KR20130107044A - 메탈 베어링을 이용한 풍력 발전기의 증속기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 메탈 베어링을 이용한 풍력 발전기의 증속기에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 메탈 베어링을 이용한 풍력 발전기의 증속기는 풍력의 동력을 입력받는 제1 링 기어와, 상기 제1 링 기어와 외접하는 복수의 제1 유성 기어들과, 상기 복수의 제1 유성 기어들에 내접하는 제1 선 기어와, 일측이 상기 제1 선 기어와 연결되며 상기 제1 유성 기어의 축방향 측면과 대향하는 드라이브 플랜지와, 상기 드라이브 플랜지의 타측에 설치된 제2 링 기어와, 상기 제2 링 기어에 내접하며 축방향 측면이 상기 드라이브 플랜지의 타측과 대향하는 복수의 제2 유성 기어들과, 상기 복수의 제2 유성 기어에 내접되어 증속되는 제2 선 기어, 그리고 상기 제1 유성 기어의 축방향 측면과 상기 드라이브 플랜지 사이 및 상기 제2 유성 기어의 축방향 측면과 상기 드라이브 플랜지 사이에 각각 배치된 메탈 베어링(metal bearing)을 포함한다.

Description

메탈 베어링을 이용한 풍력 발전기의 증속기{LUBRICATION SYSTEM OF AERO GENERATOR USING METAL BEARING}

본 발명의 실시예는 증속기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바람에 의해 회전하는 블레이드의 회전 속도를 증속시켜 고속으로 발전기를 구동시키기 위한 풍력 발전기의 증속기에 관한 것이다.

일반적으로 풍력 발전기는 공기의 유동이 가진 운동 에너지의 공기 역학적(aerodynamic) 특성을 이용하여 회전자(rotor)를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시키고 이 기계적 에너지로 전기를 얻는 기계이다.

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.

도 1을 참조하여 풍력 발전기(1)성을 설명하면, 풍력 발전기(1)는 하우징(2)의 일측에 풍력에 의해 회전하도록 설치된 블레이드(3)와, 하우징(2)의 내부 설치되어 블레이드(3)의 회전 운동으로부터 전달받은 회전 속도를 증속시키는 증속기(10), 그리고 증속기(10)에서 증속된 운동 에너지를 전달받아 전기를 생산하는 발전기(5)를 포함한다.

이에, 풍력 발전기(1)는 풍력에 의해 블레이드(3)가 회전하면서 발생된 회전력을 증속기(10)에서 증속시켜 발전기(5)를 구동시킨다.

일반적으로 증속기는 여러 종류의 기어들을 복수개 포함하고 있으며, 축방향 움직임이 자유로운 구성들을 가이드(guide)하기 위해 워셔(washer) 또는 스냅 링(snap ring)과 같은 부품을 사용하였다.

하지만, 와셔(washer) 또는 스냅 링(snap ring)과 같은 부품들은 상대적으로 마모에 취약하여 증속기의 전체적인 내구성을 저하시키는 원인이 되고 있다.

본 발명의 실시예는 메탈 베어링을 사용하여 내구성을 향상시킨 풍력 발전기의 증속기를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 메탈 베어링을 이용한 풍력 발전기의 증속기는 풍력의 동력을 입력받는 제1 링 기어와, 상기 제1 링 기어와 외접하는 복수의 제1 유성 기어들과, 상기 복수의 제1 유성 기어들에 내접하는 제1 선 기어와, 일측이 상기 제1 선 기어와 연결되며 상기 제1 유성 기어의 축방향 측면과 대향하는 드라이브 플랜지와, 상기 드라이브 플랜지의 타측에 설치된 제2 링 기어와, 상기 제2 링 기어에 내접하며 축방향 측면이 상기 드라이브 플랜지의 타측과 대향하는 복수의 제2 유성 기어들과, 상기 복수의 제2 유성 기어에 내접되어 증속되는 제2 선 기어, 그리고 상기 제1 유성 기어의 축방향 측면과 상기 드라이브 플랜지 사이 및 상기 제2 유성 기어의 축방향 측면과 상기 드라이브 플랜지 사이에 각각 배치된 메탈 베어링(metal bearing)을 포함한다.

상기 메탈 베어링은 베어링 본체와 상기 베어링 본체로부터 돌출 형성되어 상기 제1 유성 기어나 상기 제2 유성 기어의 곡면 일부에 맞물리는 가이드부를 포함할 수 있다.

상기 메탈 베어링은 상기 제1 유성 기어나 상기 제2 유성 기어의 축 방향으로 비구속될 수 있다.

상기한 메탈 베어링을 이용한 풍력 발전기의 증속기는 상기 메탈 베어링에 윤활 오일을 공급하는 오일홀을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 유성 기어나 상기 제2 유성 기어와 상기 메탈 베어링 사이에는 상기 윤활 오일에 의한 유막이 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 풍력 발전기의 증속기는 메탈 베어링을 사용하여 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 증속기에 사용된 기어를 효율적으로 센터링할 수 있다.

도 1은 풍력 발전기를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 베어링을 이용한 풍력 발전기의 증속기를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 베어링을 이용한 풍력 발전기의 증속기를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 도 3의 일부를 확대 도시한 단면도이다.

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 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 베어링을 이용한 풍력 발전기의 증속기(10)를 설명한다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 베어링을 이용한 풍력 발전기의 증속기(10)는 리액션 플레이트(11)와, 리액션 플레이트(11)의 일측에 회전 가능하게 설치된 미들 기어 케이스(12), 그리고 미들 기어 케이스(12)의 외측에는 설치된 아웃터 기어 케이스(13)를 포함한다.

또한, 증속기(10)는 미들 기어 케이스(12)의 내부에 설치되어 미들 기어 케이스(12)와 함께 회전되는 제1 링 기어(14)를 더 포함한다. 즉, 제1 링 기어(14)는 풍력의 동력을 입력 받는다. 그리고 증속기(10)는 리액션 플레이트(11)의 한쪽에 설치된 제1 캐리어(15)와, 제1 캐리어(15)에 설치된 복수의 제1 유성 기어들(16), 그리고 복수의 제1 유성 기어들(16)에 내접하여 맞물리도록 A축에 배치된 제1 선 기어(17)를 더 포함한다. 이때, 복수의 제1 유성 기어들(16)은 제1 링 기어(14)와 외접하여 서로 맞물린다.

또한, 증속기(10)는 일측이 제1 선 기어(17)와 연결되며 제1 유성 기어(16)의 축방향 측면 일부와 대향하고, 타측이 제2 링 기어(19)와 연결되도록 설치된 드라이브 플랜지(18)를 더 포함한다.

또한, 증속기(10)는 제2 링 기어(19)에 내접하여 맞물리는 복수의 제2 유성 기어들(20)과, 복수 개의 제2 유성 기어들(20)이 회전 가능하게 설치된 제2 캐리어(21)를 더 포함한다. 그리고 제2 캐리어(21)는 아웃터 기어 케이스(13)에 설치된다. 이때, 제2 유성 기어(20)는 축방향 측면 일부가 드라이브 플랜지(18)의 타측과 대향한다.

또한, 증속기(10)는 복수의 제2 유성 기어들(20)에 내접하도록 맞물린 제2 선 기어(22)를 더 포함한다. 그리고 제2 선 기어(22)의 일측은 아웃터 샤프트(23)로 연장 형성된다.

또한, 증속기(10)는 아웃터 샤프트(23)의 단부에 커넥터(24)에 의해 연결된 휠(28)과, 휠(28)에 연결된 휠 기어(25), 그리고 휠 기어(25)와 맞물리도록 리액션 플레이트(11)에 회전 가능하게 설치된 아웃터 기어(26)를 더 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 증속기(10)는 제1 유성 기어(16)의 축방향 측면과 드라이브 플랜지(18) 사이 및 제2 유성 기어(20)의 축방향 측면과 드라이브 플랜지(18) 사이에 각각 배치된 메탈 베어링(metal bearing)(41, 42)을 더 포함한다.

메탈 베어링(41, 42)은 베어링 본체(43, 44)와, 베어링 본체(43, 44)로부터 돌출 형성되어 제1 유성 기어(16)나 제2 유성 기어(20)의 곡면 일부에 맞물리는 가이드부(47, 48)를 포함한다.

가이드부(47, 48)는 제1 유성 기어(16) 및 제2 유성 기어(20)의 백래시(back lash)에 의한 유격을 줄여 제1 유성 기어(16) 및 제2 유성 기어(20)의 효율적인 센터링(centering)을 가능하게 한다.

한편, 메탈 베어링(41, 42)은 제1 유성 기어(16)나 제2 유성 기어(20)의 축 방향으로 비구속된다. 또한, 메탈 베어링(41, 42)은 제1 유성 기어(16)나 제2 유성 기어(20)의 회전 중심 방향으로는 기어의 백래시(backlash)에 의한 유격만큼 움직일 수 있도록 형성된다.

또한, 증속기(10)는 메탈 베어링(41, 42)의 유막 형성을 위해 메탈 베어링(41, 42)에 윤활 오일을 공급하는 오일홀(50)을 더 포함할 수 있다. 제1 유성 기어(16)나 제2 유성 기어(20)와 메탈 베어링(41, 42) 사이에는 윤활 오일에 의한 유막(fluid film)이 형성된다.

메탈 베어링(41, 42)이 금속끼리의 접촉을 방지하기 위해 유체 마찰이 계속적으로 유지되도록 충분한 유막의 두께가 유지해야 한다. 상대 운동중인 두 면 사이에 충분한 양의 윤활 오일이 공급되면, 유막이 형성되어 베어링 역할을 하게 된다.

또한, 메탈 베어링(41, 42)은 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 소재로 만들어질 수 있으며, 공지된 작동 원리를 갖는다.

이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 베어링을 이용한 풍력 발전기의 증속기(10)는 마모에 의한 내구성 저하를 최소화할 수 있다.

한편, 앞서 도 1에 도시한 바와 같이, 증속기(10)의 리액션 플레이트(11)는 풍력 발전기의 하우징(2) 의 내부에 고정설치 되고, 아웃터 기어 케이스(13)의 일측은 블레이드(3) 에 연결된다. 그리고 아웃터 기어(26)는 발전기(5)와 연결된다.

이하, 전술한 바와 같은 구조를 갖는 메탈 베어링을 이용한 풍력 발전기의 증속기(10)의 동작 원리를 구체적으로 살펴본다.

풍력에 의하여 블레이드(3)가 회전하면 블레이드(3)와 연결된 아웃터 기어 케이스(13)가 함께 회전하면서 동력이 입력된다.

아웃터 기어 케이스(13)와 미들 기어 케이스(12)와 제1, 제2 링 기어(14, 19)와 제1, 제2 캐리어(15, 21)와 제1, 제2 선 기어(17, 22)와 드라이브 플랜지(18)는 A축을 중심으로 회전한다. 그리고 복수 개의 제1 유성 기어들(16)은 제1 캐리어(15)에서 B축을 중심으로 회전하고, 복수 개의 제2 유성 기어들(20)은 C축을 중심으로 회전한다.

즉, 아웃터 기어 케이스(13)가 회전하면 미들 기어 케이스(12)와 제1 링 기어(14)가 회전하고, 제1 링 기어(14)와 제1 유성 기어(16)와 제1 선 기어(17)의 기어 배열에 의하여 제1 선 기어(17)는 증속된다.

또한, 제1 선 기어(17)는 드라이브 플랜지(18)와 제2 링 기어(19)를 회전시키고, 제2 링 기어(19)와 제2 유성 기어(20)와 제2 선 기어(22)의 기어 배열에 의하여 제2 선 기어(22)는 더욱 빠른 속도로 증속된다.

제2 선 기어(22)는 휠(28)과 휠 기어(25)에 동력을 전달하고, 휠 기어(25)와 아웃터 기어(26)는 기어 배열에 의해 더욱 빠른 속도로 증속된다. 아웃터 기어(26)는 증속된 회전력을 발전기(5)에 제공하여 발전기(5)가 효율적으로 전기를 생산할 수 있게 한다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 증속기(10)는 메탈 베어링(41, 42)을 사용하여 여러 기어들이 동작하는 과정에서 마모를 최소화하여 전체적인 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 증속기(10)에 사용된 제1 유성 기어(16) 및 제2 유성 기어(20)를 효율적으로 센터링할 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.

1: 풍력발전기 2: 하우징
3: 블레이드 5: 발전기
10: 증속기
11: 리액션 플레이트(reaction plate)
12: 미들 기어 케이스(middle gear case)
13: 아웃터 기어 케이스(outer gear case)
14: 제1 링 기어(ring gear) 15: 제1 캐리어
16: 제1 유성 기어 17: 제1 선 기어
18: 드라이브 플랜지 19: 제2 링 기어
20: 제2 유성 기어 21: 제2 캐리어
22: 제2 선 기어 23: 아웃터 샤프트
24: 커넥터 25: 휠 기어
26: 아웃터 기어 28: 휠
41, 42: 메탈 베어링
43, 44: 베어링 본체
47, 48: 가이드부
50: 오일홀

Claims (5)

1. 풍력의 동력을 입력받는 제1 링 기어;
   상기 제1 링 기어와 외접하는 복수의 제1 유성 기어들;
   상기 복수의 제1 유성 기어들에 내접하는 제1 선 기어;
   일측이 상기 제1 선 기어와 연결되며 상기 제1 유성 기어의 축방향 측면과 대향하는 드라이브 플랜지;
   상기 드라이브 플랜지의 타측에 설치된 제2 링 기어;
   상기 제2 링 기어에 내접하며 축방향 측면이 상기 드라이브 플랜지의 타측과 대향하는 복수의 제2 유성 기어들;
   상기 복수의 제2 유성 기어에 내접되어 증속되는 제2 선 기어; 및
   상기 제1 유성 기어의 축방향 측면과 상기 드라이브 플랜지 사이 및 상기 제2 유성 기어의 축방향 측면과 상기 드라이브 플랜지 사이에 각각 배치된 메탈 베어링(metal bearing)
   을 포함하는 메탈 베어링을 이용한 풍력 발전기의 증속기.
2. 제1항에서,
   상기 메탈 베어링은 베어링 본체와 상기 베어링 본체로부터 돌출 형성되어 상기 제1 유성 기어나 상기 제2 유성 기어의 곡면 일부에 맞물리는 가이드부를 포함하는 메탈 베어링을 이용한 풍력 발전기의 증속기.
3. 제1항에서,
   상기 메탈 베어링은 상기 제1 유성 기어나 상기 제2 유성 기어의 축 방향으로 비구속되는 메탈 베어링을 이용한 풍력 발전기의 증속기.
4. 제1항 및 제3항 중 어느 한 항에서,
   상기 메탈 베어링에 윤활 오일을 공급하는 오일홀을 더 포함하는 메탈 베어링을 이용한 풍력 발전기의 증속기.
5. 제4항에서,
   상기 제1 유성 기어나 상기 제2 유성 기어와 상기 메탈 베어링 사이에는 상기 윤활 오일에 의한 유막이 형성된 메탈 베어링을 이용한 풍력 발전기의 증속기.
   

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