KR20140125626A - 풍력 발전기용 증속기 시험 장치 - Google Patents

풍력 발전기용 증속기 시험 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는 풍력 발전기용 증속기 시험 장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전기용 증속기 시험 장치는 동력을 입력받는 아웃터 기어 케이스와, 입력받은 동력을 증속시켜 출력하는 출력축을 갖는 풍력 발전용 증속기의 성능을 테스트한다. 그리고 풍력 발전기용 증속기 시험 장치는 상기 풍력 발전용 증속기를 지지하는 지지체와, 상기 아웃터 기어 케이스에 회전 동력을 전달하는 동력 입력부와, 상기 출력축으로부터 증속된 회전 동력을 전달받는 동력 출력부, 그리고 상기 출력축에 연결되어 상기 출력축의 회전 토크를 측정하는 토크 측정 시스템을 포함한다. 여기서, 상기 토크 측정 시스템은 상기 출력축에 부착되어 상기 출력축의 회전 토크를 전기적 신호로 변환시키는 스트레인 게이지와, 상기 스트레인 게이지가 발생한 전기적 신호를 수집하는 데이터 수집부, 그리고 상기 데이터 수집부가 수집한 데이터로부터 상기 출력축의 회전 토크를 산출하는 컴퓨터를 포함한다.

Description

풍력 발전기용 증속기 시험 장치{TEST DEVICE OF GEARBOX FOR AEROGENERATOR}
본 발명의 실시예는 시험 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바람에 의해 회전하는 블레이드의 회전 속도를 증속시켜 고속으로 발전기를 구동시키기 위한 풍력 발전기용 증속기의 시험 장치에 관한 것이다.
일반적으로 풍력 발전기는 풍력으로 회전자를 회전시켜 전기 에너지를 얻는 기계 장치이다.
풍력 발전기는 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 수평형 및 수직형으로 분류된다. 풍력 발전기의 주요 구성 요소로는 전기를 발생시키는 발전기와, 날개(blade)와 허브(hub)로 구성된 회전자와, 회전을 증속하여 발전기를 구동시키는 증속기와, 발전기 및 각종 안전 장치들을 제어하는 제어 장치와, 유압 브레이크 장치와, 전력 제어 장치, 그리고 지지 구조물 등을 포함한다.
이 중에서, 중속기는 동력을 전달하고 입력 값을 적절히 변환시켜 출력 값으로 전달할 때 반드시 여러 조건에 따른 요구 성능 시험 즉, 내구성과 정확한 토크 전달 특성에 대한 안정성 확보를 위한 시험을 필요로 하고 있다.
종래에는 증속기의 토크 측정 방법으로 회전식 토크 센서를 이용한 측정 방법이 사용되었다.
하지만, 토크 센서를 사용할 경우, 토크 센서를 설치하기 위한 마운팅 지그(mounting jig) 및 커플링 등의 구성이 추가되어야 한다. 따라서, 토크 센서를 이용한 측정 방법으로 대형화된 증속기의 토크를 측정하기 위해서는 회전식 토크 센서 용량 제한으로 인하여 시험 조건에 맞는 고비용의 토크 센서를 제작이 요구될 뿐만 아니라 부가적인 구성으로 인해 공간적으로도 비효율적인 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 향상된 정밀성을 가지면서도 소형화된 풍력 발전기용 증속기 시험 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 풍력 발전기용 증속기 시험 장치는 동력을 입력받는 아웃터 기어 케이스와, 입력받은 동력을 증속시켜 출력하는 출력축을 갖는 풍력 발전용 증속기의 성능을 테스트한다. 그리고 풍력 발전기용 증속기 시험 장치는 상기 풍력 발전용 증속기를 지지하는 지지체와, 상기 아웃터 기어 케이스에 회전 동력을 전달하는 동력 입력부와, 상기 출력축으로부터 증속된 회전 동력을 전달받는 동력 출력부, 그리고 상기 출력축에 연결되어 상기 출력축의 회전 토크를 측정하는 토크 측정 시스템을 포함한다. 여기서, 상기 토크 측정 시스템은 상기 출력축에 부착되어 상기 출력축의 회전 토크를 전기적 신호로 변환시키는 스트레인 게이지와, 상기 스트레인 게이지가 발생한 전기적 신호를 수집하는 데이터 수집부(data acquisition, DAQ), 그리고 상기 데이터 수집부가 수집한 데이터로부터 상기 출력축의 회전 토크를 산출하는 컴퓨터를 포함한다.
또한, 상기 토크 측정 시스템은 상기 출력축에 상기 스트레인 게이지와 함께 부착되어 상기 스트레인 게이지가 발생한 전기적 신호를 증폭시키는 증폭기와, 상기 출력축에 부착되어 상기 증폭기가 증폭시킨 전기적 신호를 무선 송신하는 무선 송신부, 그리고 상기 지지체에 설치되어 상기 무선 송신부가 송신한 전기적 신호를 수신하여 상기 데이터 수집부에 전달하는 무선 수신부를 더 포함할 수 있다.
상기 스트레인 게이지가 발생하는 전기적 신호는 디지털 신호이며, 상기한 풍력 발전용 증속기 시험 장치는 상기 무선 수신부가 수신한 디지털 신호인 전기적 신호를 아날로그 신호인 전기적 신호로 변환하여 상기 데이터 수집부에 전달하는 디지털 아날로그 컨버터(D/A converter)를 더 포함할 수 있다.
상기한 풍력 발전용 증속기 시험 장치는 상기 아웃터 기어 케이스에 연결되어 상기 아웃터 기어 케이스의 회전 토크를 측정하는 추가의 토크 측정 시스템을 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 추가의 토크 측정 시스템은 상기 토크 측정 시스템과 동일한 원리로 동작할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 풍력 발전기용 증속기 시험 장치는 향상된 정밀성을 가지면서도 소형화시킬 수 있다.
도 1은 풍력 발전기용 증속기 시험 장치의 정면도이다.
도 2는 도 1의 토크 측정 시스템의 일부를 확대 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 토크 측정 시스템을 나타낸 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 증속기 시험 장치(101)를 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 증속기 시험 장치(101)가 테스트하는 증속기(10)는 동력을 입력받는 아웃터 기어 케이스(40)와, 입력받은 회전 동력을 증속시키는 복수의 기어들(미도시), 그리고 증속된 회전 동력을 출력하는 출력축(70)을 갖는다. 또한, 증속기(10)는 아웃터 기어 케이스(40)와 연결된 미들 기어 케이스(30)를 더 포함할 수 있다. 복수의 기어들(미도시)은 아웃터 기어 케이스(40)와 미들 기어 케이스(30)의 내부에 설치된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 증속기 시험 장치(101)는 지지체(990), 동력 입력부(940), 동력 출력부(970), 및 토크 측정 시스템(700)을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 증속기 시험 장치(101)는 추가의 토크 측정 시스템(400)을 더 포함할 수 있다.
또한, 풍력 발전기용 증속기 시험 장치(101)는 증속기(10)에 대한 회전 동력의 입출력을 보조하는 보조 기어 박스(910)와, 회전 동력을 보조적으로 전달하거나 회수하는 동력 전달부(920)를 더 포함할 수 있다.
지지체(990)는 시험 대상인 증속기(10)를 지지한다. 그리고 동력 입력부(940)는 증속기(10)의 아웃터 기어 케이스(40)에 회전 동력을 전달한다. 동력 입력부(940)는, 도시하지는 않았으나, 구동 모터와 연결되어 구동 모터의 회전 동력을 증속기(10)의 아웃터 기어 케이스(40)에 전달할 수 있다.
동력 출력부(970)는 증속된 회전 동력을 증속기(10)의 출력축(70)으로부터 전달받는다. 그리고 토크 측정 시스템(700)은 증속기(10)의 출력축(70)에 연결되어 출력축(70)의 회전 토크를 측정한다.
본 발명의 일 실시예에서, 토크 측정 시스템(700)은, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 스트레인 게이지(strain gage, 710)와, 데이터 수집부(data acquisition, DAQ, 780), 그리고 컴퓨터(790)를 포함한다. 또한 토크 측정 시스템(700)은 증폭기(amplifier, 720), 무선 송신부(730), 무선 수신부(760), 및 디지털 아날로그 컨버터(D/A converter, 770)를 더 포함할 수 있다.
스트레인 게이지(710)는 증속기(10)의 출력축(70)에 부착되어 출력축(70)이 갖는 전단 응력의 변화에 따라 전기적 신호를 발생시킨다. 이때, 스트레인 게이지(710)가 발생한 전기적 신호는 디지털 신호일 수 있다.
증폭기(720)는 스트레인 게이지(710)와 함께 증속기(10)의 출력축(70)에 부착되어 스트레인 게이지(710)가 발생한 전기적 신호를 증폭시킨다.
무선 송신부(730)도 스트레인 게이지(710) 및 증폭기(720)와 함께 증속기(10)의 출력축(70)에 부착되어 증폭기(720)가 증폭시킨 전기적 신호를 무선 송신한다. 여기서, 무선 송신부(730)는 효과적인 신호 전달을 위해 출력축(70)의 원주면를 둘러싸는 링 형상으로 형성될 수 있다.
이와 같이, 스트레인 게이지(710), 증폭기(720), 및 무선 송신부(730)는 토크 측정 시스템(700)에서 증속기(10)의 출력축(70)과 함께 회전하는 회전부(701)가 된다.
무선 수신부(760)는 증속기(10)를 지지하는 지지체(990)에 설치되어 무선 송신부(730)가 송신한 전기적 신호를 수신한다. 그리고 디지털 아날로그 컨버터(770)는 무선 수신부(760)가 수신한 전기적 신호를 디지털 신호에서 아날로그 신호로 변환한다.
이와 같이, 무선 수신부(760) 및 디지털 아날로그 컨버터(770)는 토크 측정 시스템(700)에서 지지체(990)에 설치되어 회전하지 않는 고정부(702)가 된다.
데이터 수집부(780)는 디지털 아날로그 컨버터(770)를 거친 전기적 신호를 수집한다. 그리고 컴퓨터(790)는 데이터 수집부(780)가 수집한 데이터에 기초하여 증속기(10)의 출력축(70)이 갖는 회전 토크를 산출한다.
한편, 추가의 토크 측정 시스템(400)은 동력 입력부(940)로부터 회전 동력을 입력받는 증속기(10)의 아웃터 기어 케이스(40)에 연결되어 아웃터 기어 케이스(40)에 입력된 회전 동력이 갖는 회전 토크를 측정한다.
추가의 토크 측정 시스템(400)은 토크 측정 시스템(700)과 동일한 구조를 가지며 동일한 원리로 동작할 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 증속기 성능 시험 장치(101)는 향상된 정밀성을 가지면서도 소형화시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전식 토크 센서, 마운팅 지그(mounting jig), 및 커플링 등과 같은 추가 구성을 생략할 수 있으므로, 대형화된 증속기(10)의 성능을 상대적으로 소형화된 장치를 가지고 시험할 수 있다.
이하, 전술한 바와 같은 구조를 갖는 풍력 발전기용 증속기 시험 장치(101)의 동작 원리를 구체적으로 살펴본다.
구동 모터(미도시)로부터 제공받은 회전 동력을 동력 입력부(940)를 통해 아웃터 기어 케이스(40)에 입력한다.
아웃터 기어 케이스(40)에 입력된 동력은 증속기(10) 내부에 설치된 복수의 기어들을 통해 증속된 후, 출력축(70)으로 전달된다. 출력축(70)은 입력된 회전 동력보다 고속으로 회전하면서 동력 출력부(970)에 증속된 회전 동력을 전달한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 토크 측정 시스템(700)은 출력축(70)에 연결되어 출력축(70)의 회전 토크를 측정한다. 이때, 토크 측정 시스템(700)은 출력축(70)에 부착되어 출력축(70)과 함께 회전하는 스트레인 게이지(710)를 사용하므로, 간소화된 구조를 가지면서도 정밀하게 회전 토크를 측정할 수 있다. 스트레인 게이지(710)는 출력축(70)이 갖는 전단 응력의 변화에 따라 전기적 신호를 발생시키며, 이 전기적 신호는 증폭기(720)에 의해 증폭된 후 무선 송신부(730)를 통해 송신된다.
회전하지 않고 고정된 무선 수신부(760)는 출력축(70)과 함께 회전하는 무선 송신부(730)가 송신한 전기적 신호를 수신하여 디지털 아날로그 컨버터(770)에 전달한다. 디지털 아날로그 컨버터(770)는 디지털 신호인 전기적 신호를 아날로그 신호로 변환한 다음 데이터 수집부(780)에 전달한다. 그리고 컴퓨터(790)는 데이터 수집부(780)가 수집한 신호에 기초하여 증속기(10)의 출력축(70)의 회전 토크를 산출한다.
한편, 추가의 토크 측정 시스템(400)은 아웃터 기어 케이스(40)에 연결되어 증속기(10)에 입력된 회전 동력이 갖는 회전 토크를 정밀하게 측정할 수 있다.
이와 같은 방법으로 증속기(10)의 입력된 회전 토크와 증속기(10)가 출력하는 회전 토크를 산출함으로써, 증속기(10)의 성능을 정밀하게 시험할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 풍력 발전용 증속기 40: 아웃터 기어 케이스
70: 출력축
101: 풍력 발전용 증속시 시험 장치
700: 토크 측정 시스템 710: 스트레인 게이지
720: 증폭기 730: 무선 송신부
760: 무선 수신부 770: 디지털 아날로그 컨버터
780: 데이터 수집부 790: 컴퓨터
910: 보조 기어 박스 920: 동력 전달부
940: 동력 입력부 970: 동력 출력부
990: 지지체

Claims (4)

  1. 동력을 입력받는 아웃터 기어 케이스와, 입력받은 동력을 증속시켜 출력하는 출력축을 갖는 풍력 발전용 증속기의 성능을 테스트하는 시험 장치에 있어서,
    상기 풍력 발전용 증속기를 지지하는 지지체;
    상기 아웃터 기어 케이스에 회전 동력을 전달하는 동력 입력부;
    상기 출력축으로부터 증속된 회전 동력을 전달받는 동력 출력부; 및
    상기 출력축에 연결되어 상기 출력축의 회전 토크를 측정하는 토크 측정 시스템
    을 포함하며,
    상기 토크 측정 시스템은,
    상기 출력축에 부착되어 상기 출력축의 회전 토크를 전기적 신호로 변환시키는 스트레인 게이지와;
    상기 스트레인 게이지가 발생한 전기적 신호를 수집하는 데이터 수집부(data acquisition, DAQ); 그리고
    상기 데이터 수집부가 수집한 데이터로부터 상기 출력축의 회전 토크를 산출하는 컴퓨터
    를 포함하는 풍력 발전기용 증속기 시험 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 토크 측정 시스템은,
    상기 출력축에 상기 스트레인 게이지와 함께 부착되어 상기 스트레인 게이지가 발생한 전기적 신호를 증폭시키는 증폭기와;
    상기 출력축에 부착되어 상기 증폭기가 증폭시킨 전기적 신호를 무선 송신하는 무선 송신부; 그리고
    상기 지지체에 설치되어 상기 무선 송신부가 송신한 전기적 신호를 수신하여 상기 데이터 수집부에 전달하는 무선 수신부
    를 더 포함하는 풍력 발전기용 증속기 시험 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 스트레인 게이지가 발생하는 전기적 신호는 디지털 신호이며,
    상기 무선 수신부가 수신한 디지털 신호인 전기적 신호를 아날로그 신호인 전기적 신호로 변환하여 상기 데이터 수집부에 전달하는 디지털 아날로그 컨버터(D/A converter)를 더 포함하는 풍력 발전기용 증속기 시험 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 아웃터 기어 케이스에 연결되어 상기 아웃터 기어 케이스의 회전 토크를 측정하는 추가의 토크 측정 시스템을 더 포함하며,
    상기 추가의 토크 측정 시스템은 상기 토크 측정 시스템과 동일한 원리로 동작하는 풍력 발전기용 증속기 시험 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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