KR20150143813A - 동기 발전기 스테이터 및 동기 발전기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 스테이터 링(300)과, 스테이터 적층 코어(400)와, 이 스테이터 링(300)과 스테이터 적층 코어 (400) 사이의 원주방향 간극(310), 그리고 이 원주방향 간극(310) 내의 복수의 디커플링 유닛(500)을 포함하는 동기 발전기 스테이터에 관한 것이며, 디커플링 유닛(500)은 스테이터 적층 코어(400)의 윤곽부에 매칭되는 제1 박판(510)과, 스테이터 링(300)의 윤곽부에 매칭되는 제2 박판(530)을 포함하고, 제1 박판(510)과 제2 박판(530) 사이에는 중공 챔버 및 유입 밸브(540)를 포함하는 매트(520)가 제공된다.

Description

동기 발전기 스테이터 및 동기 발전기{SYNCHRONOUS GENERATOR STATOR AND SYNCHRONOUS GENERATOR}
본 발명은 동기 발전기 스테이터 및 동기 발전기에 관한 것이다.
동기 발전기들은 예컨대 풍력 발전 설비들에서 이용되면서 발전기 스테이터와 발전기 회전자 또는 발전기 로터를 포함한다. 발전기 스테이터는 전형적으로 풍력 발전 설비의 나셀과 단단히 연결되고, 발전기 로터는 풍력 발전 설비의 로터와 직접 또는 간접적으로(기어 장치를 통해) 연결된다. 그에 따라, 풍력 발전 설비의 로터의 회전 동안, 동기 발전기의 발전기 로터도 함께 회전되며, 그럼으로써 동기 발전기는 전기 에너지를 생성한다.
본 발명의 과제는, 감소된 음향 방출을 가능하게 하는 풍력 발전 설비용 동기 발전기를 제공하는 것에 있다.
상기 과제는, 청구항 제1항에 따르는 동기 발전기 스테이터를 통해, 그리고 청구항 제3항에 따르는 동기 발전기를 통해 해결된다.
본 발명에 따라서, 스테이터 링과, 스테이터 적층 코어(stator laminated core)와, 이 스테이터 링(또는 자신의 내부 윤곽부 또는 외부 윤곽부)과 스테이터 적층 코어(또는 자신의 외부 윤곽부 또는 내부 윤곽부) 사이의 원주방향 간극(circumferential gap)과, 이 간극 내의 복수의 디커플링 유닛을 포함하는 동기 발전기 스테이터가 제공된다.
디커플링 유닛은, 스테이터 적층 코어의 (외부) 윤곽부에 매칭되는 제1 박판과, 스테이터 링의 (내부) 윤곽부에 매칭되는 제2 박판을 포함한다. 제1 박판과 제2 박판 사이에는 중공 챔버 및 유입 밸브를 포함하는 매트(mat)가 제공된다.
간극은 환형 간극으로서 형성될 수 있다.
중공 챔버는 유입 밸브에 의해 압력 매체로 충전될 수 있다.
본 발명의 한 양태에 따라서, 매트는 가황 고무 압축 매트로서 형성된다.
본 발명은 마찬가지로 본 발명에 따른 동기 발전기 스테이터를 포함하는 동기 발전기에도 관한 것이다.
본 발명은 마찬가지로 스테이터 링과 스테이터 적층 코어를 포함하는 동기 발전기 스테이터를 장착하기 위한 방법에도 관한 것이다. 스테이터 적층 코어는 스테이터 링 내로 삽입되며, 그럼으로써 스테이터 링의 윤곽부와 스테이터 적층 코어의 윤곽부 사이에 원주방향 간극이 존재하게 된다. 복수의 디커플링 유닛은 간극 내로 삽입된다.
본 발명의 추가 양태에 따라서, 복수의 디커플링 유닛이 간극 내로 삽입된 후에, 제1 박판과 제2 박판 사이의 매트의 중공 챔버를 채우기 위해, 압력 매체가 유입 밸브를 통해 디커플링 유닛 내로 유입된다.
본 발명은 마찬가지로 본 발명에 따른 동기 발전기 스테이터를 구비한 동기 발전기를 포함하는 풍력 발전 설비에도 관한 것이다.
본 발명은 스테이터 링과 스테이터 적층 코어 사이의 간극 내에 복수의 디커플링 유닛을 포함하는 동기 발전기 스테이터를 제공한다는 사상에 관한 것이다. 상기 디커플링 유닛들은 스테이터 적층 코어로부터 스테이터 링 상으로 진동 또는 구조 전달음의 전달을 방지하기 위해 제공될 수 있다.
본 발명의 한 양태에 따라서, 디커플링 부재는 외부 박판 부재와 내부 박판 부재뿐만 아니라, 이 두 박판 부재 사이에 예컨대 고무 압축 매트와 같은 가요성 매트도 포함한다.
동기 발전기는 내부 회전자로서 형성될 수 있으며, 다시 말하면 발전기의 회전자 또는 로터는 스테이터의 내부에 제공된다.
디커플링 유닛의 두 박판 사이의 매트는 중공 챔버를 포함할 수 있고, 그럼으로써 압력 매체가 상기 중공 챔버 내로 유입될 수 있다. 그에 따라, 디커플링 부재들은, 결과적으로 후속하여 압력 매체를 유입하기 위해, 맨 먼저 압력 매체 없이 스테이터 링과 스테이터 적층 코어 사이의 간극 내로 삽입될 수 있으며, 그럼으로써 디커플링 부재들은 스테이터 링과 스테이터 적층 코어 사이의 간극을 (두께를 증가시키면서) 채우게 된다.
본 발명의 추가 구현예들은 종속 청구항들의 대상이다.
본 발명의 장점들 및 실시예들은 하기에서 도면과 관련하여 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따르는 풍력 발전 설비를 도시한 개략도이다.
도 2는 제1 실시예에 따르는 동기 발전기 스테이터를 도시한 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 제1 실시예에 따르는 동기 발전기 스테이터를 위한 디커플링 유닛을 각각 도시한 사시도이다.
도 4는 제1 실시예에 따르는 동기 발전기의 한 절개 부분을 도시한 개략적 사시도이다.
도 5는 제1 실시예에 따르는 동기 발전기 스테이터의 한 절개 부분을 도시한 추가의 개략적 사시도이다.
도 6은 제1 실시예에 따르는 동기 발전기 스테이터를 도시한 단면 사시도이다.
도 1에는, 본 발명에 따르는 풍력 발전 설비가 개략도로 도시되어 있다. 풍력 발전 설비(100)는 타워(102)와 나셀(104)을 포함한다. 나셀(104) 상에는 3개의 로터 블레이드(108)와 스피너(110)를 포함하는 로터(106)가 제공된다. 로터(106)는 작동 중에 바람에 의해 회전 운동되면서 그에 따라 나셀(104) 내의 동기 발전기의 로터 또는 회전자도 회전시킨다. 로터 블레이드들(108)의 피치 각도는 각각의 로터 블레이드들(108)의 로터 블레이드 루트들 상의 피치 모터들을 통해 변경될 수 있다.
동기 발전기의 동기 발전기 스테이터는 전형적으로 풍력 발전 설비의 나셀과 단단히 연결되고, 그에 반해 동기 발전기의 로터는 풍력 발전 설비의 공기 역학적 로터와 직접적으로 (또는 기어 장치를 통해) 연결되며, 그럼으로써 풍력 발전 설비의 공기 역학적 로터가 회전될 때 발전기 로터도 회전되게 된다.
하기에서는 내부 회전자에 대한 실시예가 기재된다. 외부 회전자에 대해서는 "내부"와 "외부"란 표현을 서로 바꿔 적용하면 된다.
도 2에는, 제1 실시예에 따르는 동기 발전기 스테이터가 사시도로 도시되어 있다. 스테이터는 외부 스테이터 링(300)과, 안쪽에 위치하는 스테이터 적층 코어(400)와, 이 스테이터 적층 코어(400)의 외면과 스테이터 링(300)의 내면 사이의 원주방향 간극(310)을 포함한다. 상기 원주방향 간극(310) 내에는 복수의 디커플링 유닛(500)이 제공된다. 디커플링 유닛들(500)은 스테이터 적층 코어(400)와 스테이터 링(300) 사이에서 진동 및/또는 구조 전달음의 디커플링을 위해 이용된다.
도 3a 및 도 3b에는, 제1 실시예에 따르는 동기 발전기 스테이터를 위한 디커플링 유닛이 각각 사시도로 도시되어 있다. 커플링 유닛(500)은 제1 박판(510) 및 제2 박판(530)뿐만 아니라, 이 제1 박판(510)과 제2 박판(530) 사이의 매트(520)도 포함한다. 제1 박판(510)은 스테이터 적층 코어(400)의 외부 윤곽부에 매칭된다. 제2 박판(530)은 스테이터 링(300)의 내부 윤곽부에 매칭된다. 디커플링 유닛들(500)은 원호의 유형으로 원주방향 간극(310) 내에 배치된다. 제1 박판(510) 상에는 예컨대 2개의 고정 러그(511)가 제공되고 제2 박판(530) 상에는 2개의 고정 러그(531)가 제공될 수 있다. 이런 러그들(511, 531)은 디커플링 유닛(500)의 단부면 상에 제공된다. 제1 박판(510)과 제2 박판(530) 사이의 매트(520)는 중공 챔버를 포함할 수 있으며, 이 중공 챔버는 디커플링 유닛(500)의 단부면 상의 유입 밸브(540)를 통해 압력 매체로 충전될 수 있다.
본 발명의 한 양태에 따라서, 제1 및 제2 디커플링 박판은 약 2㎜의 두께를 가지며, 매트(520)는 가황 고무 압축 매트를 나타낸다.
도 4에는, 제1 실시예에 따르는 동기 발전기의 한 절개 부분이 개략적 사시도로 도시되어 있다. 특히 도 4에는, 스테이터 링(300)과 스테이터 적층 코어(400) 사이의 원주방향 간극(310) 내에 디커플링 부재(500)를 장착하는 점이 도시되어 있다. 이 경우, 디커플링 부재(500)는 간극(310) 내로 삽입된다. 이 경우, 선택적으로, 예컨대 매트(520)는 압력 매체를 포함하지 않으면서 제1 박판(510)과 제2 박판(530) 사이에 제공될 수 있으며, 그럼으로써 장착은 더 간편하게 수행될 수 있다.
도 5에는, 제1 실시예에 따르는 동기 발전기 스테이터의 한 절개 부분이 추가의 개략적 사시도로 도시되어 있다. 동기 발전기 스테이터는 스테이터 링(300)과, 스테이터 적층 코어(400)와, 이 스테이터 링(300)과 스테이터 적층 코어(400) 사이의 원주방향 간극(310)을 포함한다. 상기 간극 내로는 복수의 디커플링 유닛(500)이 배치되거나 삽입된다. 디커플링 유닛들(500)이 원주방향 간극(310) 내로 삽입된 후에, 압력 매체는 유입 밸브(540)에 의해 매트(520)의 중공 챔버 내로 유입될 수 있다. 그 결과로, 제1 박판이 스테이터 적층 코어(400)의 외부 윤곽부에 접하고 제2 박판(530)은 스테이터 링(300)의 내부 윤곽부에 접할 때까지 제1 박판(510)과 제2 박판(530) 사이의 이격 간격은 확대된다.
도 6에는, 제1 실시예에 따르는 동기 발전기 스테이터가 단면 사시도로 도시되어 있다. 동기 발전기 스테이터는 스테이터 링(300)과, 스테이터 적층 코어(400)와, 이 스테이터 링(300)과 스테이터 적층 코어(400) 사이의 간극을 포함한다. 상기 간극(310) 내에는 복수의 디커플링 유닛(500)이 제공된다. 디커플링 유닛(500)은 제1 및 제2 박판(510, 530)뿐만 아니라 이들 박판 사이의 매트(520)도 포함한다. 도 6에 따르는 디커플링 유닛들의 구성은 도 3a 및 도 3b에 따르는 디커플링 유닛을 근거 또는 기반으로 할 수 있다.
그에 따라, 디커플링 유닛들은 스테이터 적층 코어(400)와 스테이터 링(300) 사이에 제공된다.
압력 매체는 유입 밸브(540)에 의해 매트의 중공 챔버 내로 유입될 수 있으며, 그럼으로써 스테이터 링(300)과 적층 코어(400) 사이의 간극이 충전되어 토크 전달을 위해 압축될 수 있다. 또한, 디커플링 부재들을 통해 발전기 공기 간극도 설정될 수 있다.
본 발명에 따라서, 스테이터 링(300)과 스테이터 적층 코어 사이의 간극 내에서 디커플링 유닛들을 이용하는 것을 통해, 구조 전달음 디커플링 및/또는 진동 디커플링이 제공될 수 있으며, 그럼으로써 동기 발전기의 음향 방출은 대폭 감소될 수 있다.
본 발명에 따르는 동기 발전기는 저속 회전형 동기 발전기이면서 특히 풍력 발전 설비 또는 수력 발전 설비를 위한 링 발전기를 나타낸다. 동기 발전기는 1MW를 상회하는 정격 출력(> 1MW)을 갖는다.
동기 발전기는 40U/min 미만, 특히 20U/min 미만의 회전속도를 갖는다.
본 발명에 따라서, 4m를 상회하는 지름(> 4m)을 갖는 동기 발전기가 제공된다. 또한, 동기 발전기는 분리 여기 동기 발전기(separately excited synchronous generator)로서 형성된다.

Claims (5)

  1. 동기 발전기 스테이터로서,
    스테이터 링(300)과,
    스테이터 적층 코어(400)와,
    스테이터 링(300)과 스테이터 적층 코어(400) 사이의 원주방향 간극(310), 그리고
    원주방향 간극(310) 내의 복수의 디커플링 유닛(500)으로서, 각각 스테이터 적층 코어(400)의 윤곽부에 매칭되는 제1 박판(510)과, 스테이터 링(300)의 윤곽부에 매칭되는 제2 박판(530)을 포함하는 복수의 디커플링 유닛
    을 포함하며, 상기 제1 박판(510)과 제2 박판(530) 사이에 중공 챔버 및 유입 밸브(540)를 포함하는 매트(520)가 마련되는 것인 동기 발전기 스테이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 매트(520)는 가황 고무 압축 매트로서 형성되는 것인 동기 발전기 스테이터.
  3. 동기 발전기 스테이터를 포함하는 동기 발전기로서,
    상기 동기 발전기 스테이터는
    스테이터 링(300)과,
    스테이터 적층 코어(400)와,
    스테이터 링(300)과 스테이터 적층 코어(400) 사이의 원주방향 간극(310), 그리고
    원주방향 간극(310) 내의 복수의 디커플링 유닛(500)
    을 포함하고,
    상기 디커플링 유닛(500)은 스테이터 적층 코어(400)의 윤곽부에 매칭되는 제1 박판(510)과, 상기 스테이터 링(300)의 윤곽부에 매칭되는 제2 박판(530)을 포함하며,
    상기 제1 박판(510)과 제2 박판(530) 사이에 중공 챔버 및 유입 밸브(540)를 포함하는 매트(520)가 마련되는 것인 동기 발전기.
  4. 제3항에 따르는 동기 발전기를 포함하는 풍력 발전 설비.
  5. 스테이터 링(300)과 스테이터 적층 코어(400)를 포함하는 동기 발전기 스테이터를 장착하기 위한 동기 발전기 스테이터의 장착 방법으로서,
    스테이터 링(300) 내로 스테이터 적층 코어(400)를 삽입함으로써 스테이터 링(300)과 스테이터 적층 코어(400) 사이에 원주방향 간극(310)이 존재하게 하는 단계와,
    원주방향 간극(310) 내로 복수의 디커플링 유닛(500)을 삽입하는 단계
    를 포함하며, 상기 디커플링 유닛(500)은 스테이터 적층 코어(400)의 윤곽부에 매칭되는 제1 박판(510)과, 상기 스테이터 링(300)의 윤곽부에 매칭되는 제2 박판(530)을 포함하고,
    상기 제1 박판(510)과 제2 박판(530) 사이에 중공 챔버 및 유입 밸브(540)를 포함하는 매트(520)가 마련되며,
    상기 동기 발전기 스테이터의 장착 방법은, 복수의 디커플링 유닛(500)이 원주방향 간극(310) 내로 삽입된 후에, 상기 제1 박판(510)과 제2 박판(530) 사이의 매트(520)의 중공 챔버를 채우기 위해 유입 밸브(540)를 통해 디커플링 유닛(500) 내로 압력 매체를 유입시키는 단계를 더 포함하는 것인 동기 발전기 스테이터의 장착 방법.
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