KR20220162072A - 활성 스테이터 부분을 위한 교체 툴 및 방법 - Google Patents

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페레 알레한드로 헤르난데즈
토레스 파블로 포조
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제너럴 일렉트릭 레노바블레스 에스빠냐 에스.엘.유.
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Abstract

본 개시는 전기기계, 예컨대 발전기에 있는 스테이터의 활성 부분을 장착 및/또는 제거하는 방법 및 툴에 관한 것이다. 본 개시는 또한 로터, 스테이터 및 발전기에 관한 것이다. 방법은 로터가 제거 시작 위치에 있을 때에 전기기계에 있는 로터의 하나 이상의 활성 로터 부분을 제거하는 단계, 활성 로터 부분이 제거되어 남겨진 간극에 교체 툴을 배치하는 단계, 교체 툴이 제거 대상 활성 스테이터 부분과 반경방향으로 정렬되도록 로터를 정렬 위치로 회전시키는 단계, 교체 툴로 제거 대상 활성 스테이터 부분을 픽(pick)하는 단계(240), 로터를 추출 위치로 회전시키는 단계; 및 활성 스테이터 부분을 로터로부터 제거하는 단계를 포함한다.

Description

활성 스테이터 부분을 위한 교체 툴 및 방법{REPLACEMENT TOOLS AND METHODS FOR ACTIVE STATOR PARTS}
본 개시는 전기기계에 있는 스테이터의 활성 부분, 예컨대 직접 구동 풍력 터빈의 발전기에 있는 스테이터의 하나 이상의 활성 부분을 장착 및/또는 제거하는 방법 및 툴에 관한 것이다. 본 개시는 또한 전기기계의 로터, 스테이터 및 발전기에 관한 것이다.
모터 및 발전기와 같은 전기기계는 일반적으로 로터 구조체 및 스테이터 구조체를 포함한다. 대형 전기 발전기는, 예컨대 영구 자석 여기 발전기(Permanent Magnet excited Generator; PMG)일 수 있다. 전기기계의 로터는 스테이터에 대해 회전한다. 로터는 내측 구조체일 수 있고, 스테이터는 외측 구조체일 수 있다. 따라서, 이 경우에 스테이터는, 예컨대 반경방향으로 로터를 둘러싼다. 대안으로서, 구성이 반대일 수도 있는데, 즉 로터가, 예컨대 반경방향으로 스테이터를 둘러싼다.
상기한 발전기는, 예컨대 풍력 터빈에서 사용될 수 있다. 풍력 터빈은 일반적으로 로터 허브와 복수 개의 블레이드를 지닌 로터를 포함한다. 로터는 블레이드에 대한 바람의 영향을 받아 회전하도록 설정된다. 로터 샤프트의 회전이 직접(“직접 구동식”) 또는 기어박스의 사용을 통해 발전기 로터를 구동한다.
직접 구동 풍력 터빈 발전기는, 예컨대 6 내지 10 미터(236 내지 328 인치)의 직경, 예컨대 2 내지 3 미터의 길이(79 내지 118 인치)를 가질 수 있고, 저속으로, 예컨대 2 내지 20 rpm(분당 회전수)의 범위로 회전할 수 있다. 대안으로서, 영구 자석 발전기는 또한 기어박스에 커플링될 수 있는데, 기어 박스는 발전기의 회전 속도를, 예컨대 50 내지 500 rpm 또는 심지어 그보다 높게 증가시킨다.
영구 자석 여기 발전기(PMG)의 경우, 영구 자석(PM)은 일반적으로 로터에 포함(대안으로서, 스테이터 구조체 내에 배치될 수도 있음)되는 반면, 권선 요소(예컨대, 코일)는 통상 스테이터에 포함된다(대안으로서, 로터 구조체 내에 배치될 수도 있음). 영구 자석 발전기는 일반적으로 신뢰할 수 있는 것으로 간주되며, 다른 발전기 유형보다 유지 보수를 덜 필요로 한다. 이것은, 영구 자석 발전기가 해상 풍력 터빈, 특히 직접 구동 해상 풍력 터빈에 채용되는 중요한 이유이다.
다수의 영구 자석이 영구 자석 모듈에 마련될 수 있고, 영구 자석 모듈은 단일 아이템으로서 필드에 부착될 수 있다. 영구 자석 모듈은, 함께 장착되고 분리될 수 있는 복수 개의 영구 자석을 갖는 유닛으로서 규정될 수 있다. 상기한 모듈은 모듈 베이스를 가질 수 있으며, 모듈 베이스는 이 베이스에 고정될 수 있는 복수 개의 영구 자석을 수납 또는 지탱하기에 적합한 형상을 갖는다. 베이스는, 복수 개의 자석이 모듈 베이스를 통해 로터 림에 함께 고정되도록 하는 방식으로 로터 림과 같은 로터 구조체에 고정되도록 구성될 수 있다. 영구 자석 모듈을 사용함으로써 로터의 제조가 용이해질 수 있다. 이와 마찬가지로, 스테이터 코일은 코일 모듈로 함께 그룹핑될 수 있다. 코일 모듈은 스테이터 림과 같은 발전기 구조체에 고정될 수 있다.
직접 구동 풍력 터빈의 영구 자석 발전기와 같은 대형 전기기계에서, 스테이터 내의 손상된 코일에 접근하는 것이 어려울 수 있다. 예컨대, 교체 대상 코일이 풍력 터빈 타워나 나셀의 전방(바람이 불어오는) 측에 근접하면, 손상된 코일은 꺼낼 때에 타워나 나셀을 가격할 수 있다. 마찬가지로, 교체 코일을 접근이 어려운 스테이터 간극 내에 배치해야만 하는 경우, 코일 설치는 상당한 양의 시간과 노력을 필요로 할 수 있다.
스테이터 내의 손상된 코일을 교체하는 보다 손쉬운 방식은 적절한 위치에서 손상된 코일에 도달할 때까지 다수의 코일을 꺼내는 것일 수 있다. 그 후, 해당하는 적절한 위치에서 새로운 코일을 설치할 수 있고, 이전에 제거된 작동 코일을 다시 장착할 수 있다. 적절한 위치에서 코일을 설치하고 제거하는 것은 발전기의 정상 또는 상부(반경방향) 부분으로부터 코일을 삽입 및 추출하는 것을 포함한다. 그러나, 이것은 여전히 상당량의 시간을 필요로 할 수 있다.
본 개시의 양태에서, 전기기계의 활성 스테이터 부분을 제거하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 로터가 제거 시작 상태일 때에 로터 또는 전기기계의 하나 이상의 활성 로터 부분을 제거하고, 활성 로터 부분의 제거에 의해 형성된 간극에 교체 툴을 배치하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 교체 툴이 제거 대상 활성 스테이터 부분과 반경방향으로 정렬되도록 로터를 정렬 위치로 회전시키고, 제거 툴로 제거 대상 활성 스테이터 부분을 픽(pick)하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 로터를 추출 위치로 회전시키고 로터로부터 활성 스테이터 부분을 제거하는 단계를 더 포함한다.
이 양태에 따르면, 교체 툴은 로터에 해제 가능하게 부착될 수 있고, 스테이터의 손상된 활성 부분이 배치되는 둘레 위치로 운반될 수 있다. 손상된 활성 부분은, 접근하기 매우 어렵고 해당 부분을 제거하는 것이 매우 복잡한 위치에 있을 수 있다. 일단 툴에 의해 픽하고 나면, 손상된 부분은 상대적으로 접근하기 쉬울 수 있는 위치로부터 제거될 수 있다.
이러한 방식으로, 스테이터의 활성 부분의 교체가 효율적으로 수행될 수 있다. 해당 부분의 무결성이 손상되지 않을 수 있고, 또한 오퍼레이터가 보다 안전한 방식으로 활성 스테이터 부분을 교체할 수 있다.
추가의 양태에서, 전기기계에 활성 스테이터 부분을 장착하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 로터가 장착 시작 위치에 위치하는 동안에 로터에 부착된 교체 툴에 활성 스테이터 부분을 배치하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 교체 툴이 반경방향으로 스테이터의 간극 - 활성 스테이터 부분이 장착됨 - 과 정렬되는 삽입 위치로 로터를 회전시키는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 간극에 활성 스테이터 부분을 삽입하는 단계를 더 포함한다.
이 방법은 상기 추출 방법 후에 수행될 수도 있고, 추출 방법과 독립적으로 수행될 수도 있다.
또 다른 양태에서, 교체 툴이 제공된다. 교체 툴은 활성 스테이터 부분을 유지하도록 구성된 유지부를 포함한다. 교체 툴은 교체 툴을 로터에 고정하도록 구성된 앵커링(anchoring)부를 더 포함한다.
교체 툴은 상기 2개 방법의 조합을 포함하여 상기 방법들 중 임의의 방법에서 사용될 수 있다.
또 다른 양태에서, 스테이터가 제공된다. 스테이터는 스테이터 프레임, 스테이터 림 및 스테이터 림에 부착되는 복수 개의 활성 스테이터 부분을 포함한다. 스테이터 프레임은 하나 이상의 가동 요소를 포함하는 하나 이상의 리세스를 포함한다. 가동 요소는 스테이터 프레임으로부터 멀어지는 방향으로 활성 스테이터 부분을 압박하도록 구성된다. 예컨대, 코일, 코일 조립체 또는 코일 모듈은 리세스 내에 저장된 가동 요소에 의해 로터를 향해 반경방향으로 압박될 수 있다. 스테이터는 직접 구동 풍력 터빈을 위한 스테이터일 수 있다. 스테이터는 반경방향으로 로터에 의해 둘러싸이도록 구성될 수 있다.
또 다른 양태에서, 스테이터가 제공된다. 스테이터는 스테이터 프레임, 스테이터 림 및 스테이터 림에 부착되는 복수 개의 활성 스테이터 부분을 포함한다. 스테이터 프레임은 하나 이상의 가동 요소를 포함하는 하나 이상의 돌출부를 포함한다. 가동 요소는 스테이터 프레임으로부터 멀어지는 방향으로 활성 스테이터 부분을 압박하도록 구성된다. 예컨대, 코일은 돌출부 내에 저장된 가동 요소에 의해 로터를 향해 반경방향으로 압박될 수 있다. 스테이터는 직접 구동 풍력 터빈을 위한 스테이터일 수 있다. 스테이터는 반경방향으로 로터에 의해 둘러싸이도록 구성될 수 있다. 활성 스테이터 부분은 몇몇 예에서 코일, 코일 조립체 또는 코일 모듈일 수 있다.
다른 양태에서, 로터가 제공된다. 로터는 로터 림과, 이 로터 림에 부착된 복수 개의 제거 가능한 로터 요소를 포함한다. 사용 시, 로터 요소는 스테이터에 면한다. 로터 요소의 높이는 활성 스테이터 부분의 높이와 실질적으로 동일하거나 이보다 높고, 이에 따라 활성 스테이터 부분 중 하나 이상이 로터에 의해 유지될 때에 로터와 함게 회전할 수 있다. 높이는 반경방향을 따라 측정될 수 있다. 로터는 직접 구동 풍력 터빈을 위한 로터일 수 있다. 로터는 반경방향으로 스테이터를 둘러싸도록 구성될 수 있다. 로터 요소는 활성 로터 부분일 수 있다. 로터 요소는 활성 로터 부분과 스페이서로 이루어진 조립체일 수 있다. 활성 로터 부분은 몇몇 예에서 영구 자석 모듈일 수 있다.
이 양태에서, 로터 요소의 높이는, 로터를 회전시킴으로써 활성 스테이터 부분을 추출 및/또는 삽입하기 위해 활성 스테이터 부분을 유지하도록 구성된 툴을, 하나 이상의 로터 요소를 제거한 후에 로터 내에, 예컨대 로터 간극 내에 배치할 수 있도록 되어 있을 수 있다.
또 다른 양태에서, 전기기계가 제공된다. 전기기계는 로터, 스테이터 및 로터와 스테이터 사이의 반경방향 공기 간극을 포함한다. 스테이터는 복수 개의 활성 스테이터 부분을 포함한다. 로터는 로터 림과, 이 로터 림에 제거 가능하게 부착된 복수 개의 로터 요소를 포함한다. 로터 요소의 높이는 활성 스테이터 부분의 높이와 실질적으로 동일하거나 이보다 높고, 이에 따라 활성 스테이터 부분 중 하나 이상이 로터에 의해 유지될 때에 로터와 함께 회전할 수 있다. 활성 로터 부분은 몇몇 예에서 영구 자석 모듈일 수 있다. 활성 로터 부분은 몇몇 예에서 코일일 수 있다.
여기에서, 높이는 반경방향으로 측정된다. 전기기계는 발전기, 구체적으로 풍력 터빈을 위한 발전기, 보다 구체적으로 직접 구동 풍력 터빈을 위한 발전기일 수 있다. 로터는 몇몇 예에서 스테이터를 둘러쌀 수 있다.
도 1은 풍력 터빈의 일례에 관한 개략적인 사시도.
도 2는 풍력 터빈의 허브 및 나셀의 일례를 보여주는 도면.
도 3은 전기기계 - 전기기계는 직접 구동 풍력 터빈을 위한 발전기일 수 있음 - 의 일례에 관한 개략적인 후방도.
도 4는 세그먼트가 제거된 도 3의 전기기계의 상세를 개략적으로 보여주는 도면.
도 5는 스테이터의 활성 부분을 제거하는 방법의 일례에 관한 개략적인 흐름도.
도 6 내지 도 8은 도 5의 방법의 몇몇 양태를 개략적으로 보여주는 도면.
도 9a 및 도 9b는 2개의 스테이터의 예를 개략적으로 보여주는 도면.
도 10은 스테이터의 활성 부분을 장착하는 방법의 일례에 관한 개략적인 흐름도.
도 11 및 도 12는 도 10의 방법의 몇몇 양태를 개략적으로 보여주는 도면.
도 13은 스테이터에 대해 활성 부분을 제거 및/또는 장착하는 툴의 일례를 개략적으로 보여주는 도면.
이제, 본 발명의 실시예 - 이 실시예의 하나 이상의 예가 도면에 도시되어 있음 - 를 상세히 참고하겠다. 각각의 예는 본 발명을 제한하는 것이 아니라, 본 발명을 설명하기 위해 제공된다. 사실상, 본 발명의 범위 또는 사상으로부터 벗어나는 일 없이 본 발명에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있다는 점이 당업자에게 명백할 것이다. 예컨대, 일실시예의 부분으로서 예시되거나 설명되는 피쳐는 다른 실시예와 함께 사용되어 또 다른 실시예를 구성할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 범위 내에 속하는 한 그러한 수정 및 변형을 포함한다.
도 1은 풍력 터빈(10)의 일례의 사시도이다. 이 예에서, 풍력 터빈(10)은 수평축형 풍력 터빈이다. 대안으로서, 풍력 터빈(10)은 수직축형 풍력 터빈일 수 있다. 상기 예에서, 풍력 터빈(10)은 지면(12)으로부터 연장되는 타워(15), 타워(15) 상에 장착되는 나셀(16), 및 나셀(16)에 커플링되는 로터(18)를 포함한다. 로터(18)는 회전식 허브(20)와, 이 허브(20)에 커플링되고, 허브로부터 외측방향으로 연장되는 적어도 하나의 로터 블레이드(22)를 포함한다. 상기 예에서, 로터(18)는 3개의 로터 블레이드(22)를 갖는다. 변형예에서, 로터(18)는 3개보다 많거나 적은 로터 블레이드(22)를 포함한다. 타워(15)는 지지 시스템(14)과 나셀(16) 사이에 공동(도 1에는 도시되어 있지 않음)을 획정하는 관형 강으로 제조될 수 있다. 변형예에서, 타워(15)는 임의의 적절한 높이를 갖는 임의의 적절한 타입의 타워이다. 변형예에 따르면, 타워는 콘크리트로 형성된 부분과 관형 강 부분을 포함하는 하이브리드 타워일 수 있다. 또한, 타워는 부분적인 또는 완전한 래티스 타워(lattice tower)일 수 있다.
로터 블레이드(22)는 로터(18)의 회전을 용이하게 하도록 허브(20) 둘레에서 이격되어, 운동 에너지가 바람으로부터 가용 기계 에너지로 그리고 이어서 전기 에너지로 변환되게 한다. 로터 블레이드(22)는 복수 개의 하중 전달 영역(26)에서 블레이드 기저부(24)를 허브(20)에 커플링하는 것에 의해 허브(20)에 결합된다. 하중 전달 영역(26)은 허브 하중 전달 영역과 블레이드 하중 전달 영역(도 1에는 양자 모두가 도시되어 있지 않음)을 가질 수 있다. 로터 블레이드(22)에 도입되는 하중은 하중 전달 영역(26)을 통해 허브(20)로 전달된다.
예에서, 로터 블레이드(22)는 약 15 미터(m) 내지 약 90 m 이상의 범위의 길이를 가질 수 있다. 로터 블레이드(22)는 풍력 터빈(10)이 여기에서 설명하는 것과 같이 기능하게 할 수 있는 임의의 적절한 길이를 가질 수 있다. 예컨대, 블레이드 길이의 비제한적인 예로는 20 m 미만, 37 m, 48.7 m, 50.2 m, 52.2 m, 또는 91 m보다 큰 길이를 포함한다. 바람이 풍향(28)으로부터 로터 블레이드(22)를 가격하면, 로터(18)는 로터축(30)을 중심으로 회전한다. 로터 블레이드(22)가 회전하고 원심력을 받을 때, 로터 블레이드(22)는 다양한 힘 및 모멘트도 또한 받는다. 이와 같이, 로터 블레이드(22)는 중립 또는 비편향 위치에서 편향 위치로 편향 및/또는 회전할 수 있다.
더욱이, 로터 블레이드(22)의 피치각, 즉 풍향에 대한 로터 블레이드(22)의 방위를 결정하는 각은, 바람 벡터에 대하여 적어도 하나의 로터 블레이드(22)의 각 위치를 조정하는 것에 의해 풍력 터빈(10)에 의해 생성되는 부하 및 전력을 제어하는 피치 시스템(32)에 의해 변경될 수 있다. 로터 블레이드(22)의 피치축(34)이 도시되어 있다. 풍력 터빈(10)의 작동 중에, 피치 시스템(32)은 특히 로터 블레이드(22)의 피치각을 변경할 수 있고, 이에 따라 로터 블레이드의 (부분의) 어택각(angle of attack)이 감소되고, 이는 회전 속도 감소를 용이하게 하고/하거나, 로터(18)의 정지(stall)를 용이하게 한다.
예에서, 각각의 로터 블레이드(22)의 블레이드 피치는 풍력 터빈 제어기(36)에 의해 또는 피치 제어 시스템(80)에 의해 개별 제어된다. 대안으로서, 모든 로터 블레이드(22)를 위한 블레이드 피치는 상기 제어 시스템에 의해 동시에 제어될 수 있다.
더욱이, 예에서 풍향(28)이 변하면, 나셀(16)의 요(yaw) 방향이 요축(38)을 중심으로 회전하여, 로터 블레이드(22)를 풍향(28)에 대해 위치 설정할 수 있다.
예에서, 풍력 터빈 제어기(36)는 나셀(16) 내에서 중심 배치된 것으로 도시되어 있지만, 풍력 터빈 제어기(36)는 풍력 발전 단지 내에 풍력 터빈(10) 전체에 있어서 지지 시스템(14) 상의 분배형 시스템일 수도 있고/있거나 원격 제어 센터에 마련될 수도 있다. 풍력 터빈 제어기(36)는 여기에서 설명하는 방법 및/또는 단계를 수행하도록 구성된 프로세서(40)를 포함한다. 더욱이, 여기에서 설명하는 여러 기타 구성요소는 프로세서를 포함한다.
여기에서 사용되는 바와 같이, “프로세서”라는 용어는 당업계에서 컴퓨터라고 하는 집적 회로로만 제한되는 것이 아니라, 넓게는 제어기, 마이크로제어기, 마이크로컴퓨터, 프로그램 가능 논리 제어 장치(Programmable Logic Controller; PLC), 주문형 집적 회로, 및 기타 프로그램 가능 회로를 일컫고, 이들 용어는 여기에서 교환 가능하게 사용된다. 프로세서 및/또는 제어 시스템은 메모리, 입력 채널 및/또는 출력 채널도 또한 포함할 수 있다는 점을 이해해야만 한다.
도 2는 풍력 터빈(10)의 부분에 관한 확대 단면도이다. 예에서, 풍력 터빈(10)은 나셀(16)과 나셀(16)에 회전 가능하게 커플링되는 로터(18)를 포함한다. 보다 구체적으로, 로터(18)의 허브(20)는 메인 샤프트(44), 기어박스(46), 고속 샤프트(48) 및 커플링(50)에 의해 나셀(16) 내에 위치 설정되는 발전기(42)에 회전 가능하게 커플링된다. 예에서, 메인 샤프트(44)는 나셀(16)의 종축(도시하지 않음)과 적어도 부분적으로 동축으로 배치된다. 메인 샤프트(44)의 회전은 기어박스(46)를 구동하고, 기어박스는 후속하여 로터(18)와 메인 샤프트(44)의 상대적으로 저속 회전 동작을 고속 샤프트(48)의 상대적으로 고속 회전 동작으로 전환하는 것에 의해 고속 샤프트(48)를 구동한다. 고속 샤프트는 커플링(50)에 의해 전기 에너지를 생산하는 발전기(42)에 접속된다. 더욱이, 변압기(90) 및/또는 적절한 전자기기, 스위치 및/또는 인버터가, 발전기(42)에 의해 생산되고 전압이 400 V 내지 1000 V인 전기 에너지를 중간 전압(10 내지 35 KV)의 전기 에너지로 변환하기 위해 나셀(16) 내에 배치될 수 있다. 상기 전기 에너지는 전선을 통해 나셀(16)에서 타워(15)로 전달된다.
기어박스(46), 발전기(42) 및 변압기(90)는 선택적으로 메인 프레임(52)으로 구현되는, 나셀(16)의 메인 지지 구조체 프레임에 의해 지지될 수 있다. 기어박스(46)는, 하나 이상의 토크 아암(103)에 의해 메인 프레임(52)에 접속되는 기어박스 하우징을 포함할 수 있다. 예에서, 나셀(16)은 메인 전방 지지 베어링(60) 및 메인 후방 지지 베어링(62)도 또한 포함한다. 더욱이, 발전기(42)는, 특히 발전기(42)의 진동이 메인 프레임(52)으로 도입되고, 이에 의해 소음 방출 소스를 유발하는 것을 방지하기 위해 지지 수단(54)을 분리함으로써 메인 프레임(52)에 장착될 수 있다.
선택적으로, 메인 프레임(52)은 로터(18)와 나셀(16)의 구성요소 그리고 바람과 회전 하중에 의해 유발되는 전체 하중을 지탱하고, 더욱이 이들 하중을 풍력 터빈(10)의 타워(15)로 전달하도록 구성된다. 로터 샤프트(44), 발전기(42), 기어박스(46), 고속 샤프트(48), 커플링(50) 및 임의의 관련 체결, 지지 및/또는 고정 디바이스 - 지지체(52)와, 전방 지지 베어링(60) 및 후방 지지 베어링(62)을 포함하지만, 이것으로 제한되지 않음 - 는 이따금 구동 트레인(64)이라고 한다.
몇몇 예에서, 풍력 터빈은 기어박스(46)가 없는 직접 구동 풍력 터빈일 수 있다. 발전기(42)는 직접 구동 풍력 터빈에서 로터(18)와 동일한 회전 속도로 작동한다. 따라서, 상기 발전기는 일반적으로, 기어박스가 있는 풍력 터빈과 유사한 양의 전력을 제공하기 위해 기어박스(46)가 있는 풍력 터빈에서 사용되는 발전기보다 훨씬 큰 직경을 갖는다.
나셀(16)은 요 구동 기구(56)를 포함할 수 있고, 이 요 구동 기구는 풍향(28)에 대한 로터 블레이드(22)의 균형을 제어하기 위해, 나셀(16) 그리고 이에 따라 로터(18)를 요축(38)을 중심으로 회전시키는 데 사용될 수 있다.
나셀(16)을 풍향(28)에 대해 적절히 위치 설정하기 위해, 나셀(16)은 또한 풍항계 및 풍속계를 포함할 수 있는 적어도 하나의 기상 관측 시스템도 또한 포함할 수 있다. 기상 관측 시스템(58)은 풍력 터빈 제어기(36)에 풍향(28) 및/또는 풍속을 포함할 수 있는 정보를 제공할 수 있다. 예에서, 피치 시스템(32)은 적어도 부분적으로 허브(20) 내의 피치 조립체(66)로서 구성된다. 피치 조립체(66)는 하나이상의 피치 구동 시스템(68)과 적어도 하나의 센서(70)를 포함한다. 각각의 피치 구동 시스템(68)은 피치축(34)을 따른 로터 블레이드(22)의 피치각을 조절하기 위해 각각의 로터 블레이드(22)(도 1에 도시함)에 커플링된다. 3개의 피치 구동 시스템(68) 중 단 하나만이 도 2에 도시되어 있다.
예에서, 피치 조립체(66)는 피치축(34)을 중심으로 각각의 로터 블레이드(22)를 회전시키기 위해, 허브(20)와 각각의 로터 블레이드(22)(도 1에 도시함)에 커플링된 적어도 하나의 피치 베어링(72)을 포함한다. 피치 구동 시스템(68)은 피치 구동 모터(74), 피치 구동 기어박스(76) 및 피치 구동 피니언(78)을 포함한다. 피치 구동 모터(74)는 피치 구동 기어박스(76)에 커플링되어, 피치 구동 기어박스(76)에 기계적인 힘을 가한다. 피치 구동 기어박스(76)는 피치 구동 피니언(78)에 커플링되어, 피치 구동 피니언(78)이 피치 구동 기어박스(76)에 의해 회전된다. 피치 베어링(72)이 피치 구동 피니언(78)에 커플링되어, 피치 구동 피니언(78)의 회전이 피치 베어링(72)의 회전을 유발한다.
피치 구동 시스템(68)은, 풍력 터빈 제어기(36)로부터 하나 이상의 신호 수신 시에 로터 블레이드(22)의 피치각을 조정하기 위해 풍력 터빈 제어기(36)에 커플링된다. 예에서, 피치 구동 모터(74)는 피치 조립체(66)가 여기에서 설명하는 바와 같이 구동하게 할 수 있는 전력 및/또는 유압 시스템에 의해 구동되는 임의의 적절한 모터이다. 대안으로서, 피치 조립체(66)는 임의의 적절한 구조, 구성, 배열 및/또는 제한하는 것은 아니지만 유압 실린더, 스프링 및/또는 서보기구와 같은 구성요소를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 피치 구동 모터(74)는 허브(20)의 회전 관성 및/또는 풍력 터빈(10)의 구성요소에 에너지를 공급하는 저장된 에너지 소스(도시하지 않음)로부터 추출된 에너지에 의해 구동된다.
피치 조립체(66)는 특정 우선 순위 상황의 경우 및/또는 로터(18) 과속 중에 풍력 터빈 제어기(36)로부터의 제어 신호에 따라 피치 구동 시스템(68)을 제어하기 위해 하나 이상의 피치 제어 시스템(80)도 또한 포함할 수 있다. 예에서, 피치 조립체(66)는 풍력 터빈 제어기(36)와 무관하게 피치 구동 시스템(68)을 제어하기 위해 각각의 피치 구동 시스템(68)에 통신 가능하게 커플링되는 적어도 하나의 피치 제어 시스템(80)을 포함한다. 예에서, 피치 제어 시스템(80)은 피치 구동 시스템(68)과 센서(70)에 커플링된다. 풍력 터빈(10)의 상시 작동 중에, 풍력 터빈 제어기(36)는 로터 블레이드(22)의 피치각을 조정하기 위해 피치 구동 시스템(68)을 제어할 수 있다.
실시예에 따르면, 예컨대 배터리와 전기 커패시터를 포함하는 발전기(84)가 허브(20)에 또는 허브 내에 배치되고, 센서(70), 피치 제어 시스템(80) 및 피치 구동 시스템(68)에 커플링되어 이들 구성요소에 대한 전력 소스를 제공한다. 예에서, 발전기(84)는 풍력 터빈(10)의 작동 중에 피치 조립체(66)에 연속적인 전력 소스를 제공한다. 변형예에서, 발전기(84)는 풍력 터빈(10)의 전력 손실 이벤트 중에만 피치 조립체(66)에 전력을 제공한다. 전력 손실 이벤트는 전력망 손실 또는 악화, 풍력 터빈(10)의 전기 시스템의 오작동 및/또는 풍력 터빈 제어기(36)의 고장을 포함할 수 있다. 전력 손실 이벤트 중에, 발전기(84)는 피치 조립체(66)에 전력을 제공하도록 작동되고, 이에 따라 피치 조립체(66)가 전력 손실 이벤트 동안에 작동할 수 있다.
예에서, 피치 구동 시스템(68), 센서(70), 피치 제어 시스템(80), 케이블 및 발전기(84)는 각각 허브(20)의 내면(88)에 의해 획정된 공동(86) 내에 위치 설정된다. 변형예에서, 상기 구성요소는 허브(20)의 외면에 대하여 위치 설정되고, 외면에 직접 또는 간접적으로 커플링될 수 있다.
도 3은 전기기계(100)의 일례에 관한 개략적인 후방도를 보여준다. 도 4는 세그먼트(145)가 제거된 도 3의 전기기계의 일부를 개략적으로 보여준다. 도 3 및 도 4의 예에서 볼 수 있다시피, 전기기계(100)는 로터(130), 스테이터(120) 및 로터(130)와 스테이터(120) 사이의 반경방향 공기 간극(116)을 포함한다.
이 예에서, 전기기계는 풍력 터빈, 특히 직접 구동 풍력 터빈을 위한 발전기이다. 도시한 발전기의 후방측은 풍력 터빈의 순풍 방향을 향하고 풍력 터빈의 로터를 향하지는 않는다. 다른 예에서, 전기기계(100)는 기어박스를 지닌 풍력 터빈용 발전기, 일반적인 발전기 또는 심지어는 모터일 수 있다.
도 3 및 도 4의 예에서, 발전기는 그 후방측에 환형 커버(140)를 포함한다(풍력 터빈 로터는 발전기의 전방측에 배치됨). 환형 커버(140)는 도 4에서 하나가 제거된 복수 개의 세그먼트(145)를 포함한다. 이 도면에서는, 로터 림(131)과 스테이터 림(121)을 볼 수 있다. 도시한 예에서, 로터(130)는 스테이터(120)를 반경방향으로 둘러싼다. 다른 예에서, 스테이터는 로터를 반경방향으로 둘러쌀 수 있다.
스테이터(120)는 스테이터 림(121)과 복수 개의 활성 스테이터 부분(122)을 포함한다. 로터(130)는 로터 림(131)과 복수 개의 활성 로터 부분(132)을 포함한다. 활성 스테이터 부분(122)은 하나 이상의 영구 자석, 하나 이상의 영구 자석 모듈, 하나 이상의 코일, 또는 하나 이상의 코일 모듈일 수 있다. 활성 로터 부분(132)도 마찬가지로 하나 이상의 영구 자석, 하나 이상의 영구 자석 모듈, 하나 이상의 코일, 또는 하나 이상의 코일 모듈일 수 있다. 예컨대, 활성 스테이터 부분(122)은 코일일 수 있고, 활성 로터 부분(132)은 영구 자석 모듈일 수 있다. 다른 예에서, 활성 스테이터 부분(122)과 활성 로터 부분(132) 모두가 코일일 수 있다. 반경방향 공기 간극(116)은 스테이터의 활성 부분(122)에서 로터의 활성 부분(132)을 분리한다. 코일에 대한 언급은, 단 하나의 코일 또는 코일 및 코일 지지부, 예컨대 코일 치형부에 대한 언급을 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 환형 커버(140)는 로터(130)의 둘레 커버에 있는 플랜지(150)에 부착될 수 있다. 환형 커버(140)는 축방향(105)에 실질적으로 수직한 반경방향 평면에서 연장될 수 있고, 둘레방향 커버(도시하지 않음)는 스테이터를 반경방향으로 둘러쌀 수 있다. 플랜지(150)는 로터의 둘레방향 커버에 있는 측부 부분으로서 이해될 수 있다. 볼트 또는 스크루와 같은 제거식 파스너가 환형 커버(140)를 플랜지(150)에 결합시킬 수 있다. 환형 커버(140)와 스테이터의 활성 부분(122) 및 로터의 활성 부분(132) 사이에 축방향 간극이 마련될 수 있다.
환형 커버(140)는 복수 개의 세그먼트(145)를 포함할 수 있다. 도 4의 예에서 볼 수 있다시피, 세그먼트(145)의 제거로 인해, 로터 및/또는 스테이터의 일부 활성 부분에 접근할 수 있다. 환형 커버(140)는 로터 및/또는 스테이터의 활성 부분을 보호할 수 있다. 다른 예에서는, 상기한 커버(140)가 마련되지 않을 수도 있다.
본 개시의 양태에서, 방법(200)이 제공된다. 방법(200)은 전기기계(100)에 있는 스테이터(120)의 활성 부분(122)을 제거하기에 적합하다. 방법(200)은 도 5에 개략적으로 예시된다.
몇몇 예에서, 전기기계는 발전기, 구체적으로 풍력 터빈을 위한 발전기, 보다 구체적으로 직접 구동 풍력 터빈을 위한 발전기일 수 있다.
본 개시 전반에 걸쳐 사용되는 활성 부분은 자기적으로 및/또는 전기적으로 활성화되는 로터 또는 스테이터의 부분으로서 간주될 수 있다. 몇몇 예에서, 복수 개의 활성 스테이터 부분(122)은 복수 개의 코일일 수 있고, 복수 개의 활성 로터 부분(132)은 복수 개의 영구 자석 모듈일 수 있다. 제거 대상 활성 부분(122)은 코일일 수 있다. 코일 지지 치형부는 코일과 함께 제거될 수 있다.
상기 방법은 블럭 210의, 로터가 제거 시작 위치에 있을 때에 전기기계(100)에 있는 로터(130)의 하나 이상의 활성 로터 부분(132)을 제거하는 단계를 포함한다. 하나 이상의 활성 부분(132), 예컨대 하나 이상의 영구 자석 모듈이 제거되면, 활성부분은 둘레방향(115)으로 서로 인접할 수 있다. 이것은, 로터의 2개의 인접한 활성 부분(132)이 제거된 도 6에서 볼 수 있다. 제거된 부분(들)(132)은 로터의 간극(160)을 형성한다.
로터의 제거 시작 위치는 로터의 활성 부분(들)(132)의 제거를 위한 그 적합성에 따라 선택될 수 있다. 예컨대, 로터(130)는, 제거 대상인 로터의 하나 이상의 활성 부분(132)에 쉽게 접근 가능하도록 제1 위치로 회전될 수 있다. 비교적 용이한 접근은, 예컨대 나셀의 상부 또는 정상 부분으로부터 이루어질 수 있다. 로터가 이미 적절한 위치에 있으면, 로터 회전은 불필요하다.
상기 방법은, 활성 로터 부분(132)에 대한 접근을 가능하게 하기 위해 측부 커버, 예컨대 측부 커버(140)의 일부를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 측부 커버는 몇몇 예에서 환형 커버(140)의 세그먼트(145)일 수 있다. 측부 커버(145)를 제거함으로써, 로터(132)의 하나 이상의 활성 부분을 축방향(105)으로 제거할 수 있는 개구를 형성할 수 있다.
추가로 또는 대안으로서, 상기 방법은 활성 로터 부분(132)에 접근 가능하도록 둘레방향 커버(도시하지 않음)의 일부를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 둘레방향 커버는 축방향(105) 및 접선방향이나 둘레방향(115)을 따라 로터(130)를 커버할 수 있다. 플랜지(150)는 발전기의 후방측(하류측)을 가로지르는 둘레방향 커버의 연장부일 수 있다. 둘레방향 커버의 일부를 제거함으로써 하나 이상의 활성 로터 부분(132)을 축방향(105)뿐만 아니라 반경방향(110)으로도 제거할 수 있다. 하나 이상의 활성 스테이터 부분(122)도 유사하게 제거될 수 있다.
몇몇 예에서, 로터(130)는 복수 개의 스페이서(133)를 포함할 수 있다. 스페이서(133)는 로터 림이나 로터의 둘레방향 커버와 로터의 복수 개의 활성 부분(132) 사이에서 둘레방향(115)으로 배치될 수 있다. 스페이서(133)는 로터 림(131)에 부착될 수 있고, 로터의 활성 부분(132)은 스페이서(133)에, 예컨대 반경방향으로 부착될 수 있다. 스페이서(133)는, 예컨대 도 4에 도시된 바와 같이 둘레방향(115)으로의 로터(132)의 활성 부분의 폭과 거의 동일한 둘레방향(115)으로의 폭을 가질 수 있다. 마찬가지로, 스페이서(133)는 축방향(105)으로의 로터의 활성 부분(132)의 길이와 거의 동일한 축방향(105)으로의 길이를 가질 수 있다. 반경방향(110)으로의 스페이서(133)의 높이는 반경방향(110)으로의 활성 로터 부분(132)의 높이보다 높거나, 이 높이와 실질적으로 동일할 수 있다. 도 4에서, 반경방향(110)으로의 스페이서(133)의 높이는 로터의 활성 부분(132)의 높이보다 높다.
스페이서(133)가 로터(130)에 마련되는 경우, 활성 로터 부분(132)을 제거하는 것은 활성 로터 부분(132)에 반경방향(110)으로 인접한 하나 이상의 스페이서를 제거하는 것을 더 포함할 수 있다. 따라서, 예컨대 일단 로터(130)가 제1 위치에 위치하고 나면, 하나 이상의 스페이서(133)와 로터의 하나 이상의 활성 부분(132)을 꺼낼 수 있다.
하나 이상의 스페이서(133)와 로터의 하나 이상의 활성 부분은 함께, 즉 1회의 작업으로 함께 제거될 수도 있고, 개별적으로 제거될 수도 있다. 예컨대, 하나 이상의 스페이서(133)가 먼저 제거될 수 있고, 하나 이상의 활성 부분(132)이 그 후에 제거될 수 있다. 제거는 축방향(105) 및/또는 반경방향(110)으로 수행될 수 있다. 도 6에서, 제거는 세그먼트(145)가 사전 분리되어 남겨진 개구를 통해 축방향(105)으로 수행되었을 수 있다.
상기 방법은 블럭 220의, 활성 로터 부분(132)이 제거되어 남겨진 간극(160)에 교체 툴(101)을 배치하는 단계를 더 포함한다. 스페이서(133)도 또한 제거된 경우, 교체 툴은 스페이서(133)와 활성 부분(132)이 제거되어 남겨진 간극(160)에 수용될 수 있다. 교체 툴(101)은 활성 스테이터 부분(122), 예컨대 코일이나 코일 및 코일 치형부를 유지하도록 구성된다.
스페이서(133)의 사용과, 사용 시 그 높이[반경방향(110)으로의 치수]는 스테이터(122)와 로터(132)의 활성 부분의 높이[반경방향(110)으로의 치수]에 따라 선택될 수 있다. 예컨대, 활성 로터 부분(132)의 높이가 활성 스테이터 부분(122)의 높이 미만인 경우, 교체 툴(101)을 배치하기 위한 더 많은 공간이 요구될 수 있고, 이에 따라 스페이서가 사용될 수 있다. 로터의 직경도 또한 몇몇 예에서 스페이서(133)와 교체 툴(101)을 배치하기 위해 반경방향(110)으로 더 큰 공간을 형성하기 위해 증가될 수 있다.
스페이서 사용에 대한 대안으로서 또는 이에 추가하여, 활성 로터 부분(132)의 높이[반경방향(110)으로의 치수]가 증가될 수 있다. 예컨대, 영구 자석 모듈의 높이, 특히 그 베이스[즉, 로터 림(131)이나 스페이서에 부착되도록 구성된 부분]의 높이가 증가될 수 있다. 로터의 직경도 역시 몇몇 예에서 증가될 수 있다. 이전 옵션들 중 하나 이상을 이용하는 것에 의해, 하나 이상의 추출 툴(101)은 활성 로터 부분(122)을 추출하기 위해 배치될 반경방향으로의 충분한 자유 공간을 가질 수 있다.
상기 관점에서, 로터 림(131)과 이 로터 림(131)에 부착된 복수 개의 제거 가능한 로터 요소를 포함하는 로터(130)가 마련될 수 있다. 사용 시, 로터 요소는 스테이터에 면한다. 로터 요소의 높이는 실질적으로 활성 스테이터 부분(122)의 높이와 동일하거나 이보다 높고, 이에 따라 활성 스테이터 부분(122) 중 하나 이상이 로터에 의해 유지될 때에 로터(130)와 함께 회전할 수 있다. 높이는 반경방향(110)을 따라 측정될 수 있다.
이러한 방식으로, 로터(130)에, 특히 반경방향(110)으로 본 개시 전반에 걸쳐 설명한 바와 같은 툴(101)을 배치하기 위한 충분한 공간이 마련될 수 있다.
몇몇 예에서, 로터 요소는 활성 로터 부분(132), 예컨대 영구 자석 모듈이다.
몇몇 다른 예에서, 로터 요소는 활성 로터 부분과 스페이서의 조립체를 포함한다. 예컨대, 로터 요소는 스페이서(133)에 부착된 활성 로터 부분(132)일 수 있고, 이에 따라 활성 부분이 스페이서에 의해 로터 림에 부착될 수 있다.
상기한 로터는 전기기계, 예컨대 발전기에 포함될 수 있다. 로터와 발전기는 풍력 터빈, 특히 직접 구동 풍력 터빈에 적합할 수 있다.
교체 툴(101)은 간극(160) 내로 축방향으로 도입될 수 있다. 툴(101)은 대안으로서 간극(160) 내로 반경방향으로 도입될 수 있다. 일단 원하는 위치, 예컨대 원하는 축방향 위치에 위치하고 나면, 교체 툴(101)이 고정될 수 있다. 예컨대, 툴(101)은 해제 가능하게, 예컨대 너트 및 볼트를 통해 로터 림에 부착될 수 있다. 툴(101)은 로터의 일부, 예컨대 로터 림을 클램핑할 수 있다. 림과 로터 커버에 부착된 교체 툴(101)을 도 7에서 볼 수 있다. 이 예에서, 로터 커버는 로터 림에 직접 고정되고, 로터 림과 일체로 형성될 수 있으며, 즉 로터 커버가 로터 림과 함께 회전한다. 하나 이상의 교체 툴(101)이 간극(160)에 배치되고, 특히 축방향(105)을 따라 로터(130)에 고정될 수 있다. 예컨대, 2개의 교체 툴(101)이, 활성 스테이터 부분(122)의 종방향 단부가 그 후 교체 툴(101)로 파지될 수 있도록 간극(160) 내에 축방향으로 배치될 수 있다.
상기 방법은 블럭 230의, 교체 툴(101)이 제거 대상 활성 스테이터 부분(122)과 반경방향으로 정렬되도록 로터를 정렬 위치로 회전시키는 단계를 더 포함한다. 제거 대상 활성 스테이터 부분(122)은 몇몇 예에서 코일일 수 있다. 활성 부분(122)은 접근하기 어려운 스테이터(120)의 둘레방향 위치에 위치할 수 있는데, 즉 스테이터의 활성 부분(122)은 해당 위치로부터 추출하기 어려울 수 있다. 예컨대 풍력 터빈의 직접 구동식 발전기의 경우, 활성 스테이터 부분(122)은 타워 또는 풍력 터빈 블레이드에 근접할 수 있다. 상기한 위치에서 직접 제거된 경우, 활성 부분(122)은 타워나 블레이드와 충돌할 수 있다.
상기 방법은 블럭 240의, 교체 툴(101)로 제거 대상 활성 스테이터 부분(122)을 픽하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 추출 대상 활성 스테이터 부분(122)을 가동 요소(155)로 교체 툴(101)을 향해 압박하는 단계를 더 포함할 수 있다. 가동 요소(155)는 상기한 단부로 구성될 수 있다. 가동 요소(155)는 활성 부분(122)을 반경방향 외측방향(111)으로 이동시킬 수 있다. 가동 요소(155)는 이 단부로 반경방향 외측방향(111)으로 전진할 수 있다. 활성 스테이터 부분(122)을 툴(101)을 향해 압박하는 가동 요소(155)를 도 8에서 볼 수 있다.
활성 스테이터 부분(122)은 우선 스테이터 림(121)으로부터 분리되어야만 할 수 있다. 예컨대, 가동 요소(155)를 사용하여 활성 부분(122)을 반경방향 외측방향(111)으로 변위시키기 전에 활성 부분(122)을 스테이터 림(121)에 결합하는 하나 이상의 볼트를 제거해야만 할 수 있다.
가동 요소(155)는 먼저 스테이터(120)에, 예컨대 스테이터의 리세스(135)(도 9a 참조)나 돌출부(125)(도 9b 참조)에 포함될 수 있다. 예컨대, 스테이터(120)의 특정 둘레 영역이 내부에 부착된 활성 부분(122)을 교체하는 데 문제가 있을 수 있다고 알려지면, 하나 이상의 압박 요소(155)가 스테이터의 이들 부분과 함께 배치될 수 있다. 돌출부 및/또는 리세스가 스테이터 프레임(142)에 마련될 수 있다.
몇몇 예에서, 스테이터(120)는, 하나 이상의 압박 요소(155)가 저장될 수 있는 하나 이상의 리세스(135)를 포함할 수 있다. 리세스는 스테이터의 축방향 길이를 따라 부분적으로 또는 전체적으로 연장될 수 있다. 첫번째 경우, 축방향(105)을 따라 1개보다 많은 리세스가 마련될 수 있다. 예컨대, 2개의 리세스가 2개의 상이한 축방향 위치에서 축방향을 따라 마련될 수 있다. 압박 요소(155)가 각각의 리세스에 저장될 수 있다.
이와 유사하게, 하나 이상의 리세스(135)가 둘레방향(115)을 따라 마련될 수 있다. 예컨대, 둘레방향을 따라 실질적으로 동일하게 이격된 3개 또는 4개의 리세스가 스테이터(120)에 마련될 수 있다. 각각의 리세스는 스테이터의 전체 또는 부분적인 축방향 길이를 따라 연장될 수 있다. 하나 이상의 압박 요소(155)가 각각의 리세스에서 특정 축방향 위치에 배치될 수 있다.
몇몇 다른 예에서, 스테이터(120)는, 하나 이상의 압박 요소(155)가 저장될 수 있는 하나 이상의 돌출부(125)를 포함할 수 있다. 돌출부(125)는 스테이터의 축방향 길이를 따라 부분적으로 또는 전체적으로 연장될 수 있다. 첫번째 경우, 축방향(105)을 따라 1개보다 많은 돌출부가 마련될 수 있다. 예컨대, 2개의 돌출부가 2개의 상이한 축방향 위치에서 축방향을 따라 마련될 수 있다. 압박 요소(155)가 각각의 리세스 내부 또는 아래에 저장될 수 있다.
이와 유사하게, 하나 이상의 돌출부(125)가 둘레방향(115)을 따라 마련될 수 있다. 예컨대, 둘레방향을 따라 실질적으로 동일하게 이격된 3개 또는 4개의 돌출부가 스테이터(120)에 마련될 수 있다. 각각의 돌출부는 스테이터의 전체 또는 부분적인 축방향 길이를 따라 연장될 수 있다. 하나 이상의 압박 요소(155)가 각각의 돌출부에서 특정 축방향 위치에 배치될 수 있다.
리세스(135) 또는 돌출부(125)의 치수는 압박 요소(155)의 치수에 따라 선택될 수 있다. 둘레방향으로 인접한 돌출부들 또는 리세스들 사이의 둘레방향 간격은 둘레방향(115)을 따라 실질적으로 동일할 수 있다. 이것은 스테이터에서의 적절한 하중 분배를 위해 중요할 수 있다.
가동 요소(155)는 돌출부 또는 리세스에 고정식으로 또는 해제 가능하게 연결될 수 있다. 가동 요소(155)는 후퇴 가능할 수 있다. 몇몇 예에서, 가동 요소(155)는 로드, 나사, 예컨대 웜 나사 또는 활성 스테이터 부분(122)을 스테이터 림(121)에서 멀어지게 압박할 수 있는 임의의 적절한 요소나 툴일 수 있다.
몇몇 예에서, 교체 툴(101)은 활성 스테이터 부분(122)을 픽하기 위해 반경방향(110)으로 이동하지 않을 수 있다. 툴은 반경방향(110)으로 이동하도록 구성되지 않을 수 있다. 가동 요소(155)는 활성 부분을 교체 툴(101)을 향해 압박할 수 있고, 툴(101)은 활성 부분(122)을 파지할 수 있다. 교체 툴은, 예컨대 이를 위해 클램프나 클램핑부를 가질 수 있다. 활성 스테이터 부분(122)은 툴에 의해 클램핑될 수 있다. 예컨대, 툴은 툴(101)을 사용하여 부분(122)의 2개의 대향 둘레방향 리세스를 클램핌할 수 있다. 몇몇 다른 예에서, 교체 툴(101), 예컨대 툴의 일부는 활성 부분(122)을 픽하기 위해 반경방향(내측방향, 도 8의 화살표 114 참조)으로 이동할 수 있다. 이들 예에서, 툴(101)은 반경방향으로 이동하도록 구성된다.
상기 방법은 블럭 250의, 로터(130)를 추출 위치로 회전시키는 단계와, 블럭 260의, 로터(130)로부터 활성 스테이터 부분(122)을 제거하는 단계를 더 포함한다. 활성 부분(122)은 몇몇 예에서 축방향(105)으로 제거될 수 있다. 그 후, 교체 툴(101)이 분리될 수도 있고, 새로운 활성 스테이터 부분(122)을 장착하도록 장착된 상태로 남아 있을 수 있다. 추출 위치는 몇몇 예에서 제거 시작 위치일 수 있다. 다른 예에서, 추출 위치는 제거 시작 위치와 상이할 수 있다.
이 방법에 의해, 손상된 활성 부분(122)에 도달하기 위해 다른 활성 부분, 예컨대 다른 활성 스테이터 부분(122)을 추출할 필요가 없다. 오히려, 교체 툴(101)은 제1 제거 시작 위치로부터 손상된 활성 부분(122)이 있는 제2 정렬 위치로 이동된 다음, 추출 위치, 예컨대 제1 위치로 이동된다. 이 방법은 따라서 접근이나 조작이 어려운 위치에 있는 활성 스테이터 부분(122)을 제거 또는 교체하는 다른 방법보다 용이하게 수행될 수 있고 보다 효율적일 수 있다.
새로운 활성 스테이터 부분(122)이 교체 툴(101)에 결합될 수 있고, 새로운 활성 스테이터 부분을 설치하기 위해 상기 단계들이 역순으로 수행될 수 있다. 이들 단계는 아래에서 설명된다. 이들 단계는 방법(200)의 블럭 260 후에 수행될 수도 있고, 독립적으로 수행될 수도 있다. 이들은 아래에서 별개의 방법(300)으로 나타내지만, 제거 방법(200)과 함께 교체 방법이 수행될 수 있다.
본 개시의 다른 양태에서, 전기기계(100)의 스테이터(120)에 활성 스테이터 부분(122)을 장착하는 방법(300)이 제공된다. 방법(300)은 도 10에 개략적으로 도시되어 있다. 전기기계(100)는 발전기, 보다 구체적으로 풍력 터빈을 위한 발전기, 보다 구체적으로 직접 구동 풍력 터빈을 위한 발전기일 수 있다.
도 12는 활성 스테이터 부분(122)이 설치되는 스테이터 간극(65)을 보여준다.
상기 방법은 블럭 310의, 로터가 장착 시작 위치에 위치하는 동안에 로터(130)에 부착된 교체 툴(101)에 활성 스테이터 부분(122)을 배치하는 단계를 포함한다. 이 단계는 도 11에 예시된다. 로터의 장착 시작 위치는 방법(200)의 추출 위치나 다른 위치에 해당할 수 있다. 몇몇 예에서, 활성 스테이터 부분(122)은 코일일 수 있고, 활성 로터 부분(132)은 영구 자석 모듈일 수 있다. 방법(300)이 방법(200)에 연속하여 수행되지 않는 경우, 하나 이상의 활성 로터 부분(132) 그리고 선택적으로 하나 이상의 스페이서는 툴(101)을 배치하기 위해 로터(160)에 간극(60)을 형성하도록 제거되어야만 할 수 있다. 로터는 장착 시작 위치로 회전될 수도 있고, 이미 장착 시작 위치에 위치할 수도 있다.
상기 방법은 블럭 320의, 교체 툴(101)이 반경방향으로 스테이터의 간극(165) - 이 간극에 활성 스테이터 부분(122)이 장착됨 - 과 정렬되는 삽입 위치로 로터를 회전시키는 단계를 더 포함한다. 상기한 위치는 도 12에서 달성되었다. 삽입 위치는, 이들 방법이 순서대로 수행되는 경우에 방법(200)의 정렬 위치일 수 있다.
상기 방법은 블럭 330의, 간극(165)에 활성 스테이터 부분(122)을 삽입하는 단계를 더 포함한다. 몇몇 예에서, 가동 요소(155)는 교환 툴(101)로부터 활성 부분(122)을 픽하여, 스테이터 림(121)으로 이동시킬 수 있다. 해당 이동은 반경방향(110), 구체적으로 반경방향 내측방향(도 8의 화살표 114 참조)일 수 있다.
가동 요소(155)는 방법(200)에서 활성 스테이터 부분(122)의 추출을 위해 사용되는 것과 동일할 수 있다.
스테이터의 활성 부분(122)은 일단 제위치에 위치하고 나면, 예컨대 너트와 볼트를 사용하여 스테이터 림(121)에 부착될 수 있다.
상기 방법은 로터(130)를 장착 종결 위치로 회전시키고 교체 툴(101)을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 장착 종결 위치는 몇몇 예에서 장착 시작 위치일 수 있다. 교체 툴(101)은 제거하기 전에 로터 둘레 커버로부터 분리되어야만 할 수 있다. 툴(101)은 몇몇 예에서 축방향(105)으로 추출될 수 있다.
일단 둘레방향으로 인접한 로터(132)의 활성 부분들 사이의 로터 간극(160)이 해제되고 나면, 하나 이상의 활성 로터 부분(132)은 간극(160)에 배치되어 간극을 채울 수 있다(도 4 참조). 예컨대, 하나 이상의 영구 자석 모듈은 로터 림(131)에 부착될 수 있다. 활성 부분(122, 132)에 접근하기 위해 제거된 임의의 커버(145)는 다시 발전기에 부착될 수 있다(도 3 참조).
이러한 방식으로, 활성 스테이터 부분(122)이 편리하게 그리고 효율적으로 교체될 수 있다.
본 개시의 다른 양태에서, 교체 툴(101)이 제공된다. 교체 툴은 활성 스테이터 부분(122)을 전기기계에서 유지하도록 구성된다. 교체 툴(101)은 방법(200), 방법(300) 및 방법(200, 300)의 조합에서 사용될 수 있다.
교체 툴(101)의 예가 도 13에 개략적으로 도시되었다. 교체 툴(101)은 유지부(41)와 앵커링부(420)를 포함한다. 유지부는 활성 스테이터 부분(122)을 유지하도록 구성된다. 앵커링부는 교체 툴(101)을 로터(130), 예컨대 로터의 둘레방향 커버에 고정하도록 구성된다.
유지부(410)는 베이스(414)로부터 연장되는 2개의 실질적으로 평행한 아암(411, 411’)을 포함할 수 있다. 평행한 아암(411, 411’)은 활성 스테이터 부분(122)을 둘러싸도록 구성될 수 있다. 아암의 높이(413)는 활성 스테이터 부분(122)의 높이와 대략 동일하게 구성될 수 있다.
몇몇 예에서, 아암(411, 411’)의 높이(413)는 조정 가능할 수 있다. 예컨대, 아암은 절첩식일 수 있다.
유지부(410)는 활성 스테이터 부분(122)을 유지 또는 클램핑하도록 구성된 2개의 대향 내측 돌출부(412, 412’)를 포함할 수 있다. 예컨대, 각각의 아암(411, 411’)은 이를 위해 내측 돌출부(412, 412’)를 가질 수 있다. 아암은 로터(130)에 부착될 때에 반경방향(110)으로 연장될 수 있고, 돌출부는 접선방향(115)으로 연장될 수 있다.
도 13에 예시한 바와 같이, 돌출부는 앵커링부(420) 반대측에 있는 교체 툴(101)의 단부(415)에 또는 이 단부 근처에 위치할 수 있다. 돌출부(412, 412’)는 활성 스테이터 부분(122)이 가질 수 있는 리세스에 끼워지도록 구성될 수 있다. 몇몇 예에서, 활성 부분(122)의 리세스는, 활성 부분(122)이 반경방향으로 (외측으로) 변위된 후에만 툴(101)에 접근 가능할 수 있다.
유지부(410)는 아암(411, 411’)이 연장될 수 있는 베이스(414)를 포함할 수 있다. 활성 스테이터 부분(122)을 픽할 때, 베이스(414)는 활성 부분(122)의 상부측(반경방향 외측)과 접촉할 수 있다.
앵커링부(420)는 로터(130), 예컨대 로터의 둘레방향 커버의 일부를 파지하기 위해 하나 이상의 파지기(421, 421’)를 가질 수 있다. 파지기는 클램프 또는 툴(101)을 로터에 해제 가능하게 연결하는 임의의 적절한 구성요소일 수 있다. 몇몇 예에서, 파지기는 베이스(414)로부터 연장될 수 있다.
여기에서 다수의 예를 개시하였지만, 다른 변형, 수정, 용도 및/또는 그 등가물도 가능하다. 더욱이, 전술한 예의 모든 가능한 조합도 또한 포함된다. 이에 따라, 본 개시의 범위는 특정 예에 의해 제한되어서는 안 되며, 단지 이어지는 청구범위를 정확히 읽어보는 것에 의해서만 결정되어야만 한다.

Claims (15)

  1. 방법(200)으로서,
    로터(130)가 제거 시작 위치에 있을 때에 전기기계(100)에 있는 로터(130)의 하나 이상의 활성 로터 부분(132)을 제거하는 단계(210);
    활성 로터 부분(132)의 제거에 의해 형성된 간극(160)에 교체 툴(101)을 배치하는 단계(220);
    교체 툴(101)이 제거 대상 활성 스테이터 부분(122)과 반경방향(110)으로 정렬되도록 로터(130)를 정렬 위치로 회전시키는 단계(230);
    교체 툴(101)로 제거 대상 활성 스테이터 부분(122)을 픽(pick)하는 단계(240);
    로터(130)를 추출 위치로 회전시키는 단계(250); 및
    활성 스테이터 부분(122)을 로터(130)로부터 제거하는 단계(260)
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 활성 로터 부분(132)에 접근 가능하도록 측부 커버(145)를 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 활성 로터 부분(132) 및/또는 활성 스테이터 부분(122)이 축방향(105)으로 제거되는 것인 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 활성 로터 부분(132)을 제거하는 단계는 활성 로터 부분(132)에 반경방향(110)으로 인접한 하나 이상의 스페이서를 제거하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 추출 대상 활성 스테이터 부분(122)을 가동 요소(155)로 교체 툴을 향해 압박하는 단계를 더 포함하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 가동 요소(155)는 스테이터(120), 특히 스테이터(120)의 리세스(135) 또는 돌출부(125)에 포함되는 것인 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 활성 스테이터 부분(122)은 교체 툴(101)에 의해 클램핑되는 것인 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 추출 위치는 제거 시작 위치인 것인 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 전기기계(100)는 발전기, 구체적으로 풍력 터빈(10)을 위한 발전기(42), 보다 구체적으로 직접 구동 풍력 터빈을 위한 발전기(42)인 것인 방법.
  10. 방법(300)으로서,
    로터(130)가 장착 시작 위치에 있는 동안에 로터(130)에 부착된 교체 툴(101)에 활성 스테이터 부분(122)을 배치하는 단계(310);
    교체 툴(101)이 반경방향(110)으로 스테이터의 간극(165) - 이 간극에 활성 스테이터 부분(122)이 장착됨 - 과 정렬되도록 로터(120)를 삽입 위치로 회전시키는 단계(320); 및
    활성 스테이터 부분(122)을 간극(165)에 삽입하는 단계(330)
    를 포함하는 방법.
  11. 로터 림(131)과, 로터 림(131)에 부착되는 복수 개의 제거 가능한 로터 요소를 포함하는 로터(130)로서,
    사용 시, 로터 요소는 스테이터를 향하고, 로터 요소의 높이는 활성 스테이터 부분(122)의 높이와 실질적으로 동일하거나 이보다 높고, 이에 따라 활성 스테이터 부분 중 하나 이상이 로터에 의해 유지될 때에 로터와 함께 회전할 수 있는 것인 로터.
  12. 제11항에 있어서, 로터 요소는 활성 로터 부분(132)인 것인 로터.
  13. 제11항에 있어서, 로터 요소는 활성 로터 부분(132)과 스페이서(133)의 조립체를 포함하는 것인 로터.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 활성 로터 부분(132)은 영구 자석 모듈인 것인 로터.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항의 로터를 포함하는 전기기계(100).
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