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KR20110116158A - 발전기, 나셀, 그리고 풍력 에너지 변환기의 나셀의 장착방법 - Google Patents

발전기, 나셀, 그리고 풍력 에너지 변환기의 나셀의 장착방법 Download PDF

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KR20110116158A
KR20110116158A KR1020117018472A KR20117018472A KR20110116158A KR 20110116158 A KR20110116158 A KR 20110116158A KR 1020117018472 A KR1020117018472 A KR 1020117018472A KR 20117018472 A KR20117018472 A KR 20117018472A KR 20110116158 A KR20110116158 A KR 20110116158A
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KR
South Korea
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rotor
generator
generator housing
nacelle
stator
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Application number
KR1020117018472A
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English (en)
Inventor
마틴 피셔
앤톤 울프
마이클 슈바르츠
Original Assignee
에이엠에스씨 윈텍 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에이엠에스씨 윈텍 게엠베하 filed Critical 에이엠에스씨 윈텍 게엠베하
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Abstract

본 발명은 풍력 에너지 변환기의 나셀, 그리고 풍력 에너지 변환기의 나셀 및 풍력 에너지 변환기용의 발전기의 대응하는 장착방법을 제공한다. 나셀은 주 프레임; 고정자와 회전자를 포함하는 발전기; 상기 주 프레임에 부착되어 상기 고정자와 회전자 공간을 적어도 부분적으로 에워싸는 발전기 하우징; 및 상기 주 프레임 상에 회전가능하게 지지되어 상기 회전자에 접속된 제1단부를 구비하는 플랜지를 포함하되, 상기 발전기 하우징(20; 20')은 제1 및 제2측면(S1, S2)을 지니고, 상기 발전기 하우징(20; 20')의 제1측면(S1)은 상기 회전자 공간(21)을 노출시키며, 상기 회전자는 상기 발전기 하우징 내에 지지되는 일없이 상기 제1측면(S1)으로부터 상기 회전자 공간(25) 내로 연장된다.

Description

발전기, 나셀, 그리고 풍력 에너지 변환기의 나셀의 장착방법{GENERATOR, NACELLE, AND MOUNTING METHOD OF A NACELLE OF A WIND ENERGY CONVERTER}
본 발명은 발전기, 나셀(nacelle), 그리고 풍력 에너지 변환기의 나셀의 장착방법에 관한 것이다.
풍력 에너지 변환기는 풍력의 운동 에너지를 전기로 변환시켜 해당 전기를 전기 그리드에 공급하는 회전 기계이다.
풍력 에너지 변환기는 일반적으로 탑(tower) 상에 배치된 나셀을 포함한다. 나셀('곤돌라'(gondola)라고도 지칭됨)은 블레이드가 장비된 회전자 헤드, 및 상기 회전자 헤드에 접속되어, 상기 회전자 헤드와 함께 일체적으로 회전하는, 소위 허브라 불리는 주 샤프트(main shaft)를 포함한다. 또한, 나셀은 바람의 방향을 능동적으로 혹은 수동적으로 추종(following)시키기 위하여 수직방향 축을 중심으로 회전할 수 있다.
첫번째 유형의 나셀은 블레이드에 공급된 풍력을 입수한 때에 회전하는 주 샤프트에 접속된 기어 박스; 및 상기 기어 박스로부터 출력 샤프트에 의해 구동되는 발전기를 추가로 포함한다. 이러한 구조를 지니는 풍력 에너지 변환기에 따르면, 블레이드가 장비된 회전자 헤드는 풍력을 토크로 변환시키고, 상기 주 샤프트는 회전하여 제1회전 속도를 발생한다. 해당 제1회전 속도는 상기 주 샤프트에 접속된 기어 박스를 개재해서 증가되고, 대응하는 제2의 보다 큰 회전 속도는 발전기의 회전자에 전달된다.
두번째 유형으로서의 기어 박스가 없는 나셀은 가변 주파수에서 AC 발전기와 함께 직접 구동형 터빈을 이용한다. 구체적인 고 전력 전자기기는 그리드에서 가변 주파수로부터 일정 주파수로 변환된다.
현재의 풍력 에너지 변환기에 있어서, 크레인을 이용하여 탑 상에 사전-조립된 나셀을 탑재, 즉, 장착하는 것은, 단일의 구성요소들이 그와 관련해서 처리되어야만 하기 때문에 상당히 어렵고 복잡하다. 해당 나셀은 완전히 사전-조립될 수 있거나 혹은 복수의 세그먼트로 분할된 탑 위에 순차적으로 장착될 수 있다.
나셀의 분할된 세그먼트를 이용하는 이 장착 방법은 크레인을 이용한 이송을 쉽게 하지만, 탑 위에 더욱 복잡한 장착 단계들을 필요로 한다.
나셀 구성요소들은 전형적으로 합계 50 내지 100톤의 중량으로 무겁기 때문에, 이송과 장착 모두 대체로 문제가 있다.
EP 1 921 310 A1은 발전기와 기어 박스가 함께 작동하도록 직렬로 배열된 공지된 풍력 발전소의 나셀을 개시하고 있으며, 여기서, 제1베어링(bearing)은 기어 박스의 입력 측에서 회전자를 지지하고 제2베어링은 발전기의 출력 측에서 회전자를 지지하고 있다.
기어 박스가 없는 나셀에 대해서는, 회전자는 발전기의 입력 측 상에서 제1베어링에 의해 통상 지지되고, 제2베어링은 발전기의 출력 측에서 지지된다.
이것은, 발전기의 회전자와 고정자 사이의 공기 간극(air gap)이 통상 2 내지 6㎜이기 때문에 필요하다. 즉, 상기 공기 간극이 매우 작아, 기계적 허용오차의 유해한 작용을 피하기 위하여 입력 베어링과 출력 베어링이 필수이다.
일반적인 양상에 있어서, 풍력 에너지 변환기의 나셀은 주 프레임(main frame); 고정자와 회전자를 포함하는 발전기; 및 상기 주 프레임에 부착되어 상기 고정자 및 회전자 공간을 적어도 부분적으로 에워싸고 있는 발전기 하우징을 포함한다. 상기 발전기 하우징은 상기 회전자 공간을 노출시키는 제1측면을 구비한다. 플랜지는 상기 주 프레임 상에 회전가능하게 지지되어 있고, 상기 회전자에 접속된 제1단부를 포함한다. 상기 회전자는 상기 발전기 하우징 내에 지지되는 일없이 상기 제1측면으로부터 상기 회전자 공간 내로 연장된다.
다른 양상에서, 풍력 에너지 변환기의 나셀은 주 프레임; 고정자와 회전자를 포함하는 발전기; 상기 주 프레임에 부착되어 상기 고정자 및 회전자 공간을 적어도 부분적으로 에워싸고 있는 발전기 하우징; 및 상기 주 프레임 상에 회전가능하게 지지되고, 상기 회전자에 접속된 제1단부를 포함하는 플랜지를 포함한다. 상기 회전자는 상기 발전기 하우징 내에 지지되는 일없이 상기 회전자 공간 내로 연장된다.
실시형태들은 이하의 하나 이상의 구성을 포함할 수 있다. 상기 플랜지는 회전자 블레이드를 부착하기 위한 허브에 접속된 제2단부를 포함한다. 상기 발전기 하우징은 실질적으로 원통 형상, 예컨대, 원통형 컵 형상이다. 상기 발전기 하우징은 제1측면을 포함하되, 해당 제1측면은 상기 회전자 공간을 노출시킨다. 상기 발전기 하우징은 상기 제1측면과는 반대쪽에 제2측면을 포함하되, 해당 제2측면은 적어도 하나의 개구부를 포함한다.
상기 주 프레임은 상기 발전기 하우징의 외면에 폐쇄 상태로 형성(form-closed)되어 있다. 상기 주 프레임은 서로 해제가능하게 접속되어 상기 발전기 하우징을 에워싸는 제1부분과 제2부분을 포함한다. 상기 고정자와 상기 회전자 사이의 공기 간극이 적어도 1㎝, 예를 들어, 1㎝ 내지 5㎝이다. 상기 고정자와 상기 회전자 중 적어도 한쪽은 초전도체를 포함한다.
또 다른 양상에서, 풍력 에너지 변환기의 나셀의 장착방법은 탑 상에 주 프레임의 제1부분을 장착하는 단계; 상기 주 프레임의 제1부분 상에 제1단부를 포함하는 회전가능하게 지지된 플랜지를 장착하는 단계; 고정자 및 회전자 공간을 적어도 부분적으로 에워싸는 발전기 하우징을 제공하는 단계; 회전자 공간 내에 스페이서들을 제공하는 단계; 상기 스페이서들이 회전자와 상기 고정자 사이에 위치결정되도록 상기 회전자 공간 내에 상기 회전자를 삽입하는 단계; 상기 삽입된 회전자를 포함하는 상기 발전기 하우징을 상기 주 프레임의 제1부분 상에 장착하는 단계; 상기 회전자에 플랜지의 제1단부를 접속하는 단계; 및 상기 회전자가 상기 발전기 하우징 내에 지지되는 일없이 상기 회전자 공간 내로 연장되도록 상기 스페이서들을 제거하는 단계를 포함한다.
실시형태들은 이하의 하나 이상의 구성을 포함할 수 있다. 상기 주 프레임의 제2부분은 상기 제1 및 제2부분이 상기 발전기 하우징을 에워싸도록 장착된다. 상기 플랜지는 제2단부를 포함한다. 상기 방법은 회전자 블레이드를 부착하기 위한 허브에 상기 제2단부를 접속하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 플랜지를 장착하는 단계는 상기 주 프레임의 제1부분 상에 베어링 하우징에 의해 지지된 베어링을 장착하는 단계를 포함한다.
다른 양상에서, 발전기는 고정자; 회전자; 및 상기 고정자 및 회전자 공간을 적어도 부분적으로 에워싸고 있는 발전기 하우징을 포함한다. 상기 회전자는 상기 발전기 하우징 내에 지지되는 일없이 상기 회전자 공간 내로 연장된다.
실시형태들은 이하의 하나 이상의 구성을 포함할 수 있다. 상기 발전기 하우징은 실질적으로 원통 형상, 예컨대, 원통형 컵 형상이다. 상기 발전기 하우징은 제1측면을 포함하되, 해당 제1측면은 상기 회전자 공간을 노출시킨다. 상기 발전기 하우징은 상기 제1측면과는 반대쪽에 제2측면을 포함하되, 해당 제2측면은 적어도 하나의 개구부를 포함한다.
상기 고정자와 상기 회전자 사이의 공기 간극은 적어도 1㎝, 예를 들어, 1㎝ 내지 5㎝이다. 상기 고정자와 상기 회전자 중 적어도 한쪽은 초전도체를 포함한다. 상기 발전기 하우징 내에는 냉각 시스템이 설치되어 있다. 상기 발전기 하우징 내에는 센서가 설치되어 있다.
본 명세서에 개시된 발전기에 의하면, 발전기의 수개의 구성요소, 예컨대, 발전기 및 고정자를 수용하지만 회전자를 지지하지 않는 발전기 하우징을 주 프레임 내에 일체화시키는 것이 가능하다. 이 특정 발전기 하우징을 상기 주 프레임에 일체화시킴으로써, 발전기의 이송 및 장착 문제가 크게 저감될 수 있다.
상기 발전기 하우징은 강성 향상부들(rigidity improvement parts)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 하우징의 강성에 따라서, 주 프레임 강성이 지지되거나 보상될 수 있다. 일반적으로, 상기 하우징의 강성은 주 프레임에 의해 결정된다. 또한, 향상된 시험가능 요소들이 포함될 수 있다. 상기 발전기 하우징은 단일의 별도로 장착된 베어링 및 회전자에 대한 필요성만이 있으므로 전체의 발전기 시험 공정을 용이하게 한다.
원통형 하우징은 배면측 상에서 완전히 혹은 부분적으로 개방/폐쇄될 수 있다. 이 구성에 의하면, 주 프레임 내로의 하우징의 일체화를 용이하게 하고 또한 주 프레임으로부터의 하우징의 추출을 용이하게 하는 장치가 장착될 수 있다.
상기 하우징은 원통형 하우징인 것이 바람직하다. 상기 하우징에 대해서 원통 형상이 선택되면, 비틀림 힘(torsion force)만이 상기 원통형 하우징 내로 전달된다.
개방된 배면측 구성에 의하면, 상기 발전기는 부품의 조립/분해를 매우 용이하게 할 수 있고; 이 구성은 하우징 내의 모든 일체화된 구성요소들의 기계적 유지·보수를 용이하게 한다.
온도를 모니터링하고 해당 모니터링된 온도에 따라서 일체화된 냉각 혹은 가열 회로를 개시 혹은 정지시키는, 냉각 및 가열 회로와 연결된 일체화된 온도 측정 시스템이 설치되어 있다.
본 명세서에 기재된 바와 같은 발전기 및 나셀은 상당한 이점을 제공한다. 상기 발전기 하우징은 이송 및 장착 동안 일체화된 고감도 구성요소들에 대한 보호를 제공한다. 미리 장착된 탑 및 부분적으로 장착되거나 완전히 장착된 나셀 내에 상기 발전기 하우징을 고정하는 것은 완전히 사전 조립된 나셀을 들어올려 장착하는 것보다 훨씬 용이하다.
이들 전술한 이점은 모두 이송 및 조립의 용이화, 냉각/가열의 일체화 및 강성 향상에 의거해서 풍력 터빈 제조 시의 전체적인 비용을 저감시키는 것을 도울 것이다. 이 간단화된 시험 조건들은 또한 비용 저감에 상당히 기여한다.
추가의 양상들은 첨부된 도면에 예시되고 또한 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 부분에서 상세히 설명되어 있다.
도면 전체를 통해서 동일한 참조 부호는 동일하거나 기능적으로 등가인 수단을 지칭한다. 단, 구체적인 동작 모드를 설명하기 위한 개별적인 도면은 모든 상세를 포함하지 않지만, 그 상세는 단지 각각의 모드를 설명하기 위하여 필요로 될 뿐이다.
도 1a 및 도 1b는 나셀의 일 실시형태의 내부 구조의 일례를 도시한 단면도로서, 도 1a는 블레이드 회전축(A)을 따른 길이방향 단면도이고, 도 1b는 도 1a에 있어서 A-A'로 나타낸 나셀 회전축(B)을 따른 횡방향 단면도;
도 2a 내지 도 2c는 도 1a의 원통형 발전기 하우징을 도시한 각각의 도면들로서, 도 2a는 블레이드 회전축(A)을 따른 수직방향 단면도이고, 도 2b는 측면(S1)의 평면 측면도이며, 도 2c는 측면(S2)의 평면 측면도;
도 3a 내지 도 3c는 도 1a의 나셀에서 이용될 수 있는 원통형 발전기 하우징의 다른 예를 도시한 각각의 도면으로서, 도 3a는 측면(S1)의 평면 측면도이고, 도 3b는 블레이드 회전축(A)을 따른 수직방향 단면도이며, 도 3c는 측면(S2)의 평면 측면도;
도 4a 및 도 4b는 각각 도 1a 및 도 1b의 나셀의 장착 방법을 예시하기 위한 단면도;
도 5는 풍력 에너지 변환기의 전체적인 구조의 일례를 도시한 측면도.
도 5는 풍력 에너지 변환기의 전체적인 구조의 일례를 도시한 측면도이다. 풍력 에너지 변환기(1)는 기반시설(6) 상에 배치된 탑(2), 상기 탑(2)의 상단부 상에 설치되어 실질적으로 수직방향 축(B)을 중심으로 회전가능한 나셀(3) 및 상기 나셀(3) 상에 설치되어, 회전자 블레이드(5)들을 고정하기 위한 허브(도시 생략)를 포함하는 회전자 헤드(4)를 포함하되, 상기 회전자 헤드(4)는 실질적으로 수평방향 축(A)을 중심으로 회전가능하다.
복수개의 블레이드(5)는 회전축(A) 둘레에 방사상으로 배치되도록 상기 회전자 헤드(4)에 부착되어 있다. 이에 따라, 회전자 헤드(4)의 가변 회전축(A)의 방향으로부터 블레이드(5)들에 공급된 풍력은 상기 회전축을 중심으로 하여 회전자 헤드(4)를 회전시키기 위한 기계적 동력으로 변환된다.
도 1a 및 도 1b는 나셀의 내부 구조의 일례를 도시한 단면도로서, 도 1a는 블레이드 회전축(A)을 따른 길이방향 단면도이고, 도 1b는 도 1a에 있어서 A-A'로 나타낸 나셀 회전축(B)을 따른 횡방향 단면도이다.
도 1a에는, 탑(2)의 상부가 도시되어 있다. 탑(2)의 상부에는 나셀(3)이 탑재, 즉, 장착되어 있다.
나셀(3)은 하부 부분(10a)과 상부 부분(10b)을 구비한 주 프레임(10)을 포함하며, 이들 부분(10a), (10b)은 해당 부분(10a), (10b)의 원통형 내부면(01)으로 규정된 원통형 공간(도 1b 참조)을 에워싸고 있다.
상부 부분(10b)은 하부 부분(10a)에 일체로 설치된 플랜지(11a), (12a) 및 상부 부분(10b)에 일체로 설치된 플랜지(11b), (12b) 내에 장착된 볼트(13), (14)에 의해 하부 부분(10a)에 고정되어 있다. 하부 부분(10a)과 상부 부분(10b)은 고정자(30a)와 회전자 공간(21)을 포함하는 원통형 발전기 하우징(20)을 폐쇄 상태로 형성하는 방식으로 에워싼다. 단, 이 발전기 하우징(20)은, 특히 회전자(30b) 없이, 주 프레임 부분(10a), (10b) 사이에 개별적으로 장착될 수 있는 사전-조립된 부분이라고 말할 수 있다.
원통형 발전기 하우징(20)은 제1측면(S1)과 제2측면(S2)을 구비한다. 이 예에서, 제2측면(S2)은 발전기 하우징(20)이 원통형 컵 형상을 나타내도록 완전히 폐쇄되어 있다.
제1측면(S1)은 개방되어 회전자 공간(21)을 노출시킨다. 베어링 하우징(46)에 의해 지지된 원통형 베어링(45)은 주 프레임(10)의 제1 및 제2부분(10a), (10b) 사이에 장착되어 있고, 이때 베어링(45)은 제1 및 제2단부(E1), (E2)를 구비하여 축(A)을 따라 Y자 형상 단면을 나타내는 플랜지(40)를 회전가능하게 지지한다.
플랜지(40)의 제1단부(E1)는 발전기 하우징(20)의 제1측면(S1)을 통해서 회전자 공간(21) 내로 무접촉방식으로 삽입된 회전자(30b)에 접속되어 있다. 즉, 회전자(30b)는 발전기 하우징(20) 내에 지지되지 않고 베어링(45) 내로 삽입된 플랜지(40)에 의해서만 지지된 채로 제1측면(S1)으로부터 회전자 공간(21) 내로 연장된다. 이와 같이 해서, 공지된 구조와는 대조적으로, 이 구성에서는 발전기 하우징(20) 바깥쪽에 단일의 베어링(45)만이 필요하므로 구성의 복잡성 및 비용을 저감시킨다.
이 예에서 회전자(30b)와 고정자(30a) 간의 공기 간극(25)은, 이 예에서의 고정자 코일이 발전기 하우징(20) 내의 배관(도시 생략)을 개재해서 냉각되는 초전도 코일이기 때문에 약 2.5㎝에 달한다. 플랜지(40)로부터 회전자(30b)의 원위 단부는 또한 발전기(20)의 제2측면(S2)까지의 간극(26)을 나타내는데 이는 전형적으로 수 ㎝에 달한다.
베어링(45)과 다른 발전기 구성요소의 기계적 허용 오차에 따라서, 공기 간극(25)은 2.5㎝보다 작게 만들어질 수도 있다. 그러나, 1㎝ 이하의 공기 간극(25)들에 대해서는, 단일의 베어링(45)을 갖춘 이러한 구성을 실현하는 것이 곤란하여, 발전기 하우징(20)의 외부에 추가의 베어링에 대한 필요성이 생길 수 있다. 이것은 또한 회전자 헤드(4) 상에 작용하는 부하들, 즉, 풍력 부하와 중량 부하로부터 콘크리트 구조에서의 변형 때문이다.
또, 플랜지(40)의 제2단부(E2)에는 회전자 블레이드들(도시 생략)을 부착하기 위한 허브(50)가 부착되어 있다. 부착된 허브(50) 및 플랜지(40)를 구비한 회전자는 회전자 블레이드들 상에 작용하는 풍력에 의해 구동되는 수평방향 축(A)을 중심으로 해서 회전가능하다.
또한, 이 예에서는 주 프레임(10)의 하부 부분(10a)에 부착된 추가의 플랜지(60)가 있으며, 이 플랜지(60)는 풍력 방향으로 능동적으로 추종하도록 탑(2)의 상부에 설치된 베어링(70)에 의해 지지되어 있다. 이 풍력 방향의 능동적 추종은 종래의 방법에서 플랜지(60)의 내주부 상에 작용하는 기어 드라이브(80)들에 의해 달성되고 있다.
단, 주 프레임 부분(10a) 및 플랜지(60)는 단일 부품으로서 실현될 수도 있다는 점에 유의할 필요가 있다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1a의 원통형 발전기 하우징을 도시한 각각의 도면들로서, 도 2a는 블레이드 회전축(A)을 따른 수직방향 단면도이고, 도 2b는 측면(S1)의 평면 측면도이며, 도 2c는 측면(S2)의 평면 측면도이다.
도 2a 내지 도 2c로부터 알 수 있는 바와 같이, 원통형 발전기 하우징(20)은 그의 제2측면(S2) 상에서 폐쇄되고 그의 제1측면(S1) 상에서 개방되어 있으므로, 회전자(30b)는 발전기 하우징(20)이 주 프레임(10)의 하부 부분(10a) 상에 장착된 후에 개방 측면(S1)으로부터 회전자 공간(21) 내로 용이하게 삽입될 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1a의 나셀에서 이용될 수 있는 원통형 발전기 하우징의 다른 예를 도시한 각각의 도면으로서, 도 3a는 측면(S1)의 평면 측면도이고, 도 3b는 블레이드 회전축(A)을 따른 수직방향 단면도이며, 도 3c는 측면(S2)의 평면 측면도이다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 예에서는, 원통형 발전기 하우징(20')의 벽 내에 일체화된 추가의 구성요소들이 있다. 특히, 제2측면(S2) 내에 대응하는 접속 개구부를 지니는 냉각/가열 수단(100a), (100b)이 있다.
또, 원통형 발전기 하우징(20')의 온도를 감지하기 위한 일체화된 센서 수단(101a), (101b)이 있고, 이들은 제2측면(S2) 내에 대응하는 개구부들을 또한 지닌다.
또한, 원통형 발전기 하우징(20')의 측면(S2)에는 발전기 구성요소들의 용이한 접근성을 허용하는 유지·보수 개구부(24)가 있다. 개방 배면측 구성에 의하면, 발전기는 부품들이 매우 용이하게 조립/해제될 수 있어, 이 구성은 하우징 내의 모든 일체화된 구성요소들의 기계적인 유지·보수를 용이하게 한다.
도 4a 및 도 4b는 각각 도 1a 및 도 1b의 나셀의 장착방법을 예시하기 위한 단면도이다.
도 4a에 대해서는, 첫번째 단계에서, 제1베어링(70)이 탑(2)의 상부에 장착된다.
다음 단계에서, 플랜지(60)가 주 프레임(10)의 하부 부분(10a)에 접속된다. 그 후, 베어링 하우징(46)에 의해 지지된 베어링(45) 및 플랜지(40)가 주 프레임(10)의 하부 부분(10a) 상에 장착된다. 이와 같이 사전-조립된 부분들(10a, 60, 45, 46, 40)은 함께 들어 올려져서 탑(2)의 상부에 탑재된다.
그 후의 단계에서, 수직방향 축(B)을 중심으로 한 나셀(3)의 회전 이동을 위한 기어 드라이브 수단(80)이 공지의 방식으로 설치되어 도 4a에 도시된 구성으로 된다.
그 다음 단계에서, 도 4b에 예시된 바와 같이, 회전자(30b)는 해당 회전자(30b)가 고정자(30a)와 접촉하는 일 없이 그로부터 공기 간극 스페이서(47)들에 의해 떨어져서 또한 원통형 발전기 하우징(20)의 하부로부터 간극(26)에 의해 떨어져서 제1측면(S1)으로부터 회전자 공간(21) 내로 연장되도록 발전기 하우징(20) 내의 회전자 공간(21) 내로 삽입된다. 회전자(30b)가 장착되는 동안, 공기 간극(25) 내의 공기 간극 스페이서(47)(예컨대, 룸버(lumber))들은 고정자(30a)를 보호하는 역할을 한다.
이어서, 회전자(30b)가 삽입되어 있는 원통형 발전기 하우징은 주 프레임(10)의 하부 부분(10a) 상에 들어 올려진다. 이 예에서, 발전기 하우징(20)의 원통형 면은 주 프레임의 하부 부분(10a)의 원통형 면(01)과 폐쇄 상태로 형성되므로, 자체-정렬 효과가 얻어질 수 있다.
그 후, 플랜지(40)는 너트/볼트 접속에 의해 혹은 유사한 방식에 의해 그의 제1단부(E1)에서 회전자(30b)에 접속된다.
마지막으로, 공기 간극 스페이서(47)들이 제거되고, 주 프레임(10)의 상부 부분(10b)은 베어링(45)과 발전기 하우징(20)을 에워싸서 완전히 폐쇄 상태로 형성된 배열을 확립하도록 하부 부분(10a)의 위쪽에 장착된다. 주 프레임(10)의 두 부분(10a), (10b)의 고정은 이어서 도 1b에 도시된 고정 볼트(13), (14)에 의해 달성되고, 허브(50)가 이어서 너트/볼트에 의해 혹은 유사한 방식으로 플랜지(40)의 단부(E2)에 접속된다. 이와 같이 해서, 도 1a의 구조가 얻어진다.
회전자 블레이드와 케이블의 부착 및 배관 접속 등과 같은 추가의 단계들은 당업자에게 충분히 공지되어 있으므로 여기서는 그 설명을 생략할 것이다.
이상 본 발명은 실시형태들을 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 이들로 제한되지 않고 당업자에게 명백한 각종 방식으로 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 범주에 의해서만 제한되는 것으로 의도된다.
특히, 본 발명은 실시형태들에 도시된 원통형 기하학적 형태로 제한되지 않고, 어떠한 기하 형태라도 적용가능하다.

Claims (47)

  1. 주 프레임(main frame)(10; 10a, 10b);
    고정자(30a)와 회전자(30b)를 포함하는 발전기 (30a, 30b);
    상기 주 프레임(10; 10a, 10b) 상에 부착되어 상기 고정자(30a)와 회전자 공간(21)을 적어도 부분적으로 에워싸고 있는 발전기 하우징(20; 20'); 및
    상기 회전자(30b)에 접속된 제1단부(E1)를 포함하고, 상기 주 프레임(10; 10a, 10b) 상에 회전가능하게 지지된 플랜지(40)를 포함하되,
    상기 발전기 하우징(20; 20')은 제1측면(S1)을 지니고,
    상기 발전기 하우징(20; 20')의 제1측면(S1)은 상기 회전자 공간(21)을 노출시키며,
    상기 회전자(30b)는 상기 발전기 하우징(20; 20') 내에 지지되는 일없이 상기 제1측면(S1)으로부터 상기 회전자 공간(25) 내로 연장되는 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀(nacelle).
  2. 제1항에 있어서, 상기 플랜지(40)는 회전자 블레이드를 부착하기 위한 허브(50)에 접속된 제2단부(E2)를 포함하는 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발전기 하우징(20; 20')은 실질적으로 원통 형상, 바람직하게는 원통형 컵 형상인 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발전기 하우징(20; 20')은 상기 제1측면(S1)과는 반대쪽에 제2측면(S2)을 구비하는 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2측면(S2)은 적어도 하나의 개구부(24)를 포함하는 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주 프레임(10; 10a, 10b)은 상기 발전기 하우징(20; 20')의 외면에 폐쇄 상태로 형성된 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주 프레임(10; 10a, 10b)은 서로 해제가능하게 접속되어 상기 발전기 하우징(20; 20')을 에워싸는 제1부분(10a)과 제2부분(10b)을 포함하는 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플랜지(40)는 Y자 형상 단면을 지니는 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자(30a)와 회전자(30b) 사이의 공기 간극(air gap)(25)은 적어도 1㎝, 바람직하게는 1㎝ 내지 5㎝인 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자(30a)와 상기 회전자(30b) 중 적어도 하나는 초전도 수단을 포함하는 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀.
  11. 풍력 에너지 변환기의 나셀을 장착하는 방법으로서,
    탑(tower)(2) 상에 주 프레임(10; 10a, 10b)의 제1부분(10a)을 장착하는 단계;
    주 프레임(10; 10a, 10b)의 제1부분(10a) 상에 제1단부(E1)를 포함하는 회전가능하게 지지된 플랜지(40)를 장착하는 단계;
    고정자(30a)와 회전자 공간(21)을 적어도 부분적으로 에워싸는 발전기 하우징(20; 20')을 제공하는 단계;
    상기 회전자 공간(21)에 스페이서(47)들을 제공하는 단계;
    상기 스페이서(47)들이 회전자(30b)와 상기 고정자(30a) 사이에 위치결정되도록 상기 회전자 공간(21) 내에 상기 회전자(30b)를 삽입하는 단계;
    상기 삽입된 회전자(30b)를 포함하는 상기 발전기 하우징(20; 20')을 상기 주 프레임(10; 10a, 10b)의 제1부분(10a) 상에 장착하는 단계;
    상기 회전자(30b)에 플랜지(40)의 제1단부(E1)를 접속하는 단계; 및
    상기 회전자(30b)가 발전기 하우징(20; 20') 내에 지지되는 일없이 상기 제1측면(S1)으로부터 상기 회전자 공간(25) 내로 연장되도록 상기 스페이서(47)들을 제거하는 단계를 포함하되,
    상기 발전기 하우징(20; 20')은 제1 및 제2측면(S1, S2)을 구비하고, 상기 발전기 하우징(20; 20')의 제1측면(S1)은 상기 회전자 공간(21)을 노출시키는 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀의 장착방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2부분(10a, 10b)이 상기 발전기 하우징(20; 20')을 에워싸도록 상기 주 프레임(10; 10a, 10b)의 제2부분(10b)이 장착되는 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀의 장착방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 플랜지(40)는 제2단부(E2)를 포함하되, 또한 상기 방법은 회전자 블레이드를 부착하기 위한 허브(50)에 상기 제2단부(E2)를 접속하는 단계를 추가로 포함하는, 풍력 에너지 변환기의 나셀의 장착방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플랜지(40)를 장착하는 단계는 상기 주 프레임(10; 10a, 10b)의 제1부분(10a) 상에 베어링 하우징(46)에 의해 지지된 베어링(bearing)(45)을 장착하는 단계를 포함하는 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀의 장착방법.
  15. 고정자(30a)와 회전자(30b); 및
    상기 고정자(30a) 및 회전자 공간(21)을 적어도 부분적으로 에워싸고 있는 발전기 하우징(20; 20')을 포함하되,
    상기 발전기 하우징(20; 20')은 제1 및 제2측면(S1, S2)을 구비하고;
    상기 발전기 하우징(20; 20')의 상기 제1측면(S1)은 상기 회전자 공간(21)을 노출시키며;
    상기 회전자(30b)는 상기 발전기 하우징(20; 20') 내에 지지되는 일없이 상기 제1측면(S1)으로부터 상기 회전자 공간(25) 내로 연장되는 것인 발전기(30a, 30b).
  16. 제15항에 있어서, 상기 발전기 하우징(20; 20')은 실질적으로 원통 형상, 바람직하게는 원통형 컵 형상인 것인 발전기.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 발전기 하우징(20; 20')은 상기 제1측면(S1)과는 반대쪽에 제2측면(S2)을 구비하는 것인 발전기.
  18. 제15항에 있어서, 상기 제2측면(S2)은 적어도 하나의 개구부(24)를 포함하는 것인 발전기.
  19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자(30a)와 상기 회전자(30b) 사이의 공기 간극(25)이 적어도 1㎝, 바람직하게는 1㎝ 내지 5㎝인 것인 발전기.
  20. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자(30a)와 상기 회전자(30b) 중 적어도 한쪽은 초전도 수단을 포함하는 것인 발전기.
  21. 제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발전기 하우징(20; 20') 내에는 냉각 수단(100a, 100b)이 설치되어 있는 것인 발전기.
  22. 제15항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발전기 하우징(20; 20') 내에는 센서 수단(101a, 101b)이 설치되어 있는 것인 발전기.
  23. 주 프레임;
    고정자와 회전자를 포함하는 발전기;
    상기 주 프레임에 부착되어 상기 고정자 및 회전자 공간을 적어도 부분적으로 에워싸고 있는 발전기 하우징; 및
    상기 회전자에 접속된 제1단부를 포함하고 상기 주 프레임에 회전가능하게 지지된 플랜지를 포함하되;
    상기 회전자는 상기 발전기 하우징 내에 지지되는 일없이 상기 회전자 공간 내로 연장되는 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀.
  24. 제23항에 있어서, 상기 플랜지는 회전자 블레이드를 부착하기 위한 허브에 부착되는 제2단부를 포함하는 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀.
  25. 제23항에 있어서, 상기 발전기 하우징은 실질적으로 원통 형상인 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀.
  26. 제25항에 있어서, 상기 발전기 하우징은 원통형 컵 형상인 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀.
  27. 제23항에 있어서, 상기 발전기 하우징은 제1측면을 포함하되, 해당 제1측면은 상기 회전자 공간을 노출시키는 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀.
  28. 제27항에 있어서, 상기 발전기 하우징은 상기 제1측면과는 반대쪽에 제2측면을 포함하되, 해당 제2측면은 적어도 하나의 개구부를 포함하는 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀.
  29. 제23항에 있어서, 상기 주 프레임은 상기 발전기 하우징의 외면에 폐쇄 상태로 형성된 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀.
  30. 제23항에 있어서, 상기 주 프레임은 서로 해제가능하게 접속되어 상기 발전기 하우징을 에워싸는 제1부분과 제2부분을 포함하는 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀.
  31. 제23항에 있어서, 상기 고정자와 상기 회전자 사이의 공기 간극이 적어도 1㎝인 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀.
  32. 제31항에 있어서, 상기 고정자와 상기 회전자 사이의 상기 공기 간극은 1㎝ 내지 5㎝인 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀.
  33. 제23항에 있어서, 상기 고정자와 상기 회전자 중 적어도 한쪽은 초전도체를 포함하는 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀.
  34. 풍력 에너지 변환기의 나셀을 장착하는 방법으로서,
    탑 상에 주 프레임의 제1부분을 장착하는 단계;
    상기 주 프레임의 제1부분 상에 제1단부를 포함하는 회전가능하게 지지된 플랜지를 장착하는 단계;
    고정자 및 회전자 공간을 에워싸는 발전기 하우징을 제공하는 단계;
    회전자 공간 내에 스페이서들을 제공하는 단계;
    상기 스페이서들이 회전자와 상기 고정자 사이에 위치결정되도록 상기 회전자 공간 내에 상기 회전자를 삽입하는 단계;
    상기 삽입된 회전자를 포함하는 상기 발전기 하우징을 상기 주 프레임의 제1부분 상에 장착하는 단계;
    상기 회전자에 플랜지의 제1단부를 접속하는 단계; 및
    상기 회전자가 상기 발전기 하우징 내에 지지되는 일없이 상기 회전자 공간 내로 연장되도록 상기 스페이서들을 제거하는 단계를 포함하는, 풍력 에너지 변환기의 나셀의 장착방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 주 프레임의 제2부분은, 상기 제1 및 제2부분이 상기 발전기 하우징을 에워싸도록 장착되는 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀의 장착방법.
  36. 제34항에 있어서, 상기 플랜지는 제2단부를 포함하되, 상기 방법은 회전자 블레이드를 부착하기 위한 허브에 상기 제2단부를 접속하는 단계를 추가로 포함하는, 풍력 에너지 변환기의 나셀의 장착방법.
  37. 제34항에 있어서, 상기 플랜지를 장착하는 단계는 상기 주 프레임의 제1부분 상에 베어링 하우징에 의해 지지된 베어링을 장착하는 단계를 포함하는 것인, 풍력 에너지 변환기의 나셀의 장착방법.
  38. 고정자;
    회전자; 및
    상기 고정자 및 회전자 공간을 적어도 부분적으로 에워싸고 있는 발전기 하우징을 포함하되,
    상기 회전자는 상기 발전기 하우징 내에 지지되는 일없이 상기 회전자 공간 내로 연장되는 것인 발전기.
  39. 제38항에 있어서, 상기 발전기 하우징은 실질적으로 원통 형상인 것인 발전기.
  40. 제39항에 있어서, 상기 발전기 하우징은 원통형 컵 형상인 것인 발전기.
  41. 제38항에 있어서, 상기 발전기 하우징은 제1측면을 포함하되, 해당 제1측면은 상기 회전자 공간을 노출시키는 것인 발전기.
  42. 제41항에 있어서, 상기 발전기 하우징은 상기 제1측면과는 반대쪽에 제2측면을 포함하되, 해당 제2측면은 적어도 하나의 개구부를 포함하는 것인 발전기.
  43. 제38항에 있어서, 상기 고정자와 상기 회전자 사이의 공기 간극이 적어도 1㎝인 것인 발전기.
  44. 제43항에 있어서, 상기 고정자와 상기 회전자 사이의 상기 공기 간극은 1㎝ 내지 5㎝인 것인 발전기.
  45. 제38항에 있어서, 상기 고정자와 상기 회전자 중 적어도 한쪽은 초전도체를 포함하는 것인 발전기.
  46. 제38항에 있어서, 상기 발전기 하우징 내에는 냉각 시스템이 설치되어 있는 것인 발전기.
  47. 제38항에 있어서, 상기 발전기 하우징 내에는 센서가 설치되어 있는 것인 발전기.
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