KR20130025212A - Wind power generator having hollow main shaft - Google Patents

Wind power generator having hollow main shaft Download PDF

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황인환
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Abstract

PURPOSE: A wind power generator with a hollow main shaft is provided to easily machine the main shaft since the main shaft is manufactured by a pipe forging method and to easily remove internal impurities because the main shaft is a hollow shape. CONSTITUTION: As to a wind power generator, a hollow main shaft(150) is supported by a bearing(160) and is connected to a hub(140). The main shaft is manufactured by a pipe forging method. The inside diameter of the main shaft is 70 or greater. The main shaft comprises a bearing seat part where the bearing is seated; and an extension part extended from the bearing seat part to the opposite side of the hub. A stepped pulley is formed between the bearing seat part and the extension part.

Description

중공형 메인 샤프트를 구비하는 풍력 발전기 {WIND POWER GENERATOR HAVING HOLLOW MAIN SHAFT}Wind generators with hollow main shafts {WIND POWER GENERATOR HAVING HOLLOW MAIN SHAFT}

본 발명은 풍력 발전기에 관한 것으로서, 특히 풍력 발전기의 메인 샤프트에 관한 것이다.The present invention relates to a wind generator, and more particularly to a main shaft of a wind generator.

풍력 발전기는 바람 에너지를 기계적 에너지로 변환하여 발전기를 구동시킴으로써 전력을 얻는다. 풍력 발전기는 친환경적인 발전기로서 구조가 단순하고 설치가 간단하여 최근 사용이 증가하고 있다.A wind generator converts wind energy into mechanical energy to drive power by driving the generator. Wind power generators are environmentally friendly generators, which are simple in structure and simple to install, and are increasing in recent years.

풍력 발전기는 블레이드를 지지하는 허브가 연결되며 회전하는 메인 샤프트(main shaft)를 구비한다. 도 1에는 종래의 메인 샤프트에 대한 종단면도가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 종래의 메인 샤프트(10)는 중심을 따라 연장되는 가느다란 관통 구멍(11)이 가공된 중실축의 형태로 구성된다. 관통 구멍(11)은 피치 케이블이 통과할 수 있도록 형성된 것이다. 최근 풍력 발전기는 대형화가 진행되고 있는 상황으로서, 중실축 형태의 메인 샤프트를 그대로 대형화된 풍력 발전기에 사용할 경우 발전기의 운영에 무리를 정도로 무거워지고, 관통 구멍(11)을 형성하기도 더욱 어려워지며, 관통 구멍(11) 내부의 불순물을 제거하기가 힘들어진다는 점을 본 발명의 발명자는 발견하였다. 이에, 이러한 문제점을 해결하기 위한 새로운 형태의 메인 샤프트가 요구된다.The wind generator has a main shaft which is connected to a hub supporting the blades and which rotates. 1 is a longitudinal sectional view of a conventional main shaft. Referring to FIG. 1, the conventional main shaft 10 is configured in the form of a solid shaft in which a thin through hole 11 extending along a center thereof is processed. The through hole 11 is formed so that the pitch cable can pass. In recent years, the wind power generator is being enlarged, and when the main shaft in the form of a solid shaft is used in a large wind generator as it is, it becomes heavy enough to operate the generator, and it becomes more difficult to form the through hole 11, The inventors of the present invention have found that it is difficult to remove impurities inside the holes 11. Therefore, a new type of main shaft is required to solve this problem.

본 발명의 목적은 개선된 구조를 갖는 메인 샤프트를 구비하는 풍력 발전기를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a wind generator having a main shaft having an improved structure.

본 발명의 다른 목적은 무게를 감소시킬 수 있는 메인 샤프트를 구비하는 풍력 발전기를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a wind generator having a main shaft capable of reducing weight.

본 발명의 또 다른 목적은 제작이 용이한 메인 샤프트를 구비하는 풍력 발전기를 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is to provide a wind generator having a main shaft that is easy to manufacture.

본 발명의 또 다른 목적은 내부 불순물 제거가 용이한 메인 샤프트를 구비하는 풍력 발전기를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a wind generator having a main shaft that is easy to remove internal impurities.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above object of the present invention,

본 발명의 일측면에 따르면, 베어링에 의해 지지되며 허브와 연결되는 메인 샤프트를 포함하며, 상기 메인 샤프트는 중공형인 것을 특징으로 하는 풍력 발전기가 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a wind generator, which is supported by a bearing and connected to a hub, the main shaft being hollow.

상기 메인 샤프트는 파이프 단조 가공법에 의해 제조될 수 있다.The main shaft may be manufactured by a pipe forging process.

상기 메인 샤프트의 내경은 가장 작은 부분이 70cm 이상일 수 있다.The inner diameter of the main shaft may be at least 70 cm in the smallest portion.

상기 메인 샤프트는 상기 베어링이 안착되는 베어링 자리부와 상기 베어링 자리부로부터 상기 허브의 반대쪽으로 연장된 연장부를 구비하며, 상기 베어링 자리부와 상기 연장부 사이에는 단차가 형성될 수 있다.The main shaft has a bearing seat on which the bearing is seated and an extension extending from the bearing seat to the opposite side of the hub, and a step may be formed between the bearing seat and the extension.

상기 메인 샤프트는 상기 베어링이 안착되는 베어링 자리부를 구비하며, 상기 베어링 자리부는 굽힘 모멘트에 견딜 수 있는 극관성 모멘트를 갖는 벽 두께를 형성할 수 있다.The main shaft has a bearing seat in which the bearing is seated, and the bearing seat may form a wall thickness having a polar moment of inertia that can withstand bending moments.

본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 풍력 발전기의 메인 샤프트가 중공형으로 구성되므로 무게가 감소되며, 메인 샤프트가 파이프 단조(forging)를 통해 제작되므로 가공이 용이하고, 메인 샤프트가 중공형이므로 내부의 불순물을 보다 쉽게 제거할 수 있게 된다.According to the present invention, all of the objects of the present invention described above can be achieved. Specifically, since the main shaft of the wind generator is hollow, the weight is reduced, and the main shaft is manufactured through forging of the pipe, so that the processing is easy. You can do it.

도 1은 종래의 풍력 발전기에 사용되는 메인 샤프트의 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 메인 샤프트의 일 예를 도시한 종단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 메인 샤프트의 다른 예를 도시한 종단면도이다.1 is a longitudinal sectional view of a main shaft used in a conventional wind generator.
Figure 2 schematically shows the configuration of a wind generator according to an embodiment of the present invention.
3 is a longitudinal sectional view showing an example of the main shaft shown in FIG.
4 is a longitudinal sectional view showing another example of the main shaft shown in FIG.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the configuration and operation of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 구성이 개략적으로 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 풍력 발전기(100)는 타워(110)와, 나셀(120)과, 블레이드(130)와, 허브(140)와, 메인 샤프트(150)와, 베어링(160)을 포함한다.
Figure 2 schematically shows the configuration of a wind generator according to an embodiment of the present invention. 2, the wind generator 100 includes a tower 110, a nacelle 120, a blade 130, a hub 140, a main shaft 150, and a bearing 160. .

타워(110)는 상하로 길게 연장되며, 상단에는 나셀(120)이 회전가능하게 결합된다.
Tower 110 extends vertically long, the nacelle 120 is rotatably coupled to the top.

나셀(120)은 타워(110)에 대해 요 방향으로 선회 가능하며 선회 기구(미도시)에 의해 블레이드(130)가 바람을 향하도록 회전한다. 나셀(120)의 내에는 발전기(121)와, 기어(122)가 구비된다.
The nacelle 120 is pivotable in the yaw direction with respect to the tower 110 and rotates so that the blade 130 faces the wind by a turning mechanism (not shown). The nacelle 120 is provided with a generator 121 and a gear 122.

블레이드(130)는 나셀(120)의 앞에 위치하며, 피치 각이 가변될 수 있다.
The blade 130 is positioned in front of the nacelle 120, and the pitch angle may vary.

허브(140)는 다수의 블레이드(130)를 지지한다.
Hub 140 supports a plurality of blades 130.

메인 샤프트(150)는 허브(140)와 기어(122)를 연결하며, 베어링(160)에 의해 회전가능하게 지지된다.
The main shaft 150 connects the hub 140 and the gear 122 and is rotatably supported by the bearing 160.

도 3에는 도 2에 도시된 메인 샤프트의 일 예가 종단면도로 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 메인 샤프트(150)는 중공형으로서, 외부에 베어링(도 2의 160)이 안착되는 베어링 자리부(151)와, 베어링 자리부(151)로부터 길이방향 일단부에 반경방향 바깥쪽으로 확장되어 형성된 플랜지부(152)와, 베어링 자리부(151)와 플랜지부(152)를 연결하는 연결부(153)와, 베어링 자리부(151)로부터 플랜지부(152)의 반대쪽으로 연장된 연장부(154)를 구비한다. 중공형 메인 샤프트(150)의 내경(D)는 길이방향을 따라 대체로 일정하게 유지되며 대략 70cm 이상이다. 본 발명에 있어서, 중공형 메인 샤프트라 함은 플래지부를 제외한 나머지 부분에서의 평균 내경 대비 평균 벽 두께가 30%를 넘지 않는 것으로 정의한다.
3 shows an example of the main shaft shown in FIG. 2 in a longitudinal sectional view. Referring to FIG. 3, the main shaft 150 is hollow, and has a bearing seat portion 151 in which a bearing (160 in FIG. 2) is seated outside and a radial direction at one end in a longitudinal direction from the bearing seat portion 151. A flange portion 152 extending outward, a connecting portion 153 connecting the bearing seat portion 151 and the flange portion 152, and extending from the bearing seat portion 151 to the opposite side of the flange portion 152. An extension 154 is provided. The inner diameter D of the hollow main shaft 150 remains substantially constant along the longitudinal direction and is about 70 cm or more. In the present invention, the hollow main shaft is defined as an average wall thickness that does not exceed 30% of the average inner diameter at the remaining portions except the flange portion.

베어링 자리부(151)의 벽 두께(t1)는 극관성 모멘트가 굽힘 모멘트를 견딜 수 있을 정도를 갖는다.
The wall thickness t1 of the bearing seat 151 is such that the polar moment of inertia can withstand the bending moment.

플랜지부(152)는 반경방향 바깥쪽으로 확장되어서 허브(도 1의 140)이 결합될 수 있는 충분한 면적을 제공한다.
The flange portion 152 extends radially outward to provide sufficient area for the hub (140 in FIG. 1) to engage.

연결부(153)은 베어링 자리부(151)와 대체로 동일한 벽 두께(t1)을 가지면서 베어링 자리부(151)와 플랜지부(152)를 연결한다.
The connecting portion 153 connects the bearing portion 151 and the flange portion 152 while having the same wall thickness t1 as the bearing portion 151.

연장부(154)의 벽 두께(t2)는 베어링 자리부(151)의 벽 두께(t1)보다 얇게 형성되어 전체 무게를 좀 더 줄일 수 있게 된다.
The wall thickness t2 of the extension portion 154 is formed to be thinner than the wall thickness t1 of the bearing seat portion 151 to further reduce the overall weight.

메인 샤프트(150)는 중공형이므로 무게를 감소할 수 있다. 또한 메인 샤프트(150)의 내부 공간에 생기는 불순물을 용이하게 제거할 수 있다. 중공형 메인 샤프트(150)는 파이프 단조(forging)을 사용하여 제조되므로 가공이 용이하다. 파이프 단조는 공개특허 10-2008-0089700("파이프 냉간단조 가공방법") 등을 통해 공지된 파이프 가공방법이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
Since the main shaft 150 is hollow, weight can be reduced. In addition, impurities in the internal space of the main shaft 150 can be easily removed. Since the hollow main shaft 150 is manufactured using pipe forging, it is easy to process. Pipe forging is a pipe processing method known through the Patent Publication No. 10-2008-0089700 ("pipe cold forging processing method") and so on, and a detailed description thereof will be omitted.

도 4에는 도 2에 도시된 메인 샤프트의 다른 예가 종단면도로 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 메인 샤프트(250)는 메인 샤프트(250)는 중공형으로서, 외부에 베어링(도 2의 160)이 안착되는 베어링 자리부(251)와, 베어링 자리부(251)로부터 길이방향 일단부에 반경방향 바깥쪽으로 확장되어 형성된 플랜지부(252)와, 베어링 자리부(251)와 플랜지부(252)를 연결하는 연결부(253)와, 베어링 자리부(251)로부터 플랜지부(252)의 반대쪽으로 연장된 연장부(254)를 구비한다.
4 shows another example of the main shaft shown in FIG. 2 in a longitudinal sectional view. Referring to FIG. 4, the main shaft 250 has a main shaft 250 that is hollow and has a length from a bearing seat 251 and a bearing seat 251 on which a bearing (160 in FIG. 2) is seated outside. A flange portion 252 formed radially outward at one end in the direction, a connecting portion 253 connecting the bearing seat portion 251 and the flange portion 252, and a flange portion 252 from the bearing seat portion 251. Extension 254 extending to the opposite side.

베어링 자리부(251)의 벽 두께는 도 3에 도시된 실시예와 마찬가지로 극관성 모멘트가 굽힘 모멘트를 견딜 수 있을 정도를 갖는다.
The wall thickness of the bearing seat 251 has a degree such that the polar moment of inertia can withstand the bending moment as in the embodiment shown in FIG. 3.

플랜지부(252)는 반경방향 바깥쪽으로 확장되어서 허브(도 1의 140)이 결합될 수 있는 충분한 면적을 제공한다. 플랜지부(252)는 연결부(253)와의 연결부분이 부드러운 곡면을 형성한다. 즉, 플랜지부(252)와 연결부(253)가 이어지는 부분은 연결부(253) 쪽으로 갈수록 외경 및 내경이 작아지게 된다.
The flange portion 252 extends radially outward to provide sufficient area for the hub (140 in FIG. 1) to engage. The flange portion 252 forms a smooth curved surface with the connection portion 253. That is, the portion where the flange portion 252 and the connecting portion 253 are continued, the outer diameter and the inner diameter becomes smaller toward the connecting portion 253.

연결부(253)은 베어링 자리부(251)와 대체로 동일한 벽 두께를 가지면서 베어링 자리부(251)와 플랜지부(252)를 연결한다. 연결부(253)의 내경은 베어링 자리부(251)의 내경(D1)과 대체로 동일하다.
The connecting portion 253 connects the bearing portion 251 and the flange portion 252 with a wall thickness substantially the same as that of the bearing portion 251. The inner diameter of the connection portion 253 is substantially the same as the inner diameter D1 of the bearing seat portion 251.

연장부(254)의 내경(D2)은 베어링 자리부(251)의 내경(D1)보다 작다. 그에 따라. 메인 샤프트(150)의 내면(255)에는 연장부(254)와 베어링 자리부(251)의 경계에서 단차(255a)가 형성된다. 연장부(254)의 벽 두께는 베어링 자리부(151)의 벽 두께와 대체로 동일하게 연장된다.
The inner diameter D2 of the extension portion 254 is smaller than the inner diameter D1 of the bearing seat portion 251. thereafter. The inner surface 255 of the main shaft 150 has a step 255a formed at the boundary between the extension portion 254 and the bearing seat portion 251. The wall thickness of the extension 254 extends approximately equal to the wall thickness of the bearing seat 151.

메인 샤프트(250)는 중공형이므로 무게를 감소할 수 있다. 또한 메인 샤프트(250)의 내부 공간에 생기는 불순물을 용이하게 제거할 수 있다. 중공형 메인 샤프트(250)는 파이프 단조(forging)을 사용하여 제조되므로 가공이 용이하다.
Since the main shaft 250 is hollow, weight can be reduced. In addition, impurities in the internal space of the main shaft 250 can be easily removed. Since the hollow main shaft 250 is manufactured using pipe forging, it is easy to process.

이상 실시예를 들어 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 당업자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be understood by those skilled in the art that the foregoing embodiments are susceptible to modifications and variations that do not depart from the spirit and scope of the invention.

100 : 풍력 발전기 110 : 타워
120 : 나셀 121 : 발전기
122 : 기어 130 : 블레이드
140 : 허브 150 : 메인 샤프트
151 : 베어링 자리부 152 : 플랜지
153 : 연결부 154 : 연장부
160 : 베어링100: wind generator 110: tower
120: nacelle 121: generator
122: gear 130: blade
140: hub 150: main shaft
151: bearing seat 152: flange
153: connection portion 154: extension portion
160: Bearing

Claims (5)

베어링에 의해 지지되며 허브와 연결되는 메인 샤프트를 포함하며,
상기 메인 샤프트는 중공형인 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.A main shaft supported by a bearing and connected to the hub,
The main shaft is a wind generator, characterized in that the hollow. 청구항 1에 있어서,
상기 메인 샤프트는 파이프 단조 가공법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.The method according to claim 1,
The main shaft is a wind generator, characterized in that produced by the forging process pipe. 청구항 1에 있어서,
상기 메인 샤프트의 내경은 가장 작은 부분이 70cm 이상인 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.The method according to claim 1,
The inner diameter of the main shaft is the wind power generator, characterized in that the smallest portion is 70cm or more. 청구항 1에 있어서,
상기 메인 샤프트는 상기 베어링이 안착되는 베어링 자리부와 상기 베어링 자리부로부터 상기 허브의 반대쪽으로 연장된 연장부를 구비하며, 상기 베어링 자리부와 상기 연장부 사이에는 단차가 형성된 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.The method according to claim 1,
And the main shaft has a bearing seat portion in which the bearing is seated and an extension portion extending from the bearing seat portion to the opposite side of the hub, and a step is formed between the bearing seat portion and the extension portion. 청구항 1에 있어서,
상기 메인 샤프트는 상기 베어링이 안착되는 베어링 자리부를 구비하며, 상기 베어링 자리부는 굽힘 모멘트에 견딜 수 있는 극관성 모멘트를 갖는 벽 두께를 형성하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.
The method according to claim 1,
And the main shaft has a bearing seat on which the bearing is seated, wherein the bearing seat forms a wall thickness having a polar moment of inertia that can withstand bending moments.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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