KR20150104215A - 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시트들에 의해 형성되는 홈들(5) 내에 놓이는 권선들을 갖는 스테이터(2)를 포함하되, 스테이터(2)가 소정의 지름 및 소정의 깊이를 갖고, 시트들이 적층 코어(4, 9, 10)를 형성하며, 적층 코어(4, 9, 10)가 나사 볼트들(6)에 의해 관통되고 그 전방 및 후방 단부들에서 스테이터(2)의 스테이터 링(1)에 고정되는 발전기(3)에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 스테이터 링(1)에 적층 코어의 또 다른 고정 지점(13)이 형성되되, 고정 지점(13)이 스테이터 링(1)의 대략 중앙에 위치하도록 하는 것을 제안한다.

Description

발전기{GENERATOR}

본 발명은 발전기, 예컨대 동기 발전기로서 형성되거나 풍력 터빈용 링 발전기(ring generator)로서도 형성되는 발전기에 관한 것이다. 그러나 발전기는 공지된 것으로, 예컨대 Firma Enercon GmbH, Aurich에 의해 풍력 터빈용으로 대량 생산되고 있는데, 그러한 발전기의 출력은 500 ㎾ 이상의 범위에 있고, 피크 시에는 7.5 ㎿ 이상에까지 달한다.

그러한 발전기는 부분적으로 상당한 지름을 갖는데, 그것은 Firma Enercon의 풍력 터빈이 기어를 갖지 않기 때문이고, 이때 지름은 발전기의 출력에 따라 3 내지 12 m에서 또는 그 이상으로 변동한다.

그러한 발전기(동기 발전기 또는 링 발전기라고도 하는)의 회전 속도는 발전기 회전자가 공기 역학적 로터에 직접 커플링됨으로 인해 약 10 내지 22 rpm에 달한다. 즉, 그러한 발전기는 "저속으로 작동하는" 것으로 분류되는 발전기이고, 이때 사용되는 발전기는 예컨대 78개의 극들 또는 극 쌍들을 갖는 다극 발전기(multipolar generator)이다.

그러한 발전기는 모든 발전기에서와 같이 스테이터와 회전자(여기서는, 로터란 개념을 사용하지 않는데, 왜냐하면 풍력 터빈에서의 로터란 개념은 통상적으로 공기 역학적 시스템의 회전하는 부분, 즉 공기 역학적 로터에 부여되는 개념이기 때문임)로 이뤄진다.

그러한 발전기의 깊이는 200 내지 800 ㎜의 범위에 있다.

발전기 스테이터는 홈들을 구비한 적층 코어(laminated core)들을 수용하는 스테이터 링(stator ring)으로 이뤄지는데, 적층 코어들은 스테이터 링의 내면에서 360°에 걸쳐 폐쇄된 형상을 취한다. 그러한 적층 코어들의 홈들에는 발전기 시스템의 권선들이 끼워지고, 발전기의 작동 중에 그 권선들에서 전력이 유도된다.

적층 코어의 시트(sheet)들은 전통적인 다이나모 시트(dynamo sheet)들이다. 그들은 수작업으로 또는 기계에 의해 일정한 패턴을 따라 깔리고, 이때 나사 볼트들에 의해 수용될 수도 있는데, 그러한 나사 볼트들은 적층 코어의 제작 후에 개별 시트들을 서로 맞닿게 누르기 위해 고정적으로 조여진다.

적층 코어 그 자체는 제작 후에 예컨대 나사 체결에 의해 또는 용접에 의해 스테이터 링에 고정된다.

선행 기술로서는, US 3,708,707 A, US 2,973,442 A, US 1,685,054 A, DE 1 232 651 B, 및 DE 2 148 827 A를 전반적으로 살펴보면 된다.

종래의 발전기의 시스템은 매우 신뢰성이 있는 것으로 판명되었으나, 그럼에도 한층 더 깊은 깊이를 갖으면서 그 경우에도 여전히 확실한 작동이 유지되는, 특히 스테이터와 회전자 사이의 에어 갭이 변함없이 그대로 유지되는 발전기도 얻고자 하고 있다.

그러한 목적은 본 발명에 따라 청구항 제1항의 특징들을 갖는 발전기에 의해 달성된다. 바람직한 부가의 구성들이 종속 청구항들에 기술되어 있다.

종래, 선행 기술에서는 적층 코어가 2개의 자리에서만 스테이터 링에 고정되었다.

그러나 발전기 깊이가 예컨대 1200 ㎜(또는 그 이상)로 증가하면, 즉 적층 코어가 축 방향으로 훨씬 더 길어지면, 스테이터와 회전자 사이의 에어 갭이 변함이 없고, 한편의 발전기의 권선들/시트들과 다른 한편의 스테이터 링 또는 스테이터 캐리어의 냉각 채널들 사이에서 확실한 냉각 및 그에 따른 양호한 열 전달이 주어지도록 하는 것도 보장되어야 한다. 즉, 발전기의 전체의 폭에 걸쳐 적층 코어 및 그에 따른 시트들이 스테이터 링과 직접 접촉한 채로도 유지되도록 하는 것이 목적이다. 그것을 확실하게 보장하기 위해, 본 발명은 적층 코어가 그 바깥쪽 자리의 2개의 지점들서 스테이터 링에 고정될 뿐만 아니라, 적어도 하나의 또 다른 지점에서도, 즉 대략 적층 코어의 중앙에서도 스테이터 링에 고정되도록 하는 것을 제안하고 있다.

그럼으로써, 본 발명에 따라 무엇보다도 적층 코어가 처지고, 즉 그 자중으로 인해 아래로 이동하고, 그 결과 궁극적으로 에어 갭이 감소하거나 최악의 경우에 스테이터와 회전자의 기계적으로 접촉이 유발될 수도 있는 상황이 벌어지지 못하게 하는 것이 달성된다.

도 1은 발전기의 스테이터 링의 일부를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 발전기의 단면도이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 풍력 터빈의 발전기, 예컨대 동기 발전기의 스테이터(2)의 스테이터 링(1)의 일부를 도시하고 있다. 스테이터 링(1)의 내부에는, 다수의 개별 시트들(다이나모 시트들)(도시되지 않음)을 겹침으로써 형성한 적층 코어(4)가 형성되어 있다.

적층 코어(4)는 홈들(5)을 형성하고 있는데, 홈들(5)에는 나중에 스테이터(2)의 권선들이 끼워진다. 적층 코어(4) 그 자체는 다수의 나사 볼트들(6)에 의해 관통되고, 도시된 예에서 지지 링(7)에 의해 로킹된다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 그러한 지지 링(7)도 역시 나사 볼트들(6)에 의해 관통되어 용접 이음매(8)에 의해 지점(13)에서 스테이터 링(1)에 고정된다.

도 1에 따른 지지 링(7)은 적층 코어의 외면에 위치하는 것이 아니라, 대략 중앙에 위치하고(도 2 참조), 그에 따라 지지 링(7)의 용접 후에 스테이터(2)의 전체의 적층 코어(10)의 제2 부분(9)을 형성하기 위해 또 다른 시트들이 지지 링 상에 놓일 수 있게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 발전기(3)의 횡단면도를 도시하고 있다. 본 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 나사 볼트들(6)은 전체의 적층 코어(10) 및 지지 링(7)을 관통하고, 적층 코어(10)는 그 외면들에서 압력판들(11)과 접경한다. 나사 볼트들(6)은 적층 코어(4, 9, 10)의 시트들을 가능한 한 서로 밀착시켜 누르기 위해 높은 조임 모멘트를 갖는다. 바깥쪽에서 적층 코어에 접하는 압력판들(11)은 적층 코어의 개별 시트들에 비해 큰 폭을 갖고, 스테이터 링(1)에 용접된다. 그것은 대략 적층 코어의 중앙에 있는 지지 링(7)에 있어서도 마찬가지이고, 그에 따라 전체의 적층 코어가 적어도 3개의 지점들에서 스테이터 링(1)과 고정적으로 연결된다. 적층 코어의 개별 시트들은 물론 지지 링도 나사 볼트들(6)을 수용하기 위한 대응 구멍들을 갖고, 그에 따라 시트들도 나사 볼트들(6)에 의해 함께 지탱된다.

전술하고 첨부 도면들에 도시한 발전기(3)는 1000 ㎜보다 큰 깊이, 2 m보다 큰 지름 및 1 ㎿보다 큰 정격 출력을 갖는다. 바람직하게는 약 1200 ㎜의 깊이와 약 5 m의 스테이터의 바깥지름 그리고 3 ㎿의 정격 출력을 갖는다. 그러한 발전기(3)는 풍력 터빈에 수용되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 발전기(3)는 전체의 적층 코어(10)가 전술한 지지 링(7)에 의해 분리된 2개의 부분 영역들(4, 9)로 분할되는 것을 또한 특징으로 한다. 그것은 완성된 발전기의 스테이터 권선들 바라볼 때에도 확인될 수 있는데, 왜냐하면 지지 링(7)이 시트들에 비해 상대적으로 큰 두께를 갖고, 지지 링(7)이 다이나모 시트들의 홈들(5)에 의해 형성되는 홈 깊이만큼 보다는 덜 긴 핑거(12)를 구비하기 때문이다.

도 1에서는, 지지 링(7)이 위쪽에서 적층 코어들 상에 놓여 있는 것을 볼 수 있다. 적층 코어들은 전술한 바와 같이 도시된 홈 형태들을 각각 갖는 겹쳐진 시트들로 이뤄진다. 또한, 일정 개수의 시트 층들, 예컨대 5 내지 20개의 시트 층들, 즉 지지 링(7)의 바로 아래에 놓인 시트 층들은 그 영역에서 그 시트들의 가능한 한 최상의 결합을 보정하기 위해 서로 접착되는 것이 바람직한데, 왜냐하면 시트들 그 자체는 그 자유 단부들에서 바람직하게는 압력판들과 같은 재료로 되고 바람직하게는 동일한 형태도 갖는 지지 링(7)의 핑거들(12)에 의해 완전히 덮이지 않기 때문이다.

Claims (8)

1. 시트들에 의해 형성되는 홈들(5) 내에 놓이는 권선들을 갖는 발전기 스테이터(2)를 포함하는 풍력 터빈의 동기 발전기(3)에 있어서,
   상기 발전기 스테이터(2)는 소정의 지름 및 소정의 깊이를 갖고, 상기 시트들은 적층 코어(4, 9, 10)를 형성하며, 전체의 적층 코어(4, 9, 10)는 나사 볼트들(6)에 의해 관통되고 그 전방 및 후방 단부들에서 상기 발전기 스테이터(2)의 스테이터 링(1)에 고정되며,
   상기 스테이터 링(1) 상에 상기 적층 코어의 또 다른 고정 지점(13)이 형성되되, 상기 고정 지점(13)은 상기 스테이터 링(1)의 중앙에 위치하고, 상기 고정 지점(13)에 지지 링(7)이 용접되며,
   적층 코어(10)는 2개의 부분들(4, 9)로 분할되고, 상기 2개의 부분들은 상기 지지 링(7)에 의해 분리되며,
   상기 적층 코어(4, 9, 10) 및 상기 지지 링(7)은 상기 나사 볼트들(6)을 수용하기 위한 대응 구멍들을 갖는 것을 특징으로 하는 동기 발전기.
2. 제1항에 있어서, 상기 적층 코어(4, 9, 10)는 외면들에서 상기 스테이터 링(1)에 용접되는 압력판들(11)과 접하는 것을 특징으로 하는 동기 발전기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지 링(7)의 바로 아래에 놓인 적층 코어(4, 9, 10)의 일정 개수의 시트 층들은 서로 접착되는 것을 특징으로 하는 동기 발전기.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지 링(7)은 상기 적층 코어(4, 9, 10)의 시트에 비해 상대적으로 큰 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 동기 발전기.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지 링(7)은 상기 홈들(5)의 홈 깊이보다 짧은 핑거(12)를 구비하는 것을 특징으로 하는 동기 발전기.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 동기 발전기는 1000 ㎜보다 큰 깊이, 2 m보다 큰 지름 및 1 ㎿보다 큰 정격 출력을 갖는 것을 특징으로 하는 동기 발전기.
7. 제6항에 있어서, 상기 깊이는 1200 ㎜이고, 상기 지름은 5 m이며, 상기 정격 출력은 3 ㎿인 것을 특징으로 하는 동기 발전기.
8. 제1항 또는 제2항에 따른 동기 발전기를 포함하는 풍력 터빈.

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