KR20120008487A

KR20120008487A - 풍력 발전 장치의 구름 베어링 및 풍력 발전 장치

Info

Publication number: KR20120008487A
Application number: KR1020117012282A
Authority: KR
Inventors: 나오따 와따나베
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2012-01-30

Abstract

베어링의 내륜 및 외륜이 상대적으로 정지하고 있는 상태에서 고하중이 가해지는 경우라도 윤활 상태의 악화를 방지할 수 있는 풍력 발전 장치의 구름 베어링 및 풍력 발전 장치를 제공하는 것이 과제이다. 풍력 발전 장치(1)는, 제1 부재(4) 및 제2 부재(2)를 구비한다. 구름 베어링은, 제1 부재가 고정된 내륜(40)과, 제2 부재가 고정된 외륜(42)과, 내륜 및 외륜 사이에 설치되고, 내륜 및 외륜과는 독립적으로 회전 가능한 중간륜(50)과, 이들 궤도륜 사이에 구름 이동 가능하게 설치된 구름 이동체(44)와, 중간륜(50)을 회전 구동시키기 위한 중간륜 구동 수단을 구비한다.

Description

풍력 발전 장치의 구름 베어링 및 풍력 발전 장치{WIND TURBINE GENERATOR AND ROLLING BEARING FOR WIND TURBINE GENERATOR}

본 발명은, 풍력 발전 장치의 정지 고하중을 받는 구름 베어링과, 이 구름 베어링을 사용한 풍력 발전 장치에 관한 것이다.

풍력 발전 장치는, 바람을 받는 회전 날개가 장착된 로터 허브와, 로터 허브의 회전을 발전기측으로 전달하는 회전축과, 지지 기둥 상에 설치되고, 회전축, 발전기 등을 수납하는 너셀을 갖는 것이 일반적이다.

풍력 발전 장치에서는, 너셀 받침대를 지지 기둥에 대해 선회 지지하는 베어링이나, 회전 날개를 피치각을 변경할 수 있도록 로터 허브에 선회 지지하는 베어링 등이 사용되고 있다.

풍력 발전 장치는, 강풍하 등의 자연 환경에 노출되므로, 구름 베어링에 큰 하중이 가해지는 경우가 있다. 또한, 발전을 효율적으로 행하는 관점에서 풍력 발전 장치의 대형화가 추진되고 있어, 풍력 발전 장치의 구름 베어링에 가해지는 하중은 점점 커지는 경향에 있다.

큰 하중에 대응하기 위해, 회전 날개를 피치각을 변경할 수 있도록 로터 허브에 선회 지지하기 위한 구름 베어링으로서, 내륜, 중간륜 및 외륜을 갖는 것이 제안되어 있다(특허 문헌 1 참조). 이 구름 베어링에서는, 회전 날개가 장착된 중간륜을, 내륜 및 외륜에 의해 양측으로부터 지지함으로써, 구름 베어링에 가해지는 높은 하중을 분산시키도록 되어 있다.

미국 특허 출원 공개 제2008/0199315호 명세서

그런데, 구름 베어링에서는, 통상 회전하면서 하중을 받으므로, 궤도륜과 구름 이동체 사이의 윤활 상태를 항상 유지할 수 있다. 그러나 풍력 발전 장치의 구름 베어링에서는, 다음과 같은 이유에 의해, 궤도륜과 구름 이동체 사이의 윤활 상태가 악화되어 버리는 경우가 있다.

풍력 발전 장치에서는, 바람의 상태에 따라서는 선회나 피치 제어가 장기간 행해지지 않아, 베어링의 내륜 및 외륜이 상대적으로 정지한 상태가 장기에 걸쳐 계속되는 경우가 있다. 이와 같이 내륜 및 외륜이 상대적으로 정지한 상태에 있어서, 베어링에 큰 하중이 가해지면, 베어링의 궤도륜(내륜ㆍ외륜)과 구름 이동체 사이로부터 그리스가 하중에 의해 밀려나와 버려, 베어링의 윤활 상태가 악화되어 버린다.

이 점, 특허 문헌 1에 기재된 구름 베어링에서는, 회전 날개가 장착된 중간륜을, 내륜 및 외륜에 의해 양측으로부터 지지함으로써 하중을 분산시키므로 내구성이 어느 정도 개선되지만, 회전 날개의 피치각이 일정한 상태(회전 날개의 피치각이 로터 허브에 대해 정지한 상태)에서 고하중을 받는 것에 의한 윤활 상태의 악화에 관한 대책이 강구되어 있지 않다.

또한, 베어링의 윤활 상태를 유지하기 위해, 너셀의 선회나 회전 날개의 피치각 변경을 정기적으로 행하는 것도 생각되지만, 본래라면 불필요한 타이밍에 너셀의 선회나 회전 날개의 피치각 변경을 행하면, 발전 효율이 저하되어 버리는 경우가 있다.

본 발명은 상술한 사정에 비추어 이루어진 것으로, 베어링의 내륜 및 외륜이 상대적으로 정지하고 있는 상태에서 고하중이 가해지는 경우라도 윤활 상태의 악화를 방지할 수 있는 풍력 발전 장치의 구름 베어링 및 풍력 발전 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명에 관한 풍력 발전 장치의 구름 베어링은, 제1 부재 및 상기 제1 부재에 대해 상대적으로 회전하는 제2 부재를 구비하는 풍력 발전 장치의 구름 베어링이며, 상기 제1 부재가 장착된 내륜과, 상기 제2 부재가 장착된 외륜과, 상기 내륜 및 상기 외륜 사이에 설치되고, 상기 내륜과 상기 외륜과는 독립적으로 회전 가능한 중간륜과, 상기 내륜 및 상기 중간륜 사이 및 상기 중간륜 및 상기 외륜 사이에 구름 이동 가능하게 설치된 구름 이동체와, 상기 중간륜을 회전 구동시키는 중간륜 구동 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 구름 베어링에서는, 내륜과 외륜과는 독립적으로 회전 가능한 중간륜을, 내륜 및 외륜 사이에 설치하는 동시에, 중간륜 구동 수단에 의해 중간륜을 회전 구동시키도록 하였으므로, 내륜 및 중간륜, 및 중간륜 및 외륜 사이에 설치된 구름 이동체가 중간륜의 회전 구동시에 구름 이동한다. 따라서, 베어링의 내륜 및 외륜이 상대적으로 정지하고 있는 상태에서 고하중이 가해지는 경우라도, 중간륜을 회전시킴으로써 궤도륜과 구름 이동체 사이의 윤활 상태의 악화를 방지할 수 있다.

또한, 내륜 및 외륜 사이에 설치된 중간륜은, 제1 부재가 장착된 내륜과, 제2 부재가 장착된 외륜과는 독립적으로 회전 가능하므로, 중간륜 구동 수단에 의해 중간륜을 회전시켜도, 내륜 및 외륜, 및 이들에 장착된 제1 부재 및 제2 부재는 영향을 받지 않는다. 이로 인해, 본래라면 불필요한 타이밍에, 너셀의 선회나 회전 날개의 피치각 변경을 행하여, 발전 효율을 저하시켜 버리는 일이 없다.

상기 풍력 발전 장치의 구름 베어링에 있어서, 상기 제1 부재가 상기 제2 부재에 대해 정지한 상태가 소정 기간 계속되는 경우에, 상시 중간륜을 구동시키는 것이 아니라, 필요한 타이밍에 상기 중간륜이 회전하도록 상기 중간륜 구동 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 제1 부재가 제2 부재에 대해 정지한 상태가 소정 기간 계속되는 경우에, 중간륜 구동 수단에 의한 중간륜의 회전 구동을 행함으로써, 중간륜을 구동시키기 위해 필요로 하는 에너지를 저감할 수 있다.

상기 풍력 발전 장치의 구름 베어링에 있어서, 상기 중간륜 구동 수단은, 구동축에 대해 동력을 공급하는 동력원과, 상기 구동축으로부터 출력된 동력을 상기 중간륜에 전달하는 기어 기구 등을 생각할 수 있다.

동력원은, 구동축에 대해 동력을 공급하는 구성 요소이며, 동력 에너지의 종류, 동력의 공급 형태 및 구동축의 구성 등, 그 물리적, 기계적 또는 전기적 구성을 막론하고 각종 형태를 채용할 수 있다. 동력원은, 예를 들어 외부 또는 발전기로부터 취득한 전력에 의해 동작하는 전동 모터를 생각할 수 있다.

상기 중간륜 구동 수단에 사용되는 기어 기구는, 동력을 전달 가능한 기어 기구이며, 그 물리적 또는 기계적 구성을 막론하고 각종 형태를 채용할 수 있다. 기어 기구에 사용되는 기어는, 예를 들어 피니언 기어 또는 헬리컬 기어, 더블 헬리컬 기어, 랙 기어, 베벨 기어, 크라운 기어, 웜 기어 또는 하이포이드 기어라도 좋다.

예를 들어, 상기 중간륜은, 상기 내륜 및 상기 외륜에 대해 축 방향으로 돌출되어 있고, 상기 기어 기구는, 상기 중간륜 구동 수단의 구동축에 장착된 제1 기어와, 상기 중간륜의 축 방향으로 돌출된 부분의 내주면 또는 외주면에 형성되고, 상기 제1 기어에 맞물리는 제2 기어에 의해 구동되는 것을 생각할 수 있다.

혹은, 상기 기어 기구는, 상기 구동축에 장착된 웜 기어와, 상기 중간륜의 축 방향 단부면에 형성된 기어가, 맞물리는 기어 장치로 해도 된다.

상기 풍력 발전 장치의 구름 베어링을 피치 선회 지지에 사용하는 경우는, 상기 제1 부재 및 제2 부재 중 한쪽이 회전 날개이고, 다른 쪽이 로터 허브로 된다.

상기 풍력 발전 장치의 구름 베어링을 너셀 선회부에 사용하는 경우에 있어서, 상기 제1 부재 및 제2 부재 중 한쪽이 기초에 기립 설치된 지지 기둥이고, 다른 쪽이 너셀로 된다.

또한 본 발명에 관한 풍력 발전 장치에서는, 상술한 바와 같이, 내륜과 외륜과는 독립적으로 회전 가능한 중간륜을, 내륜 및 외륜 사이에 설치하는 동시에, 중간륜 구동 수단에 의해 중간륜을 회전 구동시키도록 구름 베어링을 구성하였으므로, 내륜 및 중간륜, 및 중간륜 및 외륜 사이에 설치된 구름 이동체가 중간륜의 회전 구동시에 구름 이동한다. 따라서, 베어링의 내륜 및 외륜이 상대적으로 정지하고 있는 상태에서 고하중이 가해지는 경우라도, 궤도륜과 구름 이동체 사이의 윤활 상태의 악화를 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 내륜과 외륜과는 독립적으로 회전 가능한 중간륜을, 내륜 및 외륜 사이에 설치하는 동시에, 중간륜 구동 수단에 의해 중간륜을 회전 구동시키도록 하였으므로, 내륜 및 중간륜, 및 중간륜 및 외륜 사이에 설치된 구름 이동체가 중간륜의 회전 구동시에 구름 이동한다. 따라서, 베어링의 내륜 및 외륜이 상대적으로 정지하고 있는 상태에서 고하중이 가해지는 경우라도, 궤도륜과 구름 이동체 사이의 윤활 상태의 악화를 방지할 수 있다.

도 1은 풍력 발전 장치의 전체 구성예를 도시하는 도면이다.
도 2는 너셀 내의 회전축 및 발전기를 도시하는 횡면도이다.
도 3은 본 발명의 베어링과 중간륜 구동 장치의 구성예를 너셀 선회부에서 도시하는 단면도이다.
도 4는 중간륜 구동 장치를 웜 기어 기구로 하는 경우의 상면도이다.
도 5는 피치 구동 기구의 구름 베어링의 구성예를 도시하는 단면도이다.

이하, 첨부 도면에 따라서 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 단, 이 실시 형태에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은, 특정적인 기재가 없는 한 본 발명의 범위를 이것에 한정하는 취지는 아니며, 단순한 설명예에 불과하다.

도 1은 풍력 발전 장치의 전체 구성예를 도시하는 도면이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 풍력 발전 장치(1)는, 주로 기초(B) 상에 기립 설치된 지지 기둥(2)과, 지지 기둥(2)의 상단부에 설치된 너셀(4)과, 너셀(4)에 장착된 로터 헤드(6)와, 로터 헤드(6)에 장착된 복수매의 회전 날개(8)로 구성되어 있다.

지지 기둥(2)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 기초(B)로부터 상방(도 1의 상방)으로 연장되는 기둥 형상이고, 예를 들어 하나의 기둥 형상 부재로 구성해도 되고, 복수의 유닛을 상하 방향으로 연결하여 기둥 형상으로 구성해도 된다. 지지 기둥(2)이 복수의 유닛으로 구성되어 있는 경우에는, 최상부에 설치된 유닛 상에 너셀(4)이 설치된다.

너셀(4)은, 로터 헤드(6)를 지지하는 동시에, 그 내부에 드라이브 트레인(10)이나 발전기(18)를 수납하고 있다.

도 2는 너셀(4) 내부의 드라이브 트레인(10) 및 발전기(18)의 상세를 도시하는 도면이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 드라이브 트레인(10)은, 로터 헤드(6)의 로터 허브(6A)에 연결된 주축(12)과, 주축(12)에 연결된 증속기(14)와, 증속기(14)를 발전기(18)에 연결하는 커플링(16)을 갖는다. 풍력 발전 장치(1)에서는, 회전 날개(8)가 바람을 받으면, 로터 허브(6A)와 함께 주축(12)이 회전하고, 주축(12)의 회전이 증속기(14)에 의해 증속된 후, 커플링(16)을 통해 발전기(18)에 입력되도록 되어 있다. 또한, 너셀(4)의 하부에는, 너셀(4)을 지지 기둥(2)에 대해 상대적으로 선회시키기 위한 너셀 선회 기구(20)가 설치되어 있다.

도 3은 본 발명을 너셀 선회 기구(20)에서 실시하는 경우의 구성예를 도시하는 도면이다.

너셀 선회 기구(20)는, 예를 들어 도 3에 도시하는 바와 같이, 요 모터(yaw motor)(22)와, 요 모터(22)의 구동에 의해 회전하는 피니언 기어(24)와, 피니언 기어(24)와 맞물리는 기어(26)를 구비하고 있다. 너셀 선회 기구(20)에서는, 너셀(4)의 선회를 가능하게 하기 위해, 구름 베어링(29)을 통해, 너셀(4)이 지지 기둥(2)에 선회 가능하게 장착되어 있다.

구름 베어링(29)은, 공통되는 회전축을 갖는 궤도륜인 내륜(40) 및 외륜(42)을 포함하여 구성되고, 내륜(40)의 내주에 피니언 기어(24)와 맞물리는 내기어(26)가 형성되는 동시에, 내륜(40)이 볼트(47A)에 의해 지지 기둥(2)에 고정되는 한편, 외륜(42)이 볼트(47B)에 의해 너셀(4)에 고정되어 있다.

이러한 구름 베어링(29)을 통해 너셀(4)을 지지 기둥(2)에 장착함으로써, 요 모터(22)의 구동시에, 피니언 기어(24)로부터 내기어(26)로 동력이 전달되어, 구름 베어링(29)의 외륜(42)에 고정된 너셀(4)이, 구름 베어링(29)의 내륜(40)에 고정된 지지 기둥(2)에 대해 상대적으로 선회한다. 또한, 요 모터(22)는 선회를 제어하는 컨트롤러(60)에 의해 구동이 제어된다. 이에 의해 요 모터(22)가 구동되어, 너셀(4)의 선회를 행하도록 되어 있다.

여기서, 본 실시 형태에서는, 구름 베어링(29)의 내륜(40)과 외륜(42)이 상대적으로 정지하고 있는 상태에서 고하중이 가해지는 경우라도 구름 베어링(29)의 윤활 상태를 유지하는 관점에서, 내륜(40) 및 외륜(42) 사이에, 내륜(40)과 외륜(42)과는 독립적으로 회전 가능한 중간륜(50)을 설치하고, 이 중간륜(50)을 「중간륜 구동 수단」에 의해 회전 구동시키도록 하고 있다.

중간륜(50)은, 내륜(40) 및 외륜(42)과 공통되는 회전축을 갖는 궤도륜으로, 내륜(40) 및 외륜(42)에 고정되어 있지 않고, 내륜(40)과 외륜(42)과는 독립적으로 회전하도록 되어 있다.

내륜(40) 및 중간륜(50) 사이, 및 중간륜(50) 및 외륜(42) 사이에는, 홈(45)이 형성되어 있고, 당해 홈(45)에 들어가도록 볼(44)이 구름 이동 가능하게 배치되어 있다. 볼(44)은, 각 궤도륜의 회전에 수반하여 구름 이동하는「구름 이동체」의 일례이며, 볼(44) 대신에 롤러를 사용해도 된다.

각 궤도륜 사이의 간극[즉, 볼(44)의 주위]에는, 윤활용 윤활제(46)가 충전되어 있다. 또한 윤활제(46)는, 볼(44)의 표면에 윤활 피막을 형성하여, 각 궤도륜 사이의 마찰을 경감 가능한 것이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 그리스를 나타내고 있다. 윤활제는 윤활유를 사용할 수도 있다.

구름 베어링(29)의 중간륜 구동 수단은, 구름 베어링(29)의 중간륜(50)을 회전 구동시키는 것이 가능한 구성이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 도 3에 도시하는 바와 같이, 제1 기어(피니언 기어)(54) 및 제2 기어(56)로 이루어지는「기어 기구」를 통해, 중간륜(50)에 구동력을 공급하는 중간륜 구동용 모터(52)라도 좋다.

여기서, 제1 기어(54)는 중간륜 구동용 모터(52)의 구동축에 설치되어 있는 한편, 제2 기어(56)는 중간륜(50)의 외주에 설치되어 있다.

제2 기어(56)는, 중간륜(50)의 축 방향으로 돌출된 돌출부[중간륜(50) 중 내륜(40) 및 외륜에 비해 돌출된 부분](58)의 외주면에 형성되어 있다. 또한, 도 3에는 제2 기어(56)가 중간륜(50)의 돌출부(58)의 외주면에 형성된 외기어인 예를 나타냈지만, 제2 기어(56)는 돌출부(58)의 내주면에 형성된 내기어라도 좋다. 이러한 돌출부(58)에 제2 기어(56)를 설치함으로써, 다른 궤도륜[즉, 내륜(40) 및 외륜(42)]의 회전 동작을 방해하는 일 없이, 효율적인 레이아웃으로 기어 기구를 설치할 수 있다.

이와 같이, 중간륜 구동용 모터(52)에 의해 중간륜(50)을 회전시킴으로써, 중간륜(50)의 회전에 수반하여 볼(44)이 구름 이동하여, 윤활제(46)에 의한 윤활 상태를 회복시킬 수 있다. 상술한 바와 같이, 중간륜(50)은 내륜(40) 및 외륜(42)과는 독립적으로 구동 가능하므로, 가령 내륜(40) 및 외륜(42)이 구동하지 않는 경우[예를 들어, 풍력 발전 장치(1)가 받는 바람의 상태가 불변이고, 너셀(4)이 선회할 필요가 없는 경우 등]라도, 중간륜(50)을 구동시킴으로써 구름 베어링(29)의 윤활 상태를 유지할 수 있다.

또한, 중간륜 구동용 모터(52)는, 항상 구동되어도 좋지만, 필요 최저한의 윤활 상태의 유지의 관점에서, 단속적으로 구동되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 캘린더 타이머를 사용하여 정기적으로 중간륜 구동용 모터(52)를 구동시키도록 해도 되고, 컨트롤러(제어 수단)(60)를 사용하여, 구름 베어링(29)의 윤활 상태의 악화가 예상될 때에만 중간륜 구동용 모터(52)를 구동시키도록 해도 된다.

특히, 컨트롤러(60)를 사용하여, 너셀(4)의 선회가 행해지지 않는 상태가 소정 기간 계속되는 경우에, 중간륜(50)이 회전하도록 중간륜 구동용 모터(52)를 제어하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 너셀(4)의 선회가 장기간에 걸쳐 행해지지 않아, 윤활 상태의 악화가 예상되는 경우를 제외하면, 중간륜 구동용 모터(52)는 구동하지 않으므로, 불필요한 에너지를 소비할 일도 없다.

또한, 제2 기어(56)는, 중간륜(50)의 외주면을 따라 부분적으로 설치되어 있어도 된다[즉, 제2 기어(56)는 중간륜(50)의 전체 둘레에 걸쳐 설치되어 있지 않아도 됨]. 이 경우, 중간륜 구동용 모터(52)에 의해 제1 기어(54)를 왕복 구동시킴으로써, 중간륜(50)이 시계 방향 및 반시계 방향으로 왕복한다.

또한, 도 3에서는, 제2 기어(56)가, 중간륜(50)의 축 방향으로 돌출된 돌출부(58)에 형성된 예를 나타냈지만, 중간륜(50)의 축 방향 단부면에 형성해도 된다.

도 4는 제2 기어(56)가 중간륜(50)의 축 방향 단부면에 형성된 기어 기구의 구성예를 도시하는 상면도이다. 도 4에 도시하는 기어 기구에서는, 중간륜(50)의 축 방향 단부면에 제2 기어(56)가 형성되어 있고, 이 제2 기어(56)와 맞물리도록 웜 기어(54')를 중간륜 구동용 모터(52)의 구동축에 장착하고 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 내륜(40)이 볼트(47A)에 의해 지지 기둥(2)에 고정되고, 외륜(42)이 볼트(47B)에 의해 너셀(4)에 고정되어 있는 예를 나타냈지만, 이와는 반대로, 외륜(42)이 볼트에 의해 지지 기둥(2)에 고정되고, 내륜(40)이 볼트에 의해 너셀(4)에 고정되는 구성으로 해도 되는 것은, 당업자라면 명백할 것이다.

이와 같이, 본 실시 형태에 관한 풍력 발전 장치(1)에서는, 중간륜(50)을 회전 구동시킴으로써, 구름 베어링(29)의 내륜(40)과 외륜(42)이 상대적으로 정지하고 있는 상태에서 고하중이 가해지는 경우라도 구름 베어링(29)의 윤활 상태를 유지할 수 있도록 되어 있다.

또한, 풍력 발전 장치(1)에 있어서, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 로터 헤드(6)는 대략 수평한 축선 주위로 회전 가능하게 너셀(4)에 고정되는 동시에, 회전 날개(8)가 장착된 로터 허브(6A)와, 이 로터 허브(6A)를 덮는 헤드부 캡슐(6B)을 포함하여 구성된다.

또한 로터 허브(6A)에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 회전 날개(8)를 그 축선 주위(도 2의 화살표 방향)로 회전시켜 회전 날개(8)의 피치각을 변경하는 피치 구동 기구(30)가 설치되어 있다.

피치 구동 기구(30)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 실린더(32)와, 회전 날개(8)에 연결된 축부(34)로 구성된다. 또한, 피치 구동 기구(30)에서는, 회전축(8)의 피치각의 변경을 가능하게 하기 위해, 구름 베어링(36)을 통해, 회전축(8)이 로터 허브(6A)에 회전 가능하게 장착되어 있다.

도 5는, 회전 날개(8)를 로터 허브(6A)에 지지하는 구름 베어링(36)의 구성예를 도시하는 도면이다. 또한, 구름 베어링(36)에 있어서, 상술한 구름 베어링(29)과 공통되는 구성 요소[구체적으로는 볼(44) 및 윤활제(46)]에 대해서는, 동일한 번호를 부여하고, 여기서는 그 설명을 생략한다.

도 5에 도시하는 바와 같이, 구름 베어링(36)은, 공통되는 회전축을 갖는 궤도륜인 내륜(70) 및 외륜(72)을 포함하여 구성되고, 내륜(70)이 볼트(77)에 의해 회전 날개(8)에 고정되어 있는 한편, 외륜(72)이 볼트(78)에 의해 로터 허브(6A)에 고정되어 있다.

이러한 구름 베어링(36)을 통해 회전축(8)을 로터 허브(6A)에 장착함으로써, 실린더(32)(도 2 참조)에 의해 축부(34)(도 2 참조)를 회전시키면, 회전 날개(8)가 고정된 내륜(70)은, 로터 허브(6A)가 고정된 외륜(72)에 대해 상대적으로 회전하여, 회전 날개(8)의 피치각이 변경된다.

여기서, 본 실시 형태에서는, 구름 베어링(36)의 내륜(70)과 외륜(72)이 상대적으로 정지하고 있는 상태에서 고하중이 가해지는 경우라도 구름 베어링(36)의 윤활 상태를 유지하는 관점에서, 내륜(70) 및 외륜(72) 사이에, 내륜(70)과 외륜(72)과는 독립적으로 회전 가능한 중간륜(80)과, 이 중간륜(80)을 회전 구동시키는 중간륜 구동 수단을 설치하고 있다.

중간륜(80)은, 내륜(70) 및 외륜(72)과 공통되는 회전축을 갖는 궤도륜으로, 내륜(70) 및 외륜(72)에 고정되어 있지 않고, 내륜(70)과 외륜(72)과는 독립적으로 회전하도록 되어 있다.

구름 베어링(36)의 중간륜 구동 수단은, 구름 베어링(36)의 중간륜(80)을 회전 구동시키는 것이 가능한 구성이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 도 5에 도시하는 바와 같이, 제1 기어(피니언 기어)(84) 및 제2 기어(내기어)(86)로 이루어지는「기어 기구」를 통해, 중간륜(80)에 구동력을 공급하는 중간륜 구동용 모터(82)라도 좋다.

여기서, 제1 기어(84)는 중간륜 구동용 모터(82)의 구동축(도시하지 않음)에 설치되어 있는 한편, 제2 기어(86)는 중간륜(80)의 내주에 설치되어 있다.

제2 기어(내기어)(86)는, 중간륜(80)의 축 방향으로 돌출된 돌출부[중간륜(80) 중 내륜(70) 및 외륜(72)에 비해 돌출된 부분](88)의 내주면에 형성되어 있다. 또한, 도 5에는, 제2 기어(86)가 중간륜(80)의 돌출부(88)의 내주면에 형성된 내기어인 예를 나타냈지만, 제2 기어(86)는 돌출부(88)의 외주면에 형성된 외기어라도 좋다. 이러한 돌출부(88)에 제2 기어(86)를 설치함으로써, 다른 궤도륜[즉, 내륜(70) 및 외륜(72)]의 회전 동작을 방해하는 일 없이, 효율적인 레이아웃으로 기어 기구를 설치할 수 있다.

또한 중간륜 구동용 모터(82)는, 항상 구동되어도 좋지만, 에너지 절약의 관점에서는, 단속적으로 구동되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 캘린더 타이머를 사용하여 정기적으로 중간륜 구동용 모터(82)를 구동시키도록 해도 되고, 컨트롤러(제어 수단)(60)를 사용하여, 구름 베어링(36)의 윤활 상태의 악화가 예상될 때에만 중간륜 구동용 모터(82)를 구동시키도록 해도 된다.

특히, 컨트롤러(60)를 사용하여, 회전축(8)의 피치각 변경이 행해지지 않는 상태가 소정 기간 계속되는 경우에, 중간륜(80)이 회전하도록 중간륜 구동용 모터(82)를 제어하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 회전축(8)의 피치각 변경이 장기간에 걸쳐 행해지지 않아, 윤활 상태의 악화가 예상되는 경우를 제외하면, 중간륜 구동용 모터(82)는 구동되지 않으므로, 불필요한 에너지를 소비하는 일도 없다.

또한, 제2 기어(86)는, 중간륜(80)의 전체 둘레에 걸쳐 설치되어 있어도 되고, 중간륜(80)의 외주면 또는 내주면의 일부에 설치되어 있어도 된다. 이 경우, 중간륜 구동용 모터(82)에 의해 제1 기어(84)를 왕복 구동시킴으로써, 중간륜(80)이 시계 방향 및 반시계 방향으로 왕복한다.

또한, 본 실시 형태에서는 중간륜(80)을 구동시키는 기어 기구의 형태로서, 피니언 기어로 이루어지는 제1 기어(84)와, 내기어로 이루어지는 제2 기어(86)를 사용한 예에 대해 설명하였지만, 기어 기구의 구성은 이 예에 한정되지 않고, 웜 기어를 비롯한 각종 형태의 기어를 사용할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 내륜(70)이 볼트(77)에 의해 회전 날개(8)에 고정되고, 외륜(72)이 볼트(78)에 의해 로터 허브(6A)에 고정되어 있는 예를 나타냈지만, 이와는 반대로, 외륜(72)이 볼트에 의해 회전 날개(8)에 고정되고, 내륜(70)이 볼트에 의해 로터 허브(6A)에 고정되는 구성으로 해도 되는 것은, 당업자라면 명백할 것이다.

이와 같이, 본 실시 형태에 관한 풍력 발전 장치(1)에서는, 중간륜(80)을 회전 구동시킴으로써, 구름 베어링(36)의 내륜(70)과 외륜(72)이 상대적으로 정지하고 있는 상태에서 고하중이 가해지는 경우라도 구름 베어링(36)의 윤활 상태를 유지할 수 있도록 되어 있다.

이상, 본 발명의 일례에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 각종 개량이나 변형을 행해도 되는 것은 물론이다.

예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 중간륜(50, 80)과, 이 중간륜(50, 80)을 회전 구동시키는 중간륜 구동 수단을 구비하는 구름 베어링(29) 및 구름 베어링(36)을, 각각 너셀 선회 기구(20) 및 피치 제어 기구(30)에 적용한 예에 대해 설명하였지만, 구름 베어링(29) 및 구름 베어링(36) 중 어느 한쪽만을 사용해도 되고, 구름 베어링(29) 및 구름 베어링(36)과 동일한 구성의 베어링을, 상대적으로 회전하는 다른 2개의 부재(「제1 부재」 및 「제2 부재」) 사이에 설치해도 된다.

1 : 풍력 발전 장치
2 : 지지 기둥
4 : 너셀
6 : 로터 헤드
8 : 회전 날개
10 : 드라이브 트레인
12 : 주축
14 : 증속기
16 : 커플링
18 : 발전기
20 : 너셀 선회 기구
22 : 요 모터
24 : 피니언 기어
26 : 내기어
28 : 요 브레이크 기구
29 : 구름 베어링
30 : 피치 구동 기구
32 : 실린더
34 : 축부
36 : 구름 베어링
40 : 내륜
42 : 외륜
44 : 볼
46 : 윤활제
50 : 중간륜
52 : 중간륜 구동용 모터
54 : 제1 기어
56 : 제2 기어
58 : 돌출부
60 : 컨트롤러
70 : 내륜
72 : 외륜
80 : 중간륜
82 : 중간륜 구동용 모터
84 : 제1 기어
86 : 제2 기어
88 : 돌출부

Claims

제1 부재 및 상기 제1 부재에 대해 상대적으로 회전하는 제2 부재를 구비하는 풍력 발전 장치의 구름 베어링이며,
상기 제1 부재가 장착된 내륜과,
상기 제2 부재가 장착된 외륜과,
상기 내륜 및 상기 외륜 사이에 설치되고, 상기 내륜과 상기 외륜과는 독립적으로 회전 가능한 중간륜과,
상기 내륜 및 상기 중간륜 사이 및 상기 중간륜 및 상기 외륜 사이에 구름 이동 가능하게 설치된 구름 이동체와,
상기 중간륜을 회전 구동시키는 중간륜 구동 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치의 구름 베어링.
제1항에 있어서, 상기 제1 부재가 상기 제2 부재에 대해 정지한 상태가 소정 기간 계속되는 경우에, 상기 중간륜이 회전하도록 상기 중간륜 구동 수단을 제어하는 제어 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치의 구름 베어링.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중간륜 구동 수단은, 구동축에 대해 동력을 공급하는 동력원과, 상기 구동축으로부터 출력된 동력을 상기 중간륜에 전달하는 기어 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치의 구름 베어링.
제3항에 있어서, 상기 중간륜은, 상기 내륜 및 상기 외륜에 대해 축 방향으로 돌출되어 있고,
상기 기어 기구는, 상기 중간륜 구동 수단의 상기 구동축에 장착된 제1 기어와, 상기 중간륜의 축 방향으로 돌출된 부분의 내주면 또는 외주면에 형성되고, 상기 제1 기어에 맞물리는 제2 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치의 구름 베어링.
제3항에 있어서, 상기 기어 기구는, 상기 구동축에 장착된 웜 기어와, 상기 중간륜의 축 방향 단부면에 형성되고, 상기 웜 기어와 맞물리는 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치의 구름 베어링.
제1항, 제2항, 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부재 및 제2 부재 중 한쪽이 회전 날개이고, 다른 쪽이 로터 허브인 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치의 구름 베어링.
제1항, 제2항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부재 및 제2 부재 중 한쪽이 기초에 기립 설치된 지지 기둥이고, 다른 쪽이 너셀인 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치의 구름 베어링.
제1항, 제2항, 제4항 또는 제5항 중 어느 한 항에 기재된 구름 베어링과,
상기 구름 베어링의 내륜에 장착되는 제1 부재와,
상기 구름 베어링의 외륜에 장착되고, 상기 제1 부재에 대해 상대적으로 회전하는 제2 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치.