KR102414882B1 - 풍력 발전기용 전동 장치 - Google Patents

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Abstract

특히 풍력 발전기용 전동 장치가 제공된다. 본 발명에 따른 전동 장치는 태양 기어, 링 기어, 복수의 플래닛 기어(4) 및 플래닛 캐리어(5)로 이루어지고 상기 플래닛 기어(4)가 태양 기어 톱니 및 링 기어 톱니와 맞물리는 플래닛 기어 톱니(4a)를 갖는 주전원 유성 기어 장치(1)와, 방사상 슬라이드 베어링(7)을 포함하며, 상기 각 플래닛 기어(4)는 각각의 경우에 상기 플래닛 캐리어(5)에 비회전식으로 연결된 플래닛 핀(5)에 상기 방사상 슬라이드 베어링(7)을 통해 회전 가능하게 장착되고, 각각의 슬라이드 베어링(7)은 각 플래닛 핀(6)과 각 플래닛 기어(4) 사이에 배치되고 상기 플래닛 핀(6)에 비회전식으로 연결된 베어링 허브(9)를 포함하며, 상기 각 베어링 허브(9)와 상기 각 플래닛 핀(6) 사이에는 축방향에서 보았을 때 상기 각 베어링 허브(9)보다 작은 치수 및/또는 각 플래닛 기어(4)의 플래닛 기어 톱니(4a)보다 작은 치수를 가진 환상 지지구조(14)가 형성된다.

Description

풍력 발전기용 전동 장치{TRANSMISSION IN PARTICULAR FOR WIND POWER GENERATORS}
본 발명은 특히 풍력 발전기용 전동 장치에 관한 것이다.
DE 100 43 593 B4 및 DE 199 17 605 B4로부터, 유성 기어 장치를 구비한 풍력 발전기용 전동 장치(transmissions)가 각각의 경우에 공지되어 있다. 이 종래 기술로부터 공지된 전동 장치는 각각 태양 기어, 링 기어 및 복수의 플래닛 기어를 구비한 다중 스테이지 유성 기어 장치로서 설계된 유성 기어 장치를 포함한다. 제1 플래닛 기어는 링 기어와 맞물리고 제2 플래닛 기어는 태양 기어와 맞물린다.
이것으로부터 출발하여, 본 발명은 특히 풍력 발전기용의 신형 전동 장치를 생성하는 목적에 기초를 둔다. 이 목적은 특허 청구범위 제1항에 따른 전동 장치를 통해 해결된다. 본 발명에 따른 전동 장치는 태양 기어, 링 기어, 복수의 플래닛 기어 및 플래닛 캐리어로 이루어진 주전원(epicyclic) 유성 기어 전동 장치를 포함하고, 상기 플래닛 기어는 태양 기어 톱니 및 링 기어 톱니와 맞물리는 플래닛 기어 톱니를 갖는다. 또한, 본 발명에 따른 전동 장치는 방사상 슬라이드 베어링을 포함하고, 각 플래닛 기어는 각각의 경우에 방사상 슬라이드 베어링을 통해 상기 플래닛 캐리어에 비회전식으로 연결된 플래닛 핀(planet pin)에 회전 가능하게 장착되며, 각 방사상 슬라이드 베어링은 각 플래닛 핀과 각 플래닛 기어 사이에 배치되고 상기 플래닛 핀에 비회전식으로 연결된 베어링 허브를 포함한다. 각 베어링 허브와 각 플래닛 핀 사이에는 축방향에서 보았을 때 각 베어링 허브보다 작은 치수 및/또는 각 플래닛 기어의 플래닛 기어 톱니보다 작은 치수를 가진 환상 지지구조가 형성된다.
본 발명에 따른 전동 장치는 다중 스테이지 유성 기어 장치를 이용하지 않고, 오히려 주전원 유성 기어 장치를 이용한다. 그러한 주전원 유성 기어 장치의 경우에, 각 플래닛 기어의 플래닛 기어 톱니는 한편으로 링 기어의 링 기어 톱니와 맞물리고 다른 한편으로 태양 기어의 태양 기어 톱니와 맞물리며, 상기 플래닛 기어는 플래닛 캐리어에 비회전식으로 연결된 플래닛 핀에 방사상 슬라이드 베어링을 통해 장착된다.
방사상 슬라이드 베어링은 각 플래닛 핀과 각 플래닛 기어 사이에 배치되고 상기 플래닛 캐리어에 비회전식으로 연결되는 상기 플래닛 핀에 비회전식으로 연결된 베어링 허브를 포함한다.
본 발명에 따른 전동 장치에 있어서, 환상 지지구조가 각 방사상 슬라이드 베어링의 각 베어링 허브와 각 슬라이딩 핀 사이에 형성된다. 축방향에서 보았을 때, 이 환상 지지구조는 각 슬라이드 베어링의 각 베어링 허브보다 작은 치수 및/또는 각 플래닛 기어의 플래닛 기어 톱니보다 작은 치수를 갖는다.
각 베어링 허브는 환상 지지구조가 형성되지 않은 영역에서 방사상 방향으로 탄력성 있게 변형될 수 있다. 이 때문에 부하가 걸릴 때 맞물림 톱니는 서로에 대하여 최적으로 놓이고 그에 따라서 상기 맞물림 톱니의 부하 분포가 최적화되는 것을 보장할 수 있다. 각 방사상 슬라이드 베어링에서는 소위 엣지 로딩(edge loading)이 회피된다. 이것에 의해 플래닛 기어, 태양 기어 및/또는 링 기어의 톱니 또는 상기 플래닛 기어를 장착하는 방사상 슬라이드 베어링의 마이크로지오메트리의 보정은 실질적으로 감소되거나 회피될 수 있다.
유리한 추가의 개발에 따르면, 각 베어링 허브의 축방향 치수 및/또는 각 플래닛 기어의 플래닛 기어 톱니의 축방향 치수에 기초한 환상 지지구조는 중심을 벗어나게 형성된다. 축방향에서 보았을 때, 환상 지지구조의 탈중심 배열은 맞물림 톱니 및 방사상 슬라이드 베어링의 부하 분포를 최적화하는데 특히 유리하다.
유리한 추가의 개발에 따르면, 환상 지지구조는 각 플래닛 핀에서 자신을 지지하는 원주 방향으로 순환하는 각 베어링 허브의 돌기, 및/또는 각 베어링 허브에서 자신을 지지하는 원주 방향으로 순환하는 각 플래닛 핀의 돌기에 의해 형성된다. 환상 지지구조의 이러한 설계는 단순하고 유리한 조립을 가능하게 한다.
유리한 추가의 개발에 따르면, 플로팅 부시가 각 베어링 허브와 각 플래닛 기어 사이에 배치되고, 상기 플로팅 부시는 각 베어링 허브 및 각 플래닛 기어와 관련하여 회전 운동이 가능하다. 대안적으로 또는 추가적으로, 슬라이드 베어링 부시가 각 베어링 허브와 각 플래닛 기어 사이에 배치되고, 상기 슬라이드 베어링 부시는 각 베어링 허브에 또는 각 플래닛 기어에 비회전식으로 연결된다. 상기 슬라이드 베어링 부시는 바람직하게 상기 베어링 허브의 코팅을 슬라이드 베어링 물질로 교체할 수 있다.
유리한 추가의 개발에 따르면, 축방향으로 연장되는 적어도 하나의 리세스가 각 플래닛 핀에 도입된다. 축방향으로 연장되는 각 플래닛 핀의 리세스에 의해, 플래닛 핀은 더 가볍고 더 탄력성 있게 구현될 수 있고, 각 방사상 슬라이드 베어링의 오일 공급이 상기 리세스를 통해 추가로 발생할 수 있다.
유리한 추가의 개발에 따르면, 각 베어링 허브에 각 플래닛 기어를 축방향으로 장착하기 위한 축방향 베어링이 존재한다. 축방향 베어링에 의해, 플래닛 기어는 각 플래닛 핀에서 축방향으로 안내될 수 있다.
본 발명의 양호한 추가의 개발은 종속 청구항 및 이하의 설명으로부터 획득된다. 본 발명의 예시적인 실시형태를 도면을 참조하면서 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이것으로 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 전달 장치의 세부도이다.
도 2는 본 발명에 따른 제2 전달 장치의 세부도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제3 전달 장치의 세부도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제4 전달 장치의 세부도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제5 전달 장치의 세부도이다.
도 6은 본 발명에 따른 제6 전달 장치의 세부도이다.
본 발명은 특히 풍력 발전기용 전달 장치에 관한 것이다. 바람직하게, 본 발명에 따른 전달 장치는 풍력 발전기 전달 장치이다.
본 발명에 따른 전달 장치는 주전원 유성 기어 장치(1)로서 설계된 유성 기어 장치를 포함한다.
주전원 유성 기어 장치(1)(도 7 참조)는 태양 기어(2), 링 기어(3) 및 복수의 플래닛 기어(4)를 포함하고, 상기 플래닛 기어(4)는 플래닛 핀(6)을 통해 플래닛 캐리어(5)에 수용된다.
주전원 유성 기어 장치(1)에서, 링 기어(3)는 바람직하게 고정이고, 플래닛 캐리어(5)는 바람직하게 하우징(19)과 관련하여 구동되고 회전 가능하다. 따라서 플래닛 캐리어(5), 플래닛 기어(4) 및 태양 기어(2)는 바람직하게 고정 링 기어(3) 및 고정 하우징(19)과 관련하여 회전한다.
플래닛 기어(4)는 플래닛 캐리어(5)에 고정식으로 연결된 플래닛 핀(6)에 장착된다. 각 플래닛 핀(6)에 플래닛 기어(4)를 장착하는 것은 방사상 슬라이드 베어링(7) 및 축방향 베어링(8)을 통해 실현된다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 전달 장치로부터의 발췌, 즉 전달 장치의 주전원 유성 기어 장치(1)의 플래닛 기어(4) 영역에서의 발췌이고, 여기에서 플래닛 기어(4)는 플래닛 캐리어(5)에, 즉 플래닛 캐리어(5)에 비회전식으로 고정되고 플래닛 캐리어(5)의 개구를 통해 양측으로 연장되는 각 플래닛 핀(6)에 장착된다. 이미 설명한 바와 같이, 플래닛 캐리어(5)는 도 1에 도시된 플래닛 핀(6)이 비회전식으로 연결되고 그에 따라서 동작 중에 플래닛 캐리어(5)와 함께 회전하는 회전 구동 어셈블리이다. 도 1에 도시된 플래닛 기어(4)는 플래닛 기어 톱니(4a)를 포함하고, 상기 플래닛 기어 톱니(4a)는 주전원 유성 기어 장치(1)의 태양 기어(2) 및 링 기어(3)의 톱니(2a, 3a)와 맞물린다.
도 1에 도시된 플래닛 기어(4)는 방사상 슬라이드 베어링(7)을 통해 도 1에 도시된 플래닛 핀(6)에 회전 가능하게 장착되며, 상기 방사상 슬라이드 베어링(7)은 플래닛 핀(6)에 비회전식으로 연결된 베어링 허브(9)를 포함한다. 도 1에 도시된 예시적인 실시형태에서, 리세스(10, 11)가 플래닛 캐리어(5) 및 플래닛 핀(6) 양자 모두에 도입되고, 상기 리세스(10, 11)는 윤활유 도관으로서 소용되며, 윤활유는 베어링 허브(9)와 플래닛 기어(4) 사이의 윤활 갭(13)으로 상기 베어링 허브(9)의 적당한 리세스(12)를 통해 공급될 수 있다.
플래닛 기어(4)는 플래닛 핀(6)과 관련해서, 및 상기 플래닛 핀(6)에 비회전식으로 연결된 베어링 허브(9)와 관련해서 회전할 수 있다. 플래닛 기어(4)를 플래닛 핀(6)에 축방향 장착하는 것은 각 축방향 베어링(8)에 의해 실현된다.
방사상 슬라이드 베어링(7)의 베어링 허브(9)와 플래닛 핀(6) 사이에는 원주 방향으로 순환하는 환상 지지구조(14)가 형성된다. 축방향에서 볼 때, 상기 환상 지지구조(14)는 베어링 허브(9)보다 더 작은 치수 및/또는 플래닛 기어 톱니(4a)보다 더 작은 치수를 갖는다. 도시된 양호한 예시적인 실시형태에서, 원주 방향으로 순환하는 환상 지지구조의 축방향 치수는 베어링 허브(9)의 축방향 범위보다 더 작고 플래닛 기어(4)의 축방향 범위 및 그에 따라서 플래닛 기어 톱니(4a)의 축방향 범위보다 더 작다.
따라서 축방향에서 보았을 때, 플래닛 핀(6)과 베어링 허브(9) 사이에서 환상 지지구조(14)의 양측에는 갭(15)이 형성된다. 이 갭(15)을 이용하여, 베어링 허브(9)는 동작 중에 베어링 허브(9)에 작용하는 힘 및 모멘트에 기인하여 탄력성 있게 변형될 수 있다. 따라서 베어링 허브(9)는 플래닛 핀(6)에 축방향으로 유연성이 있지만 비회전식으로 배치된다.
도 1에 도시된 예시적인 실시형태에서, 환상 지지구조(14)는 베어링 허브(9)의 축방향 치수 및 플래닛 기어 톱니(4a)의 축방향 치수에 기초하여 중심에서 벗어나게 형성된다. 이것은 맞물림 톱니 및 방사상 슬라이드 베어링에서 부하 분포를 최적화하기 위해 특히 양호하다.
도 1에 도시된 예시적인 실시형태에서, 환상 지지구조(14)는 원주 방향으로 순환하는 베어링 허브(9)의 돌기(9a)에 의해 제공되고, 상기 돌기(9a)는 플래닛 기어(4)로부터 멀어지는 쪽의 베어링 허브(9)의 측면에 형성되고 플래닛 핀(6)의 외부 윤곽에 자신을 지지한다.
이와 대조적으로, 도 2는 환상 지지구조(14)가 플래닛 핀(6)의 방사상 외측 주변 표면에 기초하여 베어링 허브(9)의 방향으로 방사상 외측으로 연장되어 상기 베어링 허브(9)에 자신을 지지하는 원주 방향으로 순환하는 플래닛 핀(6)의 돌기(6a)에 의해 형성되는 변형예를 보인 것이다.
도 3의 예시적인 실시형태에서, 베어링 허브(9)는 방사상 내측으로 연장되는 돌기(9a)를 포함하고, 플래닛 핀(6)은 방사상 외측으로 연장되는 돌기(6a)를 포함하며, 원주 방향으로 순환하는 이러한 2개의 돌기(9a, 6a)는 서로에 대하여 자신들을 지지하고 베어링 허브(9)와 플래닛 핀(6) 사이에서 환상 지지구조(14)를 함께 제공한다.
나머지의 모든 세부와 관련하여, 도 2 및 도 3의 예시적인 실시형태는 도 1의 예시적인 실시형태에 대응하고, 그러므로 불필요한 반복을 피하기 위해 동일한 어셈블리에는 동일한 참조 번호를 사용하며, 도 1의 예시적인 실시형태에 관한 설명을 참조한다.
도 1, 도 2 및 도 3의 예시적인 실시형태에서, 베어링 허브(9)는 바람직하게 플래닛 기어(4)에 면하는 측면에 슬라이드 베어링 물질의 코팅을 포함한다. 대안적으로, 베어링 허브(9)는 전체적으로 슬라이드 베어링 물질로 생성된다.
도 4는 본 발명에 따른 전달 장치의 다른 변형예를 보인 것이고, 도 4에서는 베어링 허브(9)뿐만 아니라 플래닛 기어(4)에 대하여 회전 운동이 가능한 플로팅 부시(16)가 베어링 허브(9)와 플래닛 기어(4) 사이에 배치된다. 바람직하게, 플로팅 부시는 슬라이드 베어링 물질로 구현된다.
이 경우에, 슬라이드 베어링 물질에 의한 베어링 허브(9)의 코팅 또는 슬라이드 베어링 물질의 베어링 허브(9)의 실시형태는 소정 조건에서 생략될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 전달 장치의 설계를 보인 것이고, 여기에서 플래닛 기어(4)와 베어링 허브(2) 사이에는 도시된 예시적인 실시형태에서 베어링 허브(9)에 비회전식으로 연결된 슬라이드 베어링 부시(17)가 배치된다. 슬라이드 베어링 부시(17)는 바람직하게 슬라이드 베어링 물질로 생성되거나, 또는 플래닛 기어(4)에 면하는 측면에 슬라이드 베어링 물질의 코팅을 포함한다.
도 5에 도시된 예시적인 실시형태와 대조적으로, 슬라이드 베어링 부시가 플래닛 기어(4)에 비회전식으로 연결되는 것도 또한 가능하다.
나머지의 모든 세부와 관련하여, 도 4 및 도 5의 예시적인 실시형태는 도 1의 예시적인 실시형태에 대응하고, 그러므로 여기에서도 역시 불필요한 반복을 피하기 위해 동일한 어셈블리에는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 6은 본 발명에 따른 전달 장치의 구성, 즉 도 1의 예시적인 실시형태의 추가 개발을 보인 것이고, 도 6에서는 축방향으로 연장되는 리세스(18)가 플래닛 핀(6)에 도입된다. 이 리세스(18)에 의해, 플래닛 핀(6)은 특히 부드럽고 가볍게 구현될 수 있다.
비록 도 6에 도시되어 있지 않지만, 도 6에서 방사상 슬라이드 베어링(7)의 오일 공급이 리세스(18)를 통해 실현될 수 있다.
도 6에서, 리세스(18)는 플래닛 핀(6)을 관통하여 축방향으로 완전히 연장된다. 또한, 단면상으로 플래닛 핀(6) 내로 축방향으로 연장되는 리세스를 일측에 또는 양측에 각각 형성하는 것도 가능하다.
따라서, 모든 예시적인 실시형태는 베어링 허브(9)가 환상 지지구조(14)를 통해 플래닛 핀(6)에서 그 자신을 방사상으로 유연성 있게 지지하고 플래닛 핀(6)에 비회전식으로 연결되는 공통점을 갖는다. 바람직하게, 상기 지지구조(14)는, 베어링 허브(9)의 실제 폭에 기초해서 및 플래닛 기어(4)의 축방향 폭에 기초해서, 바람직하게 탄성적으로 변형 가능한 베어링 허브(9)의 내측으로 방사상으로 지향된 돌기(9a) 및/또는 플래닛 핀(6)의 외측으로 방사상으로 지향된 돌기(6a)를 통해 중심을 벗어나게 형성된다. 부하가 걸릴 때, 각 플래닛 기어(4)의 플래닛 기어 톱니(4a)는 태양 기어 톱니(2a) 및 링 기어 톱니(3a)와 최적으로 맞물리고, 이것에 의해, 크게 최적화된 부하 분포가 다른 동작 상태에 있는 방사상 슬라이드 베어링 및 맞물림 톱니에서 보장될 수 있다. 플래닛 핀(6) 및/또는 플래닛 기어(4) 및/또는 플래닛 캐리어(5)의 부하 유도 변형은 상쇄될 수 있다.
1 : 주전원 유성 기어 장치 2 : 태양 기어
2a : 태양 기어 톱니 3 : 링 기어
3a : 링 기어 톱니 4 : 플래닛 기어
4a : 플래닛 기어 톱니 5 : 플래닛 캐리어
6 : 플래닛 핀 6a : 돌기
7 : 방사상 슬라이드 베어링 8 : 축방향 베어링
9 : 베어링 허브 9a : 돌기
10 : 리세스 11 : 리세스
12 : 리세스 13 : 윤활 갭
14 : 지지구조 15 : 갭
16 : 플로팅 부시 17 : 슬라이드 베어링 부시
18 : 리세스 19 : 하우징

Claims (9)

  1. 풍력 발전기용 전동 장치로서,
    태양 기어(2), 링 기어(3), 복수의 플래닛 기어(4) 및 플래닛 캐리어(5)를 포함하고 상기 플래닛 기어(4)는 태양 기어 톱니(2a) 및 링 기어 톱니(3a)와 맞물리는 플래닛 기어 톱니(4a)를 갖는 것인 주전원(周轉圓) 유성 기어 장치(1)와,
    방사상 슬라이드 베어링(7)으로서, 각 플래닛 기어(4)는 각각의 경우에 상기 플래닛 캐리어(5)에 비회전식으로 연결된 플래닛 핀(6)에 방사상 슬라이드 베어링(7)을 통해 회전 가능하게 장착되며, 각 방사상 슬라이드 베어링(7)은, 각 플래닛 핀(6)과 각 플래닛 기어(4) 사이에 배치되고 상기 플래닛 핀(6)에 비회전식으로 연결된 베어링 허브(9)를 포함하는 것인 방사상 슬라이드 베어링(7)
    을 구비하고, 각 베어링 허브(9)와 각 플래닛 핀(6) 사이에, 축방향에서 보았을 때 각 베어링 허브(9)보다 작은 치수 및 각 플래닛 기어(4)의 플래닛 기어 톱니(4a)보다 작은 치수 중 적어도 하나를 가진 환상 지지구조(14)가 형성되고,
    축방향에서 보았을 때, 플래닛 핀(6)과 베어링 허브(9) 사이의 환상 지지구조(14)의 양측에는 갭(15)이 형성되고, 상기 갭(15)을 이용하여, 베어링 허브(9)는 동작 중에 베어링 허브(9)에 작용하는 힘 및 모멘트에 기인하여 탄력성 있게 변형될 수 있는 것인 전동 장치.
  2. 제1항에 있어서, 각 베어링 허브(9)의 축방향 치수 및 각 플래닛 기어(4)의 플래닛 기어 톱니(4a)의 축방향 치수 중 적어도 하나에 기초하여 상기 환상 지지구조(14)는 중심을 벗어나게 형성된 것인 전동 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 환상 지지구조(14)는, 각 플래닛 핀(6)에 자신을 지지하는, 원주 방향으로 순환하는 각 베어링 허브(9)의 돌기(9a)에 의해 형성되는 것인 전동 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 환상 지지구조(14)는 각 베어링 허브(9)에 자신을 지지하는, 원주 방향으로 순환하는 각 플래닛 핀(6)의 돌기(6a)에 의해 형성되는 것인 전동 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각 베어링 허브(9)와 각 플래닛 기어(4) 사이에, 각 베어링 허브(9) 및 각 플래닛 기어(4)에 대하여 상대 회전 운동 가능한 플로팅 부시(16)가 배치되는 것인 전동 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각 베어링 허브(9)와 각 플래닛 기어(4) 사이에, 각 베어링 허브(9) 또는 각 플래닛 기어(4)에 비회전식으로 연결된 슬라이드 베어링 부시(17)가 배치되는 것인 전동 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각 플래닛 핀(6)에, 축방향으로 연장되는 적어도 하나의 리세스(18)가 도입되는 것인 전동 장치.
  8. 제7항에 있어서, 각 방사상 슬라이드 베어링(7)의 오일 공급이 각 리세스(18)를 통해 실시되는 것인 전동 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각 베어링 허브(9)에 각 플래닛 기어(4)를 축방향으로 장착하기 위한 축방향 베어링(8)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 장치.
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