KR20220128288A - 발전기 보강재 링 - Google Patents

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KR20220128288A
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stiffener
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페레 알레잔드로 헤르난데즈
토마스 드로츠
토레스 파블로 포조
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제너럴 일렉트릭 레노바블레스 에스빠냐 에스.엘.유.
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Abstract

본 발명은, 로터(13), 스테이터(12), 및 상기 로터(13)와 상기 스테이터(12) 사이의 방사상 에어 갭(39)을 포함하는 전기 기계에 관한 것이며, 여기서 상기 로터와 상기 스테이터 중 하나는 상기 전기 기계의 하나의 측면 상에서 구동되는 단부 플레이트와, 상기 로터(13)와 상기 스테이터(12) 중 다른 하나를 방사상으로 둘러싸는 중앙 지지체(32), 및 상기 전기 기계의 반대편 측면 상의 보강재 링(33)을 포함한다. 상기 보강재 링은, 상기 중앙 지지체(32)에 연결되는 외부 링(34), 및 상기 외부 링(34)에 연결되는 내부 링(35)을 포함한다. 상기 외부 링(34)은, 제거 가능하게 장착되는 복수의 외부 세그먼트(44)를 포함한다. 본 발명은 또한, 풍력 터빈 및 전기 기계의 부품들을 수리하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

발전기 보강재 링{GENERATOR STIFFENER RING}
본 발명은, 전기 기계에 관한 것이며, 보다 상세하게는 풍력 터빈용 발전기, 및 그와 같은 발전기를 포함하는 풍력 터빈에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 전기 기계, 보다 구체적으로는 풍력 터빈 발전기의 활성 부품들에 접근하기 위한 방법에 관한 것이다.
모터 및 발전기와 같은 전기 기계는 일반적으로, 로터 구조물 및 스테이터 구조물을 포함한다. 대형 발전기는, 예를 들어 영구 자석 여자 발전기(PMG)일 수 있다.
그와 같은 발전기는, 예를 들어 풍력 터빈에 사용될 수 있다. 풍력 터빈은 일반적으로, 로터 허브 및 복수의 블레이드를 구비하는 로터를 포함한다. 상기 로터는, 상기 블레이드들에 대한 바람의 영향 하에서 회전하도록 세팅된다. 상기 로터 샤프트의 회전은, 발전기 로터를 직접 구동하거나("직접 구동") 또는 기어박스를 사용하여 구동한다. 이와 같은 직접 구동 풍력 터빈 발전기는, 예를 들어 6 내지 10 미터(236 내지 328 인치)의 직경, 예를 들어 2 내지 3 미터(79 내지 118 인치)의 길이를 가질 수 있으며 그리고 예를 들어 2 내지 20 rpm(분당 회전 수) 범위의 저속으로 회전될 수 있다. 대안적으로, 영구 자석 발전기는 또한, 발전기의 회전 속도를 예를 들어 50 내지 500 rpm 또는 그 이상으로 증가시키는, 기어박스에 결합될 수 있다.
전기 기계는, 스테이터에 대해 회전하는 로터를 포함한다. 상기 로터는 내부 구조물일 수 있으며 그리고 상기 스테이터는 외부 구조물일 수 있다. 따라서, 이 경우, 상기 스테이터는 상기 로터를 둘러싼다. 대안적으로, 이와 반대의 구성을 가질 수 있으며, 즉, 상기 로터가 상기 스테이터를 방사상으로 둘러싼다.
영구 자석 여자 발전기(PMG)의 경우, 영구 자석(PM)은 일반적으로, 로터에 포함되는 반면(상기 영구 자석은 대안적으로 스테이터 구조물에 배열될 수도 있음), 권선 요소(예를 들면, 코일)는 일반적으로, 스테이터에 포함된다(상기 권선 요소는 대안적으로 로터 구조물에 배치될 수도 있음). 영구 자석 발전기는 일반적으로, 신뢰할 수 있는 것으로 간주되며 그리고 다른 발전기 유형보다 유지 관리가 덜 요구된다. 이것이, 왜 영구 자석 발전기가 해상 풍력 터빈, 특히 직접 구동 해상 풍력 터빈에 채용되는지에 대한 중요한 이유이다.
다중 영구 자석이 영구 자석 모듈에 제공될 수 있으며, 이는 단일 품목으로서 상기 로터에 부착될 수 있다. 영구 자석 모듈은, 복수의 자석이 함께 장착 및 탈착될 수 있도록, 상기 복수의 영구 자석을 구비하는 유닛으로서 한정될 수 있다. 이와 같은 모듈은, 베이스에 고정될 수 있는 복수의 영구 자석을 수용하거나 탑재하기에 적합한 형상을 갖는 모듈 베이스를 가질 수 있다. 상기 베이스는, 복수의 자석이 상기 모듈 베이스를 통해 로터 림에 함께 고정되는 방식으로, 로터 림과 같은 로터 구조물에 고정되도록 구성될 수 있다. 영구 자석 모듈을 사용하면, 로터의 제조가 용이할 수 있다. 유사하게도, 스테이터 코일은, 코일 모듈로 함께 그룹화될 수 있다. 코일 모듈은, 스테이터 림과 같은 발전기 구조물에 고정될 수 있다.
직접 구동 풍력 터빈과 같은 보다 대형인 전기 기계에 있어서, 상기 전기 기계의 하나의 측면이, 단부 플레이트에 의해 폐쇄될 수 있다. 상기 전기 기계의 다른 측면은, 보강재 플랜지에 의해 부분적으로 폐쇄될 수 있다. 그와 같은 보강재 플랜지는, 부분적으로 방사방향 내향으로 연장되지만 일반적으로 지지되지는 않는다. 상기 보강재 플랜지는, 유지보수 또는 수리를 위해 활성 부품들(영구 자석 및/또는 코일)에 접근하기 위해, 상기 플랜지의 세그먼트들이 일시적으로 제거될 수 있도록 분할될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 전기 기계가 제공된다. 상기 전기 기계는, 로터, 스테이터, 및 상기 로터와 상기 스테이터 사이의 방사상 에어 갭을 포함한다. 상기 로터와 상기 스테이터 중 하나는, 발전기의 하나의 측면 상에 단부 플레이트를 포함하고, 상기 로터와 상기 스테이터 중 다른 하나를 둘러싸는 중앙 지지체를 포함하며, 그리고 상기 발전기의 반대편 측면 상에 보강재 플랜지를 추가로 포함한다. 상기 보강재 플랜지는, 상기 중앙 지지체에 연결되는 외부 링 및 상기 외부 링에 연결되는 내부 링을 포함한다. 상기 외부 링은, 제거 가능하게 장착되는 복수의 외측 환형 세그먼트를 포함한다.
본 양태에 따른 전기 기계에 의하면, 상기 로터 및 스테이터의 유지보수 및 수리가 용이해질 수 있다. 로터 및/또는 스테이터에 대한 접근을 제공하기 위해, 제거 가능한 외측 세그먼트가 제거될 수 있다. 상기 내부 링은, 그와 같은 작동 중에 상기 로터가 변형되지 않으며 그리고 상기 스테이터와 로터 사이의 에어 갭이 손상되지 않도록, 충분한 강성을 제공할 수 있다. 또한, 상기 구조물의 무게는, 예를 들어 강성을 증가시키기 위한 보강재 링의 두께 및 폭의 증가를 피할 수 있다는 사실을 포함하는, 해결책으로 인해 최적화될 수 있다.
본 발명 전체에 걸쳐, "제거 가능하게 장착되는"은 제거 가능하게 장착되는 구성 요소들 또는 세그먼트들이 상기 구성 요소들 또는 세그먼트들 또는 주변 구조물을 손상시키지 않고 탈착 또는 제거할 수 있는 방식으로 장착되는 것을 의미할 것이다. 상기 구성 요소들 또는 세그먼트들은, 볼트 또는 나사와 같은 적절한 체결구로 장착되거나 부착될 수 있으며, 다른 경우 상기 체결구를 제거하여 구성 요소 또는 세그먼트를 분해하거나 제거할 수 있게 한다.
추가의 양태에 있어서, 로터, 스테이터, 및 상기 로터와 상기 스테이터 사이의 방사상 에어 갭을 갖는 전기 기계의 부품을 수리하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은, 보강재 링에 개구부를 생성하기 위해 상기 전기 기계의 측면 상에서 상기 보강재 링의 세그먼트를 제거하는 단계, 및 상기 보강재 링의 개구부를 통해 상기 로터 및/또는 상기 스테이터에 접근하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 보강재 링은, 상기 보강재 링의 방사방향 내측 단부에서 지지되지 않는다. 상기 보강재 링은, 외부 링 및 내부 링을 포함하며, 그리고 상기 보강재 링의 세그먼트를 제거하는 단계는, 상기 내부 링이 분해되지 않는 가운데, 상기 외부 링의 세그먼트를 제거하는 것을 포함한다.
본 양태에 따른 방법에 의하면, 수리를 수행하기 위해 발전기 로터 및/또는 스테이터에 대한 접근이 제공될 수 있다. 예들에 있어서, 상기 로터 및/또는 스테이터의 활성 부품들이 제거 및 교체될 수 있다.
또 다른 양태에 있어서, 복수의 블레이드를 포함하는 풍력 터빈 로터, 상기 풍력 터빈 로터에 작동 가능하게 연결되는 발전기 로터 및 상기 발전기 로터 내에 방사상으로 배열되는 발전기 스테이터를 포함하는, 풍력 터빈이 제공된다. 상기 발전기 로터는, 메인 프레임 상에 회전 가능하게 장착되는 전방측의 방사상 지지체, 로터 림 및 상기 발전기 로터의 후방측의 보강재 링을 포함한다. 상기 보강재 링은, 외부 링 및 내부 링을 포함하며, 그리고 상기 외부 링은 제거 가능하게 장착되는 복수의 외측 링 세그먼트를 포함한다.
도 1은 풍력 터빈의 일 예의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 직접 구동 풍력 터빈의 예를 도시한다.
도 3은 직접 구동 풍력 터빈의 발전기의 예를 개략적으로 도시한다.
도 4는 발전기의 축방향 도면의 예를 개략적으로 도시한다.
도 5는 도 4의 발전기의 예의 세부사항을 개략적으로 도시한다.
도 6 및 도 7은 도 4의 발전기의 활성 부품들의 수리 방법의 예를 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 전기 기계의 추가 예를 개략적으로 도시한다.
이제, 하나 이상의 예가, 도면들에 도시된, 본 발명의 실시예들을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 각각의 예는, 본 발명을 제한하고자 하는 의도가 아니라 본 발명을 설명하는 방식으로 제공된다. 실제로, 본 발명은, 본 발명의 범위 또는 사상으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서, 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 당업자들에게 자명할 것이다. 예를 들어, 일 실시예의 일부로서 예시되거나 설명된 특징들은, 또 다른 실시예와 함께 사용될 수 있거나 또는 또 다른 실시예를 야기시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은, 첨부된 청구범위 및 그들의 등가의 범위 내에서 그와 같은 수정 및 변형을 포함하도록 의도된다.
도 1은 풍력 터빈(1)의 일 예의 사시도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 상기 풍력 터빈(1)은, 지지 표면(3)으로부터 연장되는 타워(2), 상기 타워(2)에 장착되는 기관실(4), 및 상기 기관실(4)에 결합되는 로터(5)를 포함한다. 상기 로터(5)는, 회전 가능한 허브(6) 및 상기 허브(6)에 연결되어 그로부터 외향으로 연장되는 적어도 하나의 로터 블레이드(7)를 포함한다. 예를 들어, 예시된 예에 있어서, 상기 로터(5)는, 3개의 로터 블레이드(7)를 포함한다. 그러나, 대안적인 실시예에 있어서, 상기 로터(5)는, 3개 초과 또는 미만의 로터 블레이드(7)를 포함할 수 있다. 각각의 로터 블레이드(7)는, 상기 허브(6)로부터 이격되어 상기 로터(5)의 회전을 용이하게 함으로써, 운동 에너지가 풍력으로부터 사용 가능한 기계적 에너지로, 그리고 이어서 전기 에너지로 전환될 수 있게 한다. 예를 들어, 상기 허브(6)는, 전기 에너지가 생성될 수 있도록 상기 기관실(4) 내에 위치되거나 또는 상기 기관실의 일부를 형성하는 발전기(10)(도 2)에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 상기 로터의 회전은, 예를 들면 직접 구동 풍력 터빈에서 또는 발전기를 위한 기어박스 사용을 통해, 직접 전달될 수 있다.
도 2는 직접 구동 풍력 터빈(1)의 기관실(4)의 일 예의 단순화된 내부도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 상기 발전기(10)는, 상기 기관실(4) 내부에 또는 상기 기관실(4)과 상기 로터(5) 사이에 배치될 수 있다. 일반적으로, 상기 발전기(10)는, 상기 로터(5)에 의해 생성되는 회전 에너지로부터 전력을 생성하기 위해 상기 풍력 터빈(1)의 로터(5)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 풍력 터빈의 로터(5)는, 회전을 위해 발전기(10)의 로터(9)에 결합되는 허브(6)를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 허브(6)의 회전은, 상기 발전기(10)의 로터(12)를 구동할 수 있다.
도 2에서, 상기 풍력 터빈 로터(5)는, 결합 영역 또는 전방측에서, 로터 베어링(8)을 통해 지지 프레임(9) 상에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 상기 발전기(10)는, 로터(12)와 스테이터(13)를 포함할 수 있다. 상기 스테이터는, 상기 지지 프레임(9)에 견고하게 장착될 수 있다. 상기 로터는, 상기 로터가 상기 스테이터에 대해 축 둘레로 회전할 수 있도록, 발전기 베어링(14)을 통해 상기 스테이터 상에 회전 가능하게 장착될 수 있다.
상기 발전기(10)는, 변환기에 전기적으로 결합될 수 있다. 상기 풍력 터빈 변환기는, 상기 발전기의 출력 전력을 전력망의 요구 조건에 맞게 조정할 수 있다. 일부 예들에 있어서, 상기 변환기는 상기 기관실(4) 내부에 배치될 수 있으며; 그러나, 다른 예들에서는 상기 풍력 터빈의 다른 위치에 배치될 수 있다.
상기 풍력 터빈의 로터(5) 및 상기 발전기(10)는, 상기 풍력 터빈 타워(2)의 상부에 위치되는 지지 프레임(9) 또는 받침판(bedplate)에 의해 지지될 수 있다는 사실을 이해해야 한다.
상기 기관실(4)은, 요 시스템(yaw system; 20)을 통해 상기 타워(2)에 회전 가능하게 결합된다. 상기 요 시스템은, 서로에 대해 회전하도록 구성되는 2개의 베어링 요소들을 구비하는 요 베어링(도 2에서는 관측되지 않음)을 포함한다. 상기 타워(2)는, 제1 베어링 요소 및 기관실(4)에 결합되며, 예를 들어, 상기 베드플레이트 또는 지지 프레임(9)은, 제2 베어링 요소에 결합된다.
도 3은 풍력 터빈의 발전기의 예를 개략적으로 도시한다. 본 발명의 일 양태에 있어서, 복수의 블레이드(7)를 구비하는 풍력 터빈 로터(5)를 포함하는 풍력 터빈이 제공된다(도 1 및 도 2 참조). 상기 풍력 터빈은 또한, 상기 풍력 터빈 로터(5)에 작동 가능하게 연결되는 발전기 로터(13) 및 상기 발전기 로터(13) 내에 방사상으로 배열되는 발전기 스테이터(12)를 포함한다. 상기 발전기 로터(13)는, 메인 프레임(9) 상에 회전 가능하게 장착되는 전방측 위치하는 방사상 지지체(31), 로터 림(32), 및 상기 발전기 로터의 후방측 위치하는 보강재 링(33)을 포함한다. 상기 보강재 링(33)은, 외부 링(34) 및 내부 링(35)을 포함하며, 상기 외부 링(34)은, 제거 가능하게 장착되는 복수의 외측 링 세그먼트(44)를 포함한다(예를 들어, 도 4 참조).
도 3의 예에 있어서, 상기 내부 링(35)은 내측에서 지지되지 않는다. 본 예에서, 상기 스테이터를 방사상으로 둘러싸는 로터는, 외팔보식으로 장착되며 그리고 오직 상기 발전기의 하나의 측면 상에서만 지지된다. 도 3의 예에 있어서, 상기 발전기 로터는, 상기 풍력 터빈 로터(5)에 의해 직접 구동될 수 있으며, 즉, 로터(샤프트)와 발전기 로터 사이에 배열되는 기어박스가 존재하지 않는다. 도 3의 예에 있어서, 상기 로터 샤프트(36)는, 상기 풍력 터빈의 허브(6)에 직접 결합될 수 있거나, 또는 상기 로터 샤프트(36)는, 상기 풍력 터빈의 허브의 연장부일 수 있다.
(예를 들어 도 4에서 볼 수 있는 바와 같은) 예들에 있어서, 상기 외부 링은, 10 내지 50개의 세그먼트, 특히 20 내지 40개의 세그먼트들을 포함할 수 있다. 세그먼트들의 최적의 개수는, 상기 발전기 로터의 직경에 따라 결정될 수 있다. 세그먼트의 크기는, 단일 세그먼트가 제거되어 상기 발전기의 로터 또는 스테이터의 접근이 허용될 수 있도록 선택될 수 있다. 특히, 세그먼트들은, 활성 부품들이 상기 세그먼트의 제거에 의해 생성되는 개구부를 통해 제거될 수 있도록, 형상 및 크기가 설정될 수 있다. 상기 활성 부품들은, 단일 코일, 단일 영구 자석 또는 코일 모듈 또는 영구 자석 모듈일 수 있다. 예들에 있어서, 상이한 외부 세그먼트들은, 상이한 크기를 가질 수 있다. 그러나, 제조 및 물류를 최적화하기 위해, 모든 외부 세그먼트들은, 동일한 크기와 구성을 가질 수 있다.
예들에 있어서, 상기 풍력 터빈은, 제거 가능하게 장착되는 외측 링 세그먼트들 사이의 밀봉부를 포함할 수 있다.
여전히 도 3 및 도 4와 관련하여, 추가 양태에 있어서, 본 발명은, 로터(13), 스테이터(12) 및 상기 로터(13)와 상기 스테이터(12) 사이의 방사상 에어 갭(39)을 포함하는 전기 기계(10)를 제공한다. 본 양태에 따라, 상기 로터 및 스테이터 중 하나는, 상기 발전기(10)의 하나의 측면 상의 단부 플레이트(31), 중앙 지지체(32) 및 상기 발전기(10)의 반대편 측면 상의 보강재 플랜지(33)를 포함한다. 상기 중앙 지지체(32)는, 상기 로터와 스테이터 중 다른 하나의 외부에 방사상으로 위치하거나 또는 상기 다른 하나를 방사상으로 둘러싼다. 상기 보강재 링 또는 보강재 플랜지(33)는, 상기 중앙 지지체(32)에 연결되는 외부 링("환형 플랜지")(34), 및 상기 외부 링(34)에 연결되는 내부 링("내측 환형 플랜지")(35)을 포함한다. 상기 외부 링(34)은, 제거 가능하게 장착되는 복수의 외측 환형 세그먼트(44)를 포함한다.
도시된 예에 있어서, 상기 로터는, 상기 스테이터를 방사상으로 둘러싸고, 상기 로터는 돌출된 구조를 형성할 수 있다. 다른 예에 있어서, 상기 스테이터는, 상기 로터를 방사상으로 둘러쌀 수 있다. 그리고, 그와 같은 경우에, 상기 스테이터는, 외팔보식으로 장착될 수 있고, 하나의 측면 상에는 링-형상의 단부 플레이트를 포함하며 그리고 다른 측면 상에는 보강재 링을 포함한다.
상기 단부 플레이트는, 실질적으로 링-형상 또는 환형일 수 있다.
예시된 예에 있어서, 상기 전기 기계는, 발전기, 보다 구체적으로 풍력 터빈의 발전기이다. 본 예에 있어서, 상기 로터는, 풍력 터빈 로터에 의해 구동된다. 다른 예에 있어서, 상기 전기 기계는, 모터일 수 있다.
상기 링-형상의 단부 플레이트(31)는, 일측에서, 그리고 도 3의 예에 있어서, 상기 발전기의 전방측, 즉 상류측 풍력 터빈의 로터 허브가 장착되는 발전기의 측부에서, 발전기를 폐쇄할 수 있다. 상기 단부 플레이트(31)는, 적절한 체결구(37)로 로터 샤프트의 플랜지에 부착될 수 있다. 상기 로터 샤프트(36)는, 메인 프레임(9) 상에 지지된다. 도 3의 예에 있어서, 상기 로터 샤프트(36)는, 전방 베어링(8) 및 후방 베어링(14)으로 상기 메인 프레임(9) 상에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 도 3의 예에 있어서, 상기 전방 베어링(8) 및 후방 베어링(14)은, 단일의 테이퍼형 롤러 베어링일 수 있다.
상기 스테이터는, 상기 메인 프레임(9)상에 장착될 수 있다. 내부 지지체(22)가 상기 메인 프레임(9)과 일체로 형성될 수 있다. 상기 내부 지지체(22)는, 방사방향 외향으로 연장된다. 스테이터 림이, 상기 내부 지지체(22)에 장착될 수 있다. 이와 같은 특정 예에 있어서, 상기 스테이터 림은, 중앙 스테이터 구조물의 일부를 형성한다. 상기 스테이터 림은, 스테이터 코일들(26)을 지지할 수 있다. 상기 스테이터 코일들의 세트는, 코일 모듈로 그룹화될 수 있다.
상기 단부 플레이트(31)와 중앙 지지 구조물(32)은, 도면에 도시된 바와 같이 일체로 형성될 수 있다. 상기 중앙 지지 구조물은, 영구 자석들(37)을 탑재하는 외부 로터 림을 형성할 수 있다. 상기 영구 자석들(37)의 세트는, 영구 자석 모듈로 함께 그룹화될 수 있다.
상기 보강재 링(33)의 방사방향 내향으로, 냉각 시스템의 요소들이, 상기 발전기를 향해 냉각 공기를 공급하는 그리고, 활성 부품들을 냉각시키고 그로 인해 가열된 이후의 상기 공기를 추출하는, 냉각 공기 덕트들과 같이 배열될 수 있다. 상기 발전기에 연결되는 전기 케이블로 인해, 추가의 공간이 취해진다. 상기 발전기 내부의 대기를 제어하며 그리고 이를 상기 기관실의 나머지 부분과 분리하기 위해, 적절한 밀봉부가 제공될 수 있다.
상기 발전기(10)는, 상기 발전기를 보호하고 차단하기 위한 적절한 덮개를 추가로 포함할 수 있다(도 3에 도시되지 않음).
도 4에는, 상기 발전기(10)의 예의 배면도가 도시되어 있다. 상기 내부 지지체(22)와 스테이터 림은 도 4에서 확인할 수 있다. 림을 갖는 상기 스테이터 중앙 구조물의 부분과 상기 발전기의 활성 부품들은, 상기 외부 링 또는 외부 플랜지(34)와 내부 링 또는 내부 플랜지(35)를 포함하는, 상기 보강재 링에 의해 폐쇄된다.
도 4 및 도 5에서 불 수 있는 바와 같이, 상기 제거 가능하게 장착되는 외측 환형 세그먼트들(44, 44')은, 상기 중앙 지지체(32) 및 상기 내측 환형 플랜지(35)에 장착될 수 있다. 상기 제거 가능하게 장착되는 환형 세그먼트들(44, 44')은, 볼트 또는 나사와 같은 제거 가능한 체결구들로 장착될 수 있다. 중앙 지지체 또는 로터 림(32)은, 적절한 체결구 구멍들을 포함할 수 있다.
상기 내부 링(35)은, 복수의 내측 환형 세그먼트(49, 49') 및 결합 플레이트들(45)을 포함하며, 상기 결합 플레이트들(45)은, 상기 내측 환형 세그먼트들(49, 49')에 연결된다. 상기 내부 링은, 다수의 세그먼트들로 구성될 수 있다. 상기 내측 환형 플랜지의 세그먼트 빌드업을 사용하여, 인체 공학, 제조 용이성 및 운송을 개선할 수 있다.
상기 개별 세그먼트(49, 49')는, 양쪽 단부들에 리세스 영역을 가질 수 있다. 상기 결합 플레이트들(45)은, 이와 같은 리세스 영역들 상에 배열될 수 있으며 그리고 볼트 또는 유사한 체결구들을 통해 이웃하는 내측 환형 세그먼트들(49, 49')에 고정될 수 있다.
도 3 및 도 4의 예에 있어서, 상기 내부 링은, 방사방향 내측 단부에서 지지되지 않는다. 즉. 상기 발전기 로터의 비구동 측에서, 상기 보강재는, 베어링 등에 의해 지지되지 않는다. 볼 수 있는 바와 같이, 상기 발전기의 다른 측면 상의 단부 플레이트는, 그의 방사방향 내측 단부에서 지지된다. 본 예들에서 상기 보강재의 주요 기능은 강성을 제공하지만, 수리를 위한 접근을 허용하고 외부 환경으로부터 상기 발전기의 내부를 보호하는 것이다.
상기 외측 환형 세그먼트들(44') 중 하나가 제거된, 도 6에서 볼 수 있는 바와 같은, 상기 외측 환형 세그먼트들(44, 44')은, 상기 내측 환형 세그먼트들(49)의 외측 단부에 있는 리세스들 또는 리세스 영역들(47)의 상단에 위치될 수 있다. 비록 도 4 내지 도 6에는 도시되지 않았지만, 상기 외측 환형 세그먼트들(44, 44') 사이의 공간들은, 상기 발전기 내부의 보호된 환경을 유지하기 위해 밀봉될 수 있다. 실리콘이 이와 같은 공간들을 밀봉하기 위해 사용할 수 있다.
일부 예들에 있어서, 상기 외측 환형 세그먼트들(44, 44')은, 상기 외측 환형 세그먼트들을 제거하기 위한 도구를 장착하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 상기 내부 링은, 상기 외측 환형 세그먼트들을 제거하기 위한 도구를 장착하도록 구성될 수 있다.
상기 지지체(32) 및 내측 환형 플랜지(35)로부터 외측 환형 세그먼트를 분리하기 위해, 로봇 또는 다른 도구가 사용될 수 있다. 이를 위해, 상기 외측 환형 세그먼트들 및/또는 상기 내부 링 또는 플랜지(35)에는, 로봇 또는 다른 도구가 부착될 수 있도록 적절한 장착 구멍들(49) 또는 피팅(fitting)들이 제공될 수 있다. 일단 부착되면, 상기 로봇이나 다른 도구는, 외측 환형 세그먼트를 해방시키기 위해 그리고 상기 외부 링을 분해하기 위해, 나사 또는 볼트와 같은 체결구를 제거할 수 있다.
구체적으로, 도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명은, 로터(13), 스테이터(12) 및 상기 로터(13)와 상기 스테이터 사이의 방사상 에어 갭(39)을 구비하는 전기 기계(10)의 부품을 수리하기 위한 방법(100)을 추가로 제공한다. 본 방법은, 상기 보강재 링(33)에 개구부를 생성하기 위해 상기 발전기(10)의 측면 상에 있는 보강재 링(33)의 세그먼트(44')를 제거하는 단계를 포함한다. 상기 보강재 링은, 상기 보강재 링의 방사방향 내측 단부에서 지지되지 않는다.
상기 방법은, 상기 보강재 링(33)의 개구부를 통해 상기 로터(13) 및/또는 상기 스테이터(12)에 접근하는 단계를 포함한다. 상기 보강재 링(33)은, 외부 링(34) 및 내부 링(35)을 포함하고, 상기 보강재 링(33)의 세그먼트(44')를 제거하는 단계는, 상기 내부 링(35)이 분해되지 않는 가운데 상기 외부 링(34)의 세그먼트를 제거하는 것을 포함한다. 따라서, 상기 보강재 링에 개구부가 생성되어, 상기 내부 링에 의해 적어도 부분적으로 경계가 정해진다. 본 예에 있어서, 상기 개구부는, 상기 림(32) 또는 중앙 지지체, 상기 내부 링의 일부, 및 이웃하는 외측 환형 세그먼트들에 의해 경계가 정해진다.
본 예에 있어서, 상기 전기 기계(10)는 발전기이다.
일부 예들에 있어서, 상기 발전기(10)의 하나 이상의 활성 부품이, 상기 보강재 링(33)의 개구부를 통해 제거될 수 있다. 스테이터 코일들 또는 코일 모듈들 또는 영구 자석들 또는 영구 자석 모듈들은, 상기 개구부를 통해 제거될 수 있다. 이와 같은 활성 부품들은, 새로운 활성 부품들로 교체될 수 있다.
일부 예들에 있어서, 상기 내부 링이 분해되지 않는 가운데 상기 외부 링의 하나 초과의 세그먼트들이 제거될 수 있다. 예들에 있어서, 동시에 상기 발전기의 다른 섹션들로 접근하기 위해 다중 세그먼트들이 제거될 수 있다. 강성을 국부적으로 손상시키지 않기 위해, 특히 인접하지 않은 세그먼트들이, 동시에 제거될 수 있다.
일부 예들에 있어서, 상기 외부 링의 세그먼트들을 제거하는 단계는, 상기 보강재 링에 도구를 장착하는 것, 및 상기 도구를 사용하여 상기 외부 링의 다른 세그먼트들로부터 상기 외부 링의 세그먼트를 분리시키는 것을 포함할 수 있다. 도구는, 로봇 또는, 세그먼트들을 분해, 특히 상기 세그먼트들의 볼트 또는 기타 체결구들을 제거하기 위해 사용될 수 있는, 기타 자동화 장치일 수 있다. 예들에 있어서, 상기 도구를 장착하는 것은, 상기 도구를 적어도 부분적으로 상기 내부 링 및/또는 상기 외부 링의 세그먼트들에 장착하는 것을 포함할 수 있다.
발전기를 수리하기 위한 방법(100)의 예가 도 7의 블록도에 도시되어 있다. 블록 110에서, 도구가 상기 발전기의 보강재 링에 부착될 수 있다. 블록 120에서, 상기 보강재 링의 외부 링의 세그먼트가 상기 도구를 사용하여 제거될 수 있는 가운데, 블록 130에서 상기 보강재의 내부 링이, 이제 분해되고, 즉, 손상되지 않은 상태로 유지된다. 따라서, 상기 내부 링은, 상기 발전기 로터가 변형되지 않도록 그리고 에어 갭이 손상되지 않도록, 충분한 강성과 강도를 제공할 수 있다.
상기 외부 링의 하나 이상의 세그먼트가 제거된 후, 블록 140에서, 상기 발전기 내부에 대한 접근이 제공된다. 예들에 있어서, 작업자는, 상기 발전기 내부에 도달하여 상기 발전기의 부품들, 특히 활성 부품들을 검사할 수 있다. 예들에 있어서, 활성 부품들을 제거할 필요 없이 소규모 수리가 수행될 수 있다.
다른 예들에 있어서, 블록 150에서, 하나 이상의 활성 부품이 상기 외부 링 세그먼트의 제거에 의해 생성되는 개구부를 통해 제거될 수 있다. 다음에, 블록 160에서, 상기 제거된 활성 부품들이 새로운 부품들로 교체될 수 있다. 동일한 개구부가, 새로운 부품들을 도입하기 위해 그리고 그들을 상기 스테이터 또는 로터에 장착하기 위해 사용될 수 있다. 마지막으로, 블록 170에서, 상기 외부 링의 세그먼트가 다시 부착될 수 있다. 상기 세그먼트는, 상기 내부 링 및 상기 로터 림과 조립될 수 있다. 상기 세그먼트와 이웃하는 세그먼트들 사이의 공간들은 밀봉될 수 있다. 일단 수리 또는 검사가 완료되면, 상기 풍력 터빈은, 정상 작동을 재개할 수 있다.
예들에 있어서, 상기 보강재 링은, 상기 발전기 로터 직경의 20 % 내지 60 %를 덮을 수 있다. 즉. 상기 발전기 직경의 내부 40 % 내지 80 %는, 상기 보강재 링으로 덮이지 않는다.
예들에 있어서, 상기 보강재 링의 외부 세그먼트들은, 상기 내부 세그먼트들의 방사방향 폭의 50 % 내지 150 %인 (방사방향으로의) 폭을 가질 수 있다. 구체적으로, 폭은 상기 내부 세그먼트들의 폭의 75 % 내지 125 %일 수 있다. 도 4 내지 도 6의 예에 있어서, 상기 외부 세그먼트들은, 방사방향으로 상기 내부 세그먼트들과 대략 동일한 폭을 갖지만, 상기 외부 세그먼트들은, 상기 내부 세그먼트들과 부분적으로 중첩된다.
도 8은 전기 기계의 추가 예를 도시한다. 본 예에 있어서, 상기 전기 기계는 발전기이다. 상기 발전기는, 로터(13)와 스테이터(12)를 포함한다. 상기 스테이터(13)는, 상기 로터(12)를 방사상으로 둘러싸며 그리고 돌출 구조를 형성한다. 상기 돌출 구조는, 상기 로터의 (상기 발전기 로터(13)의 하류측의) 하나의 측면 상에서 지지되고, (상기 발전기 로터(13)의 상류측의) 다른 측면 상에서는 지지되지 않는다.
상기 로터(12)는, 풍력 터빈 로터(도시되지 않음, 도 8의 좌측, 상류측에 배열됨)에 작동 가능하게 연결된다. 상기 로터(12)는, 하나 이상의 베어링(14)을 통해 스테이터(13)상에 지지된다. 상기 로터(12)는, 상기 로터(12)의 림 상에 영구 자석(37)을 탑재할 수 있다. 상기 스테이터는, 복수의 전기 코일(26)을 포함할 수 있다. 방사상 에어 갭(39)이, 로터와 스테이터 사이에 배열된다.
상기 스테이터(12)의 지지되지 않은 측면 상에서, 보강재 링은, 외부 링(34) 및 내부 링(35)을 포함한다. 상기 스테이터(12)의 지지된 측면 상에서, 단부 플레이트(22)가 상기 발전기를 폐쇄한다. 상기 스테이터(12)는, 코일들을 탑재하는 중앙 지지체(24)를 추가로 포함한다.
도 4의 로터에 대하여, 상기 보강재 링의 외부 링(34)은, 제거 가능한 복수의 외측 세그먼트를 포함한다. 상기 발전기의 활성 부품들을 검사, 수리 또는 교체하기 위해 상기 발전기의 내부로 접근해야 하는 경우, 상기 외부 링의 세그먼트들 중 하나 이상이 제거될 수 있다. 따라서, 상기 보강재 링에 개구부가 생성된다. 상기 내부 링(35)은, 온전한 상태로 남아 있고 상기 개구부의 경계를 정하며, 그리고 부분적으로 분해된 스테이터의 변형을 피하기 위해 필요한 강성을 제공할 수 있다.
본원에서는 단지 다수의 예들만이 개시되어 있지만, 다른 대안, 수정, 용도 및/또는 그 균등물이 가능하다. 또한 설명된 예들의 모든 가능한 조합도 포함된다. 따라서, 본 발명의 범위는 특정 예들에 의해 제한되어서는 아니되며, 다음의 청구항들의 공정한 해석에 의해서만 결정되어야 한다.

Claims (15)

  1. 전기 기계(10)로서,
    로터(13), 스테이터(12), 및 상기 로터(13)와 상기 스테이터(12) 사이의 방사상 에어 갭(39)을 포함하며,
    상기 로터(12)와 상기 스테이터(13) 중 하나는, 상기 전기 기계의 하나의 측면 상에 단부 플레이트(31)를 포함하고, 상기 로터와 상기 스테이터 중 다른 하나를 방사상으로 둘러싸는 중앙 지지체(32)를 포함하며, 그리고 상기 전기 기계의 반대편 측면 상에 보강재 링(33)을 추가로 포함하고,
    상기 보강재 링(33)은, 상기 보강재 링(33)의 방사방향 내측 단부에서 지지되지 않으며,
    상기 보강재 링(33)은, 상기 중앙 지지체(32)에 연결되는 외부 링(34) 및 상기 외부 링(34)에 연결되는 내부 링(35)을 포함하고,
    상기 외부 링(34)은, 제거 가능하게 장착되는 복수의 외측 환형 세그먼트(44)를 포함하는 것인, 전기 기계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제거 가능하게 장착되는 외측 환형 세그먼트들(44)은, 상기 중앙 지지체 및 상기 내부 링(35)에 장착되는 것인, 전기 기계.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 내부 링(35)은, 복수의 내측 환형 세그먼트(49, 49') 및 결합 플레이트들(45)을 포함하고, 상기 결합 플레이트들(45)은, 상기 내측 환형 세그먼트들(49, 49')에 연결되는 것인, 전기 기계.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 환형 세그먼트들(44)은, 상기 외측 환형 세그먼트들을 제거하기 위한 도구를 장착하도록 구성되는 것인, 전기 기계.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 링(35)은, 상기 외측 환형 세그먼트들(44)을 제거하기 위한 도구를 장착하도록 구성되는 것인, 전기 기계.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 기계는 발전기인 것인, 전기 기계.
  7. 제6항에 따른 발전기로서,
    상기 단부 플레이트(31)는, 로터 샤프트(36)에 연결되는 것인, 발전기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 로터 샤프트(36)는, 메인 프레임(9) 상에 지지되는 것인, 발전기.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 로터 샤프트(36)는, 전방 베어링(8) 및 후방 베어링(14)에 의해 지지되는 것인, 발전기.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 스테이터(12)는 상기 로터(13)를 방사상으로 둘러싸며, 그리고 상기 스테이터의 단부 플레이트(22)는, 풍력 터빈 로터가 배열되는 상기 로터의 측면 상에 배열되는 것인, 발전기.
  11. 풍력 터빈으로서,
    제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 발전기를 포함하는 것인, 풍력 터빈.
  12. 로터(13), 스테이터(12), 및 상기 로터(13)와 상기 스테이터(12) 사이의 방사상 에어 갭(39)을 구비하는 전기 기계의 부품을 수리하는 방법으로서,
    보강재 링(33)에 개구부를 생성하기 위해 상기 전기 기계의 측면 상에서 상기 보강재 링(33)의 세그먼트(44)를 제거하는 단계로서, 상기 보강재 링(33)은 상기 보강재 링(33)의 방사방향 내측 단부에서 지지되지 않는 것인, 상기 보강재 링의 세그먼트를 제거하는 단계; 및
    상기 보강재 링(33)의 개구부를 통해 상기 로터(13) 및/또는 상기 스테이터(12)에 접근하는 단계
    를 포함하며,
    상기 보강재 링(33)은, 외부 링(34) 및 내부 링(35)을 포함하며, 그리고 상기 보강재 링(33)의 세그먼트(44)를 제거하는 단계는, 상기 내부 링(35)이 분해되지 않는 가운데 상기 외부 링(34)의 세그먼트(44)를 제거하는 것을 포함하는 것인, 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 내부 링이 분해되지 않는 가운데 상기 외부 링(34)의 하나 초과의 세그먼트(44)를 제거하는 것을 포함하는 것인, 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 보강재 링(33)의 개구부를 통해 발전기의 하나 이상의 활성 부품(26; 37)을 제거하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 링(34)의 세그먼트(44)를 제거하는 것은, 상기 보강재 링(33)에 도구를 장착하는 것, 및 상기 외부 링(34)의 세그먼트(44)를 상기 도구로 분해하는 것을 포함하는 것인, 방법.
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