KR20090132008A - 풍력발전기용 슬립링 조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력발전기에서 사용하는 슬립링 조립체에 관한 것이다. 본 발명은 샤프트, 바디, 베어링 및 회전체와 고정체로 이루어진 슬립링모듈을 포함하여 회전체는 샤프트의 하단에 결합되어 샤프트와 함께 회전이 가능하고, 고정체는 바디에 결합되어 회전체와 고정체는 전기적으로 연결되는 슬립링 조립체를 제공한다. 본 발명에 의하면, 풍력발전기용 슬립링 조립체를 지상에서 제작하여 기 설치된 지지대의 상부에 올려 지지대와 슬립링 조립체를 조립하는 공정만 이루어지기 때문에 조립공정이 쉬워지고, 슬립링을 샤프트에 장착하기 위한 부품을 수가 줄어 자재비를 줄고, 슬립링 장착공정이 단순해진다는 효과가 있다.
슬립링 조립체, 슬립링모듈, 샤프트, 풍력발전기

Description

풍력발전기용 슬립링 조립체{SLIP-RING ASSEMBLY OF WIND POWER GENERATOR}
본 발명은 풍력발전기에서 사용하는 슬립링 조립체에 관한 것이다.
풍력발전기는 바람에 의해 회전날개를 회전시켜 전기에너지를 생산하는 장치이다.
풍력발전기는, 대개의 경우, 회전축이 바람의 방향과 수평하게 구비된 축류팬이나 회전축이 바람의 방향에 수직하게 구비된 원심팬에 의해 회전동력을 얻고, 팬에 의해 얻어진 회전동력으로 발전기를 구동시켜 전기에너지를 생산하는 방식을 취한다.
그런데, 바람은 그 세기나 방향이 일정치 않아서, 풍력발전기에서 해결하고자 하는 가장 큰 연구 과제는 바람을 어떻게 하여 최대로 활용할 수 있는 가에 있다. 최대한 바람을 활용하기 위해, 바람과 회전날개의 마찰을 증폭시킬 수 있도록 회전날개의 형상을 변형하는 기술, 바람을 모아 회전날개 측으로 보낼 수 있는 기술, 바람의 방향에 상관없이 바람을 이용하여 회전날개를 회전시킬 수 있는 기술, 회전날개에 의해 얻어진 회전동력이 발전기까지 전달되는 과정에서 발생하는 기계 적인 마찰력을 감소시킬 수 있는 기술 등이 지속적으로 연구되고 있다.
본 발명은 바람의 방향에 상관없이 바람을 이용하여 회전날개를 회전시킬 수 있는 기술이 적용된 풍력발전기에 대한 것이다.
도1은 본 발명의 발명자에 의해 선출원(출원번호 10-2008-0037431), 발명의 명칭 : 풍력발전기)된 풍력발전기(선행모델)에 대한 도면이다.
선행모델에 따른 풍력발전기는 회전기(10), 터보(20), 기준축(30), 결합틀(40), 방향타(50), 슬립링 장착구조(60) 및 지지대(70) 등을 포함하여 구성된다.
회전기(10)는 회전 가능한 축류팬으로 적용되고 있으며 결합체(14)와 회전날개(12)로 구성되는데, 결합체(14)는 기준축(30)에 회전가능하게 결합되고, 내부에는 발전기가 배치될 수 있는 공간이 형성되며, 회전날개(12)는 기준축(30)에 수직한 반경 방향으로 길게 뻗어 있으며 결합체(14)의 외면에 결합체(14)와 일체로 결합체(14)와 일체로 결합되어 바람과의 마찰에 의해 풍력을 회전기(10)의 회전력으로 전환시키는 역할을 수행한다.
터보(20)는 불어오는 바람을 회전날개(12) 측으로 모으기 위해 구비된다.
기준축(30)은 바람의 방향에는 대체로 수평하고 회전기(10)의 회전면에는 수직하게 구비되어, 회전기(10)의 회전중심을 제공한다.
결합틀(40)은 터보(20)와 기준축(30)이 일체로 결합되어, 터보(20)를 지지대(70) 측에 회전 가능하게 결합시키는 역할을 한다.
방향타(50)는 기준축(30)의 후단에 결합되어 지면에 수직한 수직선 및 기준축(30)에 평행한 넓은 면을 가지도록 형성되어, 바람이 불면 터보(20)의 앞 측이 바람이 불어오는 방향을 향하도록 터보(20)의 위치를 설정하는 역할을 한다.
샤프트(60a)는 기준축(30)과 지지대(70)를 연결하고, 샤프트(60a)의 상부는 방향타(50)에 의해 터보(20)의 위치가 결정되도록 기준축(30)이 회전되도록 결합되며, 하부는 지지대(70)와 결합된다.
이때, 기준축(30)이 회전되더라도 발전기에서 생성된 전기에너지가 손실이 최소가 되도록 전송되어야 하기 때문에 기준축(30)이 샤프트(60a)를 기준으로 회전하더라도 전선이 꼬이지 않게 하기 위하여 슬립링이 샤프트(60a)의 하단에 장착되는 슬립링 장착구조(60)를 갖는다.
지지대(70)는 기준축(30)과 90도의 각도로 지면에 수직하게 설치되며, 회전기(10), 기준축(30) 및 터보(20)를 지면으로부터 일정 높이 이상 위치될 수 있도록 지지한다.
도2의 (a)는 선행모델에 따른 풍력발전기에서 샤프트에 슬립링을 결합하기 위하여 사용된 부품들을 도시한 슬립링 장착구조의 분해사시도이고, 도2의 (b)는 선행모델에 따른 풍력발전기에서 슬립링이 샤프트에 장착된 상태를 도시한 단면도이다.
선행모델에 따른 풍력발전기에 슬립링을 샤프트(60a)에 장착하기 위한 슬립링 장착구조(60)는 도2의 (a)에 도시된 바와 같이, 슬립링 브래킷(Slip Ring Bracket, 60b), 슬립링(Slip Ring, 60c), 상부 커버(Upper Cover, 60d), 메인 소켓(Main Socket, 60e), 베어링 스토퍼(Bearing Stopper, 60f), 베어링 볼(Bearing Ball, 60g), 부시 캡(Bush Cap, 60h) 및 부시 볼(Bush Ball, 60i) 등이 사용되어, 지지대(70)와 결합된다.
그러므로 상기와 같은 부품을 지지대 위에 설치하고 최상부에 설치되는 샤프트(60a)에는 기준축(30)이 연결된다.
본 발명은 풍력발전기의 조립공정을 단순화하고, 슬립링 사용에 따른 부품수를 감소하기 위한 풍력발전기용 슬립링 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 바람에 의해 회전하는 회전기의 회전중심축인 기준축과 연결되는 샤프트(Shaft); 상기 샤프트를 지지하도록 상기 샤프트와 결합되는 바디(Body); 상기 바디에서 상기 샤프트가 회전 가능하도록 상기 샤프트의 외주면에 장착되는 베어링(Bearing); 상기 샤프트의 하단에 결합되어 상기 샤프트와 함께 회전이 가능한 회전체와 상기 바디에 결합되는 고정체를 포함하고, 상기 회전체와 고정체가 전기적으로 연결되는 슬립링모듈(Slip Ring Module); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 슬립링 조립체를 제공한다.
그리고 상기 베어링의 외주면을 감싸고 상기 바디와 결합되는 베어링 하우징(Bearing Housing); 을 더 포함하고, 상기 샤프트와 회전체의 결합 또는 상기 베어링 하우징과 바디의 결합 또는 고정체와 바디의 결합은 나사체결방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 슬립링 조립체를 제공한다.
이때, 상기 베어링은 테이퍼 롤러 베어링(Taper Roller Bearing)인 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 슬립링 조립체를 제공한다.
또한, 상기 샤프트는, 일측과 타측이 0도 보다는 크고 180도 보다는 작은 각도 범위 내에서 꺾여 상기 일측에는 상기 슬립링모듈의 회전체가 결합되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 슬립링 조립체를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 풍력발전기용 슬립링 조립체를 지상에서 제작하여 기 설치된 지지대의 상부에 올려 지지대와 슬립링 조립체를 조립하는 공정만 이루어지기 때문에 조립공정이 쉬워지고, 슬립링을 샤프트에 장착하기 위한 부품을 수가 줄어 자재비를 줄고, 슬립링 장착공정이 단순해진다는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
<제1 실시예>
도3은 본 발명의 일실시예로 풍력발전기용 슬립링 조립체의 내부를 도시한 단면도이고, 도4는 본 발명의 일실시예로 풍력발전기용 슬립링 조립체의 외관을 도시한 사시도이다.
본 발명의 일실시예로 사용되는 풍력발전기용 슬립링 조립체(100)는 샤프트(Shaft, 110), 베어링(Bearing, 120), 베어링 하우징(Bearing Housing, 130), 바디(Body, 140), 슬립링모듈(Slip Ring Module, 150) 및 다수의 볼트(162, 164, 166를 포함하여 구성된다.
본 발명의 일실시예에서 샤프트(110)는 풍력발전기의 기준축을 상부에 장착할 수 있도록 샤프트(110)의 상단은 평탄한 면이 형성되고, 평탄한 면의 중심 아랫방향으로는 내측으로 전선이 통과할 수 있도록 파이프 형상으로 형성된다.
베어링(120)은 샤프트(110)가 바디(140)를 기준으로 회전될 수 있도록 샤프트(110)의 파이프 형상 외주면에 장착된다. 이때, 본 발명의 일실시예에서 사용되는 베어링(120)은 테이퍼 롤러 베어링(Taper Roller Bearing)을 사용하는 것이 바람직한데, 테이퍼 롤러 베어링은 테이퍼진 궤도의 외륜과 내륜 및 케이지 장착형 테이퍼 롤러로 구성되어, 내륜, 롤러 및 케이지를 외륜과는 별도로 장착할 수 있다. 또한, 테이퍼 롤러 베어링은 한 방향에서 가하는 축 방향 하중과 높은 경 방향 하중을 지지할 수 있다.
그러므로 샤프트(110)의 상단에 설치되는 풍력발전기의 하중을 견딜 수 있도록 샤프트(110)의 파이프 형상 외주면에 테이퍼 롤링 베어링의 내륜이 밀착되도록 장착된다.
베어링 하우징(130)은 샤프트(110)의 파이프 형상 외주면에 장착된 베어링(120)을 감싸 베어링 하우징(130)의 내측이 테이퍼 롤링 베어링의 외륜에 밀착되도록 장착되고, 하단은 바디(140)와 결합된다. 이때, 베어링 하우징(130)과 바디(140)의 결합은 용접도 가능하지만, 추후에 발생할 수도 있는 A/S를 위하여 볼트(162)를 이용하여 결합시키는 것이 바람직하다.
그러므로 바디(140)와 결합된 베어링 하우징(130)의 내측으로 샤프트(110)가 위치하고, 샤프트(110)와 베어링 하우징(130)의 사이에 베어링(120)이 위치하여 베어링 하우징(130)과 바디(140)는 회전되지 않은 상태에서 샤프트(110)만 회전가능하다.
바디(140)는 풍력발전기용 슬립링 조립체(100)에서 하단에 위치하여 베어링 하우징(130)을 고정하고 샤프트(110)가 자유롭게 회전할 수 있도록 지지한다. 그리고 풍력발전기의 조립공정에서 지지대와 결합된다.
슬립링모듈(150)은 회전체(152)와 고정체(154)로 구분되어, 회전체(152)는 샤프트(110)의 하단에 결합되어 샤프트(110)가 회전될 때 함께 회전되고, 고정체(154)는 바디(140)에 결합되어 회전되지 않는다. 이때, 샤프트(110)의 내측으로 이어진 전선이 회전체(152)로 이어지고, 회전체(152)와 고정체(154)는 전기적으로 연결되어, 회전체(152)가 회전하더라도 회전체(152)와 고정체(154)의 전기적 연결은 끊어지지 않는다.
회전체(152)의 상부는 샤프트(110)와 결합될 수 있도록 파이프 형상으로 제작되는데, 샤프트(110)의 파이프 형상 하단을 덮어씌워 회전체(152) 상부의 외측에 서 볼트(164)를 이용한 체결수단이 이용되어 결합되는 것이 바람직하다.
고정체(154)는 바디(140)의 내측에 위치하여 회전체(152)와 전기적으로 연결되도록 브러쉬(Brush)가 형성되는 것이 바람직하고, 브러쉬는 탄성을 가지므로 회전체(152)가 회전되어도 회전체(152)와의 전기적 접촉이 유지된다. 도면부호 166은 고정체(154)가 바디(140)의 내측에 결합수단으로 사용된 볼트(166)이다.
즉, 베어링(120)을 기준으로 외측에는 바디(140)와 베어링(120)의 외륜을 감싸면서 바디(140)의 상부에 장착되는 베어링 하우징(130) 및 바디(140)의 내측에 고정되는 슬립링모듈(150)의 고정체(154)가 위치하고, 베어링(120)을 기준으로 내측에는 베어링(120)의 내륜과 밀착되어 결합하는 샤프트(110)와 샤프트(110)의 하단에 장착되는 슬립링모듈(150)의 회전체(152)는 베어링(120)으로 인하여 회전이 가능하도록 설치된다.
도5는 본 발명의 일실시예로 풍력발전기용 슬립링 조립체를 풍력발전기에 장착한 상태를 도시한 측면도이다.
선행모델에 따른 풍력발전기에서와 마찬가지로 회전기(210), 터보(220), 기준축(230), 결합틀(240), 방향타(250), 슬립링 조립체(100) 및 지지대(260) 등을 포함하여 구성된다.
도3 및 도4에 도시된 본 발명의 슬립링 조립체(100)의 상부에 회전기(210), 터보(220), 기준축(230), 결합틀(240) 및 방향타(250)가 조립된 풍력발전기의 구성이 장착되고, 슬립링 조립체(100)의 하부는 지지대(260)와 결합된다. 그러므로 바람에 의해 회전기가 회전하여 생성된 전기에너지가 기준축(230) 및 슬립링 조립 체(100)를 거쳐 전송된다.
그리고 슬립링 조립체(100)의 상부에 회전기(210), 터보(220), 기준축(230), 결합틀(240) 및 방향타(250)의 하중을 슬립링 조립체(100)에서 지탱하여야 하므로 슬립링 조립체(100)에 사용되는 베어링(120)은 상기에서 설명한 바와 같이, 테이퍼 롤러 베어링을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 슬립링 조립체(100)를 이용하여 풍력발전기를 설치하기 위해 조립할 때에는 지지대(260)를 설치하고, 지지대(260)의 상부에 지상에서 제작된 슬립링 조립체(100)를 장착하고, 슬립링 조립체(100)의 상부에 회전기(210), 터보(220), 기준축(230), 결합틀(240) 및 방향타(250)를 설치하면 되므로 풍력발전기의 설치과정이 간편해진다는 장점이 있다.
<제2 실시예>
도6은 본 발명의 다른 실시예로 풍력발전기용 슬립링 조립체의 내부를 도시한 단면도이고, 도7은 본 발명의 다른 실시예로 풍력발전기용 슬립링 조립체의 외관을 도시한 사시도이다.
본 발명의 다른 실시예로 사용되는 풍력발전기용 슬립링 조립체(300)는 샤프트(310), 베어링(320), 베어링 하우징(330), 바디(240), 슬립링모듈(350) 및 다수의 볼트(362, 364, 366)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에서 샤프트(310)는 풍력발전기의 기준축을 상부 끝단에 장착할 수 있도록 샤프트(310)는 도6 및 도7에 도시된 바와 같이, 샤프트(310) 의 일측과 타측이 90도 보다 더 작은 각도(A)로 꺾여 유지될 수도 있으며, 그 반대로 샤프트(310)의 일측과 타측이 90도 보다 더 큰 각도(A)로 꺾여 유지될 수도 있다. 즉, 샤프트(310)는 여타 구성의 상호 간섭이 없는 한도 내에서 0도보다 크고 180도 보다는 작은 각도 범위를 가지도록 꺾이도록 형성되면 족하다.
그리고 샤프트(310)를 제외한 베어링(320), 베어링 하우징(330), 바디(340), 슬립링모듈(350) 및 다수의 볼트(362, 364, 366)는 도3 내지 도5에 도시된 본 발명의 일실시예에서와 동일하므로 설명을 생략한다.
한편, 도3에 도시된 샤프트(110)에서는 샤프트(110)의 상단이 평탄한 면이 형성되기 때문에 샤프트(110)의 평탄한 면의 바로 하단에 밀착되도록 베어링(120)이 장착된다. 그런데 도6에 도시된 본 발명의 다른 실시예에서는 샤프트(310)의 상단에 평탄한 면이 형성되지 않고, 상기에서 설명한 바와 같이, 일정한 각도(A)로 꺾이므로 베어링(320)에 걸리는 부분이 없으므로 본 발명의 다른 실시예에서의 샤프트(310)는 샤프트(310)의 외주면에 걸림턱(312)을 형성한다. 걸림턱(312)으로 인해서 샤프트(310)의 외주면에 밀착되는 베어링(320)의 내륜의 위치는 걸림턱(312)의 바로 하단에 장착된다.
그러므로 상기와 같은 샤프트(310)를 이용하면, 도5에 도시된 풍력발전기의 기준축이 지지대와 90도의 각도를 갖는 것이 아니라 샤프트(310)의 각도(A)에 따라 기준축과 지지대의 각도가 변형된 풍력발전기를 제작할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질 적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도1은 본 발명의 발명자에 의해 선출원된 풍력발전기에 대한 도면이다.
도2의 (a)는 선행모델에 따른 풍력발전기에서 샤프트에 슬립링을 결합하기 위하여 사용된 부품들을 도시한 슬립링 장착구조의 분해사시도이다.
도2의 (b)는 선행모델에 따른 풍력발전기에서 슬립링이 샤프트에 장착된 상태를 도시한 단면도이다.
도3은 본 발명의 일실시예로 풍력발전기용 슬립링 조립체의 내부를 도시한 단면도이다.
도4는 본 발명의 일실시예로 풍력발전기용 슬립링 조립체의 외관을 도시한 사시도이다.
도5는 본 발명의 일실시예로 풍력발전기용 슬립링 조립체를 풍력발전기에 장착한 상태를 도시한 측면도이다.
도6은 본 발명의 다른 실시예로 풍력발전기용 슬립링 조립체의 내부를 도시한 단면도이다.
도7은 본 발명의 다른 실시예로 풍력발전기용 슬립링 조립체의 외관을 도시한 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 300: 슬립링 조립체
110, 310: 샤프트 120, 320: 베어링
130, 330: 베어링 하우징 140, 340: 바디
150, 350: 슬립링모듈
152, 352: 회전체 154, 354: 고정체
162, 164, 166, 362, 364, 366: 볼트

Claims (4)

  1. 바람에 의해 회전하는 회전기의 회전중심축인 기준축과 연결되는 샤프트(Shaft);
    상기 샤프트를 지지하도록 상기 샤프트와 결합되는 바디(Body);
    상기 바디에서 상기 샤프트가 회전 가능하도록 상기 샤프트의 외주면에 장착되는 베어링(Bearing);
    상기 샤프트의 하단에 결합되어 상기 샤프트와 함께 회전이 가능한 회전체와 상기 바디에 결합되는 고정체를 포함하고, 상기 회전체와 고정체가 전기적으로 연결되는 슬립링모듈(Slip Ring Module); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 슬립링 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베어링의 외주면을 감싸고 상기 바디와 결합되는 베어링 하우징(Bearing Housing); 을 더 포함하고,
    상기 샤프트와 회전체의 결합 또는 상기 베어링 하우징과 바디의 결합 또는 고정체와 바디의 결합은 나사체결방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 슬립링 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 베어링은 테이퍼 롤러 베어링(Taper Roller Bearing)인 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 슬립링 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트는,
    일측과 타측이 0도 보다는 크고 180도 보다는 작은 각도 범위 내에서 꺾여 상기 일측에는 상기 슬립링모듈의 회전체가 결합되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 슬립링 조립체.
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