KR20230017142A - 전기 기계의 능동 요소의 냉각 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 전기 기계, 전기 기계의 능동 요소를 냉각하기 위한 냉각 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 풍력 터빈의, 예를 들어, 직접 구동식 풍력 터빈의 발전기의 능동 회전자 및/또는 고정자 요소를 냉각하기 위한 냉각 시스템 및 방법에 관한 것이다. 냉각 방법은 공기 간극에 의해 분리된 전기 기계의 회전자의 복수의 능동 요소 및/또는 전기 기계의 고정자의 복수의 능동 요소를 냉각하기 위해 전기 기계의 하나 이상의 1차 유입구를 통해 공기 간극으로 냉각 유체를 공급하는 단계를 포함한다. 방법은 냉각 유체가 하나 이상의 1차 유입구를 통해 전기 기계로부터 추출되도록 냉각 유체의 유동 방향을 반전시키는 단계를 추가로 포함한다.

Description

전기 기계의 능동 요소의 냉각{COOLING OF ACTIVE ELEMENTS OF ELECTRICAL MACHINES}
본 개시는 전기 기계, 전기 기계의 능동 요소를 냉각하기 위한 냉각 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 풍력 터빈의, 예를 들어, 직접 구동식 풍력 터빈의 발전기의 능동 회전자 및/또는 고정자 요소를 냉각하기 위한 냉각 시스템 및 방법에 관한 것이다.
모터 및 발전기와 같은 전기 기계는 일반적으로, 회전자 구조와 고정자 구조를 포함한다. 대형 전기 발전기는, 예를 들어, 전기 여기형 발전기 또는 영구 자석 여기형 발전기(PMG)일 수도 있다. 전기 기계의 회전자는 고정자에 대해 회전한다. 회전자가 내부 구조일 수도 있으며, 고정자가 외부 구조일 수도 있다. 따라서, 이 경우, 고정자가 회전자를, 예를 들어, 반경 방향으로 둘러싼다. 대안으로서, 구성이 이와 반대일 수도 있으며, 즉, 회전자가 고정자를, 예를 들어, 반경 방향으로 둘러싼다.
이러한 발전기는, 예를 들어, 풍력 터빈에 사용될 수도 있다. 풍력 터빈은 일반적으로, 회전자 허브 및 복수의 블레이드를 갖는 회전자를 포함한다. 회전자는 블레이드에 대한 바람의 영향 하에 회전하도록 설정된다. 회전자 샤프트의 회전에 의해 발전기 회전자가 직접적으로("직접 구동식") 또는 기어박스의 사용을 통해 구동된다.
직접 구동식 풍력 터빈 발전기는, 예를 들어, 6~10 미터(236~328 인치)의 직경, 예를 들어, 2~3 미터(79~118 인치)의 길이를 가질 수도 있으며, 예를 들어, 2~20 rpm(분당 회전수) 범위의 저속으로 회전할 수도 있다. 대안으로서, 발전기가 또한, 발전기의 회전 속도를, 예를 들어, 50~500 rpm 또는 심지어 그 이상으로 증가시키는 기어박스에 결합될 수도 있다.
직접 구동식 풍력 터빈의 발전기와 같은 전기 기계에서는, 일반적으로 냉각이 중요하다. 특히, 회전자와 고정자의 능동 요소, 예를 들어, 영구 자석 및 코일이 가열될 수도 있다. 능동 회전자 및 고정자 요소의 온도 상승은 능동 요소의 고장으로 이어질 수도 있으며, 발전기의 효율을 감소시킬 수도 있다. 회전자와 고정자의 능동 요소의 온도를 낮추기 위해, 능동 요소들을 분리시키는 공기 간극을 통해 냉각 유체가 흐를 수도 있다. 냉각 유체가 능동 요소와 접촉하여 능동 요소로부터 열을 빼앗는다. 냉각 유체를 공기 간극을 향해 그리고 공기 간극으로부터 멀리로 안내하며, 따라서 회전자와 고정자의 능동 요소로부터 열을 제거하기 위한 냉각 시스템이 제공될 수도 있다.
이러한 냉각 시스템은 1차 또는 "메인(main)" 경로 또는 루프를 포함할 수도 있다. 메인 루프는 메인 유체용 유체 유입구를 포함할 수도 있다. 메인 유체가 메인 유체 유입구로부터 능동 회전자 및 고정자 요소로 운반될 수도 있다. 예를 들어, 공기가 능동 회전자 요소와 고정자 요소 사이의 공기 간극으로 보내질 수도 있다. 작동 중에, 능동 요소가 가열되며, 냉각 유체(또한 공기일 수도 있음)도 가열된다. 그런 다음 가열된 메인 유체가 메인 유체 유출구로 멀리로 운반될 수도 있다. 일부 예에서, 메인 유체 유출구 및 유입구가 풍력 터빈의 외부와, 예를 들어, 나셀을 둘러싼 공기와 유체 연통할 수도 있다. 예를 들어, 냉각 시스템은 메인 유체 유입구를 통해 풍력 터빈의 외부로부터 공기를 도입하기 위해, 예를 들어, 나셀에 있는 팬을 포함할 수도 있다. 도관이 메인 냉각 유체 유입구로부터 발전기 공기 간극으로 메인 루프 유체를 운반할 수도 있으며, 그런 다음 도관이 발전기 공기 간극으로부터 유체 유출구로 가열된 메인 냉각 유체를 운반할 수도 있다.
다른 예에서는, 메인 유체 유입구 및 메인 유체 유출구가 열교환기와 유체 연통할 수도 있다. 냉각 유체용의 2차 경로 또는 루프가 열교환기를 포함할 수도 있다. 열교환기는 열교환기 메인 냉각 유체 유입구, 열교환기 메인 냉각 유체 유출구, 열교환기 2차 유체 유입구 및 열교환기 2차 유체 유출구를 포함할 수도 있다. 발전기 공기 간극에서 가열된 메인 냉각 유체(즉, 공기 간극에서 요소를 냉각하기 위해 사용되는 유체, 본원에서 일반적으로 "냉각 유체"로 지칭됨)가 열교환기 메인 냉각 유체 유입구를 통해 열교환기로 안내될 수도 있다. 2차 유체(즉, 공기 간극의 요소를 직접 냉각하는 것이 아니라, 메인 냉각 유체 또는 "냉각 유체"를 냉각하는 데 사용되는 유체)가 열교환기 2차 유체 유입구를 통해 열교환기로 도입될 수도 있다. 2차 유체가 메인 냉각 유체를 냉각할 수도 있다. 2차 유체가 열교환기 2차 유출구를 통해 열교환기로부터 제거될 수도 있으며, 메인 유체가 열교환기 메인 유출구를 통해 열교환기로부터 제거될 수도 있다. 2차 유체가, 예를 들어, 물 또는 공기일 수도 있다. 도관은 가열된 메인 냉각 유체를 열교환기 내부로 안내한 다음, 일단 냉각되고 나면, 열교환기 밖으로 안내하는 데 사용될 수도 있다. 그런 다음 냉각된 메인 냉각 유체가 다시 회전자와 고정자의 능동 요소 사이의 공기 간극을 향해 보내질 수도 있다.
본 개시의 일 양태에서, 전기 기계를 냉각하기 위한 방법이 제공된다. 전기 기계가 복수의 능동 회전자 요소를 포함하는 회전자, 복수의 능동 고정자 요소를 포함하는 고정자, 및 능동 회전자 요소와 능동 고정자 요소를 분리시키는 공기 간극을 포함한다. 방법은 회전자의 복수의 능동 요소 및/또는 고정자의 복수의 능동 요소를 냉각하기 위해 전기 기계의 하나 이상의 1차 유입구를 통해 공기 간극으로 냉각 유체를 공급하는 단계를 포함한다. 방법은 냉각 유체가 1차 유입구 중 하나 이상을 통해 전기 기계로부터 추출되도록 냉각 유체의 유동 방향을 반전시키는 단계를 추가로 포함한다.
이 양태에 따르면, 냉각 유체가 일정 시간 동안 제 1 방향으로 공기 간극으로 공급될 수도 있으며, 그런 다음, 냉각 유체가 제 1 방향과 상이한, 예를 들어, 제 1 방향과 반대의 제 2 방향으로 공기 간극으로 공급될 수도 있다. 냉각 유체의 유동 방향을 전환하면 공기 간극 내의 열 분포가 변경된다. 냉각 유체가 제 1 방향으로 공급되는 경우, 냉각 유체와 먼저 접촉하는 능동 요소는, 나중에 냉각 유체의 온도가 이미 상승하였을 때 냉각 유체와 접촉하는 능동 요소보다 더 냉각된다. 냉각 유체를 제 2 방향, 예를 들어, 반대 방향으로 공급하는 경우, 이전에 가장 적게 냉각되었던 능동 요소가, 냉각 유체가 해당 능동 요소와 접촉할 때 더 차가울 수도 있으므로, 이제 더 냉각될 수도 있다. 마찬가지로, 이전에 가장 많이 냉각되었던 능동 요소는, 냉각 유체가 해당 능동 요소에 도달할 때 가열되었을 수도 있으므로, 이제 덜 냉각될 수도 있다.
능동 요소들 사이에서 열 부하가 더 분산될 수도 있으며 및/또는 능동 요소가 냉각 유동 방향의 반전으로 인해 더 짧은 기간 동안 비교적 높은 온도로 유지될 수도 있으므로, 능동 요소의 고장, 예를 들어, 능동 요소를 둘러싸고 있는 절연재의 고장이 연기될 수도 있으며, 심지어 제거될 수도 있다(전기 기계의 예상 수명 내에서). 따라서, 전기 기계의 사용 수명이 연장될 수도 있으며, 수리 필요성이 감소될 수도 있다. 능동 요소의 절연재의 수명이 약 50% 이상, 심지어 약 100%까지 증가될 수도 있다. 예를 들어, 직접 구동식 풍력 터빈용의, 예를 들어, 발전기의 고정자용 코일의 절연재의 사용 수명이, 일부 예에서, 약 25년에서 약 50년으로 증가될 수도 있다.
또한, 전기 기계의 회전자가 사용 중에 회전함에 따라, 냉각 유체의 방향이 전환되면 냉각 유체가 공기 간극으로, 예를 들어, 축방향으로 공급되는 방향뿐만 아니라 원주 방향에서의 열 분포가 수정될 수도 있다. 따라서, 냉각 유체가 공기 간극으로, 예를 들어, 축방향으로 공급되는 방향뿐만 아니라 원주 방향으로 능동 요소의 온도가 변할 수도 있다. 이것은 능동 회전자 및/또는 고정자 요소의 사용 수명을 증대시키는 데 추가로 기여할 수도 있다.
또한, 냉각 유체의 방향을 반전시킬 때 능동 요소 내의 온도 분포가 변하며, 따라서 핫스팟의 위치도 변하기 때문에, 능동 요소가 더 짧은 기간 동안 더 높은 온도에 저항함에 따라 능동 요소가 더 높은 온도에 저항하기에 적합할 수도 있다. 이에 따라 전기 기계의 전력 출력을 증가시킬 수도 있다.
본 개시 전체에 걸쳐, 제 1 작동 모드에서는, 전기 기계의 1차 유입구(유출구)가 냉각 유체용의 전기 기계로의(로부터의) 입구(출구)로서 이해될 수도 있다. 제 2 작동 모드에서는, 1차 유입구(유출구)가 냉각 유체용의 전기 기계의 출구(입구)일 수 있다.
본 개시 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같은 능동 요소는 자기적으로 및/또는 전기적으로 능동인 회전자 및/또는 고정자의 요소로서 간주될 수도 있다. 능동 고정자 요소가, 예를 들어, 하나 이상의 영구 자석, 하나 이상의 영구 자석 모듈, 하나 이상의 코일, 또는 하나 이상의 코일 모듈일 수도 있다. 마찬가지로, 능동 회전자 요소가 하나 이상의 영구 자석, 하나 이상의 영구 자석 모듈, 하나 이상의 코일, 또는 하나 이상의 코일 모듈일 수도 있다. 예를 들어, 능동 고정자 요소가 코일일 수도 있으며, 능동 회전자 요소가 영구 자석 모듈일 수도 있다. 다른 예에서는, 능동 고정자 요소 및 능동 회전자 요소가 모두 코일일 수도 있다.
전기 기계는 발전기, 특히, 풍력 터빈용 발전기, 그리고 보다 구체적으로는 직접 구동식 풍력 터빈용 발전기일 수도 있다.
추가의 양태에서, 전기 기계 조립체가 제공된다. 전기 기계 조립체는 전기 기계 및 전기 기계에 유체 유동적으로 연결된 냉각 시스템을 포함한다. 전기 기계가 복수의 능동 회전자 요소를 포함하는 회전자, 복수의 능동 고정자 요소를 포함하는 고정자, 및 능동 회전자 요소와 능동 고정자 요소를 분리시키는 공기 간극을 포함한다. 냉각 시스템은 냉각 유체를 공기 간극을 향해 안내하도록 구성된 하나 이상의 입구 냉각 도관, 및 공기 간극에서 가열된 냉각 유체를 수집하여 전기 기계로부터 멀리로 안내하도록 구성된 하나 이상의 출구 냉각 도관을 포함한다. 냉각 시스템은 냉각 유체의 유동 방향을 반전시키도록 구성된다.
또 다른 양태에서, 발전기 조립체가 제공된다. 발전기 조립체는 발전기 및 발전기에 유체 유동적으로 연결된 냉각 시스템을 포함한다. 발전기가 복수의 능동 회전자 요소를 포함하는 회전자, 복수의 능동 고정자 요소를 포함하는 고정자, 및 능동 회전자 요소와 능동 고정자 요소를 분리시키는 공기 간극을 포함한다. 냉각 시스템은 냉각 유체를 공기 간극을 향해 그리고 발전기로부터 멀리로 안내하도록 구성된 복수의 도관을 포함한다. 냉각 시스템은 냉각 유체가 공기 간극을 통해 서로 다른 2 개의 방향으로 흐르도록 제 1 방향으로 그리고 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 냉각 유체를 안내하도록 구성된다.
도 1은 풍력 터빈의 일 예의 사시도를 개략적으로 예시하며;
도 2는 풍력 터빈의 허브와 나셀의 일 예를 예시하며;
도 3은 능동 회전자 및 고정자 요소를 냉각하기 위한 방법의 일 예의 흐름도를 개략적으로 예시하며;
도 4a 및 도 4b는 냉각 유체가 서로 다른 2 개의 방향으로 공기 간극을 통해 흐르는 전기 기계의 일 예의 단면을 개략적으로 예시하며;
도 5a 및 도 5b는 2 개의 예에 따라 냉각 시스템에 유체 유동적으로 연결된 전기 기계의 측면도를 개략적으로 예시하며;
도 6a 및 도 6b는 다른 예에 따라 냉각 시스템에 유체 유동적으로 연결된 전기 기계의 측면도를 개략적으로 예시하며; 및
도 7a 및 도 7b는 시간의 함수로서 그리고 온도 임계값의 설정에 따른 능동 회전자 또는 고정자 요소의 온도 변화를 개략적으로 예시한다.
이제, 하나 이상의 예가 도면에 예시된 본 발명의 실시예가 상세히 참조될 것이다. 각각의 예는 본 발명의 설명을 위해 제공된 것으로서, 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 사실, 본 발명의 범위 또는 정신을 벗어나지 않고 본 발명의 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음이 당업자에게는 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시예의 일부로서 예시되거나 설명된 특징이 다른 실시예와 함께 사용되어 또 다른 실시예를 산출할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 수정 및 변형을 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 범위 내에 있는 것으로서 포함하는 것으로 의도된다.
본원에 직접 구동식 풍력 터빈용 발전기가 주로 참조되긴 하지만, 본 발명은 일반적으로 전기 기계에 적용될 수 있다.
도 1은 풍력 터빈(10)의 일 예의 사시도이다. 이 예에서, 풍력 터빈(10)은 수평축 풍력 터빈이다. 대안으로서, 풍력 터빈(10)이 수직축 풍력 터빈일 수도 있다. 이 예에서, 풍력 터빈(10)은 지면(12) 상의 지지 시스템(14)으로부터 연장되는 타워(15), 타워(15) 상에 장착된 나셀(16), 및 나셀(16)에 결합된 회전자(18)를 포함한다. 회전자(18)는 회전 가능한 허브(20) 및 허브(20)에 결합되어 허브로부터 외측으로 연장되는 적어도 하나의 회전자 블레이드(22)를 포함한다. 이 예에서, 회전자(18)는 3 개의 회전자 블레이드(22)를 구비한다. 대안의 실시예에서는, 회전자(18)가 3 개보다 많거나 적은 회전자 블레이드(22)를 포함한다. 타워(15)는 지지 시스템(14)과 나셀(16)의 사이에 공동(도 1에는 도시되지 않음)을 획정하기 위한 관형의 강철로 제조될 수도 있다. 대안의 실시예에서는, 타워(15)가 임의의 적절한 높이를 갖는 임의의 적절한 유형의 타워이다. 대안에 따르면, 타워가 콘크리트로 형성된 부분과 관형의 강철 부분을 포함하는 복합재 타워(hybrid tower)일 수 있다. 또한, 타워가 부분 또는 전체 격자형 타워일 수 있다. 풍력 터빈(10)은 육상 및 해상 모두에 배치될 수도 있다.
회전자 블레이드(22)는 바람으로부터 전달될 운동 에너지가 기계적 에너지로 그리고 이어서 전기 에너지로 사용 가능하게 하기 위해 회전자(18)의 회전을 용이하게 하도록 허브(20)의 주위에 이격 배치된다. 회전자 블레이드(22)는 복수의 하중 전달 영역(26)에서 블레이드 뿌리 부분(24)을 허브(20)에 결합함으로써 허브(20)와 짝을 이룬다. 하중 전달 영역(26)은 허브 하중 전달 영역 및 블레이드 하중 전달 영역(모두 도 1에는 도시되지 않음)을 구비할 수도 있다. 회전자 블레이드(22)로 유도된 하중이 하중 전달 영역(26)을 통해 허브(20)로 전달된다.
예를 들어, 회전자 블레이드(22)는 약 15 미터(m) 내지 약 90 m 이상의 범위의 길이를 가질 수도 있다. 회전자 블레이드(22)가 풍력 터빈(10)이 본원에 설명된 바와 같이 기능할 수 있게 하는 임의의 적절한 길이를 가질 수도 있다. 예를 들어, 블레이드 길이의 비제한적인 예에는 20 m 이하, 37 m, 48.7 m, 50.2 m, 52.2 m 또는 91 m보다 긴 길이가 포함된다. 바람이 풍향(28)으로부터 회전자 블레이드(22)에 부딪침에 따라, 회전자(18)가 회전자 축선(30)을 중심으로 회전된다. 회전자 블레이드(22)가 회전되어 원심력을 받음에 따라, 회전자 블레이드(22)에 또한 다양한 힘과 모멘트가 가해진다. 이와 같이, 회전자 블레이드(22)는 중립 또는 비편향 위치로부터 편향 위치로 편향되며 및/또는 회전할 수도 있다.
더욱이, 회전자 블레이드(22)의 피치각, 즉, 바람의 방향에 대한 회전자 블레이드(22)의 배향을 결정하는 각도가, 바람 벡터에 대해 적어도 하나의 회전자 블레이드(22)의 각방향 위치를 조정함으로써, 풍력 터빈(10)에 의해 발생되는 하중 및 동력을 제어하기 위해 피치 시스템(32)에 의해 변경될 수도 있다. 회전자 블레이드(22)의 피치 축선(34)이 도시되어 있다. 풍력 터빈(10)의 작동 동안, 피치 시스템(32)은 특히, 회전자 블레이드(의 일부)의 받음각(attack angle)이 감소되도록 회전자 블레이드(22)의 피치각을 변경할 수도 있어, 회전자(18)의 회전 속도 감소를 용이하게 하며 및/또는 회전자(18)의 스톨(stall)을 용이하게 한다.
이 예에서, 각각의 회전자 블레이드(22)의 블레이드 피치가 풍력 터빈 제어부(36) 또는 피치 제어 시스템(80)에 의해 개별적으로 제어된다. 대안으로서, 모든 회전자 블레이드(22)에 대한 블레이드 피치가 상기 제어 시스템들에 의해 동시에 제어될 수도 있다.
또한, 이 예에서는, 풍향(28)이 변경됨에 따라, 풍향(28)에 대해 회전자 블레이드(22)를 위치시키기 위해 나셀(16)의 요(yaw) 방향이 요 축선(38)을 중심으로 회전될 수도 있다.
이 예에서, 풍력 터빈 제어부(36)가 나셀(16)의 내부에 중앙으로 위치되는 것으로 도시되어 있지만, 풍력 터빈 제어부(36)가 풍력 발전 단지 내에서 및/또는 원격 제어 센터에서 지지 시스템(14) 상에 풍력 터빈(10) 전체에 걸쳐 분포될 수도 있다. 풍력 터빈 제어부(36)는 본원에 설명된 방법 및/또는 단계를 수행하도록 구성된 프로세서(40)를 포함한다. 또한, 본원에 설명된 다른 구성 요소 중 다수가 프로세서를 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, "프로세서"라는 용어는 당업계에서 컴퓨터로 지칭되는 집적 회로로 제한되는 것이 아니라, 컨트롤러, 마이크로컨트롤러, 마이크로컴퓨터, 프로그래밍 가능 로직 컨트롤러(PLC), 애플리케이션 특정, 집적 회로, 및 기타 프로그래밍 가능 회로를 광범위하게 지칭하며, 이들 용어는 본원에서 상호 호환 가능하게 사용된다. 프로세서 및/또는 제어 시스템이 또한, 메모리, 입력 채널, 및/또는 출력 채널을 포함할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 2는 풍력 터빈(10)의 일부의 확대 단면도이다. 이 예에서, 풍력 터빈(10)은 나셀(16) 및 나셀(16)에 회전 가능하게 결합된 회전자(18)를 포함한다. 보다 구체적으로, 회전자(18)의 허브(20)가 메인 샤프트(44), 기어박스(46), 고속 샤프트(48), 및 커플링(50)에 의해 나셀(16)의 내부에 위치한 발전기(42)에 회전 가능하게 결합된다. 이 예에서, 메인 샤프트(44)가 나셀(16)의 중축선(도시되지 않음)에 적어도 부분적으로 동축으로 배치된다. 메인 샤프트(44)가 회전하면 기어박스(46)가 구동되어, 이어서, 기어박스가 회전자(18) 및 메인 샤프트(44)의 상대적으로 느린 회전 운동을 고속 샤프트(48)의 상대적으로 빠른 회전 운동으로 변환함으로써 고속 샤프트(48)가 구동된다. 고속 샤프트가 커플링(50)의 도움으로 전기 에너지를 생성하기 위한 발전기(42)에 연결된다. 또한, 400 V 내지 1000 V의 전압을 갖는 발전기(42)에 의해 생성된 전기 에너지를 중간 전압(10~35 KV)을 갖는 전기 에너지로 변환하기 위해, 변압기(90) 및/또는 적절한 전자 장치, 스위치, 및/또는 인버터가 나셀(16) 내에 배열될 수도 있다. 상기 전기 에너지는 나셀(16)로부터 타워(15)로 전력 케이블을 통해 전달된다.
기어박스(46), 발전기(42) 및 변압기(90)는, 선택적으로 메인 프레임(52)으로서 구현되는, 나셀(16)의 메인 지지 구조 프레임에 의해 지지될 수도 있다. 기어박스(46)는 하나 이상의 토크 암(103)에 의해 메인 프레임(52)에 연결된 기어박스 하우징을 포함할 수도 있다. 이 예에서, 나셀(16)은 또한, 메인 전방 지지 베어링(60) 및 메인 후방 지지 베어링(62)을 포함한다. 또한, 특히, 발전기(42)의 진동이 메인 프레임(52)으로 도입되어 이에 의해 소음 방출원을 유발하는 것을 방지하기 위해, 발전기(42)가 지지 수단(54)을 분리함으로써 메인 프레임(52)에 장착될 수 있다.
선택적으로, 메인 프레임(52)은 회전자(18) 및 나셀(16)의 구성 요소의 중량에 의해 그리고 바람 및 회전 하중에 의해 야기되는 전체 하중을 지탱하도록 구성되며, 또한, 이러한 하중을 풍력 터빈(10)의 타워(15)에 도입하도록 구성된다. 회전자 샤프트(44), 발전기(42), 기어박스(46), 고속 샤프트(48), 커플링(50), 및 지지부(52), 전방 지지 베어링(60) 및 후방 지지 베어링(62)을 포함하지만 이것으로 제한되지 않는 임의의 관련된 체결, 지지 및/또는 고정 장치가 경우에 따라 구동 트레인(64)으로 지칭된다.
일부 예에서, 풍력 터빈이 기어박스(46)가 없는 직접 구동식 풍력 터빈일 수도 있다. 직접 구동식 풍력 터빈에서는 발전기(42)가 회전자(18)와 동일한 회전 속도로 작동한다. 이 때문에, 발전기가 일반적으로, 기어박스가 있는 풍력 터빈과 유사한 양의 전력을 제공하기 위해 기어박스(46)를 구비한 풍력 터빈에 사용되는 발전기보다 훨씬 더 큰 직경을 갖는다.
나셀(16)은 또한, 풍향(28)에 대한 회전자 블레이드(22)의 원근법을 제어하기 위해 요 축선(38)을 중심으로 나셀(16)을 그리고 이에 따라 또한 회전자(18)를 회전시키는 데 사용될 수도 있는 요 구동 기구(56)를 포함할 수도 있다.
풍향(28)에 대해 적절하게 나셀(16)을 위치시키기 위해, 나셀(16)은 또한, 풍향계 및 풍속계를 포함할 수도 있는 적어도 하나의 기상 측정 시스템을 포함할 수도 있다. 기상 측정 시스템(58)은 풍향(28) 및/또는 풍속을 포함할 수도 있는 정보를 풍력 터빈 제어부(36)에 제공할 수 있다. 이 예에서는, 피치 시스템(32)이 허브(20)의 피치 조립체(66)로서 적어도 부분적으로 배열된다. 피치 조립체(66)는 하나 이상의 피치 구동 시스템(68) 및 적어도 하나의 센서(70)를 포함한다. 각각의 피치 구동 시스템(68)이 피치 축선(34)을 따라 회전자 블레이드(22)의 피치 각도를 조절하기 위해 개개의 회전자 블레이드(22)(도 1에 도시됨)에 결합된다. 도 2에는 3 개의 피치 구동 시스템(68) 중 하나만이 도시되어 있다.
이 예에서, 피치 조립체(66)는 피치 축선(34)을 중심으로 개개의 회전자 블레이드(22)를 회전시키기 위해 허브(20) 및 개개의 회전자 블레이드(22)(도 1에 도시됨)에 결합된 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)가 피치 구동 기어박스(76)에 결합되어, 피치 구동 모터(74)가 피치 구동 기어박스(76)에 기계적 힘을 부여한다. 피치 구동 기어박스(76)가 피치 구동 피니언(78)에 결합되어, 피치 구동 피니언(78)이 피치 구동 기어박스(76)에 의해 회전된다. 피치 베어링(72)이 피치 구동 피니언(78)에 결합되어, 피치 구동 피니언(78)의 회전에 의해 피치 베어링(72)이 회전된다.
피치 구동 시스템(68)은 풍력 터빈 제어부(36)로부터 하나 이상의 신호를 수신 시에 회전자 블레이드(22)의 피치각을 조정하기 위해 풍력 터빈 제어부(36)에 결합된다. 이 예에서, 피치 구동 모터(74)는 피치 조립체(66)가 본원에 설명된 바와 같이 기능할 수 있게 하는 전력 및/또는 유압 시스템에 의해 구동되는 임의의 적절한 모터이다. 대안으로서, 피치 조립체(66)가 유압 실린더, 스프링, 및/또는 서보 기구와 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는, 임의의 적절한 구조, 구성, 배열, 및/또는 구성 요소를 포함할 수도 있다. 특정 실시예에서는, 피치 구동 모터(74)가 허브(20)의 회전 관성 및/또는 풍력 터빈(10)의 구성 요소에 에너지를 공급하는 저장된 에너지 공급원(도시되지 않음)으로부터 추출된 에너지에 의해 구동된다.
피치 조립체(66)는 또한, 특정 우선 순위 상황의 경우 및/또는 회전자(18)의 과속 동안, 풍력 터빈 제어부(36)로부터의 제어 신호에 따라 피치 구동 시스템(68)을 제어하기 위한 하나 이상의 피치 제어 시스템(80)을 포함할 수도 있다. 이 예에서, 피치 조립체(66)는 풍력 터빈 제어부(36)와 독립적으로 피치 구동 시스템(68)을 제어하기 위해 개개의 피치 구동 시스템(68)에 통신 가능하게 결합된 적어도 하나의 피치 제어 시스템(80)을 포함한다. 이 예에서, 피치 제어 시스템(80)은 피치 구동 시스템(68) 및 센서(70)에 결합된다. 풍력 터빈(10)의 정상 작동 동안, 풍력 터빈 제어부(36)가 피치 구동 시스템(68)을 제어하여 회전자 블레이드(22)의 피치각을 조정할 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 예를 들어, 배터리와 전기 커패시터를 포함하는 전력 발생기(84)가 허브(20)에 또는 그 내부에 배치되며, 센서(70), 피치 제어 시스템(80), 및 피치 구동 시스템(68)에 결합되어 이들 구성 요소에 전력 공급원을 제공한다. 이 예에서, 전력 발생기(84)는 풍력 터빈(10)의 작동 동안 피치 조립체(66)에 지속적인 전력 공급원을 제공한다. 대안의 실시예에서는, 전력 발생기(84)가 풍력 터빈(10)의 전력 손실 이벤트 동안에만 피치 조립체(66)에 전력을 제공한다. 전력 손실 이벤트에는 전력망 손실 또는 급강하, 풍력 터빈(10)의 전기 시스템의 오작동, 및/또는 풍력 터빈 제어부(36)의 고장이 포함될 수도 있다. 전력 손실 이벤트 동안, 전력 발생기(84)가 피치 조립체(66)에 전력을 제공하도록 작동하여, 피치 조립체(66)가 전력 손실 이벤트 동안 작동할 수 있다.
이 예에서, 피치 구동 시스템(68), 센서(70), 피치 제어 시스템(80), 케이블 및 전력 발생기(84)는 각각, 허브(20)의 내부 표면(88)에 의해 획정된 공동(86)에 위치된다. 대안의 실시예에서는, 상기 구성 요소들이 허브(20)의 외부 표면에 대해 위치되며, 상기 외부 표면에 직접적으로 또는 간접적으로 결합될 수도 있다.
본 개시의 일 양태에서, 전기 기계(200)를 냉각하기 위한 방법(100)이 제공된다. 이 방법이 도 3에 도시되어 있다. 전기 기계(200)는 복수의 능동 회전자 요소(212)를 포함하는 회전자(210), 복수의 능동 고정자 요소(222)를 포함하는 고정자(220, 및 능동 회전자 요소(212)와 능동 고정자 요소(222)를 분리하는 공기 간극(215)을 포함한다.
방법은, 블록(110)에서, 공기 간극(215)에 의해 분리된 전기 기계(200)의 회전자(210)의 복수의 능동 요소(212) 및/또는 전기 기계(200)의 고정자(220)의 복수의 능동 요소(222)를 냉각하기 위해 전기 기계(200)의 하나 이상의 1차 유입구(236, 256)를 통해 공기 간극(215)으로 냉각 유체(140)를 공급하는 단계를 포함한다.
전기 기계(200)는 풍력 터빈(10)용 발전기, 예를 들어, 직접 구동식 풍력 터빈용 발전기일 수도 있다. 도 4a는 회전자(210) 및 고정자(220)를 포함하는 발전기(200)의 일 예의 단면도를 보여준다. 회전자(210)는 회전 축선(205)을 중심으로 회전하도록 구성된다. 회전자(210)는 회전자 테두리(211) 및 회전자 테두리(211)에 부착된 복수의 능동 회전자 요소(212)를 포함한다. 고정자(220)는 고정자 테두리(221) 및 고정자 테두리(221)에 부착된 복수의 능동 고정자 요소(222)를 포함한다.
회전자(210)는 구동측 커버(231) 및 중심측 커버(232)를 포함할 수도 있다. 구동측 커버(231)는 또한, 전방측 커버(231)로 지칭될 수도 있으며, 풍력 터빈 허브(20)를 향하도록 구성될 수도 있다. 즉, 발전기의 구동측(234)은 발전기가, 이 경우, 풍력 터빈의 회전자에 의해 구동되는 측면으로서 정의될 수도 있다. 모터의 경우에는, 모터의 구동측이 모터가 모터 동력식 요소를 구동시키는 측면으로서 정의될 수도 있다. 발전기의 비구동측(235)은 발전기의 구동측과 반대일 수도 있다.
이 예에서 알 수도 있는 바와 같이, 구동측 커버(231)는 주로, 반경 방향(240)으로 그리고 접선 방향 또는 원주 방향(242)으로 연장될 수도 있다. 구동측 커버(231)는 축방향(241)의 먼지와 같은 바람 중의 바람직하지 않은 입자 및 습기로부터 회전자 및 고정자의 능동 요소를 보호할 수도 있다. 중심측 커버(232)는 회전자 테두리(211)를 포함할 수도 있으며, 주로 원주 방향(242) 및 축방향(241)으로 연장될 수도 있다. 회전자는 비구동측 커버(233)를 추가로 포함할 수도 있다. 비구동측 커버(233)는 또한, 후방측 커버(233)로서 지칭될 수도 있다. 중심측 커버(232)가 회전자(210)의 구동측 커버(231)와 비구동측 커버(233)의 사이에서 연장될 수도 있다.
유사하게, 고정자(220)는 중심측 플레이트(262) 및 비구동측 또는 후방측 플레이트(263)를 포함할 수도 있다. 일부 예에서, 고정자(220)가 구동측 또는 전방측 플레이트(도면에 도시되지 않음)를 추가로 포함할 수도 있다. 고정자(220)는 발전기 지지부(203) 상에 고정적으로 장착될 수도 있다. 회전자(210)는 발전기 지지부(203) 상에 회전 가능하게 장착될 수도 있으며, 허브(20) 또는 풍력 터빈 회전자의 다른 부품에 작동 가능하게 연결될 수도 있다. 회전자(231)의 구동측 커버(231)가 베어링(201)을 통해 발전기 지지부(203)에 의해 지지될 수도 있다. 회전자(210)가 발전기 지지부(203)까지 연장되는 비구동측 커버(233)를 포함한다면, 비구동측 커버(233)를 지지부(203)에 결합하는 데에도 베어링이 사용될 수도 있다. 발전기 지지부(203)는 풍력 터빈 프레임, 예를 들어, 직접 구동식 풍력 터빈 프레임의 전방 부분일 수도 있다.
이 예에서, 냉각 시스템이, 예를 들어, 발전기(200)의 비구동측에, 예를 들어, 비구동측 커버(233)에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 공기 추출 시스템 및/또는 공기 공급 시스템이 발전기의 비구동측(235)에 배치될 수도 있다. 이 예에서, 비구동측 커버(233)가 반경 방향 내측으로 연장되지만, 발전기 지지부(203)와 접촉할 때까지 완전히 연장되지 않는다는 것을 알 수도 있다. 커버(233)와 발전기 지지부(203)의 사이에 제공된 반경 방향 공간(237)에, 냉각 유체, 예를 들어, 공기를 공급 및 추출하기 위한 냉각 공기 도관이 배치될 수도 있다. 회전자의 비구동측 커버(233)와 발전기 지지부(203) 사이의 공간(237)에 1차 유입구(236)와 1차 유출구(256)가 제공될 수도 있다.
이 예에서는 공기 간극(215)이 반경 방향 공기 간극이며 발전기(200)가 반경 방향 발전기이지만, 다른 예에서는 발전기(200)가 축방향 공기 간극을 갖는 축방향 발전기일 수도 있다. 도 4a에서는, 회전자(210)가 고정자(220)를 둘러싼다. 다른 예에서는, 고정자가 회전자를 둘러쌀 수도 있다.
도 4a는 능동 회전자 요소(212) 및/또는 고정자 요소(222)를 냉각하기 위해 냉각 유체(140)가 제 1 방향(150)으로 공기 간극(215)으로 공급될 수도 있음을 개략적으로 예시한다. 냉각 유체(140)는, 예를 들어, 회전자(210)의 후방측 커버(233)에 있는 1차 유입구(236)를 통해 발전기(200)에 도입된 다음, 고정자(220)를 통해 회전자 전방측 커버(231)를 향해 안내되며, 이어서 공기 간극(215)을 향해 보내질 수도 있다. 고정자 및 회전자의 형상이 이미 냉각 유체(140)를 발전기(200)를 통해 안내하는 역할을 할 수도 있거나, 하나 이상의 도관이 발전기를 통해 냉각 유체(140)를 안내하기 위해 사용될 수도 있다.
이 예에서 냉각 유체(140)는 먼저, 발전기의 구동측 또는 전방 영역(160)에서 또는 그 부근에서 능동 요소(212, 222)와 접촉하며, 능동 요소가 뜨거워짐에 따라 냉각 유체의 온도가 상승한다. 그런 다음 냉각 유체(140)가 회전자의 후방측 커버(233)를 향해 전진한다. 발전기의 비구동측 또는 후방 영역(165)의 능동 요소(212, 222)에 도달할 때, 냉각 유체(140)는 이미 따뜻하며, 따라서 후방 영역(165)의 능동 요소의 온도가 전방 영역(160)의 능동 요소의 온도만큼 많이 낮아지지 않을 수도 있다. 이 때문에, 후방 영역(165)에 핫스팟(hot spot)이 생성될 수도 있으며, 이 영역(165)의 능동 요소가 전방 영역(160)의 능동 요소보다 과열 및 고장의 위험이 더 높을 수도 있다. 이제 가열된 냉각 유체(140)는 회전자(210)의 후방측 커버(233)에 있는 1차 유출구(256)를 통해 배출될 수도 있다.
도 4a 뿐만 아니라 도 4b에는, 냉각 유체(140)용의 발전기의 1차 유입구(236) 및 발전기의 1차 유출구(256)가 반경 방향(240)을 따라 정렬되는 것으로 도시되어 있다. 이것은 단지 예시일 뿐이며, 냉각 유체가 발전기(200)의 내부로 도입될 수도 있는 1차 유입구(236)와 냉각 유체가 배출될 수도 있는 1차 유출구(256)가 반드시 반경 방향(240)으로 정렬되지 않을 수도 있다는 것에 유의하여야 한다. 예를 들어, 냉각 유체(140)용 1차 유입구(236) 및 1차 유출구(256)가 원주 방향(242)을 따라 배치될 수도 있다. 또한, 간극(237)에 1차 유입구 및 1차 유출구가 제공될 수도 있다. 예를 들어, 하나의 도관이 제 1 원주 방향 위치에 있는 공간(237)을 통해 발전기(200)의 내부를 향해 냉각 유체(140)를 안내할 수도 있으며, 다른 도관이 제 2 원주 방향 위치에 있는 간극(237)을 통해 가열된 냉각 유체(140)를 발전기로부터 멀리로 안내할 수도 있다.
도 3의 방법은, 블록(120)에서, 냉각 유체(140)가 1차 유입구(236) 중 하나 이상, 예를 들어, 전부를 통해 전기 기계(200)로부터 추출되도록 냉각 유체(140)의 유동 방향을 반전시키는 단계를 추가로 포함한다.
도 4b는 이에 대해 개략적으로 예시하고 있다. 이제 냉각 유체(140)가 회전자(210)의 후방측 커버(233)에 있는 1차 유출구(256)를 통해 발전기(200)에 들어가며, 공기 간극(215)을 향해 안내된다. 이 때문에, 도 4a의 회전자 또는 발전기 1차 유입구(236)가 도 4b에서는 유출구(236)가 되며, 도 4a의 회전자 또는 발전기 1차 유출구(256)가 도 4b의 작동 모드에서는 유입구(256)가 된다. 유동 방향이 반전됨에 따라, 이제 냉각 유체가 후방 영역(165)의 능동 요소(212, 222)와 먼저 접촉한 다음, 공기 간극을 통해 축방향으로 전진하면서 가열되며, 이어서 전방 영역(160)의 능동 요소와 접촉한다. 이러한 작동에서는, 후방 영역(165)의 능동 요소가 전방 영역(160)의 능동 요소보다 더 냉각될 수도 있다. 이 때문에, 전방 영역(160)에 핫스팟이 형성될 가능성이 더 높다.
회전자(210)가 회전함에 따라, 능동 요소 및 공기 간극(215)의 온도 분포도 원주 방향(242)을 따라 불균일할 수도 있다. 냉각 유동이 반전된다면, 이것이 원주 방향(242)을 따른 냉각에도 영향을 미칠 수 있다. 이 때문에, 어떤 능동 요소(212, 222)가 더 많이 냉각되고 덜 냉각되는지는 전체 공기 간극을 따라, 즉, 축방향(241) 및 원주 방향(242) 모두에서 변경될 수 있다. 냉각 유체의 유동 반전으로 인해 가장 높은 온도를 갖는 능동 요소(212, 222)가 변경되었음에 따라, 과열로 인한 고장이 감소될 수도 있으며, 가능하게는 회피될 수도 있다. 수리 필요성도 줄어들 수도 있다. 예를 들어, 절연재, 예를 들어, 능동 요소의 전기 절연재를 교체할 필요가 없을 수도 있다. 또한, 핫스팟이 항상 동일한 위치에 위치하지 않기 때문에, 능동 요소(212, 222)가 더 높은 온도를 견딜 수도 있으며, 발전기(200)에 의해 생성되는 전력이 증가될 수도 있다. 따라서, 전기 기계(200)의 요건에 따라, 능동 요소(212, 222) 및 이들의 절연재의 달성 가능한 수명을 연장하며 전력 출력을 증가시키는 적절한 조합이 달성될 수도 있다.
임의의 적절한 냉각 유체(140)가 사용될 수도 있으며, 특히, 상이한 냉각 가스가 사용될 수도 있다. 일부 예에서, 공기가 냉각 유체로서 사용된다.
냉각 유체(140)가 특정 방향으로 공급되는 기간이 냉각 유체(140)가 다른 방향으로 공급되는 기간과 실질적으로 동일하거나 상이할 수도 있다. 냉각 유체(140)가 제 1 기간 동안 전기 기계(200)의 하나 이상의 1차 유입구(236)로부터 전기 기계(200)의 하나 이상의 1차 유출구(256)로 공기 간극(215)을 통해 공급될 수도 있다. 냉각 유체(140)가 제 2 기간 동안 하나 이상의 1차 유출구(256)로부터 하나 이상의 1차 유입구(236)로 공기 간극(215)을 통해 공급될 수도 있다. 일부 예에서 제 2 기간이 제 1 기간과 실질적으로 동일할 수도 있다. 다른 예에서는 제 2 기간이 제 1 기간과 상이할 수도 있다.
도 4a의 예에 예시된 바와 같이, 냉각 유체(140)가 제 1 기간 동안 제 1 방향(150)으로 공기 간극(215)으로 공급될 수도 있다. 그리고 도 4b의 예에 도시된 바와 같이, 냉각 유체(140)가 제 2 기간 동안 제 2 방향(155)으로 공기 간극(215)으로 공급될 수도 있다. 제 2 방향(155)이 제 1 방향(150)과 반대일 수도 있다. 일부 예에서, 제 1 방향(150) 및 제 2 방향(155)이 실질적으로 축방향(241)일 수도 있다.
냉각 유체(140)의 방향을 반전시키는 단계가 하나뿐 아니라 많은 방식으로 수행될 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 유체 변위 장치(310)가 능동 요소를 냉각하기 위해 공기 간극(215)을 향해 냉각 유체가 유동하게 하거나 냉각 유체의 유동을 돕는 데 사용되는 경우, 반전 단계(120)는 하나 이상의 유체 변위 장치(310), 예를 들어, 유체 변위 장치 내부의 하나 이상의 회전 요소의 회전 방향을 반전시키는 단계를 포함할 수도 있다. 유체 변위 장치(310)는, 예를 들어, 냉각 유체용 경로의 2 개의 지점 사이에 압력차를 생성하며, 따라서 냉각 유체가 향하여 유동할 더 낮은 압력을 갖는 영역을 생성함으로써 냉각 유체(140)를 특정 방향으로 구동시키도록 구성된다. 유체 변위 장치(310)는, 예를 들어, 펌프 또는 팬일 수도 있다. 유체 변위 장치(310)의 회전 방향의 반전이 풍력 터빈(10)의 유지 관리 또는 수리 작업 중에 수행될 수도 있다. 예를 들어, 유체 변위 장치의 모터를 교체할 때 회전 방향을 반전시키는 단계가 수동으로 수행될 수도 있다.
하나 이상의 냉각 유체 변위 장치(310)가 하나 이상의 임펠러를 포함할 수도 있다. 반전 단계(120)는 하나 이상의 임펠러의 회전 방향을 전환하는 단계를 포함할 수도 있다. 일부 예에서, 임펠러가 양방향성일 수도 있다. 유체 변위 장치(310)의 모터(들)는 양방향성 임펠러를 서로 반대되는 2 개의 회전 방향으로 회전시키도록 구성될 수도 있다.
도 5a 및 도 5b는 전기 기계(200)에 유체 유동적으로 연결된 냉각 시스템(300)의 2 개의 예의 측면도를 개략적으로 예시한다. 도 5a에서, 입구 도관(320)은 냉각 유체(140)를 발전기(200)로 운반하도록 구성되며, 출구 도관(330)은 가열된 냉각 유체(140)를 발전기(200)로부터 멀리로 운반하도록 구성된다. 공기를 조절하기 위해 하나 이상의 필터가 도관에 배열될 수도 있다. 입구 도관(320) 및 출구 도관(330)은, 예를 들어, 나셀(16)의 외부를 발전기(200)와 유체 유동적으로 연결할 수도 있다. 각각의 도관(320, 330)은 유입구 및 유출구를 구비한다. 하나 이상의 냉각 유체 추진기(310), 예를 들어, 하나 이상의 팬이 냉각 유체(140)가 도관(320, 330)을 통해, 예를 들어, 입구 도관(320)을 통해 발전기(200)를 향해 그리고 출구 도관(330)을 통해 발전기(320)로부터 멀리로 이동하게 하도록 구성된다. 하나 이상의 냉각 유체 추진기(310)는 냉각 유체(140)가 반대 방향으로 전진하도록 회전 방향을 반전시키도록 구성된다. 예를 들어, 하나 이상의 팬 임펠러의 회전이 반전될 수도 있다. 이 때문에, 출구 도관(330)이 입구 도관이 되며, 입구 도관(320)이 출구 도관이 된다.
하나 이상의 냉각 유체 변위 장치(310)가 입구 도관(320) 및/또는 출구 도관(330)과 함께 배열될 수도 있다. 유체 변위 장치(310)가 도관(320, 330)을 따라 임의의 적절한 위치에, 예를 들어, 도관(320, 330) 내부에 위치될 수도 있다. 유체 변위 장치(310)의 유형에 따라, 유체 변위 장치가 도관 외부에 배치되지만 도관과 유체 접촉 상태에 있을 수도 있다. 따라서, 전기 기계 내외로의 "입구" 지점(236) 및 "출구" 지점(256)은 유동 방향에 따라 달라지며, 따라서 냉각 사이클의 구성에 따라 시간이 지남에 따라 변할 수도 있다는 것에 유의한다. 따라서, 1차 유입구(제 1 또는 1차 냉각 유동 방향용)가 제 2 냉각 유동 방향의 유출구가 될 수도 있다.
도 5b에서, 냉각 시스템(300)은 1차 냉각 유체(140)를 냉각하기 위해 열교환기(315)를 통해 열교환기 냉각 유체(145)를 구동시키기 위한 하나 이상의 열교환기 유체 변위 장치(310')를 포함하는 열교환기(315)를 포함한다. 본원에서는 공기 간극(215)을 통과하는 냉각 유체(140)가 메인 냉각 유체로 지칭될 수도 있으며, 메인 냉각 유체(140)를 냉각하기 위해 열교환기(315)를 통과하는 냉각 유체(145)가 2차 냉각 유체로 지칭될 수도 있다. 열교환기는 2차 냉각 유체가 각각 열교환기(315)로 도입되며 열교환기(315)로부터 제거되는 열교환기 2차 유입구 및 열교환기 2차 유출구를 포함할 수도 있다. 열교환기는 메인 냉각 유체(140)가 각각 열교환기(315)로 도입되며 열교환기(315)로부터 제거되는 열교환기 메인 유체 유입구 및 열교환기 메인 유체 유출구를 추가로 포함한다.
일부 예에서, 열교환기(315)는 하나 이상의 메인 유체 변위 장치(310)를 포함할 수도 있다. 즉, 열교환기(315) 외부에 하나 이상의 메인 유체 변위 장치(310)를 배치하는 대신에 또는 이에 추가하여, 메인 유체 변위 장치가 열교환기(315)와 함께, 예를 들어, 열교환기의 내부에 배치될 수도 있다. 이들 예 중 일부에서, 열교환기(315)와 함께 배열된 유체 변위 장치(310)의, 예를 들어, 내부의 임펠러(들)와 같은 회전 요소(들)의 회전 방향이 반전되어 메인 냉각 유체(140)의 방향을 전환할 수도 있다.
냉각 유체 변위 장치(310)와 유사하게, 일부 예에서, 하나 이상의 열교환기 유체 변위 장치(310')가 펌프 또는 팬일 수도 있다. 유체 변위 장치(310')의, 예를 들어, 내부의 임펠러(들)와 같은 회전 요소(들)의 회전 방향이 반전되어 2차 냉각 유체(145)의 방향을 전환할 수도 있다.
다른 예에서는, 반전 단계(120)가, 냉각 유체(140)의 유동 방향이 반전되도록, 냉각 유체(140)를 공기 간극(215)을 향해 안내하기 위한 하나 이상의 입구 냉각 도관(320)을 냉각 유체(140)를 공기 간극(215)으로부터 멀리로 안내하기 위한 하나 이상의 출구 냉각 도관(330)과 유체 유동적으로 연결하는 단계를 포함할 수도 있다.
즉, 냉각 유체(140)가 제 1 방향(150)으로 공급될 때, 입구 냉각 도관(320) 및 출구 냉각 도관(330)이 직접적으로(즉, 전기 기계(200) 또는 열교환기(315)가 존재하는 경우 이것을 통하지 않고)) 및 유체 유동적으로 연결되지 않을 수도 있다. 입구 도관(320)이 단순히 냉각 유체(140)를 공기 간극(215)을 향해 안내하며, 출구 도관(330)이 단순히 가열된 냉각 유체(140)를 공기 간극(215)으로부터 멀리로 안내한다. 냉각 유체(140)의 유동 방향을 반전시키는 단계(120)를 위해, 입구 도관(320) 및 출구 도관(330)을 유체 유동적으로 연결하도록 구성된 추가 도관(340)을 통한 냉각 유체(140)의 통과가 가능해질 수도 있다.
도 6a 및 도 6b는 직접 구동식 풍력 터빈(10)용 발전기와 같은 전기 기계(200) 및 전기 기계(200)에 유체 유동적으로 연결된 냉각 시스템(300)의 측면도를 개략적으로 보여준다. 냉각 시스템(300)이, 예를 들어, 나셀(16)에 제공될 수도 있다. 냉각 시스템(300)은 하나 이상의 입구 도관(320) 및 하나 이상의 출구 도관(330)을 포함한다. 냉각 유체(140), 예를 들어, 공기가 하나 이상의 입구 도관(320)을 통해 공기 간극(215)을 향해 유동할 수도 있으며, 온도가 상승할 수도 있으며, 그런 다음 하나 이상의 출구 도관(330)에 의해 수집되어 이를 통해 유동할 수도 있다. 도 5a 내지 도 6b에서 알 수도 있는 바와 같이, 냉각 유체(140)가 특정 원주 방향 위치에서 발전기(200)에 도입되어 다른 원주 방향 위치에서 수집될 수도 있다.
추가 도관(340)이 선택적으로, 하나 이상의 입구 도관(320)을 하나 이상의 출구 도관(330)과 유체 유동적으로 연결할 수도 있다. 이 때문에, 냉각 유체(140)의 유동 방향이 반전될 수도 있다. 냉각 유체(140)가 제 1 방향(150)으로 공기 간극(215)으로 공급되는 동안, 도 6a에 도시된 바와 같이, 추가 도관(340)이 폐쇄될 수도 있다.
추가 냉각 도관(340)이 냉각 유체(140)의 유동 방향을 재지정하기 위해 개방될 수도 있다. 예를 들어, 반전 단계(120)가 추가 냉각 도관(340)을 통해 냉각 유체(140)의 유동 방향을 재지정하며 그 유동 방향을 반전시키기 위해 복수의 밸브(350)를 작동시키는 단계를 포함할 수도 있다. 도 6b에 예시된 바와 같이, 밸브(350)가 냉각 유체(140)의 경로를 변경하기 위해 작동되었다. 일부 밸브(350)는 입구 도관(320) 및 출구 도관(330)의 일부를 폐쇄하기 위해 작동되었으며, 일부 밸브(350)는 추가 도관(340)을 통한 통과를 가능하게 하기 위해 작동되었다. 일부 예에서, 밸브(350)가, 예를 들어, 전기 모터에 의해 전기적으로 작동될 수도 있다.
이러한 방식으로, 냉각 유체(140)가 제 1 방향으로 순환될 때에는 냉각 유체가 제 1 원주 방향 위치에서 발전기(200)로 도입되어 제 2 원주 방향 위치에서 수집될 수도 있으며(도 6a), 냉각 유체의 유동 방향이 반전될 때에는 냉각 유체가 제 2 원주 방향 위치에서 발전기로 도입되어 제 1 원주 방향 위치에서 수집될 수도 있다(도 6b). 제 1 및 제 2 원주 방향 위치가 이들 도면에서와 같이 상이할 수도 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하여 예시되었던 바와 같이, 또한 공기 간극으로 및 공기 간극으로부터의 냉각 유체의 궤적이 이들 상이한 원주 방향 위치와 상이할 수도 있다. 특히, 냉각 유체가 축방향으로 공기 간극을 횡단하는 방법이 냉각 유체가 도 6a에 따라 공급되는지 또는 도 6b에 따라 공급되는지에 따라 달라질 수도 있다.
도 6a 및 도 6b의 냉각 도관(320, 330)은, 예를 들어, 도 5a에 대하여 설명된 바와 같이 나셀(16)을 둘러싸고 있는 주변 공기로, 또는 도 5b에 대하여 설명된 바와 같이 열교환기(315)로 유체 유동적으로 연결될 수도 있다.
도 5a 내지 도 6b에 하나의 입구 도관(320) 및 하나의 출구 도관(330)만이 도시되어 있지만, 하나보다 많은 입구 도관(320) 및 하나보다 많은 출구 도관(330)이 제공될 수도 있다는 것에 유의하여야 한다. 예를 들어, 냉각 유체를 발전기(200)의 상이한 원주 방향 부분들로 운반하도록 구성된 4 개의 입구 도관(320) 및 발전기(200)의 상이한 원주 방향 부분들로부터 멀리로 냉각 유체를 운반하도록 구성된 4 개의 출구 도관(330)이 제공될 수도 있다.
냉각 유체(140)의 방향을 반전시키는 단계(120)가 발전기(200)의 수명 동안 적어도 한 번 수행될 수도 있다. 일부 예에서, 반전 단계(120)가 발전기(200)의 예상 사용 수명 동안 한 번만 수행될 수도 있다. 냉각 유체는 전기 기계의 수명 동안 한 번만 반전되더라도, 성능 및/또는 기술적 내구성이 향상될 수도 있다. 이러한 단일 전환이, 예를 들어, 계획된(주요) 유지 관리 경우에 이루어질 수도 있다. 일부 다른 예에서는, 반전 단계(120)가 발전기(200)의 예상 사용 수명 동안 2번 이상 수행될 수도 있다.
일부 예에서, 일부 능동 요소(212, 222)의 온도가 모니터링될 수도 있다. 예를 들어, 코일과 같은 능동 고정자 요소 및/또는 코일의 절연재의 온도가 추적될 수도 있다. 온도 임계값이 설정될 수도 있으며, 발전기(200)의 하나 이상의 능동 요소(212, 222)의 온도가 온도 임계값에 도달할 때 반전 단계(120)가 수행될 수도 있다. 임계값에 도달할 때 냉각 유체의 방향을 반전시키면 능동 요소 및 공기 간극(215)을 따라 온도 분포를 더 잘 제어하는 데 도움이 될 수도 있다. 일반적으로, 하나 이상의 능동 고정자 요소 및/또는 하나 이상의 능동 회전자 요소의 온도가 모니터링될 수도 있다. 예를 들어, 복수의 고정자 요소의 온도가 추적될 수도 있다.
일부 예에서, 제어부 및 하나 이상의 온도 센서가 제공될 수도 있다. 제어부가 하나 이상의 온도 센서, 예를 들어, 2 개 이상의 온도 센서에 연결될 수도 있다. 제어부가 또한, 하나 이상의 추진기(310, 310'), 예를 들어, 복수의 팬에, 및/또는 하나 이상의 밸브(350), 예를 들어, 복수의 밸브에 연결될 수도 있다. 능동 요소(또는 그 절연재)의 온도가 미리 정의된 임계값에 도달하면, 제어부가 하나 이상의 추진기(310, 310')에 그 회전 방향을 전환하도록 지시하거나, 하나 이상의 밸브(350)에 개폐되도록(예를 들어, 폐쇄되어 있으면 개방되도록 그리고 개방되어 있으면 폐쇄되도록) 지시할 수도 있다.
일부 예에서, 소정의 임계값은 가능한 안전 여유를 고려하여 사용 동안 능동 요소(212, 222)에 의해 달성 가능한 최대 온도일 수도 있다. 사용 중인 동안, 능동 요소(212, 222) 또는 그 절연재의 온도가 최대 온도에 도달할 때까지 상승할 수도 있다. 능동 요소가 일정 기간 이상 동안 이러한 온도에 유지된다면, 능동 요소가 고장이 날 수도 있다. 이 때문에, 이러한 온도가 달성될 때 냉각 유체의 방향을 반전시키는 단계(120)를 수행하면 능동 요소를 냉각할 수도 있으며, 능동 요소의 열 응력을 감소시킬 수도 있다.
일부 다른 예에서는, 소정의 임계값이 사용 동안 달성 가능한 최대 온도보다 낮은 온도일 수도 있다. 두 가지 상황의 예가 도 7a에 개략적으로 예시되어 있다. 이 도면은 능동 요소, 예를 들어, 코일 또는 코일의 절연재의 온도(TAE)를 시간(t)의 함수로서 개략적으로 나타낸다. 실선(381)은 냉각 유체의 방향을 반전시키는 단계(120)가 수행되지 않은 경우를 나타낸다. 이 때문에, 능동 요소의 온도가 안정기에 도달할 때까지 상승되기만 한다. 파선(382)은 임계값이 달성 가능한 최대 온도(360)에 대응하며 이 임계값에 도달할 때 반전 단계(120)가 수행되는 경우의 능동 요소 또는 그 절연재의 온도 진전을 나타낸다. 마지막으로, 점선(383)은 임계값(360)보다 낮은 온도 임계값(365)이 설정되었던 때의 능동 요소 또는 그 절연재의 온도를 나타낸다. 임계값(360, 365)이 상한 온도 임계값으로 지칭될 수도 있다.
더 낮은 온도의 소정의 임계값(370)이 또한 설정될 수도 있어, 상한 온도 임계값(360, 365)에 도달할 때 그리고 또한 더 낮은 온도 임계값(370)에 도달할 때 반전 단계(120)가 수행된다. 이에 따라, 능동 요소의 온도가 상한 및 하한 온도 임계값에 의해 경계가 정해지는 특정 온도 범위 내에 유지될 수도 있다.
일부 예에서, 온도 임계값(360)에 도달할 때 냉각 유체(140)의 유동 방향을 반전시키는 단계(120) 대신에, 반전 단계(120)가 임계값(360)에 도달한 후 특정 기간(380)이 경과한 후에 수행될 수도 있다. 이 선택 방안이 도 7b에 개략적으로 예시되어 있다.
일부 예에서, 온도 임계값이 일군의 능동 요소에 대해 설정될 수도 있다. 예를 들어, 온도 임계값이 하나의 능동 요소에 의해 달성되었을 때 냉각 유체(140)의 유동을 반전시키는 단계(120) 대신에, 하나보다 많은 능동 요소가 임계값에 도달했을 때 유동이 반전될 수도 있다. 또는, 일군의 능동 요소에 대해 평균 온도 임계값이 설정될 수도 있으며, 예를 들어, 2 개 이상의 능동 요소의 온도가 모니터링될 수도 있으며, 이들 2 개 이상의 능동 요소의 평균 온도가 임계값에 도달하면 조치가 취해진다.
본 개시의 추가의 양태에서, 전기 기계 조립체(400)가 제공된다. 전기 기계 조립체는 전기 기계(200) 및 전기 기계(200)에 유체 유동적으로 연결된 냉각 시스템(300)을 포함한다. 전기 기계(200)는 복수의 능동 회전자 요소(212)를 포함하는 회전자(210), 복수의 능동 고정자 요소(222)를 포함하는 고정자(220), 및 능동 회전자 요소(212)와 능동 고정자 요소(222)를 분리하는 공기 간극(215)을 포함한다. 냉각 시스템(300)은 냉각 유체(140)를 공기 간극(215)을 향해 안내하기 위한 하나 이상의 입구 냉각 도관(320), 및 공기 간극(215)에서 가열된 냉각 유체(140)를 수집하여 전기 기계(200)로부터 멀리로 안내하기 위한 하나 이상의 출구 냉각 도관(330)을 포함한다. 냉각 시스템(300)은 냉각 유체(140)의 유동 방향을 반전시키도록 구성된다. 이 때문에, 냉각 유체가 서로 다른 2 개의 방향, 예를 들어, 서로 반대되는 2 개의 방향으로 공기 간극(215)으로 공급될 수도 있다.
도 3 내지 도 7b에 관한 설명 및 서술 내용이 냉각 시스템(300) 및 전기 기계(200)에 적용될 수도 있다.
냉각 시스템(300)은 냉각 유체의 유동 방향을 반전시키기 위해 서로 반대되는 2 개의 방향으로 회전되도록 구성된 하나 이상의 냉각 유체 변위 장치(310, 310')를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 유체 변위 장치가 하나 이상의 입구 도관(320) 및/또는 하나 이상의 출구 도관(330)과 함께 배열될 수도 있다. 추진기가, 일부 예에서, 팬일 수도 있다. 냉각 유체(140)가 공기일 수도 있다.
냉각 시스템(300)은 냉각 유체(140)의 유동 방향이 반전되도록 하나 이상의 입구 도관(320) 및 하나 이상의 출구 도관(330)을 선택적인 방식으로 유체 유동적으로 연결하도록 구성된 하나 이상의 추가 도관(340)을 포함할 수도 있다.
냉각 시스템(300)은, 도 6a 및 도 6b에 대하여 설명된 바와 같이, 하나 이상의 추가 도관(340)을 통해 냉각 유체(140)의 유동 방향을 재지정하기 위해 작동되도록 구성된 하나 이상의 밸브(350)를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 밸브(350)는 추가 도관을 통한 냉각 유체의 유동을 허용하거나 방해함으로써 하나 이상의 추가 도관(340)을 통한 냉각 유체의 통과를 조절할 수도 있다. 밸브(350)가 필요에 따라 개폐될 수도 있다.
전기 기계 조립체(400), 예를 들어, 전기 기계(200)는, 도 7a 및 도 7b와 관련하여 설명된 바와 같이, 하나 이상의 능동 요소(212, 222) 또는 이들의 절연재의 온도를 측정하도록 구성된 하나 이상의 온도 센서를 추가로 포함할 수도 있다. 조립체(400), 예를 들어. 냉각 시스템(300)은 하나 이상의 온도 센서의 온도 측정값에 기초하여 냉각 유체의 유동 방향을 변경할 것을 지시하도록 구성된 제어부를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제어부가 하나 이상의 추진기(310)에 회전 방향을 변경하도록 지시할 수도 있으며, 또는 하나 이상의 밸브 액츄에이터, 예를 들어, 전기 모터에 하나 이상의 온도 센서의 하나 이상의 측정값에 기초하여 밸브(350)를 작동시키도록 지시할 수도 있다.
전기 기계(200)가 풍력 터빈용의, 그리고 보다 구체적으로는, 직접 구동식 풍력 터빈용의 발전기일 수도 있다. 전기 기계 조립체(400)가, 예를 들어, 풍력 터빈용의, 그리고 보다 구체적으로는 직접 구동식 풍력 터빈용의 발전기 조립체일 수도 있다.
풍력 터빈(10), 특히, 발전기 조립체(400)를 포함하는 직접 구동식 풍력 터빈이 제공될 수도 있다.
본 개시의 추가의 양태에서, 발전기 조립체가 제공된다. 발전기 조립체(400)는 발전기(200) 및 발전기(200)에 유체 유동적으로 연결된 냉각 시스템(300)을 포함한다. 발전기(200)는 복수의 능동 회전자 요소(212)를 포함하는 회전자(210), 복수의 능동 고정자 요소(222)를 포함하는 고정자(220), 및 능동 회전자 요소(212)와 능동 고정자 요소(222)를 분리하는 공기 간극(215)을 포함한다. 냉각 시스템(300)은 냉각 유체(140)를 공기 간극(215)을 향해 안내하며 냉각 유체(140)가 공기 간극(215)을 통과한 후에는 냉각 유체(140)를 발전기(200)로부터 멀리로 안내하도록 구성된 복수의 도관(320, 330, 340)을 포함한다. 냉각 시스템(300)은 냉각 유체(140)가 공기 간극(215)을 통해 서로 다른 2 개의 방향으로 흐르도록 제 1 방향으로 그리고 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 냉각 유체(140)를 선택적으로 안내하도록 구성된다.
냉각 시스템(300)은 냉각 유체(140)를 제 1 방향 및 제 2 방향으로 안내하도록 구성된 하나 이상의 양방향성 팬(310, 310')을 포함할 수도 있다.
냉각 시스템(300)은 냉각 유체(140)를 공기 간극(215)을 향해 그리고 공기 간극(215)으로부터 멀리로 안내하도록 구성된 복수의 도관(320, 330)에 유체 유동적으로 연결된 열교환기(315)를 추가로 포함할 수도 있다. 모든 팬을 포함한 하나 이상의 양방향성 팬(310, 310')이 열교환기(315)에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 냉각 유체를 발전기를 향해 그리고 발전기로부터 멀리로 추진하기 위한 하나 이상의 양방향성 팬이 열교환기(315)에 포함될 수도 있다.
냉각 시스템(300)은 냉각 유체(140)가 제 1 방향 및 제 2 방향으로 유동할 수도 있도록 복수의 도관(320, 330, 340)을 통한 냉각 유체(140)의 유동을 조절하도록 구성된 복수의 밸브(350)를 포함할 수도 있다.
풍력 터빈(10) 그리고, 특히, 발전기 조립체(400)를 포함하는 직접 구동식 풍력 터빈이 제공될 수도 있다.
도 3 내지 도 7b에 관한 설명 및 서술 내용이 냉각 시스템(300) 및 발전기(200)에 적용될 수도 있다.
이와 같이 기재된 설명은 예를 사용하여 바람직한 실시예를 포함한 본 발명을 개시하며, 또한 임의의 장치 또는 시스템의 제조 및 사용과 임의의 통합 방법의 수행을 포함하여 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 한다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구범위에 의해 정의되며, 당업자에게 발생하는 다른 예를 포함할 수도 있다. 이러한 다른 예는, 청구범위의 문자 그대로의 언어와 다르지 않은 구조적 요소를 가지고 있거나 청구범위의 문자 그대로의 언어와 대단찮은 차이가 있는 등가의 구조적 요소를 포함하는 경우, 청구범위의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 설명된 다양한 실시예로부터의 양태뿐만 아니라 이러한 각각의 양태에 대한 다른 공지된 등가물이 당업자에 의해 혼합 및 매칭되어 본 출원의 원리에 따라 추가의 실시예 및 기술을 구성할 수 있다. 도면과 관련된 도면 부호가 청구범위에서 괄호 안에 있는 경우, 이것은 단지 청구범위의 명료성을 높이기 위한 것이며 청구범위의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (15)

  1. 복수의 능동 회전자 요소(212)를 포함하는 회전자(210), 복수의 능동 고정자 요소(222)를 포함하는 고정자(220), 및 상기 능동 회전자 요소(212)와 상기 능동 고정자 요소(222)를 분리시키는 공기 간극(215)을 포함하는 전기 기계(200)를 냉각하기 위한 방법(100)으로서,
    상기 회전자(210)의 상기 복수의 능동 회전자 요소(212) 및/또는 상기 복수의 능동 고정자 요소(222)를 냉각하기 위해 상기 전기 기계(200)의 하나 이상의 1차 유입구(236)를 통해 상기 공기 간극(215)으로 냉각 유체(140)를 공급하는 단계(110);
    상기 냉각 유체(140)가 상기 1차 유입구(236) 중 하나 이상을 통해 상기 전기 기계(200)로부터 추출되도록 상기 냉각 유체(140)의 유동 방향을 반전시키는 단계(120)
    를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 유체(140)가 제 1 기간 동안 제 1 방향(150)으로 공급되며, 상기 냉각 유체(140)가 제 2 기간 동안 제 2 방향(155)으로 공급되며, 상기 제 2 방향(155)은 상기 제 1 방향(151)과 반대인 것인, 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 방향(150) 및 상기 제 2 방향(155)이 실질적으로 축방향(241)인 것인, 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반전시키는 단계(120)는, 하나 이상의 유체 변위 장치(310, 310')의 회전 방향을 반전시켜, 상기 냉각 유체(140)가 상기 공기 간극(215)을 향해 유동하게 하여 상기 공기 간극(215)을 냉각시키도록 하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반전시키는 단계(120)는, 상기 냉각 유체(140)를 상기 공기 간극(215)을 향해 안내하기 위한 하나 이상의 입구 냉각 도관(320)을, 상기 냉각 유체(140)를 상기 공기 간극(215)으로부터 멀리로 안내하기 위한 하나 이상의 출구 냉각 도관(330)과 선택적으로 유체 유동적으로 연결하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유체 유동적으로 연결하는 단계는, 상기 하나 이상의 입구 냉각 도관(320)을 상기 하나 이상의 출구 냉각 도관(330)과 연결하는 추가 냉각 도관(340)을 통해 상기 냉각 유체(140)의 방향을 재지정(redirecting)하기 위한 복수의 밸브(350)를 작동시키는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반전시키는 단계(120)는, 상기 전기 기계(200)의 예상 수명 동안 한 번만 수행되는 것인, 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반전시키는 단계(120)는, 하나 이상의 능동 요소의 사전에 정해진 온도 임계값(360, 365, 370)이 달성될 때에 또는 그 후에 수행되는 것인, 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 유체(140)는 공기인 것인, 방법.
  10. 전기 기계(200) 및 이 전기 기계(200)에 유체 유동적으로 연결된 냉각 시스템(300)을 포함하는 전기 기계 조립체(400)로서,
    상기 전기 기계(200)는, 복수의 능동 회전자 요소(212)를 포함하는 회전자(210), 복수의 능동 고정자 요소(222)를 포함하는 고정자(220), 및 상기 능동 회전자 요소(212)와 상기 능동 고정자 요소(222)를 분리시키는 공기 간극(215)을 포함하며,
    상기 냉각 시스템(300)은, 냉각 유체(140)를 상기 공기 간극(215)을 향해 안내하도록 구성된 하나 이상의 입구 냉각 도관(320), 및 상기 공기 간극(215)에서 가열된 상기 냉각 유체(140)를 수집하여 상기 전기 기계(200)로부터 멀리로 안내하도록 구성된 하나 이상의 출구 냉각 도관(330)을 포함하며,
    상기 냉각 시스템(300)은 상기 냉각 유체(140)의 유동 방향을 반전시키도록 구성되는 것인, 전기 기계 조립체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 냉각 시스템(300)은, 상기 냉각 유체(140)의 유동 방향을 반전시키기 위해 서로 반대되는 2 개의 방향으로 회전될 수 있도록 구성된 하나 이상의 냉각 유체 변위 장치(310, 310')를 추가로 포함하는 것인, 전기 기계 조립체.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 냉각 유체 변위 장치(310, 310')는 하나 이상의 팬인 것인, 전기 기계 조립체.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 냉각 시스템(300)은, 하나 이상의 입구 냉각 도관(320)과 하나 이상의 출구 냉각 도관(330)을 선택적으로 유체 유동적으로 연결하도록 구성된 하나 이상의 추가 도관(340)을 추가로 포함하는 것인, 전기 기계 조립체.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 냉각 시스템(300)은 상기 하나 이상의 추가 도관(340)을 통한 상기 냉각 유체(140)의 유동을 허용하거나 방해하게 작동되도록 구성된 하나 이상의 밸브(350)를 추가로 포함하는 것인, 전기 기계 조립체.
  15. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 상기 능동 회전자 요소(212) 및/또는 능동 고정자 요소(222)의 온도(381, 382, 383)를 측정하도록 구성된 하나 이상의 온도 센서;
    상기 하나 이상의 온도 센서의 온도 측정값에 기초하여 상기 냉각 유체(140)의 유동 방향을 변경할 것을 지시하도록 구성된 제어부
    를 추가로 포함하는, 전기 기계 조립체.
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