KR101775373B1 - 가요성 샤프트 풍력 터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수평축 풍력 터빈에 대한 것으로, 로터 지지 구조의 풍력 터빈으로서, 로터의 구조물 하중이 풍력 터빈의 타워 자체에 의해 지지된다. 풍력 터빈은 풍력 터빈 로터로부터 발전기로 토오크를 전달하기 위하여 복합 샤프트를 사용하고, 구동 샤프트는 높은 비틀림 강성을 가지나 굽힘에 대해서는 유연하다. 이것은 로터 허브로부터 발전기 시스템으로 굽힘 모멘트의 전달을 방지한다. 따라서, 터빈의 구성요소가 터빈 메인 프레임에 견고하게 장착될 수 있어서, 진동 감쇠부재를 필요로 하지 않게 된다. 향상된 효율과 성능을 위해 모델링가능하고 설계가능한 감소된 중량의 풍력 터빈을 제공할 수 있다. 더욱이, 터빈 구성요소는 하중-균형을 잡을 필요가 없게 되고, 터빈은 용이한 정비나 업그레이드를 위해 모듈식 구조로 할 수 있다.

Description

가요성 샤프트 풍력 터빈{Flexible Shaft Wind Turbine}

본 발명은 풍력 터빈에 관한 것으로, 특히 메인 프레임에 의해 직접 지지되는 풍력 터빈 허브를 구비하여, 허브로부터 발전기로의 토오크 전달이 로터의 지지부로부터 분리되도록 되어 있는 풍력 터빈에 관한 것이다.

로터 지지형 풍력 터빈은 공지된 풍력 터빈 디자인의 대체형인데, 허브와 로터의 구조물 하중이 풍력 터빈의 메인 프레임에 구비된 고정 지지 샤프트에 의해 받쳐진다. 허브가 지지 샤프트 주위로 자유로이 회전할 수 있게 되어 있기 때문에, 연속적으로 구조물 하중이 메인 프레임으로 전달되고, 회전하는 로터 블레이드에 의해 제공된 토오크는 발전 시스템으로 전달된다.

미국특허 US4,757,211은 로터 허브가 머신 하우징의 실린더형 섹션에 로터 허브가 장착되고, 로터 허브의 구조물 하중은 머신 하우징에 의해 지지되는 로터 지지형 풍력 터빈을 개시하고 있다. 허브 샤프트는 허브로부터 기어박스로 이어지고 발전기에 결합된다.

그러한 시스템의 한가지 단점은, 허브로부터 허브 샤프트를 통해 전달된 진동이나 굽힘 모멘트를 보상하기 위해, 발전기와 기어박스는 머신 하우징에 결합된 진동 감쇠부재 위에 장착되어야 한다는 것이다. 더욱이, 허브는 유연한 부싱과 진동 감쇠부재를 이용하는 머신 하우징에 장착된다. 진동 감쇠부재는 터빈 구성요소들 사이의 비정렬을 보상하기 위한 구조물에 사용될 수도 있는데, 예컨대 허브 샤프트와 기어박스가 완전하게 정렬되지 않은 경우에 사용될 수 있다.

이러한 감쇠부재는 발전 시스템의 작동수명 동안 마모와 파손될 수 있어서 3-5년 주기로 비싼 보수 비용으로 교체가 필요하고, 그러한 보수 작업 동안 터빈을 가동할 수 없게 된다.

게다가, 터빈 시스템에 감쇠부재가 있음으로 해서 터빈 모델링에 다양한 구성요소가 도입되고, 감쇠요소의 작동의 비예측성으로 인해 다른 터빈의 구성부재에 작용하는 가장 큰 스트레스가 어디에서 일어날지 예측하기 어려운 문제도 있다.

본 발명의 목적은 향상된 신뢰성과 유지보수의 편의성을 가지고, 초기 설계 단계에서 구성하기 용이한 풍력 터빈 디자인을 제공하기 위한 것이다.

상기한 본 발명의 목적은, 풍력 터빈 메인 프레임;

상기 메인 프레임에 일부 또는 전체가 견고하게 장착된 발전기 시스템;

상기 메인 프레임에 구비된 견고한 지지 샤프트에 장착되고, 상기 지지 샤프트 주위로 회전할 수 있게 되어 있고, 상기 지지 샤프트가 상기 메인 프레임으로 구조물 하중을 전달하도록 되어 있는 로터 허브; 및

상기 로터 허브에 견고하게 연결되고 이로부터 연장되는 구동 샤프트;를 구비하되, 이 구동 샤프트는 상기 로터 허브로부터 상기 발전기 시스템으로 토오크를 전달하도록 상기 발전기 시스템에 연결되어 있고, 상기 구동 샤프트는 상기 로터 허브와 상기 발전기 시스템 사이에 전달된 굽힘 모멘트를 제한하도록 기계적인 비등방성 샤프트로 되어 있는, 50m 이상의 직경을 가진 로터를 가지는 수평축 풍력 터빈으로 달성된다.

이러한 구성은 풍력 터빈의 메인 프레임에 구비될 로터의 구조물 하중을 허용할 수 있게 된다. 구동 샤프트가 비등방성이기 때문에 즉, 다른 방향으로 다른 기계적인 특성을 가지기 때문에, 샤프트는 굽힘 모멘트에 대해서는 가요성(flexible) 있고, 비틀림 강성면에서는 큰 값을 가진다. 따라서 구동 샤프트는 로터 허브로부터 발전기로 토오크를 전달할 수 있으나, 로터 허브로부터 발전기로의 굽힘 모멘트의 전달을 억제하도록 변형될 수 있고, 즉, 상기 샤프트는 로터 허브로부터 굽힘 모멘트를 흡수하도록 작동될 수 있다. 그 결과, 발전기 시스템의 부분 또는 전체는 풍력 터빈의 메인 프레임에 견고하게 장착될 수 있고, 발전기 시스템을 보호하기 위한 진동 감쇠부재도 필요없게 된다.

바람직하게는, 상기 구동 샤프트는 상기 발전기 시스템에 견고하게 연결된다.

여기서 "견고하게 장착된다"라는 용어는 구성요소가 진동 감쇠부재의 사용없이 고정된다는 것을 의미하는데, 즉, 고무 장착부나, 감쇠부재, 토오크 아암 등의 사용없이, 구성요소가 풍력 터빈 구조물에 유연하게 장착되지 않는 것을 말한다.

여기서 "견고하게 연결된다"라는 용어는, 예컨대 연결된 부재들 사이에 감쇠부재의 사용없이 또는 상대적인 이동없이, 구성요소가 직접 서로 연결되거나 장착되는 것을 의미한다.

사용된 샤프트는 로터와 발전기 시스템 사이의 진동 전달을 흡수할 수 있도록 유연한데, 구성요소의 견고한 장착이나 연결은, 풍력 터빈 구조에서 진동 감쇠부재에 대한 필요성을 제거하면서 달성될 수 있다.

바람직하게는, 전체 발전기 시스템은 풍력 터빈의 메인 프레임에 견고하게 장착되어 발전기 시스템에서 어떠한 진동 감쇠부재도 필요없게 된다.

바람직하게는, 상기 구동 샤프트는 복합 소재의 샤프트이다.

바람직하게는, 상기 구동 샤프트는, 필라멘트 감김 샤프트, 수지함침 섬유 복합 샤프트(pre-preg(pre-impregnated) composite fiber shaft), 조각 구성 샤프트(slatted construction shaft) 중의 어느 하나로부터 선택된 것이다. 이러한 샤프트에 사용되는 섬유는 여러 형태의 섬유 예컨대, 유리섬유, 탄소섬유, 현무암 섬유, 아라미드 섬유, 유기 섬유 중에서 선택될 수 있다.

바람직하게는, 상기 발전기 시스템은 발전기에 연결된 기어박스를 구비하고, 이 기어박스는 상기 메인 프레임에 견고하게 장착되고, 상기 구동 샤프트는 상기 발전기를 구동하기 위하여 상기 기어박스에 직접 연결된다.

상기 발전기는 또한 이러한 구성에서 상기 메인 프레임에 견고하게 장착될 수도 있다.

다르게는, 상기 발전기 시스템은 상기 메인 프레임에 견고하게 장착된 발전기를 구비하고, 상기 구동 샤프트는 상기 발전기에 직접 연결되어 있다.

구성요소들이 상기 메인 프레임에 견고하게 장착되어 있기 때문에 상기 발전기 시스템의 구성요소를 위한 진동 감쇠부재의 사용이 필요없게 된다. 감쇠부재가 사용되지 않기 때문에, 진동 감쇠의 고장이 풍력 터빈 설계를 위한 문제가 되지 않는다. 따라서, 터빈 구성요소에 작용하는 하중이 쉽게 예측되고 모델링될 수 있고, 터빈 구조물이 설계 단계에서 최적화될 수 있다.

바람직하게는, 상기 견고한 지지 샤프트는 상기 메인 프레임의 제1 단부에 구비되고, 상기 발전기 시스템은 상기 메인 프레임의 반대쪽 제2 단부에 해제가능하게 장착된다.

바람직하게는, 상기 발전기 시스템은 상기 메인 프레임의 외부 표면에 해제가능하게 장착된다.

상기 구동 샤프트가 상기 로터 허브로부터 발전기 시스템으로의 굽힘 모멘트의 전달을 방지하도록 충분히 유연하기 때문에, 구성요소는 터빈 내에서 하중을 고려하여 장착될 필요가 없다. 따라서 터빈의 구성요소는 메인 프레임에 해제가능하게 장착되기 때문에, 터빈의 모듈식 구성을 제공할 수 있고, 설치된 터빈에 용이한 정비가 가능하며, 복잡한 탈착/장착 과정없이 구성요소가 용이하게 교체될 수 있다. 이러한 해제가능한 장착은 견고하게 장착될 수 있는데, 즉, 감쇠부재의 사용없이 가능하다.

바람직하게는, 상기 견고한 지지 샤프트는 상기 메인 프레임의 제1 단부에 해제가능하게 장착될 수 있다.

바람직하게는, 상기 풍력 터빈은 상기 지지 샤프트에 구비된 2 세트 이상의 허브 베어링을 구비하고, 상기 로터 허브는 상기 허브 베어링 세트에 장착된다.

바람직하게는, 상기 구동 샤프트는 상기 로터 허브와 상기 발전기 시스템 사이에 직접 연결된다.

상기 구동 샤프트가 상기 로터 허브로부터 연장되기 때문에, 상기 로터 허브의 구조물 하중이 상기 견고한 지지 샤프트와 메인 프레임에 의해 수용되어, 풍력 터빈에서 구동 샤프트를 별도로 지지할 필요가 없게 된다.

바람직하게는, 상기 구동 샤프트는 속이 빈 중공 샤프트이다.

바람직하게는, 상기 구동 샤프트의 벽의 두께는 10mm-400mm 사이에서 적절히 선택된 크기를 가진다.

바람직하게는, 상기 구동 샤프트는 나노 복합 소재이다. 나노 클레이(nano clay), 카본 나노 튜브, 나노 실리카를 포함한다.

바람직하게는, 상기 구동 샤프트는 전기 절연재로 만들어진다. 이것은 번개에 맞는 경우 윈트 터빈 구성요소를 손상시킬 수 있는 전류의 전달을 방지하게 된다.

바람직하게는, 상기 구동 샤프트는 3m 이상의 길이로 되어 있다. 더욱 바람직하게는, 구동 샤프트는 7m 이상의 길이로 되어 있다. 바람직하게는, 구동 샤프트는 1m 이상의 바깥 직경으로 되어 있다.

바람직하게는, 상기 풍력 터빈은 2MW 이상의 최고 동력을 가진다.

바람직하게는, 상기 구동 샤프트는 복합 섬유의 메인 샤프트 본체와, 볼팅에 적합한 견고한 소재로 제조된 하나 이상의 결합 플랜지로 이루어지고, 상기 하나 이상의 결합 플랜지는 상기 메인 샤프트 본체의 적어도 어느 한 단부에 결합되도록 되어 있다.

상기 결합 플랜지는 상기 메인 샤프트 본체의 섬유 기반 소재와 다른 소재로 만들어지기 때문에, 상기 구동 샤프트와 풍력 터빈의 다른 구성요소들 사이에 더 확고한 볼팅 결합이 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 상기 결합 플랜지는 스틸과 같은 금속 소재로 만들어진다.

바람직하게는, 상기 메인 샤프트 본체의 적어도 하나의 단부는 바깥쪽으로 확장되어 있고, 상기 하나 이상의 결합 플랜지는 제1 실질적인 원뿔대 돌출부를 구비하고, 상기 하나 이상의 결합 플랜지의 상기 제1 원뿔대 돌출부는 상기 메인 샤프트 본체의 바깥쪽으로 확장된 상기 적어도 하나의 단부 내에 수용되어 있다.

상기 넓게 확장된 부분의 내부를 따라 평행한 일련의 열로 바람직하게 배치된, 일련의 핀을 사용함으로써, 상기 결합 플랜지를 상기 메인 샤프트 본체에 확고하게 볼팅하도록 작용하여, 상기 섬유기반 메인 샤프트 본체가 상기 결합 플랜지에 확고하게 결합될 수 있게 한다.

바람직하게는, 상기 샤프트는, 상기 적어도 하나의 확장된 단부에서 섬유의 부분이 상기 다수의 핀 둘레로 감겨 상기 하나 이상의 결합 플랜지와 상기 샤프트 본체 사이에 힘의 균형적인 분포를 제공하도록 그리고 상기 샤프트 본체에 상기 핀의 고정을 향상시키도록 배치되어 있다.

상기 섬유들은, 상기 확장된 부분에 있는 상기 일련의 핀들 둘레로 감거나 이들과 서로 얽히도록 상기 확장된 부분에 배치되어 있고, 상기 메인 샤프트 본체 내에서 핀의 향상된 결합이나 고정을 제공하게 된다. 다른 예로서는, 예컨대 드릴에 의해 상기 메인 샤프트 본체의 적어도 하나의 확장된 단부에 구멍들이 형성되고, 이 구멍들은, 상기 하나 이상의 결합 플랜지의 제1 원뿔대 돌출부로부터 상기 메인 샤프트 본체의 적어도 하나의 확장된 단부까지 연장되는 다수의 핀을 수용하도록 배치된다.

바람직하게는, 결합 플랜지는 상기 메인 샤프트 본체의 어느 단부에 구비된다. 바람직하게는, 제1 결합 플랜지가 상기 로터 허브에 볼트로 결합되고, 제2 결합 플랜지가 상기 발전기 시스템에 볼트로 고정된다.

바람직하게는, 상기 구동 샤프트는 복합 섬유 샤프트를 포함하고, 실질적으로 모든 섬유들은 평행한 감김 방향으로 배치된다. 바람직하게는, 상기 섬유의 50에서 95%가 평행한 감김 방향으로 배치된다.

섬유들이 동일한 방향으로 배치되어 있기 때문에, 비틀림 강성이 그 방향으로 집중될 것이다. 풍력 터빈에서 구동 샤프트만이 한 방향으로 회전하기 때문에, 계속하여 실질적으로 모든 토오크가 그 방향으로 발전기에 전달되기만 할 것이다. 따라서, 더욱 효율적인 구동 샤프트의 구성이 선택될 수 있다.

바람직하게는, 상기 발전 시스템은 영구자석 발전기를 포함한다.

바람직하게는, 상기 구동 샤프트는 상기 로터와 발전기 시스템 사이의 비정렬(misalignment)의 결과로 굽혀질 수 있게 작동된다.

상기 발전기 시스템의 추가의 이점은, 예컨대, 풍력 터빈 구성요소의 제조과정이나 장착 상의 착오에 의해, 상기 풍력 터빈 로터와 상기 발전기 시스템 사이에 비정렬이 존재하는 상태에서 발현된다. 그러한 경우, 가요성 있는 샤프트가 풍력 터빈 구조에서 비정렬을 수용하도록 굽혀질 수 있게 작동한다.

바람직하게는, 상기 구동 샤프트는 하나 이상의 연속적인 비지지부(unsupported section)를 구비하고, 상기 샤프트는 상기 비지지부가 상기 로터와 상기 발전기 시스템에 대해 굽혀져 작동될 수 있도록 배치된다.

본 발명은 향상된 신뢰성과 유지보수의 편의성을 가지고, 초기 설계 단계에서 구성하기 용이한 풍력 터빈 디자인을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 터빈의 횡단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력 터빈의 횡단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예에 사용되기 위한 구동 샤프트 결합 구조의 사시도이다.
도 4는 도 3의 구동 샤프트 결합 구조의 확대된 횡단면도이다.

본 발명의 실시예는, 단지 실시의 예시로서, 첨부한 도면을 참고하여 상세히 설명된다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 터빈이 도면부호 10으로 표시된다. 풍력 터빈(10)은 타워(12)와 터빈 메인 프레임(14)을 구비하고, 이 메인 프레임(14)은 , 바람맞는 측면(14a)과 그 반대쪽인 바람가는 측면(14b)을 가지는 상기 타워(12)의 상부 단부에 구비된다. 제1, 제2 관통 구멍(16a, 16b)이 각각 바람맞는 측면(14a)과 그 반대쪽인 바람가는 측면(14b)에 형성되어 있고, 상기 제1, 제2 관통 구멍(16a, 16b)은 서로 정렬되어 있어서, 샤프트가 상기 메인 프레임(14)을 통해 상기 바람맞는 측면(14a)으로부터 그 반대쪽인 바람가는 측면(14b)으로 연장될 수 있도록 한다. 상기 메인 프레임(14)은 풍력 터빈(10)의 요동 앵글(yaw angle)을 교정할 수 있도록 상기 타워(12)의 상부에서 회동할 수 있도록 되어, 풍력 터빈(10)이 계속적으로 바람방향을 향하도록 한다.

지지 샤프트(18)가 상기 메인 프레임(14)의 상기 바람맞는 측면(14a)에 구비되어 있는데, 메인 프레임(14)의 외부면에 견고하게 장착된다. 상기 지지 샤프트(18)는, 상기 제1 관통 구멍(16a)에 동축이고, 제1 관통 구멍(16a) 둘레에 위치하는 실린더형 튜브 본체를 구비한다. 도 1에서, 지지 샤프트(18)는 볼트(19)를 사용하여 메인 프레임(14)에 볼트로 고정된 상태로 보여지는데, 그러나 지지 샤프트(18)를 메인 프레임(14)에 고정하는 것은 어떤 적절한 방법을 사용하는 것도 가능하다는 것을 밝혀둔다. 바람직하게는, 상기 지지 샤프트(18)는 메인 프레임(14)에 해제가능하게 장착되는 것이 좋은데, 예컨대 유지보수를 위하여 풍력 터빈(10)으로부터 지지 샤프트(18)를 분리할 수 있도록 하는 것이 좋다.

풍력 터빈(10)은 추가로 로터(20)를 구비하고, 이 로터(20)는 거기에 장착되는 다수의 로터 블레이드(미도시)를 가진다. 로터(20)는 전면 플랜지(24)와 칼라(26)을 가지는 로터 허브(22)를 구비하는데, 상기 칼라(26)는 상기 플랜지(24)의 터빈 측면(24a)로부터 달려 있다.

상기 로터(20)는 상기 로터 허브(22)를 상기 지지 샤프트(18)에 장착함으로써 풍력 터빈(10)에 구비된다. 상기 칼라(26)는, 지지 샤프트(18)와 칼라(26) 사이에 구비된 2 세트의 베어링(28a,28b)을 구비하면서 상기 지지 샤프트(18) 둘레에 고정되는데, 상기 베어링(28a,28b)은 지지 샤프트(18) 둘레로 로터 허브(22)의 회전을 가능하게 한다. 이러한 구성으로, 로터(20)의 구조물 하중 또는 무게는 지지 샤프트(18)로부터 메인 프레임(14)으로 해서 풍력 터빈(10)의 구조물로 전달된다. 상기 로터 허브(22)는 지지 샤프트(18)에 직적 장착되는데, 즉, 로터(20)와 지지 샤프트(18) 사이에 사용되는 진동 감쇠부재가 없다.

도 1의 실시예에 2 세트의 베어링(28a,28b)이 도시되어 있는데, 베어링의 어떤 적절한 숫자나 배치가 사용될 수 있고, 지지 샤프트(18) 둘레로 로터 허브(22)의 회전을 가능하게 하면서 로터(20)의 무게를 지지할 수 있게 작동하면 된다.

도 1의 로터 허브(22)에서, 칼라(26)는 볼트(27)를 사용하여 로터 허브(22)의 전면 플랜지(24)에 고정되는 것으로 도시되어 있는데, 예컨대 단일의 주조 구조물 등과 같이 어떤 적절한 허브 구조물도 가능함을 밝혀둔다.

터빈 구동 샤프트(30)가 상기 전면 플랜지(24)의 상기 터빈 측면(24a)에 견고하게 연결된 제1 단부(30a)로부터 연장되는데, 상기 구동 샤프트(30)는 상기 지지 샤프트(18)을 통해 상기 메인 프레임(14)의 안쪽으로 해서 메인 프레임(14)의 바람가는 측면(14b)을 향해 제2 단부(30b)까지 이어진다. 구동 샤프트(30)는 기계적으로 비등방성으로 선택되는데, 즉, 구동 샤프트(30)는 다른 방향에 대해 기계적으로 다른 특성을 가지도록 선택된다. 특히, 구동 샤프트(30)는 굽힘 모멘트에 대하여 가요성 있고, 큰 비틀림 강성을 가진다. 풍력 터빈 구조라는 특성상, 구동 샤프트(30)는 로터(20)로부터 풍력 터빈의 발전기로 토오크만을 전달하도록 요구되며, 구동 샤프트(30)는 로터(20)의 어떠한 구조물 하중도 전달하지 않는다. 따라서 예시한 구조물에서 어떠한 축 베어링이나 롤러가 필요하지 않다.

바람직하게는, 복합 샤프트가 사용되는 것이 좋은데, 이는 비틀림에는 강하고 굽힘에는 유연한 샤프트를 생산하는 목적으로 제조된다. 적절한 복합 샤프트의 예로서, 필라멘트 감김 샤프트(filament winding-type shaft), 수지함침 섬유 복합 샤프트(pre-preg(pre-impregnated) composite fiber shaft), 조각 구성 샤프트(slatted construction shaft, 샤프트가 다수의 조각이 배치되어 형성되는데, 예컨대 종방향이나 나선형으로 배열되어 조각이 적절한 유연성 접착제를 사용하여 인접한 조각과 서로 결합되어 튜브형 샤프트를 형성한다) 중의 어느 하나로부터 선택될 수 있다.

상기 구동 샤프트(30)가 굽힘 모멘트에 대하여 유연하기 때문에, 구동 샤프트(30)가 로터(20)로부터 어떠한 발전기 구성요소로 (예컨대, 비정렬되거나 운동하는 샤프트의 단부로 인한) 굽힘 응력을 전달하는 것이 방지되어 구성부재의 마모나 파손을 감소시키게 된다.

풍력 터빈(10)은 추가로 상기 메일 프레임(14)의 바람가는 측면(14b)에 구비된 발전기(32)를 구비한다. 상기 발전기(32)는 발전기 하우징(34), 이 하우징(34)에 고정된 발전기 고정자(36) 및 상기 하우징(34)에 구비된 발전기 로터(38)를 구비한다. 상기 발전기 로터(38)는 상기 구동 샤프트(30)의 연장부(53)에 장착된다.이 연장된 축인 연장부(53)는 발전기 하우징(34) 내에서 베어링(40)을 통해 지지되어 상기 발전기 로터(38)는 상기 하우징(34) 내에서 회전가능하게 작동된다. 상기 발전기 로터(38)의 발전기 고정자(36)에 대한 회전이 발전기(32)에서 발전할 수 있게 한다. 풍력 터빈(10)은 발전기(32)와 결합되는 어떠한 적절한 연결구조를 가질 수 있는데, 발전된 전기가 파워 그리드로 전송될 수 있도록 하면 된다.

다른 발전기 구조도 예상할 수 있는데, 예컨대, 구동 샤프트(30)가 메인 프레임(14)의 상기 바람가는 측면(14b)을 지나 메인 프레임(14)을 통해 이어질 수 있다. 그러한 구조에서, 발전기 로터(38)는 상기 구동 샤프트(30)에 직접 장착될 수 있다.

상기 발전기(32)는 메인 프레임(14)의 바람가는 측면(14b)에 구비되는데, 발전기(32)는 추가로 발전기 로터(38)에 연결된 발전기 커플링(42)을 구비하고, 이 발전기 커플링(42)은 제2 관통 구멍(16b)을 통해 메인 프레임(14)의 내부로 연장된다. 상기 구동 샤프트(30)의 제2 단부(30b)는 상기 발전기 커플링(42)에 연결된다. 따라서, 구동 샤프트(30)는 발전기 로터(38)에 직접 연결되어 직접-구동 기구를 형성한다.

바람직하게는, 발전기(32)는 풍력 터빈의 메인 프레임(14)에 해제가능하게 장착된다. 도 1에서, 발전기 하우징(34)은 볼트(44)를 이용하여 메인 프레임(14)의 바람가는 측면(14b)에 결합된다. 발전기(32)를 메인 프레임(14)에 고정하기 위하여 어떤 적절한 결합방법이 사용될 수도 있다.

풍력 터빈(10)의 로터 지지 구조는 로터(20)의 구조물 하중이 메인 프레임(14) 및 풍력 터빈(10)의 타워(12) 자체에 의해 지지된다는 것을 의미하고, 구동 샤프트(30)가 로터 허브(22)로부터 발전기(32)로 굽힘 모멘트의 전달을 방지하기에 충분히 유연하기 때문에, 구동 샤프트(30)에 의해 전달된 토오크 외에 발전기(32)에 작용하는 반력이 없게 된다. 반력이 없음으로 해서 풍력 터빈(10)에 설치되었을 때, 발전기(32)에 대하 하중의 균형을 잡아줄 필요가 없게 되고, 따라서 발전기(32)는, 진동 감쇠부재를 사용할 필요없이 메인 프레임(14)에 견고하게 장착된다.

이러한 구조에 진동 감쇠부재가 사용되지 않기 때문에 풍력 터빈에서 진동 감쇠의 부족이나 고장이 풍력 터빈 설계에서 문제가 되지 않고, 터빈 구성요소의 성능을 설계 단계에서 정확히 모델링할 수 있게 된다. 마모와 파손의 효과도 터빈 구성요소에 대해 잘 예측할 수 있게 되고, 그 결과, 더욱 신뢰성있고 효율적이고 보다 잘 모델링된 구성요소가 가장 큰 스트레스와 스트레인을 받는, 예컨대 로터 허브 베어링(28a, 28b), 발전기 베어링(40) 등의 위치에 적용될 수 있다.

발전기(32)에 실질적인 반력이 작용하지 않게 되어, 발전기 고정자(36)와 발전기 로터(38) 사이에 간격이 신뢰성있게 유지될 수 있어서 발전기의 신뢰성이 향상된다. 더욱이, 상기 발전기(32)는 로터(20)의 구조물 하중에 따른 작용력에 대해 하중-균형을 잡아줄 필요가 없기 때문에 풍력 터빈(10)에서 발전기의 설치 작업이 더욱 용이하게 이루어진다. 따라서, 바람직하게는 발전기(32)는 단일의 모듈식 구조로 구비되어 풍력 터빈의 메인 프레임(14)에 용이하게 장착될 수 있다. 이러한 구조는 풍력 터빈(10)에 발전기(32)를 설치하거나 해제 시에 상대적으로 복잡한 하중-균형 작업없이 더욱 편리해지고, 기존의 발전기(32)를 새로운 발전기 (예컨대 업그레이드 목적)로의 교체가 상당히 단순하게 이루어지고, 풍력 터빈(10)에서 전반적으로 작동 정지시간을 줄일 수 있게 된다.

유사하게, 상기 로터(20)는 단일의 모듈식 구조로 구비될 수 있는데, 유지 보수를 위하여 풍력 터빈의 메인 프레임(14)으로부터 용이하게 분리될 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 풍력 터빈(11)의 제2 실시예가 도시되어 있다. 단순하게 하기 위하여 제1 실시예에서 설명된 부재는 동일한 도면부호를 사용하고, 앞의 설명에서 관련된 부분은 도 2의 실시예에도 적용될 수 있다.

도 2의 실시예에서, 풍력 터빈(11)은 추가로 입구 커플링(48)과 출구 커플링(50)을 가지는 기어 박스(46)를 구비하고, 이 기어 박스(46)는 베이스(47)를 통하여 메인 프레임(14)에 견고하게 장착된다. 구동 샤프트(30)는 입구 커플링(48)을 사용하여 기어 박스(46)에 직접 연결되고, 기어 박스(46)는 제2 샤프트(52)를 사용하여 발전기(32)에 결합되며, 상기 제2 샤프트(52)는 기어 박스 출구 커플링(50)과 발전기 커플링(42) 사이로 연장된다. 상기 제2 샤프트(52)는 상기 구동 샤프트(30)과 유사하게 굽힘 모멘트에 대하여 유연하여 가요성을 가지고, 기어 박스(46)와 발전기(32) 사이에서 굽힘 모멘트의 전달을 방지한다.

상기 제1 실시예에서 설명한 발전기(32)와 비슷하게, 구동 샤프트(30)는 로터 허브(22)로부터 기어 박스(46)로 굽힘 모멘트의 전달을 방지하도록 되어 있어서, 기어 박스(46)는 로터 허브(22)에 대하여 하중-균형을 잡을 필요가 없다. 따라서, 기어 박스(46)는 메인 프레임(14)에 해제가능하게 장착되어, 정비나 교체를 위하여 풍력 터빈(11)으로부터 기어 박스(46)를 분리하는 것이 비교적 간단해지게 된다.

도 1과 도 2의 메인 프레임(14)은 실질적으로 밀폐식 구조로 도시되어 있는데, 예컨대, 측면이 개방된 요람식 구조처럼, 내부의 부재에 쉽게 접근할 수 있도록 하는 등의 다른 적절한 구조도 채용될 수 있다.

구동 샤프트(30)는 중공식 튜브 구조로 도시되어 있는데 다른 적절한 형태의 구조도 사용될 수 있다. 구동 샤프트(30)의 벽의 두께는 바람직하게는, 10mm, 20mm, 30mm, 40mm 이하에서 400mm까지 선택될 수 있다. 구동 샤프트(30)는 어떠한 적절한 나노 복합소재 예컨대, 나노 클레이(nano clay), 카본 나노튜브, 나노 실리카 등의 소재를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 구동 샤프트(30)는 전기적 절연재를 포함하는데, 이것은 벼락에 맞을 경우 풍력 터빈의 구성요소에 높은 전기가 전달되는 것을 방지한다. 구동 샤프트(30)는 길이에 있어서, 0.1m, 1m, 3m, 5m, 7m, 9m, 11m 이상의 길이를 선택하여 가질 수 있다.

본 발명은 어떤 풍력 터빈 구조에도 적절히 사용될 수 있는데, 예컨대, 약 2MW, 3MW, 4MW 이상 그리고 35MW 이상의 최고 발전량을 가지는 터빈에도 사용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 발전 시스템은 다양한 속도의 터빈에 사용된다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 구동 샤프트의 결합방법에 대하여 샘플 구동 샤프트(300)로 예시하고 있다.

구동 샤프트(300)는 제1 단부(300a)와 제2 단부(300b)를 가지는 실린더형 중공 본체를 포함한다. 상기 제1, 제2 단부(300a, 300b)는 축의 중심선으로부터 바깥쪽으로 확장되어 각각 상기 제1, 제2 단부(300a, 300b)에 위치된 증가된 직경의 확장부(302, 304)를 형성한다.

구동 샤프트(300)은 추가로 제1, 제2 결합 플랜지(308, 310)를 구비한다. 상기 제1 결합 플랜지(308)는 상기 구동 샤프트(300)의 제1 단부(300a)에 형성되고, 제2 결합 플랜지(310)는 상기 구동 샤프트(300)의 제2 단부(300b)에 형성된다. 제1, 제2 결합 플랜지(308, 310)는 예컨대 풍력 터빈 로터 허브, 발전기 로터, 발전기 시스템에 연결되기 위한 기어 박스 등의 적절한 풍력 터빈 부재에 볼팅될 수 있는 원형 볼팅 칼라(308a, 310a)를 구비한다.

제1, 제2 결합 플랜지(308, 310)은 추가로 제1, 제2 원뿔대 돌출부(312, 314, 도 3에 개략적으로 보임)를 구비하는데, 이들은 각각 상기 제1, 제2 결합 플랜지(308, 310)에 구비된다. 상기 원뿔대 돌출부(312, 314)는 각각 샤프트 본체(301)의 제1, 제2 확장부(302, 304) 내에 수용된다. 상기 제1, 제2 원뿔대 돌출부(312, 314)에 일련의 구멍이 형성되어 있는데, 이들 구멍은 일련의 핀(306)을 수용하도록 되어 있다. 사기 핀(306)은 상기 원뿔대 돌출부(312, 314)로부터 구동 샤프트(300)의 중심축으로부터 멀어지게 돌출되고, 상기 확장부(302, 304)에서 샤프트 본체 내에 수용된다. (이러한 구조는 도 4의 확대된 단면도에서 자세히 볼 수 있는데, 제1 확장부(302)에 수용된 제1 원뿔대 돌출부(312)의 부분을 보여준다.)

바람직한 실시예에서, 메인 샤프트 본체(301)는 섬유-기반 소재로부터 형성되고, 제1, 제2 결합 플랜지(308, 310)는 예컨대 스틸과 같은 금속 등 탄성 소재로 만들어져, 섬유-기반 소재의 메인 샤프트 본체(301)보다 풍력 터빈 부재에 볼팅되기에 더욱 적절하게 되어 있다. 제1 실시예에서, 섬유-기반 메인 샤프트 본체는 표준 샤프트 본체로 구성되는데, 이것은 확장부(302, 304)에 대응하여 확장 단부를 구비한다. 상기 확장 단부에, 예컨대, 샤프트 본체의 확장 단부에 구멍을 뚫음으로써 상기 결합 플랜지의 원뿔대 돌출부에 형성된 구멍에 대응하게 구멍이 형성된다. 상기 일련의 핀은 상기 확장 단부의 구멍에 삽입되고 결합 플랜지에 있는 구멍까지 연장되고, 상기 결합 플랜지를 상기 메인 샤프트 본체에 고정하게 된다.

이러한 섬유-기반 메인 샤프트의 바람직한 구조에서, 메인 샤프트 본체(301)는 표준 섬유-꼬임 구조로 처리되고, 상기 결합 플랜지(308, 310)는 샤프트 본체의 어느 단부에 위치하는 상기 원뿔대 돌출부(312, 314)의 표면으로부터 돌출하는 일련의 핀(306)이 구비된다. 샤프트 본체(301)를 형성하기 위하여 감겨지는 현재의 섬유들이 샤프트 본체의 어느 단부(300a, 300b)와 이 단부에 위치될 특정한 결합 플랜지(308, 310)에 도달할 때, 상기 현재의 섬유들은 문제의 결합 플랜지(308, 310)의 원뿔대 돌출부(312, 314)의 표면에 적용되는데, 상기 샤프트 본체의 결합 플랜지로부터 균등한 힘의 분포를 위해, 샤프트(300) 내에서 핀(306)의 고정을 향상시키기 위해 그리고 샤프트 본체(301)와 결합 플랜지(308, 310) 사이의 결합을 향상시키기 위하여, 상기 원뿔대 돌출부(312, 314)의 표면에서 상기 핀(306)들과 얽히거나 이들을 둘러 감싸는 다수의 섬유들을 적용하게 된다. 핀들을 둘러 감는 이러한 섬유들의 실시예는, 샤프트 본체의 확장부에 구멍을 뚫음으로써 야기될 수 있는 샤프트의 섬유에 대한 손상을 방지할 수 있기 때문에라도 바람직하다.

구동 샤프트(30, 300)는, 예컨대 진공 보조 수지 이송 몰딩(vacuum assisted resin transfer moulding, VARTM), 핸드 레이업(hand lay-up), 사출성형, 수지 이송 몰딩(resin transfer moulding, RTM), 스프레이 레이업(spray lay-up) 등의 어느 적절한 제조방법이나 기술을 사용하여 제조될 수 있다.

하나의 특징적인 제조방법은 동일 방향으로 놓이는 다수의 섬유들을 가지는 복합 섬유 샤프트를 제조하기 위하여 적용될 수 있는데, 공동축을 형성하기 위하여 회전하는 맨드렐(mandrel)에 적용된 섬유들을 사용하는 것이다. 이러한 시스템에서, 맨드렐은 특정 방향으로 (예컨대 시계방향) 회전하고, 맨드렐의 길이에 걸쳐 그리고 맨드렐에 인접하여 달리는 지그가 회전하는 맨드렐의 표면에 섬유들을 적용하게 되고, 섬유들은 맨드렐의 중심선에 대해 일정한 각도로 (예컨대 법선에 대해 45도) 적용된다. 상기 지그는 맨드렐의 길이를 따라 앞뒤로 움직이는데, 맨드렐에 연속적인 섬유층을 형성하게 되고, 맨드렐의 본체를 따라 크로스 해치(cross-hatch)형 섬유구조가 얻어진다. 섬유들은 속이 빈 공동축을 형성하기 위하여 소정의 위치에서 처리된다.

구동 샤프트(30, 300)는 어떠한 적절한 형태를 취할 수 있는데, 예를 들어, 얇은 벽으로 된 스틸의 내측 튜브를 가지는 중공 복합 샤프트로 될 수 있다. 스틸 내측 튜브가 있음으로 해서 축의 버클링(굽힘)이나 박리를 방지할 수 있다.

제안된 새로운 제조방법에서는, 섬유의 적용 단계 중에, 지그는 섬유의 제1 층을 법선 방향에 대해 제1 각도(α)로 적용한다. 지그가 제1 회차의 맨드렐의 단부에 도달하고 나서, 맨드렐의 회전 방향은 역전되고 (예컨대 맨드렐의 회전 방향이 시계 방향에서 반시계 방향으로 변한다.), 지그가 회전하여 맨드렐의 본체를 따라 반대방향으로 움직인다. 이리하여 제2 섬유층이, 법선 방향에 대해 각도(α)로, 공지된 접근법으로 제공된 연속적인 섬유층의 크로스 해치의 적용과 반대로, 상기 제1 층의 섬유와 같은 방향으로 적용되게 된다.

상기 섬유들은 섬유-기반 맨드렐이 연속적인 층으로 적용될 수 있고, 이 연속적인 섬유층은 서로에 대해 그리고 아래의 맨드렐에 상대적인 접착력을 가지고 있다. 이런 상대적인 접착력은 맨드렐에 적용하는 중에 제위치에 섬유층을 임시적으로 고정하기에 충분하고, 적용된 섬유층은 맨드렐이 역방향 회전시에 맨드렐에서 풀리지 않게 된다.

지그가 맨드렐의 시작 위치로 되돌아 오자 마자, 맨드렐을 따라 전진 방향으로 움직이기 시작하고, 맨드렐의 회전 방향은 원래의 방향으로 회복된다(예컨대, 시계방향으로 복귀). 맨드렐의 회전을 역회전시키는 작용은, 지그가 맨드렐의 끝에 도달한 직후, 단순히 맨드렐을 회전시키는 모터의 극성을 바꿈으로써 이루어진다.

이러한 과정은 필요에 따라 맨드렐을 따라 지그를 많은 회차로 반복시킬 수도 있는데, 필요에 따라 많은 섬유층을 연속적으로 적용할 수 있다. 그 결과, 지그로부터 맨드렐로 적용된 섬유들은 맨드렐의 본체에 걸쳐 모두 실질적으로 같은 방향으로, 그리고 법선에 대해 같은 각도(α)로 놓일 것이다.

평행하게 배치된 섬유층을 가지도록 형성된 샤프트는 한 방향에 대하여 높은 비틀림 강성을 가지게 된다. 풍력 터빈의 구동 샤프트는 대체로 한 방향으로만 토오크를 전달하도록 요구되는데, 이렇게 하여 샤프트의 제작에 사용된 동일한 섬유의 양에 대해 더 큰 비틀림 강성을 가지는 풍력 터빈용 구동 샤프트를 얻게 되고, 그리하여 현재 사용되는 표준 샤프트에 비해 동일한 토오크 값을 가지면서 더 낮은 중량의 샤프트를 제조할 수 있게 된다.

바람직하기로는, 구동 샤프트는 샤프트의 본체를 따라 동일한 방향으로 놓이는 다수의 섬유층을 가지는 복합 섬유 샤프트를 구비하며, 바람직하기로는 50% 내지 95%의 섬유를 구비한다.

설계에 사용되는 발전기(32)는 영구자석 발전기(PMG), 동기 발전기, 비동기 발전기, 양방향 공급 발전 등이 될 수 있다.

상기 구동 샤프트(30, 300)는 최대의 토션 성능을 가지도록 선택될 수 있는데, 샤프트에 작용하는 토션이 정해진 기준을 초과하면 샤프트가 파손되게 된다. 이것은, 예컨대 터빈 로터에 작용하는 돌풍과 같이 토오크가 갑자기 증가하는 경우 생길 수 있는 손상으로부터 발전기(32)의 요소나 기어 박스(46)를 보호하는 작용을 한다.

상기 구동 샤프트(30, 300)는 어떤 비틀림 진동수 범위로 정해질 수 있는데, 그런 진동수 이상의 비틀림 진동은 감쇠시킨다. 높은 진동수의 비틀림 진동을 감쇠시킬 수 있는 능력은 시스템에 대하여 코킹(cocking) 또는 코깅(cogging) 토오크의 효과를 감소시킬 수 있게 한다. 전기 모터의 코깅 토오크는 로터의 영구자석과 영구자석(PM) 기계의 고정자 슬롯 사이에 상호작용에 의한 토오크를 말하는데, 높은 진동수로 덜컹거리는 "저키(jerky)" 토오크를 야기할 수 있다. 상기 구동 샤프트(30, 300)는 높은 진동수의 비틀림 진동을 감쇠시킬 수 있기 때문에, 로터(20)와 터빈 블레이드로, 터빈으로부터 소음을 방출할 수 있는, 이러한 "덜컹거림(jerkiness)"의 전달을 방지하게 된다.

"견고하게 장착된"이라는 용어의 사용은 구성요소가 감쇠부재를 사용하지 않고 장착된다는 것을 의미한다.

"견고하게 연결된"이라는 용어의 사용은 구성요소가, 예컨대 감쇠부재의 사용없이 또는 연결된 요소간의 상대 이동없이 직접 연결되거나 서로 장착되는 것을 의미한다.

사용된 샤프트가 로터와 발전기 시스템 사이의 진동의 전달을 흡수할 수 있도록 유연하기 때문에, 풍력 터빈 구조에서 진동 감쇠부재를 필요로 하지 않고, 부재들의 견고한 장착이나 연결이 달성될 수 있다.

이상에서 중량이 감소되고, 신뢰성이 향상되고, 정비나 업그레이드가 용이한 풍력 터빈 구조에 대하여 설명하였다. 본 발명은 상기 설명한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술사상이나 권리범위에서 벗어나지 않고 다양한 변형이나 적용이 가능함을 밝혀둔다.

10: 풍력 터빈 12: 타워
14: 메인 프레임 18: 지지 샤프트
20: 로터 22: 로터 허브
24: 전면 플랜지 30: 구동 샤프트

Claims (16)

1. 풍력 터빈의 메인 프레임;
   진동 감쇠부재의 사용없이 상기 메인 프레임에 견고하게 장착된 발전기 시스템;
   상기 메인 프레임에 구비된 견고한 지지 샤프트에 장착되고, 상기 지지 샤프트 주위로 회전할 수 있게 되어 있고, 상기 지지 샤프트가 상기 메인 프레임으로 로터 허브의 구조적인 하중을 전달하도록 되어 있는, 로터 허브; 및
   상기 로터 허브에 견고하게 연결되고 이로부터 연장되는 구동 샤프트;를 구비하되, 이 구동 샤프트는 상기 로터 허브로부터 상기 발전기 시스템으로 토오크를 전달하도록 상기 발전기 시스템에 연결되어 있고, 상기 구동 샤프트는 기계적인 비등방성 샤프트로 되어 있고, 상기 구동 샤프트는 굽힘 모멘트의 흡수에 의하여 상기 로터 허브로부터 상기 발전기 시스템으로 굽힘 모멘트를 전달하지 않도록 유연하게 되어 있고,
   상기 구동 샤프트는 제1 단부에 제1 결합 플랜지를, 제2 단부에 제2 결합 플랜지를 포함하고, 상기 제1 결합 플랜지는 상기 로터 허브에 볼트로 결합되고, 상기 제2 결합 플랜지는 상기 발전기 시스템에 볼트로 결합되도록 되어 있고,
   상기 구동 샤프트는 상기 로터 허브와 상기 발전기 시스템에 의하여 상기 제1 및 제2 결합 플랜지에서만 지지되고, 상기 구동 샤프트는 상기 제1 및 제2 단부 사이의 위치에 축 베어링을 구비하지 않도록 되어 있는, 50m 이상의 직경을 가진 로터를 가지는 수평축 풍력 터빈.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 구동 샤프트는 복합 소재의 샤프트로 이루어져 있는 풍력 터빈.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 구동 샤프트는, 필라멘트 감김 샤프트, 수지함침 섬유 복합 샤프트, 조각 구성 샤프트중의 어느 하나로부터 선택되어 형성되는 풍력 터빈.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 발전기 시스템은 발전기에 연결된 기어박스를 구비하고, 이 기어박스는 상기 메인 프레임에 견고하게 장착되고, 상기 구동 샤프트는 상기 발전기를 구동하기 위하여 상기 기어박스에 직접 연결되어 있는 풍력 터빈.
   
5. 제4항에 있어서, 상기 발전기는 상기 메인 프레임에 견고하게 장착되어 있는 풍력 터빈.
   
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 상기 견고한 지지 샤프트는 상기 메인 프레임의 제1 단부에 구비되고, 상기 발전기 시스템은 상기 메인 프레임의 반대쪽 제2 단부에 해제가능하게 장착되어 있는 풍력 터빈.
   
8. 제7항에 있어서, 상기 발전기 시스템은 상기 메인 프레임의 외부 표면에 해제가능하게 장착되어 있는 풍력 터빈.
   
9. 제7항에 있어서, 상기 견고한 지지 샤프트는 상기 메인 프레임의 제1 단부에 해제가능하게 장착되어 있는 풍력 터빈.
   
10. 제1항에 있어서, 상기 풍력 터빈은 상기 지지 샤프트에 구비된 2 세트 이상의 허브 베어링을 구비하고, 상기 로터 허브는 상기 허브 베어링 세트에 장착되어 있는 풍력 터빈.
    
11. 제1항에 있어서, 상기 구동 샤프트는 상기 로터 허브와 상기 발전기 시스템 사이에 직접 연결되어 있는 풍력 터빈.
    
12. 제1항에 있어서, 상기 구동 샤프트는 복합 섬유의 메인 샤프트 본체를 포함하도록 되어 있는 풍력 터빈.
    
13. 제12항에 있어서, 복합 섬유의 상기 메인 샤프트 본체의 적어도 하나의 단부는 바깥쪽으로 확장되어 있고, 상기 결합 플랜지의 하나 이상은 제1 원뿔대 돌출부를 구비하고, 상기 제1 원뿔대 돌출부는 상기 메인 샤프트 본체의 바깥쪽으로 확장된 상기 적어도 하나의 단부 내에 수용되어 있는 풍력 터빈.
    
14. 제13항에 있어서, 상기 구동 샤프트는, 상기 메인 샤프트 본체의 적어도 하나의 확장 단부와 상기 하나 이상의 결합 플랜지의 상기 제1 원뿔대 돌출부 사이로 연장되는 다수의 핀을 구비하고, 상기 다수의 핀은 상기 메인 샤프트 본체의 적어도 하나의 확장 단부 내에 상기 하나 이상의 결합 플랜지를 고정하도록 되어 있는 풍력 터빈.
    
15. 제14항에 있어서, 상기 구동 샤프트는, 상기 적어도 하나의 확장된 단부에서 섬유의 부분이 상기 다수의 핀 둘레로 감겨 상기 하나 이상의 결합 플랜지와 상기 샤프트 본체 사이에 힘의 균형적인 분포를 제공하도록 그리고 상기 메인 샤프트 본체에 상기 핀의 고정을 향상시키도록 배치되어 있는 풍력 터빈.
    
16. 풍력 터빈의 메인 프레임;
    상기 메인 프레임에 일부 또는 전체가 견고하게 장착된 발전기 시스템;
    상기 메인 프레임에 구비된 견고한 지지 샤프트에 장착되고, 상기 지지 샤프트 주위로 회전할 수 있게 되어 있고, 상기 지지 샤프트가 상기 메인 프레임으로 로터 허브의 구조적인 하중을 전달하도록 되어 있는, 로터 허브; 및
    상기 로터 허브에 견고하게 연결되고 이로부터 연장되는 구동 샤프트;를 구비하되, 상기 구동 샤프트는 상기 로터 허브로부터 상기 발전기 시스템으로 토오크를 전달하도록 상기 발전기 시스템에 연결되어 있고,
    상기 구동 샤프트는, 상기 로터 허브로와 상기 발전기 시스템 사이에 전달되는 굽힘 모멘트를 제한하도록 기계적인 비등방성 샤프트로 되어 있고,
    상기 구동 샤프트는 복합 섬유의 메인 샤프트 본체와, 볼팅을 위해 견고한 소재로 만들어진 하나 이상의 결합 플랜지를 포함하고, 상기 하나 이상의 결합 플랜지는 상기 메인 샤프트 본체의 적어도 하나의 단부와 결합도록 되어 있고,
    상기 복합 섬유의 메인 샤프트 본체의 상기 적어도 하나의 단부는 바깥쪽으로 확장되어 있고, 상기 하나 이상의 결합 플랜지는 제1 원뿔대 돌출부를 구비하고, 상기 하나 이상의 결합 플랜지의 상기 제1 원뿔대 돌출부는 상기 메인 샤프트 본체의 바깥쪽으로 확장된 상기 적어도 하나의 단부 내에 수용되어 있는, 50m 이상의 직경을 가진 로터를 가지는 수평축 풍력 터빈.
    

Images