KR20140042555A - 중공 회전축 및 이를 이용한 풍력 발전기 - Google Patents

Abstract

중공 회전축 및 이를 이용한 풍력 발전기가 개시된다. 중공 회전축은, 내부가 중공되며 회전력을 전달하는 제1 축과, 제1 축이 삽입되며 제1 축의 회전과 함께 회전되는 제2 축과, 제1 축이 제2 축에 삽입된 상태에서, 일단은 제1 축에 고정되고 타단은 상기 제2 축에 고정되어 상기 제1 축과 상기 제2 축을 함께 고정하는 체결부재를 포함한다.

Description

중공 회전축 및 이를 이용한 풍력 발전기{HOLLOWED ROTATIONAL SHAFT AND WIND POWER GENERATOR USING IT}

본 발명은 내구성을 향상시키고 결합 해제가 용이하며 중량을 절감하는 것이 가능한 중공 회전축 및 이를 이용한 풍력 발전기에 관한 것이다.

일반적으로 회전 구동력을 전달받는 축과 허브는 구동력의 전달 과정에서 열박음으로 연결된다. 이와 같이, 축과 허브가 열박음 방식으로 결합되면, 고장 조치 작업의 필요시 분해 및 재조립이 어렵게 되어, 신속한 고장 조치 작업이 이루어지지 않는 문제점이 있다.

또한, 축과 허브의 연결 구성에 있어서, 축과 허브의 회전력 전달을 위해 필요한 축 강도 이상의 과도한 설계가 필요하여 중량 및 원가가 상승되는 문제점이 있다.

본 발명의 일 실시예는 축의 회전력 전달을 위한 과도한 강도 설계가 필요하지 않고 고장 조치 작업이 원활하게 가능하며 중량 절감된 중공 회전축 및 이를 이용한 풍력 발전기를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예는, 내부가 중공되며 회전력을 전달하는 제1 축과, 제1 축이 삽입되며 제1 축의 회전과 함께 회전되는 제2 축과, 제1 축이 제2 축에 삽입된 상태에서, 일단은 제1 축에 고정되고 타단은 상기 제2 축에 고정되어 상기 제1 축과 상기 제2 축을 함께 고정하는 체결부재를 포함한다.

제1 축은 길이 방향의 외면에 복수개의 제1 관통홀이 형성되고, 제2 축의 외면에는 복수개의 제2 관통홀이 형성되고, 체결부재는, 일단은 제1 관통홀에 고정되고 타단은 제2 관통홀에 고정될 수 있다.

제1 관통홀과 제2 관통홀에는 나사산이 형성되고, 체결부재는, 제1 관통홀과 제2 관통홀에 함께 나사 결합되는 나사산이 형성된 결합봉과, 결합봉의 단부에 돌출되는 머리부를 포함할 수 있다.

체결부재는, 제1 관통홀과 제2 관통홀에 함께 삽입되며 나사산이 형성된 나사봉과, 나사봉에 나사 결합되어 결합 상태를 고정하는 너트부재를 포함할 수 있다.

채결부재는, 제1 관통홀과 제2 관통홀에 함께 삽입되며 나사산이 형성된 나사봉과, 나사봉에 나사 결합으로 고정되어 제1 축의 내벽면에 가압 고정되는 가압 플레이트를 포함할 수 있다.

가압 플레이트는, 나사봉의 단부가 나사 결합되는 적어도 2개 이상의 결합홀이 형성될 수 있다. 가압 플레이트는 제1 축의 내벽면에 접하는 부분에 라운드면이 형성될 수 있다. 라운드면의 곡률 반경은 제1 축의 내벽면의 곡률 반경보다 크게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는, 풍력 발전기로서, 풍력 발전기의 기어 박스의 출력축과 발전기의 입력축이 중공 회전축으로 이루어질 수 있다. 풍력 발전기의 나셀로부터 로터로 연결되는 전력 케이블이 제1 축의 내부 공간을 지나도록 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 중공 회전축의 분해 조립이 원활하게 이루어지는 것이 가능하여 신속한 고장 조치 작업이 가능하다.

또한, 중공 회전축을 체결부재를 이용하여 견고한 조립이 가능함으로서, 내구성이 향상된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공 회전축을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 2의 중공 회전축을 길이 방향으로 잘라서 본 부분 사시도이다.
도 3은 도 1의 제1 축을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1의 제1 축이 삽입되는 제2 축을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공 회전축을 길이 방향으로 잘라서 본 부분 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 중공 회전축을 길이 방향으로 잘라서본 부분 사시도이다.
도 7은 도 6의 가압 플레이트를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 중공 회전축의 길이 방향의 일측면에서 바라본 본 도면이다.
도 9는 도 8의 중공 회전축을 직경 방향으로 잘라서 본 요부 도면이다.

이하 본 발명의 실시예들에 따른 중공 회전축 및 이를 이용한 풍력 발전기를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

이하에서 설명하는 회전축(100)은 풍력 발전기의 로터부에 전기를 공급하기 위해 사용되는 것으로서 로터를 지지하는 메인 샤프트에 관한 것이다. 중공 회전축(100)의 내부 공간을 이용하여 로터부에 전기를 공급하기 위한 전력 케이블을 설치할 수 있다. 그러나 본 실시예의 중공 회전축(100)은 풍력 발전기에 사용되는 것으로 반드시 한정되는 것은 아니고, 중량 절감을 위한 구성으로 회전력 전달을 위한 소정의 장치에 적용되는 것도 물론 가능하다.

아울러 본 실시예의 회전축(100)은 풍력 발전기의 기억 박스(미도시)에 사용되는 것도 가능하다. 즉, 풍력 발전기가 대형화되어 감에 따라 유성기어로만 이루어진 기어 박스의 사용이 증가되고 있으며, 이러한 경우 로터의 회전축과 기어박스의 출력축이 일치하여 로터부에 전기를 공급해 주기 위한 슬립링은 발전기 후단에 위치하게 된다. 따라서, 로터의 회전축과 기어박스의 출력축이 일치하는 경우 직경과 강성이 작은 기어박스의 출력축과 발전기의 입력축도 중공축으로 이루어진다. 따라서, 본 실시예의 회전축(100)을 기어 박스의 출력축과 발전기의 입력축으로 적용하는 것도 가능하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공 회전축을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 중공 회전축을 길이 방향으로 잘라서 본 부분 사시도이며, 도 3은 도 1의 제1 축을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 4는 도 1의 제1 축이 삽입되는 제2 축을 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공 회전축(100)은, 내부가 중공된 제1 축(10)과, 제1 축(10)에 삽입되는 제2 축(20)과, 제1 축(10)과 제2 축(20)을 함께 고정하는 체결부재(30)를 포함한다.

제1 축(10)은 내부에 공간이 형성된 중공축을 말한다. 제1 축(10)의 내부 공간에는 풍력 발전기에서 사용되는 전력선이 배선될 수 있다. 물론 전술한 바와 같이, 본 실시예에서 제1 축(10)은 풍력 발전기에 사용되는 것을 이하에서 예시적으로 설명하지만, 이에 반드시 한정되는 것은 아니고 중량 절감을 위한 소정의 회전력 전달 장치에 설치되는 것도 가능하다. 이러한 제1 축(10)은 구동원에 연결되어 회전 구동력을 전달받는다.

제1 축(10)의 외면에는 적어도 2개 이상의 제1 관통홀(11)이 형성된다. 본 실시예에서 제1 관통홀(11)은 제1 축(10)의 외면을 따라 복수의 열과 행으로 형성될 수 있다. 제1 관통홀(11)에는 제2 축(20)의 연결을 위한 체결부재(30)의 결합봉(31)의 일부분이 결합된다. 결합봉(31)에 대해서는 이하에서 보다 구체적으로 설명한다.

제2 축(20)은 제1 축(10)이 삽입되는 내부 공간이 형성되는 허브 형상을 이룬다. 제2 축(20)에는 그 둘레를 따라 제2 관통홀(21)이 복수개로 형성된다. 제1 축(10)과 제2 축(20)이 결합된 상태에서, 제2 관통홀(21)은 제1 관통홀(11)에 대응하는 위치에 복수개의 열과 복수개의 행으로 형성될 수 있다. 제2 관통홀(21)에는 제1 축(10)과 연결을 위한 체결부재(30)의 일부분이 고정된다. 제2 축(20)은 허브 형상으로 형성되어 제1 축(10)으로부터 전달된 회전력을 전달한다.

체결부재(30)는 일단은 제1 축(10)의 제1 관통홀(11)에 고정되고 타단은 제2 축(20)의 제2 관통홀(21)에 고정된다. 보다 구체적으로 설명하면, 체결부재(30)는, 제1 관통홀(11)과 제2 관통홀(21)에 함께 나사 결합되는 결합봉(31)과, 결합봉(31)의 단부에 돌출되는 머리부(33)를 포함한다.

결합봉(31)은 제1 관통홀(11)과 제2 관통홀(21)에 나사 결합으로 고정될 수 있다. 결합봉(31)은 복수개의 행과 열로 배열된 제1 관통홀(11)과 제2 관통홀(21)에 함께 삽입되도록 복수개로 설치됨으로써, 제1 축(10)과 제2 축(20)을 견고하게 고정할 수 있다. 결합봉(31)의 단부에는 제2 축(20)의 외부로 돌출하도록 머리부(33)가 형성된다. 머리부(33)는 볼트 머리 형상으로 형성되는 것으로서, 결합봉(31)이 관통홀들(11, 21)에 과다하게 삽입되지 않도록 하는 것과 결합봉(31)의 제거 작업시에 소정의 클램핑 수단으로 클램핑이 가능하도록 하는 것이다. 머리부(33)는 원형 또는 다각형 등으로 선택적으로 적용될 수 있다.

이와 같이 결합봉(31)을 이용하여 제1 축(10)과 제2 축(20)을 결합함으로써, 회전력 전달을 위한 충분한 마찰력을 확보한 상태로 견고하게 결합할 수 있다. 또한, 제1 축(10)과 제2 축(20)의 내부가 빈 중공 상태에서 결합봉(31)에 의해 결합됨으로써, 중량 절감이 가능하고 제조 원가 절감이 가능하다. 아울러, 제1 축(10)과 제2 축(20)이 결합봉(31)에 의해 결합됨으로써, 설비 고장 발생시에 해체가 용이하여 고장 조치 작업이 원활하게 이루어질 수 있다.

상기 구성을 갖는 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공 회전축의 작용을 이하에서 보다 상세하게 설명한다.

먼저, 제2 축(20)의 내부 삽입 공간에 제1 축(10)의 일부분을 삽입한다.

이어서, 체결부재(30)의 결합봉(31)을 제2 축(20)의 외부에서 제1 축(10) 방향으로 나사 결합한다. 따라서, 결합봉(31)은 제2 축(20)의 제2 관통홀(21)을 통과하여 제1 축(10)의 제1 관통홀(11)에 나사 결합된다. 결합봉(31)의 단부에는 돌출된 머리부(33)가 형성되어 결합봉(31)의 과도한 삽입을 방지할 수 있다. 제1 관통홀(11) 및 제2 관통홀(21)은 각각 제1 축(10) 및 제2 축(20)에 복수개의 행과 열로 배열되어 형성될 수 있다. 따라서, 제1 축(10) 및 제2 축(20)은 복수개의 결합봉(31)에 의해 견고한 결합이 이루어질 수 있다. 이와 같은 결합봉(31)은 단부에 머리부(33)가 돌출되어 소정의 장치를 이용하여 결합 해제가 가능하여, 설비 고장시 고장 조치 작업이 원활하게 이루어질 수 있다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공 회전축을 길이 방향으로 잘라서 본 부분 사시도이다. 도 1 내지 도 4와 동일 참조 번호는 동일 기능의 동일 부재를 말한다. 이하에서는 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공 회전축(200)의 체결부재(130)는 나사봉(131) 및 너트부재(133)를 포함한다.

나사봉(131)은 길이 방향의 외주면에 나사산이 형성되며, 제2 축(20)에 제1 축(10)이 삽입된 상태에서 제2 관통홀(21) 및 제1 관통홀(11)을 순차적으로 통과하여 삽입된다. 이러한 나사봉(131)의 단부에는 머리부(135)가 돌출되어 나사봉(131)의 과도한 삽입을 방지한다.

여기서, 나사봉(131)이 제1 관통홀(11) 및 제2 관통홀(21)에 삽입된 상태에서 나사봉(131)의 단부에는 너트부재(133)가 결합된다. 따라서 본 제2 실시예의 체결부재(130)는, 제1 축(10)과 제2 축(20)을 보다 견고하게 결합하는 것이 가능하다. 또한, 나사봉(131)이 제1 관통홀(11)과 제2 관통홀(21)에 삽입됨으로써, 결합 또는 해체 작용이 원활하게 이루어져 고장 조치 작업을 용이하게 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 중공 회전축을 길이 방향으로 잘라서본 부분 사시도이고, 도 7은 도 6의 가압 플레이트를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 중공 회전축의 길이 방향의 일측면에서 바라본 도면이고, 도 9는 도 8의 중공 회전축을 직경 방향으로 잘라서 본 요부 도면이다. 도 1 내지 도 5와 동일 참조 번호는 동일 기능의 동일 부재를 말한다. 이하에서 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.

도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 중공 회전축(300)의 체결부재(230)는, 나사봉(231)과 가압 플레이트(233)를 포함한다.

나사봉(231)은 길이 방향의 외주면에 나사산이 형성되며, 제2 축(20)에 제1 축(10)이 삽입된 상태에서 제2 관통홀(21) 및 제1 관통홀(11)을 순차적으로 통과하여 삽입된다. 이러한 나사봉(231)의 단부에는 머리부(235)가 돌출되어 나사봉(231)의 과도한 삽입을 방지한다.

여기서, 나사봉(231)이 제1 관통홀(11) 및 제2 관통홀(21)에 삽입된 상태에서 나사봉(231)의 단부에는 가압 플레이트(233)가 결합된다.

가압 플레이트(233)는 나사봉(231)에 의하여 제1 축(10)의 내벽면에 접한 상태로 설치되는 것으로서, 나사봉(231)의 단부가 나사 결합되는 적어도 2개 이상의 결합홀(2331)이 형성된다. 보다 구체적으로 설명하면, 제1 축(10)과 제2 축(20)을 관통한 상태로 일렬로 배열된 복수개의 나사봉(231)들은 제1 축(10)의 내부에서 하나의 가압 플레이트(233)를 이용하여 설치된다. 따라서 나사봉(231)을 회전시키면서 설치하는 과정에서 가압 플레이트(233)는 제1 축(10)의 내벽면으로 가압됨으로써, 제1 축(10)과 제2 축(20)은 견고한 고정이 가능하게 된다.

한편, 가압 플레이트(233)에서 제1 축(10)의 내벽면과 접하는 부분에는 라운드면(2333)이 형성된다. 이러한 라운드면(2333)의 곡률 반경은 제1 축(10)의 내벽면의 곡률 반경보다 크게 형성된다. 따라서, 나사봉(231)을 회전하여 가압 플레이트(233)를 제1 축(10)에 가압 고정하는 과정에서, 가압 플레이트(233)의 라운드면(2333)이 제1 축(10)의 내벽면을 더욱 가압함으로써 견고한 고정이 가능하게 된다.

이와 같은 구성에 의해, 제1 축(10)과 제2 축(20)은 중량을 절감한 상태에서 회전 구동력의 전달이 원활하게 이루어질 수 있다.

그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다.

10...제1 축 11...제1 관통홀
20...제2 축 21...제2 관통홀
30,230.체결부재 31...결합봉
33,235.머리부 131,231.나사봉
133..너트부재 233..가압 플레이트
2331.결합홀 2333.라운드면

Claims (9)

1. 내부가 중공되며 회전력을 전달하는 제1 축;
   상기 제1 축이 삽입되며 상기 제1 축의 회전과 함께 회전되는 제2 축; 및
   상기 제1 축이 상기 제2 축에 삽입된 상태에서, 일단은 상기 제1 축에 고정되고 타단은 상기 제2 축에 고정되어 상기 제1 축과 상기 제2 축을 함께 고정하는 체결부재를 포함하는 중공 회전축.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 축은 길이 방향의 외면에 복수개의 제1 관통홀이 형성되고, 상기 제2 축의 외면에는 복수개의 제2 관통홀이 형성되며,
   상기 체결부재는, 일단은 상기 제1 관통홀에 고정되고 타단은 상기 제2 관통홀에 고정되는 중공 회전축.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 관통홀과 상기 제2 관통홀에는 나사산이 형성되고,
   상기 체결부재는,
   상기 제1 관통홀과 상기 제2 관통홀에 함께 나사 결합되는 나사산이 형성된 결합봉; 및
   상기 결합봉의 단부에 돌출되는 머리부를 포함하는 중공 회전축.
4. 제2항에 있어서,
   상기 체결부재는,
   상기 제1 관통홀과 상기 제2 관통홀에 함께 삽입되며 나사산이 형성된 나사봉; 및
   상기 나사봉에 나사 결합되어 결합 상태를 고정하는 너트부재를 포함하는 중공 회전축.
5. 제2항에 있어서,
   상기 채결부재는,
   상기 제1 관통홀과 상기 제2 관통홀에 함께 삽입되며 나사산이 형성된 나사봉; 및
   상기 나사봉에 나사 결합으로 고정되어 상기 제1 축의 내벽면에 가압 고정되는 가압 플레이트를 포함하는 중공 회전축.
6. 제5항에 있어서,
   상기 가압 플레이트는, 상기 나사봉의 단부가 나사 결합되는 적어도 2개 이상의 결합홀이 형성되며 상기 제1 축의 내벽면에 접하는 부분에 라운드면이 형성되는 중공 회전축.
7. 제6항에 있어서,
   상기 라운드면의 곡률 반경은 상기 제1 축의 내벽면의 곡률 반경보다 크게 형성되는 중공 회전축.
8. 풍력발전기로서,
   상기 풍력 발전기의 기어 박스 출력축과 발전기의 입력축이 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 중공 회전축으로 이루어진 풍력 발전기.
9. 제8항에 있어서,
   상기 풍력 발전기의 나셀로부터 로터로 연결되는 전력 케이블이 상기 제1 축 및 상기 제2 축의 내부 공간을 지나도록 설치되는 풍력 발전기.

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