KR20120003513U - 풍력발전기의 주축과 기어박스의 연결장치 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 굽힘 하중과 축방향 하중으로 인한 기어박스의 고장을 최소화할 수 있어 내구성이 향상될 수 있는 풍력발전기의 주축과 기어박스의 연결장치에 관한 것으로, 풍력발전기의 주축과 기어박스 축이 스플라인에 의해 결합되는 것을 특징으로 하여 발전에 필요한 토크만이 기어박스로 전달될 수 있어 축방향 하중 또는 굽힘 하중으로 인한 기어박스 내의 기어 치합불량이 최소화될 수 있고, 이에 따라 고장이 예방되어 내구성이 향상될 수 있으며, 기어박스 고장시 너셀 내에서 볼트 체결을 제거하는 것만으로 주축과 기어박스를 용이하게 분리할 수 있는 풍력발전기의 주축과 기어박스의 연결장치를 제공한다.

Description

풍력발전기의 주축과 기어박스의 연결장치{CONNECTING APPARATUS OF GEAR BOX AND MAIN AXIS IN WIND TURBINE}
본 고안은 풍력발전기의 주축과 기어박스의 연결장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 굽힘 하중과 축방향 하중으로 인한 기어박스의 고장을 최소화할 수 있어 내구성이 향상될 수 있는 풍력발전기의 주축과 기어박스의 연결장치를 제공한다.
일반적으로 풍력발전기는 자연적으로 발생되는 바람을 이용하여 풍차를 돌리고 상기 풍차의 회전력을 이용하여 발전기의 축을 돌려 전기를 생산하는 장비이다.
상기와 같은 풍력발전기는 지지 기둥 상에 설치된 너셀에 로터 블레이드를 부착한 회전자 허브와 상기 회전자 허브와 일체로 회전하도록 연결된 주축과, 로터 블레이드에 풍력을 받아 회전하는 주축을 연결하여 로터의 회전속도를 증속시키는 기어박스와, 상기 기어박스의 축 출력에 의해 구동되는 발전기를 구비한다.
이러한 풍력발전기는 풍력을 로터 블레이드를 통해 회전력으로 변환시키고, 이 회전력을 주축을 통해 기어박스로 전달하며, 기어박스는 로터 블레이드의 저속회전을 고속회전으로 증속시켜 블레이드의 회전력을 발전기로 전달하는 것이다.
도 4는 종래 풍력발전기의 주축과 기어박스의 연결상태를 보인 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이 종래 주축(100)과 기어박스의 연결은 기어박스 축(200)이 주축(100)을 감싸도록 설치되고, 이 기어박스 축(200) 위에 쉬링크 디스크(300)가 장착되고 압착을 하여 기어박스 축과 주축을 결합하는 리지드(Rigid) 축 연결방법이 주로 사용되었다.
보다 구체적으로 쉬링크 디스크(300)는 기어박스 축(200)의 외측에 고정되는 고정디스크(310)와 상기 고정디스크의 외측에 볼트(400)체결되는 가동디스크(320)로 구성되는 것으로, 상기 고정디스크 및 가동디스크는 각각 서로 상접하는 경사면 을 갖고 있어 상기 볼트(400)를 조이면 이 조임력에 의해서 가동디스크(320)의 경사면이 고정디스크(310)의 경사면을 따라 화살표 방향으로 이동하게 되어 주축에 대하여 기어박스축을 일정압력으로 밀착 고정할 수 있게 된다.
한편, 풍력발전기는 바람의 속도나 방향 등이 수시로 변화하기 때문에 발전에 필요한 회전력 뿐만 아니라 축방향 하중 및 굽힙 하중이 로터 블레이드로부터 주축을 통해 기어박스로 전달된다.
그런데 기어박스는 통상 비틀림하중을 기준으로 설계하기 때문에 상기 축방향 하중 또는 굽힘하중에 취약하여 고장의 원인이 된다. 특히 상기와 같이 종래의 리지드 축 연결방법은 기어박스에 토크 뿐만 아니라 축방향 하중 및 굽힘하중을 그대로 전달하게 되어 기어 치합 불량에 의한 기어 수명단축을 초래할 수 있다.
또한, 주축과 기어박스 축의 연결부가 압착으로 인하여 소성변형이 발생하는 경우, 쉬링크 디스크의 압착력을 제거하더라도 기어박스가 고착되어 주축으로부터 분리해내는 것이 어려운 문제점이 있다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로,
스플라인을 이용하여 기어박스로 전달되는 축방향하중, 굽힘 하중을 경감시켜 이로 인한 기어박스의 고장을 예방하고, 주축과 기어박스를 용이하게 분리할 수 있는 풍력발전기의 주축과 기어박스의 연결장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 고안의 또 다른 목적은 윤활유의 누유를 방지하도록 하는데 있다.
본 고안의 또 다른 목적은 굽힘하중에 대해 더욱 유연하게 거동할 수 있도록 하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은
풍력발전기의 주축과 기어박스 축이 스플라인에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 주축과 기어박스의 연결장치를 제공한다.
또한, 상기 주축과 기어박스 축은 서로 마주보는 면에 각각 주축 플랜지와 기어박스 축 플랜지가 볼트결합되고,
상기 주축플랜지의 외주면에는 스플라인 외치차가 형성되고, 상기 기어박스 축 플랜지에는 내주면에 상기 스플라인 외치차와 치합되는 스플라인 내치차가 형성된 스플라인 바디가 볼트결합된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스플라인 바디에는 주축의 외주면에 구비되어 누유를 방지하는 커버가 볼트결합된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 커버와 주축의 사이 및 기어박스 축 플랜지와 주축 플랜지의 사이에는 누유를 방지하기 위한 오링이 더 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스플라인 외치차는 이끝면이 크라우닝 가공된 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 고안에 따른 풍력발전기의 주축과 기어박스의 연결장치는 주축과 기어박스가 직접적으로 결합되지 않고 스플라인을 통해 결합되기 때문에 발전에 필요한 토크만이 기어박스로 전달될 수 있어 축방향 하중 또는 굽힘 하중으로 인한 기어박스 내의 기어 치합불량이 최소화될 수 있고, 이에 따라 고장이 예방되어 내구성이 향상될 수 있으며, 기어박스 고장시 너셀 내에서 볼트 체결을 제거하는 것만으로 주축과 기어박스를 용이하게 분리할 수 있다. 더 나아가 상기와 같이 주축과 기어박스를 연결하면, 주축과 기어박스 축의 길이를 상대적으로 짧게 설계하는 것이 가능하여 궁극적으로 너셀 길이를 짧게 설계할 수도 있고, 유지보수 공간을 더 확보가능한 효과를 갖는다.
또한, 커버와, 오링을 구비함에 따라 본 고안의 연결장치에 저장된 윤활유가 누유되는 것을 보다 효과적으로 방지하는 효과를 갖는다.
또한, 스플라인 외치차가 크라우닝 가공되어 굽힘하중의 발생으로 주축플랜지 변형이 발생하더라도 유연하게 거동할 수 있어 더욱 효과적으로 기어박스에 토크만을 전달하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 주축과 기어박스의 연결장치를 보인 정단면도.
도 2는 도 1의 측단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력발전기의 주축과 기어박스의 연결장치의 일부를 보인 정단면도.
도 4는 종래 풍력발전기의 주축과 기어박스의 연결상태를 보인 단면도.
이하에서는 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 좀 더 상세하게 설명하기로 하나, 본 고안이 도면에 도시된 실시예 만으로 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 주축과 기어박스의 연결장치를 보인 정단면도이고, 도 2는 도 1의 측단면도이다.
이에 도시된 바와 같이 본 고안은 풍력발전기의 주축(100)과 기어박스 축(200)이 스플라인에 의해 결합되는 것으로, 여기서 상기 주축(100)은 로터 블레이드의 동력을 기어박스로 전달하는 축이고, 상기 기어박스 축(200)은 기어박스 입력축으로 상기 주축과 기어박스 축의 스플라인 결합을 통해 로터블레이드의 회전력이 주축을 통해 기어박스로 전달된다.
보다 구체적으로 상기 주축(100)과 기어박스 축(200)은 서로 마주보는 면에 각각 주축 플랜지(10)와 기어박스 축 플랜지(20)가 볼트(30) 결합된다.
상기 주축 플랜지(10)는 외주면에 스플라인 외치차(11)를 형성하여 추후 스플라인 바디(40)의 스플라인 내치차(41)와 결합시키기 위한 것으로, 이는 주축(100)의 일면에 주축보다 큰 직경을 갖도록 형성되며, 주축의 일면에 다수의 볼트(30) 결합을 통해 결합된다.
아울러 상기 기어박스 축 플랜지(20)는 기어박스 축(200)과 스플라인 바디(40)를 결합시키기 위하여 구비되는 것으로, 상기 기어박스 축 플랜지(20)는 스플라인 바디(40)를 결합시킬 수 있는 공간이 확보될 수 있도록 기어박스 축(200)보다 큰 직경을 갖도록 형성되며, 주축(100)의 일면과 마주보는 기어박스 축(200)의 면에 다수의 볼트(30) 결합을 통해 결합된다.
그리고 상기 기어박스 축 플랜지(20)에는 스플라인 바디(40)가 볼트 결합되는데, 상기 스플라인 바디(40)의 내주면에는 상기 스플라인 외치차(11)와 치합될 수 있는 스플라인 내치차(41)가 형성된다.
이와 같이 스플라인 내치차(41)가 형성된 스플라인 바디(40)는 스플라인 내치차(41)가 주축 플랜지(10)에 형성된 스플라인 외치차(11)에 치합된 상태로 스플라인 바디(40)가 주축 플랜지(10)를 감싸도록 장착되어 다수의 볼트(30) 결합을 통해 기어박스 축 플랜지(20)에 결합된다.
이와 같이 상기 스플라인 외치차(11)에 스플라인 내치차(41)가 치합됨에 따라 주축(100)의 회전에 따라 스플라인 바디(40)도 함께 회전되어 동력을 전달할 수 있고, 이를 통해 주축의 동력이 기어박스로 그대로 전달될 수 있다.
나아가 상기 스플라인 내치차(41)는 스플라인 외치차(11)보다 이의 폭이 넓게 형성되는 것이 더욱 바람직한데, 이는 축방향으로 베어링의 틈새만큼 스플라인의 위치가 변경될 수 있기 때문에 이와 같은 변경이 발생하더라도 원활하게 동력의 전달이 지속될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 풍력발전기의 주축과 기어박스의 연결장치는 주축과 기어박스가 직접적으로 결합되지 않고 스플라인을 통해 결합되기 때문에 발전에 필요한 토크만이 기어박스로 전달될 수 있어 축방향 하중 또는 굽힘 하중으로 인한 기어박스 내의 기어 치합불량이 최소화될 수 있고, 이에 따라 고장이 예방되어 내구성이 향상될 수 있으며, 기어박스 고장시 너셀 내에서 볼트 체결을 제거하는 것만으로 주축과 기어박스를 용이하게 분리할 수 있다.
더 나아가 상기와 같이 주축과 기어박스를 연결하면, 주축과 기어박스 축의 길이를 상대적으로 짧게 설계하는 것이 가능하여 궁극적으로 너셀 길이를 짧게 설계할 수도 있고, 유지보수 공간을 더 확보할 수도 있다.
한편, 본 고안에 따른 주축과 기어박스의 연결장치에는 윤활제를 필요로 하기 때문에 이러한 윤활제를 누유 없이 저장할 수 있도록 상기 스플라인 바디(40)에는 주축(100)의 외주면에 구비되어 누유를 방지하는 커버(50)가 볼트(30) 결합 될 수 있다.
즉, 상기 커버(50)는 주축(100)의 외주면을 둘러싸도록 구비되되, 커버(50)의 외주면이 기어박스 축 플랜지(20)의 외주면과 동일선 상에 위치될 수 있는 직경을 갖도록 형성되어 하나의 볼트(30)를 통해 기어박스 축 플랜지(20), 스플라인 바디(40), 커버(50)가 한번에 결합될 수 있도록 한다.
아울러 더욱 효과적으로 누유를 방지할 수 있도록 상기 커버(50)와 주축(100)의 사이 및 기어박스 축 플랜지(20)와 주축 플랜지(10)의 사이에는 각각 누유를 방지하기 위한 오링(60)이 더 구비될 수 있다.
이러한 오링(60)은 커버(50)의 내주면과 이와 접하는 주축(100)의 외주면 사이에 구비되어 커버(50)와 주축(100) 사이의 기밀성을 높여 누유를 방지하여 주고, 기어박스 축 플랜지(20)의 측면과 이와 마주하는 주축 플랜지(10)의 측면 사이에 오링(60)이 구비되어 기밀성을 높임에 따라 윤활유의 누유를 방지하여 줄 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력발전기의 주축과 기어박스의 연결장치의 일부를 보인 정단면도로, 이에 도시된 바와 같이 상기 스플라인 외치차(11)는 이끝면이 크라우닝 가공될 수 있다.
이와 같이 스플라인 외치차(11)가 크라우닝 가공을 통해 이끝면이 이의 폭방향으로 둥그스름하게 형성되면 스플라인 외치차(11)와 스플라인 내치차(41)가 맞물려 고정되었을 때 여유 공간부가 형성될 수 있기 때문에 굽힘하중의 발생으로 주축플랜지의 변형이 발생하더라도 유연하게 거동할 수 있어 더욱 효과적으로 기어박스에 토크만을 전달할 수 있게 된다.
10: 주축 플랜지 11: 스플라인 외치차
20: 기어박스 축 플랜지 30: 볼트
40: 스플라인 바디 41: 스플라인 내치차
50: 커버 60: 오링

Claims (5)

  1. 풍력발전기의 주축(100)과 기어박스 축(200)이 스플라인에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 주축과 기어박스의 연결장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 주축(100)과 기어박스 축(200)은 서로 마주보는 면에 각각 주축 플랜지(10)와 기어박스 축 플랜지(20)가 볼트(30) 결합되고,
    상기 주축플랜지(10)의 외주면에는 스플라인 외치차(11)가 형성되고, 상기 기어박스 축 플랜지(20)에는 내주면에 상기 스플라인 외치차(11)와 치합되는 스플라인 내치차(41)가 형성된 스플라인 바디(40)가 볼트(30) 결합된 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 주축과 기어박스의 연결장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 스플라인 바디(40)에는 주축의 외주면에 구비되어 누유를 방지하는 커버(50)가 볼트결합된 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 주축과 기어박스의 연결장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 커버(50)와 주축(100)의 사이 및 기어박스 축 플랜지(20)와 주축 플랜지(10)의 사이에는 각각 누유를 방지하기 위한 오링(60)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 주축과 기어박스의 연결장치.
  5. 청구항 2 내지 청구항 4중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스플라인 외치차(11)는 이끝면이 크라우닝 가공된 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 주축과 기어박스의 연결장치.
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