KR101158967B1 - 풍력 발전기용 슬립링 연결장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 증속기 또는 중간 회전축과 슬립링 사이의 축 정렬 오류 또는 운전에 의하여 중간 회전축에 굽힘이 발생함으로 인하여 발생하는 중간 회전축과 슬립링 사이의 축 정렬의 오류로 인하여 베어링이 파손되고 피치 드라이브가 오작동하는 것을 방지하기 위한 슬립링 연결장치에 관한 것이다. 본 발명의 슬립링 연결장치는 증속기와 슬립링 사이에 위치하며 그 강성이 슬립링 베어링의 강성보다 낮음으로 인하여, 축 정렬 오류로 인하여 추가된 회전력이 슬립링 연결장치를 굽히게 하며, 이를 통하여 베어링 파손을 방지한다.
풍력발전기, 증속기, 슬립링

Description

풍력 발전기용 슬립링 연결장치{SLIP RING CONNECTION DEVICE FOR WIND TURBINE}
본 발명은 풍력 발전기용 슬립링과 그 연결장치에 관한 것이다. 보다 상세히, 본 발명은 풍력 발전기용 증속기 또는 증속기의 중간 회전축과 슬립링을 연결함에 있어서 사용되는 슬립링 연결장치에 관한 것이며, 보다 상세히 증속기 또는 증속기의 중간 회전축과 슬립링 사이의 축 정렬 오류가 발생하는 경우 이를 상쇄함으로써 슬립링의 베어링의 파손을 막을 수 있는 슬립링 연결장치에 관한 것이다.
풍력 발전기의 로터 블레이드는 운전중 회전을 하기 때문에 블레이드 피치 드라이브에 공급 전원 및 제어 신호를 바로 전달할 수 없다. 이에 슬립링을 사용하며, 슬립링은 고정자에 부착된 금속 브러쉬와 회전자에 고정된 링과의 접촉을 통해 회전하는 로터 블레이드 내에 위치한 피치 드라이브에 공급 전원 및 신호를 전달한다.
도 1에 종래의 슬립링(20)을 사용한 풍력발전기의 증속기(10)를 도시한다. 슬립링(20)은 일반적으로 로터 블레이드에 연결되어 회전하는 슬립링 회전자(21), 증속기(10) 후면에 고정되는 슬립링 고정자(22), 브러쉬와 링(도시되지 않음), 그리고 회전자와 고정자 사이에 위치하는 슬립링 베어링(23, 24) 등으로 구성된다.
증속기 입력단(11)은 도 1에 도시된 바와 같이 로터 블레이드(30)에 연결된 저속 주축(31)에 연결되거나, 또는 로터 블레이드(30)에 바로 연결되기도 한다.
증속기 입력단(11)과 슬립링 회전자(21)는 증속기(10)를 관통하는 중간 회전축(12)에 단단히 연결된다. 증속기(10)를 관통하는 중간 회전축(12)은 증속기(10)에 위치한 증속기 베어링(13, 14)들에 의해 지지된다.
슬립링 고정자(22)는 증속기(10)의 후면에 강하게 고정된다. 이 경우 슬립링 고정자(22), 슬립링 회전자(21) 및 증속기(10)와 중간 회전축(12)의 축 정렬이 매우 중요하다. 축 정렬이 불량인 경우 슬립링 베어링(23, 24)의 파손 및 공급 전원에 오류가 발행하여 결과적으로 피치 드라이브의 오작동을 야기하기 때문이다.
정교한 축 정렬을 위해 로터 블레이드에 고정 연결되고 증속기를 관통하는 긴 축(중간 회전축(12)의 중심축)에 변형이 없도록 축 강성 등을 고려한 설계 및 설치를 하여야 하며, 이러한 긴 축과 슬립링 회전자의 축 및 슬립링 고정자의 축도 역시 정교하게 일치되어야 한다.
증속기와 슬립링의 축 정렬에 오류가 발생한 경우 발생하는 문제를 도 2a, 2b를 통하여 도시한다.
도 2a는 중간 회전축(12)과 슬립링 사이의 축 정렬이 불량한 경우이다. 중간 회전축(12)의 회전에 따라 증속기로부터 먼 위치의 슬립링 회전자(21) 일측이 가까운 위치의 일측에 비하여 큰 반경으로 회전하지만, 슬립링 고정자(22)와 슬립 링 베어링(23, 24)의 위치는 고정되기 때문에 슬립링 베어링(23, 24)에 Fv의 힘이 가하여지며, 이에 따라 베어링이 파손되고 피치 드라이브의 오작동을 야기할 수 있다.
도 2b는 최초 설계 및 설치시의 축 정렬은 양호하였으나 중간 회전축(12)의 굽힘에 따라 축 정렬 상의 오류가 발생하는 경우이다. 도 2a의 경우와 같이, 중간 회전축(12)의 회전에 따라 증속기로부터 먼 위치의 슬립링 회전자(21) 일측이 가까운 위치의 일측에 비하여 큰 반경으로 회전하지만, 슬립링 고정자(22)와 슬립링 베어링(23, 24)의 위치는 고정되기 때문에 슬립링 베어링(23, 24)에 Fv의 힘이 가하여지며, 이에 따라 베어링이 파손되고 피치 드라이브의 오작동을 야기할 수 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 극복하기 위한 발명이다. 즉, 최초 설계시의 증속기 또는 중간 회전축과 슬립링 사이의 축 정렬 오류 또는 운전에 의하여 중간 회전축에 굽힘이 발생함으로 인하여 발생하는 중간 회전축과 슬립링 사이의 축 정렬의 오류 등으로 인하여 베어링이 파손되고 피치 드라이브가 오작동하는 것을 방지하기 위함이다.
상기와 같은 목적을 이루기 위해, 본 발명은 일측이 슬립링과 연결되고 타측이 증속기에 연결되는 슬립링 연결장치로서 상기 슬립링 연결장치의 강성은 상기 슬립링 내의 슬립링 베어링의 강성보다 낮은 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 슬립링 연결장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 슬립링 연결장치에서, 슬립링에 연결되는 슬립링 연결장치의 일측은 슬립링 고정자에 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 슬립링 연결장치에서, 슬립링에 연결되는 슬립링 연결장치의 일측은 슬립링 회전자에 연결되고 증속기에 연결되는 슬립링 연결장치의 타측은 중간 회전축에 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 슬립링 연결장치는 가요성 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 슬립링 연결장치에 의해, 축 정렬의 오류가 발생한 경우 베어링의 파손 및 피트 드라이브의 오작동을 방지할 수 있으며, 이로 인하여 장비의 수명과 정확도가 증가할 수 있다.
또한, 본 발명의 슬립링 연결장치에 의해, 축 정렬의 오류가 발생한 경우 이를 자동으로 상쇄시킬 수 있다. 이를 통해, 완화된 설계 범위 내에서 축 정렬 불량이 발생하여도 슬립링 고정자와 슬립링 회전자 사이의 슬립링 베어링 파손을 방지할 수 있다.
또한, 증속기를 관통하는 축 강성을 줄이고 제작에 의해 발생하는 축 정렬 오차를 완화할 수 있다.
또한, 본 발명의 슬립링 연결장치에 의해 풍력 발전기용 피트 드라이브에 보다 정확하게 신호를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 명세서에 기재된 모든 효과를 포함한다.
본 발명의 일 실시예를 도 3을 통해 설명한다.
도 3은 증속기와 슬립링이 연결되는 부분을 확대한 도면이다. 증속기는 베어링(13)과 중간 회전축(12)을 포함하며, 슬립링은 슬립링 회전자(21), 슬립링 고정자(22) 및 슬립링 베어링(23, 24)들을 포함한다. 증속기의 중간 회전축(12)에 슬립링 회전자(21)가 강하게 연결되며, 증속기(10)와 슬립링 고정자(22)는 슬립링 연결장치(27)에 의해 연결된다. 이 경우, 슬립링 연결장치(27)는 슬립링 베어링(23, 24)의 강성보다 낮아야 한다.
도 4a 및 도 4b를 통해 본 발명의 작동 원리를 설명한다.
도 4a는 도 2a와 같이 슬립링과 중간 회전축(12) 사이의 축 정렬이 불량한 경우이다. 중간 회전축(12)의 회전에 따라 증속기로부터 먼 위치의 슬립링 회전자(21) 일측이 가까운 위치의 일측에 비하여 큰 반경으로 회전한다. 이 경우 종래기술상의 슬립링과는 달리, 슬립링 고정자(22)와 슬립링 베어링(23, 24)에 힘이 가하여 질 경우, 슬립링 베어링(23, 24)보다 강성이 낮은 물질로 이루어진 슬립링 연결장치(27)가 힘을 받아 굽어지게 되며, 이에 따라 슬립링 고정자(22)와 슬립링 베어링(23, 24)은 슬립링 회전자(21)의 회전 반경에 상응하게 위치를 변경하게 된다. 따라서, 도 2a에서와 같은 Fv의 힘이 베어링에 인가되지 않으며, 따라서 슬립링 베어링의 파손 및 피치 드라이브의 오작동을 방지할 수 있다.
도 4b는 도 2b와 같이 중간 회전축(12)의 굽힘에 따라 축 정렬 상의 오류가 발생하는 경우이다. 도 4a와 마찬가지로 슬립링 베어링(23, 24)보다 강성이 낮은 물질로 이루어진 슬립링 연결장치(27)가 힘을 받아 굽어지게 되며, 이에 따라 슬립링 고정자(22)와 슬립링 베어링(23, 24)은 슬립링 회전자(21)의 회전 반경에 상응하게 위치를 변경하여 슬립링 베어링의 파손 및 피치 드라이브의 오작동을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예를 도 5를 통해 설명한다.
도 5는 증속기와 슬립링이 연결되는 부분을 확대한 도면이다. 증속기(10)와 슬립링 고정자(22)가 강하게 연결되며, 증속기의 중간 회전축(12)과 슬립링 회전자(21)가 슬립링 연결장치(26)에 의해 연결된다. 전술한 바와 같이, 슬립링 연결장치(26)는 슬립링 베어링(23, 24)의 강성보다 낮아야 한다.
도 6a 및 도 6b를 통해 본 발명의 작동 원리를 설명한다.
도 6a는 도 2a, 도 4a와 같이 슬립링과 중간 회전축(12) 사이의 축 정렬이 불량한 경우이다. 도시된 바와 같이, 최초 설계 및 설치 과정에서 축 정렬이 불량한 경우 중간 회전축(12)의 회전에 따라 증속기로부터 먼 위치의 슬립링 회전자(21) 일측이 가까운 위치의 일측에 비하여 큰 반경으로 회전할 수 있다. 그러나 슬립링 고정자(22)와 증속기(10)가 연결된 힘이 강하며, 슬립링 연결장치(26)의 강성이 슬립링 베어링(23, 24)의 강성보다 낮기 때문에, 슬립링 연결장치(26)만 회전력에 의해 굽어지면서 슬립링 고정자(22)와 슬립링 회전자(21)는 중간 회전축(12)의 축에 평행하게 정렬된다. 즉, 슬립링 연결장치(26)로 인해 불량한 축 정렬이 상쇄된다.
도 6b는 도 2b, 도 4b와 같이 중간 회전축(12)의 굽힘에 따라 축 정렬 상의 오류가 발생하는 경우이다. 도 6a와 같이, 슬립링 고정자(22)와 증속기(10)가 연결된 힘이 강하며, 슬립링 연결장치(26)의 강성이 슬립링 베어링(23, 24)의 강성보다 낮기 때문에, 슬립링 연결장치(26)만 회전력에 의해 굽어지면서 슬립링 고정자(22)와 슬립링 회전자(21)는 축 정렬 오류가 발생하기 전의 중간 회전축(12)의 최초의 축에 평행하게 정렬된다. 즉, 슬립링 연결장치(26)로 인해 슬립링의 축 정렬 오류가 상쇄된다.
전술한 바와 같이, 슬립링 연결장치(26, 27)는 증속기(10)와 슬립링 고정자(22) 또는 중간 회전축(12)과 슬립링 회전자(21) 사이에 위치한다. 이 경우 증속기(10) 또는 중간 회전축(12)과 슬립링 연결장치(26, 27)의 연결은 매우 단단하여야 하며, 슬립링 연결장치(26, 27)와 슬립링 고정자(22) 또는 슬립링 회전자(21) 사이의 연결 또한 매우 단단하여야 한다.
슬립링 연결장치(26, 27)의 강성은 슬립링 베어링(23, 24)의 강성보다 매우 낮아야 중간 회전축(12)의 회전에 의하여 발생한 힘이 슬립링 베어링(23, 24)을 파괴시키지 않고 슬립링 연결장치(26, 27)에 전달되어, 슬립링 연결장치(26, 27)의 굽힘을 야기할 수 있다. 이를 위해 슬립링 연결장치(26, 27)가 고무와 같은 가요성 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시를 위한 내용을 실시예를 통하여 설명하였으나, 본 발명의 청구범위는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명에 첨부된 특허청구범위로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 가능한 변경예 또는 수정예에까지 미칠 것이다.
도 1은, 종래 기술의 증속기와 슬립링을 도시하는 단면도이다.
도 2a, 2b는, 축 정렬 오류가 발생한 경우 종래 기술의 증속기와 슬립링의 동작을 도시하는 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예의 증속기와 슬립링을 도시하는 단면도로서, 증속기와 슬립링의 연결 부분을 확대한 도면이다.
도 4a, 4b는, 축 정렬 오류가 발생한 경우 도 3의 실시예의 증속기와 슬립링의 동작을 도시하는 단면도이다.
도 5은, 본 발명의 다른 실시예의 증속기와 슬립링을 도시하는 단면도로서,증속기와 슬립링의 연결 부분을 확대한 도면이다.
도 6a, 6b는, 축 정렬 오류가 발생한 경우 도 5의 실시예의 증속기와 슬립링의 동작을 도시하는 단면도이다.
<주요 도면 부호의 설명>
10 : 증속기 11 : 증속기 입력단
12 : 중간 회전축 13, 14 : 증속기 베어링
20 : 슬립링 21 : 슬립링 회전자
22 : 슬립링 고정자 23, 24 : 슬립링 베어링
26, 27 : 슬립링 연결장치 30 : 로터 블레이드
31 : 저속 주축 35 : 메인 베어링

Claims (4)

  1. 일측이 슬립링과 연결되고 타측이 증속기에 연결되는 슬립링 연결장치로서,
    상기 슬립링은 슬립링 고정자, 상기 슬립링 고정자 내측에 위치하는 슬립링 회전자 및 상기 슬립링 고정자와 상기 슬립링 회전자 사이에 위치한 슬립링 베어링을 포함하며,
    상기 증속기는 중간 회전축을 포함하고,
    상기 슬립링 연결장치의 일측은 상기 슬립링 회전자에 연결되고, 상기 슬립링 연결장치의 타측은 상기 중간 회전축에 연결됨으로써, 상기 중간 회전축이 상기 슬립링 연결장치를 통하여 상기 슬립링 회전자에 연결되고,
    상기 슬립링 연결장치의 강성은 상기 슬립링 베어링의 강성보다 낮으며,
    이로 인하여,
    상기 슬립링이 상기 증속기의 상기 중간 회전축에 대하여 상이한 축으로 정렬된 경우, 상기 슬립링 연결장치가 상기 슬립링보다 먼저 굽어지고, 이에 따라 상기 슬립링 고정자 및 상기 슬립링 회전자가 상기 중간 회전축과 평행하게 정렬되어 회전함으로써, 상기 슬립링 베어링이 보호되며, 그리고
    상기 증속기의 상기 중간 회전축에 굽힘이 발생하여 상기 중간 회전축이 최초 설치된 축과 상이해진 경우, 상기 슬립링 연결장치가 상기 슬립링보다 먼저 굽어지고, 이에 따라 상기 슬립링 고정자 및 상기 슬립링 회전자가 상기 상이해진 중간 회전축에 평행하게 정렬되어 회전함으로써, 상기 슬립링 베어링이 보호되는 것을 특징으로 하는,
    풍력 발전기용 슬립링 연결장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬립링 연결장치는 가요성 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    풍력 발전기용 슬립링 연결장치.
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