KR101168548B1 - 풍력 발전 장치 및 그 조립 방법 - Google Patents

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Abstract

풍력 발전 장치가, 풍차 로터를 지지하는 주축과, 주축을 회전 가능하게 지지하는 주 축받이와, 발전기 로터와 스테이터를 구비한 발전기와, 발전기 로터와 결합되는 동시에 주축에 삽입된 슬리브와, 슬리브의 외측에 설치되어, 슬리브를 주축에 체결해서 결합하는 유압 쉬링크 피트를 구비하고 있다. 유압 쉬링크 피트는 작동 유체의 공급에 의해서 내경이 작게 되는 것에 의해서 슬리브를 주축에 체결하도록 구성되어 있다.

Description

풍력 발전 장치 및 그 조립 방법{WIND POWER APPARATUS AND ASSEMBLING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 풍력 발전 장치 및 그 조립 방법에 관한 것이며, 특히 풍력 발전 장치에 있어서 주축과 발전기 로터와의 결합 구조에 관한 것이다.
풍력 발전 장치의 설계에 있어서, 주축과 발전기 로터와의 결합 구조의 최적화는 중요한 설계 항목중 하나이다. 주축과 발전기 로터는 필요한 강도로 결합되고 있을 필요가 있다. 그 한편으로, 예를 들면 발전기에서 합선(短絡, short circuit)이 일어났을 때와 같이, 주축과 발전기 로터 사이에 과잉의 토크가 걸리는 경우에는, 상대 연동도 가능하도록 연결되는 것이 바람직하다.
주축과 발전기 로터와의 결합 구조로서 공지의 구조의 하나가, 발전기 로터의 로터 플레이트를 통형상의 슬리브에 연결하고, 그 슬리브를 쉬링크 피트(shrink fit)(쉬링크 디스크(shrink disc))에 의해서 체결해서 연결하는 방법이다. 이 구조는 주축과 발전기 로터와의 결합 강도의 조절이 용이하고, 또한 일반적으로 입수 가능한 쉬링크 피트에 의해서 발전기 로터를 주축에 연결할 수 있기 때문에 비용도 저감할 수 있는 점에서도 바람직하다.
슬리브와 쉬링크 피트를 이용해서 주축과 발전기 로터를 결합시키는 구조는, 예를 들면 국제 공개 팜플렛 제 WO 2007/111425 A1(특허문헌 1)에 기재되어 있다. 특허문헌 1은 쉬링크 디스크(본원의 쉬링크 피트에 상당)에 의해서 발전기 로터가 접합되어 있는 로터 베어링(본원의 슬리브에 상당)을 주축에 체결하는 결합 구조를 개시하고 있다. 이 결합 구조에 있어서는, 쉬링크 디스크가 발전기와 축받이의 사이에 위치하고 있고, 그 위치에서 로터 베어링을 주축에 체결하고 있다. 해당 쉬링크 디스크는 고정 디스크와 가동 디스크로 구성되어 있고, 그 고정 디스크와 가동 디스크가 볼트에 의해서 연결된다. 볼트는 주축의 중심축과 평행으로 삽입되어 있다. 볼트가 체결되면, 가동 디스크가 고정 디스크에 가압되어서 쉬링크 디스크의 내경이 좁아지고, 로터 베어링이 주축에 체결된다.
이러한 결합 구조의 하나의 문제는 주축을 지지하는 축받이와 발전기와의 간격이 증대하는 점이다. 상술한 바와 같이, 특허문헌 1의 결합 구조에서는 쉬링크 디스크가 발전기와 축받이의 사이에 위치하고 있고, 또한 볼트가 주축과 평행한 방향으로 삽입되어 있으므로, 볼트를 체결하기 위한 작업 스페이스를 발전기와 축받이의 사이에 확보할 필요가 있다. 이것은 발전기와 축받이의 간격을 증대시켜 버린다. 발전기와 축받이의 간격이 증대하면, 주축의 휘어짐이 커져 진동이 증대해 버린다. 이것은 기계적 부하를 증대시켜 버리기 때문에 바람직하지 못하다. 발전기와 축받이의 간격이 증대하는 것은 주축의 길이를 증대시켜 버리는 점에서도 문제가 있다. 주축의 길이가 증대하면 주축의 비용도 증대해 버린다.
발전기와 축받이의 간격의 증대의 문제는 특히 다이렉트 드라이브 풍력 발전 장치에 있어서 중대하다. 증속기가 사용되지 않는 다이렉트 드라이브 풍력 발전 장치에서는 스테이터 극수 및 로터 극수를 증대시킬 필요가 있고, 이 때문에 발전기의 중량이 증대하는 경향이 있다. 이 경우에 축받이와 발전기의 거리가 크게 되면, 주축의 휘어짐이 한층 증대하기 때문에, 진동의 증대의 원인으로 된다.
국제 공개 팜플렛 제 WO 2007/111425 A1 호
따라서, 본 발명의 목적은 주축을 지지하는 축받이와 발전기와의 간격을 단축시킬 수 있는 주축과 발전기 로터와의 결합 구조를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 하나의 관점에 있어서는, 풍력 발전 장치가, 풍차 로터를 지지하는 주축과, 주축을 회전 가능하게 지지하는 주 축받이와, 발전기 로터와 스테이터를 구비한 발전기와, 발전기 로터와 결합되는 동시에 상기 주축에 삽입된 슬리브와, 슬리브의 외측에 설치되고, 슬리브를 주축에 체결해서 결합하는 유압 쉬링크 피트를 구비하고 있다. 유압 쉬링크 피트는 작동 유체의 공급에 의해서 내경이 작게 되는 것에 의해서 슬리브를 주축에 체결하도록 구성되어 있다.
유압 쉬링크 피트는 다양한 위치에 설치될 수 있다. 유압 쉬링크 피트가 발전기의 내부의 공간에 설치되어 있는 것이 바람직하다.
예를 들면, 스테이터가, 주축의 원주방향으로 늘어서서 배치된 스테이터 자극과, 상기 스테이터 자극을 지지하고, 주축의 축방향으로 늘어선 제 1 및 제 2 스테이터 플레이트를 구비하고, 제 1 스테이터 플레이트와 주축은 제 1 발전기 축받이에 의해서 상대적으로 회전 가능하고, 제 2 스테이터 플레이트와 주축은 제 2 발전기 축받이에 의해서 상대적으로 회전 가능하고, 발전기 로터는, 주축의 원주방향으로 늘어서서 배치된 로터 자극과, 제 1 스테이터 플레이트와 제 2 스테이터 플레이트의 사이에 설치되고, 로터 자극을 지지하기 위한 로터 지지 부재를 구비하는 경우, 유압 쉬링크 피트는 로터 지지 부재와 제 1 스테이터 플레이트 사이에 마련되어도 좋다.
이때, 제 1 스테이터 플레이트에는, 유압 쉬링크 피트에 대응하는 위치에, 작동 유체를 유압 쉬링크 피트에 공급하기 위한 개구가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 유압 쉬링크 피트를 체결하는 수순이, 제 1 스테이터 플레이트에 설치된 개구에, 가설 보호통을, 유압 쉬링크 피트의 포트가 가설 보호통의 내부에 위치하도록 삽입하는 공정과, 가설 보호통의 내부에서 유압 배관을 포트에 접속하는 공정과, 유압 배관을 거쳐서 작동 유체를 유압 쉬링크 피트에 공급해서 유압 쉬링크 피트로 슬리브를 주축에 체결하는 공정을 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 슬리브의 유압 쉬링크 피트가 접촉되는 부분에 슬릿이 설치되는 것이 바람직하다.
그 대신에, 슬리브가 유압 쉬링크 피트가 접촉되는 위치에 있어서 분할되는 것도 바람직하다. 구체적으로는, 슬리브가 주축의 축방향으로 늘어서서 배치된 제 1 및 제 2 슬리브 부재를 구비하고, 제 1 슬리브 부재의 단에는, 주축의 원주방향으로 늘어서서 설치되고, 주축의 축방향으로 돌출하는 복수의 제 1 돌출부가 설치되고, 제 2 슬리브 부재의 단에는, 주축의 원주방향으로 늘어서서 설치되고, 주축의 축방향으로 돌출하는 복수의 제 2 돌출부가 설치되고, 복수의 제 1 돌출부의 각각은 복수의 제 2 돌출부중 2개의 사이에 삽입되는 것이 바람직하다. 이 경우, 유압 쉬링크 피트는 제 1 돌출부 및 제 2 돌출부에 접촉하도록 설치된다.
본 발명의 다른 관점에서는, 풍력 발전 장치가, 풍차 로터를 지지하는 주축과, 주축을 회전 가능하게 지지하는 주 축받이와, 발전기 로터와 스테이터를 구비한 발전기와, 발전기 로터와 결합되는 동시에 주축에 삽입된 슬리브와, 슬리브와 주축의 사이에 설치된 유압 쉬링크 피트를 구비한다. 유압 쉬링크 피트는, 작동 유체의 공급에 의해서 외경이 증대하는 것에 의해서 슬리브와 주축을 결합하도록 구성되어 있다.
상기 풍력 발전 장치에 있어서, 스테이터가, 주축에 대해서 원주방향으로 늘어서서 배치된 스테이터 자극과, 스테이터 자극을 지지하고, 주축의 축방향으로 늘어선 제 1 및 제 2 스테이터 플레이트를 구비하고, 제 1 스테이터 플레이트와 주축이 제 1 발전기 축받이에 의해서 상대적으로 회전 가능하고, 제 2 스테이터 플레이트와 주축이 제 2 발전기 축받이에 의해서 상대적으로 회전 가능해도 좋다. 이 경우, 유압 쉬링크 피트가 주축의 반경방향에 있어서 제 1 및 제 2 발전기 축받이와 대향하지 않는 위치에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 슬리브의 제 1 및 제 2 발전기 축받이가 설치되는 위치와 유압 쉬링크 피트에 접촉하는 위치와의 사이의 부분이 유압 쉬링크 피트의 체결에 의해서 발생하는 뒤틀림을 흡수하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 발전기와 축받이의 간격을 단축시킬 수 있는 주축과 발전기 로터와의 결합 구조를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 있어서 풍력 발전 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 개념도,
도 2a는 제 1 실시형태에 있어서 풍력 발전 장치의 구성을 도시하는 단면도,
도 2b는 유압 쉬링크 피트의 구조의 예를 도시하는 단면도,
도 3a는 계자 자석 및 백 플레이트를 지지하는 구성의 예를 도시하는 단면도,
도 3b는 계자 자석 및 백 플레이트를 지지하는 구성의 다른 예를 도시하는 단면도,
도 3c는 계자 자석 및 백 플레이트를 지지하는 구성의 또 다른 예를 도시하는 단면도,
도 4는 제 1 실시형태에 있어서 발전기와 슬리브의 결합 구조의 예를 도시하는 단면도,
도 5는 제 1 실시형태에 있어서 발전기와 슬리브의 결합 구조의 다른 예를 도시하는 단면도,
도 6은 제 1 실시형태에 있어서 발전기와 슬리브의 결합 구조의 또 다른 예를 도시하는 단면도,
도 7은 제 1 실시형태에 있어서 발전기와 슬리브의 결합 구조의 또 다른 예를 도시하는 단면도,
도 8a는 제 1 실시형태에 있어서 발전기와 슬리브의 결합 구조의 또 다른 예를 도시하는 단면도,
도 8b는 제 1 실시형태에 있어서 발전기와 슬리브의 결합 구조의 또 다른 예를 도시하는 단면도,
도 9는 발전기의 내부에의 이물의 침입을 방지하기 위한 유압 쉬링크 피트의 체결 방법을 도시하는 개념도,
도 10a는 제 1 실시형태에 있어서 발전기와 슬리브의 결합 구조의 또 다른 예를 도시하는 단면도,
도 10b는 제 1 실시형태에 있어서 슬리브의 구조의 예를 도시하는 조감도,
도 11a는 제 1 실시형태에 있어서 발전기와 슬리브의 결합 구조의 또 다른 예를 도시하는 단면도,
도 11b는 제 1 실시형태에 있어서 슬리브의 구조의 다른 예를 도시하는 조감도,
도 11c는 제 1 실시형태에 있어서 슬리브의 구조의 다른 예를 도시하는 측면도,
도 12는 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서 발전기와 슬리브의 결합 구조의 예를 도시하는 단면도,
도 13은 제 2 실시형태에 있어서 발전기와 슬리브의 결합 구조의 다른 예를 도시하는 단면도.
(제 1 실시형태)
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 풍력 발전 장치(1)의 구조를 개략적으로 도시하는 개념도이다. 본 실시형태의 풍력 발전 장치(1)는 타워(2)와, 나르셀 대판(3)과, 주축(4)과, 축받이(5, 6)와, 축받이대(7, 8)와, 발전기(9)를 구비하고 있다. 나르셀 대판(3)은 타워(2)의 상단에 요 선회 가능하게 재치되어 있다. 주축(4)은 2개의 축받이(5, 6)에 의해서 회전 가능하게 지지되어 있고, 축받이(5, 6)가 축받이대(7, 8)에 의해서 나르셀 대판(3)에 고정되어 있다. 주축(4)의 일단에는 풍차 로터(도시하지 않음)가 접합되고, 타단에는 발전기(9)의 로터가 연결되어 있다. 본 실시형태의 풍력 발전 장치(1)에서는 주축(4)이 풍차 로터와 발전기 로터에 공용되고 있고, 본 실시형태의 풍력 발전 장치(1)는 소위 다이렉트 드라이브 풍력 발전 장치로 해서 구성되어 있다.
도 2a는 발전기(9)의 근방에 있어서 풍력 발전 장치(1)의 구조, 특히 발전기(9)의 구조와, 발전기(9)와 주축(4)의 결합 구조를 상세하게 도시하는 단면도이다.
발전기(9)는 발전기 로터(11)와 스테이터(12)를 구비하고 있다. 발전기 로터(11)는 계자 자석(13)(로터 자극)과, 계자 자석(13)을 지지하는 백 플레이트(14)와, 백 플레이트(14)를 지지하는 로터 플레이트(15, 16)를 구비하고 있다. 스테이터(12)는 스테이터 권선(스테이터 자극)(17)과, 스테이터 권선(17)을 지지하는 스테이터 플레이트(18, 19)를 구비하고 있다. 스테이터(12)는 도시하지 않은 지지 기구에 의해 나르셀 대판(3)에 연결되어서 고정되어 있다.
축받이(6)의 주축(4)에의 고정에는 축받이 고정 부재(20a, 20b)가 사용된다. 상세하게는, 주축(4)에는 축받이 고정 링(20a, 20b)이 삽입되어 있고, 축받이(6)는 축받이 고정 링(20a, 20b)에 의해서 끼워져서 주축(4)에 고정되어 있다.
한편, 발전기 로터(11)의 주축(4)에의 고정에는, 슬리브(21)와 유압 쉬링크 피트(25)가 사용된다. 상세하게는, 발전기 로터(11)의 로터 플레이트(15, 16)가, 볼트에 의해, 슬리브(21)에 설치된 플랜지(21a, 21b)에 고정된다. 또한, 슬리브(21)가, 유압 쉬링크 피트(25)에 의해서 주축(4)에 체결되어서 고정된다. 도 2b는 유압 쉬링크 피트(25)의 구조의 예를 도시하는 단면도이다. 유압 쉬링크 피트(25)는 도 2b에 도시된 바와 같이 고정 링(26), 가동 링(27), 서포트 링(28)과, 링 너트(29)를 구비하고 있다. 가동 링(27)에는, 체결 포트(30)와 해제 포트(30b)가 설치되어 있다. 체결 포트(30)에 작동 유체(전형적으로는 작동유)가 공급되면 화살표 A의 방향으로 가동 링(27)이 이동해서 고정 링(26)에 압박된다. 이것에 의해, 고정 링의 내경(26)(즉, 유압 쉬링크 피트(25)의 내경)이 작게 되고, 슬리브(21)가 주축(4)에 체결된다. 발전기 로터(11)에 결합된 슬리브(21)가 주축(4)에 체결되는 것에 의해, 발전기 로터(11)가 주축(4)에 고정된다. 후술과 같이, 슬리브(21)를 주축(4)에 체결하기 위해 유압 쉬링크 피트(25)가 사용되는 것이 본 실시형태에 있어서 중요하다. 한편, 해제 포트(30b)에 작동 유체가 공급되면 화살표 B의 방향으로 가동 링(27)이 이동해서 체결이 해제된다.
도 2a를 다시 참조해서, 추가로 엔드 플레이트(22)가 슬리브(21)의 축방향(주축(4)의 중심선과 평행한 방향, 이하 동일함)으로의 변위를 방지하기 위해 사용된다. 상세하게는 엔드 플레이트(22)는 슬리브(21)의 단과 주축(4)의 단에 걸치도록 장착되어 있고, 슬리브(21)는 축받이 고정 링(20b)과 엔드 플레이트(22)에 끼워져 있다. 이것에 의해, 슬리브(21)의 축방향의 이동이 억제되고 있다.
또한, 스테이터(12)의 스테이터 플레이트(18, 19)에는 발전기 축받이(23, 24)가 설치되고, 주축(4) 및 슬리브(21)는 발전기 축받이(23, 24)를 거쳐서 스테이터 플레이트(18, 19)를 지지하고 있다. 발전기 축받이(23, 24)에 의해, 주축(4) 및 슬리브(21)가 스테이터 플레이트(18, 19)에 대해서 회전 가능하다. 이 구조는 발전기(9)의 중량에 의한 기계적 부하를 분산시키기 때문에 유효하다.
또한, 도 2a에서는, 계자 자석(13) 및 백 플레이트(14)를 지지하는 지지 부재로서 로터 플레이트(15, 16)가 사용되고 있지만, 계자 자석(13) 및 백 플레이트(14)를 지지하는 구조는 여러가지로 변경될 수 있다. 예를 들면, 도 3a에 도시하는 바와 같이, 계자 자석(13) 및 백 플레이트(14)를 지지하는 지지 부재로서 1개의 로터 플레이트(15A)와, 백 플레이트(14)와 로터 플레이트(15A)에 접합된 보강 리브(31, 32)가 이용되어도 좋다. 또한, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 콘형상의 로터 플레이트(15B)가 사용되어도 좋다. 또한, 도 3c에 도시하는 바와 같이, 로터 플레이트(15C)와, 일단이 백 플레이트(14)에 접합되고, 타단이 로터 플레이트(15C)의 양쪽에 접합된 보강 아암(15D)이 이용되어도 좋다.
본 실시형태의 풍력 발전 장치(1)의 구조의 이점은, 슬리브(21)가 유압 쉬링크 피트(25)에 의해서 고정되는 것에 의해, 축받이(6)와 발전기(9)의 사이의 거리를 짧게 하는 것이 가능하다는 것이다. 작동 유체로 동작하는 유압 쉬링크 피트(25)가 사용되는 경우, (볼트를 이용하는 쉬링크 피트와는 상이함) 유압 쉬링크 피트(25)를 체결하는 작업을 하기 위한 작업 스페이스를 축받이(6)와 유압 쉬링크 플레이트(25)의 사이에 설치할 필요가 없다. 이것은, 축받이(6)와 발전기(9)의 사이의 거리를 짧게 하는 것을 가능하게 한다. 상술한 바와 같이, 축받이(6)와 발전기(9)의 사이의 거리의 단축은 기계적 부하의 저감과 주축의 길이의 단축에 유효하다. 이때, 유압 쉬링크 피트(25)로서, 작동 유체를 받아들이는 포트가 작동 유체를 주축(4)의 반경방향으로 공급하도록 구성된 것을 사용하는 것은 축받이(6)와 발전기(9)의 사이의 거리의 단축화에 또한 유용하다.
여기에서, 도 2a의 구조에서는, 유압 쉬링크 피트(25)가 축받이(6)와 발전기(9)의 사이에 위치되어 있지만, 유압 쉬링크 피트(25)는 발전기(9)의 내부에도 설치되어도 좋다. 유압 쉬링크 피트(25)가 발전기(9)의 내부에 설치되는 것은 축받이(6)와 발전기(9)의 사이의 거리를 한층 짧게 할 수 있는 점에서 매우 적합하다.
예를 들면, 도 4에 도시하는 바와 같이, 유압 쉬링크 피트(25)는 축받이(6)의 측의 스테이터 플레이트(18)와 로터 플레이트(15)와의 사이에 설치되어도 좋다. 또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 유압 쉬링크 피트(25)가 로터 플레이트(15, 16)의 사이에 설치되어도 좋다. 또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 로터 플레이트(16)와 스테이터 플레이트(19)와의 사이에 설치되어도 좋다.
축받이(6)와 발전기(9)의 사이의 거리를 짧게 한다고 하는 관점에서는, 도 7과 같이, 유압 쉬링크 피트(25)가 발전기(9)와 주축(4)의 단의 사이의 위치에 설치되어도 좋다.
또한, 도 8a 및 도 8b에 도시되어 있는 바와 같이, 복수의 유압 쉬링크 피트가 슬리브(21)를 주축(4)에 체결하기 위해서 사용되어도 좋다. 도 8a에서는, 유압 쉬링크 피트(25A)가 발전기(9)와 주축(4)의 단의 사이의 위치에 설치되고, 유압 쉬링크 피트(25B)가 발전기(9)와 축받이(6)의 사이의 위치에 설치된다. 한편, 도 8b에서는, 2개의 유압 쉬링크 피트(25A, 25B)가 모두 발전기(9)의 내부에 설치되어 있다. 구체적으로는, 유압 쉬링크 피트(25A)가 스테이터 플레이트(19)와 로터 플레이트(16)의 사이에 설치되고, 유압 쉬링크 피트(25B)가 스테이터 플레이트(19)와 로터 플레이트(16)의 사이에 설치되어 있다.
유압 쉬링크 피트(25)가 발전기(9)의 내부에 설치되는 경우, 유압 쉬링크 피트(25)에 작업 유체를 공급하는 등, 유압 쉬링크 피트(25)를 체결하기 위한 작업을 실시할 필요가 있다. 이 작업을 실시할 때에 발전기(9)의 내부에 이물이 침입하면, 그 이물에 의해서 발전기(9)에 손상이 발생할 우려가 있다.
이물의 침입에 의한 발전기(9)의 손상을 회피하기 위해서는, 도 9에 도시되는 바와 같이, 가설 보호통(40)을 사용하는 것이 바람직하다. 스테이터 플레이트(18)의 유압 쉬링크 피트(25)의 포트의 근방의 위치에 개구(18a)가 설치되고, 그 개구(18a)에 가설 보호통(40)이 삽입된다. 가설 보호통(40)은, 유압 쉬링크 피트(25)의 포트가 그 내부에 위치하도록 설치되고, 가설 보호통(40)의 내부에서 유압 쉬링크 피트(25)를 체결하기 위한 작업을 행하는 것에 의해, 이물의 침입을 방지하는 것이 가능하다.
보다 구체적으로는, 본 실시형태에서는, 가설 보호통(40)으로서 보호관(41)과 플렉시블 튜브(42)가 사용된다. 일 예로서는, 하기의 수순으로 유압 쉬링크 피트(25)를 체결하는 작업이 행해진다. 우선, 플렉시블 튜브(42)의 일단이 보호관(41)의 단에 접속된 상태에서, 보호관(41)이 스테이터 플레이트(18)의 개구(18a)에 삽입되어 고정된다. 이때, 플렉시블 튜브(42)의 타단은 유압 쉬링크 피트(25)의 포트를 둘러싸도록 하면서 포트의 근방에 접속된다. 또한, 보호관(41), 플렉시블 튜브(42)의 내부에 유압 배관(43)이 통과되고, 그 유압 배관(43)이 포트에 접속된다. 계속해서, 유압 배관(43)을 거쳐서 작동 유체(전형적으로는, 작동유)가 포트에 공급되어서 유압 쉬링크 피트(25)를 체결할 수 있다. 그 후, 포트가 밀봉된 후에 보호관(41), 플렉시블 튜브(42), 유압 배관(43)이 철거된다. 최후에, 개구(18a)에 덮개가 덮여서 작업이 완료된다.
또한, 도 9에서는, 도 3a의 구조의 발전기 로터(11)가 사용되고 있지만, 발전기 로터(11)로서 여러가지 구조가 사용 가능한 것은 당업자에게는 이해된다.
본 실시형태의 구조에서는, 발전기 로터(11)의 주축(4)에의 결합은, 발전기 로터(11)의 로터 플레이트(15, 16)를 슬리브(21)에 결합한 후에 슬리브(21)가 주축(4)에 삽입되는 것에 의해서 행해진다. 이때, 발전기 로터(11)와 슬리브(21)는 상당한 중량이 있으므로, 슬리브(21)를 주축(4)에 삽입하는 작업을 행하는 경우에는, 주축(4)과 슬리브(21)의 사이의 극간이 넓은 것이 바람직하다. 예를 들면, 주축(4)과 슬리브(21)의 사이의 극간이 0.5㎜ 이상이라면, 슬리브(21)의 주축(4)에의 삽입이 용이하게 된다.
주축(4)과 슬리브(21)와의 극간의 증대를 가능하게 하기 위해서는, 슬리브(21)의 유압 쉬링크 피트(25)와 접촉하는 부분의 강성이 다른 부분보다 낮게 되도록 슬리브(21)가 구성되는 것이 바람직하다. 이를 위해서는, 슬리브(21)의 유압 쉬링크 피트(25)와 접촉하는 부분에 슬릿이 형성되는 것이 바람직하다.
예를 들면, 도 10a에 도시하는 바와 같이, 슬리브(21)의 단부에 있어서 유압 쉬링크 피트(25)가 체결되는 경우, 도 10b에 도시하는 바와 같이, 슬리브(21)의 단부에 복수의 슬릿(21c)이 설치되는 것이 바람직하다. 여기에서 도 10a 및 도 10b에 있어서, 도면부호(21d)는 유압 쉬링크 피트(25)가 접촉되는 부분을 나타내고 있다. 도 10a의 구성에서는, 슬릿(21c)은 주축(4)의 축방향으로 긴 형상으로 형성되고, 또한 주축(4)의 원주방향으로 늘어서서 배치되어 있다.
또한, 도 11a에 도시하는 바와 같이, 슬리브(21)의 중간에 있어서 유압 쉬링크 피트(25)가 체결되는 경우, 도 11b에 도시하는 바와 같이, 슬리브(21)의 중간에 복수의 슬릿(21c)이 설치되는 것이 바람직하다. 도 11b의 구성에서는, 슬릿(21c)은 주축(4)의 축방향으로 긴 형상으로 형성되고, 또한 주축(4)의 원주방향으로 늘어서서 배치되어 있다.
슬릿을 형성하는 대신에, 유압 쉬링크 피트(25)와 접촉하는 위치에서 슬리브(21)를 분할하는 것에 의해, 유압 쉬링크 피트(25)와 접촉하는 부분의 강성을 저하시키는 것도 가능하다. 도 11c는 분할 구조의 슬리브(21)의 구조의 예를 도시하는 측면도이다. 도 11c에 도시되어 있는 슬리브(21)는 주축(4)의 축방향으로 늘어선 2개의 슬리브 부재(51, 52)를 구비해서 구성되어 있다. 슬리브 부재(51)의 단에는, 주축(4)의 원주방향으로 늘어서서 설치되고, 주축(4)의 축방향으로 돌출하는 복수의 돌출부(53)가 설치되고, 슬리브 부재(52)의 단에는, 원주방향으로 늘어서서 마련되고, 축방향으로 돌출하는 복수의 돌출부(54)가 설치된다. 슬리브 부재(51, 52)는 돌출부(53, 54)에 의해서 맞물려 있다. 즉, 슬리브 부재(51)의 돌출부(53)의 각각은 슬리브 부재(52)의 돌출부(54)중 2개의 사이에 삽입되어 있다. 유압 쉬링크 피트(25)는 돌출부(53, 54)가 맞물려 있는 부분에 체결되어 있다. 이러한 구조에서도, 슬리브(21)의 유압 쉬링크 피트(25)와 접촉하는 부분의 강성을 저하시키는 것이 가능하다.
(제 2 실시형태)
도 12는 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서 풍력 발전 장치(1)의 구조를 도시하는 단면도이며, 특히 발전기 로터(11)와 주축(4)의 결합 구조를 도시하는 단면도이다. 제 2 실시형태에서는, 통형상의 유압 쉬링크 피트(25C)가 주축(4)과 슬리브(21)와의 사이에 설치된다. 유압 쉬링크 피트(25C)는 작동 유체(전형적으로는 작업유)의 공급을 받아서 그 외경이 증대하도록 형성되어 있다. 유압 쉬링크 피트(25C)의 외경이 증대하면, 주축(4)과 유압 쉬링크 피트(25C)와의 사이에 작용하는 마찰력, 및 유압 쉬링크 피트(25C)와 슬리브(21)와의 사이에 작용하는 마찰력이 증대하고, 이것에 의해 주축(4)과 슬리브(21)를 결합시키는 것이 가능하다. 도 12에 도시하고 있는 것과 같은 유압 쉬링크 피트(25C)가 주축(4)과 슬리브(21)와의 사이에 설치되는 구조에 있어서도, 발전기(9)와 축받이(6)의 사이에 작업 스페이스를 필요로 하지 않기 때문에, 발전기(9)와 축받이(6)의 사이의 거리를 단축하는 것이 가능하다.
유압 쉬링크 피트(25C)가 주축(4)과 슬리브(21)와의 사이에 설치되는 구조의 하나의 문제는, 유압 쉬링크 피트(25C)의 외경이 증대할 때에, 발전기 축받이(23, 24)에 과잉의 기계적 부하가 작용할 가능성이 있는 점이다. 이 문제를 회피하기 위해서는, 유압 쉬링크 피트(25C)가 주축(4)의 반경방향에 있어서 발전기 축받이(23, 24)와 대향하지 않는 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 유압 쉬링크 피트(25C)의 외경이 증대한 때에 직접적으로 발전기 축받이(23, 24)에 작용하는 응력을 저감시키는 것이 가능하다.
추가로, 슬리브(21)의 발전기 축받이(23, 24)가 설치되는 위치와 유압 쉬링크 피트(25C)에 접촉하는 위치와의 사이의 부분에서, 유압 쉬링크 피트(25C)의 체결에 의해서 발생하는 뒤틀림을 흡수하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 일 실시형태에서는, 도 12에 도시되어 있는 바와 같이, 슬리브(21)가, 슬리브(21)의 발전기 축받이(23, 24)가 설치되는 부분의 단면(B, C)에 있어서 슬리브(21)의 두께가, 슬리브(21)의 유압 쉬링크 피트(25C)에 접촉하는 부분의 단면(A)에 있어서 슬리브(21)의 두께보다도 얇게 되도록 구성되어 있다. 이러한 구조에서는, 단면(A)에 있어서는 유압 쉬링크 피트(25C)의 외경의 증대에 대한 슬리브(21)의 변형을 억제해서 마찰력을 증대시키는 동시에, 단면(B, C)에 있어서는 슬리브(21)의 변형을 허용하고, 이것에 의해 발전기 축받이(23, 24)에 작용하는 기계적 부하를 억제하는 것이 가능하다.
또한, 도 13에 도시되어 있는 바와 같이, 슬리브(21)의 유압 쉬링크 피트(25C)에 접촉하는 부분과 발전기 축받이(23, 24)의 사이의 위치에 노치(55, 56)를 설치해도 좋다. 노치(55, 56)에 있어서 슬리브(21)의 변형을 허용하는 것에 의해, 발전기 축받이(23, 24)에 작용하는 기계적 부하를 억제하는 것이 가능하다.

Claims (10)

  1. 풍차 로터를 지지하는 주축과,
    상기 주축을 회전 가능하게 지지하는 주 축받이와,
    발전기 로터와 스테이터를 구비한 발전기와,
    상기 발전기 로터와 결합되는 동시에 상기 주축에 삽입된 슬리브와,
    상기 슬리브의 외측에 설치되고, 상기 슬리브를 상기 주축에 체결해서 결합하는 유압 쉬링크 피트를 구비하고,
    상기 유압 쉬링크 피트는 작동 유체의 공급에 의해서 내경이 작게 되는 것에 의해서 상기 슬리브를 상기 주축에 체결하도록 구성된
    풍력 발전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유압 쉬링크 피트가 상기 발전기의 내부의 공간에 설치되는
    풍력 발전 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 발전기 축받이를 더 구비하고,
    상기 스테이터는, 상기 주축의 원주방향으로 늘어서서 배치된 스테이터 자극과, 상기 스테이터 자극을 지지하고, 상기 주축의 축방향으로 늘어선 제 1 및 제 2 스테이터 플레이트를 구비하고,
    상기 제 1 스테이터 플레이트와 상기 주축은 상기 제 1 발전기 축받이에 의해서 상대적으로 회전 가능하고,
    상기 제 2 스테이터 플레이트와 상기 주축은 상기 제 2 발전기 축받이에 의해서 상대적으로 회전 가능하고,
    상기 발전기 로터는, 상기 주축의 원주방향으로 늘어서서 배치된 로터 자극과, 상기 제 1 스테이터 플레이트와 상기 제 2 스테이터 플레이트의 사이에 설치되고, 상기 로터 자극을 지지하기 위한 로터 지지 부재를 구비하고,
    상기 유압 쉬링크 피트는 상기 로터 지지 부재와 상기 제 1 스테이터 플레이트 사이에 마련된
    풍력 발전 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 스테이터 플레이트에는, 상기 유압 쉬링크 피트에 대응하는 위치에, 상기 작동 유체를 상기 유압 쉬링크 피트에 공급하기 위한 개구가 설치되어 있는
    풍력 발전 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬리브의 상기 유압 쉬링크 피트가 접촉되는 부분에 슬리브가 설치된
    풍력 발전 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬리브는 상기 주축의 축방향으로 늘어서서 배치된 제 1 및 제 2 슬리브 부재를 구비하고,
    상기 제 1 슬리브 부재의 단에는, 상기 주축의 원주방향으로 늘어서서 설치되고, 상기 주축의 축방향으로 돌출하는 복수의 제 1 돌출부가 설치되고,
    상기 제 2 슬리브 부재의 단에는, 상기 주축의 원주방향으로 늘어서서 설치되고, 상기 주축의 축방향으로 돌출하는 복수의 제 2 돌출부가 설치되고,
    상기 복수의 제 1 돌출부의 각각은 상기 복수의 제 2 돌출부중 2개의 사이에 삽입되고,
    상기 유압 쉬링크 피트는 상기 제 1 돌출부 및 상기 제 2 돌출부에 접촉되는
    풍력 발전 장치.
  7. 풍차 로터를 지지하는 주축과,
    상기 주축을 회전 가능하게 지지하는 주 축받이와,
    발전기 로터와 스테이터를 구비한 발전기와,
    상기 발전기 로터와 결합되는 동시에 상기 주축에 삽입된 슬리브와,
    상기 슬리브와 상기 주축의 사이에 설치된 유압 쉬링크 피트를 구비하고,
    상기 유압 쉬링크 피트는, 작동 유체의 공급에 의해서 외경이 증대하는 것에 의해서 상기 슬리브와 상기 주축을 결합하도록 구성된
    풍력 발전 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 발전기 축받이를 더 구비하고,
    상기 스테이터는, 상기 주축에 대해서 원주방향으로 늘어서서 배치된 스테이터 자극과, 상기 스테이터 자극을 지지하고, 상기 주축의 축방향으로 늘어선 제 1 및 제 2 스테이터 플레이트를 구비하고,
    상기 제 1 스테이터 플레이트와 상기 주축은 상기 제 1 발전기 축받이에 의해서 상대적으로 회전 가능하고,
    상기 제 2 스테이터 플레이트와 상기 주축은 상기 제 2 발전기 축받이에 의해서 상대적으로 회전 가능하고,
    상기 유압 쉬링크 피트가, 상기 주축의 반경방향에 있어서 상기 제 1 및 상기 제 2 발전기 축받이와 대향하지 않는 위치에 설치되어 있는
    풍력 발전 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 슬리브의 상기 제 1 및 상기 제 2 발전기 축받이가 설치되는 위치와 상기 유압 쉬링크 피트에 접촉하는 위치와의 사이의 부분이 상기 유압 쉬링크 피트의 체결에 의해서 발생하는 뒤틀림을 흡수하도록 구성되어 있는
    풍력 발전 장치.
  10. 제 4 항에 기재의 풍력 발전 장치의 조립 방법에 있어서,
    상기 제 1 스테이터 플레이트에 설치된 상기 개구에, 가설 보호통을, 상기 유압 쉬링크 피트의 포트가 상기 가설 보호통의 내부에 위치하도록 삽입하는 스텝과,
    상기 가설 보호통의 내부에서 유압 배관을 상기 포트에 접속하는 스텝과,
    상기 유압 배관을 거쳐서 상기 작동 유체를 상기 유압 쉬링크 피트에 공급해 상기 유압 쉬링크 피트로 상기 슬리브를 상기 주축에 체결하는 스텝을 구비하는
    풍력 발전 장치의 조립 방법.
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