KR102045490B1

KR102045490B1 - 풍력발전기의 회전축 지지구조

Info

Publication number: KR102045490B1
Application number: KR1020180119729A
Authority: KR
Inventors: 이지현
Original assignee: (주)삼원밀레니어
Priority date: 2018-10-08
Filing date: 2018-10-08
Publication date: 2019-11-15
Anticipated expiration: 2038-10-08

Abstract

풍력발전기의 회전축 지지구조가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 나셀의 외부 몸체를 형성하는 나셀프레임; 상기 나셀프레임의 전면 개방부를 차폐시키도록 상기 나셀프레임에 체결되는 나셀커버; 및 상기 나셀프레임을 하부에서 지지하는 서포터;를 포함하되, 상기 나셀프레임은, 상기 나셀프레임의 전단에서 후방으로 소정 간격 이격되어, 상기 나셀프레임의 내주면을 따라 돌출 형성된 서포팅리브를 포함하고, 상기 나셀커버는, 상기 나셀프레임의 전면 개방부를 차폐하되, 하단의 일부 구간에 단차부가 형성되는 커버부; 및 상기 커버부 후면으로부터 상기 나셀프레임 내부를 향해 후방으로 돌출 형성되되, 상기 커버부의 반경보다 소정 정도 작은 반경으로 형성되는 지지부;를 포함하고, 상기 단차부는, 반경이 상기 커버부의 다른 부위의 반경보다 소정 정도 작게 형성되어, 상기 서포터의 전단지지레그와의 사이에서 ?지삽입부를 형성하며, 상기 ?지삽입부에는, 상기 ?지삽입부의 높이에 대응되는 높이를 가지고 원호 형으로 연장 형성된 ?지가 삽입 체결되는, 풍력발전기의 회전축 지지구조가 제공될 수 있다.

Description

풍력발전기의 회전축 지지구조{ROTOR SUPPORT STRUCTURE FOR WIND POWER GENERATOR}

본 발명은 풍력발전기에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전기는 풍하중에 의해 블레이드가 회전되며, 블레이드의 회전력을 전력으로 변환시키도록 구성된 발전수단을 지칭한다.

도 1은 종래 풍력발전기의 지지구조를 보여주는 개략도이다.

도 1을 참조하면, 풍력발전기(10)는 풍하중이 인가되는 블레이드(11) 및, 블레이드(11)의 회전력에 의해 회전 구동되는 회전축(12)을 구비할 수 있다. 또한, 나셀(15) 내부에는 회전축(12)과 연동되어 회전하는 회전자(13) 및, 회전자(13)와 전기적 상호 작용을 일으키는 고정자(14)가 구비될 수 있다. 브러시리스(brushless) 타입 풍력발전기(10)의 경우, 회전자(13)에는 마그넷(magnet)이 배치되며, 고정자(14)에는 유도 전류가 발생되는 코일(coil)이 구비될 수 있다.

상기와 같은 풍력발전기(10)는 풍하중에 의해 블레이드(11) 및 회전축(12)이 회전 구동되면, 회전축(12)에 연동되는 회전자(13)가 고정자(14)와 전기적 상호 작용을 일으켜 전력을 발생시킬 수 있다.

한편, 상기와 같은 풍력발전기(10)에서 회전축(12)은 나셀(15) 내부의 베어링(16)에 의해 회전 가능하게 장착 지지될 수 있다. 통상적으로 베어링(16)은 나셀(15) 내부에서 회전자의 전후로 이격 배치되어 회전축(12)을 지지하게 되며, 나셀(15)의 외형을 형성하는 전, 후방커버(17, 18) 등에 장착 지지될 수 있다.

다만, 상기와 같은 회전축(12)의 지지구조는 블레이드(11)에 작용되는 풍하중의 편차에 따라 파손이 야기될 수 있다.

구체적으로, 풍력발전기(10)의 블레이드(11)는 설치 위치나 운용 환경 등에 따라 상하부 간에 작용되는 풍하중의 편차가 있을 수 있다. 예컨대, 일반적으로 풍하중은 고도가 높아질수록 점진적으로 증가하다가, 일정 고도 이상에서는 점차 수렴하는 형태로 나타나는데, 따라서 풍력발전기(10)의 설치 위치(고도)에 따라 블레이드(11) 상부에 작용되는 풍하중이 블레이드(11) 하부에 비해 크게 나타날 수 있다. 이와 같은 경우, 블레이드(11) 및 이에 연결된 회전축(12)은 블레이드(11) 상하부의 풍하중 편차에 의해 횡방향을 축으로 소정 정도 요동(P)될 수 있다. 편의상, 본 명세서에서는 이를 '피칭(pitching)'으로 지칭하기로 한다.

상기와 같은 블레이드(11) 및 회전축(12)의 피칭은 회전축(12)을 지지하는 베어링(16)에 과부하를 야기하거나 피로 하중에 의한 베어링(16)의 손상을 일으킬 수 있다. 특히, 블레이드(11)의 반경이 상대적으로 큰 중대형 풍력발전기나 상대적으로 지면에 가까운 위치에 설치된 풍력발전기의 경우, 블레이드(11) 상하부 간의 풍하중 편차가 보다 크게 나타날 수 있어, 이와 같은 문제점이 더욱 심화될 수 있다. 참고로, 도 1의 경우 설치면(G)에 서포트(19)를 통해 설치된 풍력발전기(10)를 예시하고 있으나, 상기의 문제점은 타워형의 풍력발전기에서도 동일하게 나타날 수 있음을 알려둔다.

한편, 종래 풍력발전기에서 발생되는 다른 문제점 중 하나는 회전자에 구비된 마그넷의 접착구조와 관련된다.

도 2는 종래 풍력발전기의 회전자 구조를 보여주는 개략도이다.

도 2를 참조하면, 회전자(13)는 회전자코어(13a)와, 회전자코어(13a)의 원주면을 따라 장착 배치되는 마그넷(13b)을 포함하여 구성될 수 있다(브러시리스 타입). 회전자코어(13a)는 대략 원판형을 가진 코어판이 축 방향으로 복수개 적층된 구조로 형성될 수 있으며, 마그넷(13b)은 복수개가 이와 같은 회전자코어(13a)의 원통형 외면을 따라 이격 배치될 수 있다. 여기서 마그넷(13b)은 통상 접착제를 통해 회전자코어(13a)의 외면에 부착될 수 있다. 즉, 기 설정된 회전자코어(13a)의 소정 위치에 접착제를 도포하고, 이에 마그넷(13b)을 순차적으로 부착시키는 것이다.

다만, 상기와 같은 마그넷(13b)의 장착 구조는 회전자(13)의 원심력(F)에 의해 마그넷(13b)의 접합력이 지속적으로 약해지는 문제가 있다. 즉, 회전자(13)가 회전(R) 구동되면서 발생되는 원심력(F)이 마그넷(13b)과 회전자코어(13a) 간의 접착력을 지속적으로 약화시키고, 이로 인해 마그넷(13b)의 위치가 초기 설계위치로부터 변경되거나 이탈되는 것이다. 이는 결국, 마그넷(13b) 간의 간격(W)이나 마그넷(13b)과 고정자 간의 간극(air gap)에 영향을 주어 발전 성능을 저하시킬 수 있다.

상기와 같은 문제점을 고려하여 종래 다양한 해결방안이 모색된 바 있으나, 많은 경우 실구현을 위한 비용이나 경제성의 측면에서 불합리한 점을 가지고 있어 적용이 미흡한 실정에 있다. 예컨대, 회전자코어(13a) 자체에 마그넷(13b)을 잡아주기 위한 소정의 구조나 형상을 추가한 것들이 있다. 그러나 이와 같은 방식은 회전자코어(13a)나 이를 구성하는 코어판의 제작에 어려움이 많고, 다수의 코어판을 적층하여 구성하는 회전자코어(13a)의 특성상 정밀한 가공기술이 요구되며, 이에 따라 생산단가를 지나치게 상승시켜 실적용이 활발하지 않다. 또한, 마그넷(13b) 상부로 소정의 지지 구조나 형상이 노출되어, 마그넷(13b)과 그 외주 측의 고정자 간에 간극(air gap)을 유지하는데도 어려움이 뒤따르고 있다.

본 발명의 실시예들은 풍력발전기의 회전축에 대한 지지구조를 개선하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시예들은 회전자코어로의 마그넷 장착구조를 개선하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 나셀의 외부 몸체를 형성하는 나셀프레임; 상기 나셀프레임의 전면 개방부를 차폐시키도록 상기 나셀프레임에 체결되는 나셀커버; 및 상기 나셀프레임을 하부에서 지지하는 서포터;를 포함하되, 상기 나셀프레임은, 상기 나셀프레임의 전단에서 후방으로 소정 간격 이격되어, 상기 나셀프레임의 내주면을 따라 돌출 형성된 서포팅리브를 포함하고, 상기 나셀커버는, 상기 나셀프레임의 전면 개방부를 차폐하되, 하단의 일부 구간에 단차부가 형성되는 커버부; 및 상기 커버부 후면으로부터 상기 나셀프레임 내부를 향해 후방으로 돌출 형성되되, 상기 커버부의 반경보다 소정 정도 작은 반경으로 형성되는 지지부;를 포함하고, 상기 단차부는, 반경이 상기 커버부의 다른 부위의 반경보다 소정 정도 작게 형성되어, 상기 서포터의 전단지지레그와의 사이에서 ?지삽입부를 형성하며, 상기 ?지삽입부에는, 상기 ?지삽입부의 높이에 대응되는 높이를 가지고 원호 형으로 연장 형성된 ?지가 삽입 체결되는, 풍력발전기의 회전축 지지구조가 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 나셀커버가 나셀프레임 내부의 서포팅리브에 접촉 지지되어 회전축의 피칭 운동을 견고하게 지지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들은 접착제가 마그넷의 상면 일부로 침범되어 접착 고정됨으로써, 원심력에 대응하여 마그넷이 견고하게 고정 지지될 수 있다.

도 1은 종래 풍력발전기의 지지구조를 보여주는 개략도이다.
도 2는 종래 풍력발전기의 회전자 구조를 보여주는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기에 있어서 회전축의 지지구조를 보여주는 측면 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기에 있어서 회전축의 지지구조를 보여주는 정면 개략도이다.
도 5 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기에 있어서 회전자코어로의 마그넷 장착 방법을 보여주는 개략도이다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 다만, 이하의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아님을 알려둔다. 이하의 실시예들은 해당 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로, 불필요하게 본 발명의 기술적 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 공지의 구성에 대해서는 상세한 기술을 생략하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기에 있어서 회전축의 지지구조를 보여주는 측면 개략도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기에 있어서 회전축의 지지구조를 보여주는 정면 개략도이다.

도 3 및 4를 참조하면, 본 실시예의 풍력발전기는 나셀프레임(110)을 포함할 수 있다.

나셀프레임(110)은 나셀의 외부 몸체를 형성할 수 있다. 나셀프레임(110) 내부에는 소정의 장착 공간이 구비될 수 있으며, 장착 공간에는 발전에 필요한 각종 구조 설비 등이 배치될 수 있다.

나셀프레임(110)은 전후면이 개방 형성될 수 있다. 또는, 나셀프레임(110)은 적어도 전면이 개방 형성될 수 있다. 나셀프레임(110) 전면은 후술할 나셀커버(120)에 의해 차폐될 수 있다.

본 실시예의 경우, 나셀프레임(110)은 전후면이 개방된 대략 원통형의 구조물로 도시되고 있으나, 나셀프레임(110)의 외형은 반드시 도시된 바에 한정되는 것은 아니다.

나셀프레임(110)은 전방 내측에 서포팅리브(111)를 구비할 수 있다. 서포팅리브(111)는 나셀프레임(110) 전단에서 후방으로 소정 간격 이격되어, 나셀프레임(110)의 내주면을 따라 돌출 형성될 수 있다. 서포팅리브(111)의 중앙에는 회전축(150)이 지나가는 중심홀(111a)이 형성될 수 있다. 이와 같은 서포팅리브(111)는 대체로 나셀프레임(110) 내주를 따라 형성된 슬리브 또는 원형 고리 형태를 가질 수 있다.

서포팅리브(111)는 후술할 나셀커버(120)로 전달되는 회전축(150)의 피칭을 지지하기 위한 것으로, 충분한 전후 방향 두께를 가질 수 있다. 바람직하게, 서포팅리브(111)는 나셀커버(120)에 일체로 형성될 수 있다.

서포팅리브(111)에는 나셀커버(120)의 체결을 위한 제1볼트홀(111b)이 구비될 수 있다. 제1볼트홀(111b)은 서포팅리브(111)에 횡방향으로 관통 형성될 수 있으며, 서포팅리브(111) 중앙의 중심홀(111a)을 중심으로 복수개가 원주 방향 배치될 수 있다. 도시되지 않았으나, 각각의 제1볼트홀(111b)에는 볼트, 핀 등의 체결수단이 체결되어 후술할 나셀커버(120)를 나셀프레임(110)에 결합시킬 수 있다.

한편, 본 실시예의 풍력발전기는 나셀커버(120)를 포함할 수 있다.

나셀커버(120)는 나셀프레임(110) 전단에 체결되어 나셀프레임(110)의 전면 개방부를 차폐시키도록 형성될 수 있다.

나셀커버(120)의 중앙에는 횡방향으로 축홀(121)이 관통 형성될 수 있다. 축홀(121)에는 풍력발전기의 회전축(150)이 관통되도록 체결될 수 있다. 또한, 나셀커버(120)에는 축홀(121)을 중심으로 방사형 배치된 복수의 제2볼트홀(122)이 형성될 수 있다. 각각의 제2볼트홀(122)은 전술한 서포팅리브(111)의 제1볼트홀(111b)과 대응된다. 도시되지 않았으나, 제1, 2볼트홀(111b, 122)에는 볼트, 핀 등의 체결수단이 체결될 수 있다. 이에 의해 나셀커버(120)가 나셀프레임(110)에 장착 지지될 수 있다.

나셀커버(120)의 중앙에는 횡방향으로 축홀(121)이 관통 형성될 수 있다. 축홀(121)에는 풍력발전기의 회전축(150)이 체결될 수 있다. 도시되지 않았으나, 회전축(150)의 체결을 위한 베어링 등의 수단이 함께 사용될 수 있다.

나셀커버(120)는 커버부(123)와, 커버부(123) 후면에 형성되는 지지부(124)를 포함하여 구성될 수 있다. 커버부(123) 및 지지부(124)는 일체로 형성될 수 있다.

커버부(123)는 소정 두께를 가진 판형으로 형성되어, 나셀프레임(110) 전면의 개방부를 차폐시키도록 형성될 수 있다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 커버부(123)는 대략 원형의 테두리를 가지도록 형성되되, 하측 일부 구간에 단차부(123a)를 구비할 수 있다. 단차부(123a)는 반경(R2)이 커버부(123)의 다른 부위의 반경(R1)보다 소정 정도 작게 형성된 구간을 지칭한다.

상기와 같은 단차부(123a)는 후술할 전단지지레그(131)와의 사이에서 ?지삽입부(123b)를 형성할 수 있다. ?지삽입부(123b)는 단차부(123a)와 전단지지레그(131) 사이의 공간을 지칭한다. 이와 같은 ?지삽입부(123b)에는 후술할 ?지(140)가 삽입 체결될 수 있다.

단차부(123a) 또는 ?지삽입부(123b)는 커버부(123)의 하단에 좌우 대칭되도록 소정 구간 연장 형성될 수 있다. 바람직하게, 단차부(123a) 또는 ?지삽입부(123b)는 커버부(123) 하단에 약 90 내지 120도 각도 범위로 형성될 수 있다.

지지부(124)는 커버부(123)의 후면(123d)에서 후방으로 돌출 형성될 수 있다. 지지부(124)는 커버부(123)의 반경보다 소정 정도 작은 반경으로 형성될 수 있다. 이로 인해, 커버부(123)의 후면(123d)과 지지부(124)의 측면(124a)은 대략 'L'자형의 단면을 형성할 수 있다.

지지부(124)는 나셀프레임(110) 내부를 향해 배치된 후면(124b)을 구비할 수 있다. 여기서 지지부(124)의 후면(124b)은 전술한 나셀프레임(110)의 서포팅리브(111)에 접촉되어 서포팅리브(111)를 통해 지지될 수 있다. 또한, 지지부(124)의 측면(124a)은 나셀프레임(110)의 전단부 내측면에 접촉 지지될 수 있다.

나셀커버(120)는 지지부(124) 외측으로 노출된 커버부(123)의 후면(123d)이 나셀프레임(110)의 전단에 접촉 지지되고, 지지부(124)의 측면(124a)이 나셀프레임(110)의 전단부 내측면에 접촉 지지되며, 지지부(124)의 후면(124b)이 서포팅리브(111) 전면에 접촉 지지된 형태로, 나셀프레임(110)에 장착될 수 있다. 여기서 나셀커버(120)와 나셀프레임(110) 간의 결합은 제1, 2볼트홀(111b, 122)을 통해 이뤄질 수 있다.

한편, 본 실시예의 풍력발전기는 서포터(130)를 포함할 수 있다.

서포터(130)는 베이스 또는 설치면에 배치되어 나셀프레임(110)을 하부에서 지지할 수 있다. 본 실시예의 경우, 이하에서 설명할 전단지지레그(131)를 제외하면, 서포터(130)의 구조나 형태 등을 특별히 한정되지 않으며, 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

서포터(130)는 나셀커버(120)의 하측에 배치되는 전단지지레그(131)를 구비할 수 있다. 서포터(130)는 나셀프레임(110)의 전단 하측에 접촉되어 나셀프레임(110)을 지지할 수 있다.

또한, 서포터(130)의 상단은 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 나셀커버(120)에 대응되는 곡률의 원호 형상으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 서포터(130) 상단은 나셀커버(120)의 반경(R1)에 대응되는 원호 형상으로 형성될 수 있다. 여기서 상기의 반경(R1)은 단차부(123a)가 형성된 부위의 반경(R2)을 제외한 나셀커버(120)의 일반적인 반경(R1)을 지칭한다.

상기와 같은 서포터(130)의 상단 형상은 나셀커버(120)의 단차부(123a)와의 사이에서 원호 형으로 연장된 ?지삽입부(123b)를 형성할 수 있다.

한편, 본 실시예의 풍력발전기는 ?지(140)를 포함할 수 있다.

?지(140)는 나셀커버(120)와 전단지지레그(131) 사이의 ?지삽입부(123b)에 삽입 체결될 수 있다. ?지(140)는 ?지삽입부(123b)의 높이 및 형상에 대응되는 높이 및 형상을 가지고, ?지삽입부(123b)에 억지끼움방식으로 삽입 체결될 수 있다. 즉, ?지(140)는 ?지삽입부(123b)의 높이에 대응되는 높이를 가지고, 원호 형으로 연장 형성될 수 있다.

필요에 따라, 단차부(123a) 또는 전단지지레그(131)에는 하나 이상의 이탈방지돌기(123c, 131a) 또는 이탈방지홈이 형성될 수 있으며, ?지(140)에는 이에 대응되는 이탈방지홈(141) 또는 이탈방지돌기가 형성될 수 있다. 본 실시예의 경우, 단차부(123a)에 소정 간격으로 2개의 이탈방지돌기(123c)가 구비되고, 전단지지레그(131) 상면에도 소정 간격으로 3개의 이탈방지돌기(131a)가 구비되며, ?지(140)는 상하면에 각각 이에 대응되는 이탈방지홈(141)이 구비된 경우를 예시하고 있다.

이상과 같은 풍력발전기는 서포터(130)에 나셀프레임(110)이 안착 설치되고, 나셀프레임(110) 전방의 개구부에 나셀커버(120)가 장착될 수 있다. 나셀커버(120)는 지지부(124)의 후면(124b)이 나셀프레임(110) 내부의 서포팅리브(111)에 접촉 지지된 상태로 배치되어, 나셀프레임(110)에 볼팅 결합될 수 있다. 이때, 나셀커버(120) 하단의 단차부(123a)는 전단지지레그(131)와 소정 간격 이격되어 ?지삽입부(123b)를 형성하게 된다. 이와 같이 나셀커버(120)가 일차적으로 결합된 상태에서, ?지삽입부(123b)로 ?지(140)가 삽입 체결될 수 있다. ?지(140)는 억지끼움방식 등으로 결합되어 나셀커버(120) 하단을 지지하게 된다.

상기와 같은 나셀프레임(110)과 나셀커버(120)의 결합구조는 나셀커버(120)가 나셀프레임(110) 내부의 서포팅리브(111)에 접촉 지지되어, 회전축(150)의 피칭 운동을 보다 견고하게 지지할 수 있다. 또한, ?지(140)에 의해 나셀커버(120)가 나셀프레임(110) 전단의 결합 구조에 보다 밀접하게 접촉 지지될 수 있어, 회전축(150)의 피칭에 따른 하중을 나셀커버(120)나 나셀프레임(110)으로 보다 고르게 분산시킬 수 있게 된다. 이는 결국, 회전축(150)의 피칭으로 인해 베어링으로 전달되는 하중을 줄여 베어링의 파손이나 마모를 줄일 수 있다.

또한, ?지(140)는 비교적 단순한 구조로 형성되어 외부 노출된 구조로 장착되어 있다. 따라서 필요에 따라 ?지(140)의 교체도 쉽게 이뤄질 수 있다. 특히, 정기적인 ?지(140)의 점검이나 교체를 겸한다면, 고가이며 작업이 까다로운 베어링의 교체를 대체하고, 베어링의 사용 수명을 연장할 수 있는 이점이 있게 된다.

도 5 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기에 있어서 회전자코어로의 마그넷 장착 방법을 보여주는 개략도이다.

도 5를 참조하면, 먼저 회전자코어(210)가 준비된다. 회전자코어(210)는 복수의 코어판(211)이 적층된 것으로 이뤄질 수 있다.

회전자코어(210)는 슬롯(212) 및 스페이서(213)를 구비할 수 있다. 슬롯(212)에는 마그넷(220)이 접착 배치될 수 있다. 슬롯(212) 및 스페이서(213)는 각각 복수개가 구비될 수 있으며, 복수의 슬롯(212) 및 스페이서(213)는 회전자코어(210)의 원주 방향을 따라 교번하여 형성될 수 있다. 즉, 원주 방향으로 인접한 2개의 슬롯(212) 사이에 스페이서(213)가 배치된 형태이다. 스페이서(213)는 원주 방향으로 인접한 2개의 마그넷(220) 간의 간격을 유지한다.

슬롯(212)은 회전자코어(210)의 외면 일부에 해당되는 외주면(212a)과, 외주면(212a)의 원주 방향 양 단에 마련되는 측면(212b)으로 구성될 수 있다. 다시 말하면, 슬롯(212)은 회전자코어(210)의 외주면(212a)과, 도시된 바를 기준으로 그 좌우 측에 위치하는 측면(212b)으로 구성될 수 있다.

바람직하게, 슬롯(212)은 외주면(212a)과 측면(212b) 사이의 각도(A1)가 90도 또는 그 이상으로 형성될 수 있다. 본 실시예의 경우, 외주면(212a)과 측면(212b) 사이의 각도(A1)가 대략 90도를 이룬 경우를 예시하고 있다. 이는 마그넷(220)의 설치나 조립 편의성을 고려한 것이다. 즉, 측면(212b)과 외주면(212a) 사이가 90도 또는 그 이상으로 형성됨에 따라, 마그넷(220)은 특별한 구조적 간섭 없이 슬롯(212) 외측에서 슬롯(212) 내측으로 접근되어, 슬롯(212)에 안착 배치될 수 있다. 본 실시예에서 슬롯(212)은 마그넷(220)의 장착 위치를 안내하는 정도의 기능을 가질 수 있으며, 마그넷(220)의 고정은 후술할 접착제(230)에 의해 이뤄질 수 있다.

참고로, 상기에서 슬롯(212)의 구조적 형상에 의해 마그넷(220)을 고정 또는 지지하는 방식이 고려될 수 있으나, 이는 슬롯(212)으로의 마그넷(220) 조립에 있어 어려움을 가져올 수 있다. 예컨대, 차량용 모터나 발전기 등 비교적 소형의 장치에 있어서는, 슬롯(212) 자체의 형상에 의해 마그넷(220)의 이탈이 제한되는 구조가 사용되고 있다. 즉, 슬롯(212)의 외주면(212a)과 측면(212b) 사이의 각도(A1)를 60~80도로 형성하여 마그넷(220)이 슬롯(212) 형상에 의해 고정 지지되는 것이다. 이 경우, 마그넷(220)은 슬롯(212)의 일측단에서 끼움 결합되는 형태로 슬롯(212)에 설치될 수 있다. 이는 비교적 소형의 장치에 있어서는 적합할 수 있으나, 풍력발전기와 같은 대형의 장치에서는 마그넷(220)의 크기나 중량 등에 따라 조립에 어려움이 있을 수 있다. 즉, 중량물인 마그넷(220)을 슬롯(212)에 끼워 넣는 과정에서 마그넷(220)에 파손이 발생되거나, 가공 오차로 인해 지지 구조에 유격이 발생하는 등의 문제점이 발생되는 것이다.

스페이서(213)는 원주 방향으로 인접한 2개의 슬롯(212) 사이에 배치될 수 있다. 스페이서(213)는 원주 방향으로 인접한 2개의 슬롯(212) 사이에서 반경 방향으로 소정 정도 돌출 형성될 수 있다. 스페이서(213)는 슬롯(212)과 측면(212b)을 공유할 수 있다.

스페이서(213) 및 슬롯(212)은 해당 형상이 반영된 코어판(211)이 회전축 방향을 따라 다수개 적층됨으로써 형성될 수 있다. 즉, 각각 스페이서(213) 및 슬롯(212)에 대응되는 형상을 가진 판(plate) 형의 코어판(211)이 회전축 방향으로 적층 조립됨에 따라, 전체적으로 원통 형상을 이루는 회전자코어(210)의 외주면에 스페이서(213) 및 슬롯(212)이 형성되는 것이다.

이상과 같이 회전자코어(210)가 준비되면, 회전자코어(210)의 각 슬롯(212)에 마그넷(220)이 설치될 수 있다. 마그넷(220)은 N/S극의 마그넷(220)이 각 슬롯(212)을 따라 교번하여 장착 배치될 수 있다.

마그넷(220)은 저면(221)과, 저면(221) 양측의 측면(222)을 구비할 수 있다. 마그넷(220)은 저면(221)이 슬롯(212)의 외주면(212a)에 접착되고, 각 측면(222)이 대응되는 슬롯(212)의 각 측면(212b)에 접착되어 슬롯(212)에 설치될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 슬롯(212)의 외주면(212a) 및 측면(212b)에 소정의 접착제(230)가 도포되고, 마그넷(220)이 이에 안착 배치됨으로써 슬롯(212)에 접착 설치되는 것이다.

상기에서 마그넷(220)은 측면(222)의 높이(H1)가, 대응되는 슬롯(212)의 측면(212b) 높이(H2)보다 소정 정도 크게 형성될 수 있다. 이로 인해, 마그넷(220)은 측면(222) 하단부의 일부만이 슬롯(212) 측면(212b)에 접착되고, 나머지 부분은 슬롯(212) 외측으로 노출되게 된다. 편의상, 마그넷(220)의 측면(222)에서, 슬롯(212) 측면(212b)에 접착되는 부위를 '접착측면(222a)'으로 지칭하고, 그 상부측의 노출 부위를 '노츨측면(222b)'으로 지칭하기로 한다.

마그넷(220) 상면(223)은 중앙의 최대돌출점(T1)을 중심으로 상방으로 완만하게 돌출된 곡면으로 형성될 수 있다. 또는, 마그넷(220)은 최대돌출점(T1)에 대응되는 중앙 부위의 두께(Q1)가, 측면(222) 부위의 두께(Q2)보다 소정 정도 크게 형성될 수 있다. 본 실시예의 경우, 전자와 같이 마그넷(220) 상면(223)이 완만한 곡면으로 형성된 경우를 예시하고 있다. 다만 필요에 따라, 마그넷(220) 상면(223)은 최대돌출점(T1)을 중심으로 각 측면(222) 부위를 향해 하향 경사지게 형성된 경사면으로 형성될 수 있으며, 반드시 예시된 바에 한정되는 것은 아니다.

도 6을 참조하면, 상기와 같이 마그넷(220)이 배치 및 1차 접착되면, 원주 방향으로 인접한 2개의 마그넷(220) 사이에 다시 접착제(230)가 도포될 수 있다. 구체적으로, 2개의 마그넷(220) 사이에 배치된 스페이서(213) 상면에 접착제(230)가 도포된다. 여기서 접착제(230)는 마그넷(220)의 노출측면(222b)을 커버할 수 있도록 충분한 높이로 도포될 수 있다. 도포된 접착제(230)의 상면은 정형화된 형태를 띄진 않으나, 도시된 바와 같이 대체로 볼록하게 돌출된 형태를 이룰 수 있다.

다음으로 도 7을 참조하면, 볼록하게 돌출된 형태로 도포된 접착제(230)를 상면이 대략 평면을 이루도록 펴 바른다. 즉, 접착제(230)가 마그넷(220)의 상면(223) 영역으로 침범되도록 접착제(230)를 좌우로 펴 바른다.

상기에 의해, 접착제(230)는 중앙 부위의 제1접착부(231)와, 제1접착부(231) 좌우의 제2접착부(232)를 형성할 수 있다. 여기서 제1접착부(231)는 스페이서(213)의 상면 및, 마그넷(220)의 노출측면(222b)에 접착되는 영역을 포함하며, 제2접착부(232)는 마그넷(220)의 상면(223) 영역으로 침범되어 마그넷(220) 상면(223)에 접착되는 영역을 포함할 수 있다.

바람직하게, 접착제(230)는 경계라인(H)을 넘어가지 않도록 2개의 마그넷(220) 사이에 펴 발라질 수 있다. 여기서 경계라인(H)은 인접한 2개의 마그넷(220)에서 각 최대돌출점(T1)을 잇는 가상의 선을 지칭하며, 회전자코어(210)의 에어 갭(air gap) 설계를 위한 기준선이 될 수 있다.

상기와 같이 접착제(230)가 펴 발라지면, 접착제(230)가 경화되고 마그넷(220)이 회전자코어(210)에 접착 고정될 수 있다. 여기서 마그넷(220)은 상면(223) 일부로 접착제(230)가 침범되어 접착 고정되므로, 원심력에 의한 반경 방향으로의 외력이 보다 견고하게 지지될 수 있다. 즉, 제2접착부(232)가 마그넷(220)을 반경 방향으로 지지해주는 역할을 겸비할 수 있으므로, 원심력에 의한 마그넷(220)의 이탈이나 위치 변경이 최소화될 수 있다. 또한 그럼에도 불구하고, 본 실시예의 마그넷(220) 접착 구조는 작업 과정이 까다롭지 않고, 저비용으로도 쉽게 구현이 가능하다.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

110: 나셀프레임 111: 서포팅리브
120: 나셀커버 121: 축홀
122: 제2볼트홀 123: 커버부
124: 지지부 130: 서포터
131: 전단지지레그 140: ?지
141: 이탈방지홈 150: 회전축
210: 회전자코어 211: 코어판
212: 슬롯 213: 스페이서
220: 마그넷 230: 접착제

Claims

나셀의 외부 몸체를 형성하는 나셀프레임(110);
상기 나셀프레임(110)의 전면 개방부를 차폐시키도록 상기 나셀프레임(110)에 체결되는 나셀커버(120); 및
상기 나셀프레임(110)을 하부에서 지지하는 서포터(130);를 포함하되,
상기 나셀프레임(110)은,
상기 나셀프레임(110)의 전단에서 후방으로 소정 간격 이격되어, 상기 나셀프레임(110)의 내주면을 따라 돌출 형성된 서포팅리브(111)를 포함하고,
상기 나셀커버(120)는,
상기 나셀프레임(110)의 전면 개방부를 차폐하되, 하단의 일부 구간에 단차부(123a)가 형성되는 커버부(123); 및
상기 커버부(123) 후면(123d)으로부터 상기 나셀프레임(110) 내부를 향해 후방으로 돌출 형성되되, 상기 커버부(123)의 반경보다 소정 정도 작은 반경으로 형성되는 지지부(124);를 포함하고,
상기 단차부(123a)는,
반경(R2)이 상기 커버부(123)의 다른 부위의 반경(R1)보다 소정 정도 작게 형성되어, 상기 서포터(130)의 전단지지레그(131)와의 사이에서 ?지삽입부(123b)를 형성하며,
상기 ?지삽입부(123b)에는,
상기 ?지삽입부(123b)의 높이에 대응되는 높이를 가지고 원호 형으로 연장 형성된 ?지(140)가 삽입 체결되는, 풍력발전기의 회전축 지지구조.
청구항 1에 있어서,
상기 나셀커버(120)는,
상기 커버부(123)의 상기 후면(123d)이 상기 나셀프레임(110)의 전단에 접촉 지지되고, 상기 지지부(124)의 측면(124a)이 상기 나셀프레임(110)의 전단 내측면에 접촉 지지되며, 상기 지지부(124)의 후면(124b)이 상기 서포팅리브(111)의 전면에 접촉 지지되도록 형성되고,
중앙의 축홀(121)을 중심으로 원주 방향 이격 배치되는 복수의 제2볼트홀(122)을 구비하며,
상기 서포팅리브(111)는,
상기 복수의 제2볼트홀(122)에 대응되는 복수의 제1볼트홀(111b)를 구비하는, 풍력발전기의 회전축 지지구조.
청구항 1에 있어서,
상기 단차부(123a)는,
상기 커버부(123)의 하단을 중심으로, 90 내지 120도의 각도 범위로 연장 형성되고,
상기 단차부(123a) 및 상기 전단지지레그(131) 중 어느 하나 이상에는,
상기 ?지(140)의 이탈을 제한하기 위한 하나 이상의 이탈방지돌기(123c, 131a)가 형성되며,
상기 ?지(140)는,
상기 단차부(123a)에 대응되도록 90도 내지 120도의 각도 범위로 연장 형성되고, 상기 이탈방지돌기(123c, 131a)에 체결되는 하나 이상의 이탈방지홈(141)을 구비하는, 풍력발전기의 회전축 지지구조.