
기어리스 풍력 터빈은 느리게 동작하는, 4극의 제너레이터, 특히 링 제너레이터를 사용하며, 상기 링 제너레이터는 큰 직경, 특히 큰 공기 갭 직경을 갖는 것을 특징으로 한다. 최신의 기어리스 풍력 터빈은 10 m 까지의 공기 갭 직경을 가질 수 있다. 적어도 약 4.5 m 의 공기 갭 직경이 통상적이다. 본 발명은 특히 상기 제너레이터에 관한 것이다.
상기 제너레이터는 작동 중에 통상 적어도 하나의 3상 교류 시스템을 형성하고, 종종 2개의 3상 시스템이 제공된다. 각각의 상의 권선들 또는 부분 권선들이 각각 직렬로 접속되면, 각각의 상의 권선은 상기 상의 전체 전류를 안내해야 한다. 따라서, 상기 전류를 안내할 수 있기 위해서는 매우 두꺼운 도체 또는 도체 케이블이 제공되어야 한다. 이를 피하기 위해, 각각의 상의 권선이 서로 병렬 접속되는 부분 권선들로 분할될 수 있다. 이는 미리 성형된 코일이 사용될 수 있어서, 특히 충전율이 높아질 수 있다는 장점을 갖는다. 이러한 부분 권선들은 제너레이터의 전체 원주에 걸쳐 분포되고, 병렬 접속은 각각의 상에 대한 환형 파워 버스를 통해 이루어질 수 있다. 상기 환형 파워 버스는 상의 전류를 콜렉팅한다. 상기 버스 바아의 전류는 하나의 상의 모든 부분 권선이 직렬 접속된 변형예의 권선 케이블 내에 주어지는 전류에 실질적으로 상응한다. 상기 전류들은 기본적으로 2개의 변형예에서 동일한 방식으로 후속 처리를 위해, 즉 정류기에 의해 정류되고 그에 따라 네트워크 내로 공급을 위해 인버터에 제공되는 방식으로, 전기 네트워크 내로 공급을 위해 사용될 수 있다.
다수의 부분 권선의 병렬 접속은 직렬 접속의 경우에서보다 작은 횡단면을 가진 상 권선을 허용하기는 하지만, 버스 바아의 사용은 문제를 일으킬 수 있다. 특히, 2개의 3상 시스템은 6개의 버스 바아를 필요로 한다. 상기 버스 바아들은 그들 사이에 상응하는 절연을 가진 6개의 원형 링으로서 조합되어 하나의 대략 원통형 버스 바아 바디를 형성하지만, 상기 버스 바아 바디는 장소의 문제를 야기하는 크기를 가질 수 있다. 상기 버스 바아들은 특히 제너레이터의 고정, 즉 제너레이터의 고정자의 고정을 방해하거나 어렵게 할 수 있다.
독일 특허 및 상표청은 본 출원에 대한 우선권 출원에서 하기 선행 기술들을 찾았다: DE 197 29 034 A1, DE 20 52 808 A, US 6,894,411 B2, US 2009/0212568 A1, US 2010/0072834 A1, EP 2 472 714 A1 및 WO 2006/100420 A1.
본 발명의 과제는 전술한 문제들 중 하나를 해결하는, 특히 기어리스 풍력 터빈의 제너레이터를 발생된 전류의 분배와 관련해서 개선하는, 특히 가능한 작은 장소를 필요로 하는 해결책을 제공하는 것이다. 적어도 대안적 해결책이 찾아져야 한다.
본 발명에 따라 청구항 제 1항에 따른 제너레이터가 제공된다. 그에 따라 제너레이터는 고정자 및 회전자를 포함한다. 고정자는 다수의 교류, 특히 적어도 3개의 서로 상 변이된 교류를 발생시키기 위한 고정자 권선을 지지한다. 또한, 교류들을 정류하기 위한 정류 수단들이 제공된다. 따라서, 정류 수단들은 제너레이터의 부분이다. 고정자에 또는 이것에 바로 인접하게, 직류 버스, 특히 직류로 정류되는 교류를 콜렉팅하기 위한 직류 버스 바아가 제공된다. 따라서, 직류 버스 바아들은 제너레이터의 부분이고, 정류 수단들은 고정자 권선과 버스 바아 사이에 배치되고, 특히 접속되며 국부적으로 거기에 배치된다. 따라서, 직류 버스 바아들은 발생하여 정류된 모든 전류를 픽업한다. 특히, 단 2개의 직류 버스 바아, 즉 포지티브 전위에 대한 하나의 직류 버스 바아 및 네거티브 전위에 대한 하나의 직류 버스 바아의 제공시, 정류된 전체 전류가 각각의 직류 버스 바아를 통해 흐른다. 이러한 이유 때문에, 직류 버스는 바람직하게 직류 버스 바아로서 형성된다. 고정자에 고정적인 국부적 배치는 바람직하게 하나의 버스 바아에 의해 구현되며, 이 경우 다른 방식의 직류 버스도 배제되지 않는다.
따라서, 발생된 교류가 제너레이터에서 이미, 즉 고정자에서 정류되고, 정류된 전류, 즉 가산되어 상응하게 큰 하나의 직류를 형성하는 전류가 그 발생 장소로부터 전달되는 해결책이 주어진다. 여기서는 특히 기어리스 풍력 터빈의 제너레이터가 큰 국부적 크기를 갖는다는 사실이 기초가 된다. 5 m의 직경을 가진 제너레이터의 경우, 15 m 이상의 원주가 주어지고, 전류의 일부가 상기 원주를 따라 상응하는 라인에 의해 안내되어야 한다. 3상 전류의 경우에도 적어도 3개의 라인이 제공되어야 한다. 6상 시스템의 경우, 6개의 라인이 제공되어야 하고, 상기 라인들은 각각 전류 크기에 따라 버스 바아로서 제공될 수 있다. 현장에서 정류에 의해, 단 2개의 직류 버스 바아가 제공되면 된다.
또한, 제너레이터에서 직접 정류가 이루어지면, 하나의 별도 정류기가 절감될 수 있다. 제너레이터의 정류 수단들은 각각 적어도 한 쌍의 다이오드로 또는 적어도 한 쌍의 사이리스터로 형성될 수 있고, 각각 하나의 다이오드 또는 사이리스터는 각각 고정자 권선의 교류 접속부와 직류 버스 바아 사이에 배치되며, 추가의 다이오드 또는 추가의 사이리스터는 상기 교류 접속부와 제 2 직류 버스 바아 사이에 배치된다. 정류는 기본적으로 특히 치수 설계 동안 상기 제너레이터의 구체적인 구성에 맞춰진, 공지된 정류 수단들을 사용해서 공지된 방식으로 이루어진다.
일 실시예에 따라 제너레이터는 동기 제너레이터로서, 특히 외부 여기식 동기 제너레이터로서 그리고 바람직하게는 외부 회전자로서 형성된다. 동기 제너레이터에서 회전자는, 외부 여기식 동기 제너레이터의 경우 상응하는 직류들 또는 여기 전류로서 상응하는 직류에 의해 발생되는 고정 자계에 의해 회전하고, 상기 회전에 의해 회전자가 고정자 내에 그리고 그에 따라 고정자 권선 내에 상응하는 회전 자계 및 그에 의해 다수의 교류를 발생시킨다. 외부 회전자의 구현 시에, 고정자는 회전자에 대해 상대적으로 내부에 놓이고, 이로 인해 내부를 향해 고정자의 배치를 위한 많은 공간이 남는다. 따라서, 정류 수단들 및 직류 버스 바아들의 배치를 위한 공간 및 경우에 따라 정류 수단들의 냉각을 위해 사용될 수 있는 냉각 시스템의 제공을 위한 공간이 있다.
일 실시예에 따라, 버스 바아들은 링형으로 형성되고 대략 고정자를 따라 연장되며 및/또는 정류 수단들 및/또는 직류 버스들, 특히 직류 버스 바아들이 제너레이터, 특히 고정자에 고정되고, 특히 이에 따라 이들이 제너레이터와 함께 냉각된다. 이 경우, 직류 버스 바아들은 고정자 또는 냉각 장치 및/또는 고정자 또는 제너레이터의 히트 싱크에 놓이므로, 제너레이터를 위해 제공된 냉각이 직류 버스 바아들 및/또는 정류 수단들을 위해서도 작용한다. 특히, 제너레이터의 냉각을 위한 공기 흐름이 직류 버스 바아들 및/또는 정류 수단들을 위한 냉각을 실시하도록 배치가 선택된다. 이로 인해, 고정자는 특히 정류 수단들을 위한 냉각도 실시할 수 있다.
일 실시예에 따라, 교류들이 적어도 3개의 상을 가진 시스템, 즉 3상 시스템을, 특히 6상 시스템을 형성한다. 6상 시스템은 특히 2개의 3상 시스템으로 이루어진 시스템이다. 3상 시스템의 상들은 서로 120°만큼 변이되고, 2개의 3상 시스템들은 서로 약 30°변이되므로, 2개의 인접한 상들이 각각 30°만큼 변이된 6개의 상이 존재한다. 고정자 권선들은 각각의 상에 대해 각각 하나의 상 권선을 갖는다.
상 권선들은 바람직하게 부분 상 권선들로 세분된다. 따라서, 6상의 상기 실시예에서 기본적으로 한 세트의 고정자 권선들, 즉 고정자의 모든 권선들 전체, 6개의 상 권선 및 전체 고정자에 대해 적어도 12개의 부분 상 권선, 즉 상기 실시예에서 각각의 상에 대해 적어도 2개의 부분 상 권선이 주어진다.
각각의 부분 상 권선은 정류 수단들 중 하나를 통해 적어도 2개의 버스 바아와 접속된다. 따라서, 각각의 부분 상 권선에 대해 정류가 이루어지고, 부분 상 권선의 각각의 교류가 정류되어 직류로서 2개의 버스 바아에 공급된다. 상기 실시예에서 적어도 12개의 정류 수단들이 제공되고, 따라서 제너레이터에 걸쳐 분포된 12개의 지점에서 직류가 버스 바아 내로 도입된다.
특히, 각각 3개의 상들은 하나의 공통 성형점을 통해 접속된다. 상기 실시예에서, 6개의 상, 6개의 상 권선 및 12개의 부분 상 권선일 때, 각각 6개의 부분 상 권선들은 하나의 공통 성형점을 갖는다. 따라서, 2개의 공통 성형점, 즉 2개의 3상 시스템의 각각에 대해 하나의 공통 성형점이 존재한다.
따라서, 전체 제너레이터에 대해 2개의 직류 버스 바아가 제공되는, 부분 상 권선들의 병렬 접속이 가능하다. 기본적으로 성형점에서 통상의 접속에 의해, 정류시 부분 상 권선 마다 각각 하나의 접속점만이 고려되면 된다.
적어도 6개의 정류 수단, 바람직하게는 적어도 12개의, 적어도 24개의 또는 적어도 48개의 정류 수단이 제공되며 원주 방향으로 제너레이터에 걸쳐 분포되는 것이 바람직하다. 이 경우, 정류 수단의 수로는 상의 수의 수배가 사용되는 것이 바람직하므로, 각각의 상에 대해 다수의 정류 수단이 제공되며, 특히 상응하게 많은 부분 상 권선이 존재한다. 기본적으로 매우 많은 정류 수단이 제공되는 것이 바람직하고, 이 경우 정류 수단들은 상응하게 작아질 수 있다. 따라서, 한편으로는 하나의 열원이 많은 작은 열원으로 분할됨으로써, 열원들이 공간적으로 분포된다. 다른 한편으로는 더 작은 반도체 소자들, 예를 들면 다이오드들 또는 사이리스터들이 기본적으로 대량 생산 제품이어서, 반도체 소자들이 매우 크게 형성되는 경우보다 경제적으로 그리고 입증된 상태로 구입될 수 있다. 또한, 정류 수단용 고유 하우징이 피해질 수 있다. 상기 변형예에 의해 제너레이터의 전체 전류를 정류하는 컴팩트한 정류기가 피해질 수 있다. 이러한 별도의 정류기는 매우 크고, 상응하게 큰 전류에 대해 설계된 반도체 소자들 및 이를 위해 필요한 냉각 시스템을 필요로 한다. 그 대신, 교류들을 발생한 곳에서 직접 정류하고, 따라서 합산되어 큰 교류를 형성하기 전에 정류하는 것이 제시된다..
바람직하게는 제너레이터가 적어도 500 kW, 적어도 1 MW, 특히 적어도 2 MW의 네트 파워를 갖는다. 이는 상기 문제점들이 매우 중요할 수 있는 대형의 최신 제너레이터가 사용된다는 것을 나타낸다. 특히, 이러한 대형 제너레이터는 발생된 전류의 후속 처리를 위해 상응하게 큰 정류기를 필요로 하고, 상기 정류기는 특별하고 고가이며 열을 발생시키는 장치이다. 결과적으로, 풍력 터빈의 곤돌라에서, 상기 정류기를 위한 상응하는 스위치 캐비닛이 절감될 수 있다.
다른 실시예에 따라, 제너레이터는 느리게 동작하는 제너레이터로서 및/또는 적어도 48, 72, 96, 특히 적어도 192 고정자 극을 가진 4극 제너레이터로서 형성되고, 및/또는 3상 또는 6상 제너레이터로서 형성된다. 특히 4극 제너레이터에서, 제안된 해결책이 효율적으로 사용될 수 있는데, 그 이유는 여기서는 발생된 전력의 전류의 작은 부분을 각각 정류하기 위해, 많은 정류 수단들이 제너레이터에 걸쳐 분포될 수 있기 때문이다. 기본적으로, 정류 수단들 및 직류 버스 바아들의 제공에 의해 변형된, 공지된 3상 또는 6상 제너레이터도 사용될 수 있다.
본 발명에 따라 제너레이터에 의해 발생된 다수의 교류를 정류하기 위한 하나의 링 정류기가 제안된다. 이러한 링 정류기는 발생된 교류들 중 하나를 정류하기 위한 적어도 3개의 정류 수단들을 포함하고, 링형으로 배치되며 크기가 제너레이터에 맞춰지고 정류된 교류를 픽업하기 위한 적어도 2개의 직류 버스, 특히 직류 버스 바아를 포함한다. 특히, 링 정류기는 상기에서 2개의 버스 바아가 정류 수단들과 함께 설명된 바와 같이 형성되고, 이 경우 정류 수단들은 각각 상 권선 또는 부분 상 권선에 접속됨으로써 거기서 발생된 교류를 픽업하여 정류시키기 위해 제공된다. 링 정류기는 제너레이터와 함께 상기 실시예들 중 적어도 하나에서 설명되는 바와 같이 새로운 제너레이터를 형성하도록, 제너레이터에 접속하기에 특히 적합하다.
바람직하게 링 정류기는 정류 수단들이 제어되며 정류 수단들을 제어하기 위한 제어 라인들과 접속되는 것을 특징으로 한다. 이러한 실시예는 특히, 활성화되어야 하는 사이리스터들 및/또는 IGBT들로 형성된 정류 수단에 관한 것이다. 또한, 이러한 제어 라인들은 정류 수단들을 제어하기 위해 전술한 제너레이터에도 제공될 수 있다. 완전히 또는 부분적으로 제어되는 정류 수단들에 의해, 정류가 예를 들면 상응하는 반도체 소자의 손실과 관련해서 개선될 수 있다. 또한, 정류기에 의해, 즉 정류 수단들에 의해 제너레이터로부터 나온 전류에 그리고 그에 따라 제너레이터에 작용함으로써 제너레이터를 경우에 따라 부분적으로 제어하는 것이 제너레이터의 제어에 바람직할 수 있다.
또한, 풍력 터빈에는 상기 실시예들 중 적어도 하나의 실시예에서 설명된 바와 같이 제너레이터가 제공된다. 상기 제너레이터는 바람직하게 전술한 링 정류기를 포함한다.
본 발명에 의해, 가능한 작은 장소를 필요로 하는 제너레이터, 정류기 및 풍력 터빈이 제공된다.
이하, 본 발명의 실시예들이 첨부한 도면들을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 풍력 터빈의 사시도.
도 2는 회전자, 고정자, 직류 버스 바아 및 정류 수단을 포함하는 제너레이터의 개략도.
도 3은 직류 버스 바아 및 정류 수단을 구비한 링 제너레이터의 일부의 개략적인 단면도.
도 4는 도 3의 정류 수단을 구비한 직류 버스 바아의 확대도.
도 5는 2개의 직류 버스 바아로 이루어진 부분의 사시도.
도 6은 6개의 교류 버스 바아를 구비한 선행 기술에 따른 제너레이터의 부분의 개략도.
이하에서, 동일한 도면 부호들은 유사하지만 경우에 따라 동일하지 않은 또는 개략도이기 때문에 동일하지 않게 도시된 부재에 대해 사용될 수 있다. 동일한 또는 유사한 부재에 대해 상이한 척도가 사용될 수 있다.
도 1은 타워(102) 및 곤돌라(104)를 구비한 풍력 터빈(100)을 도시한다. 곤돌라(104)에는 3개의 회전자 블레이드(108) 및 하나의 스피너(110)를 구비한 회전자(106)가 배치된다. 회전자(106)는 작동 중에 바람에 의해 회전 운동을 하고, 이로 인해 곤돌라(104) 내의 제너레이터를 구동시킨다.
도 2는 매우 간단히 도시된 회전자(2) 및 고정자(4)를 구비한 제너레이터(1)를 개략적으로 도시한다. 회전자(2)는 고정자(4)에 대해 상대 회전하고, 고정자(4)는 적어도 회전자의 회전 운동과 관련해서 정지한다. 도시된 고정자(4)는 24개의 극(6)을 포함한다. 24개의 극을 가진 도면은 명확하게 나타내기 위해서만 선택된다. 본 발명은 바람직하게 훨씬 더 많은 극에 제공된다. 여기서는 유사한 실제 시스템에서 보다 훨씬 더 큰, 극들(6) 사이의 간격은 중요하지 않으며 단지 개략도의 결과이다. 도 2는 접속, 및 제너레이터의 원주에 걸친 상기 접속의 국부적 분포를 나타내기 위해 사용된다.
도 2에 따라 각각의 극(6)은 부분 상 권선(8)을 포함한다. 도 2에서, 각각의 부분 상 권선(8)은 하나의 극(6)에 할당된다. 그러나, 이것은 단지 하나의 실시예이다. 하나의 부분 상 권선(8)은 다수의 고정자 극들의 권선들의 직렬 접속일 수 있다.
도 2의 실시예에 따라 총 24개의 부분 상 권선(8)이, 즉 각각의 상에 대해 각각 4개의 부분 상 권선(8)이 제공된다. 상들은 도 2에서 P1 내지 P6 으로 표시된다. 2개의 인접한 상들은 각각 서로 30°만큼 변이된다. 따라서, 2개의 3상 시스템, 즉 상 P1, P3 및 P5 을 가진 제 1의 3상 시스템 및 상 P2, P4 및 P6 을 가진 제 2의 3상 시스템이 제공된다. 3상 시스템의 상들, 즉 한편으로는 P1, P3 및 P5 및 다른 한편으로는 P2, P4 및 P6 은 하나의 공통 성형점을 통해 접속되지만, 이는 도 2에 도시되지 않는다.
각각의 부분 상 권선(8)은 정류 수단(10)을 통해 2개의 직류 버스 바아(12, 14)에, 즉 포지티브 직류 버스 바아(12) 및 네거티브 직류 버스 바아(14)에 접속된다. 각각의 정류 수단(10)은 정류를 위해 2개의 다이오드(16)를 포함한다. 여기서는 명확하게 나타내기 위해 종래의 정류 소자인 다이오드가 사용되었다. 다이오드 대신 예를 들면 사이리스터 또는 IGBT가 사용될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는 24개의 정류 수단(10)이 제너레이터(1)의 원주에 걸쳐, 특히 고정자(4)의 원주에 걸쳐 분포된다. 각각의 상은 이 실시예에서 각각 4개의 부분 상 권선(8)으로 분할되므로, 각각의 상을 위한 정류도 4개의 상이한 위치에서, 즉 제너레이터에 걸쳐 대략 90°간격에서 이루어진다. 따라서, 도시된 실시예에서 24개의 교류가 24개의 정류 수단(10)에 의해 정류되고, 주어진 부분 직류들은 직류로서 가산되거나 또는 포지티브 및 네거티브 직류로서 2개의 직류 버스 바아(12, 14) 내에 존재한다. 따라서, 2개의 직류 버스 바아(12, 14)는 제너레이터(1)에 의해 발생된 전체 전력을 안내하고 상응하는 직류 전압(UDC)을 직류 출력(18)에 제공한다. 도시된 실시예에서 결국 직류 버스 바아(12, 14)에 의해 안내되는, 전력의 1/24 만을 정류하면 되는 정류 수단들(10)은 상응하게 작게 구현될 수 있다. 따라서, 경제적이며 입증된 유사한 표준 부품을 사용하는 것도 고려된다.
도 2는 서로 상이한 직경을 가진 그리고 고정자(4)보다 큰 직경을 가진 직류 버스 바아(12, 14)를 도시한다. 그러나, 도 2는 단지 명확히 나타내기 위한 것이며, 바람직하게는 고정자(4), 포지티브 직류 버스 바아(12) 및 네거티브 직류 버스 바아(14)는 방사방향이 아니라 축 방향으로 서로 이격된다.
도 3은 제너레이터(1)의 원주 방향으로 제너레이터의 부분을 도시한다. 제너레이터(1)는 회전자(2), 및 코일 단부(20)를 가진 고정자(4)를 포함한다. 도 3에 따라 고정자(4)에서 좌측에 및 그에 따라 축 방향으로 포지티브 직류 버스 바아(12) 및 네거티브 직류 버스 바아(14)가 도시된다. 상기 2개의 직류 버스 바아들(12, 14) 사이에 정류 수단(10)이 배치되고, 교류 접속부(22)를 통해 도 3에 상세히 도시되지 않은, 상응하는 권선, 특히 부분 상 권선에 접속된다.
따라서, 도시된 제너레이터(1)는, 회전자(2)가 고정자(4)에 대해 상대 회전하고, 고정자(4)에서 다수의 교류가 발생되며, 상기 교류들이 각각 정류 수단들(10)을 통해 정류되어 2개의 직류 버스 바아(12, 14)로 전달되게, 작용한다. 따라서, 하나의 회전자(2) 및 하나의 고정자(4)가 제공되고, 또한 하나의 포지티브 직류 버스 바아(12), 하나의 네거티브 직류 버스 바아(14) 및 매우 많은 정류 수단(10)이 제공되며, 상기 정류 수단들 중 하나만이 도 3에 도시된다.
도 2는 제너레이터(1)의 원주에 걸쳐 상기 정류 수단들(10)의 분포를 개략적으로 도시한다. 또한, 네거티브 직류 버스 바아(14), 다수의 정류 수단(10) 및 직류 접속부들(18)을 가진 포지티브 직류 버스 바아(12)는 링 정류기로 볼 수 있다. 교류 접속부들(22)은 부분적으로 상기 링 정류기의 소자로 볼 수 있다. 따라서, 상기 링 정류기는 제너레이터(1)의 나머지와는 별도로 제공될 수 있고, 상기 나머지 제너레이터(1)와 조립시 그 교류 접속부(22) 만이 각각의 부분 상 권선(8)에 전기 접속되면 된다.
직류 버스 바아들(12, 14)의 제공에 의해, 전체적으로 기계적으로 안정한 구조가 형성될 수 있다.
도 4는 도 3의 부분, 즉 포지티브 직류 버스 바아(12), 네거티브 직류 버스 바아(14), 정류 수단들(10; 이들 중 하나만이 도 4에 도시됨) 및 직류 접속부들(22; 선택된 도시로 인해 이들 중 하나만이 도 4에 도시됨)을 도시한다. 정류 수단(10)은 2 개의 사이리스터(16')를 각각 정류된 소자로서 포함할 수 있다. 2개의 사이리스터(16') 사이에 교류 접속부(22)가 배치된다. 사이리스터들(16')은 제어 라인(24)을 통해 활성화될 수 있다. IGBT들의 사용시에도 이들이 활성화되며, 이는 활성화 라인(24) 또는 상응하게 조정된 활성화 라인들에 의해 이루어질 수 있다.
도 4에 도시된, 도 3의 상기 부분은 링 정류기(26)를 도시한다. 상기 링 정류기가 도 3에 도시된 바와 같이, 제너레이터(1), 특히 고정자(4)에 접속되면, 상기 링 정류기(26)는 제너레이터(1)의 부분이다. 도 4에는 또한 직류 접속부들(18)이 개략적으로 도시된다.
도 5는 링 정류기(26)의 부분을 사시도로 도시한다. 여기서, 포지티브 직류 버스 바아(12)의 배치는 도 5에 따라 그 후방에 배치된 네거티브 직류 버스 바아(14)에 대해 명확히 나타난다. 상기 2개의 직류 버스 바아(12, 14) 사이에 교류 접속부(22)를 가진 정류 수단(10)이 설명을 위해 도시된다. 정류 수단(10)의 사이리스터(16')는 기본적으로 둥근 부품으로서 도시된다. 실제로는, 도 5에서 전방에 놓인 포지티브 직류 버스 바아(12)가 상기 사이리스터(16')를 은폐할 것이며, 상기 사이리스터는 여기서 명확히 나타낼 목적으로 도시된다.
도 6은 도 3에서 선택된 사시도를 기초로 회전자(602) 및 고정자(604)를 가진 제너레이터(601)를 도시한다. 여기서도 다수의 부분 상 권선이 제공되고, 상기 권선들은 병렬 접속에 대해 상마다 각각 교류 버스 바아(L1 내지 L6)에 접속된다. 교류 버스 바아들(L1 내지 L6)은 고정자(604)로부터 도시에 따라 좌측을 향해 그리고 그에 따라 축 방향으로 배치된다. 여기서 반도체 소자들이 한번 포함되는 것은 아니지만, 매우 큰 장소가 필요하다는 것이 나타난다. 그러나, 도시된 공지된 해결책에 따라 각각의 상에 대해 별도의 교류 버스 바아가 제공되어야 하고, 상기 교류 버스 바아는 다른 교류 버스 바아에 대해 전기 절연되어야 한다. 또한, 모두 6개의 교류 버스 바아(L1 내지 L6)는 기계적으로 충분히 고정되어야 하고, 이는 도시된 공간적 실시예로 인해 문제점들을 제공할 수 있다.
도 6은 대형 링 제너레이터에 미리 성형된 코일들을 접속하기 위해 버스 바아들이 필요하다는 것을 나타낸다. 따라서, 다수의 상을 가진 제너레이터는 상기 버스 바아의 상응하게 많은 링을, 즉 상마다 하나를 필요로 한다. 상기 문제를 피하도록 링 정류기를 형성하고, 그에 따라 특히 링의 수를 줄여 기존 체적을 더 양호하게 이용하는 것이 제안된다. 상기 해결책은 2개의 직류 버스 바아(12, 14), 즉 2개의 링으로 작동될 수 있는 가능성을 제공한다. 제안된 해결책에서도 부분 상 권선들이 미리 성형된 코일에 의해 구현될 수 있다. 따라서, 상기 미리 성형된 코일들은 고정자 내에서 상응하는 고정자 극, 예를 들면 도 2의 극(6)을 통해 이동된다.
도시된 해결책은 더 많은 부품들, 특히 더 많은 정류 수단들을 필요로 한다. 그러나, 정류 수단 자체는 구조적 형상이 더 작아진다. 더 작은 유닛들은 각각 더 작은 에너지를 전송할 것이다. 따라서, 상기 해결책은 고정자 내에 미리 성형된 코일을 병렬 접속할 수 있는 바람직한 가능성을 제공한다..
따라서, 고정자 권선들이 병렬 접속된 제너레이터에서, 버스 바아에 의한 체적 문제는 링 정류기의 사용에 의해 해결된다. 링 정류기는 권선에 다이오드, 사이리스터 또는 IGBT로 이루어진 작은 정류기가 설치되며, 권선은 플러스 및 마이너스에서 버스 바아를 통해 함께 접속되도록 형성된다. 이로 인해, 모든 권선들을 하나의 링을 통해 하나의 성형점에 접속하면, 이러한 버스 바아용 링의 수는 2개까지, 경우에 따라 3개까지로 최소화될 수 있다. 이러한 정류기가 제너레이터에 조립되면, 정류기는 제너레이터 냉각 시스템에 의해 냉각될 수 있다. 실시예에 따라 추가의 하우징 또는 추가의 냉각 시스템이 제공될 필요가 없다. 따라서, 제시된 해결책은 정류기와 제너레이터의 통합 가능성을 제공한다. 제너레이터 냉각 시스템의 사용이 가능해지므로, 상기 해결책은 장소를 절감한다.
1 제너레이터
2 회전자
4 고정자
6 고정자 극
8 고정자 권선
10 정류 수단
12, 14 직류 버스 바아
24 제어 라인
26 링 정류기
100 풍력 터빈

Claims (10)

  1. 고정자(4) 및 회전자(2)를 구비한 기어리스 풍력 터빈(100)의 제너레이터(1)로서,
    - 다수의 교류, 특히 서로 위상 변이된 적어도 3개의 교류를 발생시키기 위한 고정자 권선(8),
    - 상기 교류를 정류하기 위한 정류 수단(10), 및
    - 정류된 교류를 콜렉팅하기 위한 적어도 2개의 직류 버스 바아(12, 14)를 포함하는, 제너레이터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제너레이터(1)는 동기 제너레이터로서, 특히 외부 여기식 동기 제너레이터로서 및/또는 외부 회전자로서 형성되는 것을 특징으로 하는 제너레이터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 버스 바아들(12, 14)은 링형으로 형성되고, 대략 상기 고정자(4)를 따라 연장되며 및/또는 상기 정류 수단들(10) 및/또는 상기 직류 버스 바아들(12, 14)은 상기 고정자(4)에 고정되고, 특히 이들이 상기 제너레이터(1)의 냉각 시스템과 열 접속되는 것을 특징으로 하는 제너레이터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정류 수단들(10)은 상기 제너레이터(1)의 원주 방향으로 상기 고정자(4)를 따라 및/또는 상기 버스 바아들(12, 14)을 따라 분포되는 것을 특징으로 하는 제너레이터.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 6개의 정류 수단(10)이 제공되고, 원주 방향으로 상기 제너레이터(1)에 걸쳐 분포되며, 특히 버스 바아들(12, 14)과 같은 수의 정류 수단들(10)이 적어도 6번 제공되는 것을 특징으로 하는 제너레이터.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 1 MW, 특히 적어도 2 MW의 네트 파워가 제공되는 것을 특징으로 하는 제너레이터.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제너레이터(1)는 적어도 48개, 적어도 72개, 적어도 96개, 특히 적어도 192개의 고정자 극(6)을 가진 느리게 회전하는 제너레이터(1)로서 및/또는 4극 제너레이터(1)로서 형성되고 및/또는 6상 제너레이터(1)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 제너레이터.
  8. 제너레이터(1)에 의해 발생된 다수의 교류를 정류하기 위한 링 정류기(26)로서,
    - 발생된 교류들 중 각각 하나의 교류를 정류시키기 위한 적어도 3개의 정류 수단(10), 및
    - 정류된 교류들을 픽업하기 위한, 링형으로 배치되며 크기가 상기 제너레이터(1)에 맞춰진 적어도 2개의 직류 버스 바아(12, 14)를 포함하는 링 정류기.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 정류 수단들(10)이 제어되고, 상기 정류 수단들(10)을 제어하기 위한 제어 라인(24)과 접속되는 것을 특징으로 하는 링 정류기.
  10. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 제너레이터(1) 및/또는 제 8 항 또는 제 9 항에 따른 링 정류기(26)를 구비한 풍력 터빈(100).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020189939A1 (ko) * 2019-03-18 2020-09-24 양정환 모듈형 초경량 dc발전기

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012208550A1 (de) * 2012-05-22 2013-11-28 Wobben Properties Gmbh Generator einer getriebelosen Windenergieanlage
DE102015205348A1 (de) * 2015-03-24 2016-09-29 Wobben Properties Gmbh Verfahren zum Steuern eines Synchrongenerators einer getriebelosen Windenergieanlage

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA902150A (en) * 1969-11-10 1972-06-06 M. Potter Frederick Brushless d.c. oil cooled generator
US3723794A (en) * 1972-03-06 1973-03-27 Westinghouse Electric Corp Rectifier assembly for brushless excitation systems
US4291235A (en) * 1979-02-26 1981-09-22 Bergey Jr Karl H Windmill
US5491370A (en) * 1994-01-28 1996-02-13 General Motors Corporation Integrated AC machine
CA2279337A1 (en) * 1997-01-29 1998-08-06 Dieter W. Blum Dynamo-electric machines and control and operating system for the same
DE19729034A1 (de) * 1997-07-08 1999-01-21 Aloys Wobben Synchrongenerator zum Einsatz bei Windenergieanlagen sowie Windenergieanlage
DE10040273A1 (de) * 2000-08-14 2002-02-28 Aloys Wobben Windenergieanlage
EP1401089A1 (de) * 2002-09-18 2004-03-24 Continental ISAD Electronic Systems GmbH & Co. KG Elektrische Maschine, ausgebildet als Starter, Generator oder Starter-Generator für ein Kraftfahrzeug
RU41497U1 (ru) * 2004-07-06 2004-10-27 Закрытое акционерное общество "Ветроэнергетическая компания" Ветроэнергетическая установка
EP1659674A1 (de) * 2004-11-18 2006-05-24 Constant Seiwerath Elektrische Maschine
GB2424523A (en) * 2005-03-21 2006-09-27 Alstom Electronically commutated electrical machine
JP4797779B2 (ja) * 2006-04-27 2011-10-19 株式会社デンソー 車両用交流発電機
US7656135B2 (en) * 2007-01-05 2010-02-02 General Electric Company Method and apparatus for controlling rotary machines
DE102007024528A1 (de) * 2007-05-24 2008-11-27 Voith Patent Gmbh Energieerzeugungsanlage, angetrieben durch eine Wind- oder Wasserströmung
DK2096732T3 (da) * 2008-02-27 2011-01-03 Abb Schweiz Ag Energisystem, som omfatter en vind- eller vandkraftturbine
DK2143941T3 (da) * 2008-07-07 2011-01-31 Siemens Ag Direct-drive generator og vindmølle
EP2161819A1 (en) * 2008-09-08 2010-03-10 Converteam Technology Ltd Assemblies for electrical machines
TW201029315A (en) * 2009-01-22 2010-08-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Wind power generation device and method for controlling output thereof
RU2382900C1 (ru) * 2009-02-13 2010-02-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный агроинженерный университет" Система для автономного электроснабжения потребителей
EP2228897B1 (en) * 2009-03-11 2012-07-04 Vercet LLC Generator power conditioning
US8482156B2 (en) * 2009-09-09 2013-07-09 Array Power, Inc. Three phase power generation from a plurality of direct current sources
JP2011062029A (ja) * 2009-09-12 2011-03-24 Sugai Sogyo:Kk 発電機
TWI420772B (zh) * 2010-04-06 2013-12-21 Szu Lin Liu 風力發電之輸出功率調節電路
US8624437B2 (en) * 2010-12-28 2014-01-07 Vestas Wind Systems A/S Power conversion system and method
TWM409302U (en) * 2011-02-25 2011-08-11 Ming Dao University Apparatus of wind generator
US8426995B2 (en) * 2011-11-02 2013-04-23 General Electric Company Wind turbine generator and wind turbine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020189939A1 (ko) * 2019-03-18 2020-09-24 양정환 모듈형 초경량 dc발전기

Also Published As

Publication number Publication date
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