KR101433741B1

KR101433741B1 - 풍력 발전소용 로터

Info

Publication number: KR101433741B1
Application number: KR1020127010624A
Authority: KR
Inventors: 파비오 베르톨로티
Original assignee: 에스에스비 윈드 시스템즈 게엠베하 운트 코 카게
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2010-10-03
Publication date: 2014-08-25
Also published as: DE102009045467A1; US9004867B2; CN201874744U; KR20120093232A; US20120189445A1; EP2486271B1; EP2486271A1; CN102032100A; WO2011042375A1; CN102032100B

Abstract

본 발명은 풍력 발전소(1)를 위한 로터에 관한 것이며, 로터는 로터 허브(8)를 구비하고, 블레이드 축(11)을 중심으로 회전할 수 있도록 로터 허브(8) 상에 장착된 적어도 하나의 로터 블레이드(9)를 구비하고, 적어도 하나의 나사 스핀들 메커니즘(13)을 가지며, 적어도 하나의 나사 스핀들 메커니즘은 로터 허브(8)와 로터 블레이드(9) 사이에 위치되어 로터 허브(8) 및 로터 블레이드(9) 양자 모두에 연결되고, 로터 블레이드(9)는 나사 스핀들 메커니즘(13)의 작동에 의해 블레이드 축(11)을 중심으로 로터 허브(8)에 대하여 회전되거나 회전될 수 있고, 나사 스핀들 메커니즘(13)은 구동부(22), 작동 요소(31), 작동 요소(31)에 분리가능하게 결합된 스핀들 너트(18) 및 나사 스핀(19)들을 구비하고, 나사 스핀들은 구동부(22)에 의해 그 종방향 축(25)을 중심으로 회전될 수 있으며 구동부(22)에 분리가능하게 결합되고, 그래서, 나사 스핀들(19) 및 스핀들 너트(18)는 나사 스핀들 메커니즘(13)으로부터 분리될 수 있다.

Description

풍력 발전소용 로터 {ROTOR FOR A WIND POWER PLANT}

본 발명은 윈드 터빈용 로터에 관한 것으로, 이 윈드 터빈용 로터는 로터 허브를 구비하고, 블레이드 축을 중심으로 로터 허브 상에 회전가능하게 장착되어 있는 적어도 하나의 로터 블레이드를 구비하며, 적어도 하나의 나사 스핀들 메커니즘(threaded spindle mechanism)을 구비하고, 이 나사 스핀들 메커니즘은 로터 허브와 로터 블레이드 사이에 위치되고 로터 허브 및 로터 블레이드 양자 모두에 연결되며, 로터 블레이드는 나사 스핀들 메커니즘의 작동에 의해 블레이드 축을 중심으로 로터 허브에 대해 회전되거나 회전될 수 있다.

DE 10 2005 051 912 A1은 적어도 세 개의 로터 블레이드를 장착하기 위한 배열을 개시하고 있으며, 이 배열은 로터 블레이드를 그 각각의 주 축을 중심으로 피봇시키기 위한 로터 블레이드 장착부를 포함하고, 이 배열은 로터 블레이드 중 하나의 주 축이 나머지 두 개의 로터 블레이드 각각의 주 축과 교차하는 지점을 갖도록 설계되며, 이 두 개의 교차 지점은 이격되어 있다. 로터 블레이드는 로터 블레이드 장착부의 영역에서, 로터 블레이드를 회전시키기 위해 전동 수단이 결합되게 되는 수단을 구비하도록 설계되며, 이 수단은 구동 수단에 의해 구동될 수 있으며, 스크류 구동부 또는 볼 스크류 구동부를 포함한다.

DE 199 48 997 A1은 적어도 두 개의 섹션 상에 위치된 두 개의 구동부를 포함하는 윈드 터빈을 위한 블레이드 개별 조정을 개시하고 있으며, 이 적어도 두 개의 섹션은 실질적으로, 선형 연장부를 생성하는 블레이드 연결부의 교차부의 평면 내에 배열되는 선회 아암(swing arm)을 서로에 관하여 이동시킬 수 있으며, 선회 아암의 각 단부는 스위블 연결부를 통해 조정 대상 블레이드 상의 요소 및 허브에 대한 힘 전달 피봇 조인트를 구비한다. 더 적은 이동거리를 갖는 선형 구동부는 예로서 전기 작동식 스핀들 구동부로서 설계된다.

US 5 584 655는 로터 블레이드가 그 종축을 중심으로 로터 허브 상에 회전가능하게 장착되어 있는 윈드 터빈을 개시한다. 로터 블레이드의 비틀림 각도는 유압 실린더에 의해 조정될 수 있으며, 유압 실린더의 일 단부는 로터 허브에 힌지 결합되고 다른 단부는 레버에 의해 로터 블레이드에 힌지 결합된다. 유압 실린더 대신, 나사 스핀들 메커니즘, 선형 모터 등이 사용될 수 있다.

윈드 터빈의 로터의 블레이드 각도 조정 구동부에 사용되는 나사 스핀들 메커니즘은 현저한 마모를 받으며, 따라서, 더욱 빈번히 교체되어야만 하고, 이러한 교체는 재료 비용, 설치 비용 및 터빈 가동중단에 대한 비용과 결부되어 있다.

이에 기초하여, 본 발명의 목적은 서두에 언급된 종류의 로터에 대하여, 적어도 하나의 나사 스핀들 메커니즘의 마모와 연계된 비용을 감소시킬 수 있게 하는 것이다.

본 발명에 따라서, 이 목적은 청구항 제 1 항에 따른 로터에 의해 달성된다. 본 발명의 양호한 개선형이 종속 청구항에 제공되어 있다.

윈드 터빈을 위한 본 발명에 따른 로터는 로터 허브를 포함하며, 블레이드 축을 중심으로 로터 허브 상에 회전가능하게 장착된 적어도 하나의 로터 블레이드를 가지고, 적어도 하나의 나사 스핀들 메커니즘을 가지며, 이 나사 스핀들 메커니즘은 로터 허브와 로터 블레이드 사이에 위치되며, 로터 허브 및 로터 블레이드 양자 모두에 연결되고, 로터 블레이드는 나사 스핀들 메커니즘의 작동에 의해 블레이드 축을 중심으로 로터 허브에 대하여 회전되거나 회전될 수 있고, 나사 스핀들 메커니즘은 구동부, 작동 요소, 작동 요소에 분리가능하게 결합된 스핀들 너트 및 나사 스핀들을 가지고, 이 나사 스핀들은 구동부에 의해 그 종축을 중심으로 회전가능하며, 나사 스핀들과 스핀들 너트가 나사 스핀들 메커니즘으로부터 분리될 수 있도록 구동부에 분리가능하게 결합된다.

블레이드 각도 조정 구동부로서 사용되는 나사 스핀들 메커니즘에서, 마모는 주로 나사 스핀들과 스핀들 너트 상에서 이루어진다는 것이 밝혀졌다. 본 발명에 따른 로터의 디자인을 통해, 나사 스핀들은 전체 나사 스핀들 메커니즘을 분해 및/또는 교체할 필요 없이 스핀들 너트와 함께 교체될 수 있다. 이에 의해 설비 비용이 절약될 수 있다. 또한, 이는 구동부 같은 나사 스핀들 메커니즘의 다른 구성요소가 계속 사용될 수 있기 때문에 재료 비용이 절약될 수 있게 한다.

나사 스핀들 및 스핀들 너트는 특히, 구동부와 작동 요소 사이에 위치되는 조립체를 형성한다. 이 나사 스핀들은 바람직하게는 스핀들 너트와 함께, 다시 말하면, 유닛으로서의 구성요소와 함께, 나사 스핀들 메커니즘으로부터 분리될 수 있다. 특히, 나사 스핀들은 스핀들 너트와의 스크류 연결부를 가진다. 바람직하게는, 스핀들 너트가 나사 스핀들 상으로 스크류 결합되거나 나사 스핀들이 스핀들 너트 내로 스크류 결합된다.

본 발명의 개선형에 따라서, 나사 스핀들은 구동부 외부에 배열된다. 따라서, 구동부를 위해, 종래의 전기 모터가 사용될 수 있으며, 그래서, 나사 스핀들 메커니즘의 비용이 비교적 낮게 유지될 수 있다. 나사 스핀들이 구동부 외부에 배열되는 이 특징은 특히 구동부와 나사 스핀들이 별개로 및/또는 서로 공간적으로 분리되어 배열된다는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 그러나, 이는 바람직하게는 서로에 대한 근접한 물리적 근접도를 갖는 나사 스핀들과 구동부를 배제하지 않는다. 구동부는 특히, 나사 스핀들이 그 종축을 중심으로 회전될 수 있게 하는 구동 샤프트를 포함한다.

나사 스핀들은 바람직하게는 샤프트에 분리가능하게 고정되며, 이 샤프트는 구동부에 의해 종축을 중심으로 회전가능하다. 특히, 나사 스핀들은 적어도 하나의 고정 수단에 의해 분리가능한 방식으로 샤프트에 고정된다. 고정 수단은 예로서, 적어도 하나의 스크류, 적어도 하나의 나사 볼트 및/또는 적어도 하나의 고정 볼트이거나 이들을 포함할 수 있다. 본 발명의 구성에 따라서, 샤프트 및 나사 스핀들 각각은 플랜지를 구비하며, 두 개의 플랜지는 특히 적어도 하나의 고정 수단에 의해 서로 분리가능하게 고정된다. 플랜지는 바람직하게는 원형 또는 링형 및/또는 원통형이다. 플랜지 각각은 바람직하게는 각각의 다른 플랜지의 구멍과 정렬되는 구멍을 구비하며, 상기 고정 수단 또는 소정의 고정 수단이 서로 정렬된 구멍과 결합한다. 플랜지들은 바람직하게는 적어도 하나의 고정 수단에 의한 형상 결합으로 함께 연결된다. 특히, 플랜지는 적어도 하나의 고정 수단에 의해 함께 나사결합된다. 분리가능한 고정의 결과로서, 나사 스핀들은 샤프트로부터, 그리고, 따라서, 또한 구동부로부터 분리될 수 있다. 나사 스핀들과 스핀들 너트로 구성된 조립체는 특히 샤프트와 작동 요소 사이에 위치된다.

나사 스핀들은 구동부 및/또는 샤프트와 직접 결합될 수 있다. 따라서, 본 발명의 제1 변형에 따르면, 샤프트는 구동부의 구동 샤프트이거나 나사 스핀들과 구동부의 구동 샤프트 사이에 연결된다. 그러나, 나사 스핀들 메커니즘은 바람직하게는 기어 메커니즘을 가지며, 나사 스핀들 및/또는 샤프트는 기어 메커니즘의 중개를 통해 구동부와 결합된다. 따라서, 본 발명의 제2 변형에 따라, 샤프트는 기어 메커니즘의 구동 샤프트이거나 나사 스핀들과 기어 메커니즘의 구동 샤프트 사이에 연결된다. 후자의 경우에, 구동 샤프트는 바람직하게는 샤프트와 결합된다. 기어 메커니즘은 바람직하게는 기어 구동부, 유성 기어, 체인 구동부 및/또는 벨트 구동부를 포함하거나, 기어 구동부, 유성 기어, 체인 구동부 및/또는 벨트 구동부로서 설계된다.

구동부에 의해, 나사 스핀들 및/또는 샤프트는 그 종축을 중심으로 회전할 수 있다. 또한, 구동 샤프트는 예로서, 직접적으로 또는 기어 메커니즘 및/또는 샤프트의 중개를 통해 나사 스핀들과 결합된다. 특히, 구동부는 전기적 구동부이며, 바람직하게는 하나의 또는 적어도 하나의 전기 모터를 포함한다. 이 경우에, 구동 샤프트는 바람직하게는 전기 모터의 모터 샤프트이다. 구동부는 바람직하게는 적어도 하나의 스테이터 또는 그에 대해 회전할 수 있는 적어도 하나의 로터를 구비하며, 로터는 토크 방지 방식으로 구동 샤프트(모터 샤프트)에 결합되고 바람직하게는 그 위에 배치된다. 여기서 나사 스핀들이 구동부 외부에 배열되는 특징은 특히 나사 스핀들이 스테이터와 로터에 의해 형성되는 조립체의 외부에 및/또는 스테이터, 로터 및 구동 샤프트에 의해 형성되는 조립체 외부에 배열된다는 것을 의미한다.

로터 허브와 로터 블레이드는 특히, 그리고, 각각 하나의 구성요소를 형성하며, 작동 요소는 제1 구성 요소 상에 장착되고 나사 스핀들 및/또는 샤프트는 제2 구성요소 상에 장착된다. 본 발명의 개선형에 따르면, 작동 요소는 제1 구성 요소 및/또는 나사 스핀들 상에 관절식으로 장착되고, 및/또는 스핀들은 제2 구성요소 상에 관절식으로 장착됨으로써 나사 스핀들 메커니즘의 기울어짐(tilting)이 방지될 수 있다. 작동 요소는 제1 구성요소 상에 피봇가능하게 및/또는 회전가능하게 장착되는 것이 바람직하다. 또한, 나사 스핀들 및/또는 샤프트는 제2 구성요소에 피봇가능하게 및/또는 회전가능하게 장착되는 것이 바람직하다. 나사 스핀들은 특히 제2 구성요소 상에 그 종축을 중심으로 회전가능하게 장착된다. 이 구성요소들은 각 경우에 하나의 또는 다수의 부품일 수 있다.

나사 스핀들 및/또는 샤프트는 지지부에 의해 제2 구성요소 상에 장착되는 것이 바람직하다. 본 발명의 구성에 따라서, 스핀들 너트는 또한 지지부에 의해 제2 구성요소 상에 장착될 수 있다. 작동 요소는 지지부 상에서 변위가능한 방식으로 안내되는 것이 바람직하다.

지지부는 스핀들 너트와 나사 스핀들이 배열되는 하우징을 포함하거나, 형성하는 것이 바람직하다. 이 방식으로, 나사 스핀들 및 스핀들 너트는 오염 및 습기로부터 보호될 수 있다. 하우징은 바람직하게는 접근 개구를 구비하고, 이 접근 개구를 통해 나사 스핀들 및/또는 나사 너트에 접근할 수 있으며, 또한, 특히, 이들을 교체할 수 있다. 또한, 하우징은 접근 개구를 덮는 덮개를 구비하는 것이 바람직하며, 이 덮개는 하우징으로부터 제거 또는 하우징에 대해 이동되어, 개방될 수 있으며, 그래서, 접근 개구는 덮개의 개방에 의해 열려질 수 있다. 폐쇄된 상태에서, 덮개는 바람직하게는 밀봉식으로 접근 개구를 덮는다. 특히, 작동 요소는 하우징 내에 또는 적어도 부분적으로 하우징 내에 배열된다. 바람직하게는, 작동 요소는 하우징으로부터 돌출한다. 바람직하게는 샤프트도 하우징 내에 배열되거나 적어도 부분적으로 하우징 내에 배열된다.

본 발명의 구성에 따라서, 윤활제가 하우징 내로 도입되며, 윤활제는 특히 유체이다. 윤활제는 바람직하게는 나사 스핀들이 또한 내부에 배열되어 있는 하우징 내에서 자유롭게 유동할 수 있다. 로터가 로터 축을 중심으로 회전할 때, 나사 스핀들 메커니즘도 로터 축을 중심으로 회전하며, 그래서, 윤활제에 의한 나사 스핀들 및/또는 나사 스핀들 메커니즘의 자동 윤활이 이루어진다. 윤활제는 예로서, 오일 등에 의해 형성된다.

지지부는 바람직하게는 피봇식으로 및/또는 회전가능하게 제2 구성요소 상에 관절식으로 장착된다. 이 방식으로, 나사 스핀들 및/또는 샤프트의 제2 구성요소 에 대한 관절식 장착이 수행될 수 있다. 제2 구성요소 에 대한 지지부의 관절식 장착은 예로서, 관절부의 적어도 하나의 관절축을 중심으로 이루어지며, 이 축은 특히 나사 스핀들의 종축에 수직으로 연장한다. 본 발명의 개선에 따라서, 제2 구성요소에 대한 지지부의 관절식 장착은 예로서, 특히 서로 수직으로, 그리고, 나사 스핀들의 종축에 수직으로 연장하는 적어도 두 개의 관절축을 중심으로 이루어진다. 제1 구성요소 에 대한 작동 요소의 관절식 장착은 예로서, 특히, 나사 스핀들의 종축에 수직으로 연장하는 적어도 하나의 관절축을 중심으로 이루어진다. 그러나, 바람직하게는, 제1 구성요소에 대한 관절 요소의 관절식 장착은 특히, 서로 수직이면서 나사 스핀들의 종축에 수직으로 연장하는 적어도 두 개의 관절축을 중심으로 이루어진다.

작동 요소는 특히 로터 블레이드 및 나사 스핀들 상에 장착되고 및/또는 샤프트 및/또는 지지부는 특히 로터 허브 상에 장착되며, 그래서, 제1 구성요소는 로터 블레이드에 의해 형성되고, 제2 구성요소는 로터 허브에 의해 형성된다. 그러나, 제2 구성요소가 로터 블레이드에 의해 형성되고 제1 구성요소가 로터 허브에 의해 형성되록 반대의 배열도 가능하다.

나사 스핀들 메커니즘의 기울어짐은 한편으로는 로터 블레이드의 단면 평면에서 이루어질 수 있지만, 그러나, 다른 한편으로는 단면 평면에 수직으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 작동 요소는 제1 구성요소 상의 제1 관절부에 의해 관절식으로 장착되고 및/또는 지지부는 제2 구성요소 상의 적어도 제2 관절부에 의해 관절식으로 장착되며, 각 관절부는 하나, 둘 또는 적어도 두 개의 회전 자유도를 갖는다. 각 관절부는 예로서, 유니버셜 조인트, 볼 조인트, 스위블 조인트 또는 엘라스토머 베어링일 수 있다. 제1 관절부는 또한 제2 관절부와 다른 디자인을 가질 수 있다.

바람직하게는, 지지부는 적어도 하나의 엘라스토머 베어링에 의해 제2 구성요소 상에 관절식으로 장착된다. 각 엘라스토머 베어링은 바람직하게는 내부 부품, 내부 부품을 둘러싸는 외부 부품 및 내부 부품을 둘러싸면서 외부 부품 내에 배치되는 엘라스토머 본체를 포함하며, 엘라스토머 본체에 의해 내부 부품이 외부 부품에 연결된다. 엘라스토머는 내부 부품과의 결합된 마찰 또는 활주 연결부를 갖는다. 또한, 엘라스토머 본체는 외부 부품과의 결합된 마찰 또는 활주 연결부를 갖는다. 바람직하게는, 내부 부품은 지지부와 고정 연결부를 갖고, 외부 부품은 제2 구성요소와의 고정 연결부를 갖는다. 특히, 내부 부품은 지지부와 강성적으로 연결되고 및/또는 지지부와 일체로 설계된다. 그러나, 대안적으로, 외부 부품은 또한 지지부와 고정 연결부를 가지며, 내부 부품은 제2 부품과의 고정 연결부를 가질 수 있다. 외부 부품은 바람직하게는 슬리브이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 외부 부품은 제2 부품 또는 지지부에 의해 형성될 수 있다. 본 발명의 개선에 따르면, 작동 요소는 제1 구성요소 상에 적어도 하나의 엘라스토머 베어링에 의해 장착된다. 엘라스토머 베어링은 정비 수요가 작고, 비교적 긴 사용 수명을 갖는다. 특히, 엘라스토머 베어링은 일반적으로 이들이 윤활을 필요로 하지 않는다는 장점을 제공한다.

나사 스핀들 및/또는 샤프트는 바람직하게는 종축을 중심으로 적어도 하나의 베어링에 의해 지지부 상에 회전가능하게 장착된다. 특히, 적어도 하나의 베어링은 롤링 베어링이다. 그러나, 대안적으로, 베어링은 또한 활주 베어링으로서 설계될 수도 있다. 베어링은 바람직하게는 지지부 상에 제공된다. 본 발명의 개선에 따라서, 나사 스핀들 및/또는 샤프트는 축방향으로 베어링 상에 또는 추가적 베어링 상에 고정 또는 고착된다. 여기서, 축방향은 특히 나사 스핀들 및/또는 샤프트의 종축의 방향을 의미한다.

적어도 하나의 베어링 및/또는 구동부 및/또는 기어 메커니즘은 바람직하게는 지지부에 고정된다. 이 방식으로, 구동부와 나사 스핀들 사이의 유격의 바람직하지 못한 변화를 피할 수 있다. 또한, 추가 베어링이 존재한다면, 추가 베어링도 지지부에 고정되는 것이 바람직하다.

나사 스핀들 메커니즘은 바람직하게는 위치 인코더를 가지며, 이에 의해, 예로서, 회전 허브에 대한 회전 블레이드의 회전이 결정되거나 결정될 수 있다. 특히, 나사 스핀들은 바람직하게는 샤프트의 중개를 통해 위치 인코더에 연결된다. 그러나, 기어 샤프트 또는 구동 샤프트도 위치 인코더에 연결될 수 있다.

작동 요소는 바람직하게는 튜브로서 또는 적어도 부분적으로 중공으로 설계된다. 작동 요소의 중공 디자인은 나사 스핀들이 작동 요소의 중공 공간을 침투할 수 있다는 장점을 갖는다.

본 발명의 개선에 따라서, 스핀들 너트는 스크류 연결부에 의해 작동 요소에 고정된다. 스크류 연결부가 분리가능하기 때문에, 스핀들 너트는 작동 요소로부터 제거될 수 있으며, 그래서, 스핀들 너트는 작동 요소와 분리가능하게 결합된다. 특히, 작동 요소는 내부 나사부를 가지며, 이는 스핀들 너트 상에 제공된 외부 나사부와 결합한다. 그러나, 추가적으로 또는 대안적으로, 스핀들 너트 및 작동 요소는 스크류 또는 볼트에 의해 서로 고정되거나 서로 연결될 수 있다. 바람직하게는, 스핀들 너트와 작동 요소 사이의 연결부는 로킹 핀에 의해, 바람직하게는 형상 결합에 의해 분리에 맞서 고정될 수 있다. 로킹 핀은 예로서, 스핀들 너트에 제공된 오목부에 결합하거나 이 오목부에 침입한다. 또한, 로킹 핀은 예로서, 작동 요소 내에 제공된 오목부 내에 결합하거나 이 오목부에 침입한다.

나사 스핀들 및 스핀들 너트는 바람직하게는 롤러 스크류 구동부를 형성하며, 이에 따라 설계된다. 이 방식으로, 높은 힘이 낮은 마찰로 전달될 수 있다. 또한, 롤러 스크류 구동부는 비교적 높은 사용 수명 및 높은 신뢰성을 갖는다. 특히, 롤러 스크류 구동부는 윤활이 부적합한 경우에도 기능할 수 있으며, 이는 추가적 기능 안전을 제공한다. 바람직하게는, 나사 스핀들 및 스핀들 너트는 유성 롤러 스크류 구동부를 형성한다. 이런 스크류 구동부는 예로서, SKF 그룹으로부터의 카달로그, 공보 제4351 DE-2008-01로부터 알려져 있다.

로터 허브는 특히 로터 축을 중심으로 회전가능하며, 로터 블레이드의 블레이드 축은 바람직하게는 로터 축에 대해 횡방향으로 또는 실질적으로 횡방향으로 연장한다.

본 발명의 구성에 따라서, 로터는 로터 허브와 로터 블레이드 사이에 위치된 적어도 하나의 블레이드 각도 조정 구동부를 포함하며, 이에 의해, 로터 블레이드는 그 블레이드 축을 중심으로 회전할 수 있으며, 블레이드 각도 조정 구동부는 적어도 하나의 나사 스핀들 메커니즘을 구비하거나 그에 의해 형성된다. 나사 스핀들은 적어도 하나의 고정 수단에 의해 블레이드 각도 조정 구동부 내에 분리가능하게 고정됨으로써 나사 스핀들 및 관련 스핀들 너트는 블레이드 각도 조정 구동부의 잔여부로부터 분리될 수 있다.

로터는 복수의 로터 블레이드를 가질 수 있으며, 이 로터 블레이드는 각각 블레이드 축을 중심으로 로터 허브 상에 회전가능하게 장착된다. 각각의 로터 허브와 로터 블레이드 사이에는 적어도 하나의 나사 스핀들 메커니즘이 위치될 수 있으며, 로터 허브, 그리고, 또한 각각의 로터 블레이드 양자 모두에 연결되며, 로터 블레이드 각각은 각각의 나사 스핀들 메커니즘의 작동에 의해 각각의 블레이드 축을 중심으로 로터 허브에 대하여 회전가능하다. 나사 스핀들 메커니즘 각각은 상술한 바와 같이 개발될 수 있다.

또한, 본 발명은 로터 축을 중심으로 기계 프레임 상에 회전가능하게 장착되면서 풍력에 의해 구동되거나 구동될 수 있는 로터 및 기계 프레임을 구비한 윈드 터빈에 관련되며, 이 로터는 로터에 의해 구동되거나 로터에 의해 구동될 수 있는 전기 발전기에 기계적으로 결합된다. 로터는 바람직하게는 모든 설명된 구성에 따라 개발될 수 있는 본 발명에 따른 로터이다. 나사 스핀들 메커니즘에 의해, 적어도 하나의 로터 블레이드가 그 블레이드 축을 중심으로 로터 허브에 대하여 회전될 수 있으며, 결과적으로, 로터의 회전 속도 및 따라서 바람직하게는 또한 발전기의 회전 속도가 변경될 수 있다.

유사하게, 본 발명은 기계 프레임을 구비한 윈드 터빈의 로터 속도를 변화시키기 위한 로터의 용법에 관련되며, 기계 프레임 상에서 로터는 회전축을 중심으로 회전가능하게 장착되며, 로터는 풍력에 의해 구동되며 전기 발전기에 기계적으로 결합되며, 전기 발전기는 로터에 의해 구동된다. 로터는 바람직하게는 본 발명에 따른 로터이고, 이 로터는 모든 설명된 구성에 따라 개발될 수 있다. 특히, 나사 스핀들 메커니즘의 작동에 의해, 적어도 하나의 로터 블레이드는 그 블레이드 축을 중심으로 로터 허브에 대하여 회전되며, 그래서, 로터의 회전 속도 및 이에 따라 바람직하게는 또한 발전기의 회전 속도가 변한다.

본 발명은 도면을 참조로 양호한 실시예의 도움으로 이하에 설명된다. 도면은 이하와 같이 도시하고 있다.
도 1은 본 발명에 따른 로터를 구비한 윈드 터빈의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 조정 구동부의 개략적인 부분 단면 상면도이다.
도 3은 도 2에 따른 조정 구동부의 개략적인 부분 측면도이다.
도 4는 도 2에 따른 나사 스핀들 메커니즘의 개략적인 부분 단면 측면도이다.
도 5는 나사 스핀들의 회전축을 따른 도 2에 따른 작동 요소와 스핀들 너트의 개략적인 부분 단면도이다.
도 6은 분해된 나사 스핀들을 구비하는 도 4에 따른 측면도이다.
도 7은 분해된 나사 스핀들의 측면도이다.
도 8은 하우징의 폐쇄 상태의 나사 스핀들 메커니즘의 개략 측면도이다.
도 9는 하우징의 개방 상태의 나사 스핀들 메커니즘의 개략 측면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 조정 구동부의 개략 상면도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 조정 구동부의 개략 상면도이다.

도 1은 윈드 터빈(1)을 도시하며, 기초부(2) 상에 세워진 타워(3)는 기초부(2)로부터 이격방향으로 전향된 그 단부에서 기계 하우징(4)과 연결된다. 기계 하우징(4)에는 기계 프레임(5)이 배열되며, 기계 프레임 상에는 로터 허브(8) 및 로터 블레이드(9 및 10)가 그와 연결되는 회전축(7)을 중심으로 회전가능하게 로터(6)에 장착되며, 로터 블레이드들은 각각 그 블레이드 축(11 또는 12)을 중심으로 로터 허브(8)에 대해 회전가능하다. 각 로터 블레이드(9, 10)는 조정 구동부(13 또는 14)에 기계적으로 결합되며, 이에 의해, 각각의 로터 블레이드(9, 10)는 연계된 블레이드 축(11, 12)을 중심으로 회전될 수 있다. 로터(6)는 회전축(7)을 중심으로 풍력(15)에 의해 회전되며, 전기 발전기(16)에 기계적으로 결합되고, 발전기는 기계 하우징(4) 내에 배열되고 기계 프레임(5)에 고정되어 있다. 윈드 터빈(1)의 제어된 동작을 위해, 윈드 터빈 제어기(17)가 제공되며, 이 윈드 터빈 제어기(17)에 의해 특히 조정 구동부(13 및 14)가 제어된다.

도 2는 나사 스핀들 메커니즘을 포함하는 본 발명의 제1 실시예에 따른, 도 1에 도시된 조정 구동부(13)의 부분 단면 상면도를 도시한다. 조정 구동부(13)는 스핀들 너트(18)를 구비하며, 이 스핀들 너트는 관절 요소(31)에 의해 로터 블레이드(9)와 관절 연결된다. 스핀들 너트(18)에서, 외부 나사(32)를 갖는 나사 스핀들(19)은 나사결합되고 이는 토크-방지 방식으로 샤프트(33)와 연결된다. 샤프트(33)는 하우징으로서 설계된 지지부(21) 상에 베어링(20)에 의해, 나사 스핀들(19)의 종축과 일치되는 그 종축(25)을 중심으로 회전가능하게 장착되며, 바람직하게는 축방향으로 고정된다. 전기 구동부(22)는 지지부(21)에 고정되고 기어 메커니즘(23)에 의해 샤프트(33)와 결합되며, 그래서, 이는 구동부(22)에 의해 그 종축(25)을 중심으로 회전되거나 회전될 수 있다. 샤프트(33)와의 나사 스핀들의 토크 방지 연결을 통해, 나사 스핀들(19)은 또한 종축(25)을 중심으로 회전가능하다. 구동부(22)는 바람직하게는 전기 모터를 포함하며, 예로서, 3,600과 4,800 rpm 사이의 정격 속도를 갖는다. 기어 메커니즘(23)은 벨트 구동부로서 설계되며, 샤프트(33) 상에 토크 방지 방식으로 배치된 벨트 풀리(26)와, 구동부(22)와 토크 방지 방식으로 연결된 벨트 풀리(28)와, 벨트 풀리(26 및 28) 양자 모두 상에 배치된 벨트(29)를 구비한다. 샤프트(33)는 동시에 기어 메커니즘(23)의 구동 샤프트(50)(도 4 참조)를 형성한다. 그러나, 샤프트(33)와 토크 방지 방식으로 결합된 별개의 구성요소로서 구동 샤프트(50)를 설계하는 것이 가능하다. 기어 메커니즘은 바람직하게는 동기식 벨트 구동부를 형성하며, 예로서, 1:4의 기어 비율을 갖는다. 대안적으로, 기어 메커니즘(23)은 체인 구동부로서 설계될 수 있으며, 벨트 풀리(26 및 28)은 각 경우에 체인 휠로 대체되며, 벨트(29)는 체인으로 대체된다. 선택적으로, 위치 인코더(30)는 샤프트(33) 상에 결합된 지지부(21) 상에 배치되고, 샤프트(33)의 회전의 특성인 윈드 터빈 제어기(17)에 전기 신호를 방출하거나 방출할 수 있다.

스핀들 너트(18)는 특히 작동 요소(31)에 의해 로터 블레이드(9)와 결합되어 있기 때문에 축(25)을 중심으로 회전할 수 없다. 추가적으로 또는 대안적으로, 스핀들 너트(18) 및/또는 작동 요소(31)는 또한 축(25)을 중심으로 한 회전에 대해 지지부(21) 상에 고정될 수 있다. 나사 스핀들(19)이 이제 축(25)을 중심으로 회전되는 경우, 이때, 스핀들 너트(18)는 축(25)을 따라 작동 요소(31)와 함께 변위됨으로써, 블레이드 허브(8)에 대한 블레이드 축(11)을 중심으로 한 로터 블레이드(9)의 회전을 초래한다. 나사 스핀들(19)의 회전 방향이 반전되는 경우, 이때, 스핀들 너트(18)는 축(25)을 따라 반대 방향으로 작동 요소(31)와 함께 변위됨으로써 반대 방향으로 블레이드 축(11)을 중심으로 한 로터 블레이드(9)의 회전을 초래한다. 작동 요소(31)와 함께 스핀들 너트(18)가 축(25)을 따라 이동하는 대향한 방향들이 이중 화살표(24)로 도시되어 있다.

하우징(21) 내에는 유체 윤활제(51)(도 6 참조)가 도입된다. 로터(6)가 회전축(7) 둘레에서 회전되기 때문에, 조정 구동부(13)도 회전하며, 나사 스핀들(19)의 자동 윤활이 이루어진다.

도 3은 조정 구동부(13)의 부분 측면도를 도시하며, 스핀들 너트(18)로부터 이격방향으로 전향된 그 단부에서 작동 요소(31)는 연결 부재(34)를 가지며, 이 연결 부재는 유니버셜 조인트로서 여기에 형성된 관절부(35)에 의해 로터 블레이드(9)와 연결되어 있다.

도 4는 두 개의 엘라스토머 베어링(36 및 37)에 의해 지지부(21)가 로터 허브(8)에 연결되는 방식을 도시하는 나사 스핀들 메커니즘의 부분 단면 측면도이다. 각 엘라스토머 베어링은 지지부(21)에 강성적으로 연결된 내부 부품(38), 내부 부품(38)을 둘러싸는 외부 슬리브(39) 및 내부 부품(38)을 둘러싸고 외부 슬리브(39) 내에 배열된 엘라스토머 본체(40)를 포함하며, 이 엘라스토머 본체(40)에 의해 내부 부품(38)은 외부 슬리브(39)에 연결된다. 대안적으로, 외부 슬리브는 제거되고, 엘라스토머 본체(40)가 로터 허브(8)에 제공된 오목부 내에 직접적으로 배치될 수 있다. 엘라스토머 베어링(36, 37)은 스위블 축(41)을 중심으로 지지부(21)의 피봇을 가능하게 하며, 스위블 축은 여기서 종축에 수직으로, 그리고, 블레이드 축(11)에 평행하게 연장한다. 추가적으로, 엘라스토머 베어링은 제한된 범위로 다른 방향으로의 감쇄된 운동, 특히, 병진 이동 및/또는 경사 이동을 가능하게 한다. 따라서, 조정 구동부의 재밍(jamming)은 상쇄될 수 있다. 또한, 엘라스토머 베어링은 규칙적 정비 소요가 적고, 긴 사용 수명을 갖는다. 추가적으로, 관절부(35)는 또한 엘라스토머 베어링으로서 설계될 수 있다는 것을 강조해둔다.

샤프트(33)를 향해 전향된 그 단부에서, 나사 스핀들(19)은 플랜지(43)와 토크 방지 방식으로 연결되는 플랜지(42)를 구비하며, 플랜지(43)는 바람직하게는 나사 볼트로서 설계되는 분리가능한 고정 수단(44)에 의해 나사 스핀들(19)을 향해 전향된 샤프트(33)의 일 단부 상에 제공되어 있다. 플랜지(42)는 나사 스핀들(19)에 강성적으로 연결되고 플랜지(43)는 샤프트(33)에 강성적으로 연결되며, 그래서, 종축(25)을 중심으로 한 샤프트(33)의 회전 운동이 나사 스핀들(19)에 전달될 수 있다. 나사 스핀들(19)은 고정 수단(44)을 분리시킴으로써 샤프트(33)로부터 분리될 수 있다.

스핀들 너트(18)는 작동 요소(31) 내로 나사결합되고, 작동 요소(31)의 벽을 통과하면서 스핀들 너트(18)에 제공되는 구멍에 결합하는 로킹 핀(45)에 의해, 작동 요소(31)(도 5 참조)에 고정된다. 스핀들 너트(18)를 작동 요소(31)로부터 분리시키기 위해, 로킹 핀(45)이 스핀들 너트(18)로부터 제거되거나 적어도 그로부터 분리되고, 그래서, 스핀들 너트(18)는 작동 요소(31)의 외부로 나사이동될 수 있다. 이 방식으로, 스핀들 너트(18)는 작동 요소(31)로부터 분리가능하다. 작동 요소(31)는 튜브로서 설계되며, 이는 안내부(46)에 의해, 화살표(24)의 방향으로 지지부(21) 상에서 이동가능하게 안내될 수 있다.

도 5는 로킹 핀(45)에 의해 작동 요소(31)에 스핀들 너트(18)를 고정하는 원리를 명시하기 위한, 종축(25)을 따른 작동 요소(31)의 부분 단면도를 도시한다. 본 기술 분야의 숙련자는 로킹 핀(45)이 기본적으로 토크 방지식으로 스핀들 너트(18)를 또한 보유할 수 있으며, 스핀들 너트(18) 및 작동 요소(31)가 나사결합 없이 함께 연결되는 경우 이를 축방향으로 작동 요소(31) 상에 고정할 수 있다는 것을 명백히 알 수 있을 것이다. 또한, 복수의 로킹 핀은 종축(25) 둘레에 제공될 수 있다.

도 6은 조정 구동부(13)의 부분 단면 측면도를 도시하며, 로킹 핀(45)은 제거되어 있고, 나사 스핀들(19) 및 스핀들 너트(18)는 분해되어 있다. 나사 스핀들(19)과 스핀들 너트(18)로 구성된 분해된 조립체(52)가 도 7에 도시되어 있으며, 참조 번호 53은 스핀들 너트(18)의 외부 나사부를 나타내고, 이에 의해 스핀들 너트가 작동 요소(31) 내로 나사결합될 수 있다.

도 8은 조정 구동부(13)의 부분 측면도를 도시하며, 덮개(54)는 하우징(21)의 개구(55)(도 9 참조)를 덮는다. 덮개(54)는 힌지(56)에 의해 하우징(21) 상에 피봇식으로 장착되며, 따라서, 플랩으로서 형성되고, 그래서, 덮개(54)를 피봇시킴으로써, 하우징 개구(55)가 해제될 수 있다. 대안적으로, 덮개(54)는 또한 제거가능할 수 있으며, 그래서, 힌지는 제거될 수 있다. 도 8에 도시된 덮개(54)의 폐쇄 상태에서, 덮개(54)는 개구(55)를 긴밀하게 밀봉하며, 그래서, 어떠한 윤활제(51)도 하우징(21)으로부터 탈출할 수 없고 어떠한 오염물도 하우징(21)에 진입할 수 없다. 또한, 하우징(21)의 폐쇄 상태에서, 덮개(54)는 비의도적 해제 또는 선회 개방을 방지하도록 로크(57)에 의해 고정된다. 도 9에서, 로크(57)는 해제되고, 덮개는 선회 개방되어 있으며, 그래서, 개구(55)가 해제되어 있다. 이 상태에서, 정비 작업이 나사 스핀들 메커니즘 상에 수행될 수 있다. 특히, 조립체(52)는 개구(55)를 통해 분해 및 장착될 수 있다.

조정 구동부(14)의 디자인은 조정 구동부(13)의 것에 대응한다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 나사 스핀들 메커니즘으로서 설계된 도 1에 도시된 조정 구동부(13)의 개략도를 도시하며, 제1 실시예의 것들과 동일하거나 유사한 특징부는 제1 실시예를 위한 것과 동일한 참조 번호로 표시되어 있다. 제1 실시예와는 달리, 기어 메커니즘(23)은 기어 구동부로서 설계되며, 토크 방지 방식으로 샤프트(33) 상에 배치된 기어 휠(47)과, 구동부(22)의 구동 샤프트(27)와 토크 방지 방식으로 연결된 기어 휠(48)과, 기어 휠(47 및 48)과 맞물리는 기어 휠로서 설계된 중간 기어(49)를 갖는다. 제2 실시예의 추가 설명을 위해, 제1 실시예의 설명을 참조한다. 제2 실시예의 변형에 따라서, 기어 휠(47)을 기어 휠(48)과 직접적으로 결합시키는 것이 가능하다. 이 경우에, 중간 기어(49)는 제거될 수 있다. 제2 실시예의 다른 변형에 따라서, 기어 휠(47 및 48)이 복수의 기어 휠의 중개를 통해 결합되는 것이 가능하다.

도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 나사 스핀들 메커니즘으로서 설계된 도 1에 도시된 조정 구동부(13)의 개략도를 도시하며, 제1 실시예의 것들과 동일하거나 유사한 특징부는 제1 실시예에서와 동일한 참조 번호로 표시되어 있다. 제1 실시예에서와는 달리, 기어 메커니즘(23)은 유성 기어로서 설계되고, 그래서, 종축(25)의 방향으로 나사 스핀들(19), 샤프트(33), 기어 메커니즘(23) 및 구동부(22)가 서로 전후로 배열되어 있다. 따라서, 공간적으로 조정 구동부(13)의 매우 슬림한 형태가 도출된다. 유성 기어는 바람직하게는 단일 스테이지이다. 제3 실시예의 다른 설명에 대해서는 제1 실시예의 설명을 참조한다.

1 윈드 터빈 2 기초부
3 타워 4 기계 하우징
5 기계 프레임 6 로터
7 로터 축 8 로터 허브
9 로터 블레이드 10 로터 블레이드
11 블레이드 축 12 블레이드 축
13 조정 구동부 14 조정 구동부
15 바람 16 발전기
17 윈드 터빈 제어기 18 스핀들 너트
19 나사 스핀들 20 베어링/롤링 베어링
21 지지부 22 전기 구동부
23 기어 메커니즘 24 스핀들 너트 및 작동 요소의 이동 방향
25 샤프트 및 나사 스핀들의 종축/회전축
26 벨트 풀리/체인 휠 27 구동부의 샤프트
28 벨트 풀리/체인 휠 29 벨트/체인
30 위치 인코더 31 작동 요소
32 나사 스핀들의 외부 나사부 33 샤프트
34 작동 요소의 연결 부재 35 관절부
36 엘라스토머 베어링 37 엘라스토머 베어링
38 내부 부품 39 외부 슬리브
40 엘라스토머 본체 41 스위블 축
42 플랜지 43 플랜지
44 고정 수단/나사 볼트 45 로킹 핀
46 안내부 47 기어 휠
48 기어 휠 49 중간 기어
50 기어 메커니즘의 구동 샤프트
51 윤활제 52 나사 스핀들과 스핀들 너트의 조립체
53 스핀들 너트의 외부 나사부 54 덮개
55 하우징 개구 56 힌지
57 로크

Claims

윈드 터빈(1)을 위한 로터로서,
로터 허브(8)를 가지고, 블레이드 축(11)을 중심으로 상기 로터 허브(8) 상에 회전가능하게 장착된 하나 이상의 로터 블레이드(9)를 가지며, 상기 로터 허브(8)와 상기 로터 블레이드(9) 사이에 위치되면서 상기 로터 허브(8) 및 상기 로터 블레이드(9) 양자 모두에 연결된 하나 이상의 나사 스핀들 메커니즘(13)을 구비하고, 상기 로터 블레이드(9)가 상기 나사 스핀들 메커니즘(13)의 작동에 의해 상기 블레이드 축(11)을 중심으로 상기 로터 허브(8)에 대해 회전되거나 회전될 수 있는 로터에 있어서,
상기 나사 스핀들 메커니즘(13)은 구동부(22)와, 작동 요소(31)와, 작동 요소(31)에 분리가능하게 결합된 스핀들 너트(18)와, 나사 스핀들(19)을 구비하고,
상기 나사 스핀들은, 구동부(22)에 의해 그 종축(25)을 중심으로 회전가능하며, 상기 나사 스핀들(19) 및 상기 스핀들 너트(18)가 상기 나사 스핀들 메커니즘(13)으로부터 분리될 수 있도록 상기 구동부(22)에 분리가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 로터.
제 1 항에 있어서,
상기 나사 스핀들(19)은 상기 구동부(22)에 의해 회전가능한 샤프트(33)에 하나 이상의 고정 수단(44)에 의해 분리가능하게 고정되는 것을 특징으로 하는 로터.
제 2 항에 있어서,
상기 스핀들 너트(18)는 상기 나사 스핀들(19) 상으로 나사결합되고, 상기 나사 스핀들(19)과 함께 조립체(52)를 형성하며, 상기 조립체(52)는 상기 샤프트(33)와 상기 작동 요소(31) 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 로터.
제 3 항에 있어서,
상기 로터 블레이드(9) 및 상기 로터 허브(8) 각각은 구성요소를 형성하며, 상기 작동 요소(31)는 제1 구성요소(9) 상에 장착되고, 상기 샤프트(33)는 그 종축(25)을 중심으로 제2 구성요소(8) 상에 회전가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 로터.
제 4 항에 있어서,
상기 샤프트(33)는 상기 제2 구성요소(8) 상에 지지부(21)에 의해 장착되는 것을 특징으로 하는 로터.
제 5 항에 있어서,
상기 지지부(21)는 하우징(21)으로서 형성되며, 상기 하우징(21) 내에는 상기 샤프트(33), 상기 나사 스핀들(19), 상기 스핀들 너트(18) 및 상기 작동 요소(31)가 배열되며, 상기 작동 요소(31)는 상기 하우징(21) 상에서 이동가능하게 안내되며 상기 하우징(21)으로부터 돌출하는 것을 특징으로 하는 로터.
제 6 항에 있어서,
상기 하우징(21)은 덮개(54)에 의해 덮여지는 접근 개구(55)를 가지며, 상기 접근 개구의 덮힘은 상기 덮개(54)를 개방시킴으로써 해제될 수 있어서, 상기 접근 개구를 통해 상기 나사 스핀들(19)과 상기 스핀들 너트(18)가 접근될 수 있는 것을 특징으로 하는 로터.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 하우징(21) 내에, 윤활제(51)가 도입되어서, 로터(6)가 회전축(7)을 중심으로 회전할 때, 상기 나사 스핀들(19)의 자동 윤활이 이루어지는 것을 특징으로 하는 로터.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 지지부(21)에 의해 상기 샤프트(33)는 상기 제2 구성요소(8) 상에 관절식으로 장착되는 것을 특징으로 하는 로터.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 지지부(21)는 하나 이상의 엘라스토머 베어링(36)에 의해 상기 제2 구성요소(8) 상에 관절식으로 장착되는 것을 특징으로 하는 로터.
제 10 항에 있어서,
상기 엘라스토머 베어링(36)은 내부 부품(38)과, 상기 내부 부품(38)을 둘러싸는 외부 부품(39)과, 상기 내부 부품(38)을 둘러싸면서 상기 외부 부품(39) 내에 안착되는 엘라스토머 본체(40)를 가지며, 상기 엘라스토머 본체(40)에 의해 상기 내부 부품(38)이 상기 외부 부품(39)에 연결되는 것을 특징으로 하는 로터.
제 11 항에 있어서,
상기 내부 부품(38)은 상기 지지부(21)에 대한 고정 연결부를 가지며, 상기 외부 부품(39)은 상기 제2 구성요소(8)에 대한 고정 연결부를 갖는 것을 특징으로 하는 로터.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
작동 요소(31)는 제1 구성요소(9) 상에 관절식으로 장착되는 것을 특징으로 하는 로터.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
스핀들 너트(18)는 스크류 연결부에 의해 작동 요소(31)에 고정되고, 스크류 연결부는 로킹 핀(45)에 의해 분리에 맞서 고정되는 것을 특징으로 하는 로터.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 샤프트(33)는 기어 메커니즘(23)의 중개를 통해 구동부(22)와 결합되는 것을 특징으로 하는 로터.
제 15 항에 있어서,
상기 기어 메커니즘(23)은 벨트 구동부, 기어 구동부 또는 유성 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터.
제 15 항에 있어서,
상기 샤프트(33)는 상기 기어 메커니즘(23)의 상기 구동 샤프트를 형성하거나, 상기 구동 샤프트에 결합되는 것을 특징으로 하는 로터.