KR101102956B1 - 스프링력으로 제동하는 풍력발전기용 로터 브레이크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유압에 의해서 브레이킹 상태가 해제되도록 한 풍력발전기용 로터 브레이크에 관한 것으로서, 디스크와 패드의 갭 조정이 가능하고, 구성의 단순화 및 소형화, 제동 성능 및 내구성 향상, 정비의 편리성, 패드 마모를 검출하여 교환 시기를 고지하는 등의 기능을 두루 갖춘 풍력발전기용 로터 블레이크를 제공코자 하는 것이다.
즉, 본 발명은 증속 기어박스(5)와 고속 샤프트(6)로 연결되는 발전기(3) 사이에 고속 샤프트(6)의 회전력을 제어할 수 있도록 설치되며, 유압에 의해서 브레이킹이 이루어지는 풍력발전기(1)용 로터 브레이크(10)에 있어서;
증속 기어박스(5)에 고정되는 베이스패널(11)과; 상기 베이스패널(11)에 세워지며 상단에는 스프링 지지판(14)이 결합된 한 쌍의 서포터(12)와; 상기 서포터(12)에 설치된 상태에서 베이스패널(11) 쪽으로 가압하는 플로팅스프링(15)에 의해 가압되는 캘리퍼설치판(13)과; 상기 캘리퍼설치판(13)의 상측과 하측에 디스크(16)가 내입되는 디스크내입부(17)가 형성되도록 볼트(20)로 조립한 캘리퍼(18)(19)와; 상기 디스크(16)와 면접하도록 상하측 캘리퍼(18)(19)에 결합되는 패드(22)가 결합된 패드결합판(23)(24)과; 상기 상측 패드결합판(23)이 결합되는 가압판(26)을 캘리퍼(18)에 고정하도록 4개소가 설치되며, 캘리퍼(18)에 형성된 자리파기 구멍(41)을 통해서 가압판(26)의 배면에 고정되는 볼트(42)와, 상기 캘리퍼(18)와 볼트머리 사이에 위치하도록 개재한 스프링(43)으로 구성된 탄성수단(40)과; 상기 상측 캘리퍼(18)에 형성된 실린더홈(28) 및 실린더홈(28)에 조립되며 유압이 제공될 때 패드(22) 반대쪽으로 작동하는 피스톤(29)을 결합한 실린더(27)와; 상기 캘리퍼(18)에 고정 설치되는 스프링가압판(31)과 피스톤(29) 사이에 설치되며 피스톤(29)을 캘리퍼(18) 쪽으로 가압하는 판스프링(30)과; 하단이 상기 패드결합판(23)과 접하도록 피스톤(29)에 내장 설치되며, 상단은 피스톤(29)과 함께 스프링가압판(31) 외부로 노출된 상태에서 나사부(32a)가 형성되어 조절너트(33)가 체결하며, 나사부(32a)의 상단에 사각축부(32b)를 형성한 샤프트(32)를 포함하며; 상기 하측 캘리퍼(19)에는 베이스패널(11)에 볼트머리(21a)가 접하도록 양측으로 조정볼트(21)를 설치한 것이다.

Description

스프링력으로 제동하는 풍력발전기용 로터 브레이크{Rorter brake for spring power braking of wind generator}

본 발명은 장치내부에 고장력 스프링을 삽입하여 스프링으로 제동하고 유압에 의해서 브레이킹 상태가 해제되도록 한 스프링력으로 제동하는 풍력발전기용 로터 브레이크에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 디스크와 패드의 갭 조정이 가능하고, 구성의 단순화 및 소형화, 제동 성능 및 내구성 향상, 정비의 편리성, 패드 마모를 검출하여 교환 시기를 고지하는 등의 기능을 두루 갖춘 풍력발전기용 로터 블레이크를 제공코자 하는 것이다.

바람을 이용하는 풍력발전기는 타워(tower) 상단에 블레이드를 통해 얻어진 회전력을 발전기로 전달 및 변환하는 로터 드라이브가 구성되어 있으며, 이 장치의 주기적인 정비를 통해 효율적인 풍력발전 설비가 유지되게 된다.

상기 로터 드라이브에는 증속 기어박스 및 증속 기어박스와 고속 샤프트로 연결되는 발전기 등이 설치되며, 증속 기어박스에 블레이드의 회전력을 전달하는 저속 샤프트를 지지하는 베어링이 내장된 하우징 등이 고정 설치된다.

또한 증속 기어박스와 고속 샤프트로 연결되는 발전기 사이에는 고속 샤프트의 회전력을 제어할 수 있도록 유압에 의해서 브레이킹 상태가 해제되도록 한 로터 블레이크가 설치된다.

상기 로터 브레이크는 증속 기어박스에 고정 설치되는 베이스패널에 한 쌍의 서포터를 세우고, 이 서포터에는 캘리퍼설치판을 설치하되, 캘리퍼설치판과 서포터 상단에 결합된 스프링 지지판 사이에 플로팅스프링을 개재하여 캘리퍼설치판을 베이스패널 쪽으로 가압되게 구성되며, 상기 캘리퍼설치판에는 고속 샤프트에 축 설치되는 디스크가 삽입되는 홈이 형성되게 한 쌍의 캘리퍼를 설치하여 패드가 결합되는 패드고정판을 설치한다.

상기 상측 캘리퍼에는 실린더홈을 형성하고, 이 실린더에는 유압이 제공될 때 패드 반대쪽으로 작동하며 패드고정판이 결합되는 가압판과 접하는 피스톤을 설치하고, 상기 피스톤의 상측으로는 판스프링이 적층되며, 판스프링의 상측으로는 캘리퍼에 고정 설치되는 스프링가압판이 설치되어 피스톤을 가압할 수 있게 한다.

그리고 상측 캘리퍼에는 가압판에 나사결합된 볼트를 외부에 돌출되게 설치하고 이 볼트에는 패드결합판을 캘리퍼 쪽으로 탄성 지지하도록 캘리퍼스프링을 개재하여 구성하였다.

상기한 종래 로터 브레이크는 패드의 간격 조정이 어렵고, 실린더가 캘리퍼에 일체로 형성되어 있으므로 실린더 보수를 위해서 브레이크 전체를 완전히 해체해야 한다.

또한 플로팅스프링과 켈리퍼스프링이 외부 노출형으로 외부요인에 의해 작동 불량이 우려되었으며, 브레이크 패드 갭 조정 기능으로서 가장 중요한 캘리퍼스프링의 움직이는 부분이 무게중심 멀리 배치되는 구성으로 기능의 정확성이 떨어지는 문제점이 있었으며, 패드의 마모를 고지하는 기능성이 없어 관리자가 수시로 육안으로 확인해야 하는 불편이 있었다.

이에 본 발명자는 상기한 종래 풍력발전기용 로터 블레이크의 제반 문제점을 일소코자 본 발명을 연구 개발한 것으로서, 본 발명에서는 내부에 고장력 스프링을 삽입하여 스프링력을 이용한 제동형으로 되어 풍력발전장치의 상시개방형 제어 시스템에 부합될 수 있도록 연구개발 한 것으로서, 디스크와 패드의 갭 조정이 가능하고, 구성의 단순화 및 소형화, 제동 성능 및 내구성 향상, 정비의 편리성, 패드 마모를 검출하여 교환 시기를 고지하는 등의 기능을 두루 갖춘 풍력발전기용 로터 블레이크를 제공함에 발명의 기술적 과제를 두고 본 발명을 연구 개발한 것이다.

과제 해결수단으로 본 발명에서는 증속 기어박스와 고속 샤프트로 연결되는 발전기 사이에는 고속 샤프트의 회전력을 제어할 수 있도록 설치되는 풍력발전기용 로터 브레이크에 있어서; 증속기어박스에 고정되는 베이스패널과; 상기 베이스프레임에 세워지며 상단에는 스프링 지지판이 결합된 한 쌍의 서포터와; 상기 서포터에 설치된 상태에서 베이스패널 쪽으로 가압하는 플로팅스프링에 의해 가압되는 캘리퍼설치판과; 상기 캘리퍼설치판의 상측과 하측에 디스크가 내입되는 디스크내입부가 형성되도록 볼트로 조립한 캘리퍼와; 상기 디스크와 면접하도록 상하측 캘리퍼에 결합되는 패드가 결합된 패드결합판과; 상기 상측 패드결합판이 결합되는 가압판을 캘리퍼에 고정하도록 4개소가 설치되며, 캘리퍼에 형성된 자리파기 구멍을 통해서 패드결합판의 배면에 고정되는 볼트와, 상기 캘리퍼와 볼트머리 사이에 위치하도록 개재한 스프링으로 구성된 탄성수단과; 상기 상측 캘리퍼에 형성된 실린더홈 및 실린더홈에 조립되며 유압이 제공될 때 패드 반대쪽으로 작동하는 피스톤과; 상기 캘리퍼에 고정 설치되는 스프링가압판과 피스톤 사이에 설치되며 피스톤을 캘리퍼 쪽으로 가압하는 판스프링과; 하단이 상기 패드결합판과 접하도록 피스톤에 내장 설치되며, 상단은 피스톤과 함께 스프링가압판 외부로 노출된 상태에서 나사부가 형성되어 조절너트가 체결하며, 나사부의 상단에 사각축부를 형성한 샤프트를 포함하며; 상기 하측 캘리퍼에는 베이스패널에 볼트머리가 접하도록 양측으로 조정볼트를 설치하였다.

상기 상측 캘리퍼의 양쪽에는 가이드홀을 형성하고 가압판에 고정된 시어핀을 결합하여 디스크와의 마찰력에 의한 전단력이 시어핀을 통해서 캘리퍼에 직접 전달되게 구성하였다.

그리고 패드 마모를 검출하는 패드마모 검출수단을 더 설치하되; 상기 패드 마모 검출수단은 스프링가압판에는 리미터스위치를 고정하고, 리미터스위치와 접하도록 피스톤에 터치판을 고정하였다.

본 발명에서 제공하는 풍력발전기용 로터 브레이크에 의하면 유압력을 지속적으로 가하여 브레이크를 계속 개방하던 중 풍력발전 장치의 비정상 작동이 감지되어 전원이 차단되면 유압력이 자동적으로 차단되며, 이와 동시에 내부의 고장력 스프링에 의해 로터 브레이크가 제동력을 발휘할 수 있도록 한 것으로서, 하기와 같은 효과가 있다.

플로팅 스프링과 조정볼트에 의하여 캘리퍼(Caliper)의 좌우 플로팅(±5 mm)이 가능하므로, 브레이크 설치 시 디스크와 캘리퍼 간의 센터라인 편차를 쉽게 조정할 수 있다.

조정 볼트를 이용하여 디스크와 패드간의 좌우 에어 갭을 동일하게 조정할 수 있다.

패드 마모 검출수단이 구비되어 있으므로 브레이크 패드의 마모 상태를 검출하여 패드 교체시기를 알려줌으로써 유지/보수가 편리하다.

모노 실린더 구조로 좁은 공간에도 설치 가능하며, 피스톤이 없는 쪽은 정비공간이 불필요 하므로 좁은 공간에도 설치 가능하다.

브레이크 해제시 패드가 디스크에서 완전히 이탈되어 불필요한 패드의 마모를 방지할 수 있다.

실린더 내부에 샤프트를 설치한 구성으로 샤프트를 좌우로 돌려 패드의 간격을 임의로 조정 가능하다.

브레이크 패드 갭 조정 기능으로서 가장 중요한 스프링을 단순화하고 움직이는 부분의 무게중심 가까이로 배치하여 기능의 정확성 및 스프링의 보호에 유리하다.

유압력이 투입되는 실린더 부분내부에 고장력 스프링을 함께 배치하여 브레이크 본체와는 별개의 구조로 브레이크 전체를 완전히 해제하지 않고도 정비가 가능하다.

가압판과 캘리퍼 사이에 시어핀(SHEAR PIN)을 마련하여 제동력이 캘리퍼를 통해서 브레이크 본체에 직접 전달될 수 있는 구조로 되어 있어 제동 성능 발휘 및 내구성에 유리하다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 로터 브레이크를 풍력발전기에 설치한 상태도
도 2는 본 발명에서 제공하는 로터브레이크의 일 실시예를 보인 평면도
도 3은 도 2의 A-A선 단면 구성도
도 4는 도 2의 B-B선 단면 구성도
도 5는 도 2의 C-C선 단면 구성도
도 6은 본 발명에 적용된 탄성수단 발췌 단면도

이하에서 본 발명의 구성을 첨부 도면에 의거하여 설명한다.

일반적으로 사용되고 있는 바람을 이용하는 풍력발전기(1)는 도 1과 같이 타워(tower) 상단에 블레이드(2)를 통해 얻어진 회전력을 발전기(3)로 전달 및 변환하는 로터 드라이브(4)가 구성되어 있다. 로터 드라이브(4)에는 증속 기어박스(5) 및 증속 기어박스(5)와 고속 샤프트(6)로 연결되는 발전기(3) 등이 설치되며, 또한 증속 기어박스(5)와 고속 샤프트(6)로 연결되는 발전기(3) 사이에는 고속 샤프트(6)의 회전력을 제어할 수 있도록 로터 브레이크(10)가 반드시 설치된다.

본 발명에서는 상기 유압에 의해서 브레이킹이 이루어지는 로터 브레이크(10)의 구성을 적극적으로 개량한 것이다.

본 발명에서는 증속 기어박스(5)에 고정되는 베이스패널(11)에 한 쌍의 서포터(12)를 세우고, 이 서포터(12)에는 캘리퍼설치판(13)을 설치한다.

상기 캘리퍼설치판(13)이 결합되어 있는 서포터(12) 상단에는 스프링 지지판(14)이 결합되며, 서포터(12) 상에는 캘리퍼설치판(13)을 베이스패널(11) 쪽으로 가압하는 플로팅스프링(15)을 개재하여 캘리퍼설치판(13)을 베이스패널(11) 쪽으로 가압되게 한다.

상기 캘리퍼설치판(13)의 상측과 하측에는 디스크(16)가 내입되는 디스크내입부(17)가 형성되도록 각각 캘리퍼(18)(19)를 배치하여 볼트(20)로 조립한다.

상기 상하측 캘리퍼(18)(19)와 캘리퍼설치판(13)의 조립 구성은 조립 구성은 캘리퍼설치판(13)과 상측 캘리퍼(18)에 조립구멍(13a)(18a)을 형성하고, 하측 캘리퍼(19)에는 나사구멍(19a)을 형성하여 상호 조립되게 하며, 상기 하측 캘리퍼(19)에는 베이스패널(11)에 볼트머리(21a)가 접하도록 양측으로 조정볼트(21)를 설치한다.

이러한 구성은 하측 캘리퍼(19)에 결합되어 있는 조정볼트(21)를 풀고 조일 때 베이스패널(11)에 볼트머리가 접하면서 캘리퍼(Caliper)(19)의 좌우 플로팅(±5 mm)이 가능하고, 브레이크 설치시 디스크(16)와 캘리퍼(18)(19) 간의 센터라인 편차를 쉽게 조정할 수 있다.

상기 하측 캘리퍼(19)에는 디스크(16)와 면접하는 패드(22)가 고정된 패드결합판(24)을 볼트(25)로 조립 구성하여 패드(22)를 쉽게 교체할 수 있게 하며, 상측 캘리퍼(18)에는 패드(22)가 고정된 패드결합판(23)이 결합되는 가압판(26)을 탄성수단(40)으로 고정한다.

상기 탄성수단(40)은 4개소가 설치되어 있으며, 캘리퍼(18)에 형성된 자리파기 구멍(41)을 통해서 가압판(26)의 배면에 고정되는 볼트(42)와, 상기 캘리퍼(18)와 볼트머리 사이에 위치하도록 개재한 스프링(43)을 포함하는 구성으로 이루어져 있다.

본 발명에서는 상기 상측 캘리퍼(18)에만 실린더(27)를 조립 설치한 구성으로 상측 캘리퍼(18)에 실린더홈(28)을 형성하고, 이 실린더(27)에는 유압이 제공될 때 상측 캘리퍼(18) 쪽의 패드결합판(23)에 결합된 패드(22)를 상측 캘리퍼(18) 쪽으로 이동시켜 디스크(16)와 이격시키도록 작동하는 피스톤(29)을 상측 캘리퍼(18)를 기준으로 상측 패드결합판(23)에 고정된 패드(22)의 반대쪽으로 설치한다.

상기 피스톤(29)의 상측으로는 판스프링(30)이 적층되며, 판스프링(30)의 상측으로는 스프링가압판(31)이 캘리퍼(18)에 설치되어 피스톤(29)을 가압할 수 있게 한다.

상기 피스톤(29)의 상단은 스프링가압판(31) 외부로 노출되며 중심에는 하단이 상기 가압판(26)과 접하며 피스톤(29)과 함께 작동하는 샤프트(32)가 내장 설치되며 샤프트(32)의 상단에는 나사부(32a)를 형성하여 조정너트(33)를 체결하며, 나사부(32a)의 상단에는 샤프트(32)를 회동시킬 수 있는 사각축부(32b)를 형성한다.

이러한 구성은 유체압이 제공되면서 피스톤(29)을 상향 이동시켜 브레이킹을 해제하고 있다가 정전 등의 비상시 유체압이 제거되면 피스톤(29)과 스프링가압판(31) 사이에 위치하는 판스프링(30)의 탄성력에 의해 브레이킹이 이루어질 수 있다. 또한 상기 구성에 의하면 피스톤(29)에 결합되어 있는 샤프트(32)를 승강함으로 해서 디스크(16)와 패드(22)의 간격을 쉽게 조절할 수 있다.

상기 상측 캘리퍼(18)의 양쪽에는 가이드홀(18b)을 형성하고 가압판(26)에 고정된 시어핀(34)을 결합한다. 이러한 구성은 디스크(16)과의 마찰력에 의한 강한 전단력이 가압판(26)으로 전달될 때 시어핀(34)을 통해서 캘리퍼(18)에 직접 전달되게 구성한 것으로 특히 실린더(27)에 무리를 주지 않게 되면서 제동 성능을 유지할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 모노 실린더(27) 구조로 좁은 공간에도 설치 가능하며, 피스톤(29)이 없는 쪽은 정비공간이 불필요 하므로 좁은 공간에도 설치 가능하며, 유압력이 투입되는 실린더(27) 부분을 별개의 구조로 로터 브레이크(10) 전체를 완전히 해제하지 않고도 정비가 가능하다. 또한 본 발명은 탄성수단(40)이 설치되어 있는 바, 상기와 같이 유체압이 제거되면 브레이크 되면서 유체압에 의해 압축되어 있던 스프링(43)이 팽창하면서 가압판(26)을 캘리퍼(18)쪽으로 밀착시켜 디스크(16)와 패드(22)를 확실하게 이완시켜 불필요한 마찰이 방지되는 것이다.

한편 본 발명은 패드 마모 검출수단(50)이 마련되어 있다.

상기 패드 마모 검출수단(50)은 스프링가압판(31)에는 리미터스위치(51)를 고정하고, 리미터스위치(51)와 접하도록 피스톤(29)에 터치판(52)을 고정한다.

이러한 패드 마모 검출수단(50)은 패드(22)가 마모된 상태에서 브레이크 작동시 리미터스위치(51)가 터치판(52)에서 떨어지게 되는데, 이때 리미터스위치(51)와 전기적으로 연결되어 있는 고지수단(도시되어 있지 않음.)을 통하여 관리자에게 패드(22)가 마모되었음을 고지하게 되는 것이다.

상기한 본 발명의 상세한 설명에서는 바람직한 일 실시예에 관해 설명하고 있으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함은 물론이며, 본 발명의 보호 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술할 특허청구범위 뿐만 아니라 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명에서 제공하는 로터 브레이크는 풍력발전기는 물론이고, 각종 산업기계용 브레이크로 사용할 수 있다.

1:풍력발전기 2:블레이드
3:발전기 4:로터 드라이브
5:증속 기어박스 6:고속 샤프트
10:로터 브레이크 11:베이스패널
12:서포터 13:캘리퍼설치판
13a,18a:조립구멍 14:스프링 지지판
15:플로팅스프링 16:디스크
17:디스크내입부 18,19:캘리퍼
18b:가이드홀 19a나사구멍
20:볼트 21:조정볼트
21a:볼트머리 22:패드
23,24:패드결합판 25:볼트
26:가압판 27:실린더
28:실린더홈 29:피스톤
30:판스프링 31:스프링가압판
32:샤프트 32a:나사부
32b:사각축부 33:조정너트
34:시어핀 40:탄성수단
41:자리파기 구멍 42:볼트
43:스프링 50:패드 마모 검출수단
51:리미터스위치 52:터치판

Claims (3)

1. 증속 기어박스(5)와 고속 샤프트(6)로 연결되는 발전기(3) 사이에 고속 샤프트(6)의 회전력을 제어할 수 있도록 설치되며, 유압에 의해서 브레이킹이 이루어지는 풍력발전기(1)용 로터 브레이크(10)에 있어서;
   증속 기어박스(5)에 고정되는 베이스패널(11)과;
   상기 베이스패널(11)에 세워지며 상단에는 스프링 지지판(14)이 결합된 한 쌍의 서포터(12)와;
   상기 서포터(12)에 설치된 상태에서 베이스패널(11) 쪽으로 가압하는 플로팅스프링(15)에 의해 가압되는 캘리퍼설치판(13)과;
   상기 캘리퍼설치판(13)의 상측과 하측에 디스크(16)가 내입되는 디스크내입부(17)가 형성되도록 볼트(20)로 조립한 캘리퍼(18)(19)와;
   상기 디스크(16)와 면접하도록 상하측 캘리퍼(18)(19)에 결합되는 패드(22)가 고정된 패드결합판(23)(24)과;
   상기 상측 패드결합판(23)이 결합되는 가압판(26)을 캘리퍼(18)에 고정하도록 4개소가 설치되며, 캘리퍼(18)에 형성된 자리파기 구멍(41)을 통해서 가압판(26)의 배면에 고정되는 볼트(42)와, 상기 캘리퍼(18)와 볼트머리 사이에 위치하도록 개재한 스프링(43)으로 구성된 탄성수단(40)과;
   상기 상측 캘리퍼(18)에 형성된 실린더홈(28) 및 실린더홈(28)에 조립되며 유압이 제공될 때 상측 캘리퍼(18)를 기준으로 상측 패드결합판(23)에 고정된 패드(22)의 반대쪽으로 작동되어 디스크(16)에서 패드(22)를 이완시키는 피스톤(29)을 결합한 실린더(27)와;
   상기 캘리퍼(18)에 고정 설치되는 스프링가압판(31)과 피스톤(29) 사이에 설치되며 피스톤(29)을 캘리퍼(18) 쪽으로 가압하는 판스프링(30)과;
   하단이 상기 패드결합판(23)과 접하도록 피스톤(29)에 내장 설치되며, 상단은 피스톤(29)과 함께 스프링가압판(31) 외부로 노출된 상태에서 나사부(32a)가 형성되어 조절너트(33)가 체결하며, 나사부(32a)의 상단에 사각축부(32b)를 형성한 샤프트(32)를 포함하며;
   상기 하측 캘리퍼(19)에는 베이스패널(11)에 볼트머리(21a)가 접하도록 양측으로 조정볼트(21)를 설치한 것을 특징으로 하는 스프링력으로 제동하는 풍력발전기용 로터 브레이크.
   
2. 제 1항에 있어서;
   상기 상측 캘리퍼(18)의 양쪽에는 가이드홀(18b)을 형성하고 가압판(28a)에 고정된 시어핀(34)을 결합하여 디스크(16)와의 마찰력에 의한 전단력이 시어핀(34)을 통해서 캘리퍼(18)에 직접 전달되게 구성한 것을 특징으로 하는 스프링력으로 제동하는 풍력발전기용 로터 브레이크.
   
3. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 있어서;
   패드(22) 마모를 검출하는 패드마모 검출수단(50)을 더 설치하되;
   상기 패드 마모 검출수단(50)은 스프링가압판(31)에 리미터스위치(51)를 고정하고, 리미터스위치(51)와 접하도록 피스톤(29)에 터치판(52)을 고정한 것을 특징으로 하는 스프링력으로 제동하는 풍력발전기용 로터 브레이크.

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