KR20130030113A - 풍력 발전기의 피치 베어링 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력 발전기의 피치 베어링에 관한 것으로서, 구체적으로는 피치 베어링에 작용하는 하중이 분산되도록 하여 피치 베어링의 내구성을 증가시키고, 로터를 구성하는 블레이드 루트와 허브 간의 결합에 대한 신뢰성을 향상시킨 풍력 발전기의 피치 베어링에 관한 것이다.
본 발명에 따른 풍력 발전기의 피치 베어링은, 허브(210)에 제 1 블레이드 볼트(111)로 고정되는 아웃터링(110); 아웃터링(110)의 내주면에 다수의 제 1 볼(130)을 사이에 두고 회전 가능하게 위치하고, 블레이드 루트(220)에 제 2 블레이드 볼트(121)로 고정되는 이너링(120); 및 이너링(120)의 내주면에 제 2 볼(150)을 사이에 두고 이너링(120)을 회전 가능하게 지지하고, 허브(210)에 제 3 블레이드 볼트(141)로 고정되는 회전지지부재(140)를 포함한다.

Description

풍력 발전기의 피치 베어링{Pitch bearing of aerogenerator}
본 발명은 풍력 발전기의 피치 베어링에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피치 베어링에 작용하는 하중이 분산되도록 하여 피치 베어링의 내구성을 증가시키고, 로터를 구성하는 블레이드 루트와 허브 간의 결합에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 풍력 발전기의 피치 베어링에 관한 것이다.
일반적으로, 풍력 에너지는 급성장하는 에너지 공급원으로서, 화석 기반 에너지 공급원에 비하여 청정하면서 재생 가능하며, 생태학적으로 자연 친화적인 에너지를 제공한다. 따라서, 풍력 발전은 유력한 대체 에너지원으로 인정받고 있으며, 그 이용이 늘어가고 있는 추세이다.
풍력 발전기는 여러 가지 형태나 구조의 블레이드를 이용하여 바람 에너지를 회전 에너지와 같은 기계적 에너지로 변환하고, 변환된 기계적 에너지를 이용하여 발전기를 구동시킴으로써 전력을 생산하는데, 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 기술에 따른 풍력 발전기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 풍력 발전기(1)는 지면에 세워진 일정 높이의 타워(tower; 3)와, 타워(3)의 상단에 회전 가능하게 설치되어 지면으로부터 일정한 높이에 위치하는 나셀(nacelle; 2)과, 나셀(2)의 일측에 풍력에 의해 회전 가능하게 설치되는 로터(rotor; 4)로 구성된다.
여기서, 로터(4)는 다수의 블레이드(blade; 10)와, 이에 결합되는 허브(hub; 30)로 구성된다.
로터(4)에서 블레이드(10) 각각과 허브(30)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 크로스 볼트(41) 및 다수의 블레이드 볼트(42)로 체결 고정됨과 아울러, 도 3에 도시된 바와 같이, 피치 베어링(50)을 매개로 서로 결합된다.
크로스 볼트(41)는 블레이드 루트(20)를 두께 방향으로 관통하여 설치되고, 블레이드 볼트(42)는 블레이드 루트(20)의 끝단 부위로부터 길이 방향으로 삽입되어 크로스 볼트(41)의 둘레면에 체결 고정된다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 크로스 볼트(41) 및 블레이드 볼트(42)를 이용하여 블레이드 루트(20)의 끝단 부위를 따라 블레이드 볼트(42)가 돌출되도록 한 상태에서, 허브(30)와의 회전 결합을 매개하는 피치 베어링(50)에 블레이드 볼트(42)를 일치시켜서 관통되도록 한 후 와셔(미도시) 및 너트(미도시)로 체결 고정함으로써 블레이드 루트(20)와 허브(30)를 서로 결합시킨다.
피치 베어링(50)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 외측과 내측에 각각 위치하는 아웃터링(outer ring; 51)과 이너링(inner ring; 52)이 다수의 볼(ball; 54)을 사이에 두고 서로 대향되도록 설치됨으로써 상대적인 회전이 가능하도록 위치하고, 아웃터링(51)이 다수의 블레이드 볼트(42)에 의해 허브(30)에 고정되고, 이너링(52)이 다수의 블레이드 볼트(42)에 의해 블레이드 루트(20)에 고정된다.
그러나, 이와 같은 종래의 기술에 따른 풍력 발전기의 피치 베어링(50)은 아웃터링(51)과 이너링(52)에 하중이 집중됨으로써 이들의 결합부위에 대하여 파손을 유발하게 되는 문제점을 가지고 있었다.
특히, 최근에 발전 용량의 증대로 인한 블레이드(10)의 대형화에 따른 블레이드 루트(20)의 하중 증가로 인해서 상기한 바와 같은 문제점의 해결이 더욱 필요하게 되었다.
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 피치 베어링에 작용하는 하중이 분산되도록 하여 피치 베어링의 내구성을 증가시키고, 로터를 구성하는 블레이드 루트와 허브 간의 결합에 대한 신뢰성을 향상시키는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력 발전기의 블레이드 루트와 허브 사이에 설치되는 피치 베어링에 있어서, 상기 허브(210)에 제 1 블레이드 볼트(111)로 고정되는 아웃터링(110); 상기 아웃터링(110)의 내주면에 다수의 제 1 볼(130)을 사이에 두고 회전 가능하게 위치하고, 상기 블레이드 루트(220)에 제 2 블레이드 볼트(121)로 고정되는 이너링(120); 및 상기 이너링(120)의 내주면에 제 2 볼(150)을 사이에 두고 상기 이너링(120)을 회전 가능하게 지지하고, 상기 허브(210)에 제 3 블레이드 볼트(141)로 고정되는 회전지지부재(140);를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 피치 베어링을 제공한다.
상기 회전지지부재(140)는, 상기 이너링(120)의 내주면을 따라 간격을 두고서 다수로 배열되는 것;을 특징으로 한다.
상기 회전지지부재(140)는, 상기 이너링(120)의 내주면에 대향되도록 원호로 이루어지는 것;을 특징으로 한다.
상기 이너링(120)과 상기 회전지지부재(140)의 사이에는, 상기 제 2 볼(150)이 높이방향을 따라 다수로 배열되도록 설치되는 것;을 특징으로 한다.
상기 이너링(120)과 상기 회전지지부재(140)의 사이에는, 상기 제 2 볼(150)이 원주방향을 따라 다수로 배열되도록 설치되는 것;을 특징으로 한다.
상기 허브(210)에 상기 회전지지부재(140)가 다수의 상기 제 3 블레이드 볼트(141)로 고정되기 위하여 돌출되도록 마련되는 고정부(160);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 풍력 발전기의 블레이드 루트와 허브 사이에 설치되는 피치 베어링에 있어서, 상기 피치 베어링(100)의 이너링(120)의 외주면 및 내주면 각각에 상기 피치 베어링(100)을 회전 지지하는 부재를 설치하되, 상기 내주면을 회전 지지하는 부재는 상기 내주면을 따라 간격을 두고서 다수로 배열되는 것;을 특징으로 하는 풍력 발전기의 피치 베어링을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 풍력 발전기의 블레이드 루트와 허브 사이에 설치되는 피치 베어링에 있어서, 상기 피치 베어링(100)의 이너링(120)의 외주면 및 내주면 각각에 상기 피치 베어링(100)을 회전 지지하는 부재를 설치하되, 상기 내주면을 회전 지지하는 부재는 상기 내주면에 대향되도록 원호로 이루어지는 것;을 특징으로 하는 풍력 발전기의 피치 베어링을 제공한다.
상기 허브(210)에 고정되는 아웃터링(110)의 내주면에 다수의 제 1 볼(130)을 사이에 두고 상기 블레이드 루트(220)에 고정되는 이너링(120); 및 상기 이너링(120)의 내주면에 제 2 볼(150)을 사이에 두고 상기 허브(210)에 고정되는 회전지지부재(140);를 포함하되, 상기 이너링(120)과 상기 회전지지부재(140)의 사이에는, 상기 제 2 볼(150)이 높이방향을 따라 다수로 배열되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 허브(210)에 고정되는 아웃터링(110)의 내주면에 다수의 제 1 볼(130)을 사이에 두고 상기 블레이드 루트(220)에 고정되는 이너링(120); 및 상기 이너링(120)의 내주면에 제 2 볼(150)을 사이에 두고 상기 허브(210)에 고정되는 회전지지부재(140);를 포함하되, 상기 이너링(120)과 상기 회전지지부재(140) 사이에는, 상기 제 2 볼(150)이 원주방향을 따라 다수로 배열되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 풍력 발전기의 피치 베어링에 의하면, 이너링을 회전 지지하기 위하여 아웃터링 뿐만 아니라 회전지지부재의 추가 구성으로 인해 피치 베어링에 작용하는 하중이 분산되도록 하여 피치 베어링의 내구성을 증가시키고, 로터를 구성하는 블레이드 루트와 허브 간의 결합에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 기존 허브의 변형 구조로 인해 이너링의 지지구간 및 블레이드 볼트의 연결부 공간을 쉽게 확보할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 풍력 발전기를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 종래의 기술에 따른 풍력 발전기의 블레이드 루트를 도시한 사시도.
도 3은 종래의 기술에 따른 풍력 발전기의 피치 베어링을 도시한 단면도.
도 4는 종래의 기술에 따른 풍력 발전기의 허브에서 블레이드 연결부를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전기의 피치 베어링을 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전기의 피치 베어링의 아웃터링과 이너링을 도시한 평면도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 식으로 이해 되어야 하고, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하며, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대해 중복되는 설명을 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전기의 피치 베어링을 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전기의 피치 베어링의 아웃터링과 이너링을 도시한 평면도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 피치 베어링(100)은 풍력 발전기의 블레이드 루트(blade root; 220)와 허브(hub; 210)에 설치되는데, 허브(210)에 고정되는 아웃터링(outer ring; 110)의 내주면에 다수의 제 1 볼(ball; 130)을 사이에 두고 블레이드 루트(220)에 고정되는 이너링(inner ring; 120)의 내주면에, 제 2 볼(150)을 사이에 두고 허브(210)에 고정되는 회전지지부재(140)를 포함할 수 있다.
아웃터링(110)은 허브(210)에 제 1 블레이드 볼트(111)로 고정된다. 여기서, 제 1 블레이드 볼트(111)는 아웃터링(110)을 관통하여 허브(210)에 나사 체결되고, 끝단에 와셔와 너트의 체결로 인해 아웃터링(110)과 허브(210)를 서로 결합시키고, 아웃터링(110)을 따라 일정 간격을 두고서 다수로 체결될 수 있다.
이너링(120)은 아웃터링(110)의 내주면에 다수의 제 1 볼(130)을 사이에 두고 회전 가능하게 위치하고, 블레이드 루트(220)에 제 2 블레이드 볼트(121)로 고정된다.
여기서, 제 2 블레이드 볼트(121)는 이너링(120)을 관통하여 블레이드 루트(220)에 나사 체결되고, 끝단에 와셔와 너트의 체결로 인해 이너링(120)과 블레이드 루트(220)를 서로 결합시키고, 이너링(120)을 따라 일정 간격을 두고서 다수로 체결될 수 있다.
즉, 제 2 블레이드 볼트(121)는 블레이드 루트(220)의 끝단 부위로부터 길이 방향으로 삽입되어 블레이드 루트(220)를 두께 방향으로 관통하여 설치되는 크로스 볼트(230)의 둘레면에 체결 고정된 후 와셔(미도시) 및 너트(미도시)로 체결 고정함으로써 블레이드 루트(220)와 허브(210)를 서로 결합시킨다.
아웃터링(110)과 이너링(120)의 사이에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 볼(130)이 높이방향을 따라 다수로 배열되도록 설치될 수 있고, 도 6에 도시된 바와 같이, 원주방향을 따라 다수로 배열되도록 설치될 수 있다.
회전지지부재(140)는 이너링(120)의 내주면에 제 2 볼(150)을 사이에 두고 이너링(120)을 회전 가능하게 지지하고, 허브(210)에 제 3 블레이드 볼트(141)로 고정된다.
여기서, 제 3 블레이드 볼트(141)는 회전지지부재(140)를 관통하여 허브(210)에 나사 체결되고, 끝단에 와셔와 너트의 체결로 인해 회전지지부재(140)와 허브(210)를 서로 결합시키고, 도 6에 도시된 바와 같이, 회전지지부재(140)를 따라 일정 간격을 두고서 다수로 체결될 수 있다.
회전지지부재(140)는 링 형태로 단일로 이루어질 수 있으나, 본 실시예에서처럼 이너링(120)의 내주면을 따라 간격을 두고서 다수로 배열됨으로써 이너링(120)의 내주면 측에 불연속적으로 설치될 수 있고, 이너링(120)의 내주면에 대향되도록 곡률을 가진 원호로 이루어질 수 있다.
이너링(120)과 회전지지부재(140)의 사이에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 2 볼(150)이 높이방향을 따라 다수로 배열되도록 설치될 수 있고, 도 6에 도시된 바와 같이, 원주방향을 따라 다수로 배열되도록 설치될 수 있다.
허브(210)에는 고정부(160)가 마련될 수 있는데, 고정부(160)는 허브(210)에 회전지지부재(140)가 다수의 제 3 블레이드 볼트(141)로 고정되기 위하여 돌출되도록 마련되고, 일례로 링 형태로 단일로 형성되거나, 본 실시예에서처럼 회전지지부재(140)의 형상과 상응하는 형상을 가짐으로써 허브(210)에 불연속적으로 형성될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 풍력 발전기의 피치 베어링의 작용을 설명하기로 한다.
블레이드 루트(220)에 고정된 이너링(120)이 아웃터링(110) 뿐만 아니라 회전지지부재(140)에 의해 회전 지지됨으로써 이너링(120)에 작용하는 하중이 아웃터링(110)과 회전지지부재(140)를 통해서 이들을 고정시키는 제 1 및 제 3 블레이드 볼트(111,141) 각각으로 분산되도록 하고, 이로 인해 피치 베어링(100)의 내구성을 증대시키고, 로터를 구성하는 블레이드 루트(220)와 허브(210) 간의 결합에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 기존 허브(210)의 변형 구조인 고정부(160) 형성으로 인해 이너링(120)의 지지구간 및 블레이드 볼트, 즉 제 3 블레이드 볼트(141)의 연결부 공간을 쉽게 확보할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 피치 베어링(100)의 고정력 향상을 위한 보강 구조를 형성하도록 한다.
이와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 피치베어링 110: 아웃터링
111: 제 1 블레이드 볼트 120: 이너링
121: 제 2 블레이드 볼트 130: 제 1 볼
140: 회전지지부재 141: 제 3 블레이드 볼트
150: 제 2 볼 160: 고정부
210: 허브 220: 블레이드 루트
230: 크로스 볼트

Claims (10)

  1. 풍력 발전기의 블레이드 루트와 허브 사이에 설치되는 피치 베어링에 있어서,
    상기 허브(210)에 제 1 블레이드 볼트(111)로 고정되는 아웃터링(110);
    상기 아웃터링(110)의 내주면에 다수의 제 1 볼(130)을 사이에 두고 회전 가능하게 위치하고, 상기 블레이드 루트(220)에 제 2 블레이드 볼트(121)로 고정되는 이너링(120); 및
    상기 이너링(120)의 내주면에 제 2 볼(150)을 사이에 두고 상기 이너링(120)을 회전 가능하게 지지하고, 상기 허브(210)에 제 3 블레이드 볼트(141)로 고정되는 회전지지부재(140);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 피치 베어링.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 회전지지부재(140)는,
    상기 이너링(120)의 내주면을 따라 간격을 두고서 다수로 배열되는 것;
    을 특징으로 하는 풍력 발전기의 피치 베어링.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 회전지지부재(140)는,
    상기 이너링(120)의 내주면에 대향되도록 원호로 이루어지는 것;
    을 특징으로 하는 풍력 발전기의 피치 베어링.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이너링(120)과 상기 회전지지부재(140)의 사이에는,
    상기 제 2 볼(150)이 높이방향을 따라 다수로 배열되도록 설치되는 것;
    을 특징으로 하는 풍력 발전기의 피치 베어링.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이너링(120)과 상기 회전지지부재(140)의 사이에는,
    상기 제 2 볼(150)이 원주방향을 따라 다수로 배열되도록 설치되는 것;
    을 특징으로 하는 풍력 발전기의 피치 베어링.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 허브(210)에 상기 회전지지부재(140)가 다수의 상기 제 3 블레이드 볼트(141)로 고정되기 위하여 돌출되도록 마련되는 고정부(160);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 피치 베어링.
  7. 풍력 발전기의 블레이드 루트와 허브 사이에 설치되는 피치 베어링에 있어서,
    상기 피치 베어링(100)의 이너링(120)의 외주면 및 내주면 각각에 상기 피치 베어링(100)을 회전 지지하는 부재를 설치하되,
    상기 내주면을 회전 지지하는 부재는 상기 내주면을 따라 간격을 두고서 다수로 배열되는 것;
    을 특징으로 하는 풍력 발전기의 피치 베어링.
  8. 풍력 발전기의 블레이드 루트와 허브 사이에 설치되는 피치 베어링에 있어서,
    상기 피치 베어링(100)의 이너링(120)의 외주면 및 내주면 각각에 상기 피치 베어링(100)을 회전 지지하는 부재를 설치하되,
    상기 내주면을 회전 지지하는 부재는 상기 내주면에 대향되도록 원호로 이루어지는 것;
    을 특징으로 하는 풍력 발전기의 피치 베어링.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 허브(210)에 고정되는 아웃터링(110)의 내주면에 다수의 제 1 볼(130)을 사이에 두고 상기 블레이드 루트(220)에 고정되는 이너링(120); 및
    상기 이너링(120)의 내주면에 제 2 볼(150)을 사이에 두고 상기 허브(210)에 고정되는 회전지지부재(140);를 포함하되,
    상기 이너링(120)과 상기 회전지지부재(140)의 사이에는,
    상기 제 2 볼(150)이 높이방향을 따라 다수로 배열되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 피치 베어링.
  10. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 허브(210)에 고정되는 아웃터링(110)의 내주면에 다수의 제 1 볼(130)을 사이에 두고 상기 블레이드 루트(220)에 고정되는 이너링(120); 및
    상기 이너링(120)의 내주면에 제 2 볼(150)을 사이에 두고 상기 허브(210)에 고정되는 회전지지부재(140);를 포함하되,
    상기 이너링(120)과 상기 회전지지부재(140) 사이에는,
    상기 제 2 볼(150)이 원주방향을 따라 다수로 배열되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 피치 베어링.
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