WO2021172618A1 - 풍력발전기용 afpm 발전기 - Google Patents

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WO2021172618A1
WO2021172618A1 PCT/KR2020/002767 KR2020002767W WO2021172618A1 WO 2021172618 A1 WO2021172618 A1 WO 2021172618A1 KR 2020002767 W KR2020002767 W KR 2020002767W WO 2021172618 A1 WO2021172618 A1 WO 2021172618A1
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generator
wind power
blade
afpm
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PCT/KR2020/002767
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한승호
박형준
강효림
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동아대학교 산학협력단
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Publication date
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    • H02K9/02Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
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    • H02K9/06Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft
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    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to an AFPM generator for a wind power generator, and relates to an AFPM generator for a wind power generator in which a blade is formed on a rotor to improve cooling efficiency through forced convection inside the wind power generator.
  • wind power generator that converts wind energy into electrical energy by using the power of wind that can be obtained infinitely in nature is in progress. Since the wind power generator is a relatively large three-dimensional object and the installation location is limited, it is desired to increase the amount of power generated per unit to procure a desired amount of power with a small number.
  • An object of the present invention is to provide an AFPM generator for a wind power generator that improves cooling efficiency by accelerating air flow between the stator and the rotor by forming blades on the rotor.
  • the AFPM generator for a wind power generator includes: a rotor (2) formed as a disk in the housing (1) and having permanent magnets (23) disposed along the circumferential direction on both sides thereof; a first stator 31 provided on one side opposite to the rotor 2; a second stator 32 provided on the other side opposite to the rotor; and a shaft 4 rotatably mounted to the rotor 2 through the center of the rotor, and a plurality of blades 24 may be formed in the rotor 2 along the edges.
  • the blade 24 has a first blade 241 extending from the rotor 2 in a direction parallel to the shaft, and the first blade 241 with respect to the rotor 2 in point symmetry.
  • the formed second blade 242 may be included.
  • first blade 241 and the second blade 242 have a base 243 connected to the rotor 2 , and a wing surface 244 connected to the base 243 and extending in the longitudinal direction of the blade. ) may be included.
  • the wing surface 244 may be twisted at a predetermined angle to form a screw shape in one direction.
  • the cooling efficiency can be improved by accelerating the air flow between the rotor and the blades by the blades formed on the rotor,
  • the reliability and durability of the wind power generator can be improved by improving the cooling efficiency.
  • FIG. 1 is a perspective view of an AFPM generator for a wind power generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of an AFPM generator for a wind power generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of an AFPM generator for a wind power generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of a blade of an AFPM generator for a wind power generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of a multi-stage AFPM generator for a wind power generator according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of a multi-stage AFPM generator for a wind power generator according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 and 8 are cross-sectional views of a multi-stage AFPM generator for a wind power generator according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view of a blade of a multi-stage AFPM generator for a wind power generator according to another embodiment of the present invention.
  • the AFPM generator for a wind power generator (hereinafter, referred to as 'AFPM generator') with reference to FIGS. 1 and 2 , it is formed as a disk in the housing 1 , and permanent magnets 23 are disposed on both sides along the circumferential direction.
  • rotor (2); a first stator 31 provided on one side opposite to the rotor 2; a second stator 32 provided on the other side opposite to the rotor; and a shaft 4 rotatably mounted to the rotor 2 through the center of the rotor, and a plurality of blades 24 may be formed on the rotor 2 along the edges.
  • the first stator 31 may have a coil formed on the side opposite to the rotor 2 as shown in FIG. 3 , and similarly, the second stator 32 also has a coil on the side opposite to the rotor 2 . can be formed.
  • the blade 24 includes a first blade 241 extending from the rotor 2 in a direction parallel to the shaft 4 , and the first blade 241 about the rotor 2 .
  • a second blade 242 formed symmetrically with the blade 241 may be included.
  • the second blade 242 may be formed point-symmetrically with the first blade 241 around the rotor 2 , and the first blade 241 and the second blade 242 may include a base portion 243 connected to the rotor 2 , and a wing surface 244 connected to the base portion 243 and extending in the longitudinal direction of the blade.
  • the wing surface 244 may be twisted at a predetermined angle to form a screw shape in one direction.
  • the AFPM generator in which the blade 24 is formed on the rotor 2 uses the rotor 2 and the first stator 31, the air supplied by the blower provided in the wind power generator, as shown in FIG.
  • the forced convection of air between the rotor 2 and the second stator 32 is caused in the radial direction to improve the cooling efficiency of the air-cooled cooling system.
  • a multi-stage AFPM generator for a wind power generator hereinafter referred to as a 'multi-stage AFPM generator'
  • the multi-stage AFPM generator may be formed by stacking a plurality of AFPM generators in the axial direction of the shaft 4 as shown in FIG. 5 .
  • the first rotor 21 and the second rotor 22
  • a first stator 31 provided on one side opposite to the first rotor 21
  • a second stator 32 provided on one side opposite to the second rotor 22
  • a third stator 33 provided between the first rotor 21 and the second rotor 22
  • a shaft 4 rotatably mounted with the first rotor 21 and the second rotor 22 through the centers of the first rotor 21 and the second rotor 22.
  • a plurality of blades 24 may be formed along edges of the first rotor 21 and the second rotor 22 .
  • the first stator 31 may have a coil formed on the side opposite to the first rotor 21 as shown in FIG. 7
  • the second stator 32 may be formed on the side opposite to the second rotor 22 .
  • a coil may be formed, and a coil may be formed on both sides of the third stator 33 opposite to the first rotor 21 and the second rotor 22 .
  • the blade 24 includes a first blade 241 extending from the first rotor 21 and the second rotor 22 in a direction parallel to the shaft 4, and the second It may include a second blade 242 formed symmetrically with the first blade 241 with respect to the first rotor 21 or the second rotor 22 .
  • the second blade 242 may be formed in point symmetry with the first blade 241 with respect to the first rotor 21 or the second rotor 22 .
  • the first blade 241 and the second blade 242 have a base part 243 connected to the first rotor 21 or the second rotor 22, and a base part 243 connected to the base part 243 in the longitudinal direction of the blade. It may include a wing surface 244 extending to.
  • the wing surface 244 may be twisted at a predetermined angle to form a screw shape in one direction.
  • the multi-stage AFPM generator causes forced convection in the radial direction of the air supplied from the blower by the blades 24 as shown in FIG. 8 to cause the first rotor 21, the second rotor 22, and the first stator. (31), the second stator 32 and the third stator 33 can be efficiently cooled.

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Abstract

본 발명은 풍력발전기용 AFPM 발전기에 관한 것으로, 풍력발전기 내부의 강제대류를 통해 냉각효율을 향상시킬 수 있도록 로터에 블레이드가 형성되는 풍력발전기용 AFPM 발전기에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력발전기용 AFPM 발전기는 하우징(1) 내에 원판으로 형성되되 양측면에 원주방향을 따라 영구자석(23)이 배치된 로터(2); 상기 로터(2)와 대향되는 일측에 구비되는 제1스테이터(31); 상기 로터와 대향되는 타측에 구비되는 제2스테이터(32); 및 상기 로터의 중심을 관통하여 로터(2)와 회전가능하게 장착된 샤프트(4);를 포함하고, 상기 로터(2)에는 가장자리를 따라 복수개의 블레이드(24)가 형성될 수 있다.

Description

풍력발전기용 AFPM 발전기
본 발명은 풍력발전기용 AFPM 발전기에 관한 것으로, 풍력발전기 내부의 강제대류를 통해 냉각효율을 향상시킬 수 있도록 로터에 블레이드가 형성되는 풍력발전기용 AFPM 발전기에 관한 것이다.
자연계에서 무한하게 얻을 수 있는 바람의 힘을 이용하여, 풍력 에너지를 전기에너지로 변환하는 소위 풍력발전기의 개발이 진행되고 있다. 풍력발전기는 비교적 큰 입체물이며 설치 장소가 제한되므로, 소수로 원하는 발전량을 조달하도록 1대당 발전량의 증대가 요망되고 있다.
상기 풍력발전기에서는 전력을 생산할 때 회전자(rotor)의 회전으로 인한 각종 기계적 마찰이나 전력 발생에 열손실이 발생하며, 이는 풍력발전기 자체를 가열하게 된다. 이와 같이 가열된 풍력발전기는 냉각시키지 않으면 발전기 내부에서 고정자(stator)나 회전자 권선의 절연체가 허용하는 온도 이상으로 상승하게 되어 권선의 절연이 파괴되거나 자석이 탈자(자석의 성질을 잃어버리는 현상)되어 더 이상 발전기를 운전할 수 없게 되는 문제가 발생한다.
따라서, 풍력발전기의 회전자 및 고정자를 포함한 주요 부품들의 온도가 사용허용온도 이상이 되지 않도록 발전기를 냉각할 필요가 있는데 회전자와 고정자로 이루어지는 발전기 내부의 공간이 상당히 협소하여 냉각하는데 제한이 따를 수 있다.
종래에는 너셀의 내부와 커버의 내부 사이에서 공기를 자연히 대류시키도록 하여 커버 내의 공간을 냉각하도록 하고 있다.
또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0031334호에 개시되는 바와 같이, 커버 내부에 너셀과의 공기의 유통을 효율적으로 행할 수 있는 기류를 형성하여, 커버 내부의 냉각을 효율적으로 행할 수 있는 풍력 발전 장치가 제안되어 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 로터에 블레이드를 형성하여 스테이터와 로터 사이의 공기 유동을 가속화하여 냉각 효율을 향상시키는 풍력발전기용 AFPM 발전기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력발전기용 AFPM 발전기는 하우징(1) 내에 원판으로 형성되되 양측면에 원주방향을 따라 영구자석(23)이 배치된 로터(2); 상기 로터(2)와 대향되는 일측에 구비되는 제1스테이터(31); 상기 로터와 대향되는 타측에 구비되는 제2스테이터(32); 및 상기 로터의 중심을 관통하여 로터(2)와 회전가능하게 장착된 샤프트(4);를 포함하고, 상기 로터(2)에는 가장자리를 따라 복수개의 블레이드(24)가 형성될 수 있다.
이때, 상기 블레이드(24)는 상기 샤프트와 나란한 방향으로 상기 로터(2)로부터 연장되어 형성되는 제1블레이드(241)와, 상기 로터(2)를 중심으로 상기 제1블레이드(241)와 점대칭으로 형성되는 제2블레이드(242)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1블레이드(241) 및 제2블레이드(242)는 상기 로터(2)와 연결되는 기저부(243)와, 상기 기저부(243)와 연결되며 블레이드의 장방향으로 연장되는 날개면(244)을 포함할 수 있다.
그리고 상기 날개면(244)은 한 방향으로 스크류형태가 되도록 소정의 각도로 꼬아서 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 로터에 형성된 블레이드에 의해 로터와 블레이드 사이의 공기 유동을 가속화하여 냉각 효율을 향상시킬 수 있고,
냉각 효율 향상으로 인해 풍력발전기의 신뢰성과 내구성을 향상시킬 수 있다.
그리고 본 발명으로부터 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 AFPM 발전기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 AFPM 발전기의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 AFPM 발전기의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 AFPM 발전기의 블레이드 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력발전기용 다단 AFPM 발전기의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력발전기용 다단 AFPM 발전기의 분해사시도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력발전기용 다단 AFPM 발전기의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력발전기용 다단 AFPM 발전기의 블레이드 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
그리고 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하여 풍력발전기용 AFPM 발전기(이하, 'AFPM 발전기'라고 함)의 구성을 살펴보면, 하우징(1) 내에 원판으로 형성되되 양측면에 원주방향을 따라 영구자석(23)이 배치된 로터(2); 상기 로터(2)와 대향되는 일측에 구비되는 제1스테이터(31); 상기 로터와 대향되는 타측에 구비되는 제2스테이터(32); 및 상기 로터의 중심을 관통하여 로터(2)와 회전가능하게 장착된 샤프트(4);를 포함할 수 있고, 상기 로터(2)에는 가장자리를 따라 복수개의 블레이드(24)가 형성될 수 있다.
상기 제1스테이터(31)는 도 3에서 보는 바와 같이 로터(2)와 대향되는 측면에 코일이 형성될 수 있고, 마찬가지로 상기 제2스테이터(32)도 로터(2)와 대향되는 측면에 코일이 형성될 수 있다.
상기 블레이드(24)는 도 3에서 보는 바와 같이 상기 샤프트(4)와 나란한 방향으로 상기 로터(2)로부터 연장되어 형성되는 제1블레이드(241)와, 상기 로터(2)를 중심으로 상기 제1블레이드(241)와 대칭으로 형성되는 제2블레이드(242)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제2블레이드(242)는 도 4에서 보는 바와 같이 상기 로터(2)를 중심으로 상기 제1블레이드(241)와 점대칭으로 형성될 수 있고, 상기 제1블레이드(241) 및 제2블레이드(242)는 상기 로터(2)와 연결되는 기저부(243)와, 상기 기저부(243)와 연결되며 블레이드의 장방향으로 연장되는 날개면(244)을 포함할 수 있다.
아울러, 상기 날개면(244)은 한 방향으로 스크류형태가 되도록 소정의 각도로 꼬아서 형성될 수 있다.
이와 같이, 상기 로터(2)에 블레이드(24)가 형성된 AFPM 발전기는 풍력발전기 내에 구비된 송풍기에 의해 공급되는 공기를 도 3에서 보는 바와 같이 상기 로터(2)와 제1스테이터(31), 상기 로터(2)와 제2스테이어(32) 사이의 공기를 반경방향으로 강제 대류를 일으켜 공랭식 냉각시스템의 냉각효율을 향상시킨다.
이하, 본 발명의 다른 실시예인 풍력발전기용 다단 AFPM 발전기(이하, '다단 AFPM 발전기'라고 함)에 대해 설명하고자 한다.
상기 다단 AFPM 발전기는 도 5에서 보는 바와 같이 샤프트(4) 축 방향으로 복수개의 AFPM 발전기가 적층되어 형성될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하여 다단 AFPM 발전기의 구성을 살펴보면, 하우징(1) 내에 원판으로 형성되되 양측면에 원주방향을 따라 영구자석(23)이 배치된 제1로터(21)와 제2로터(22); 상기 제1로터(21)와 대향되는 일측에 구비되는 제1스테이터(31); 상기 제2로터(22)와 대향되는 일측에 구비되는 제2스테이터(32); 상기 제1로터(21) 및 제2로터(22) 사이에 구비되는 제3스테이터(33); 및 상기 제1로터(21)와 상기 제2로터(22)의 중심을 관통하여 상기 제1로터(21) 및 제2로터(22)와 회전가능하게 장착된 샤프트(4);를 포함할 수 있고, 상기 제1로터(21) 및 제2로터(22)에는 가장자리를 따라 복수개의 블레이드(24)가 형성될 수 있다.
상기 제1스테이터(31)는 도 7에서 보는 바와 같이 제1로터(21)와 대향되는 측면에 코일이 형성될 수 있고, 제2스테이터(32)는 제2로터(22)와 대향되는 측면에 코일이 형성될 수 있고, 제3스테이터(33)는 상기 제1로터(21) 및 제2로터(22)와 대향되는 양측면에 코일이 형성될 수 있다.
상기 블레이드(24)는 도 8에서 보는 바와 같이 상기 샤프트(4)와 나란한 방향으로 상기 제1로터(21) 및 제2로터(22)로부터 연장되어 형성되는 제1블레이드(241)와, 상기 제1로터(21) 또는 제2로터(22)를 중심으로 상기 제1블레이드(241)와 대칭으로 형성되는 제2블레이드(242)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제2블레이드(242)는 도 9에서 보는 바와 같이 상기 제1로터(21) 또는 제2로터(22)를 중심으로 상기 제1블레이드(241)와 점대칭으로 형성될 수 있다.
상기 제1블레이드(241) 및 제2블레이드(242)는 상기 제1로터(21) 또는 제2로터(22)와 연결되는 기저부(243)와, 상기 기저부(243)와 연결되며 블레이드의 장방향으로 연장되는 날개면(244)을 포함할 수 있다.
아울러, 상기 날개면(244)은 한 방향으로 스크류형태가 되도록 소정의 각도로 꼬아서 형성될 수 있다.
이처럼, 다단 AFPM 발전기는 도 8에서 보는 바와 같이 상기 블레이드(24)에 의해 송풍기로부터 공급되는 공기를 반경방향으로 강제 대류를 일으켜 상기 제1로터(21), 제2로터(22), 제1스테이터(31), 제2스테이터(32) 및 제3스테이터(33)를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
상기에서 본 발명을 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.

Claims (5)

  1. 풍력발전기용 AFPM 발전기에 있어서:
    하우징 내에 원판으로 형성되되 양측면에 원주방향을 따라 영구자석이 배치된 로터;
    상기 로터와 대향되는 일측에 구비되는 제1스테이터;
    상기 로터와 대향되는 타측에 구비되는 제2스테이터; 및
    상기 로터의 중심을 관통하여 로터와 회전가능하게 장착된 샤프트;를 포함하고,
    상기 로터에는 가장자리를 따라 복수개의 블레이드가 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 AFPM 발전기
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 블레이드는,
    상기 샤프트와 나란한 방향으로 상기 로터로부터 연장되어 형성되는 제1블레이드와,
    상기 로터를 중심으로 상기 제1블레이드와 점대칭으로 형성되는 제2블레이드를 포함하는 풍력발전기용 AFPM 발전기
  3. 청구항 2에 있어서.
    상기 제1블레이드 및 제2블레이드는,
    상기 로터와 연결되는 기저부와,
    상기 기저부와 연결되며 블레이드의 장방향으로 연장되는 날개면을 포함하는 풍력발전기용 AFPM 발전기
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 날개면은 한 방향으로 스크류형태가 되도록 소정의 각도로 꼬아서 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 AFPM 발전기
  5. 청구항 1 또는 4에 있어서,
    상기 풍력발전기용 AFPM 발전기가 상기 샤프트 축 방향으로 복수개가 적층되어 형성되는 풍력발전기용 다단 AFPM 발전기
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