KR20130035451A - 베어링 구조체 - Google Patents

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Abstract

베어링 구조체가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 베어링 구조체는, 풍력 발전기의 허브에 결합되는 블레이드의 피치를 조절하기 위한 베어링 구조체로서, 외륜, 상기 외륜의 내주면 상에서 회전가능하게 형성되는 내륜 및 상기 내륜의 외주면과 상기 외륜의 내주면에 형성된 하나 이상의 가이드 홈에 위치되어 상기 외륜에 대한 상기 내륜의 회전을 가이드하는 복수의 볼을 포함하되, 상기 외륜의 길이는 상기 내륜의 회전축 방향으로 상기 내륜의 길이보다 길도록 형성되고, 상기 내륜과 접하지 않는 상기 외륜의 내주면 일측에 상기 가이드 홈과 연통하는 개구부를 구비한 윤활유 유동로가 상기 외륜의 내부에 형성된다.

Description

베어링 구조체{BEARING STRUCTURE}
본 발명은 베어링 구조체에 관한 것이다.
도 1은 풍력 발전기의 개략도이고, 도 2는 풍력 발전기의 베어링 구조체의 평면도이다.
도 1 및 도 2을 참조하면, 일반적으로 풍력 발전기(1)에서 허브(Hub; 2)에 장착되어 블레이드(Blade; 3)가 결합되는 내륜 치차형의 베어링 구조체(Pitch Bearing, 또는 블레이드 베어링; 10)에는 내륜(12)과 외륜(11) 사이에 그리스(Grease) 등의 윤활유 공급이 필요하다.
이 때, 내륜 치차형의 베어링 구조체는 내륜의 내주면에 치차(14)가 위치하고 있기 때문에 윤활유가 주입 및 배출되는 주입/배출구(Inlet/Outelt hole)의 위치가 베어링 구조체의 외륜 외측에 위치하는 것이 보통이며, 그에 따라 폐 윤활유를 저장하는 저장 용기는 베어링 구조체의 외륜에 위치하게 된다.
이때, 풍력 발전기의 베어링 구조체에 설치되는 폐 윤활유의 저장 용기가 외륜에 위치할 경우, 저장 용기는 풍력 발전기의 외부에 직접 노출된다. 이 때 저장 용기는 허브를 둘러싸는 스피너 커버(Spinner cover)에 의하여 외부로 직접 노출되는 것이 방지될 수 있다.
하지만, 이와 같이 윤활유의 저장 용기가 풍력 발전기의 외부에 위치되어 있는 경우 일반적으로 수개월 마다 주기적으로 이루어지는 저장 용기의 유지 보수시 허브의 외부에서 저장 용기를 교체해야 하기 때문에 교체 작업시 작업자가 낙하할 수 있는 위험이 존재한다.
또한, 작업자가 저장 용기의 교체 작업을 할 수 있는 범위 내로 허브(hub)를 인위적으로 회전시킬 경우에만 저장 용기에 작업자가 접근 가능하므로 저장 용기의 교체 작업에 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.
특허문헌 1 : 일본공개특허 제2006-336548호 특허문헌 2 : 일본공개특허 제2009-516118호
본 발명의 실시예는 베어링 구조체의 내부로 윤활유를 공급하거나 배출되는 윤활유를 저장하기 위한 저장 용기의 설치 및 유지 보수가 용이한 베어링 구조체를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력 발전기의 허브에 결합되는 블레이드의 피치를 조절하기 위한 베어링 구조체로서, 상기 허브에 결합되는 외륜, 상기 외륜의 내주면 상에서 회전가능하게 형성되는 내륜 및 상기 내륜의 외주면과 상기 외륜의 내주면에 형성된 하나 이상의 가이드 홈에 위치되어 상기 외륜에 대한 상기 내륜의 회전을 가이드하는 복수의 볼을 포함하되, 상기 외륜의 길이는 상기 내륜의 회전축 방향으로 상기 내륜의 길이보다 길도록 형성되고, 상기 내륜과 접하지 않는 상기 외륜의 내주면 일측에 상기 가이드 홈과 연통하는 개구부를 구비한 윤활유 유동로가 상기 외륜의 내부에 형성된, 베어링 구조체가 제공된다.
상기 윤활유 유동로는 제1 개구부를 구비한 제1 윤활유 유동로를 포함하고, 상기 제1 윤활유 유동로의 상기 제1 개구부에 탈착가능하게 연결되어 상기 가이드 홈 내부로부터 배출된 윤활유를 저장하는 폐 윤활유 저장 용기를 더 포함할 수 있다.
상기 윤활유 유동로는 제2 개구부를 구비한 제2 윤활유 유동로를 포함하고, 상기 제2 윤활유 유동로의 상기 제2 개구부에 탈착가능하게 설치되는 윤활유 저장 용기; 및 상기 윤활유 저장 용기 내부의 윤활유를 상기 제2 개구부를 통하여 상기 가이드홈 내부로 공급하기 위한 펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 폐 윤활유 저장 용기는 상기 내륜과 접하지 않은 상기 외륜의 내주면에 설치될 수 있다.
상기 윤활유 저장 용기는 상기 내륜과 접하지 않은 상기 외륜의 내주면에 설치될 수 있다.
상기 윤활유 유동로는 복수 개로 형성되며, 상기 복수 개의 윤활유 유동로의 개구부는 상기 외륜의 원주 방향으로 배열될 수 있다.
상기 제1 개구부와 상기 폐 윤활유 저장 용기 사이에 연결되는 연결관을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 개구부와 상기 윤활유 저장 용기 사이에 연결되는 연결관을 더 포함하고, 상기 펌프는 상기 연결관에 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 베어링 구조체는 외륜의 회전축 방향 길이가 내륜의 회전축 방향 길이보다 길도록 형성되며, 이 때, 외륜의 내주면 일측에 베어링 구조체의 가이드 홈 내부와 연통하는 개구부가 형성되고, 개구부는 외륜 내부로 형성되는 윤활유 유동로에 의해 가이드 홈과 연통된다. 이 때, 복수의 개구부에 폐 윤활유 저장 용기 및 윤활유 저장 용기 중 적어도 어느 하나를 결합하면, 폐 윤활유 저장 용기 및 윤활유 저장 용기의 설치 및 유지 보수가 용이하게 이루어질 수 있다.
도 1은 풍력 발전기의 개략도이다.
도 2는 풍력 발전기의 베어링 구조체의 평면도이다.
도 3은 도 2에서 A-A의 단면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 구조체의 폐 윤활유 저장 장치를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 사시도이다.
도 5는 도 4의 사시도에서 외륜의 일부를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 구조체의 윤활유 공급 장치로서, 외륜의 일부를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 베어링 구조체의 평면도이다. 도 3은 도 2에서 A-A의 단면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 구조체의 폐 윤활유 저장 장치를 도시한 도면이다. 도 4는 도 3의 사시도이다. 도 5는 도 4의 사시도에서 외륜의 일부를 도시한 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 구조체(10)는 내륜(12)의 외주면과 외륜(11)의 내주면이 서로 마주보도록 형성된 가이드 홈(20) 사이에 복수의 볼이 위치되도록 형성된다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 내륜(12)의 내주면에는 치차(14)가 형성되며, 상기 치차(14)에는 풍력 발전기 블레이드의 피치를 조절하기 위한 피치 드라이브 장치(미도시)가 연결될 수 있다. 내륜(12)은 외륜(11)의 내주면에 접한 상태로 회전할 수 있도록 형성된다. 이 때, 도 3을 참조하면 내륜(12)은 베어링의 회전축의 연장 방향으로 L2의 길이를 갖도록 형성될 수 있다.
한편, 내륜(12)의 외주부에 형성된 외륜(11)은 도 3에서 볼 때 하측면이 허브(2)에 고정되며, 내주면에 내륜(12)을 회전가능하게 지지한다.
이 때, 외륜(11)은 내륜(12)의 회전축의 연장 방향(도 3에서 볼 때 상하 방향)으로 L1의 길이를 가지도록 형성된다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 외륜(11)의 길이 L1은 내륜(12)의 길이 L2보다 L3의 길이만큼 길게 형성되며, 이에 따라, 도 3에서 볼 때 외륜(11)의 내주면 하부측은 허브 내부와 공간적으로 연결된다.
한편, 내륜(12)의 외주면 및 외륜(11)의 내주면에는 가이드 홈(20)이 형성된다. 가이드 홈(20)은 외륜측 가이드 홈(21) 및 내륜측 가이드 홈(22)이 서로 마주보며 접하는 구조로 형성되며, 두 개의 가이드 홈(21,22)은 서로 접하여 링형의 볼 이동 공간을 형성한다.
두 개의 가이드 홈(21,22)이 형성하는 링형의 볼 이동 공간에는 복수의 볼(13)이 위치되어, 내륜(12)이 외륜(11)의 내주면을 따라 이동하는 것을 지지한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 구조체(10)는 외륜(11) 내부에 윤활유 유동로(30)가 형성된다. 윤활유 유동로(30)의 일측 단부에는 외륜측 가이드 홈(20)의 일측에 연결되는 연결구(33)가 형성되며, 윤활유 유동로(30)의 타측 단부에는 외륜의 내측면으로 개방되는 개구부(31)가 형성된다.
이 때, 개구부(31)는 외륜(11)의 내측면 중 내륜(12)이 위치되지 않는 위치, 즉 도 3에서 볼 때 내륜(12)의 하측 위치에 위치되어 허브(2)의 내부 측으로 개방되도록 형성된다.
이 때, 외륜(11)의 내부에 형성되는 윤활유 유동로(30)는 복수 개로 형성될 수 있는데, 이 때, 외륜(11)의 원주 방향으로 나란하게 복수 개로 형성될 수 있다. 이에 따라 복수의 윤활유 유동로(30)의 개구부(31)도 외륜(11)의 내주면을 따라 나란하게 복수 개로 형성될 수 있다.
한편, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 외륜(11)과 내륜(12)에 설치되는 가이드 홈(20)은 내륜(12)의 회전축의 길이 방향(도 3에서 상하 방향)으로 나란하게 둘 또는 그 이상으로 형성될 수 있다.
이와 같이 가이드 홈(20)이 복수 개로 형성된 경우, 윤활유 유동로(30)는 각각의 가이드 홈(20)에 모두 연결되도록 형성될 수 있다.
이상과 같은 구조를 갖는 베어링 구조체(10)에는 도시되지 아니하였으나, 외륜(11)의 외측부로부터 가이드 홈(20)의 내부로 윤활유를 주입하는 윤활유 주입부가 설치될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 외륜(11)의 내부에 위치되는 윤활유 유동로(30)의 개구부(31)에는 연결관(42)을 통하여 폐 윤활유 저장 용기(44)가 연결될 수 있다. 이 때, 윤활유 유동로(30)가 복수 개인 경우 복수 개의 개구부(31)에 개별적으로 복수의 폐 윤활유 저장 용기(44)가 연결될 수 있다. 또한, 하나의 폐 윤활유 저장 용기(44)에 복수 개의 개구부(31)가 연결될 수도 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 폐 윤활유 저장 용기(44)는 외륜(11)의 내주면(11a) 상에 탈착가능하게 결합될 수 있다. 이 때, 폐 윤활유 저장 용기(44)는 도시되지 아니한 볼트와 같은 결합 수단 또는 별도의 설치 구조에 의하여 외륜(11)의 내주면(11a) 상에 탈착가능하게 결합될 수 있다.
가이드 홈(20) 내부로 주입된 윤활유가 오래 사용된 경우, 이와 같은 폐 윤활유는 베어링 구조체(10)의 외부로 배출되어야 하는데, 본 실시예에서 폐 윤활유 저장 용기(44)는 이와 같은 폐 윤활유를 저장하기 위한 용도로 사용될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 윤활유 유동로(30)의 개구부(31)에 연결되는 연결관(42) 및 폐 윤활유 저장 용기(44)는 전술한 베어링 구조체(10)의 폐 윤활유 저장 장치(40)로 지칭될 수 있다.
일반적으로, 풍력 발전기의 베어링 구조체(10)에 주입되는 윤활유의 양은 대략 8~9kg 정도인데, 이와 같은 윤활유는 풍력 발전기의 유지 및 보수시 대략 6개월 혹은 그 이상의 기간 마다 주기적으로 교체된다. 이 때 한번에 교체되는 폐 윤활유의 양은 4~5kg 정도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폐 윤활유 저장 장치(40)에서는 베어링 구조체(10)의 구조를 개선하여 외륜(11)의 길이가 내륜(12)의 길이보다 길도록 형성한 후 허브(2) 내측으로 개방된 외륜(11)의 내주면(11a) 일측에 공간을 마련하여 폐 윤활유 저장 용기(44)를 설치하였다.
이와 같은 폐 윤활유 저장 용기(44)에는, 베어링 구조체(10)의 내륜(12)이 외륜(11)에 대하여 회전하는 동안 자연적으로 볼(13)이 회전하면서 윤활유를 밀어내거나, 또는 윤활유 주입부(미도시)를 통하여 새로운 윤활유를 주입하는 동안 가이드 홈(20) 내부로 밀려 들어오는 새로운 윤활유의 압력에 의하여, 폐 윤활유가 윤활유 유동로(30)를 지나 폐 윤활유 저장 용기(44) 내부로 이동하여 저장된다.
이 때, 윤활유 유동로(30)의 개구부(31)와 폐 윤활유 저장 용기(44)를 연결하는 연결관(42)은 폐 윤활유 저장 용기(44)와 일체로 형성되거나 또는 폐 윤활유 저장 용기(44)의 구조에 따라 생략되는 것도 가능할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폐 윤활유 저장 장치(40)는 허브 내측으로 개방된 외륜(11)의 내주면(11a) 일측에 폐 윤활유 저장 용기(44)를 탈착가능하게 설치하여, 유지 보수시 허브 내에서 작업자가 폐 윤활유 저장 용기(44)를 교체하거나 유지 보수할 수 있기 때문에 종래와 같이 폐 윤활유 저장 용기(44)를 교체하거나 유지 보수하기 위하여 허브의 외부로 나갈 필요가 없다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 구조체에는 폐 윤활유 저장 장치 이외에 윤활유 공급 장치가 설치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 구조체의 윤활유 공급 장치(50)이다. 도 6에는 외륜의 일부를 도시하였다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 구조체의 윤활유 공급 장치(50)는 전술한 베어링 구조체(10)의 윤활유 유동로(30)에 연결되는 연결관(52), 상기 연결관(52)에 연결된 윤활유 저장 용기(54) 및 상기 연결관(52)에 설치되는 펌프(56)를 포함한다.
본 실시예에서 윤활유 공급 장치(50)에 연결되는 윤활유 유동로(30)는 전술한 폐 윤활유 저장 장치에서 사용되는 윤활유 유동로보다 좁은 지름을 갖도록 형성될 수 있다. 윤활유를 주입하는 경우에는 펌프(56)의 압력에 의하여 윤활유를 주입하므로 윤활유 유동로(30)의 지름이 좁아도 윤활유의 공급이 용이하나, 윤활유가 배출되는 경우에는 가이드 홈(20) 내부로 주입되는 압력 또는 가이드 홈(20) 내부를 이동하는 볼(13)의 압력에 의하여 폐 윤활유가 윤활유 유동로(30)로 밀려나가는 것이므로 윤활유 유동로(30)의 지름이 넓어야 보다 용이하게 폐 윤활유가 폐 윤활유 저장 용기(44)로 배출될 수 있다.
이 때, 윤활유 공급 장치(50)의 윤활유 저장 용기(54)에는 깨끗한 윤활유가 저장된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 윤활유 공급 장치(50)에서는 평시에는 윤활유 저장 용기(54) 및 펌프(56)가 분리된 상태를 유지하도록 하고, 윤활유의 새로운 공급이 필요한 경우 펌프(56) 및 윤활유 저장 용기(54)를 윤활유 유동로(30)에 연결하여 윤활유를 공급하도록 한다. 이와 같이 새로운 윤활유를 공급하는 동안 폐 윤활유는 폐 윤활유 저장 용기(44)에 저장된 후 폐기될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 윤활류 공급 장치(50)는 전술한 폐 윤활유 저장 장치(40)와 함께 외륜(11)의 내주면(11a)에 설치될 수도 있다. 이때 윤활류 공급 장치(50)와 폐 윤활유 저장 장치(40)는 각각 다른 윤활유 유동로(30)에 연결되어 윤활류의 공급 및 회수를 수행할 수 있다. 본 실시예에 따라 윤활류 공급 장치(50)와 폐 윤활유 저장 장치(40)가 모두 외륜(11)의 내주면(11a)에 설치되면, 폐 윤활유 저장 용기(44) 및 윤활유 저장 용기(54)의 설치 및 유지 보수, 윤활유 교환 등이 용이하다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 따라 풍력 발전기의 베어링 구조체에 적용될 수 있는 베어링 구조체 및 베어링 구조체의 폐 윤활유 저장 장치, 그리고 베어링 구조체의 윤활유 공급 장치에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 구조체는 풍력 발전기의 베어링 구조체에만 적용될 수 있는 것은 아니며, 베어링 내부로의 윤활유의 주입이 베어링의 내주면에서 이루어지도록 형성될 수 있는 다양한 베어링 구조체의 구조에 적용될 수 있을 것이다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1 풍력 발전기 2 허브
3 블레이드 10 베어링 구조체
11 외륜 12 내륜
13 볼 20 가이드홈
21 외륜측 가이드홈 22 내륜측 가이드홈
30 윤활유 유동로 31 개구부
33 연결구 40 폐 윤활유 저장 장치
42 연결관 44 저장 용기
50 윤활유 공급 장치 52 연결관
54 저장 용기 56 펌프

Claims (8)

  1. 풍력 발전기의 허브에 결합되는 블레이드의 피치를 조절하기 위한 베어링 구조체로서,
    상기 허브에 결합되는 외륜,
    상기 외륜의 내주면 상에서 회전가능하게 형성되는 내륜 및
    상기 내륜의 외주면과 상기 외륜의 내주면에 형성된 하나 이상의 가이드 홈에 위치되어 상기 외륜에 대한 상기 내륜의 회전을 가이드하는 복수의 볼을 포함하되,
    상기 외륜의 길이는 상기 내륜의 회전축 방향으로 상기 내륜의 길이보다 길도록 형성되고,
    상기 내륜과 접하지 않는 상기 외륜의 내주면 일측에 상기 가이드 홈과 연통하는 개구부를 구비한 윤활유 유동로가 상기 외륜의 내부에 형성된, 베어링 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 윤활유 유동로는 제1 개구부를 구비한 제1 윤활유 유동로를 포함하고,
    상기 제1 윤활유 유동로의 상기 제1 개구부에 탈착가능하게 연결되어 상기 가이드 홈 내부로부터 배출된 윤활유를 저장하는 폐 윤활유 저장 용기를 더 포함하는, 베어링 구조체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 윤활유 유동로는 제2 개구부를 구비한 제2 윤활유 유동로를 포함하고,
    상기 제2 윤활유 유동로의 상기 제2 개구부에 탈착가능하게 설치되는 윤활유 저장 용기; 및
    상기 윤활유 저장 용기 내부의 윤활유를 상기 제2 개구부를 통하여 상기 가이드홈 내부로 공급하기 위한 펌프를 더 포함하는, 베어링 구조체.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 폐 윤활유 저장 용기는 상기 내륜과 접하지 않은 상기 외륜의 내주면에 설치되는, 베어링 구조체.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 윤활유 저장 용기는 상기 내륜과 접하지 않은 상기 외륜의 내주면에 설치되는, 베어링 구조체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 윤활유 유동로는 복수 개로 형성되며, 상기 복수 개의 윤활유 유동로의 개구부는 상기 외륜의 원주 방향으로 배열된, 베어링 구조체.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 개구부와 상기 폐 윤활유 저장 용기 사이에 연결되는 연결관을 더 포함하는, 베어링 구조체.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2 개구부와 상기 윤활유 저장 용기 사이에 연결되는 연결관을 더 포함하고,
    상기 펌프는 상기 연결관에 설치되는, 베어링 구조체.
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