KR101233584B1 - 풍력 발전 장치용 증속기 및 풍력 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

자동 조심 롤러 베어링을 유성 베어링으로서 사용해도 플레이킹에 의한 손상을 저감시킬 수 있는 풍력 발전 장치용 증속기 및 풍력 발전 장치를 제공하는 것이다. 증속기(14)는, 케이싱 본체(40)와, 캐리어(52)와, 캐리어(52)에 보유 지지되는 유성 핀(54)과, 유성 핀(54)에 장착되는 자동 조심 롤러 베어링(56)과, 자동 조심 롤러 베어링(56)을 개재하여 유성 핀(54)에 지지되는 유성 기어(58)와, 유성 기어(58)와 맞물리는 링 기어(60) 및 태양 기어(62)를 포함하여 구성되어 있다. 여기서, 유성 기어(58)는, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)의 단부면이 유성 기어(58)의 단부면보다도 내측에 위치하도록, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)에 대해 억지 끼워 맞춤에 의해 고정되어 있다.

Description

풍력 발전 장치용 증속기 및 풍력 발전 장치{GEAR BOX FOR WIND TURBINE GENERATOR AND WIND TURBINE GENERATOR}
본 발명은, 풍력 발전 장치용 증속기 및 풍력 발전 장치에 관한 것으로, 특히 회전 날개로부터 주축을 통해 입력되는 회전을 증속하여 발전기측으로 출력하는 증속기 및 이것을 사용한 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
최근, 지구 환경의 보전의 관점에서, 재생 가능 에너지 중 하나인 풍력을 이용한 풍력 발전 장치의 보급이 진행되고 있다.
풍력 발전 장치는, 일반적으로 회전 날개가 장착된 로터 헤드와, 드라이브 트레인 및 발전기를 수납하는 너셀과, 너셀을 지지하는 지지 기둥으로 구성되어 있다. 여기서 드라이브 트레인은, 로터 헤드측으로부터 발전기측으로 토크를 전달하기 위한 것으로, 통상은 증속기가 내장되어 있어, 로터 헤드의 회전을 증속하여 발전기에 입력하도록 되어 있다.
풍력 발전 장치의 증속기로서는, 특허 문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 플래너터리형의 유성 기어 기구를 구비하는 것이 알려져 있다. 플래너터리형의 유성 기어 기구에서는, 로터 헤드측의 주축과 함께 회전하는 캐리어에 유성 핀이 복수 설치되어 있고, 이 유성 핀에 유성 베어링을 개재하여 유성 기어가 장착되고, 또한 이 유성 기어에 링 기어 및 태양 기어가 맞물려 있다. 이에 의해, 로터 헤드측의 주축의 회전에 수반하여, 유성 기어가 자전하면서 공전하여, 증속된 회전을 태양 기어측으로 출력하도록 되어 있다.
또한 특허 문헌 1에는 기재되어 있지 않지만, 풍력 발전 장치의 회전 날개가 받는 풍력은 항상 변동되므로, 진동이나 충격 하중을 받는 데 적합한 자동 조심(調心) 롤러 베어링을 사용하는 것을 생각할 수 있다.
자동 조심 롤러 베어링으로서는, 예를 들어 특허 문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이, 내륜과 외륜의 사이에 보유 지지기에 보유 지지된 2열의 롤러가 내장되고, 외륜 궤도의 중심이 베어링 중심과 일치하고 있어 조심성(調心性)을 갖는 것을 들 수 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2009-144533호 공보 [특허 문헌 2] 일본 특허 출원 공개 평9-317760호 공보
그러나 본 발명자들은, 특허 문헌 1에 기재된 풍력 발전 장치의 증속기의 유성 베어링으로서, 특허 문헌 2에 기재된 바와 같은 자동 조심 롤러 베어링을 사용하면, 플레이킹(flaking)에 의해 베어링의 내구 시간이 짧아져 버리는 경우가 있는 것을 인식하는 것에 이르렀다.
본 발명은 상술한 사정에 비추어 이루어진 것으로, 자동 조심 롤러 베어링을 유성 베어링으로서 사용해도 플레이킹에 의한 베어링의 내구 시간의 감소를 억제할 수 있는 풍력 발전 장치용 증속기 및 풍력 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 관한 풍력 발전 장치용 증속기는, 회전 날개가 장착된 로터 헤드에 연결되고, 상기 로터 헤드와 함께 회전하는 주축을 갖는 풍력 발전 장치에 사용되는 증속기이며, 케이싱 본체와, 복수의 유성 핀을 갖고, 상기 풍력 발전 장치의 상기 주축과 함께 회전하여 상기 유성 핀을 공전시키는 캐리어와, 상기 캐리어의 상기 유성 핀에 장착되고, 내륜과 외륜의 사이에 복수열의 롤러가 내장된 자동 조심 롤러 베어링과, 상기 자동 조심 롤러 베어링을 개재하여 상기 복수의 유성 핀에 자전 가능하게 지지되는 복수의 유성 기어와, 상기 케이싱 본체에 설치되고, 상기 유성 기어와 맞물리는 내치를 갖는 링 기어와, 상기 복수의 유성 기어에 둘러싸이도록 배치되고, 상기 유성 기어와 맞물리는 태양 기어를 구비하고, 상기 유성 기어는, 상기 자동 조심 롤러 베어링의 상기 외륜의 단부면이 상기 유성 기어의 단부면보다도 내측에 위치하도록, 상기 자동 조심 롤러 베어링의 상기 외륜에 대해 억지 끼워 맞춤에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명자들이 예의 검토한 결과, 자동 조심 롤러 베어링을 유성 베어링으로서 사용한 경우에 발생하는 베어링의 내구 시간의 감소는, 회전 날개, 로터 헤드 및 주축을 통해 유성 베어링(자동 조심 롤러 베어링)에 전달되는 하중 및 모멘트의 변동에 의해 베어링 외륜이 축 방향 외측으로 빠져나가, 각 롤러열에 가해지는 하중이 불균일하게 되어 버리는 것에 기인하는 것이 명백해졌다.
상술한 풍력 발전 장치용 증속기는 이 지식에 기초하고 있고, 유성 베어링으로서의 자동 조심 롤러 베어링의 외륜의 단부면이 유성 기어의 단부면보다도 내측에 위치하도록, 유성 기어가 자동 조심 롤러 베어링의 외륜에 대해 억지 끼워 맞춤에 의해 고정되어 있다. 이에 의해, 유성 기어의 단부가 억지 끼워 맞춤에 의해 변형되어 덮개의 역할을 하여, 자동 조심 롤러 베어링의 외륜의 빠짐을 억제하고, 각 롤러에 가해지는 하중이 균일한 상태를 유지하여, 플레이킹에 의한 자동 조심 롤러 베어링(유성 베어링)의 내구 시간의 감소를 억제할 수 있다.
상기 풍력 발전 장치용 증속기에 있어서, 상기 유성 기어는 상기 자동 조심 롤러 베어링의 상기 외륜에 대해 수축 끼워 맞춤 또는 냉각 끼워 맞춤에 의해 고정되어 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 유성 기어의 단부를 보다 크게 변형시켜, 자동 조심 롤러 베어링의 외륜의 빠짐을 확실하게 억제하여, 자동 조심 롤러 베어링의 손상을 가일층 저감할 수 있다.
상기 풍력 발전 장치용 증속기에 있어서, 상기 유성 기어는, 서로 간격을 두고 배치된 한 쌍의 상기 자동 조심 롤러 베어링에 의해 상기 유성 핀에 지지되어 있고, 상기 유성 핀에는, 상기 한 쌍의 자동 조심 롤러 베어링으로 윤활유를 유도하는 급유구가, 상기 한 쌍의 자동 조심 롤러 베어링의 사이의 위치에 설치되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 한 쌍의 자동 조심 롤러 베어링을 개재하여 유성 핀을 유성 기어에 지지함으로써, 각 베어링에 가해지는 하중을 분산시켜, 베어링의 수명을 향상시킬 수 있다. 또한 한 쌍의 자동 조심 롤러 베어링의 사이의 위치에 급유구를 설치함으로써, 한 쌍의 자동 조심 롤러 베어링의 윤활 상태를 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 형태에 관한 풍력 발전 장치용 증속기는, 회전 날개가 장착된 로터 헤드에 연결되고, 상기 로터 헤드와 함께 회전하는 주축을 갖는 풍력 발전 장치에 사용되는 증속기이며, 케이싱 본체와, 복수의 유성 핀을 갖고, 상기 풍력 발전 장치의 상기 주축과 함께 회전하여 상기 유성 핀을 공전시키는 캐리어와, 상기 캐리어의 상기 유성 핀에 장착되고, 내륜과 외륜의 사이에 복수열의 롤러가 내장된 자동 조심 롤러 베어링과, 상기 자동 조심 롤러 베어링을 개재하여 상기 복수의 유성 핀에 자전 가능하게 지지되는 복수의 유성 기어와, 상기 케이싱 본체에 설치되고, 상기 유성 기어와 맞물리는 내치를 갖는 링 기어와, 상기 복수의 유성 기어에 둘러싸이도록 배치되고, 상기 유성 기어와 맞물리는 태양 기어를 구비하고, 상기 유성 기어에는, 상기 자동 조심 롤러 베어링의 상기 외륜의 빠짐을 규제하는 플랜지부가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 유성 기어에 플랜지부를 설치함으로써, 자동 조심 롤러 베어링의 외륜의 빠짐을 억제하여, 플레이킹에 의한 자동 조심 롤러 베어링(유성 베어링)의 내구 시간의 감소를 억제할 수 있다.
이 경우, 상기 플랜지부는, 상기 유성 기어의 내주에 형성된 홈에 끼워 넣어진 C형 스냅링이라도 좋고, 상기 유성 기어의 내주에 설치된 암나사에 나사 장착된 링 부재라도 좋다.
본 발명에 관한 풍력 발전 장치는, 회전 날개와, 상기 회전 날개가 장착된 로터 헤드와, 상기 로터 헤드에 연결되고, 상기 로터 헤드와 함께 회전하는 주축과, 상기 주축으로부터 입력된 회전을 증속하여 출력축에 전달하는 상술한 증속기와, 상기 증속기의 상기 출력축에 연결된 발전기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 풍력 발전 장치에서는, 증속기가 상술한 첫 번째의 형태인 경우, 증속기의 자동 조심 롤러 베어링(유성 베어링)의 외륜의 단부면이 유성 기어의 단부면보다도 내측에 위치하도록, 유성 기어를 자동 조심 롤러 베어링의 외륜에 대해 억지 끼워 맞춤에 의해 고정하고 있다. 이에 의해, 유성 기어의 단부가 억지 끼워 맞춤에 의해 변형되어 덮개의 역할을 하여, 자동 조심 롤러 베어링의 외륜의 빠짐을 억제하고, 각 롤러열에 가해지는 하중이 균일한 상태를 유지하여, 자동 조심 롤러 베어링(유성 베어링)의 손상을 저감할 수 있다.
또한, 증속기가 상술한 두 번째의 형태인 경우, 증속기의 유성 기어에 플랜지부가 설치되어 있으므로, 자동 조심 롤러 베어링의 외륜의 빠짐을 방지하여, 플레이킹에 의한 자동 조심 롤러 베어링(유성 베어링)의 내구 시간의 감소를 억제할 수 있다.
본 발명의 일 형태에서는, 증속기의 유성 베어링으로서의 자동 조심 롤러 베어링의 외륜의 단부면이 유성 기어의 단부면보다도 내측에 위치하도록, 유성 기어가 자동 조심 롤러 베어링의 외륜에 대해 억지 끼워 맞춤에 의해 고정되어 있다. 이로 인해, 유성 기어의 단부가 억지 끼워 맞춤에 의해 변형되어 덮개의 역할을 하여, 자동 조심 롤러 베어링의 외륜의 빠짐을 억제하고, 각 롤러열에 가해지는 하중이 균일한 상태를 유지하여, 플레이킹에 의한 자동 조심 롤러 베어링(유성 베어링)의 내구 시간의 감소를 억제할 수 있다.
도 1은 풍력 발전 장치의 전체 구성예를 도시하는 도면이다.
도 2는 너셀 내부에 배치된 드라이브 트레인 및 발전기를 도시하는 사시도이다.
도 3은 증속기의 구성예를 도시하는 단면도이다.
도 4는 도 3의 I-I 단면도이다.
도 5는 도 3에 있어서의, 자동 조심 롤러 베어링(유성 베어링)의 주변을 도시하는 확대도이다.
도 6은 자동 조심 롤러 베어링의 외륜의 빠짐을 도시하는 단면도이다.
도 7은 도 5의 자동 조심 롤러 베어링(유성 베어링)을 더 확대한 단면도이다.
도 8의 (a)는 유성 기어의 단부에 플랜지부를 설치한 예를 도시하는 단면도이고, 도 8의 (b) 및 도 8의 (c)는 플랜지부의 구성예를 도시하는 확대도이다.
도 9는 제1 실시예 및 제1 비교예의 베어링 외륜의 빠짐량의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부 도면에 따라서 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 단, 이 실시 형태에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은, 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 이것에 한정하는 취지가 아닌, 단순한 설명예에 불과하다.
도 1은, 본 실시 형태에 관한 풍력 발전 장치의 전체 구성예를 도시하는 도면이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 풍력 발전 장치(1)는 주로 기초(B) 상에 세워 설치된 지지 기둥(2)과, 지지 기둥(2)의 상단부에 설치된 너셀(4)과, 너셀(4)에 장착된 로터 헤드(6)와, 로터 헤드(6)에 장착된 복수매의 회전 날개(8)로 구성되어 있다.
지지 기둥(2)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 기초(B)로부터 상방(도 1의 상방)으로 연장되는 기둥 형상으로, 예를 들어 1개의 기둥 형상 부재로 구성해도 좋고, 복수의 유닛을 상하 방향으로 연결하여 기둥 형상으로 구성해도 좋다. 지지 기둥(2)이 복수의 유닛으로 구성되어 있는 경우에는, 최상부에 설치된 유닛 상에 너셀(4)이 설치된다.
너셀(4)은, 로터 헤드(6)를 지지하는 동시에, 그 내부에 드라이브 트레인(10)이나 발전기(18)를 수납하고 있다.
도 2는 너셀(4)의 내부의 상세를 도시하는 사시도로, 너셀 커버를 제거한 상태를 도시하고 있다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 드라이브 트레인(10)은 로터 헤드(6)의 로터 허브(6A)에 연결된 주축(12)과, 발전기(18)에 연결된 최종 출력축(16)의 사이에 증속기(14)가 설치된 구성을 갖는다. 이 증속기(14)에 의해, 주축(12)을 통해 로터 헤드(6)측으로부터 입력된 20rpm 정도의 회전이 1800rpm 정도까지 증속된 후, 최종 출력축(16)을 통해 발전기(18)로 전달된다.
다음에, 풍력 발전 장치(1)의 증속기(14)의 구체적인 구성에 대해 설명한다. 도 3은, 증속기(14)의 구성예를 도시하는 단면도이다. 도 4는, 도 3에 있어서의 I-I선을 따른 단면도이다. 도 5는, 도 3에 도시하는 증속기(14)의 자동 조심 롤러 베어링(유성 베어링)의 주변을 도시하는 확대도이다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 증속기(14)는 케이싱 본체(40) 내에 수납된 유성 증속 기구(50) 및 평기어 증속 기구(70)로 구성되어 있다. 이 증속기(14)에 의해, 로터 허브측의 주축(12)으로부터 입력된 회전이 증속되어, 발전기측의 최종 출력축(16)으로 전달되도록 되어 있다.
증속기(14)의 유성 증속 기구(50)는, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 캐리어(52)와, 캐리어(52)에 보유 지지되는 유성 핀(54)과, 유성 핀(54)에 장착되는 자동 조심(調心) 롤러 베어링(56)과, 자동 조심 롤러 베어링(56)을 개재하여 유성 핀(54)에 지지되는 유성 기어(58)와, 유성 기어(58)와 맞물리는 링 기어(60) 및 태양 기어(62)를 포함하여 구성되어 있다.
캐리어(52)는, 복수(본 예에 있어서는, 3개)의 유성 핀(54)을 보유 지지하는 보유 지지판으로, 로터 헤드측의 주축(12)과 일체적으로 회전하여, 유성 핀(54)을 공전시키도록 되어 있다. 또한, 주축(12) 및 캐리어(52)는 베어링(42)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다.
자동 조심 롤러 베어링(56)은, 유성 기어(58)를 자전 가능하게 유성 핀(54)에 지지하기 위한 유성 베어링으로서의 역할을 하고, 도 5에 도시하는 바와 같이, 내륜(56A)과 외륜(56B)의 사이에 복수열(본 예에서는, 2열)의 롤러(56C)가 내장된 구성을 갖는다.
자동 조심 롤러 베어링(56)의 내륜(56A)에는 유성 핀(54)이 끼워 넣어져 있고, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)은 유성 기어(58)에 끼워 넣어져 있다. 예를 들어, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 내륜(56A)을 유성 핀(54)에 대해 헐거운 끼워 맞춤에 의해 고정하는 동시에, 유성 기어(58)를 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)에 대해 억지 끼워 맞춤에 의해 고정하고 있다.
자동 조심 롤러 베어링(56)은, 외륜(56B)의 궤도의 중심이 베어링 중심과 일치하고 있어 조심성(調心性)을 갖고 있다. 이로 인해, 진동이나 충격 하중을 받는 데 적합하여, 회전 날개가 받는 풍력이 항상 변동되는 풍력 발전 장치의 유성 베어링으로서 적절하게 사용할 수 있다.
또한 자동 조심 롤러 베어링(56)은, 예를 들어 대하중 및 대토크가 발생하는 대형의 풍력 발전 장치에 적용하는 경우에는, 도 3 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 복수를 병렬로 배치하여 사용해도 좋다. 이때, 도 5에 도시하는 바와 같이, 복수의 자동 조심 롤러 베어링(56)을 서로 간격을 두고 배치하는 동시에, 유성 핀(54)에는 자동 조심 롤러 베어링(56)으로 윤활유를 유도하는 급유구(54A)를, 인접하는 자동 조심 롤러 베어링(56)의 사이의 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 윤활 상태를 유지할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시하는 유성 기어(58)는, 자동 조심 롤러 베어링(56)을 개재하여 유성 핀(54)에 지지되어 있고, 링 기어(60) 및 태양 기어(62)와 맞물려 있다.
링 기어(60)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 케이싱 본체(40)에 설치되어 있고, 유성 기어(58)와 맞물리는 내치를 갖고 있다. 한편, 태양 기어(62)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 복수의 유성 기어(58)에 둘러싸이도록 배치되어 있다. 또한, 태양 기어(62)에는 유성 출력축(64)이 끼워 넣어져 있다.
이러한 유성 증속 기구(50)에서는, 캐리어(52)가 주축(12)과 함께 회전하면, 유성 핀(54) 및 유성 핀(54)에 지지된 유성 기어(58)가 태양 기어(62)를 중심으로 하여 공전한다. 동시에, 유성 기어(58)는 유성 베어링으로서의 자동 조심 롤러 베어링(56)의 작용에 의해, 유성 핀(54)을 중심으로 하여 자전한다. 이에 의해, 입력축으로서의 주축(12)으로부터의 회전이 증속되어, 유성 출력축(64)으로 출력된다. 또한, 유성 증속 기구(50)에 의한 증속비는, 유성 기어(58), 링 기어(60) 및 태양 기어(62)의 잇수에 의해 정해진다.
또한 도 3에 도시하는 케이싱 본체(40)에는, 유성 증속 기구(50)의 하방에 오일 배스(41)가 설치되어 있고, 이 오일 배스(41) 내에는 윤활유가 저류되어 있다. 이로 인해, 자동 조심 롤러 베어링(56)을 개재하여 유성 핀(54)에 지지된 유성 기어(58)는, 공전에 의해 하방으로 이동하였을 때에, 오일 배스(41) 내의 윤활유에 침지되도록 되어 있다. 이에 의해, 자동 조심 롤러 베어링(56)이나 유성 기어(58)의 윤활 상태를 유지할 수 있다.
도 3에 도시하는 평기어 증속 기구(70)는, 유성 증속 기구(50)에 부가하여 임의적으로 설치되는 증속 기구로, 유성 출력축(64)의 회전을 더 증속하여 최종 출력축(16)으로 출력하도록 되어 있다.
평기어 증속 기구(70)는, 예를 들어 도 3에 도시하는 바와 같이, 서로 맞물리는 제1 평기어(72) 및 제2 평기어(74)와, 서로 맞물리는 제3 평기어(76) 및 제4 평기어(78)의 2세트의 기어 세트로 구성해도 좋다. 여기서, 제1 평기어(72)는 유성 출력축(64)에 연결된 제1 회전축(80)에 고정되어 있고, 제2 평기어(74) 및 제3 평기어(76)는 제2 회전축(82)에 고정되어 있고, 제4 평기어(78)는 최종 출력축(16)에 고정되어 있다. 또한 제1 회전축(80), 제2 회전축(82) 및 최종 출력축(16)은, 각각 제1 베어링(44), 제2 베어링(46) 및 제3 베어링(48)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다.
이러한 평기어 증속 기구(70)에서는, 제1 평기어(72)의 잇수는 제2 평기어(74)보다도 많으므로, 유성 증속 기구(50)측의 유성 출력축(64)에 연결된 제1 회전축(80)의 회전이 증속되어, 제2 회전축(82)에 전달된다. 또한, 제3 평기어(76)의 잇수는 제4 평기어(78)보다도 많으므로, 제2 회전축(82)의 회전이 증속되어, 최종 출력축(16)으로 전달된다.
상기 구성의 증속기(14)에 따르면, 유성 증속 기구(50) 및 평기어 증속 기구(70)에 의해, 로터 허브측의 주축(12)으로부터 입력된 회전을 증속하여, 발전기측의 최종 출력축(16)에 전달할 수 있다.
그런데, 본 발명자들은 이러한 구성의 증속기(14)에서는, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 내구 시간이 짧아져 버리는 경우가 있는 것을 인식하는 데 이르렀다. 그리고 본 발명자들이 예의 검토한 결과, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 내구 시간의 감소는, 풍력 발전 장치(1)의 회전 날개(8)로부터, 로터 헤드(6) 및 주축(12)을 통해 자동 조심 롤러 베어링(56)으로 전달되는 하중 및 모멘트의 변동에 의해, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)이 빠져나가, 각 롤러열(56C)에 가해지는 하중이 불균일해져, 플레이킹이 발생되어 버리는 것에 기인하는 것이 명백해졌다.
도 6은, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 플레이킹의 원인인 외륜(56B)의 빠짐을 도시하는 단면도이다. 자동 조심 롤러 베어링(56)은, 회전 날개(8)로부터 전달되는 하중 및 모멘트에 의해, 축 방향 외측(도면 중 화살표 방향)으로 빠져나가려고 한다. 여기서, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 내륜(56A)은, 캐리어(52)에 의해, 축 방향 외측으로의 이동이 규제되어 있는 한편, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)에는 그러한 규제는 이루어져 있지 않아, 도 6에 도시하는 바와 같이, 외륜(56B)만 축 방향 외측으로 빠져나가 버린다. 이로 인해, 내측의 롤러열(56C)(도 6의 우측의 롤러열)에 하중이 집중되어 버려, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 플레이킹이 발생되어 버린다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)의 단부면이 유성 기어(58)의 단부면보다도 내측에 위치하도록[즉, 도 7에 도시하는 외륜(56B)의 단부면과 유성 베어링(56)의 단부면의 거리(d)가, 부등식 d＞0을 만족시키도록], 유성 기어(58)를 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)에 대해 억지 끼워 맞춤에 의해 고정하고 있다. 이에 의해, 유성 기어(58)의 단부(도면 중, A로 나타내는 부위)가 억지 끼워 맞춤에 의해 변형되어 덮개의 역할을 하여, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)의 빠짐을 억제하고, 각 롤러열(56C)에 가해지는 하중이 균일한 상태를 유지하여, 플레이킹에 의한 자동 조심 롤러 베어링(56)의 내구 시간의 감소를 억제할 수 있다.
또한, 외륜(56B)의 단부면과 유성 베어링(56)의 단부면의 거리(d)는, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 내구 시간의 감소를 확실하게 방지하는 관점에서 가능한 한 큰 것이 바람직하다. 단, 외륜(56B)의 단부면을 유성 베어링(56)의 단부면보다도 지나치게 내측으로 오게 하면, 자동 조심 롤러 베어링(56)으로 윤활유를 유도하는 급유구(54A)를 폐색해 버린다고 하는 구조상의 제약이 있다. 따라서, 상기 거리(d)는 0㎜＜d≤10㎜인 것이 바람직하다.
여기서, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)으로의 유성 기어(58)의 고정은, 억지 끼워 맞춤이면 특별히 한정되지 않고, 수축 끼워 맞춤, 냉각 끼워 맞춤, 프레스에 의한 압입 등의 임의의 방법으로 행해도 좋다. 그 중에서도, 수축 끼워 맞춤 또는 냉각 끼워 맞춤은, 유성 기어(58)와 외륜(56B)의 사이의 끼워 맞춤 공차를 크게 설정 가능하므로, 유성 기어(58)의 단부를 보다 크게 변형시켜, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)의 빠짐을 확실하게 억제하여, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 플레이킹을 가일층 저감할 수 있는 점에서 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 유성 베어링으로서의 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)의 단부면이 유성 기어(58)의 단부면보다도 내측에 위치하도록, 유성 기어(58)가 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)에 대해 억지 끼워 맞춤에 의해 고정되어 있다. 따라서, 유성 기어(58)의 단부가 억지 끼워 맞춤에 의해 변형되어 덮개의 역할을 하여, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)의 빠짐을 억제하고, 각 롤러열(56C)에 가해지는 하중이 균일한 상태를 유지하여, 자동 조심 롤러 베어링(유성 베어링)(56)의 플레이킹을 저감할 수 있다.
이상, 본 발명의 일례에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 각종 개량이나 변형을 행해도 좋은 것은 물론이다.
예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 유성 기어(58)의 단부를 억지 끼워 맞춤에 의해 변형시킴으로써 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)의 빠짐을 억제하는 예에 대해 설명하였지만, 유성 기어(58)의 단부에 플랜지부에 설치함으로써, 외륜(56B)의 빠짐을 억제하도록 해도 좋다.
도 8의 (a)는 유성 기어(58) 단부의 내주에 설치된 플랜지부를 도시하는 단면도이고, 도 8의 (b) 및 도 8의 (c)는 플랜지부의 구성예를 도시하는 확대도이다. 또한, 상술한 실시 형태와 동일한 구성 요소에 대해서는 공통의 번호를 부여하고, 여기서는 그 설명을 생략한다.
도 8의 (a)에 도시하는 바와 같이, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)의 빠짐을 규제하는 플랜지부(90)가, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)의 단부면과 유성 기어(58)의 단부면의 사이의 위치에 설치되어 있다. 이와 같이, 유성 기어(58)의 내주에 플랜지부(90)를 설치함으로써, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)의 빠짐을 확실하게 억제하여, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 플레이킹을 저감할 수 있다.
예를 들어, 플랜지부(90)는, 도 8의 (b)에 도시하는 바와 같이, 유성 기어(58)의 내주에 형성된 홈(92)에 끼워 넣어진 C형 스냅링이라도 좋고, 도 8의 (c)에 도시하는 바와 같이, 유성 기어(58)의 내주에 설치된 암나사(94)에 나사 장착된 링 부재라도 좋다.
또한, 도 8의 (a) 내지 도 8의 (c)에는, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)의 단부면과, 당해 단부면보다도 외측으로 돌출된 유성 기어(58)의 단부면의 사이의 위치이며, 또한 유성 기어(58)의 단부의 내주면에 플랜지부(90)를 설치한 예를 나타냈지만, 플랜지부(90)의 위치는 외륜(56B)의 빠짐을 억제할 수 있는 한 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 플랜지부(90)를 유성 기어(58)의 단부면에 임의의 방법(예를 들어, 나사 장착)으로 설치해도 좋다. 이에 의해, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)의 단부면과 유성 기어(58)의 단부면의 위치가 일치되어 있는 경우라도, 유성 기어(58)의 단부면에 고정된 플랜지부(90)에 의해 외륜(56B)의 빠짐을 억제할 수 있다.
[실시예]
상술한 실시 형태에 관한 증속기(14)에 대해, 이하에 나타내는 바와 같이, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)의 빠짐량의 시간에 따른 변화를 측정하여, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 내구성을 평가하였다.
[제1 실시예]
자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)의 단부면이 유성 기어(58)의 단부면보다도 10㎜ 내측에 위치하도록(즉, 도 7에 있어서 d＝10㎜가 되도록), 도 3에 도시하는 증속기(14)를 조립하였다. 이때, 유성 기어(58)의 외륜(56B)에 대한 억지 끼워 맞춤은, 끼워 맞춤 공차가 P6(0.012 내지 0.079㎜)이 되도록 행하였다.
이 증속기(14)에 대해, 주축(입력축)(12)으로부터 평균치가 1.18kNm인 토크에 상당하는 부하를 입력하였다. 그리고 소정 시간 경과 후에, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)의 축 방향 외측으로의 빠짐량을 측정하였다.
[제1 비교예]
자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)의 단부면과 유성 기어(58)의 단부면의 위치를 일치시킨(즉, 도 7에 있어서 d＝0) 것 이외에는 제1 실시예와 동일한 조건으로, 소정 시간 경과 후에 있어서의 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)의 축 방향 외측으로의 빠짐량을 측정하였다.
[내구성의 평가]
도 9는, 제1 실시예 및 제1 비교예의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
그런데, 본 발명자들에 의해, 외륜(56B)의 빠짐량이 400㎛ 정도가 되면, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 플레이킹이 발생해 버리는 것을 알았다.
따라서, 외륜(56B)의 빠짐량이 400㎛에 도달할 때까지의 시간을 제1 실시예 및 제1 비교예의 경우에 대해 근사 곡선으로부터 추측하면, 제1 실시예(TE)는 제1 비교예(TC)의 약 109배였다. 또한, 일반적인 실 제품에 있어서, 유성 베어링의 내구성의 합격 기준은 1.3×105(hr)인 바, 제1 실시예의 경우(TE)는 이 기준을 만족시킨 것에 대해, 제1 비교예(TC)의 경우는 이 기준을 만족시키지 않았다.
이와 같이, 본 실시 형태의 증속기(14)와 같이, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)의 단부면이 유성 기어(58)의 단부면보다도 내측에 위치하도록, 유성 기어(58)를 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)에 대해 억지 끼워 맞춤에 의해 고정함으로써, 자동 조심 롤러 베어링(56)의 외륜(56B)의 빠짐을 억제하여, 플레이킹에 의한 자동 조심 롤러 베어링(유성 베어링)(56)의 내구 시간의 감소를 억제할 수 있었다.

Claims (7)

  1. 회전 날개가 장착된 로터 헤드에 연결되고, 상기 로터 헤드와 함께 회전하는 주축을 갖는 풍력 발전 장치에 사용되는 증속기이며,
    케이싱 본체와,
    복수의 유성 핀을 갖고, 상기 풍력 발전 장치의 상기 주축과 함께 회전하여 상기 유성 핀을 공전시키는 캐리어와,
    상기 캐리어의 상기 유성 핀에 장착되고, 내륜과 외륜의 사이에 복수열의 롤러가 내장된 자동 조심 롤러 베어링과,
    상기 자동 조심 롤러 베어링을 개재하여 상기 복수의 유성 핀에 자전 가능하게 지지되는 복수의 유성 기어와,
    상기 케이싱 본체에 설치되고, 상기 유성 기어와 맞물리는 내치를 갖는 링 기어와,
    상기 복수의 유성 기어에 둘러싸이도록 배치되고, 상기 유성 기어와 맞물리는 태양 기어를 구비하고,
    상기 유성 기어는, 상기 자동 조심 롤러 베어링의 상기 외륜의 단부면이 상기 유성 기어의 단부면보다도 내측에 위치하도록, 상기 자동 조심 롤러 베어링의 상기 외륜에 대해 억지 끼워 맞춤에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치용 증속기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 내륜은 캐리어에 의해 축 방향 외측으로의 이동이 규제되고,
    상기 외륜은 상기 억지 끼워 맞춤에 의해 변형된 상기 유성 기어의 단부면에 의해 축 방향 외측으로의 이동이 규제되는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치용 증속기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 억지 끼워 맞춤은 공차가 0.012 내지 0.079mm인 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치용 증속기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유성 기어는, 상기 자동 조심 롤러 베어링의 상기 외륜에 대해 수축 끼워 맞춤 또는 냉각 끼워 맞춤에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치용 증속기.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유성 기어는, 서로 간격을 두고 배치된 한 쌍의 상기 자동 조심 롤러 베어링에 의해 상기 유성 핀에 지지되어 있고,
    상기 유성 핀에는, 상기 한 쌍의 자동 조심 롤러 베어링으로 윤활유를 유도하는 급유구가, 상기 한 쌍의 자동 조심 롤러 베어링의 사이의 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치용 증속기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 외륜의 상기 단부면과 상기 유성 기어의 상기 단부면의 거리(d)는 0㎜＜d≤10㎜의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치용 증속기.
  7. 회전 날개와,
    상기 회전 날개가 장착된 로터 헤드와,
    상기 로터 헤드에 연결되고, 상기 로터 헤드와 함께 회전하는 주축과,
    상기 주축으로부터 입력된 회전을 증속하여 출력축에 전달하는, 제1항 또는 제2항에 기재된 증속기와,
    상기 증속기의 상기 출력축에 연결된 발전기를 구비하는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치.
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