KR20190096408A

KR20190096408A - 풍력 터빈 발전기의 스테이터를 위한 스테이터 지지대, 그러한 스테이터 지지대를 포함하는 스테이터, 발전기, 및 풍력 터빈

Info

Publication number: KR20190096408A
Application number: KR1020197021095A
Authority: KR
Inventors: 비르테 메스너; 요헨 뢰어; 얀 카르스텐 짐스
Original assignee: 보벤 프로퍼티즈 게엠베하
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2019-08-19
Also published as: WO2018115357A1; CN110089012A; US20190334394A1; EP3560081A1; DE102016125218A1; EP3560081B1; DK3560081T3; JP2020502985A; BR112019012721A2; RU2713445C1; CA3046859A1; CN110089012B; US10819170B2

Abstract

본 발명은, 풍력 터빈 발전기, 특히 다극성의 저속으로 회전하는 동기식 링 발전기의 스테이터를 위한 스테이터 지지대에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 스테이터 지지대는, 제1 지지 플레이트, 제2 지지 플레이트, 2개의 지지 플레이트 사이에 형성되며 그리고 반경 방향 외향으로 개방되는 캐비티, 및 캐비티를 제1 캐비티 섹션 및 제2 캐비티 섹션으로 분할하며 그리고 2개의 지지 플레이트 사이에 배치되는 분리 플레이트를 구비한다. 제1 지지 플레이트로부터 제2 캐비티 섹션 내로 직접적으로 연장되는 복수의 제1 유동 채널이 제공되며, 그리고 제2 지지 플레이트로부터 제1 캐비티 섹션 내로 직접적으로 연장되는 복수의 제2 유동 채널이 제공된다. 또한, 본 발명은, 이러한 스테이터 지지대를 갖는 스테이터에, 발전기에 그리고 이들을 포함하는 풍력 터빈에 관한 것이다.

Description

풍력 터빈 발전기의 스테이터를 위한 스테이터 지지대, 그러한 스테이터 지지대를 포함하는 스테이터, 발전기, 및 풍력 터빈

본 발명은 풍력 터빈 발전기의, 특히 다극성의 저속으로 회전하는 동기식 링 발전기의, 스테이터를 위한 스테이터 지지대에 관한 것이다.

위에서 언급된 스테이터 지지대 및 스테이터는 일반적으로 공지되어 있다.

풍력 터빈 발전기의 작동 시, 여기 필드에 의해 유도된 전압으로 인해, 발전기 내에, 특히 스테이터 권선의 영역 내에, 열이 생성된다. 따라서, 풍력 터빈 발전기의 전력 생산 및 신뢰성을 보장하기 위해, 스테이터로부터의 열을 소산시킬 필요가 있다. 종래 기술에서, 이와 관련하여 이미 다양한 접근법이 존재한다. 지금까지 제안된 냉각 방법들은, 풍력 터빈의 스테이터가 비교적 큰 깊이를, 즉 일반적으로 0.5 m 이상, 때로는 1.0 m 이상의 깊이를, 갖는 요건에 직면해 있다.

종래 기술에서는, 공기가, 냉각 채널을 통해 스테이터의 일 단부면으로부터 스테이터의 다른 단부면까지 축방향으로의 강제 대류로 안내되는, 냉각 개념이 공지되어 있다. 여기서, 스테이터의 깊이로 인해, 공기가 스테이터에 진입한 후에 급격하게 가열되고, 그 다음 늦어도 (축방향으로) 스테이터의 중심으로부터 이미 효과적인 열 배출이 더 이상 수행되지 않을 정도로 가열된다는 문제점이 존재하고, 이것은 스테이터 내부의 균일하지 않은 온도 현상을 초래한다. 이것은 성능의 저하 및 최악의 경우 기능 장애를 초래할 수 있다.

냉각된 공기를 반경 방향으로 내부로부터 스테이터 지지대를 통해, 대략 (축방향으로) 스테이터의 중심 영역의, 스테이터의 스테이터 권선 주변으로 안내하고자 하는 시도가 다른 방법에서 수행된 바 있다. 이 경우, 공기는 축방향으로 양쪽 단부면으로 스테이터로부터 빠져나가야 한다. 이것은 특히 공기가 풍력 터빈으로 유입되는, 스테이터에서의 로터 허브에 대면하는 측면에서 가열된 공기의 배출이 어렵다는 단점이 있다. 순환 흐름이 형성되어, 이미 예열된 공기가 스테이터의 내부로 다시 유동하게 하고, 냉각 리세스를 통해 다시 유동하게 하는데, 이것은 마찬가지로 냉각 성능을 저하시킨다. 또한, 액체 기반의 냉각 회로에 의해 풍력 터빈의 스테이터를 냉각시키는 많은 시도들이 종래 기술에 존재한다. 이러한 냉각 원리는 강한 열 배출을 가능하게 하지만, 이를 위한 구조적인 비용이 비교적 높고, 액체 회로가 전류 안내 스테이터 권선의 바로 주변에서 연장되기 때문에, 특별한 주의를 필요로 한다.

이러한 배경에 대해, 본 발명의 과제는, 도입부에 언급된 유형의 풍력 터빈 발전기에 대한 개선된 냉각 개념을 제안하는 것이다.

본 발명의 기본 과제는, 도입부에 언급된 유형의 스테이터 지지대가 청구항 제 1항의 특징을 갖도록 구성됨으로써 달성된다. 스테이터 지지대는, 제1 지지 플레이트, 제2 지지 플레이트, 및 이러한 2개의 지지 플레이트 사이에 형성되며 그리고 반경 방향 외향으로 개방되는 캐비티, 그리고 2개의 지지 플레이트 사이에 배치되며 그리고, 특히 공기가 제1 캐비티 섹션으로부터 제2 캐비티 섹션으로 직접적으로 유동할 수 없도록, 캐비티를 제1 캐비티 섹션과 제2 캐비티 섹션으로 분할하는, 분리 플레이트를 구비한다. 또한, 스테이터 지지대는, 제1 지지 플레이트로부터 제2 캐비티 섹션 내로 직접적으로 연장되는 복수의 제1 유동 채널, 및 제2 지지 플레이트로부터 제1 캐비티 섹션 내로 직접적으로 연장되는 복수의 제2 유동 채널을 구비한다.

본 발명은, 분리 플레이트에 의해 캐비티 섹션으로부터 외향으로의 공기의 강제된 반경 방향 유동이 발생되는 방법에 기초한다. 또한, 공기는, 캐비티 섹션들에 연결되는 개별적인 유동 채널을 통해서만 캐비티 섹션들 내로 유동할 수 있다. 즉, 스테이터 지지대의 외부로부터 제1 지지 플레이트로 유동하는 공기는, 제1 캐비티 섹션을 우회하면서 유동 채널을 통해 제2 캐비티 섹션으로 직접적으로 유동하고, 여기로부터 반경 방향으로 외측으로 스테이터 지지대로부터 밖으로 유동한다. 또한, 스테이터 지지대의 외부로부터 반경 방향으로 스테이터 지지대로 유동하는 공기는, 예를 들어 제1 지지 플레이트의 측면으로부터, 반경 방향 내측으로 제1 캐비티 섹션 내로 유동하고, 그 다음 제2 캐비티 섹션을 통해 유동할 수는 없고, 제2 유동 채널을 통해 제2 지지 플레이트의 측면을 향해 직접 배출된다.

스테이터 지지대의 2-분화된 구성은, 다음과 같은 효과를 갖는다: 스테이터 지지대가, 반경 방향 외향으로 개방되는 단면이 축방향으로 스테이터 지지대를 통과하여 연장되는 개구 홈과 유체 안내 방식으로 연결되는 방식으로, 스테이터에 장착되는 경우, 실질적으로 2개의 사전 한정된 유동 경로는 스테이터를 통해 한정된다. 제1 유동 경로가, 제1 측부로부터 스테이터로 유동하며 그리고 스테이터의 통기 홈들로 진입하는 공기를 위해, 존재한다. 공기는, 통기 홈들을 통해, 스테이터 지지대가 배치되는 영역으로, 안내되며, 그리고 그곳에서, 스테이터 지지대의 제1 캐비티 섹션으로 유입되며, 그리고 제2 캐비티 섹션을 지나서 제2 유동 채널 밖으로 송풍된다. 제2 유동 경로는, 제1 측부로부터 스테이터로 유동하는 공기를 위해, 존재하고, 공기는, 제1 유동 채널을 통해 스테이터 지지대 내로 유입되고, 제2 캐비티 섹션 내로 직접적으로 도달하며, 그리고 그곳으로부터 반경 방향 외향으로 스테이터의 통기 홈들 내로 전달되고, 그 다음 그곳으로부터 스테이터의 제2 측부로 다시 빠져나온다. 즉, 본 발명에 따른 스테이터 지지대에 의해, 스테이터 지지대가 놓여 있는 지점에서, 유동 측면의 스테이터의 제1 단부에서 뿐만 아니라, 스테이터의 내부 영역에서도 또한 일정한 새로운 냉각 공기가 도입된다. 이를 통해, 상당히 개선된 냉각 성능이 달성된다.

스테이터 지지대는 유리하게, 유동 채널들이 각각 지지 플레이트의 둘레에 걸쳐 균일하게 분포되는 방식으로 개선된다. 이를 통해, 스테이터 지지대의 설치된 상태에서, 스테이터에 대한 공기의 보다 균일한 분포가 가능하게 된다.

바람직한 실시예에서, 제1 유동 채널은, 제2 유동 채널에 대해 지지 플레이트의 둘레 방향으로 오프셋되어 배치된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제1 유동 채널 및 제2 유동 채널은 바람직하게, 동일한 피치원 직경((pitch circle diameter)) 상에 배치된다.

바람직한 실시예에서, 제1 유동 채널 및 제2 유동 채널은 각각, 동일한 개구 단면을 구비한다. 이를 통해, 제1 부분 유동이 스테이터 내로 유동할 때 경험하는 유동 저항이, 제2 부분 유동이 스테이터 지지대 밖으로 유동할 때 경험하는 유동 저항과 동등한 것이, 보장된다. 이것은, 제1 캐비티 섹션 및 제2 캐비티 섹션에서 동일한 강도의 유동 형성을 지원하며 그리고 스테이터 지지대가 설치된 상태에서 스테이터의 균일한 냉각을 지원한다.

바람직하게, 제1 유동 채널 및 제2 유동 채널은, 스테이터 지지대의 종방향 축에 대해 평행하게 정렬된다. 이를 통해, 유리한 유동 상태가 달성된다.

바람직하게, 분리 플레이트는, 복수의 지지 지주에 의해 제1 지지 플레이트 및 제2 지지 플레이트에 대해 지지된다. 이를 통해, 스테이터 지지대의 기계적인 안정성이 개선되고, 분리 플레이트는, 2개의 지지 플레이트 사이의 위치에 신뢰성 있게 유지된다. 지지 지주는 바람직하게, 제1 캐비티 섹션 및 제2 캐비티 섹션 내부에 난류를 발생시키도록 구성되고, 따라서 스테이터 지지대 내에서 둘레 방향으로의 공기의 더 강한 분포가 발생한다. 이것은 또한, 냉각 성능에 유리하게 작용한다.

본 발명은 위에서 제1 양태에 따라 스테이터 지지대 자체를 참조하여 설명되었다. 추가적으로, 본 발명은, 제2 양태에서, 풍력 터빈의 발전기를 위한, 특히 다극성의 저속으로 회전하는 동기식 링 발전기를 위한, 스테이터에 관련된다.

스테이터는, 스테이터 적층 코어를 포함함으로써 그리고 스테이터 적층 코어가 고정되는 스테이터 지지대를 포함함으로써 도입부에 언급된 과제를 달성하고, 여기서 스테이터 적층 코어는, 스테이터 권선을 수용하기 위한 제1 반경 방향 영역 및, 스테이터의 제1 단부로 그리고 스테이터의 반대편 제2 단부로 이어지는 복수의 통기 홈을 구비하는, 제1 반경 방향 영역에 인접한 제2 반경 방향 영역을 구비하며, 여기서 스테이터 지지대는, 제1 양태에 따른 이상에 설명된 바람직한 실시예 중 하나에 따라 형성되며, 통기 홈들은, 스테이터 지지대의 영역에서, 스테이터 지지대의 캐비티와 유체 안내 방식으로 연결된다.

본 발명에 따른 스테이터의 이점 및 일부 바람직한 실시예와 관련하여, 본 발명의 제1 양태에 관한 상기 설명이 참조된다. 냉각 공기는, 통기 홈들 또는 제1 유동 채널을 통해 스테이터 내로 진입할 수 있다. 통기 홈들을 통해 스테이터 내로 진입하는 공기는, 스테이터 지지대의 영역에서, 제1 캐비티 섹션으로 도입되고, 제2 유동 채널을 통해 스테이터로부터 빠져나간다. 제1 유동 채널에 의해 스테이터 내로 진입하는 공기는, 스테이터 지지대의 영역에서, 제2 캐비티 섹션 내로 안내되고, 그곳으로부터 통기 홈들 내로 안내되어, 통기 홈들로부터 스테이터 지지대 밖으로 빠져나온다.

통기 홈들은 바람직하게, 축 방향으로 볼 때, 스테이터 지지대의 제1 지지 플레이트 및 제2 지지 플레이트 사이에 배치되는 분리 벽을 통해 차단된다. 특히 바람직하게, 통기 홈들의 분리 벽 및 스테이터 지지대의 분리 플레이트는, 동일한 평면 내에 배치된다. 이것은 바람직하게, 통기 홈들의 분리 벽이 스테이터 지지대의 분리 플레이트의 일부로서 형성됨으로써 달성된다. 스테이터 지지대의 분리 플레이트의 평면 내에서, 분리 벽이 통기 홈들 내로 도입되는 것은, 순환 흐름이 방지되기 때문에, 한정된 유동 경로를 보장한다.

바람직하게는, 발전기는, 링 발전기로서 형성된다. 따라서, 로터 및 스테이터의 자기적 활성 영역, 즉 특히 스테이터 적층 코어는, 링 형상의 영역에서 에어 갭 주변으로 배치되고, 이러한 에어 갭은, 발전기 로터와 스테이터를 분리한다. 이 경우, 발전기는 평균 에어 갭 반경의 적어도 50%의 반경을 갖는 내부 영역에서 자기적으로 작용하는 영역이 없다.

링 발전기는 또한, 자기적으로 활성인 부분, 또는 (다시 말하면) 자기적으로 활성인 영역의 반경 방향 강도, 즉 극 휠의 내부 에지로부터 스테이터의 외부 에지까지의 반경 방향 두께 또는 스테이터의 내부 에지로부터 발전기 로터의 외부 에지까지의 반경 방향 두께는, 외부 로터의 경우, 에어 갭 반경보다 작고, 특히 발전기의 자기적으로 활성인 영역의 반경 방향 두께가 에어 갭 반경의 30% 미만, 특히 25% 미만인 것을 통해, 정의될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 링 발전기는, 깊이, 즉 발전기의 축방향 범위가 에어 갭 반경보다 작고, 특히 깊이가 에어 갭 반경의 30% 미만, 특히 25% 미만인 것을 통해 정의될 수 있다.

부가적으로 또는 대안적으로, 링 발전기는 바람직하게, 다극성으로 형성되고, 적어도 48개, 96개 또는 적어도 192개의 로터 극을 구비한다.

본 발명에 따르면, 저속으로 회전하는 발전기라 함은, 분당 50 회전수 이하의, 바람직하게 분당 30 회전수 이하의, 회전 속도를 갖는 발전기로 이해된다.

본 발명은 본 발명의 제1 및 제2 양태에 따른 스테이터 지지대 및 스테이터를 참조하여 위에서 설명되었다. 제3 양태에서, 본 발명은 또한, 풍력 터빈의 발전기에, 특히 다극성의 저속으로 회전하는 동기식 링 발전기에, 관련된다.

본 발명은 이전에 언급된 유형의 발전기에서, 발전기가, 특히 외부 로터로서 형성되는 발전기 로터, 발전기 로터가 그 둘레에 원주 방향으로 배치되는 스테이터, 및 스테이터가 그에 고정되는 스테이터 지지대를 포함함으로써, 도입부에 언급된 과제를 달성하고, 여기서 스테이터 지지대는, 상기 설명된 바람직한 실시예 중 하나에 따라 형성되고, 및/또는 스테이터는, 상기 설명된 바람직한 실시예 중 하나에 따라 형성된다.

본 발명에 다른 발전기의 바람직한 실시예의 이점과 관련하여, 제1 및 제2 양태에 대해 상기 설명된 실시예가 참조된다.

본 발명에 따른 발전기는 바람직하게, 발전기의 내부공간을 통한 공기 유동을 생성하기 위한 복수의 팬을 포함함으로써 개선된다. 복수의 팬은 바람직하게, 발전기의 내부공간으로부터 공기를 흡입하여 발전기의 외부를 향해 송풍시키도록 구성된다. 복수의 팬이 발전기의 내부공간에 대한 흡입 팬으로 형성됨으로써, 발전기 내부의 원하지 않는 열 정체의 형성이 방지되거나 또는 적어도 그 확률이 감소된다.

바람직한 실시예에서, 발전기는, 로터 허브를 지향하는 제1 측부 및 로터 허브로부터 멀어지게 지향하는 반대편 제2 측부를 구비하고, 여기서 복수의 팬은, 발전기의 제2 측부에 배치되며 그리고 특히 바람직하게 고정적으로 배치된다.

바람직한 실시예에서, 스테이터 지지대는, 풍력 터빈의 기관실 내의 저널 또는 기계 지지대 상에 장착되며, 복수의 팬은 마찬가지로, 저널 및/또는 기계 지지대 상에 장착된다.

바람직하게, 발전기 내부공간으로부터 공기를 흡입하기 위해, 발전기의 둘레에 걸쳐 균일하게 배치되는 복수의 팬이 제공된다. 흡입은, 발전기의 제1 측부로부터, 즉 로터 허브의 측부로부터 공기가 발전기로 유동하고, 본 발명에 따라 한정된 유동 채널 및 통기 홈들을 통해 스테이터 내로 진입하며, 각각 대응하는 유동 채널 및 통기 홈들을 통해 다시 빠져나가는 결과를 가져온다.

본 발명은, 추가의 양태에서, 풍력 터빈에 관련된다. 본 발명은, 상기 설명된 바람직한 실시예 중 하나에 따른 발전기를 포함함으로써, 풍력 터빈에 대해 도입부에 언급된 과제를 달성한다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 기초하여 이하에서 보다 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 풍력 터빈을 도시한다.
도 2는 도 1에 따른 풍력 터빈을 위한 바람직한 실시예 중 하나에 따른 스테이터 지지대를 도시한다.
도 3은 도 1에 따른 스테이터 지지대를 통한 제1 단면 개략도를 도시한다.
도 4는 도 2에 따른 스테이터 지지대를 통한 제2 단면 개략도를 도시한다.
도 5는 도 1에 따른 풍력 터빈을 위한 스테이터 및 발전기를 통한 단면 개략도를 도시한다.
도 6은 도 5의 스테이터의 상세도를 도시한다.

도 1은 타워(102) 및 기관실(104)을 구비하는 풍력 터빈(100)을 도시한다. 기관실(104) 상에는 3개의 로터 블레이드(108)와 스피너(110)를 가진 로터(106)가 배치된다. 로터(106)는 작동 시 풍력에 의해 회전 운동하고, 이로 인해 기관실(104) 내에서 발전기를 구동한다.

도 2는 도 1에 따른 풍력 터빈(100)의 기관실(104)의 내부에 제공되는 스테이터 지지대(1)를 도시한다. 스테이터 지지대(1)는, 제1 지지 플레이트(3) 및 제2 지지 플레이트(5)를 구비한다. 2개의 지지 플레이트(3, 5)는, 서로에 대해 이격되고, 그 사이에 캐비티(7)를 구비한다. 캐비티(7) 내에는, 캐비티(7)를 제1 캐비티 섹션(7a)과 제2 캐비티 섹션(7b)으로 분할하는 분리 플레이트(9)가 배치된다.

제1 지지 플레이트(3)에는, 제1 지지 플레이트(3)로부터 제2 캐비티 섹션(7b) 내로 직접적으로 연장되는 복수의 제1 유동 채널(11)이 제공된다. 유동하는 공기는, 제1 유동 채널들(11)을 통해 직접적으로 제2 캐비티 섹션(7b) 내로 통과하지만, 그러나 제1 캐비티 섹션(7a) 내로는 통과하지는 않는다.

제2 지지 플레이트(5)는, 복수의 제2 유동 채널(13)을 구비하고, 이러한 복수의 제2 유동 채널은 바람직하게, 제1 유동 채널들(11)의 개수에 대응하며, 제1 유동 채널들(11)에 대해 동일한 피치원 직경 상에 오프셋되어 배치되고, 둘레에 걸쳐 분포된다. 제2 유동 채널들(13)은, 제2 지지 플레이트(5)로부터 제1 캐비티 섹션(7a) 내로 직접적으로 연장되므로, 반경 방향 외향으로부터 제1 캐비티 섹션(7a) 내로 유동하는 공기는, 제2 유동 채널(13)을 통해 제2 지지 플레이트(5) 내로 직접적으로 통과하지만, 그러나 제2 캐비티 섹션(7b) 내로 통과하지는 않는다.

바람직하게, 분리 플레이트(9)는, 제1 지지 플레이트(3) 및 제2 지지 플레이트(5) 사이에 등거리로 배치된다. 분리 플레이트(9)는 바람직하게, 복수의 지지 지주(15)에 의해 제1 지지 플레이트(3) 및 제2 지지 플레이트(5)에 대해 지지되고, 특히 바람직하게 스테이터 지지대(1)의 기계적인 구조에 대한 보강에 기여한다. 지지 지주(15)는 바람직하게, 둘레를 따라 유동하는 또는 관류하는 공기의 분배를 촉진하기 위해, 예를 들어 그 내부에 제공되는 리세스에 의해, 각각의 캐비티 섹션(7a, 7b) 내에 유동 난류를 제공하도록 구성된다.

도 2에는 스테이터 지지대를 통과하는 공기에 대한 2개의 가능한 이송 경로를 도시하는 제1 유동 경로(S₁) 및 제2 유동 경로(S₂)가 표시되어 있다. 유동 경로(S₁)에 따르면, 공기는 제1 측부(25)(도 4)로부터 제1 지지 플레이트(3)로 유동할 수 있고, 여기로부터 제1 유동 채널(11)을 통해 제2 캐비티 섹션(7b) 내로 직접 통과하며, 이에 따라 이곳으로부터 반경 방향 외향으로 스테이터 지지대(1) 밖으로 빠져나올 수 있다. 그러나, 공기는, 단지 유동 경로(S₂)에 따라 반경 방향으로 외부로부터 스테이터 지지대(1) 내로 유동함으로써, 제1 캐비티 섹션(7a) 내로 통과할 수 있다. 제1 캐비티 섹션(7a)으로부터, 공기는, 제2 유동 채널(13)을 통해 제2 지지 플레이트(5)로 그리고 스테이터 지지대(1)로부터 제2 측부로 빠져나갈 수 있다. 즉, 제1 유동 경로(S₁)에 의해 새로운 유동 공기가 직접 제2 캐비티 섹션으로 그리고 이에 따라 스테이터 지지대의 우측 절반으로 이송되는 동안, 마찬가지로 스테이터를 통해 이미 유동한 공기는, 스테이터 지지대의 지점에서 반경 방향으로 제1 캐비티 섹션(7a) 내로 유도되고, 이곳으로부터 제2 캐비티 섹션(7b)을 우회하여 제2 유동 채널(13)을 통해 직접 스테이터 지지대 밖으로 빠져나올 수 있다. 즉, 냉각 공기는, 스테이터 지지대의 기하학적 구조에 의해 조절되어, 축방향으로 스테이터의 단지 일부분만을 관류해야 한다. 스테이터 지지대의 설치 상황에 대한 추가의 상세한 내용은 다음의 도면에서 알 수 있다.

도 3은 스테이터(10) 상에서의 스테이터 지지대(1)의 개략적인 배치를 도시한다. 스테이터(10)는, 도 1에 따른 풍력 터빈의 내부에 배치되는 발전기(50)의 일부분이다. 도 3은 제2 유동 경로(S₂)가 있는 평면에서 스테이터 지지대(1)를 통한 단면을 도시한다.

스테이터 지지대(1) 외에도, 스테이터(10)는, 스테이터의 자기 복귀(magnetic return)의 영역(33)(도 6) 내에 배치되며 그리고 스테이터(10)를 통해 실질적으로 축방향으로 연장되는, 복수의 통기 홈(17)을 구비한다. 통기 홈들(17)에 대해 인접하여, 스테이터(10)는, 스테이터 권선(19)을 구비한다.

스테이터(10)는, 에어 갭(21)에 의해 둘러싸인다. 스테이터(10) 둘레에, 로터 권선(51)을 갖는 발전기 로터(52)가 배치된다. 발전기 로터(52)는, 일반적으로 알려진 방식으로, 로터 허브와 연결된다.

스테이터(10) 내의 홈들(17)은, 분리 벽(23)을 통해 차단된다. 통기 홈들(17)과 캐비티 섹션들(7a, 7b) 사이에는, 스테이터 지지대(1)의 영역에서의 유체 안내 방식의 연결이 존재한다. 이러한 방식으로, 로터 허브로부터 스테이터(10)의 제1 측부(25)를 향해 유동하는 공기 유동(S₂)은, 통기 홈들(17)을 통해 스테이터(10) 내로 관통하여, 스테이터 권선(19)으로부터의 열 에너지를 흡수할 수 있다. 분리 벽(23)에 도달하면, 공기 유동(S₂)은 반경 방향 내향으로 제1 캐비티 섹션(7a) 내로 지향되고, 그곳으로부터 스테이터 지지대(1) 및 스테이터(10)로부터 밖으로 빠져나올 수 있고, 스테이터(10)의 제1 절반부에서 이미 가열된 공기 유동(S₂)의 공기는 추가적으로 분리 벽(23)의 다른 측부의 스테이터 권선(19)의 섹션을 지나서 유동할 수 없다. 바람직하게, 분리 벽(23)은 스테이터 지지대(1)의 분리 플레이트(9)와 동일한 평면에 배치된다. 특히 바람직하게, 분리 벽(23)은 분리 플레이트(9)의 연장부이다.

제1 유동 경로(S₁)의 단면 평면에 있는 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 3 및 도 4에서 스테이터(10)의 우측 절반부에 대해 유사한 공기 안내 프로세스가 수행된다. 공기는 유동 경로(S₁)를 따라 스테이터(10) 내로 진입할 수 있지만, 그러나 우선 제1 캐비티 섹션(7a) 내로 유동할 수 없도록, 스테이터 지지대(1)의 내부에서 제1 유동 채널(11)을 통해 제2 캐비티 섹션(7b) 내로 직접 도입된다. 그곳으로부터, 공기는, 강제적으로 반경 방향 외향으로 통기 홈들(17) 내로, 그리고 그곳으로부터 스테이터(10)의 제2 측부(27)로 유동하고, 여기에서 스테이터(10)로부터 빠져나온다. 분리 벽(23)으로 인해, 공기가, 캐비티 섹션(7b)으로부터 요구되는 유동 방향에 대항하여, 즉 로터 허브를 향해 역류하는 것이 가능하지 않고, 이것은 가열된 공기에 의한 순환 유동을 신뢰성 있게 방지한다.

도 3 및 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 적어도 하나의 팬(29)이 발전기(50)에 할당되는 것이 바람직하다. 팬(29)은 바람직하게, 발전기(50)의 내부공간으로부터 공기를 흡입하도록 구성되므로, 유동 경로들(S₁ 및 S₂)을 따라 로터 허브로부터, 즉 스테이터(10)의 제1 측부(25)로부터, 스테이터(10) 내로 공기를 흡입하는 부압이, 형성된다. 새로운 냉각 공기는, 한편으로는 통기 홈들에 진입할 때 측부(25)에서 그리고 다른 한편으로는 분리 벽(23)의 바로 후방에서 스테이터 권선으로 공급되므로, 분리 벽(23)의 전방 및 후방의 스테이터 권선(19)의 양자 모두의 영역이, 새로운 냉각 공기를 균등하게 공급받을 수 있다. 적어도 하나의 팬(29)은 바람직하게, 저널(31) 상에 고정된다.

도 5에는 2개의 공기 유동(S₁ 및 S₂)의 배열이 예시적으로 도시된다. 공기 유동들(S₁ 및 S₂)에 따른 공기는, 캐비티 섹션들(7a, 7b) 내에서 선택적으로 지지 지주(15)에 의해 난류 상태로 전이된다. 그렇지 않으면, 도 5에서 볼 수 있는 구조에 대해, 이와 관련하여 도 3 및 도 4의 일치된 부품이 참조된다.

도 6은 이미지를 완성하기 위해 마지막으로, 스테이터(10)의 단부면(25)의 상세도를 도시한다. 스테이터(10)는, 스테이터 권선을 수용하기 위한 제1 반경 방향 영역(33) 및, 반경 방향 내측으로 제1 반경 방향 영역에 인접하며 그리고 통기 홈들(17)이 그 내부에 형성되는, 제2 반경 방향 영역(35)을 구비한다. 각각의 통기 홈(17)을 통해, 유동 경로(S₂)는 스테이터(10) 내로 진입하여, 그 후에는 도 3 내지 도 5에 따라 스테이터(10)를 통과하여 흐를 수 있다.

도 1 내지 도 6에 대한 상기 설명으로부터 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 바람직하게, 0.5 m 이상의, 특히 바람직하게 1.0 m 이상의, 그들의 깊이로 인해, 종래의 냉각 개념에서는 단지 유입 측에서만 충분히 냉각되었지만, 그러나 그동안의 공기의 가열로 인해 유출 측에서는 더 높은 열 축적을 가지는, 스테이터에 대한, 고 효율적인 냉각 가능성을 제공한다. 냉각 개념이 외부 로터 발전기에 대한 본 발명의 실시예에 기초하여 도시되었지만, 본 발명은 또한, 내부 로터 발전기에도 또한 적용될 수 있는 것으로, 이해되어야 한다.

Claims

풍력 터빈 발전기의, 특히 다극성의 저속으로 회전하는 동기식 링 발전기의, 스테이터(10)를 위한 스테이터 지지대(1)로서,
제1 지지 플레이트(3),
제2 지지 플레이트(5),
상기 2개의 지지 플레이트(3) 사이에 형성되며 그리고 반경 방향 외향으로 개방되는 캐비티(7),
상기 2개의 지지 플레이트(3) 사이에 배치되며 그리고 상기 캐비티(7)를 제1 캐비티 섹션(7a)과 제2 캐비티 섹션(7b)으로 분할하는 분리 플레이트(9),
상기 제1 지지 플레이트(3)로부터 상기 제2 캐비티 섹션(7b) 내로 직접적으로 연장되는 복수의 제1 유동 채널(11), 및
상기 제2 지지 플레이트(5)로부터 상기 제1 캐비티 섹션(7a) 내로 직접적으로 연장되는 복수의 제2 유동 채널(13)
을 구비하는 것인, 스테이터 지지대.
제 1항에 있어서,
상기 유동 채널들(11, 13)은 각각, 상기 지지 플레이트들(3)의 둘레에 걸쳐 균일하게 분포되는 것인, 스테이터 지지대.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 제1 유동 채널(11)은, 상기 제2 유동 채널(13)에 대해 상기 지지 플레이트(3)의 둘레 방향으로 오프셋되어 배치되는 것인, 스테이터 지지대.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 유동 채널(11) 및 제2 유동 채널(13)은, 동일한 피치원 직경(pitch circle diameter) 상에 배치되는 것인, 스테이터 지지대.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 유동 채널(11) 및 제2 유동 채널(13)은 각각, 동일한 개구 단면을 구비하는 것인, 스테이터 지지대.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 유동 채널(11) 및 제2 유동 채널(13)은, 상기 스테이터 지지대(1)의 종방향 축에 대해 평행하게 정렬되는 것인, 스테이터 지지대.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분리 플레이트(9)는, 복수의 지지 지주(support strut)(15)에 의해 상기 제1 지지 플레이트(3) 및 제2 지지 플레이트에 대해 지지되는 것인, 스테이터 지지대.
풍력 터빈(100)의 발전기(50)를 위한 스테이터(10)로서,
스테이터 권선(19)을 수용하기 위한 스테이터 적층 코어, 및
상기 스테이터 적층 코어가 그에 고정되는 스테이터 지지대(1)
를 구비하는 것인, 스테이터(10)에 있어서,
상기 스테이터 적층 코어는, 상기 스테이터 권선을 수용하기 위한 제1 반경 방향 영역(33) 및, 상기 스테이터(10)의 제1 단부(25)로 그리고 상기 스테이터(10)의 반대편 제2 단부(27)로 이어지는 복수의 통기 홈(17)을 구비하는, 제1 반경 방향 영역에 인접한 제2 반경 방향 영역(35)을 구비하고,
상기 스테이터 지지대(1)는, 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따라 구성되고,
상기 통기 홈들(17)은, 상기 스테이터 지지대(1)의 영역에서, 상기 스테이터 지지대(1)의 캐비티와 유체 안내 방식으로 연결되는 것인, 스테이터.
제 8항에 있어서,
상기 통기 홈들(17)은, 축 방향으로 볼 때, 상기 스테이터 지지대(1)의 상기 제1 지지 플레이트(3) 및 제2 지지 플레이트(5) 사이에 배치되는 분리 벽(23)을 통해 차단되는 것인, 스테이터.
제 9항에 있어서,
상기 통기 홈들(17)의 상기 분리 벽(23) 및 상기 스테이터 지지대(1)의 상기 분리 플레이트(9)는, 동일한 평면 내에 배치되는 것인, 스테이터.
제 9항 또는 제 10항에 있어서,
상기 통기 홈들(17)의 상기 분리 벽(23)은, 상기 스테이터 지지대(1)의 상기 분리 플레이트(9)의 일부로서 형성되는 것인, 스테이터.
풍력 터빈의 발전기(50), 특히 다극성의 저속으로 회전하는 동기식 링 발전기로서,
발전기 로터(52), 특히 외부 로터,
상기 발전기 로터(52)가 그 둘레에 원주 방향으로 배치되는 스테이터(10), 및
상기 스테이터(10)가 그에 고정되는 스테이터 지지대(1)
를 포함하고,
상기 스테이터 지지대(1)는, 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따라 구성되고, 및/또는 상기 스테이터(10)는, 제 8항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따라 구성되는 것인, 발전기.
제 12항에 있어서,
상기 발전기(50)의 내부공간을 통한 공기 유동을 생성하기 위한 복수의 팬(29)을 구비하는 것인, 발전기.
제 13항에 있어서,
상기 복수의 팬(29)은, 상기 발전기(50)의 상기 내부공간으로부터 공기를 흡입하도록 구성되는 것인, 발전기.
제 13항 또는 제 14항에 있어서,
상기 발전기(50)는, 로터 허브를 지향하는 제1 측부(25) 및 상기 로터 허브로부터 멀어지게 지향하는 반대편 제2 측부(27)를 구비하고,
상기 복수의 팬(29)은 상기 발전기의 상기 제2 측부(27)에 배치되며 그리고 특히 바람직하게 고정적으로 배치되는 것인, 발전기.
풍력 터빈(100)으로서,
제 12항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 따른 발전기(50)를 구비하는 것인, 풍력 터빈.