KR20210113629A

KR20210113629A - 발전기 로터 조립체

Info

Publication number: KR20210113629A
Application number: KR1020217024577A
Authority: KR
Inventors: 피터 몬조; 크로그 라스 랑바르트; 헨릭 자르 만닉; 옌스 베르그만
Original assignee: 베스타스 윈드 시스템스 에이/에스
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2020-01-09
Publication date: 2021-09-16
Also published as: EP3909114A1; US20220069649A1; US12027955B2; CN113424402A; JP2022517093A; WO2020143888A1; JP2024096154A

Abstract

발전기 로터 조립체(42)는 중앙 중공 부분을 정의하고 회전축 주위로 회전하도록 배열된 원통형 링 구조(46)를 포함한다. 원통형 링 구조(46)는 회전축을 중심으로 동축으로 배열된 복수의 영구 자석 패키지(48)를 포함하고, 영구 자석 패키지(48)는 동축으로 적층된 복수의 링형 세그먼트 레이어(80), 복수의 타이 로드 홀(86) 및 복수의 타이 로드(54)를 포함한다. 타이 로드 구멍(86)은 영구 자석 패키지(48)의 레이어을 통해 축방향으로 연장되며, 여기서 인접한 영구 자석 패키지(48)의 복수의 타이 로드 구멍(86)은 크기와 위치가 상보적이어서 복수의 타이로드 보어의 수가 정의된다. 타이 로드(54)는 복수의 타이 로드 보어 각각을 관통하여 연장된다.

Description

발전기 로터 조립체

본 발명은 발전기 로터 조립체에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 풍력 터빈용 발전기 로터 조립체에 관한 것이다.

풍력 터빈은 다수의 로터 블레이드가 있는 대형 로터를 사용하여 바람의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 일반적인 수평 축 풍력 터빈(HAWT)은 타워, 타워 상단의 나셀, 나셀에 장착된 로터 허브 및 로터 허브에 결합된 복수의 풍력 터빈 로터 블레이드를 포함한다. 바람의 방향에 따라 나셀을 회전시키는 요(yaw) 시스템과 블레이드를 회전시키는 피치(pitch) 시스템에 의해 나셀과 로터 블레이드를 최적의 방향으로 회전시킨다.

나셀에는 발전기, 기어박스, 구동 트레인 및 로터 브레이크 조립체와 같은 풍력 터빈의 많은 기능적 구성 요소와 로터의 기계적 에너지를 그리드에 공급하기 위한 전기 에너지로 변환하는 컨버터 장비가 포함된다. 상기 기어박스는 저속 메인 샤프트의 회전 속도를 높이고 기어박스 출력 샤프트를 구동한다. 상기 기어박스 출력 샤프트는 차례로 발전기를 구동하여 기어박스 출력 샤프트의 회전을 전기로 변환한다. 발전기에 의해 생성된 전기는 적절한 소비부, 예를 들어 전기 그리드 분배 시스템에 공급되기 전에 필요에 따라 변환될 수 있다. 기어박스를 사용하지 않는 소위 "직접 구동" 풍력 터빈도 알려져 있다. 직접 구동 풍력 터빈에서 발전기는 로터에 연결된 샤프트에 의해 직접 구동된다.

일반적으로 풍력 터빈의 발전기는 내부 로터 조립체를 둘러싸는 외부 스테이터 조립체로 구성된 IPM(내부 영구 자석) 전기 기계이다. IPM 내부 로터 조립체는 일반적으로 중앙 샤프트에서 지지되는 여러 개의 환형 영구 자석 패키지로 구성된다. 기어박스 출력 샤프트는 로터 조립체의 중앙 샤프트와 연결된다.

다른 전기 기계와 마찬가지로 영구 자석 패키지는 일반적으로 필요한 자기장을 생성하는 영구 자석을 수용하기 위해 정렬된 구멍이 있는 링 모양의 금속 레이어 스택으로 만들어진다. 대형 풍력 터빈의 발전기와 같은 대형 발전기의 경우 링을 원피스로 제조하기에는 너무 크기 때문에 영구 자석 패키지를 제조하는 데 어려움이 있다. 다수의 더 작은 세그먼트 시트로부터 금속 레이어를 조립하는 것으로 알려져 있으며, 모두 중앙 허브에 제공되어 링 모양의 레이어를 형성한다. 세그먼트된 레이어는 원피스의 레이어 금속으로 만들어진 레이어와 동일한 강도와 구조적 일체성을 갖지 않을 수 있지만, 상기 중앙 허브는 로터가 작업 중 로터에 작용하는 모든 원심력 및 기타 힘을 견딜 수 있도록 충분한 구조적 지지체를 제공한다.

풍력 터빈 발전기 설계에 대한 또 다른 기술적 고려 사항은 발전기가 사용 중 가열됨에 따라 효율성이 떨어진다는 것이다. 이는 기어박스와 같은 풍력 터빈의 다른 주요 구성 요소에도 적용된다. 따라서, 풍력 터빈의 성능과 수명은 발전기의 효율적인 냉각에 달려 있다.

공랭식 냉각은 발전기를 냉각하는 비용 효율적인 방법이다. 그러나 발전기 하우징의 제한된 공간 내의 메가와트 규모의 발전기는 현재의 공냉식 방식으로 발전기를 효과적으로 냉각하기에는 너무 많은 열을 생성한다. 발전기의 효율적인 냉각이 이루어지지 않으면 로터 조립체와 같은 발전기 구성요소 내부 및 주변에 온도 상승이 발생한다.

본 발명의 목적은 위에서 언급한 하나 이상의 문제에 대한 해결책을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 실시예에 따르면, 이러한 목적은 풍력 터빈용 발전기 로터 조립체를 제공함으로써 달성되며, 여기서 발전기 로터 조립체는 중앙 중공 부분을 정의하고 회전 축을 중심으로 회전하도록 배열된 원통형 링 구조를 포함한다. 상기 원통형 링 구조는 회전축을 중심으로 동축으로 배열된 복수의 영구 자석 패키지를 포함하고, 상기 영구 자석 패키지는 동축으로 적층된 복수의 링형 세그먼트 레이어, 복수의 타이 로드 구멍 및 복수의 타이 로드(tie rod)를 포함한다. 동축으로 적층된 링형 세그먼트 레이어는 링형 레이어를 형성하기 위해 회전축을 중심으로 배열된 복수의 연속 세그먼트 시트를 포함하며, 적층된 레이어는 레이어 중 하나에서 2개의 연속 세그먼트 시트 사이의 세그먼트 브레이크가 인접한 레이어의 2개의 연속 시트 사이의 세그먼트 브레이크에 대하여 각을 이루어 오프셋 되도록 엇갈리게 배치된다. 상기 타이 로드 구멍은 영구 자석 패키지의 레이어를 통해 축방향으로 연장되며, 인접한 영구 자석 패키지의 복수의 타이 로드 구멍은 복수의 타이 로드 보어가 정의되도록 크기 및 위치가 상보적이다. 상기 타이 로드는 복수의 타이 로드 보어 중 각각의 것을 통해 연장된다.

링 모양의 세그먼트 레이어의 엇갈린(staggered) 구성은 영구 자석 패키지의 적층된 레이어 사이의 마찰을 증가시킨다. 이에 더하여, 축방향 타이-볼트 예압은 개별 영구 자석 패키지와 원통형 링 구조 전체의 강도 및 구조적 일체성을 보강한다. 이러한 장점으로 인해 솔리드 링과 유사한 강도를 갖고 일반적인 풍력 터빈 발전기에서 가해지는 원심력(및 기타 힘)을 견딜 수 있는 대형 영구 자석 패키지를 제조할 수 있다. 결과적으로, 이것은 영구 자석 패키지를 중앙 허브에 조립할 필요 없이 대형 발전기 로터 조립 구조를 형성할 수 있게 한다.

로터 조립체에 중앙 허브가 없으면 비용과 무게 감소, 냉각 공기 흐름 개선과 같은 여러 가지 중요한 이점이 있다. 발전기 중앙에 제공되는 냉각 공기는 축 방향 및 반경 방향으로 자유롭게 흐를 수 있으며 로터와 바로 근처에 있는 발전기 부품을 효과적으로 냉각할 수 있다. 본 발명에 따른 로터 구조의 또 다른 중요한 이점은 로터 조립체의 모듈식 특성이다. 상기 로터 조립체의 기술적 사양은 예를 들어 적절한 수의 영구 자석 패키지와 패키지당 레이어 수를 선택하여 필요한 성능에 쉽게 맞출 수 있다.

바람직한 실시예에서, 상기 발전기 로터 조립체는 냉각 기류가 발전기 로터 조립체의 외부로부터 중앙 중공 부분으로 유동하는 것을 허용하기 위해 그 단부 표면 중 적어도 하나가 적어도 부분적으로 개방되어 있다. 냉각 채널은 냉각 기류가 중앙 중공 부분으로부터 냉각 채널을 통해 발전기 로터 조립체의 외부를 향해 흐를 수 있도록 하기 위해 복수의 영구 자석 패키지 중 적어도 일부 사이에 제공될 수 있다.

바람직하게는, 발전기 로터 조립체는 타이 로드 상에 그리고 인접한 영구 자석 패키지 사이에 배열된 복수의 스페이서를 추가로 포함한다. 이러한 스페이서는 냉각 기류가 스테이터 및 발전기의 외부 하우징에 더 가까운 부품에 도달할 수 있는 후속 영구 자석 패키지 사이에 에어 갭을 제공한다.

바람직한 실시예에서, 모든 세그먼트 시트는 타이 로드 분리 각도에 걸쳐 이격된 다수의 타이 로드 구멍을 포함하고, 2개의 인접한 레이어 사이의 각도 오프셋은 타이 로드 분리 각도의 배수이다. 상기 타이 로드가 모든 영구 자석 패키지를 통해 연장될 수 있도록 하려면 인접한 레이어의 타이 로드 구멍을 정렬하는 것이 중요하며, 레이어가 엇갈리고 레이어 사이에 각도 오프셋이 도입된 경우에도 마찬가지이다. 모든 세그먼트 시트에 여러 개의 타이 로드 구멍이 있는 경우, 필요한 타이 로드 보어를 형성할 수 있는 더 많은 수의 다른 각도 오프셋을 허용한다.

일 실시예에서, 상기 영구 자석 패키지에서 임의의 2개의 인접한 레이어 사이의 각도 오프셋은 적어도 2개의 타이 로드 분리 각도이다. 인접 레이어의 세그먼트 브레이크 사이의 거리가 멀수록, 각 세그먼트 시트의 겹침이 커지고 두 레이어 간의 마찰이 커지게 된다. 증가된 마찰은 전체 자석 패키지의 강도와 구조적 일체성을 향상시킨다.

특별한 실시예에서, 영구 자석 패키지의 모든 레이어에 대하여, 인접한 레이어와의 각도 오프셋은 후속 레이어와의 각도 오프셋보다 더 크다. 결과적인 지그재그 배열은 영구 자석 패키지의 강도와 구조적 일체성을 더욱 강화한다.

이러한 측면을 더욱 개선하기 위해, 서로에 대해 각도 오프셋되지 않은 영구 자석 패키지의 모든 두 레이어 사이의 레이어의 수는 세그먼트 시트당 타이 로드 홀의 총 수에서 1을 뺀 것과 같을 수 있다. 그러한 실시예에서, 모든 이용 가능한 상이한 각도 오프셋이 사용되고 있다.

예를 들어, 접착제 또는 백랙(backlack)과 같은 접착 바니시를 사용하여 복수의 레이어를 함께 접합함으로써 훨씬 더 견고하고 강한 영구 자석 패키지를 얻을 수 있다.

원통형 링 구조는 원통형 링 구조의 단부 패키지 중 하나에 견고하게 부착된 로터 연결 부분을 포함하는 링형 플랜지를 추가로 포함할 수 있다. 상기 플랜지는 구동 샤프트에 직접 또는 간접적으로 연결되도록 구성된 구동 샤프트 연결 부분을 더 포함한다. 상기 플랜지는 로터 중심을 통해 영구 자석 패키지 및 스테이터로 외부로 냉각 공기의 흐름을 방해하지 않고서도 허브 없는 로터를 예를 들어 기어박스의 출력 샤프트에 연결할 수 있다.

링형 플랜지는 로터의 비-구동 단부에서 단부 패키지에 견고하게 부착될 수 있다. 상기 플랜지는 타이 로드를 통해 단부 패키지에 연결될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 또는 하기에 설명되는 바와 같은 발전기 로터 조립체를 갖는 발전기를 포함하는 풍력 터빈이 제공된다.

이제 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이며:
도 1은 일반적인 풍력 터빈을 나타내는 정면도 개략도이다.
도 2는 전형적인 풍력 터빈의 나셀 내에 수용된 주요 기능 구성요소의 개략도 및 사시도이다.
도 3은 기어박스에 결합된 도 2의 나셀 발전기의 등각투영도이다.
도 4는 도 3의 발전기의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 커넥터와 인터페이스된 발전기 로터의 비구동 단부의 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 발전기 로터 조립체의 구동 단부의 사시도이다.
도 7은 도 5 및 도 6에 도시된 발전기 로터 조립체의 일부를 형성하는 링형 레이어의 정면도이다.
도 8a는 도 7에 도시된 링형 레이어의 세그먼트 시트의 정면도이다.
도 8b는 도 8a에 도시된 세그먼트 시트의 일부의 정면도이다.
도 9는 도 5 및 도 6에 도시된 발전기 로터 조립체의 영구 자석 링을 형성하기 위해 적층된 다중 링형 레이어의 개략적인 측면도이다.
도 10은 도 5 및 6에 도시된 발전기 로터 조립체의 부분 절개도이다.
도 11은 도 5, 6 및 10에 도시된 발전기 로터 조립체의 측단면도이다.
도 12는 커넥터가 제거된 도 5의 발전기 로터 조립체의 비구동 단부의 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기 하우징, 발전기 로터 조립체, 및 발전기 스테이터 조립체의 분해도이다.

아래에서 청구범위에 정의된 본 발명의 개념의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특징이 상세하게 논의될 본 발명의 특정 실시예가 설명될 것이다. 그러나, 당해 기술분야의 통상의 기술자에는 본 발명이 특정 세부사항 없이 실시될 수 있고 일부 경우에 있어서 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 잘 알려진 방법, 기술 및 구조가 상세히 설명되지 않았다는 것이 명백할 것이다. .

적절한 의미에서 본 발명의 실시예를 배치하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 발전기 로터 조립체가 구현될 수 있는 전형적인 수평 축 풍력 터빈(HAWT)을 예시하는 도 1을 먼저 참조할 것이다. 이 특정 도면은 육상 풍력 터빈을 도시하지만, 해상 풍력 터빈에서도 동등한 기능을 찾을 수 있다. 또한, 풍력 터빈이 "수평 축"으로 언급되지만, 실제적인 목적을 위해, 강한 바람의 경우, 축이 일반적으로 약간 기울어져 회전 날개와 풍력 터빈 타워 사이의 접촉을 방지한다는 것을 당해 기술분야의 통상의 기술자는 이해할 수 있을 것이다.

풍력 터빈(1)은 타워(2), 요(yaw) 시스템에 의해 타워(2)의 상부에 회전 가능하게 결합된 나셀(4), 상기 나셀(4)에 장착된 로터 허브(8) 및 로터 허브(8)에 연결된 복수의 풍력 터빈 로터 블레이드(10)를 포함한다. 상기 나셀(4) 및 상기 로터 블레이드(10)는 요 시스템에 의해 회전되고 바람 방향으로 지향된다.

상기 나셀(4)에는 발전기, 기어박스, 구동 트레인 및 로터 브레이크 조립체를 비롯한 풍력 터빈의 많은 기능적 구성요소와 풍력의 기계적 에너지를 그리드에 공급하기 위한 전기 에너지로 변환하기 위한 변환기 장비가 수용되어 있다. 도 2를 참조하면, 상기 나셀(4)은 샤프트 하우징(20), 기어박스(22) 및 발전기(24)를 포함할 수 있다. 상기 메인 샤프트(26)는 샤프트 하우징(20)을 통해 연장되고 베어링(미도시)에서 지지된다. 상기 메인 샤프트(26)는 로터(8)에 연결되어 로터(8)에 의해 구동되며 기어박스(22)에 입력 구동력을 제공한다. 상기 기어박스(22)는 내부 기어(미도시)를 통해 저속 메인 샤프트의 회전 속도를 높이고 기어박스 출력 샤프트를 구동한다. 상기 기어박스 출력 샤프트는 차례로 기어박스 출력 샤프트의 회전을 전기로 변환하는 발전기(24)를 구동한다. 상기 발전기(24)에 의해 생성된 전기는 적절한 소비부, 예를 들어 전기 그리드 분배 시스템에 공급되기 전에 필요에 따라 다른 구성요소(미도시)에 의해 변환될 수 있다. 기어박스를 사용하지 않는 소위 "직접 구동" 풍력 터빈도 알려져 있다. 따라서 기어박스는 선택 사항인 것으로 고려될 수 있다.

상기 기어박스(22)와 발전기(24)는 통합된 유닛으로 함께 결합될 수 있다. 도 3은 발전기(24)를 보다 상세하게 도시한다. 도 3에서, 상기 기어박스(22)의 마지막 스테이지의 하우징도 발전기(24)의 하우징에 결합된 상태로 도시되어 있다.

먼저 기어박스(22)를 참조하면, 기어박스 하우징은 일반적으로 형태가 원통형이고 그 주 회전축이 도면의 방향에서 수평이 되도록 방향이 지정된다. 상기 기어박스 하우징의 원통형 구성은 유성 기어박스(epicyclic gearbox)인 예시된 실시예에서 사용되는 특정 유형의 기어박스로 인한 것이다. 당해 기술분야의 통상의 기술자가 알고 있는 바와 같이, 유성 기어박스는 중심의 선 기어(sun gear) 주위에 배열되고 집합적으로 둘러싸는 링 기어 내에 배열되는 일련의 유성 기어를 포함한다. 링 기어, 유성 기어 및 선 기어 사이의 톱니 수의 비율은 기어박스의 기어비를 결정한다. 명확성을 위해, 상기 기어박스가 본 발명의 주요 주제가 아니기 때문에 기어박스의 세부 사항은 여기에서 더 상세하게 설명되지 않을 것이다. 현재 유성 기어박스가 풍력 터빈 나셀의 한계에 맞는 적절한 솔루션을 제공하는 것으로 예상되지만 다른 기어박스 구성도 사용될 수 있다고 말하는 것도 충분하다.

상기 기어박스(22)의 출력 샤프트는 발전기(24)의 로터(32)와 인터페이스한다. 이와 같이 기어박스 출력 샤프트의 장축(major axis)은 발전기(24)의 회전축을 정의한다. 도 4에서는 발전기(24)에 대한 단면도가 제공된다. 도시된 실시예의 발전기(24)는 로터(32)를 둘러싸는 외부 스테이터를 갖는 IPM(내부 영구 자석) 전기 기계이다. 스테이터는 스테이터 권선(38), 스테이터 코어(40), 및 스테이터 권선(38) 및 스테이터 코어(40)를 둘러싸고 지지하는 스테이터 프레임을 포함한다. 그러나, 본 발명은 특정 유형의 스테이터로 제한되지 않는다는 점에 유의해야 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 발전기(24)의 로터(32)의 일부를 형성하는 발전기 로터 조립체(42)가 제공된다. 이러한 발전기 로터 조립체(42)는 도 6 내지 도 11을 참조하여 아래에서 설명된다. 상기 발전기 로터 조립체(42)는 비-구동 단부를 가지며, 이에 의해 비-구동 단부는 풍력 터빈이 사용 중일 때 풍력 터빈 구동라인으로부터 멀어지고, 터빈이 사용 중일 때는 구동라인을 향하는 구동 단부를 갖는다. 발전기 로터 조립체(42)의 비-구동 단부 도면은 도 5에서 볼 수 있고, 발전기 로터 조립체(42)의 구동 단부 도면은 도 6에서 볼 수 있다.

상기 발전기 로터 조립체(42)는 중앙 중공 부분을 정의하고 회전축을 중심으로 회전하도록 배열된 원통형 링 구조(46)로 구성된다. 원통형 링 구조(46)는 복수의 영구 자석 패키지(48)를 포함한다. 본 실시예에서, 영구자석 패키지(48)는 모두 동일한 둘레 및 두께를 갖는다. 일부 실시예에서, 영구 자석 패키지(48)의 두께는 서로에 대해 변할 수 있다. 예를 들어, 상기 로터는 2개의 상이한 두께의 영구 자석 패키지(48)를 포함할 수 있으며, 여기서 상이한 두께의 영구 자석 패키지(48)는 교대로 배열된다. 상기 영구 자석 패키지(48)는 조립될 때 영구자석 패키지(48)의 배열이 중앙 중공 부분을 갖는 원통형 구조를 정의하도록 회전축을 중심으로 동축으로 배열된다. 상기 영구 자석 패키지(48)는 각 쌍의 영구 자석 패키지(48) 사이에 갭이 형성되도록 동일한 거리만큼 이격된다. 이러한 갭은 발전기 중앙에 제공되는 공기가 로터 구조를 통해 흐르도록 하고 로터 조립체(42)의 반경방향 외부에 위치하는 부품을 포함하여 발전기의 다른 부품뿐만 아니라 발전기 로터 조립체를 냉각시킨다. 이러한 공기 흐름은 로터 조립체(42)에 대한 구조 및 지지체를 제공하기 위해 중앙 허브가 필요하지는 않다는 사실에 의해 더욱 향상된다.

원통형 링 구조(46)는 2개의 단부 패키지와 그 사이에 제공된 복수의 영구 자석 패키지(48)에 의해 정의된다. 2개의 단부 패키지는 제1 단부 패키지(50) 및 원통형 링 구조(46)의 대향 단부에 배열된 제2 단부 패키지를 포함한다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 단부 패키지(50)는 원통형 링 구조(46)의 비-구동 단부에 위치되고, 상기 제2 단부 패키지는 원통형 링 구조(46)의 구동 단부에 위치된다.

상기 단부 패키지(50)는 원통형 링 구조(46)의 단부에 제공되는 것을 제외하고는 원통형 링 구조(46)의 임의의 다른 영구 자석 패키지(48)와 마찬가지로 보통 일반적인 영구 자석 패키지라는 점에 유의해야 힌다. 선택적으로, 상기 단부 패키지 중 하나 또는 둘 모두는 다른 영구 자석 패키지(48)보다 더 큰 두께를 가질 수 있다. 단부 패키지(50)는 원통형 링 구조(46)를 발전기의 다른 부분에 연결하거나 원통형 링 구조(46)의 외부 표면을 덮는 코팅을 허용하기 위한 추가 특징부를 더 포함할 수 있다. 상기 단부 링(52)은 단부 패키지(50) 중 하나 또는 둘 모두에 연결될 수 있고, 단부 링(52)은 임의의 영구 자석 자체를 포함하지 않을 수 있다.

상기 영구 자석 패키지(48)는 영구 자석 패키지(48)를 통해 축방향으로 연장되는 복수의 타이 로드 구멍을 포함한다. 상기 구멍은 각각의 영구 자석 패키지(48)의 본체 주위에 위치된다. 상기 구멍은 바람직하게는 동일한 거리, 즉 각도로 이격된다. 인접한 영구 자석 패키지(48)의 구멍은 크기 및 위치가 상보적이어서 복수의 타이 로드 보어가 정의된다. 타이 로드 보어는 회전축 주위에 동심원으로 배열된다. 상기 타이 로드 보어는 원통형 링 구조체(46)의 패키지(48)를 통해 제1 단부 패키지(50)에서 제2 단부 패키지로 연장되며, 가능하게는 원통형 링 구조체(46)에 직접 연결된 임의의 추가 단부 링(52) 또는 다른 구조적 요소를 통해 연장된다.

복수의 타이 로드(54)는 복수의 타이 로드 보어의 각각을 통해 연장된다. 상기 타이 로드(54) 상에 그리고 인접한 영구 자석 패키지(48) 사이에 복수의 스페이서 또는 와셔(56)가 배치된다. 결과적으로, 상기 타이 로드 보어는 타이 로드 구멍 및 와셔(56)의 내부 표면의 반복 패턴에 의해 정의된다. 다른 실시예에서, 상기 와셔(56)가 전혀 사용되지 않을 수 있고, 이에 의해 복수의 로드(54)에 의해 지지되는 단일 영구 자석 패키지 로터를 제공할 수도 있다.

상기 영구 자석 패키지(48)는 그 실시예가 도 7 내지 도 9에 도시되어 있으며, 동축으로 적층된 복수의 링 형상 세그먼트 레이어(80)를 포함하며, 각각은 링 형상 레이어(80)를 형성하기 위해 회전 축을 중심으로 배열된 복수의 연속 세그먼트 시트(82)를 포함한다. 상기 타이 로드 구멍(86)은 상기 영구 자석 패키지(48)의 레이어을 통해 축방향으로 연장되며, 인접한 영구 자석 패키지(48)의 복수의 타이 로드 구멍(86)은 복수의 타이 로드 보어가 정의되도록 크기 및 위치가 상보적이며, 타이 로드(54)는 복수의 타이 로드 보어 중 각각의 것을 통해 연장된다.

완전한 링형 레이어(80)의 정면도가 도 7에 도시되어 있다. 세그먼트 시트(82)의 확대도가 도 8a 및 도 8b에 도시되어 있다. 링형 레이어(80)는 회전축 주위에 동심원으로 배열된 복수의 세그먼트 시트(82)를 포함한다. 이 실시예에서, 상기 링형 레이어(80)는 6개의 세그먼트 시트(82)로 구성되지만, 다른 실시예에서는 다른 개수의 세그먼트 시트(82)가 사용될 수 있다. 결과적으로, 발전기 로터 조립체의 영구 자석 패키지(48)는 적층된 레이어(80)으로 형성되며, 이에 의해 각 레이어(80)은 세그먼트 브레이크를 갖는 링형 레이어(80)을 형성하기 위해 세그먼트 에지에서 함께 결합된 복수의 세그먼트 시트(82)로 형성된다. 바람직하게는, 모든 세그먼트 시트(82)는 동일하고, 전체 수의 세그먼트 시트(82)가 완전한 링형 레이어(80)의 360도를 구성하도록 치수가 정해진다.

도 8a에 도시된 바와 같이, 세그먼트 시트(82)는 외주(90), 내주(92) 및 꼭지각(94)에 의해 정의된 호이다(도 7 참조). 꼭지각(94)은 사용되는 모든 세그먼트 시트(82)가 동일할 수 있도록 360도를 레이어(80)당 세그먼트 시트(82)의 수로 나눈 값과 같게 하는 것이 바람직하다. 상기 세그먼트 시트(82)는 세그먼트 시트(82)의 대향 단부에 배열되고 외주(90)를 내주(92)에 연결하는 2개의 세그먼트 에지를 포함한다. 2개의 세그먼트 에지는 인접한 세그먼트 시트(82)의 에지와 인접한다.

도 7에 도시된 세그먼트 시트(82)는 6개의 자석 쌍(84) 및 동일한 수의 타이 로드 구멍(86)을 포함한다. 또한, 6개의 인접한 세그먼트 시트(82)는 6개의 세그먼트 브레이크, 36개의 자극 및 36개의 타이 로드 구멍(86)을 갖는 링형 레이어(80)을 형성한다. 여기서, 상기 자극은 자석 구멍(88)에 제공되는 한 쌍의 영구자석에 의해 형성된다. 이 예에서, 각 세그먼트 시트(82)는 6개의 타이 로드 홀(86)을 갖고 6개의 자기 N극과 6개의 자기 S극을 제공한다. 선택적인 실시예에서, 세그먼트 시트(82)당 타이 로드 구멍(86)의 수는 자석 쌍의 개수와 다를 수 있으며, 이는 세그먼트 시트(82)당 타이 로드 구멍(86) 및/또는 자석 구멍(88)의 개수를 다르게 한다. 또한 자극을 제공하는 데 사용되는 영구 자석의 수도 가변적이다. 바람직하게는, 자석 구멍(88)의 수는 타이 로드 구멍(86)의 수의 배수이다.

여기에 도시된 실시예에서, 세그먼트 시트(82)의 타이 로드 구멍(86)의 위치는 부분적인 타이 로드 구멍(86)이 세그먼트 에지에 배열되도록 되어 있다. 완전한 링형 레이어(80)로 조립될 때, 세그먼트 브레이크의 각 측면에 있는 부분적인 타이 로드 구멍(86)은 함께 완전한 타이 로드 구멍(86)을 형성한다. 대안적인 배열은 완전한 타이 로드 구멍(86)만을 갖는 세그먼트 시트(82)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 세그먼트 브레이크는 자석 쌍의 2개의 자석 구멍(88) 사이 또는 심지어 자석 구멍(88) 중 하나의 중간에 제공될 수 있다.

세그먼트 시트(82)로 형성된 링형 레이어(80)은 도 9에 도시된 바와 같이 영구 자석 패키지(48)를 형성하도록 동축으로 적층된다. 상기 레이어(80)는 인접한 레이어(80A-80F)의 세그먼트 시트(82)가 서로에 대해 각도 오프셋되도록 적층된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 이는 영구 자석 패키지(48)의 레이어(80)가 엇갈리게(staggered) 배치되게 한다.

영구 자석 패키지(48)를 통한 타이 로드 보어의 형성을 허용하기 위해, 2개의 인접한 레이어(80)의 각도 오프셋은 타이 로드 분리 각도, 즉 2개의 인접한 타이 로드 구멍(86) 사이의 각도 거리와 같거나 그 배수일 필요가 있다. 대칭 설정에서 상기 타이 로드 분리 각도는 360도를 원통형 링 구조(46)에 사용된 타이 로드의 총량으로 나눈 값, 즉 세그먼트 시트 정점 각도(94)를 세그먼트 시트당 타이 로드 구멍(86)의 수로 나눈 값과 같다. 이 예에서, 6개의 타이 로드 구멍(86)을 포함하는 모든 세그먼트 시트(82)에서, 제1 레이어(80A)에 대해 5개의 상이한 각도 오프셋이 가능하다(즉, 레이어(80A-80F)당 6개의 상이한 가능한 배향).

도 9에 도시된 바람직한 실시예에 따르면, 영구 자석 패키지(48)에서 임의의 2개의 인접한 레이어(80A-80F)의 각도 오프셋은 타이 로드 분리 각도의 적어도 2배이다. 타이 로드 분리 각도에만 해당하는 오프셋과 비교하여, 이러한 배열은 인접한 레이어(80) 사이의 추가 마찰 및 자석 패키지(48) 전체에 대한 개선된 강도 및 구조적 일체성을 제공한다. 좌측으로부터 시작하여, 제1 레이어(80A)에 대한 제2 레이어(80B)의 각도 오프셋은 2개의 타이 로드 분리 각도이다. 상기 제1 레이어(80A)에 대한 제3 레이어(80C)의 각도 오프셋은 5개의 타이 로드 분리 각도이다. 제1 레이어(80A)에 대한 제4 레이어(80D)의 각도 오프셋은 3개의 타이 로드 분리 각도이다. 제1 레이어(80A)에 대한 제5 레이어(80E)의 각도 오프셋은 하나의 타이 로드 분리 각도이다. 제1 레이어(80A)에 대한 제6 레이어(80F)의 각도 오프셋은 4개의 타이 로드 분리 각도이다. 이것은 여전히 6개의 이용 가능한 배향을 모두 사용하면서 2, 3, 2, 2 및 3개의 타이 로드 분리 각도의 6개의 연속적인 레이어(80A-80F) 사이의 레이어간 오프셋으로 변환된다. 6개의 레이어(80A-80F) 후에, 패키지(48)가 완성될 때까지 동일한 패턴이 반복될 수 있다. 결과적으로, 동일한 배향을 갖는 2개의 레이어 사이에 항상 5개의 레이어(80)이 있을 것이고, 이에 의해 전체적으로 자석 패키지(48)에 대한 강도 및 구조적 일체성을 다시 증가시킨다. 보다 일반적으로, 서로에 대해 각도 오프셋되지 않은 영구 자석 패키지(48)의 매 2개의 레이어 사이의 레이어의 수는 세그먼트 시트(82)당 타이 로드 구멍(86)의 총 수에서 1을 뺀 것과 같다.

레이어(80A-80F) 사이의 추가 마찰 및 전체 영구 자석 패키지(48)의 개선된 강도 및 구조적 일체성을 위해, 한 방향으로의 모든 오프셋 다음에 다른 방향으로의 오프셋이 뒤따른다. 다시 말해서, 영구 자석 패키지(48)의 모든 레이어(80A-80F)에 대해, 인접한 레이어(80A-80F)와의 각도 오프셋은 후속 레이어(80A-80F)와의 각도 오프셋보다 더 크다. 6개의 연속적인 레이어(80A-80F) 사이에 이미 나열된 레이어간 오프셋(타이 로드 분리 각도로 측정)에 방향을 추가하면 {+2, +3, -2, -2, +3, +2}이고, +3 및 -3은 레이어(80)당 6개의 타이 로드 구멍(86)이 있는 대칭 설정에서 동일한 오프셋으로 이어지게 된다. 이러한 지그재그 배열은 모든 오프셋이 동일한 방향일 때보다 영구 자석 패키지(48)의 다른 레이어(80) 사이에 훨씬 더 강한 마찰 결합을 제공한다.

본 실시예에서, 이용 가능한 각도 방향의 수(6, 타이 로드 홀(86)의 수와 동일)는 영구 자석 패키지의 레이어 수(12)보다 적다. 결과적으로, 인접한 레이어(80) 사이의 각도 오프셋은 제6 레이어까지 상이할 수 있다. 제7레이어부터, 영구자석 패키지(48)의 나머지 레이어(80)에 대해 회전 패턴이 반복된다. 영구 자석 패키지(48)는 임의의 수의 레이어(80)을 포함할 수 있고, 그 수는 반드시 세그먼트 시트(82)당 타이 로드 구멍(86)의 수의 배수일 필요는 없다. 대안적으로, 더 얇은 영구 자석 패키지(48)에서, 더 두꺼운 레이어(80)을 사용할 때 또는 세그먼트 시트당 더 많은 타이 로드 홀(86)을 갖는 더 큰 세그먼트 시트(82)를 사용할 때, 가능한 배향의 총 수는 영구자석 패키지(48)에서 레이어(80)의 수와 같을 수 있다(또는 그보다 더 작을 수 있다). 이 경우, 상기 영구 자석 패키지(48)의 모든 레이어(80)는 서로에 대해 각도 오프셋될 수 있다.

엇갈림 배열에 의해 야기되고 특별한 엇갈림 패턴에 의해 더욱 증가된 링형 레이어(80) 사이의 증가된 마찰력은 동일한 치수의 단일 솔리드 링과 유사한 강도 및 구조적 일체성을 갖는 레이어(80)의 스택을 초래한다. 구조적 일체성을 추가로 개선하기 위해, 적층된 고리형 레이어(80)는 접착제 또는 백랙(backlack)과 같은 접합 바니시에 의해 서로 접합될 수 있다.

이러한 엇갈린 구성은 중실 링과 유사한 강도를 갖고 전형적인 풍력 터빈 발전기에서 가해지는 원심력(및 기타 힘)을 견딜 수 있는 대형 영구 자석 패키지(48)의 제조를 가능하게 한다. 따라서, 대형 발전기 로터 조립체 구조를 가능하게 하여, 상기 영구자석 패키지(48)를 중앙 허브에 조립할 필요 없이 제조되는 중실 링(solid ring)으로 발전기 로터 조립체를 제조하는 것이 가능하지 않다. 로터 조립체에 중앙 허브가 없으면 비용과 무게 감소, 냉각 공기 흐름 개선과 같은 여러 가지 중요한 이점이 있다. 중앙 허브가 없다는 것은 발전기에 중앙으로 제공되는 공기가 축 방향 및 반경 방향으로 자유롭게 흐르고 발전기 로터 조립체(42) 및 그 직접 부근에 위치한 발전기의 다른 부분을 냉각할 수 있다는 것을 의미한다. 분할된 링형 레이어(80)의 엇갈린 배열을 조합하여, 상기 타이 로드(54) 및 와셔(56)는 레이어들이 서로에 대해 미끄러지는 것을 추가로 방지하는 전단 핀으로서 작용할 수 있다.

상기 로드(54) 및 영구 자석 패키지(48)는 바람직하게는 와셔(56)와 함께 로터의 주요 구조부를 제공한다. 허브가 없는 로터가 구동 샤프트, 예를 들어 기어박스의 출력 샤프트에 연결될 수 있도록 하기 위해, 원통형 링 구조(46)는 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 링 모양의 플랜지(57)를 포함하며, 이는 비-구동 단부에 있는 제1 단부 패키지(50)에 견고하게 부착된다. 일부 실시예에서, 링형 플랜지는 구동 단부에 있는 제2 단부 패키지에 단단히 부착될 수 있다. 단부 패키지와 링형 플랜지(57) 사이에는 단부 링(52)이 제공될 수 있다.

상기 링형 플랜지(57)는 제1 단부 패키지(50)에 단단히 부착된 로터 연결 부분(58)과, 구동 샤프트로도 알려진 기어박스 출력 샤프트에 간접적으로 연결되도록 구성된 구동 샤프트 연결 부분(60)을 포함한다. 발전기 로터 조립체(42)는 추가 부품, 예를 들어 브레이크 디스크를 위한 커넥터(44)(도 5 참조)와 인터페이스된다.

상기 링형 플랜지(57)의 로터 연결 부분(58)은 영구 자석 패키지(48)를 함께 유지하여 원통형 링 구조(46)를 형성하는 타이 로드(54)를 사용하여 제1 단부 패키지(50)에 부착된다. 상기 링형 플랜지(57)의 로터 연결부(58)의 둘레는 제1 단부 패키지(50)의 둘레와 실질적으로 동일하다. 상기 로터 연결 부분(58)은 로터 연결 부분(58)을 통해 축방향으로 연장되는 복수의 구멍을 포함한다. 상기 로터 연결 부분(58)의 복수의 구멍은 복수의 타이 로드(54)를 수용하고 링형 플랜지(57)를 제1 단부 패키지(50)에 부착하기 위해 배열된다. 상기 로터 연결 부분(58)은 제1 단부 패키지(50)에 평행하게 부착되고 제1 단부 패키지(50)와 직접 접촉한다. 이것은 각각 도 10 및 11에 도시된 발전기 로터 조립체의 부품 절개도 및 측단면도에서 특히 명확하게 볼 수 있다.

도 10 및 도 11에서 명확하게 볼 수 있는 링형 플랜지(57)의 구동 샤프트 연결 부분(60)은 로터 연결 부분(58)에 평행한 평면에서 연장된다. 상기 구동 샤프트 연결부(60)의 원주는 로터 연결부(58)의 원주보다 작다. 상기 구동 샤프트 연결부(60)는 링형 요소를 포함한다. 또한, 구동 샤프트 연결부(60)는 원통형 링 구조(46)에 의해 정의된 중앙 중공부 내에 위치된다.

상기 링형 플랜지(57)는 방사상 외측 부분이 로터 연결 부분(58)을 형성하고 방사상 내측 부분이 구동 샤프트 연결 부분(60)을 형성하는 단일 링일 수 있다. 선택적으로, 상기 링형 플랜지(57)는 로터 연결 부분(58)을 구동 샤프트 연결 부분(60)에 연결하는 중간 부분(62)(도 10 참조)을 더 포함할 수 있다. 이러한 중간 부분(62)은 링형 플랜지(57)가 발전기 로터 조립체(42)의 중공부 내로 부분적으로 돌출하도록 2개의 연결 부분(58, 60)에 대해 각을 이룰 수 있다. 도 10의 실시예에서, 상기 중간 부분(62)과 로터 연결 부분(58) 사이의 공통 지점(꼭지점) 주위의 각도는 대략 135도이다. 상기 중간 부분(62)과 구동 샤프트 연결 부분(60) 사이의 공통점 주위의 각도는 대략 135도이다.

상기 중간 부분(62)은 로터 연결 부분(58)을 따라 미리 결정된 간격으로 그리고 회전 축을 중심으로 동심으로 배열된 복수의 브릿지 부분(64)을 포함하여, 브릿지 갭(66)이 인접한 브릿지 부분(64) 사이에 형성된다. 상기 브릿지 갭(66)은 링형 플랜지(57)를 통과하고 발전기의 내부 구조로 통과하는 냉각 기류를 허용한다.

상기 링형 플랜지(57)는 또한 구동 샤프트 연결부(60)에 결합된 구동 샤프트 연결 프레임(68)을 갖는다. 상기 구동 샤프트 연결 프레임(68)은 중앙 중공부 내부로 연장된다. 이러한 예에서, 상기 연결 프레임(68)은 링 형상 플랜지(57)의 중간 부분(62)에 대략 평행할 수 있는 외부 표면을 갖는 원뿔대 형상을 갖는다. 상기 외부 표면은 바람직하게는 냉각 기류가 발전기의 내부 구조를 통해 흐르고 이에 도달하도록 허용하기 위한 개구를 포함한다. 상기 구동 샤프트 연결 프레임(68)은 링형 플랜지(57)를 구동 샤프트에 연결하도록 구성된다. 상기 링형 플랜지(57)와 구동 샤프트 연결 프레임(68)은 발전기 로터 조립체(42)의 원통형 링 구조(46)를 구동 샤프트에 결합하기 위한 안정적이고 공간 절약적인 구조를 제공한다.

상기 구동 샤프트 연결 프레임(68)은 커넥터(44)가 제거된 도 5의 발전기 로터 조립체의 비-구동 단부 사시도인 도 12에서 더 명확하게 볼 수 있다. 상기 구동 샤프트 연결 프레임(68)은 프레임(68)의 베이스의 원형 외측 에지(72)가 구동 샤프트 연결 부분(60)의 원형 외측 에지(74)에 결합되는 일반적으로 원뿔대 형상을 갖는다. 상기 프레임(68)은 구동 샤프트 연결 부분(60)으로부터 원통형 링 구조(46)에 의해 정의된 중공부 내로 연장된다. 상기 프레임(68)은 발전기 로터 조립체(42)의 원통형 링 구조(46)와 함께 회전축을 중심으로 회전하도록 배열된 원형 채널(76)을 포함한다. 상기 원형 채널(76)은 기어박스 출력 샤프트를 수용하기 위한 것이다. 상기 프레임(68)은 프레임(68) 베이스의 원형 외부 에지(72)로부터 원형 채널(76)까지 연장되는 천공된 벽(78)을 포함한다. 천공된 상기 벽(78)을 천공하는 것은 발전기 로터 조립체를 통한 공기 유동을 용이하게 한다.

발전기 로터 조립체의 영구 자석 패키지(48)는 원통형 링 구조 내에 포함된 영구 자석 링의 수를 변경하기 위해 모듈식 구조로 연결될 수 있다. 따라서, 본 발명의 발전기 로터 조립체의 구조는 임의의 바람직한 수 및 유형의 영구 자석 패키지(48)의 로터가 사용될 수 있는 모듈식 접근을 가능하게 한다.

상기 발전기가 조립될 때, 상기 발전기 로터 조립체(42)는 외부 스테이터 조립체(36)에 의해 둘러싸여 있고, 이에 의해 외부 스테이터 조립체(36)는 스테이터 코어(40) 및 상기 스테이터 코어(40)를 둘러싸고 지지하는 스테이터 프레임을 포함한다. 상기 발전기 로터 조립체(42)와 발전기 스테이터 조립체(36) 모두는 발전기 하우징(70)에 의해 둘러싸여 있으며, 이는 도 13의 발전기 하우징(70), 발전기 로터 조립체(42), 및 발전기 스테이터 조립체(36)의 분해도에서 볼 수 있다.

상기 발전기 로터 조립체(42) 및 구동 샤프트에 대한 연결은 원통형 링 구조(46)에 의해 그리고 인접한 영구 자석 패키지(48) 사이에 정의된 중앙 중공 부분을 통한 냉각 기류를 허용한다.

첨부된 특허청구범위에 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 상술한 특정 예에 대해 많은 수정이 이루어질 수 있다. 일 실시예의 특징은 또한 그러한 실시예에 대한 추가로서 또는 그 대체물로서 다른 실시예에서 사용될 수 있다.

예를 들어, 원통형 링 구조(46)의 영구 자석 패키지(48) 중 일부는 원통형 링 구조(46) 내의 다른 것들과 다른 원주를 가질 수 있다. 원통형 링 구조(46)의 영구 자석 패키지(48) 중 일부는 원통형 링 구조(46) 내의 다른 것들과 상이한 두께를 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 발전기 로터 조립체의 원통형 링 구조(46)는 로터 조립체의 구동 단부에 있는 제2 단부 링에 단단히 부착되는 로터 연결 부분을 갖는 링형 플랜지를 포함할 수 있다. 상기 구동 샤프트 연결부는 구동 샤프트에 직접 연결되도록 구성될 수 있다.

상기 링형 플랜지는 전술한 실시예에서 그 목적을 위해 사용되는 타이 로드(54) 이외의 다른 수단에 의해 단부 패키지 중 어느 하나에 부착될 수 있다.

상기 구동 샤프트 연결 부분은 로터 연결 부분에 단순히 평행하기보다는 일치하는 평면으로 연장될 수 있다.

로터 연결부와 구동 샤프트 연결부 사이에 형성되는 중간부는 로터 연결 부분에 대해 90-180도, 바람직하게는 105-165도, 더욱 바람직하게는 120-150도의 각도로 될 수 있고, 구동 샤프트 연결 부분에 대해 유사한 각도로 될 수 있다. 두 각도가 동일하지만 방향이 다른 경우, 로터 연결 부분과 구동 샤프트 연결 부분은 평행한 평면에 있게 되며, 이는 기어박스 출력 샤프트를 로터 조립체에 연결하는 관점에서 실용적일 수 있다. 그러나 두 각도가 반드시 같을 필요는 없으며 원하는 경우 다를 수 있다.

상기 로터 연결 부분은 로터 연결 부분을 각각의 단부 링에 클램핑하는 복수의 클램프를 더 포함할 수 있다. 상기 로터 연결 부분은 단부 패키지 중 하나와 직접 접촉하지 않고 평행하게 부착될 수 있다. 예를 들어, 스페이서는 단부 패키지와 로터 연결 부분 사이에 배치될 수 있다.

42: 로터 조립체 46: 링 구조체
48: 영구 자석 패키지 80: 레이어
82: 세그먼트 시트

Claims

풍력 터빈용 발전기 로터 조립체(42)로서, 상기 발전기 로터 조립체(42)는 중앙 중공 부분을 정의하고 회전 축을 중심으로 회전하도록 배열된 원통형 링 구조(46)를 포함하되,
상기 원통형 링 구조(46)는, 상기 회전축 주위에 동축으로 배열된 복수의 영구 자석 패키지(48)를 포함하며,
상기 영구 자석 패키지(48)는,
링형 레이어를 형성하기 위해 회전 축을 중심으로 배열된 복수의 연속 세그먼트 시트(82)를 포함하는 복수의 동축으로 적층된 링형 세그먼트 레이어(80)로서, 적층된 상기 레이어(80)는 레이어들 중 하나의 레이어에서 2개의 연속 세그먼트 시트(82) 사이의 세그먼트 브레이크가 이접한 레이어의 2개의 연속 세그먼트 시트(82) 사이의 세그먼트 브레이크에 대하여 각도 오프셋되는, 복수의 동축으로 적층된 링형 세그먼트 레이어(80);
영구자석 패키지(48)의 레이어을 통해 축방향으로 연장되는 복수의 타이 로드 구멍(86)으로서, 복수의 타이 로드 보어가 정의되도록 인접한 영구 자석 패키지(48)의 복수의 타이 로드 구멍(86)은 크기 및 위치가 상보적인, 복수의 타이 로드 구멍(86); 및
복수의 타이 로드 보어 중 각각의 것을 관통하여 연장되는 복수의 타이 로드(54);를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제1항에 있어서,
모든 세그먼트 시트(82)는 타이 로드 분리 각도에 걸쳐 이격된 다수의 타이 로드 구멍(86)을 포함하고, 2개의 인접한 레이어 사이의 각도 오프셋은 타이로드 분리 각도의 배수인 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제1항 또는 제2항에 있어서,
영구 자석 패키지(48)의 임의의 2개의 인접한 레이어 사이의 각도 오프셋은 적어도 2개의 타이 로드 분리 각도인 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 영구 자석 패키지(48)의 모든 레이어에 대하여, 인접 레이어와의 각도 오프셋은 후속 레이어와의 각도 오프셋보다 큰 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
서로에 대해 각도 오프셋되지 않은 영구 자석 패키지(48)의 매(every) 2개의 레이어 사이의 레이어의 수는 세그먼트 시트당 타이 로드 구멍(86)의 총 수에서 1을 뺀 값과 동일한 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
세그먼트 시트 당 타이 로드 구멍(86)의 총 수는 상기 영구 자석 패키지(48)의 레이어 수 이하이고, 영구 자석 패키지(48)의 모든 레이어는 서로에 대해 각도 오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
각 세그먼트 시트는 내부 영구 자석을 수용하고 자극(magnetic pole)을 형성하기 위한 다수의 자석 구멍 쌍(88)을 추가로 포함하고, 다수의 자석 구멍 쌍(88)은 타이 로드 구멍(86)의 수와 같거나 그 배수인 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 레이어는 서로 접합되는 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
타이 로드(54) 상에 그리고 인접한 영구 자석 패키지(48) 사이에 배열된 복수의 스페이서(56)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 영구 자석 패키지(48)는 원통형 링 구조체(46)의 대향 단부에 배열된 2개의 단부 패키지(50)를 포함하고, 상기 원통형 링 구조체(46)는 단부 패키지(50) 중 하나에 견고하게 부착된 로터 연결 부분(58) 및 구동 샤프트에 직접 또는 간접 연결되도록 된 구동 샤프트 연결 부분(60)을 구비하는 링형 플랜지(57)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제10항에 있어서,
상기 단부 패키지(50)는 원통형 링 구조체(46)의 구동 단부 및 비-구동 단부에 위치되고, 상기 비-구동 단부는 사용시에 풍력 터빈 구동라인으로부터 멀어지는 방향을 향하며, 상기 링형 플랜지(57)는 비-구동 단부에서 단부 패키지(50)에 견고하게 부착되는 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 로터 연결 부분(58)은 로터 연결 부분(58)을 통해 축방향으로 연장되는 복수의 타이 로드 구멍을 포함하고, 상기 로터 연결 부분(58)의 복수의 타이 로드 구멍은 복수의 타이 로드(54)를 수용하고 여기에 링형 플랜지(57)를 부착하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터 연결 부분(58)은 상기 단부 패키지(50)에 평행하게 부착되고 상기 단부 패키지(50)와 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동 샤프트 연결 부분(60)은 로터 연결 부분(58)과 일치하거나 평행한 평면에서 연장되는 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동 샤프트 연결 부분(60)의 원주는 로터 연결 부분(58)의 원주보다 작은 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 링형 플랜지(57)는 로터 연결 부분(58)을 구동 샤프트 연결 부분(60)에 연결하는 중간 부분(62)을 추가로 포함하고, 상기 중간 부분(62)은 로터 연결 부분(58)에 대해 90 내지 180도, 바람직하게는 105 내지 165도, 더욱 바람직하게는 120 내지 150도의 각도이고, 상기 구동 샤프트 연결 부분(60)에 대해 90도 내지 180도, 바람직하게는 105도 내지 165도, 더욱 바람직하게는 120도 내지 150도의 각도에 있는 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제16항에 있어서,
상기 중간 부분(62)은 로터 연결 부분(58)을 따라 소정의 간격으로 그리고 회전 축을 중심으로 동심으로 배열된 복수의 브릿지 부분(64)을 포함하여, 브릿지 갭이 (66)은 인접한 브릿지 부분(64) 사이에 정의되는 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제10항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터 연결 부분(58)은 상기 로터 연결 부분(58)을 단부 패키지(50)에 클램핑하는 복수의 클램프를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제10항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 링형 플랜지(57)의 원주는 상기 단부 패키지(50)의 원주와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제10항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동 샤프트 연결 부분(60)은 링-형상 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제10항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 링형 플랜지(57)는 구동 샤프트 연결 부분(60)에 결합된 구동 샤프트 연결 프레임(68)을 추가로 포함하고, 상기 구동 샤프트 연결은 프레임(68)은 중앙 중공 부분으로 연장되고, 상기 구동 샤프트 연결 프레임(68)은 링형 플랜지(57)를 구동 샤프트에 연결하도록 된 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
냉각 기류가 발전기 로터 조립체(42)의 외부로부터 중앙 중공 부분으로 흐르도록 하기 위해 단부 표면 중 적어도 하나에서 적어도 부분적으로 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 영구 자석 패키지(48) 중 적어도 일부 사이에 제공되는 냉각 채널을 추가로 포함하여, 냉각 기류가 상기 중앙 중공 부분으로부터 상기 냉각 채널을 통하여 발전기 로터 조립체(42)의 외부로 흐를 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 세그먼트 시트(82)는 적어도 3개 또는 적어도 4개의 자석 쌍(84)과 같은 적어도 2개의 자석 쌍(84)을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 세그먼트 시트(82)는 10개 미만의 세그먼트 시트와 같은 20개 미만의 세그먼트 시트(82)가 완전한 링형 레이어(80)의 360도를 구성하도록 치수가 정해지는 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조립체는 중앙 허브로부터의 지지 없이 자체 지지되도록 되는 것을 특징으로 하는 발전기 로터 조립체(42).
제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 따른 발전기 로터 조립체(42)를 갖는 발전기를 포함하는 풍력 터빈(1).