KR101105181B1

KR101105181B1 - 풍력 발전 장치

Info

Publication number: KR101105181B1
Application number: KR1020097010946A
Authority: KR
Inventors: 도모히로 누마지리
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2008-06-10
Filing date: 2008-06-10
Publication date: 2012-01-12
Also published as: JPWO2009150716A1; US8164211B2; EP2284395A1; EP2284395A4; WO2009150716A1; CA2669006C; KR20100021558A; JP5079001B2; CN101680432A; CN101680432B; US20110031755A1; CA2669006A1

Abstract

지주 (2) 의 상부에 설치되는 요 시스템 (10A) 의 부품 점수 저감 및 경량화가 가능한 풍력 발전 장치를 제공한다. 요 구동 장치 (30), 요 선회륜 및 요 브레이크를 구비하고, 풍향에 따라 지주 (2) 의 상부에 설치된 나셀을 선회시키는 요 시스템 (10A) 을 구비하고 있는 풍력 발전 장치에 있어서, 요 선회륜을 나셀 대판 (12) 에 대략 L 자형 단면의 브래킷 (23A) 을 개재하여 고정시킨 미끄럼 베어링 (20A) 으로 하고, 미끄럼 베어링 (20A) 이, 지주 (2) 의 상단부에 형성된 플랜지부 (2a) 를, 브래킷 (23A) 에 유지된 미끄럼 패드 (22) 에 의해 슬라이딩 가능하게 지지하도록 구성하였다.

풍력 발전 장치

Description

풍력 발전 장치{WIND POWER GENERATOR}

본 발명은 풍향에 따라 나셀 (nacelle) (풍차 본체) 를 선회시키는 요 시스템을 구비한 풍력 발전 장치에 관한 것이다.

종래, 풍력으로 풍차를 돌리고, 그 회전 운동을 발전기에 전달하여 전기를 일으키는 풍력 발전 장치에는 풍향에 따라 나셀을 선회시키는 (좌우로 방향을 바꾸는) 요 시스템이 형성되어 있다.

종래의 요 시스템은 요 구동 장치, 요 선회륜 및 요 브레이크에 의해 구성 되고, 주요한 구성 요소가 나셀측에 배치되어 있다. 즉, 풍차 및 그 회전력에 의해 발전하는 파워 트레인을 탑재한 나셀은, 요 시스템의 동작에 의해 타워 상부에서 선회하여, 풍향에 따른 최적의 방향을 향해 발전하도록 되어 있다.

도 3 에 나타내는 종래예의 요 시스템 (10) 은, 고정측이 되는 지주 (支柱, 2) 에 대해, 요 브레이크 겸용의 미끄럼 베어링 (20) 을 사용한 요 선회륜 (11) 을 개재하여 나셀이 선회 가능하게 장착되어 있다. 또한, 도면 중의 부호 12 는 나셀을 구성하는 나셀 대판 (臺板) 이며, 이 나셀 대판 (12) 에는 전동기 (13) 및 구동 기어 (14) 를 구비한 요 구동 장치 (15) 가 고정 설치되어 있다.

상기 서술한 미끄럼 베어링 (20) 은, 지주 (2) 의 플랜지부 (2a) 에 고정된 고정 시트 (21) 와, 브레이크 패드 (22) 를 유지하는 브래킷 (23) 에 의해 구성된다. 이 경우의 브래킷 (23) 은 대략 L 자상 단면 (斷面) 형상의 부재이며, 상단면이 나셀 대판 (12) 의 하면에 고정되어 있다.

이와 같이 구성된 미끄럼 베어링 (20) 은, 브레이크 패드 (22) 가 고정 시트 (21) 에 형성된 플랜지부 (21a) 의 상하면 및 외주면을 슬라이딩 가능하게 지지하고 있다.

이 경우, 도면 중의 부호 CL 이 지주 (2) 의 축 중심선을 나타내고 있으므로, 요 구동 장치 (15) 는 지주 (2) 의 외측에 배치된 구성예가 된다.

이 요 구동 장치 (15) 는, 구동 기어 (14) 가 고정측의 링 기어 (16) 와 서로 맞물려 있으므로, 전동기 (13) 의 회전 운동에 따라, 가동측이 되는 나셀 (나셀 대판 (12) 및 브래킷 (23) 등) 을 구동 기어 (14) 와 함께 선회시킬 수 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).

또한, 종래의 풍력 발전 장치에서는, 상기 서술한 요 선회륜으로서 구름 베어링을 채용한 요 시스템도 알려져 있다.

[특허문헌 1] 일본 공개특허공보 2007-51585호

최근, 풍력 발전 장치는 더욱 대형화 (대(大)출력화) 되는 경향이 있고, 풍력 발전 장치의 대형화에 수반되어 지주 상부에 설치되는 나셀이나 요 시스템의 중량도 증가하고 있다.

상기 서술한 종래 기술의 구성에서는 지주와 나셀 사이에 요 브레이크를 겸한 요 선회륜으로서 기능하는 미끄럼 베어링을 채용하고 있다. 따라서, 지주, 요 선회륜 (베어링) 의 구조 및 나셀은 각각 개개의 구조체로서 구성되는 것이 되므로, 더 이상 부품 점수를 감소시켜 경량화하기는 곤란하였다.

이와 같은 배경에서, 요 시스템을 구성하는 부품 점수의 저감 및 경량화가 요망되고 있다.

본 발명은 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는 지주 상부에 설치되는 요 시스템의 부품 점수 저감 및 경량화가 가능하게 되는 풍력 발전 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해, 이하의 수단을 채용하였다.

본 발명에 관련된 풍력 발전 장치는, 요 구동 장치, 요 선회륜 및 요 브레이크를 구비하고, 풍향에 따라 지주의 상부에 설치된 나셀을 선회시키는 요 시스템을 구비하고 있는 풍력 발전 장치로서,

상기 요 선회륜을 나셀 하면에 대략 L 자형 단면의 브래킷을 개재하여 고정시킨 미끄럼 베어링으로 하고, 상기 미끄럼 베어링이 상기 지주의 상단부에 형성된 플랜지부를, 상기 브래킷에 유지된 미끄럼 패드에 의해 슬라이딩 가능하게 지지하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

이와 같은 풍력 발전 장치에 의하면, 요 선회륜을 나셀 하면에 대략 L 자형 단면의 브래킷을 개재하여 고정시킨 미끄럼 베어링으로 하고, 이 미끄럼 베어링이, 지주의 상단부에 형성된 플랜지부를, 브래킷에 유지된 미끄럼 패드에 의해 슬라이딩 가능하게 지지하도록 구성되어 있기 때문에, 플랜지부를 유효하게 이용하여 미끄럼 베어링을 구성할 수 있다. 그리고, 이 미끄럼 베어링은 요 브레이크의 기능을 겸비한 요 선회륜이 된다.

상기의 발명에 있어서, 상기 브래킷은 둘레 방향이 복수로 분할되어 있는 것이 바람직하고, 이로써, 지주의 상단부에 브래킷을 장착하는 작업이 용이해진다.

이 경우, 상기 브래킷을 상기 지주의 상단부에 임시 고정시키는 임시 고정용 부재를 구비하고 있는 것이 바람직하고, 이로써, 소정 위치에 나셀을 장착할 때까지 동안, 지주의 상단부에 브래킷을 임시 고정시킨 상태를 유지하여 반송 등의 작업을 실시할 수 있다.

상기 서술한 본 발명에 의하면, 지주의 상단부에 형성된 플랜지를 유효하게 이용하여 미끄럼 베어링을 구성하므로, 이 미끄럼 베어링 자체의 부품 점수를 저감시켜 경량화할 수 있다. 또한, 미끄럼 베어링이 요 브레이크를 겸용한 요 선회륜으로서 기능하므로, 지주 상부에 설치되어 나셀을 선회시키는 요 시스템 전체에 있어서도, 부품 점수를 저감시켜 경량화된 풍력 발전 장치를 제공할 수 있다.

도 1 은 본 발명에 관련된 풍력 발전 장치의 일 실시형태로서 지주의 상부 및 요 시스템의 구성예를 나타내는 요부 단면도이다.

도 2 는 본 발명에 관련된 풍력 발전 장치의 전체 구성예를 나타내는 도면이다.

도 3 은 풍력 발전 장치의 요 시스템에 관련된 종래예를 나타내는 요부 단면도이다.

부호의 설명

1 풍력 발전 장치 2 지주

2a 플랜지부 3 나셀

4 로터 헤드 10A 요 시스템

12 나셀 대판 20A 미끄럼 베어링

22 미끄럼 패드 23A 브래킷

30 요 구동 장치

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명에 관련된 풍력 발전 장치의 일 실시형태를 도 1 및 도 2 를 참조하여 설명한다.

도 2 에 나타내는 풍력 발전 장치 (1) 는 기초 (B) 상에 세워 형성되는 지주 (「타워」라고도 함) (2) 와, 지주 (2) 의 상단에 설치되는 나셀 (3) 과, 대략 수평인 회전 축선 둘레로 회전 가능하게 지지되어 나셀 (3) 에 형성되는 로터 헤드 (4) 를 가지고 있다.

로터 헤드 (4) 에는 그 회전 축선 둘레로 방사상으로 하여 복수 장 (예를 들어 3 장) 의 풍차 회전 날개 (5) 가 장착되어 있다. 이로써, 로터 헤드 (4) 의 회전 축선 방향으로부터 풍차 회전 날개 (5) 에 닿은 바람의 힘이, 로터 헤드 (4) 를 회전 축선 둘레로 회전시키는 동력으로 변환되도록 되어 있다.

상기 서술한 풍력 발전 장치 (1) 는 지주 (2) 의 상단에 위치하는 나셀 (3) 을 선회시키는 요 시스템을 구비하고 있다. 이 요 시스템은 나셀 (3) 을 풍향에 따른 최적의 방향으로 하고, 로터 헤드 (4) 를 효율적으로 회전시켜 발전시키기 위한 장치이다.

도 1 에 나타내는 요 시스템 (10A) 은 요 구동 장치, 요 선회륜 및 요 브레이크를 구비하여 구성된다.

도시된 구성예에서는, 고정측이 되는 지주 (2) 의 상단부에 축 중심 방향을 향하는 내향의 플랜지부 (2a) 를 형성하고, 이 플랜지부 (2a) 를 이용하여, 후술하는 요 구동 장치 (30) 에 의해 선회되는 나셀 (3) 을 선회 가능하게 지지하는 요 선회륜과, 나셀 (3) 의 선회를 억제 또는 정지시키는 요 브레이크의 기능을 겸비한 미끄럼 베어링 (20A) 이 형성되어 있다.

상기 서술한 미끄럼 베어링 (20A) 은 나셀 (3) 의 하면에, 구체적으로는 나셀 (3) 을 구성하는 나셀 대판 (12) 의 하면에, 대략 L 자상 단면을 갖는 브래킷 (23A) 을 개재하여 고정되어 있다. 이 미끄럼 베어링 (20A) 은 브래킷 (23A) 에 유지된 미끄럼 패드 (22) 가 플랜지부 (2a) 를 슬라이딩 가능하게 지지 (끼워 지지) 하므로, 지주 (2) 의 상부에서 나셀 (3) 을 선회시키는 요 시스템의 요 선회륜으로서 기능한다. 또한, 브래킷 (23A) 은 나셀 대판 (12) 의 소정 위치에 볼트 (24) 로 고정되어 있다.

이 경우의 미끄럼 베어링 (20A) 에 있어서, 바람직한 미끄럼 패드 (22) 로서는, 예를 들어 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리아미드, 아세탈, 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 등과 같이, 마찰 계수가 낮은 고분자 재료가 있다.

또, 상기 서술한 미끄럼 베어링 (20A) 은 브래킷 (23A) 에 유지된 미끄럼 패드 (22) 가, 플랜지부 (2a) 의 상하 양면 및 플랜지부 (2a) 의 내주면에 접하도록 형성되어 있다. 그리고, 플랜지부 (2a) 의 3 면에 접하는 미끄럼 패드 (22) 에는, 각각에 대해 적절히 예압이 주어진다. 이 결과, 미끄럼 베어링 (20A) 은 미끄럼 패드 (22) 와 플랜지 (2a) 사이에 마찰력이 작용하므로, 나셀 (3) 의 선회에 대한 정부하 (定負荷) 의 브레이크력을 주는 요 브레이크로 해도 기능한다.

또한, 상기 서술한 예압에 대해서는, 예를 들어 유압 실린더 (도시 생략) 등에 의해 미끄럼 패드 (22) 를 가압하여 슬라이딩면에 가압하거나 하여 주지된 예압 부여 수단을 채용하면 된다.

이 경우의 요 구동 장치 (30) 는 선회되는 나셀 (3) 측에 고정 설치되어 있다. 구체적으로는 전동기 (31) 가 나셀 대판 (12) 에 고정 설치되고, 그 출력 축 (31a) 은 지주 (2) 의 축 중심 위치와 거의 일치하고 있다. 환언하면, 전동기 (31) 의 출력 축 (31a) 은, 상기 서술한 미끄럼 베어링 (20A) 의 축 중심 위치와 거의 일치하는 요 선회 중심 위치에 있다. 또한, 전동기 (31) 의 내부에는 도시되지 않은 클러치, 댐퍼 및/또는 브레이크가 형성되어 있어도 된다.

전동기 (31) 의 출력 축은 고정측이 되는 지주 (2) 의 내부 플랜지 (2b) 와, 상하 양단에 1 쌍의 커플링 (32) 을 형성한 연결 축 (33) 을 개재하여, 요 선회 중심 위치에서 연결되어 있다. 여기서 사용하는 커플링 (32) 은 내부 플랜지 (2b) 의 축 중심 위치와, 요 구동 장치 (30) 의 축 중심 위치 사이에 생기는 축 오프셋을 허용함과 함께, 내부 플랜지 (2a) 에 대한 나셀 (3) 의 선회를 허용하는 것 이면 특별히 한정되지는 않는다.

그런데, 플랜지부 (2a) 가 내측을 향하여 형성되어 있는 지주 (2) 의 상단부에 브래킷 (23A) 을 장착하는 경우, 링상의 일체 구조를 갖는 브래킷 (23A) 을 상단부 개구측으로부터 삽입하여 장착하는 것은 곤란하다. 특히, 내부 플랜지 (2b) 를 장착한 후에는 지주 (2) 의 하단부측으로부터 삽입하여 장착하는 것도 불가능해진다.

그래서, 상기 서술한 브래킷 (23A) 에 대해서는, 둘레 방향을 복수로 분할한 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 하면, 내향의 플랜지부 (2a) 가 형성된 지주 (2) 의 상단부에 대해, 복수로 분할된 브래킷 (23A) 을 경사지게 삽입하고, 소정 위치로 고정시켜 장착할 수 있게 된다.

또, 상기 서술한 분할 구조의 브래킷 (23A) 은, 예를 들어 공장에서부터 건설 현장까지의 반송시나 건설 작업시 등에 있어서, 나셀 대판 (12) 의 소정 위치에 볼트 (24) 를 단단히 조여 고정시키는 설치 작업이 완료될 때까지 동안, 미끄럼 패드 (22) 의 존재에 의해 쓸데없이 미끄러져 이동하지 않게 하기 위해, 지주 (2) 의 상단부에 임시 고정시키는 임시 고정용 부재 (25) 를 구비하고 것이 바람직하다.

이 임시 고정용 부재 (25) 는, 예를 들어 도너츠 형상으로 한 판상 부재이며, 예를 들어 볼트 (24) 를 단단히 조이는 볼트 구멍을 이용하여 브래킷 (23A) 에 고정시킴으로써, 플랜지부 (2a) 및 미끄럼 패드 (22) 를 끼워 지지하도록 가압하여 쓸데없는 미끄러짐 이동을 방지할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 풍력 발전 장치 (1) 는, 요 구동 장치, 요 선회륜 및 요 브레이크를 구비하고, 풍향에 따라 지주 (2) 의 상부에 설치된 나셀 (3) 을 선회시키는 요 시스템 (10A) 을 구비하고 있고, 이 경우에 요 선회륜으로서 기능하는 것은, 나셀 (3) 의 하면에 대략 L 자형 단면의 브래킷 (23A) 을 개재하여 고정된 미끄럼 베어링 (20A) 이 된다.

또, 이 미끄럼 베어링 (20A) 은, 지주 (2) 의 상단부에 형성된 플랜지부 (2a) 를 브래킷 (23A) 에 유지된 미끄럼 패드 (22) 에 의해 슬라이딩 가능하게 지지하므로, 플랜지부 (2a) 를 유효하게 이용하고, 요 브레이크의 기능을 겸비한 요 선회륜으로서의 기능을 가지고 있다.

따라서, 상기 서술한 본 발명에 의하면, 지주 (2) 의 상단부에 형성된 플랜지 (2a) 를 유효하게 이용하여 미끄럼 베어링 (20A) 을 구성했으므로, 이 미끄럼 베어링 (20A) 자체의 부품 점수를 저감시켜, 구체적으로는 종래 구조의 고정 시트 (21) 및 그 설치 볼트를 없애 경량화할 수 있다.

또한, 종래 각각의 구조체인 요 선회륜 및 요 브레이크의 기능에 대해, 지주 (2) 의 플랜지부 (2a) 를 이용 (공유화) 하여 구성되는 미끄럼 베어링 (20A) 이 겸비하는 구조로 했으므로, 지주 (2) 의 상부에 설치되어 나셀 (3) 을 선회시키는 요 시스템 전체에 대해서도 부품 점수를 저감시켜, 경량화나 비용 절감을 가능하게 하고 있다.

또, 지주 (2) 의 상부 구조체가 경량화되면, 지주 (2) 나 베이스 B 의 하중 부담이나 건설시에 필요한 크레인의 하중 부담이 경감된다는 이점도 있다.

또한, 본 발명은 상기 서술한 실시형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하 지 않는 범위 내에서 적절히 변경할 수 있다.

Claims

요 구동 장치, 요 선회륜 및 요 브레이크를 구비하고, 풍향에 따라 지주의 상부에 설치된 나셀을 선회시키는 요 시스템을 구비하고 있는 풍력 발전 장치로서,

상기 요 선회륜을 나셀 하면에 L 자형 단면의 브래킷을 개재하여 고정시킨 미끄럼 베어링으로 하고,

상기 미끄럼 베어링이, 상기 지주의 상단부에 형성된 플랜지부를, 상기 브래킷에 유지된 미끄럼 패드에 의해 슬라이딩 가능하게 지지하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 브래킷은 둘레 방향이 복수로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 브래킷을 상기 지주의 상단부에 임시 고정시키는 임시 고정용 부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.