KR101345714B1 - 풍력 발전기 - Google Patents

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Abstract

풍력 발전기가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전기는, 로터 허브 및 상기 로터 허브에 결합되는 로터 블레이드를 포함하는 풍력 발전기로서, 상기 로터 허브의 일측에 결합되는 외륜과, 상기 외륜의 내주면 상에 회전 가능하게 결합되되 상기 로터 블레이드의 루트부가 결합되는 내륜을 포함하는 피치 베어링; 및 상기 내륜이 상기 내륜의 반경 방향으로 변형되는 것을 방지하기 위한 보강부재를 포함하고, 상기 로터 허브를 향하는 상기 보강부재의 일면에는 상기 로터 허브 측으로 돌출된 돌기가 형성되고, 상기 내륜의 내주면에는 지지부가 마련되고, 상기 내륜의 내주면과 상기 지지부는 상기 보강부재의 돌기가 삽입되는 삽입홈을 형성할 수 있다.

Description

풍력 발전기{WIND POWER GENERATOR}
본 발명은 풍력 발전기에 관한 것이다.
풍력 발전은 자연 에너지인 풍력을 이용하여 전력을 생산하는 것으로 기존의 화석 연료를 이용한 발전 방식과는 달리 공해가 발생하지 않는 전력 생산 방식이다.
풍력 발전기는 풍력에 의해 회전되는 로터(rotor)와, 로터에 연결되어 회전 운동을 전달하는 드라이브 트레인(저속축, 증속기, 고속축)과 이의 후단에 연결된 발전기, 상기 기기들이 설치되는 나셀(nacelle) 및 나셀을 지지하는 타워(tower)로 구성될 수 있다.
일반적으로, 로터는 로터 허브 및 로터 블레이드로 구성되며, 효율적인 전력 생산을 위하여 바람의 변화에 따라 로터 블레이드의 피치 각도를 조절할 수 있다.
이에 따라, 풍력 발전기의 로터에는 로터 허브에 설치되어 로터 블레이드를 회전 가능하게 지지하는 피치 베어링이 구비될 수 있다.
그런데, 피치 베어링은 상대적으로 큰 직경에 비해 얇은 두께로 형성된다. 따라서 피치 베어링에서 타원변형(ovalization)과 같은 피치 베어링의 반경 방향의 변형이 발생하여 피치 베어링의 피로 수명이 낮아지는 문제가 있다.
나아가 피치 베어링이 결합되는 로터 블레이드의 루트 부분에서 타원변형(ovalization)과 같은 변형이 발생하여 로터 블레이드의 피로 수명이 낮아지는 문제가 발생한다.
본 발명의 실시예는, 피치 베어링의 변형을 방지하는 풍력 발전기를 제공하고자 한다.
또한, 로터 블레이드 루트 부분의 변형을 방지하는 풍력 발전기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 로터 허브 및 상기 로터 허브에 결합되는 로터 블레이드를 포함하는 풍력 발전기에 있어서, 상기 로터 허브의 일측에 결합되는 외륜과, 상기 외륜의 내주면 상에 회전 가능하게 결합되되 상기 로터 블레이드의 루트부가 결합되는 내륜을 포함하는 피치 베어링; 및 상기 내륜이 상기 내륜의 반경 방향으로 변형되는 것을 방지하기 위한 보강부재를 포함하고, 상기 로터 허브를 향하는 상기 보강부재의 일면에는 상기 로터 허브 측으로 돌출된 돌기가 형성되고, 상기 내륜의 내주면에는 지지부가 마련되고, 상기 내륜의 내주면과 상기 지지부는 상기 보강부재의 돌기가 삽입되는 삽입홈을 형성하는, 풍력 발전기가 제공될 수 있다,
이때, 상기 지지부는 상기 내륜의 내주면에서 상기 내륜의 내측으로 돌출되어 상기 로터 블레이드 측으로 꺽인 형상을 가질 수 있다.
한편, 상기 보강부재는 링 또는 판 형상으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 삽입홈의 입구의 가장자리부는 모따기 가공될 수 있다.
한편, 상기 돌기의 단부는 모따기 가공될 수 있다.
한편, 상기 보강부재 및 상기 지지부는 상기 보강부재를 상기 내륜의 회전축 방향으로 관통하는 볼트에 의해 상호 결합될 수 있다.
한편, 상기 지지부에 결합된 상기 보강부재의 일부는 상기 로터 블레이드의 루트부에 형성된 중공부에 삽입될 수 있다.
이때, 상기 로터 블레이드를 향하는 상기 보강부재의 일면의 가장자리부는 모따기 가공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 보강부재의 돌기가 피치 베어링의 내륜의 내주면에 마련된 지지부에 의해 형성되는 삽입홈에 삽입되어 상기 보강부재와 상기 지지부가 상호 결합됨으로써, 피치 베어링, 특히 내륜의 반경 방향의 변형을 방지하고, 피치 베어링의 피로 수명을 높일 수 있다.
또한, 보강부재가 피치 베어링의 반경 방향의 변형을 방지함으로써 피치 베어링의 내륜과 결합된 로터 블레이드의 루트부의 변형을 방지할 수 있다.
또한, 보강부재의 일부가 로터 블레이드의 루트부의 중공부에 삽입됨으로써, 로터 블레이드의 루트부의 변형을 방지하고, 피로수명을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 일부 분해도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 로터 블레이드와 로터 허브의 결합 부위를 확대한 단면도이고,
도 4는 도 3의 A 부분을 확대한 도면으로 보강부재와 지지부가 분리된 상태를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 일부 분해도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 로터 블레이드와 로터 허브의 결합 부위를 확대한 단면도이다.
도 1 내지 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 풍력 발전기(10)는 로터 허브(100)와, 로터 블레이드(200)와, 피치 베어링(300)과, 보강부재(400)를 포함한다.
로터 허브(100)는 나셀(500)에 회전 가능하게 설치되고, 나셀(500)은 타워(600)에 지지될 수 있다.
로터 허브(100)에는 복수의 로터 블레이드(200)가 결합될 수 있다. 로터 블레이드(200)는 로터 허브(100)에 결합되는 루트(root)부에서 끝단의 팁(tip)부로 갈수록 그 단면이 원형에서 에어포일(airfoil) 형상으로 형성될 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
바람에 의해 로터 블레이드(200)에 양력이 발생하면 로터 허브(100)가 회전하고, 로터 허브(100)의 회전력이 나셀(500) 내부에 배치된 발전기(미도시)에 전달되어 전력이 생산된다.
바람의 변화에 따른 효율적인 전력 생산을 위하여, 로터 블레이드(200)는 로터 허브(100)에 대하여 상대적으로 회전이 가능하도록 로터 허브(100)에 설치되는데, 도 1에서 도시된 화살표 방향으로 로터 블레이드(200)가 회전함으로써, 피치(pitch) 각도를 조절할 수 있다.
피치 각도를 조절하기 위해, 로터 블레이드(200)와 로터 허브(100) 사이에 피치 베어링(300)이 개재된다.
도 3을 참조하면, 피치 베어링(300)은 외륜(320) 및 외륜(320)의 내주면 상에 회전 가능하게 결합되는 내륜(340)을 포함한다.
외륜(320)은 링 형태로 형성되며, 로터 허브(100)의 일측에 결합될 수 있다.
외륜(320)에는 복수 개의 결합 홀(321)이 형성될 수 있다. 외륜(320)은 결합 수단(325)에 의해 로터 허브(100)의 일측에 결합될 수 있다. 결합 수단(325)은 결합 홀(321)을 관통하는 스터드 볼트(326) 및 스터드 볼트(326)와 결합되는 너트(327)를 포함할 수 있으나, 이에 국한되지 않는다.
내륜(340)은 외륜(320)에 대해 회전 가능하게 결합된다. 이 경우, 외륜(320)과 내륜(340) 사이에는 예를 들어 볼(330)과 같은 회전 부재가 개재될 수 있다.
내륜(340)은 외륜(320)과 동심(同心)을 가지는 링 형태로 형성되며, 로터 블레이드(200)의 루트부에 결합될 수 있다.
내륜(340)에는 복수 개의 결합 홀(341)이 형성될 수 있다. 내륜(340)은 결합 수단(345)에 의해 로터 블레이드(200)의 루트부와 결합될 수 있다. 결합 수단(345)는 결합 홀(341)을 관통하는 스터드 볼트(346) 및 스터드 볼트(346)와 결합되는 너트(347)을 포함할 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
스터드 볼트(346)는 로터 블레이드(200)의 루트부에 미리 설치된 상태에서 내륜(340)에 형성된 결합 홀(341)을 관통하여 너트(347)와 결합될 수 있다.
내륜(340)의 내주면에는 기어 톱니(342)가 형성될 수 있다.
기어 톱니(324)는 도 3에 도시된 바와 같이 내륜(340)의 내주면 중 로터 허브(100)에 가까운 측부에 형성될 수 있다.
로터 블레이드(200)를 로터 허브(100)에 대해 회전시키기 위해 구동 모듈(미도시)이 사용될 수 있다.
구동 모듈은 구동 모터(미도시)와 구동 기어(미도시)를 포함할 수 있다. 구동 모터는 로터 허브(100)의 일측에 배치될 수 있고, 구동 모터의 모터축에는 내륜(340)의 내주면에 형성된 기어 톱니(342)와 맞물리는 구동 기어가 결합될 수 있다.
구동 모터가 회전하면 기어 톱니(342)와 맞물리는 구동 기어가 회전함으로써, 내륜(340)이 외륜(320)에 대해 회전할 수 있다.
내륜(340)의 내주면에는 후술하는 보강부재(400)와 결합하는 지지부(360)가 형성될 수 있다. 지지부(360)는 내륜(340)의 내측으로 돌출 형성되고, 내륜(340)의 내주면과 함께 보강부재(400)에 형성된 돌기(410)가 삽입되는 삽입홈(361)을 형성한다. 즉, 삽입홈(361)은 도 3에 도시된 바와 같이 내륜(340)의 내주면과 지지부(360)에 의해 정의될 수 있다.
지지부(360)는 내륜(340)의 내측으로 돌출되어 로터 블레이드 측으로 꺽인 형상을 가질 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
지지부(360)는 내륜(340)과 일체로 제작되거나 별도로 제작되어 내륜(340)의 내주면에 설치될 수 있다.
지지부(360)는 도 3에 도시된 바와 같이 내륜(340)의 내주면 중 기어 톱니(324)가 형성되지 않은 영역에 위치할 수 있다. 지지부(360)는 기어 톱니(324)와 이격되어 위치할 수 있다.
내륜(340)의 내주면에 형성된 지지부(360)에 보강부재(400)가 결합될 수 있다.
보강부재(400)는 피치 베어링(300), 특히 내륜(340)이 반경 방향으로 변형되지 않도록 피치 베어링(300)을 지지한다.
보강부재(400)는 링 또는 판 형상으로 이루어질 수 있다.
도 4는 도 3의 A 부분을 확대한 도면으로, 보강부재와 지지부가 분리된 상태를 나타낸다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 로터 허브(100)를 향하는 보강부재(400)의 일면에는 로터 허브(100) 측으로 돌출된 돌기(410)가 마련될 수 있다.
돌기(410)는 지지부(360)에 의해 형성되는 삽입홈(361)에 삽입될 수 있다. 삽입홈(361)의 입구의 가장자리부는 모따기 가공될 수 있다. 이 경우, 돌기(410)가 삽입홈(361)에 쉽게 삽입될 수 있다.
나아가 돌기(410)의 단부는 모따기 가공될 수 있다. 이 경우, 돌기(410)가 삽입홈(361)에 쉽게 삽입될 수 있다.
보강부재(400)의 돌기(410)가 삽입홈(361)에 삽입되면 보강부재(400)는 내륜(340)이 반경 방향으로 하중을 받을 때 내륜(340)을 반경 방향으로 지지함으로써, 내륜(340)이 반경 방향으로 압축 또는 팽창하는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 피치 베어링(300)의 피로 수명을 높일 수 있다
나아가 보강부재(400)가 피치 베어링(300)의 반경 방향 변형을 방지함으로써 피치 베어링의 내륜(340)과 결합된 로터 블레이드(200)의 루트부의 변형을 방지할 수 있다.
보강부재(400)의 돌기(410)는 보강부재(400)의 가장자리에 위치할 수 있다.
보강부재(400)와 지지부(360)는 보강부재(400)를 내륜(340)의 회전축(R) 방향으로 관통하는 볼트(430)에 의해 상호 결합될 수 있다. 이 경우, 보강부재(400)와 지지부(360)는 효과적으로 결합할 수 있다.
도 3을 참조하면, 내륜(340)과 결합하는 로터 블레이드(200)의 루트부에는 중공부(250)가 형성될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 보강부재(400)의 일부는 로터 블레이드(200)의 루트부의 중공부(250)에 삽입될 수 있다. 이 경우, 보강부재(400)의 외주면은 중공부(250)의 내측면에 접할 수 있다.
이와 같은 보강부재(400)는 로터 블레이드(200)의 루트부를 보강하여 로터 블레이드(200)가 반경 방향으로 변형되는 것을 방지할 수 있고, 로터 블레이드(200)의 루트부의 피로수명을 높일 수 있다.
로터 블레이드(200)를 향하는 보강부재(400)의 일면의 가장자리부는 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 모따기 가공될 수 있다. 이 경우, 보강부재(400)의 돌기(410)가 지지부(360)에 의해 형성된 삽입홈(361)에 삽입되어 보강부재(400)가 지지부(360)에 결합된 후 로터 블레이드(200)가 내륜(340)에 결합될 때 보강부재(400)가 로터 블레이드(200)의 루트부의 내측으로 쉽게 삽입될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10 : 풍력 발전기 100 : 로터 허브
200 : 로터 블레이드 300 : 피치 베어링
320 : 외륜 340 : 내륜
360 : 지지부 400 : 보강부재
500 : 나셀 600 : 타워

Claims (8)

  1. 로터 허브 및 상기 로터 허브에 결합되는 로터 블레이드를 포함하는 풍력 발전기에 있어서,
    상기 로터 허브의 일측에 결합되는 외륜과, 상기 외륜의 내주면 상에 회전 가능하게 결합되되 상기 로터 블레이드의 루트부가 결합되는 내륜을 포함하는 피치 베어링; 및
    상기 내륜이 상기 내륜의 반경 방향으로 변형되는 것을 방지하기 위한 보강부재를 포함하고,
    상기 로터 허브를 향하는 상기 보강부재의 일면에는 상기 로터 허브 측으로 돌출된 돌기가 형성되고,
    상기 내륜의 내주면에는 상기 내륜의 내측으로 돌출되는 지지부가 마련되고,
    상기 내륜의 내주면과 상기 지지부에 의해 상기 보강부재의 돌기가 삽입되는 삽입홈이 형성되는, 풍력 발전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 내륜의 내주면에서 상기 내륜의 내측으로 돌출되어 상기 로터 블레이드 측으로 꺽인 형상을 갖는, 풍력 발전기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보강부재는 링 또는 판 형상으로 이루어진, 풍력 발전기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 삽입홈의 입구의 가장자리부는 모따기 가공된, 풍력 발전기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 돌기의 단부는 모따기 가공된, 풍력 발전기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보강부재 및 상기 지지부는 상기 보강부재를 상기 내륜의 회전축 방향으로 관통하는 볼트에 의해 상호 결합되는, 풍력 발전기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지지부에 결합된 상기 보강부재의 일부는 상기 로터 블레이드의 루트부에 형성된 중공부에 삽입되는, 풍력 발전기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 로터 블레이드를 향하는 상기 보강부재의 일면의 가장자리부는 모따기 가공되는, 풍력 발전기.
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