KR20120038463A - 선회 베어링 및 풍차의 선회부 지지 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 금형 비용 등의 관련 경비를 억제할 수 있고, 보이드(void)에 의한 강도 부족을 해결할 수 있는 선회(旋回) 베어링 및 풍차의 선회부 지지 장치를 제공한다. 선회 베어링은, 내륜(1) 및 외륜(2)에 각각 궤도홈(1a, 1b, 2a, 2b)이 형성되고, 이들 내외륜(1, 2)의 궤도홈 사이에 복수 개의 볼(3) 및 이들 볼(3) 간에 개재(介在)되는 스페이서(spacer)(4)가 설치된다. 이 선회 베어링은, 볼(3)이 내외륜(1, 2)의 궤도홈의 내면에 4점 접촉하는 형상으로 각 궤도홈의 단면(斷面) 형상이 형성된 4점 접촉 볼베어링이다. 스페이서(4)는 수지 재료로 이루어지고, 이 수지 재료를, 온도 270℃에서의 용융 점도 1000Pa?s 이상 2000Pa?s 이하로 하였다.

Description

선회 베어링 및 풍차의 선회부 지지 장치{ROTATING SHAFT BEARING AND ROTATING SECTION SUPPORT DEVICE FOR WIND TURBINE}
본 출원은, 2009년 7월 27일자 일본특허출원 2009-174261의 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체를 참조에 의해 본원의 일부를 이루는 것으로서 인용한다.
본 발명은, 예를 들면, 풍력 발전 장치의 요(yaw), 블레이드(blade)용의 선회부(旋回部)나, 데크 크레인(deck crane) 등에 선회대(slewing pedestal)로서 사용되는 선회 베어링 및 풍차의 선회부 지지 장치에 관한 것이다.
풍력 발전용의 풍차(풍력 발전 장치)의 요, 블레이드용의 선회부 등에 사용되는 선회 베어링이 실용에 제공되고 있다. 풍력 발전 장치에서는, 바람의 상태에 맞추어 블레이드의 각도 및 나셀(nacelle)의 방향을 수시로 바꿀 필요가 있다. 그러므로, 블레이드 및 나셀은 각각 선회 베어링에 의해 선회 가능하게 지지되고, 도시하지 않은 구동 수단에 의해 선회시키도록 되어 있다.
선회 베어링의 유지기 형식으로서, 스페이서(spacer) 형식, 즉 전동체(轉動體) 세퍼레이터(separator) 형식(특허 문헌 1), 또는 유지기 형식(retainer type)이 있다. 풍차 등에 사용되는 선회 베어링은 축 하중 외에, 래디얼 하중, 모멘트 하중을 받는다.
일본 실용신안등록출원공개 1989-174626호 공보
풍차 등에 사용되는 선회 베어링에 래디얼 하중이나 모멘트 하중이 작용하면, 각각의 전동체의 접촉각이 상이하여, 전동체마다의 공전(公轉) 속도가 변화한다. 상기 스페이서를 사용하는 경우에 있어서, 전동체와 스페이서 사이에 있는 원주 방향 간극이 막혔을 경우, 전동체와 스페이서 사이에 간섭력이 발생한다.
스페이서는, 볼(ball) 사이즈마다 치수가 정해지므로, 볼 PCD에 관계없이 다양한 베어링 사이즈에 겸용할 수 있다. 그러므로, 금형 비용 등의 관련 경비를 억제할 수 있다. 종래, 건설 기계나 크레인의 선회 베어링에 사용되는 유지기 형식은 수지제의 스페이서 형식이다.
발전 용량 1MW 이상의 대형의 풍력 발전 장치의 요, 블레이드용의 선회 베어링에 사용되는 볼 사이즈는 일반적으로 크게 볼 직경 30mm를 초과하는 사이즈가 사용되는 경우가 많다. 직경 30mm를 초과하도록 한 볼에 사용하는 수지 스페이서에서는, 두꺼운 것으로 되므로, 사출 성형 시에 이 수지 스페이서의 내부나 표면에 보이드(void)가 발생하기 쉽다.
여기서 수지 스페이서의 장점, 단점에 대하여 열거한다.
장점:
(1) 볼 PCD에 관계없이 수지 스페이서를 겸용 가능
(2) 질량 소
(3) 가격 저
단점:
(1) 보이드에 의한 강도 부족
(2) 유지기 형식에 대하여, 볼의 이합집산(離合集散)이 되기 쉽다
릴리프(relief)의 형성에 의해 보이드를 제거하는 방법을 일반적으로는 생각할 수 있지만, 강도면을 생각하면, 바람직한 방법이라고는 할 수 없다.
본 발명의 목적은, 금형 비용 등의 관련 경비를 억제할 수 있고, 보이드에 의한 강도 부족을 해결할 수 있는 선회 베어링 및 풍차의 선회부 지지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 선회 베어링은, 내륜 및 외륜에 각각 궤도홈이 형성되고, 이들 내외륜의 궤도홈 사이에 복수 개의 볼 및 이들 볼의 사이에 개재(介在)되는 스페이서가 설치된 선회 베어링으로서, 이 선회 베어링은, 볼이 내외륜의 궤도홈의 내면에 4점 접촉하는 형상으로 상기 각 궤도홈의 단면(斷面) 형상이 형성된 4점 접촉 볼베어링이며, 상기 스페이서는 수지 재료로 이루어지고, 이 수지 재료를, 온도 270℃에서의 용융 점도 1000Pa?s 이상 2000Pa?s 이하로 하였다.
이 구성에 의하면, 스페이서의 수지 재료를 용융 점도 1000Pa?s(온도 270℃) 이상으로 하였으므로, 스페이서가 두꺼운 것으로 되어도, 이 스페이서의 내부나 표면의 보이드의 발생을 억제할 수 있다. 이로써, 스페이서가 강도 부족이 되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 이 스페이서는, 볼 사이즈마다 치수가 정해지므로 볼 PCD에 관계없이 다양한 베어링 사이즈에 겸용할 수 있다. 그러므로, 금형 비용 등의 관련 경비를 억제할 수 있다. 따라서, 선회 베어링의 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 내외륜의 궤도홈의 내면에 볼이 4점 접촉하는 4점 접촉 볼베어링이므로, 양 방향의 축 하중을 가할 수 있다.
상기 스페이서는 양측의 볼 접촉면이, 중심부로 갈수록 깊게 패이는 요면(凹面) 형상으로 되고, 이 스페이서를 사출 성형하는 금형의 게이트(gate) 위치를 상기 요면 형상의 바닥부에 배치해도 된다. 예를 들면, 금형의 게이트 위치를 스페이서의 외경부에 배치하면 보이드의 발생율이 높아지는 데 더하여, 스페이서의 원주 방향(베어링 내장 후 상태)의 강도에 치우침이 발생하는 경우가 있다. 이에 대하여, 금형의 게이트 위치를 상기 요면 형상의 바닥부에 배치하면, 보이드의 발생율의 저감을 도모하여 스페이서의 원주 방향의 강도에 치우침이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다. 상기 스페이서는 양측의 볼 접촉면이, 중심부로 갈수록 깊게 패이는 요면 형상으로 되고, 이 오목부의 중심부에 상기 오목부보다 더 패인 오목부를 설치하고, 이 스페이서를 사출 성형하는 금형의 게이트 위치를, 상기 오목부에 설치해도 된다.
상기 스페이서의 수지 재료를 PA6로 해도 된다. 「PA6」란, 카프로락탐을 개환(開環) 중축합(重縮合)한 폴리아미드이며, 「나일론 6」라고도 한다.
상기 볼의 직경을 30mm 이상 80mm 이하로 해도 된다. 이와 같은 직경 치수의 볼에 사용되는 스페이서의 경우, 직경 30mm 미만의 볼에 사용되는 스페이서보다, 두꺼운 것으로 된다. 이와 같은 두꺼운 것으로 되는 스페이서라도, 스페이서의 수지 재료를 용융 점도 1000Pa?s(온도 270℃) 이상으로 하였으므로, 스페이서의 내부나 표면의 보이드의 발생을 억제하여, 스페이서가 강도 부족이 되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 선회 베어링은, 상기한 각 작용 효과가 얻어지므로 풍차의 블레이드를 주축(主軸)에 대하여, 주축 축심(軸心)에 대략 수직인 축심 주위로 선회 가능하게 지지하기 위해서나, 풍차의 나셀을 지지대에 대하여 선회 가능하게 지지하기 위해 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 풍차의 선회부 지지 장치는 상기 선회 베어링에 의해, 풍차의 블레이드를 주축에 대하여, 주축 축심에 대략 수직인 축심 주위로 선회 가능하게 지지한 것이다. 이 구성에 의하면, 풍차의 블레이드를 주축 축심에 대략 수직인 축심 주위로 선회시켜, 바람의 상태에 맞춘 최적의 선회 각도로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 풍차의 선회부 지지 장치는, 상기 선회 베어링에 의해, 풍차의 나셀을 지지대에 대하여 선회 가능하게 지지한 것이다. 이 구성에 의하면, 바람의 상태에 맞추어 나셀의 방향을 수시로 바꿀 수가 있다.
본 발명은, 첨부한 도면을 참고로 한 이하의 바람직한 실시형태의 설명으로부터, 보다 명료하게 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 실시형태 및 도면은 단순한 도시 및 설명을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 정하기 위해 이용되는 한 것은 아니다. 본 발명의 범위는 첨부한 청구의 범위에 의해 정해진다. 첨부 도면에 있어서, 복수 개의 도면에서의 동일한 부호는, 동일 또는 상당하는 부분을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 선회 베어링의 단면도이다.
도 2의 (A)는 상기 선회 베어링의 일부를 파단(破斷)한 주요부 평면도, (B)는 도 2의 (A)의 IIB-IIB선 단면도이다.
도 3은 상기 선회 베어링의 스페이서와 볼과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 4는 상기 스페이서의 볼 접촉면의 확대 단면도이다.
도 5는 상기 스페이서 금형의 개략 단면도이다.
도 6은 상기 스페이서의 압괴(壓壞) 시험 방법을 설명하기 위한 단면도이다
도 7은 게이트 위치 및 용융 점도와 압괴 하중과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 스페이서의 볼 접촉면의 확대 단면도이다.
도 9는 풍력 발전 장치의 일례의 일부를 절결(切缺)하여 나타낸 사시도이다.
도 10은 상기 풍력 발전 장치의 파단 측면도이다.
본 발명의 제1 실시예를 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한다. 이 선회 베어링은, 예를 들면, 풍력 발전용 풍차의 블레이드를 주축에 대하여, 주축 축심에 대략 수직인 축심 주위로 선회 가능하게 지지하는 베어링, 또는 풍차의 나셀을 지지대에 대하여 선회 가능하게 지지하는 베어링으로서 사용된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 선회 베어링은, 내륜(1)과, 외륜(2)과, 이들 내외륜(1, 2)의 복렬(複列)의 궤도홈(1a, 1b, 2a, 2b) 간에 각각 전동(轉動) 가능하게 개재되는 각 열의 복수 개의 볼(3)과, 각 열의 볼(3) 간에 개재되는 스페이서(4)를 구비한다. 내외륜(1, 2)의 궤도홈(1a, 1b, 2a, 2b)은, 모두 2개의 곡면(1aa, 1ab, 1ba, 1bb, 2aa, 2ab, 2ba, 2bb)으로 구성되어 있다.
각 궤도홈(1a, 1b, 2a, 2b)을 구성하는 2개의 곡면은, 각각의 볼(3)보다 곡률 반경이 크고, 곡률 중심이 서로 다른 고딕 아치형의 단면이 원호형이다. 각 궤도홈(1a, 1b, 2a, 2b)을 구성하는 한쌍의 곡면 간은, 홈부(1ac, 1bc, 2ac, 2bc)로 되어 있다. 각 볼(3)은, 내륜 궤도홈(1a, 1b) 및 외륜 궤도홈(2a, 2b)의 상기 각 곡면에 접점에서 접하여 4점 접촉한다. 볼 직경은 예를 들면, 30mm 이상 80mm 이하의 것을 적용하고 있다. 이 선회 베어링은 4점 접촉 복렬 볼베어링으로서 구성되어 있다.
외륜(2)의 단면에는, 예를 들면, 암나사가 형성된 복수 개의 볼트공(5)이 원주 방향으로 일정 간격을 두고 설치되고, 외륜(2)의 외주면에는 기어(6)가 설치되어 있다. 기어(6)는, 도시하지 않은 구동원으로부터 외륜(2)에 선회 구동력을 전달하는 수단이다. 복수 개의 볼트공(5)은, 예를 들면, 외륜(2)을 지지대 등에 연결 고정시키는 구멍이다. 내륜(1)은, 궤도륜 본체(7)와, 이 궤도륜 본체(7)의 삽입공(9, 9)(후술함)에 끼워넣어지는 플러그(plug)(8, 8)를 가지고, 또한 연결구(10)와, 환형(環形)의 실링(sealing) 부재(11)를 가진다. 궤도륜 본체(7) 및 도 1의 상하의 플러그(8, 8)는 동심(同心)으로 배치되고, 서로 내경 및 외경이 같은 치수로 형성되어 있다. 궤도륜 본체(7)에는 복렬의 궤도홈(1a, 1b)이 형성되고, 플러그(8, 8)의 외경면은 각 열의 궤도홈(1a, 1b)의 원주 방향의 일부를 이룬다. 이 내륜(1)의 궤도홈(1a, 1b) 간 거리와, 외륜(2)의 궤도홈(2a, 2b) 간 거리는, 설계 상 동일 치수로 설정된다.
도 1 및 도 2의 (A), (B)에 나타낸 바와 같이, 궤도륜 본체(7)에는, 궤도홈(1a, 1b) 간, 궤도홈(2a, 2b) 간에, 볼(3) 및 스페이서(4)를 삽입하기 위한 삽입공(9, 9)이 형성되어 있다. 삽입공(9, 9)은, 궤도륜 본체(7)에 베어링 직경 방향으로 관통하도록 각각 형성된다. 각 관통공(9)은 원통공 형상[도 2의 (B)참조]으로 형성된다. 또한, 삽입공(9, 9)은, 도 2의 (A)에 나타낸 바와 같이, 주위 방향으로 근접한 위치, 즉 위상 각도 α가, 예를 들면 4°~5°로 되는 위치에 배치된다. 단, 위상 각도 α는 4°~5°로 한정되는 것은 아니다. 궤도륜 본체(7)에는, 각각의 삽입공(9)에 끼워넣어지는 플러그(8)가 설치되고, 이 플러그(8)는 연결구(10)에 의해 궤도륜 본체(7)에 고정된다. 상기 연결구(10)로서는 테이퍼 핀이 적용된다. 궤도륜 본체(7) 및 플러그(8)에는, 각 관통공(9)의 주위 방향 위치에 대응하여 연결용 구멍(7a, 8a)이 형성되고, 이 연결용 구멍(7a, 8a)에 상기 테이퍼 핀을 압입(壓入) 상태로 축 방향으로 삽입함으로써, 궤도륜 본체(7) 및 플러그(8)가 동심으로 배치되어 조립된다.
플러그(8) 중 연결용 구멍(8a)보다 내경측 위치의 외주면에는, 환형 홈(8b)이 형성된다. 이 환형 홈(8b)에 환형의 실링 부재(11)가 끼워넣어져 궤도륜 본체(7)의 삽입공(9)에 대한 플러그(8)의 밀폐성을 높이고 있다. 상기 환형의 실링 부재(11)는, O링 등의 고무나 수지제의 탄성체로 이루어진다. 내외륜(1, 2)의 베어링 공간에는 윤활유가 충전되고, 이 베어링 공간의 축 방향의 양단이 도시하지 않은 실링 부재 등에 의해 밀봉(密封)되어 있다.
스페이서(4)에 대하여 설명한다. 스페이서(4)는, 예를 들면, PA6 등의 수지 재료로 이루어진다. 이 수지 재료로서 온도 270℃에서의 용융 점도 1000Pa?s 이상 2000Pa?s 이하를 채용하고 있다. 수지 재료는 PA6로 한정되는 것은 아니고 PA66, PA46를 적용해도 되고, 또한 온도 270℃에서의 용융 점도 1000Pa?s 이상 2000Pa?s 이하의 수지 재료이면 된다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 이 스페이서(4)는 양측의 볼 접촉면(4a, 4a)이, 중심부로 갈수록 깊게 패이는 구면(球面)을 이루는 요면 형상으로 되어 있다. 이 요면 형상의 오목부의 중심부에, 상기 오목부보다 더 패이는 오목부(4h)를 형성하고, 도 5에 나타낸 바와 같이, 이 스페이서(4)를 형성하는 사출 성형용 금형(12)의 게이트 위치 P1을, 상기 오목부(4h)에 배치하고 있다. 환언하면, 한쪽의 볼 접촉면(4a)의 바닥부에, 게이트 위치 P1를 배치하고 있다.
도 3, 도 4에 나타낸 바와 같이, 스페이서(4)의 양측의 볼 접촉면(4a, 4a)은, 도 3에 있어서 점선으로 표기한 볼(3)의 볼 반경 R보다 약간 대경의 단일의 구면 형상으로 되어 있다. 동 도면(3)에 나타낸 바와 같이, 상기 볼 접촉면(4a)을 포함하는 구면을, 실선 「R1」으로 표기한다. 그리고, 볼 접촉면(4a)은 후술하는 바와 같이 구면 형상에 한정되는 것은 아니다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 금형(12)는, 상부 몰드(13)와 하부 몰드(14)를 가진다. 이들 상부 몰드(13)와 하부 몰드(14)가 체결된 상태로 캐비티(15)가 형성된다. 상부 몰드(13)에 게이트 G가 설치되고, 이 게이트 G가 캐비티(15)에 개구되는 위치가 상기 게이트 위치 P1으로 된다. 도시하지 않은 사출 성형기로부터 캐비티(15) 내에 가열 용융한 상기 수지 재료를 충전하고 소정 압력으로 제어하고, 냉각시킨다. 그 후, 몰드를 개방하여, 성형품인 스페이서(4)를 금형(12)로부터 돌출시킨다. 그리고, 금형(12)에 복수 개의 캐비티(15)가 형성되고, 복수 개의 스페이서(4)를 동시에 성형 가능하게 해도 된다.
(1) 스페이서의 강도 비교에 대하여
게이트 위치에 의한 강도의 차이, 용융 점도에 의한 강도의 차이를 확인하기 위해, 스페이서의 압괴 시험을 실시하였다. 도 6은 스페이서의 압괴 시험 방법을 설명하기 위한 단면도이며, 도 7은 게이트 위치 및 용융 점도와 압괴 하중과의 관계를 나타낸 도면이다.
시험 대상의 스페이서는,
본원의 용융 점도가 높은 재료(예를 들면, 온도 270℃에서의 용융 점도 1110Pa?s)이며 또한 게이트 위치를 오목부에 배치한 것,
비교예 (1)의 용융 점도가 낮은 재료(예를 들면, 온도 270℃에서의 용융 점도 490Pa?s)이며 또한 게이트 위치를 오목부에 배치한 것,
비교예 (2)의 용융 점도가 낮은 재료(예를 들면, 온도 270℃에서의 용융 점도 490Pa?s)이며 또한 게이트 위치를 스페이서의 외경부에 배치한 것이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 이 시험기는, 시트 부재(16)와, 통형 부재(17)와, 가압 부재(18)를 가진다. 시트 부재(16)는, 강구(鋼球; steel ball)(19)를 지지할 수 있는 요면형의 시트면(16aa)을 포함하는 원기둥형의 시트 부재 본체(16a)를 가진다. 이 시트 부재 본체(16a)의 외주로부터 직경 방향 외측으로 플랜지부(16b)가 부설되고, 이들 플랜지부(16b) 및 시트 부재 본체(16a)가 탑재 지지된다. 상기 통형 부재(17)는, 시트 부재 본체(16a)의 외주에 끼워맞추어지고, 또한 플랜지부(16b)에 복수 개의 볼트(20)에 의해 연결되어 있다. 통형 부재(17)의 내경은, 시험 대상이 되는 스페이서 및 강구(19)보다 소정 치수 직경이 크게 형성된다. 따라서, 통형 부재(17)의 내부에, 스페이서 및 강구(19)를 삽입 가능하게 되어 있다.
가압 부재(18)는, 강구(19)를 압압(押壓)하는 요면형의 가압면(18aa)을 포함하는 원기둥형의 가압 부재 본체(18a)와 플랜지부(18b)로 이루어진다. 통형 부재(17)의 내부에 있어서, 시트면(16aa)에 지지된 1개의 강구(19)를 통하여, 순차적으로, 시험 대상이 되는 스페이서, 1개의 강구(19)를 삽입한다. 이 때, 스페이서의 양측의 볼 접촉면(4a, 4a)이 상하의 강구(19, 19)에 각각 접촉된다. 가압 부재 본체(18a)가, 통형 부재(17)의 상단측의 내부에 슬라이드 이동 가능하게 삽입되고, 가압면(18aa)에 의해 위쪽의 강구(19)를 압압한다. 따라서, 스페이서에 소정 속도로 소정 하중을 가하여, 압괴 하중을 측정할 수 있다. 본 압괴 시험 방법에서는, 스페이서에 1.6kN/sec의 속도로 강구(19)를 통하여 하중을 가하여, 압괴 하중을 측정하였다. 단, 최대 하중을 196kN까지로 하였다.
이 압괴 시험에 의하면, 비교예 (2)의 스페이서는 모두 70~80kN 정도의 저하중으로 압괴되고, 비교예 (1)의 스페이서는 저하중으로 압괴된 것이 확인되었다. 이에 대하여, 본원의 스페이서(4)는 모두 최대 하중 196kN에 있어서도 압괴가 확인 되지 않았다.
(2) 스페이서의 보이드 발생율에 대하여
용융 점도가 다른 2개의 재료에 의해 보이드 발생율을 비교 검증했다. 그 외의 성형 조건은 모두 통일했다.
용융 점도가 낮은 재료(예를 들면, 온도 270℃에서의 용융 점도 490Pa?s)의 경우: 스페이서 400개 중 13개의 보이드가 발생하였다.
용융 점도가 높은 재료(예를 들면, 온도 270℃에서의 용융 점도 1110Pa?s)의 경우: 스페이서 400개 중 보이드가 발생한 것은 0개였다.
이상 설명한 선회 베어링에 의하면, 수지 재료를 용융 점도 1000Pa?s(온도 270℃) 이상의 스페이서(4)로 했기 때문에, 이 스페이서(4)의 보이드의 발생을 억제할 수 있다. 이로써, 스페이서(4)가 강도 부족이 되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 이 스페이서(4)는, 볼 사이즈마다 치수가 정해지므로, 볼 PCD, 즉 볼 피치 원 직경에 관계없이 다양한 베어링 사이즈에 겸용할 수 있다. 그러므로, 금형 비용 등의 관련 경비를 억제할 수 있다. 따라서, 선회 베어링의 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다.
금형(12)의 게이트 위치 P1을 상기 오목부(4h)에 배치하였으므로, 스페이서(4)의 내부나 표면의 보이드의 발생율의 저감을 도모하여 스페이서(4)의 원주 방향의 강도에 치우침이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다. 이 선회 베어링에 있어서, 볼(3)의 직경을 40mm 이상으로 하고 있다. 이와 같은 직경 치수의 볼(3)에 사용되는 스페이서(4)의 경우, 직경 40mm 미만의 볼에 사용되는 스페이서(4)보다도, 두꺼운 것으로 된다. 이와 같은 두꺼운 것으로 되는 스페이서(4)라도, 스페이서(4)의 수지 재료를 용융 점도 1000Pa?s(온도 270℃) 이상으로 하였으므로, 스페이서(4)의 내부나 표면의 보이드의 발생을 억제하여, 스페이서(4)가 강도 부족이 되는 것을 방지할 수 있다.
이 선회 베어링 중 내륜(1)은, 궤도륜 본체(7)를 가지고, 궤도홈(1a, 1b) 간, 궤도홈(2a, 2b) 간에, 볼(3) 및 스페이서(4)를 삽입하는 삽입공(9, 9)을, 상기 궤도륜 본체(7)에 베어링 직경 방향으로 관통하도록 형성한 것이다. 또한, 삽입공(9, 9)에 끼워넣어지는 플러그(8, 8)를 연결구(10)에 의해 고정시키고, 이 플러그(8, 8)가 궤도홈(1a, 1b)의 일부를 이루는 것이다. 이 구성에 의하면, 베어링의 조립 전에, 궤도륜 본체(7)의 삽입공(9)에 플러그(8)를 일단 고정시킨 상태에서, 상기 궤도홈(1a, 1b)을 형성하여 둔다. 그 후 삽입공(9)으로부터 플러그(8)를 이탈시킨다. 베어링의 조립 시에 있어서, 궤도륜 본체(7)의 삽입공(9)으로부터 필요한 수의 볼(3) 및 스페이서(4)를 삽입한 후, 상기 삽입공(9)을 플러그(8)로 매립하여 고정한다. 이와 같이 베어링의 조립을 간단하게 행할 수 있다. 그리고, 각 플러그(8)의 궤도홈 형성 부분은, 열처리가 행해지지 않는 이른바 미담금질이기 때문에, 궤도륜 본체(7) 중 적어도 삽입공(9, 9)이 형성되는 주위 방향 위치는 그다지 하중이 걸리지 않는 설치 상태로 하는 것이 바람직하다. 이 예에서는, 삽입공(9, 9)을, 도 2의 (A)에 나타낸 바와 같이, 주위 방향으로 근접한 위치에 배치하였으므로, 궤도륜 본체(7)를 바람직한 설치 상태로 할 수 있다. 그러므로, 베어링 수명을 더욱 연장시키는 것이 가능해진다.
도 8에 의해 본 발명의 제2 실시형태에 관한 선회 베어링의 스페이서에 대하여 설명한다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 스페이서(4)의 양측의 볼 접촉면(4a, 4a)은, 서로 중심 곡률 및 곡률 중심이 상이한 원호를 1회 회전시킨 궤적으로 되는 회전체 형상의 곡면으로 이루어지는 접촉면 내경부(4aa)와 접촉면 외경부(4ab)를 연결한 복합 곡면 형상으로 해도 된다.
상세하게는, 접촉면 내경부(4aa)는, 볼 접촉부로서, 볼 반경 R(도 3 참조)과 거의 같은 직경의 구면부(球面部)를 가지는 형상으로 하고 있다. 스페이서(4)는, 양측의 볼 접촉면(4a, 4a)을, 상기와 같은 복합 곡면 형상으로 하는 대신에, 서로 중심 각도가 상이한 테이퍼 면으로 이루어지는 접촉면 내경부와 접촉면 외경부를 연결한 복합 테이퍼 면 형상, 또는 단일의 테이퍼 면 형상으로 해도 된다. 또한, 양측의 볼 접촉면(4a, 4a)을, 곡률 중심이 상이한 2개의 원호로 구성되는 고딕 아치형의 단면 형상으로 해도 된다.
풍차의 선회부 지지 장치에 대하여 설명한다.
도 9 및 도 10은 풍력 발전용의 풍차의 일례를 나타낸다. 이 풍차(21)는, 지지대(22) 상에 나셀(23)을 수평 선회 가능하게 설치하고, 이 나셀(23)의 케이싱(24) 내에 주축(25)을 회전 가능하게 지지하고, 이 주축(25)의 케이싱(24) 밖으로 돌출된 일단에, 선회 날개인 블레이드(26)를 장착하여 이루어진다. 주축(25)의 타단은 증속기(增速機)(27)와 접속되고, 증속기(27)의 출력축(28)이 발전기(29)의 로터 축과 결합되어 있다.
나셀(23)은, 선회 베어링(BR1)에 의해 선회 가능하게 지지되고, 이 선회 베어링(BR1)에 도 1 내지 도 4에 나타낸 제1 실시예의 선회 베어링이 사용되고 있다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 케이싱(24)에 복수 개의 구동원(30)이 설치되고, 각각의 구동원(30)에 도시하지 않은 감속기를 통하여 피니언 기어가 고착된다. 도 1에 나타낸 선회 베어링의 외륜(2)의 기어(6)가 상기 피니언 기어에 서로 맞물리도록 배치된다. 예를 들면, 외륜(2)이 복수 개의 볼트공(5)에 의해 지지대(22)에 연결 고정되고, 내륜(1)이 케이싱(24)에 고정된다. 복수 개의 구동원(30)을 동기하여 구동시켜, 이 선회 구동력을 외륜(2)에 전달한다. 따라서, 지지대(22)에 대하여 나셀(23)이 상대적으로 선회 가능해진다.
블레이드(26)는, 선회 베어링(BR2)에 의해 선회 가능하게 지지된다. 이 선회 베어링(BR2)은, 예를 들면, 도 1의 분할형의 내륜(1) 대신에 일체형의 내륜이 적용되고, 또한 외륜(2)에 설치한 기어(6) 대신에, 상기 일체형의 내륜의 내주면에 기어를 설치한 것이 적용된다. 주축(25)의 돌출된 선단부(25a)에는, 블레이드(26)를 선회 구동하는 구동원이 설치된다. 상기 선단부(25a)에 이 선회 베어링의 외륜이 연결 고정되고, 내륜의 내주면에 부설된 기어가, 상기 구동원의 피니언 기어에 맞물려 있다. 이 구동원을 구동시켜, 이 선회 구동력을 내륜에 전달함으로써, 블레이드(26)가 선회 가능해진다. 따라서, 선회 베어링(BR2)은, 풍차의 블레이드(26)를 주축(25)에 대하여, 주축 축심(11)에 거의 수직인 축심 L2 주위로 선회 가능하게 지지할 수 있다. 이와 같이, 블레이드(26)의 각도 및 나셀(23)의 방향을 바람의 상태에 맞추어 수시로 바꿀 수 있다.
상기한 각각의 실시형태에 관한 선회 베어링은, 풍력 발전용 이외의 유압 셔블(shovel), 크레인 등의 건설 기계, 공작 기계의 회전 테이블, 포좌(砲座), 파라볼라(parabolic) 안테나 등에도 적용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 도면을 참조하면서 바람직한 실시형태를 설명하였으나, 당업자라면, 본건 명세서를 보고, 자명한 범위 내에서 각종 변경 및 수정을 용이하게 상정(想定)할 수 있을 것이다. 따라서, 그와 같은 변경 및 수정은, 청구의 범위로부터 정해지는 발명의 범위 내의 것으로 해석된다.
1: 내륜
2: 외륜
1a, 1b, 2a, 2b: 궤도홈
3: 볼
4: 스페이서
4h: 오목부
7: 궤도륜 본체
8: 플러그
12: 금형
21: 풍차
23: 나셀
25: 주축
26: 블레이드
P1: 게이트 위치

Claims (8)

  1. 내륜 및 외륜에 각각 궤도홈이 형성되고, 이들 내외륜의 궤도홈 사이에 복수 개의 볼 및 이들 볼의 사이에 개재(介在)되는 스페이서(spacer)가 설치된 선회(旋回) 베어링으로서,
    상기 선회 베어링은, 상기 볼이 상기 내외륜의 궤도홈의 내면에 4점 접촉하는 형상으로 상기 각 궤도홈의 단면(斷面) 형상이 형성된 4점 접촉 볼베어링이며,
    상기 스페이서는 수지 재료로 이루어지고, 상기 수지 재료를, 온도 270℃에서의 용융 점도 1000Pa?s 이상 2000Pa?s 이하로 한, 선회 베어링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는 양측의 볼 접촉면이, 중심부로 갈수록 깊게 패이는 요면(凹面) 형상으로 되고, 상기 스페이서를 사출 성형하는 금형의 게이트(gate) 위치를 상기 요면 형상의 바닥부에 배치한, 선회 베어링.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서의 수지 재료를 PA6로 한, 선회 베어링.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 볼의 직경을 30mm 이상 80mm 이하로 한, 선회 베어링.
  5. 제1항에 있어서,
    풍차의 블레이드(blade)를 주축(主軸)에 대하여, 주축 축심(軸心)에 대략 수직인 축심 주위로 선회 가능하게 지지하는, 선회 베어링.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 풍차의 나셀(nacelle)을 지지대에 대하여 선회 가능하게 지지하는, 선회 베어링.
  7. 제1항에 기재된 선회 베어링에 의해, 풍차의 블레이드를 주축에 대하여, 주축 축심에 대략 수직인 축심 주위로 선회 가능하게 지지한, 풍차의 선회부 지지 장치.
  8. 제1항에 기재된 선회 베어링에 의해, 풍차의 나셀을 지지대에 대하여 선회 가능하게 지지한, 풍차의 선회부 지지 장치.
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