KR101665557B1 - 고정형 미들바를 갖는 풍력발전기용 요 브레이크 시스템 - Google Patents

고정형 미들바를 갖는 풍력발전기용 요 브레이크 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 풍력발전기용 요 브레이크 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의한 풍력발전기용 요 브레이크는 복수의 피스톤을 수용하는 실린더부와, 상기 실린더부의 전면에 브레이크 패드를 안착시키는 패드 안착부와, 상기 패드 안착부를 구획하며 상기 패드 안착부와 일체로 형성되는 미들바를 구비한다. 본 발명에 의하면 조립 및 정비시 디스크의 손상을 방지하고, 작업 시간을 줄일 수 있다.

Description

고정형 미들바를 갖는 풍력발전기용 요 브레이크 시스템{YAW BRAKE SYSTEM FOR WIND POWER GENERATOR HAVING A FIXED MIDDLE BAR}
본 발명은 풍력발전기용 요 브레이크 시스템에 관한 것으로서, 특히 조립 및 정비 시 디스크 손상의 위험이 없고, 조립 간극 조절이 필요 없으며, 조립 및 정비 시간이 단축되는 풍력발전기용 요 브레이크 시스템에 관한 것이다.
풍력발전이란 공기의 유동이 가진 운동 에너지의 공기역학적(aerodynamic) 특성을 이용하여 회전자(rotor)를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시켜서 전력을 얻는 기술이다. 풍력발전기는 풍력에 의해 회전되는 로터(rotor)와, 이 로터에 연결되어 회전운동을 전달하는 드라이브 트레인 (저속축, 증속기, 고속축)과 이의 후단에 연결된 발전기, 상기 기기들이 설치되는 너셀(nacelle) 및 상기 너셀을 지지하는 타워(tower)로 구성된다.
한편, 너셀에는 요 에러(yaw error)가 존재한다. 요 에러는 로터의 회전면과 풍향이 수직 상태로부터 벗어난 각도로서, 값이 클수록 풍력 활용도가 저하되어 출력이 감소하고, 시스템에 불안정한 하중이 작용하게 되어 수명 단축을 초래하는 원인이 된다. 이러한 요 에러에 대응하기 위하여 요 시스템(yaw system)이 구비된다. 요 시스템은 최적의 효율로 전력을 생산하기 위하여 항상 맞바람이 부는 방향으로 너셀을 회전시키는 장치이다. 요 브레이크(Yaw brake)는 너셀이 회전한 후 고정을 시켜주는 역할을 한다. 풍력 발전기가 작동하는 동안 요 브레이크는 디스크를 항상 압착하게 된다. 따라서 요 브레이크는 패드의 수명이 짧으므로 잦은 교체를 해야 한다.
그런데 요 브레이크가 설치되는 풍력 발전기는 작업 공간이 매우 좁고 열악하여 작업이 매우 어렵다. 따라서 작업 시간이 오래 걸리고 작업의 잘못으로 디스크를 심각하게 손상시킬 우려가 있다.
도 1은 종래의 요 브레이크(100)의 사시도이고, 도 2는 종래 브레이크 패드의 조립시에 미들바의 간극 조절 작업을 설명하는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 요 브레이크 캘리퍼(101)는 패드 가이드부(102), 실린더부(104), 패드 안착부(105), 미들바(106), 볼트(108)를 포함하여 구성된다. 도 1에 도시된 캘리퍼(101)에는 3개의 실린더부(104)가 구비되어 있다. 실린더부(104)에 설치된 피스톤(도시되지 않음)의 전면에는 브레이크 패드(도시되지 않음)가 설치된다.
3개의 피스톤에 해당하는 브레이크 패드가 일체형으로 형성되는 경우, 풍력발전기 내부라는 좁은 공간에서 브레이크 패드의 교체 작업이 매우 어렵다. 따라서 2개의 실린더에 해당하는 브레이크 패드(122)와 1개의 실린더에 해당하는 브레이크 패드(124)를 분리하여 장착한다. 2개의 브레이크 패드 사이에는 미들바(106)가 설치되며, 미들바(106)는 양쪽의 패드 가이드부(102)와 함께 브레이크 패드(122, 124)를 유지한다. 추가로 미들바는 캘리퍼에 작용하는 응력을 미들바(106)와 가이드부(102)에 분산시켜 브레이크 캘리퍼(100)의 내구성 및 수명을 증대시키는 역할을 한다.
종래의 요 브레이크의 캘리퍼에서는 미들바(106)를 분리형으로 패드 안착부(105)에 설치한다. 이는 3개의 피스톤을 해당 실린더부(104)의 내부로 동시에 복귀시킬 때 특수 공구를 사용할 수 있는 공간을 확보하기 위함이다.
한편, 브레이크 패드(122, 124)를 조립할 때 미들바(106)와 캘리퍼(126, 128) 사이의 어느 지점에 응력이 집중되는 것을 막기 위하여 미들바(106)와 캘리퍼(126, 128) 사이의 간극 조절 작업이 필요하다. 간극 조절 작업은 두께 게이지(130, 132)를 사용하여 이루어진다. 이러한 간극 조절 작업에는 시간이 많이 소요된다. 또한, 조립 실수, 간극 불량, 이물질 유입 등으로 미들바(106)가 잘못 조립된 경우 미들바(106)가 디스크를 간섭하여 디스크 손상을 초래할 수 있다. 디스크 손상은 심각한 경우 브레이크 시스템을 교체해야 하는 상황을 초래할 수 있다.
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1. 국제공개공보 WO2011/044961 (2011.04.21) 2. 일본공개특허공보 특개2004-028003호 (2004.01.29)
따라서 본 발명은 브레이크의 조립 및 정비 시 디스크의 손상을 방지하고, 작업 시간을 줄일 수 있는 풍력발전기용 요 브레이크를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 제동 시 캘리퍼가 받는 응력을 효과적으로 분산하여 브레이크의 강도 및 수명을 증가시킬 수 있는 풍력발전기용 요 브레이크를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 피스톤을 수용하는 실린더가 3개 설치되는 풍력발전기용 요 브레이크 시스템에서, 상기 실린더의 전면에 브레이크 패드를 안착시키는 패드 안착부와, 상기 3개의 실린더가 2개와 1개의 실린더로 분리되도록 상기 패드 안착부를 구획하며 상기 브레이크 시스템의 캘리퍼와 일체로 형성되는 고정형 미들바와, 상기 1개의 실린더의 전면에 설치되는 제1 브레이크 패드와, 상기 2개의 실린더의 전면에 설치되며 상기 2개의 실린더에 의해 힘을 받는 제2 브레이크 패드와, 상기 패드 안착부에 안착된 상기 제1 브레이크 패드와 상기 제2 브레이크 패드를 장착하는 패드 가이드부를 구비하는 것을 일 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 피스톤을 수용하는 실린더가 4개 설치되는 풍력발전기용 요 브레이크 시스템에 있어서, 상기 실린더의 전면에 브레이크 패드를 안착시키는 패드 안착부와, 상기 4개의 실린더가 2개와 2개의 실린더로 분리되도록 상기 패드 안착부를 구획하며 상기 브레이크 시스템의 캘리퍼와 일체로 형성되는 고정형 미들바와, 상기 2개의 실린더의 전면에 설치되며 상기 2개의 실린더에 의해 힘을 받는 제1 및 제2 브레이크 패드와, 상기 패드 안착부에 안착된 상기 제1 브레이크 패드와 상기 제2 브레이크 패드를 장착하는 패드 가이드부를 구비하는 것을 다른 특징으로 한다.
삭제
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 패드 조립의 실수 또는 이물질의 유입으로 인한 심각한 브레이크 디스크 손상을 막을 수 있다. 또한, 브레이크 패드가 패드 안착부에 안정적으로 장착되어 있으므로, 소음 발생률을 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 미들바가 캘리퍼에 고정되어 있기 때문에 브레이크 패드의 위치가 자동으로 결정된다. 따라서 간극조절 작업이 필요 없으며 브레이크 패드를 개별적으로 분해 및 조립할 수 있다. 이는 종래에는 패드 정비 시간이 3~4시간 소요되는 데 비해 본 발명에 의하면 패드 정비 시간을 1시간으로 현저히 단축할 수 있다. 또한, 본 발명의 미들바는 캘리퍼와 일체형으로 제동 시 브레이크가 변형되더라도 미들바는 안정적으로 장착되어 주변부품의 파손에 영향을 주지 않는다. 분리형 미들바는 부품 수 및 작업 공수가 많지만, 일체형 미들바는 부품 수 및 작업 공수가 단순화된다. 그리고 브레이크 제동력에 의해 발생하는 응력이 캘리퍼 가이드부와 캘리퍼 미들바에 분산되어 캘리퍼의 수명이 증가한다.
도 1은 종래 요 브레이크의 캘리퍼의 사시도이다.
도 2는 종래 브레이크 패드의 조립시에 미들바의 간극 조절 작업을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전기용 요 브레이크 시스템의 사시도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 더욱 명확해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면들을 함께 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 요 브레이크 시스템(300)의 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 요 브레이크 시스템(300)은 실린더부(302), 고정형 미들바(304), 패드 안착부(306a, 306b), 패드 가이드부(308a, 308b), 캘리퍼(310)를 포함하여 구성된다. 고정형 미들바(304)는 캘리퍼(310)와 일체로 형성된다.
본 실시예는 피스톤을 수용하는 실린더부(302)를 3개 구비하고 있으나, 4개를 구비할 수도 있다. 패드 안착부(306a, 306b)는 브레이크 패드와 동일한 형태를 가지며 실린더부(302)의 전면에 브레이크 패드를 안착시킨다. 패드 조립시 패드 안착부(306a, 306b)에 패드를 안착시키고, 패드 가이드부(308)로 패드를 장착시킨다. 브레이크 동작시 패드 안착부(306)는 디스크 방향으로 패드를 가이드하는 역할을 하며, 또한 브레이크 패드에서 받은 응력을 흡수하여 브레이크를 보호한다.
미들바(304)는 3개의 실린더가 2개의 실린더와 1개의 실린더로 분리되도록 패드 안착부를 구획하여 2개 영역의 패드 안착부(306a, 306b)가 되도록 한다. 본 실시예에서 미들바(304)는 캘리퍼(310)에 일체로 형성된다. 미들바(304)는 패드 안착부(306a, 306b)의 길이 방향(L) 또는 브레이크 디스크의 회전 방향에 수직으로 형성된다. 미들바(306a, 306b)의 높이는 브레이크 패드의 높이와 동일하거나 브레이크 패드의 높이보다 낮게 한다.
미들바(304)는 일체형으로 캘리퍼(301)에 형성되므로 패드 교체시에 미들바(304)와 캘리퍼(310) 사이의 간극 조절 작업이 필요하지 않다. 따라서 패드 교체가 쉬워지므로 작업 시간을 줄일 수 있다. 또한 미들바(304)가 캘리퍼(310)와 일체형이므로 브레이크에 작용하는 응력을 안정적으로 분산하고 흡수하여 브레이크의 강도 및 수명을 증가시킬 수 있다. 일반적으로는 캘리퍼(310)는 주조 금형으로 제작되므로 설계 단계에서 미들바(304)와 같은 일체형 부재를 추가하는데 있어서 거의 비용이 들지 않는다.
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전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 패드 조립의 실수 또는 이물질의 유입으로 인한 심각한 브레이크 디스크 손상을 막을 수 있다. 또한, 브레이크 패드가 패드 안착부에 안정적으로 장착되어 있으므로, 소음 발생률을 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 미들바가 캘리퍼에 고정되어 있기 때문에 브레이크 패드의 위치가 자동으로 결정된다. 따라서 간극조절 작업이 필요 없으며 브레이크 패드를 개별적으로 분해 및 조립할 수 있다. 이는 종래에는 패드 정비 시간이 3~4시간 소요되는 데 비해 본 발명에 의하면 패드 정비 시간을 1시간으로 현저히 단축할 수 있다. 또한, 본 발명의 미들바는 캘리퍼와 일체형으로 제동 시 브레이크가 변형되더라도 미들바는 안정적으로 장착되어 주변부품의 파손에 영향을 주지 않는다. 분리형 미들바는 부품 수 및 작업 공수가 많지만, 일체형 미들바는 부품 수 및 작업 공수가 단순화된다. 그리고 브레이크 제동력에 의해 발생하는 응력이 캘리퍼 가이드부와 캘리퍼 미들바에 분산되어 캘리퍼의 수명이 증가한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100 : 요 브레이크
101 : 캘리퍼
102 : 패드 가이드부
104 : 실린더부
106 : 미들바
108 : 볼트
122, 124 : 브레이크 패드
130, 132 : 두께 게이지
300 : 요 브레이크 시스템
302 : 실린더부
304 : 고정형 미들바
306 : 패드 안착부
308 : 패드 가이드부
310 : 캘리퍼

Claims (2)

  1. 피스톤을 수용하는 실린더가 3개 설치되는 풍력발전기용 요 브레이크 시스템에 있어서,
    상기 실린더의 전면에 브레이크 패드를 안착시키는 패드 안착부와,
    상기 3개의 실린더가 2개와 1개의 실린더로 분리되도록 상기 패드 안착부를 구획하며 상기 브레이크 시스템의 캘리퍼와 일체로 형성되는 고정형 미들바와,
    상기 1개의 실린더의 전면에 설치되는 제1 브레이크 패드와,
    상기 2개의 실린더의 전면에 설치되며 상기 2개의 실린더에 의해 힘을 받는 제2 브레이크 패드와,
    상기 패드 안착부에 안착된 상기 제1 브레이크 패드와 상기 제2 브레이크 패드를 장착하는 패드 가이드부를 구비하는 것을 특징으로 하는 요 브레이크 시스템.
  2. 피스톤을 수용하는 실린더가 4개 설치되는 풍력발전기용 요 브레이크 시스템에 있어서,
    상기 실린더의 전면에 브레이크 패드를 안착시키는 패드 안착부와,
    상기 4개의 실린더가 2개와 2개의 실린더로 분리되도록 상기 패드 안착부를 구획하며 상기 브레이크 시스템의 캘리퍼와 일체로 형성되는 고정형 미들바와,
    상기 2개의 실린더의 전면에 설치되며 상기 2개의 실린더에 의해 힘을 받는 제1 및 제2 브레이크 패드와,
    상기 패드 안착부에 안착된 상기 제1 브레이크 패드와 상기 제2 브레이크 패드를 장착하는 패드 가이드부를 구비하는 것을 특징으로 하는 요 브레이크 시스템.
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