KR101158704B1 - 블레이드 피치 각 제어 장치 및 풍력 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

허브의 제조에 요구되는 기계 가공을 경감시킬 수 있고, 또한 유압 실린더 (41A), (41B) 단체의 중량 경감에 의해 유지보수성을 향상시킨 블레이드 피치 각 제어 장치 (40) 를 제공한다. 복수 개의 블레이드를 갖는 풍력 발전 장치에 사용되고, 각 블레이드의 피치 각도를 개별적으로 동작시키는 블레이드 피치 각도 제어 장치 (40) 가 블레이드의 1 개의 날개당 2 개의 유압 실린더 (41A), (41B) 를 사용하여 동작시킨다.

Description

블레이드 피치 각 제어 장치 및 풍력 발전 장치{BLADE PITCH ANGLE CONTROL DEVICE AND WIND POWER GENERATION DEVICE}
본 발명은, 풍력 발전 장치와 관련되고, 특히 풍차의 블레이드 피치 각도를 제어하는 블레이드 피치 각도 제어 장치에 관한 것이다.
종래, 풍력 발전 장치에 사용되는 프로펠러형 풍차는 로터 헤드에 장착된 복수 개의 블레이드 (풍차 날개) 에 바람이 불어 회전된다. 로터 헤드의 회전은 회전축에 연결된 증속기를 통하여 증속된 후, 발전기를 구동하여 발전된다.
이와 같은 풍력 발전 장치에 있어서는, 바람의 상황에 따라 소정의 회전 속도와 출력을 얻도록, 각 블레이드의 블레이드 피치 각도를 개별적으로 조정하는 것이 실시되고 있다 (예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
상기 서술한 블레이드 피치 각도 (이하, 「피치 각도」라고 부른다) 의 조정을 실시하는 종래의 블레이드 피치 각도 제어 장치에 있어서는, 각 블레이드를 개별적으로 동작시켜 피치 각도를 조정하기 위해, 블레이드를 회전 운동시켜 피치 각도를 변화시키는 유압 실린더 등의 액추에이터가 블레이드마다 형성되어 있다.
즉, 로터 헤드에 장착 블레이드가 3 개면, 개개의 블레이드에 장착되어 독립적인 동작을 하는 유압 실린더는 각각 1 개씩 합계 3 개 형성되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 제2005－83308호
발명의 개시
그런데, 각 블레이드를 개별적으로 동작시켜 피치 각도를 조정하는 종래의 블레이드 피치 각도 제어 장치에 있어서는, 예를 들어 도 9 에 나타내는 바와 같이, 블레이드마다 1 개의 유압 실린더 (41) 가 로터 헤드를 구성하는 허브 (06) 측에 장착되어 있다. 이 유압 실린더 (41) 는, 예를 들어 트러니언 (trunnion) 을 통하여 허브 (06) 에 장착되어 있기 때문에, 허브 (06) 에 대해 점 C 를 중심으로 요동 가능하게 되어 있다.
한편, 허브 (06) 에 대해 회전 운동 가능하게 지지되어 있는 블레이드측 단면 (5a) 의 소정 위치에는, 예를 들어 스핀들이 임의의 점 (P) 에 장착되어 있다. 이 점 (P) 에 있어서, 유압에 의해 신축되는 피스톤 로드 (42) 의 선단부를 스핀들에 연결함으로써, 피스톤 로드 (42) 의 신축에 의해, 점 (P) 이 블레이드측 단면 (5a) 의 중심점 (o) 을 중심으로 하여 약 90 도 (PA ～ PB) 의 범위를 회전 운동한다. 따라서, 블레이드측 단면 (5a) 과 일체로 회전 운동하는 블레이드가 원하는 방향으로 선회하여 피치 각도를 변화시키기 때문에, 피치 각도 제어를 실시할 수 있다.
이와 같이, 상기 서술한 종래 구조에서는, 각 블레이드의 피치 각도 제어를 1 개의 유압 실린더 (41) 에 의해 동작시키고 있기 때문에, 파인 (통상 운전 상태) 에서 패더 (정지 상태) 까지의 피치 각도 제어 범위 (약 90 도) 를 확보하기 위해서는, 스트로크가 긴 유압 실린더 (41) 를 채용할 필요가 있다.
따라서, 유압 실린더 (41) 의 전체 길이도 길어져, 블레이드 및 피치 각도 제어 장치가 장착되어 있는 허브 (06) 를 관통하도록 찌르는 장착 구조가 되고, 허브 (06) 의 형상이 복잡해질 뿐만 아니라, 유압 실린더 (41) 을 장착하는 트러니언 브라켓도 복잡한 구조된다.
이 때문에, 허브 자체의 제조에 요구되는 기계 가공 등의 공정수가 늘어나 비용 상승의 요인이 되고, 또한 유압 실린더 단체의 중량에 대해서도, 풍력 발전 장치의 대형화에 수반하여 증대되기 때문에, 유지보수성이 악화되는 경향이 있기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명은, 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은 허브의 제조에 요구되는 기계 가공을 경감시킬 수 있고, 또한 유압 실린더 단체 (單體) 의 중량 경감에 의해 유지보수성을 향상시킬 수 있는 블레이드 피치 각 제어 장치 및 풍력 발전 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해, 이하의 수단을 채용하였다.
본 발명의 블레이드 피치 각도 제어 장치는, 복수 개의 블레이드를 갖는 풍력 발전 장치에 사용되고, 각 블레이드의 피치 각도를 개별적으로 동작시키는 실린더를 구비하고 있는 블레이드 피치 각도 제어 장치로서, 상기 블레이드의 1 개의 날개당 2 개의 실린더를 사용하여 동작시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
이와 같은 블레이드 피치 각도 제어 장치에 의하면, 블레이드의 1 개의 날개당 2 개의 실린더를 사용하여 동작시키도록 했기 때문에, 스트로크가 짧고 경량인 실린더를 사용하여 원하는 피치 각도 제어 범위를 확보할 수 있다.
상기의 발명에 있어서, 상기 실린더를 평행 또는 팔 (八) 자형으로 배치 형성하는 것이 바람직하고, 이로써 실린더를 설치하는 위치의 기계 가공을 동 방향으로부터 실시할 수 있기 때문에, 기계 가공 공정의 간략화가 가능해진다. 또한 실린더를 평행 또는 팔자형으로 배치 형성하면, 실린더에 접속되는 유압 배관을 동 방향으로 모아 배치할 수 있다.
또, 상기의 발명에 있어서, 상기 실린더를 블레이드 회전 운동축 중심 위치로부터 나셀 (nacelle) 측으로 배치 형성하는 것이 바람직하고, 이로써 나셀측으로부터 접근하여 실린더의 동작 확인이나 유지보수의 작업을 실시할 수 있다.
본 발명의 풍력 발전 장치는 복수 개의 블레이드를 가지고, 각 블레이드의 피치 각도를 개별적으로 동작시키는 블레이드 피치 각도 제어 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
이와 같은 풍력 발전 장치에 의하면, 각 블레이드의 피치 각도를 개별적으로 동작시키는 블레이드 피치 각도 제어 장치를 구비하고 있기 때문에, 스트로크가 짧고 경량인 실린더를 블레이드 1 날개당 2 개 사용하여 동작시켜, 각 블레이드에 대해 원하는 피치 각도 제어 범위를 확보할 수 있다.
상기 서술한 본 발명에 의하면, 로터 헤드를 구성하는 허브의 제조에 요구되는 기계 가공을 경감시킬 수 있고, 또한 실린더 단체의 중량 경감에 의해 유지보수성이 향상되는 블레이드 피치 각 제어 장치 및 풍력 발전 장치를 제공할 수 있다.
도 1 은, 본 발명에 관련된 풍력 발전 장치의 일 실시형태로서 블레이드 피치 각 제어 장치의 구동 기구를 나타낸 도면이다.
도 2 는, 도 1 에 나타낸 구동 기구의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 3 은, 블레이드 피치 각 제어 장치를 장착하는 허브 구조의 일례를 나타낸 주요부 단면 사시도이다.
도 4 는, 본 발명에 관련된 풍력 발전 장치의 개요를 나타낸 도면이다.
도 5 는, 나셀 주변의 주요부를 확대하여 파워 트레인 및 블레이드 피치 각 제어 장치의 내부 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 6 은, 도 5 의 제 1 변형예를 나타낸 단면도이다.
도 7 은, 도 5 의 제 2 변형예를 나타낸 단면도이다.
도 8 은, 도 5 의 제 3 변형예를 나타낸 단면도이다.
도 9 는, 종래의 풍력 발전 장치에 형성되어 있는 블레이드 피치 각 제어 장치의 구동 기구를 나타낸 도면이다.
※부호의 설명※
1 풍력 발전 장치
3 나셀
4 로터 헤드
5 블레이드 (풍차 날개)
5a 단면
6 허브
6a 미끄럼 베어링
10 드라이브 트레인
20 발전기
30 증속기
40 블레이드 각도 제어 장치 (제어 장치)
41A, 41B 유압 실린더
42A, 42B 피스톤 로드
이하, 본 발명에 관련된 블레이드 피치 각 제어 장치 및 풍력 발전 장치의 일 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.
도 4 에 나타내는 풍력 발전 장치 (1) 는, 기초 (B) 상에 세워서 형성되는 지주 (2) 와 지주 (2) 의 상단에 설치되는 나셀 (3) 과 대략 수평인 축선 주위에 회전 가능하게 하여 나셀 (3) 에 형성되는 로터 헤드 (4) 를 가지고 있다.
로터 헤드 (4) 에는, 그 회전 축선 주위에 방사상으로 하여 복수 개 (도시하는 예에서는 3 개) 의 블레이드 (풍차 회전 날개 ; 5) 가 장착되어 있다. 이로써, 로터 헤드 (4) 의 회전 축선 방향으로부터 블레이드 (5) 에 닿은 바람의 힘이, 로터 헤드 (4) 를 회전 축선 주위로 회전시키는 동력으로 변환되도록 되어 있다.
또한, 도시한 풍력 발전 장치 (1) 는, 나셀 (3) 의 전방에서 풍차 회전 날개 (5) 가 회전하는 업 윈드형으로 불리는 타입이다.
상기 서술한 블레이드 (5) 는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 날개 근원측이 되는 기부가 로터 헤드 (4) 를 구성하는 허브 (6) 에 장착되어 방사상으로 연장됨 과 함께, 허브 (6) 에 형성한 선회 바퀴 베어링 (6a) 에 의해 자유롭게 회전 운동할 수 있도록 지지되어 있다. 여기서 사용하는 미끄럼 베어링 (6) 으로는, 예를 들어 구름 베어링이 바람직하다.
또한, 도 3 의 부호 5a 는, 원통 형상으로 한 블레이드 (5) 의 기부에 형성된 원형의 단면 (端面) (블레이드측 단면) 으로서, 후술하는 블레이드 각도 제어 장치 (이하, 「제어 장치」라고 부른다 ; 40) 의 링크 기구가 형성되는 부재이다.
상기 서술한 풍력 발전 장치 (1) 는, 예를 들어 도 1 에 나타내는 바와 같이, 블레이드 (5) 의 블레이드 피치 각도를 개별적으로 조정할 수 있는 제어 장치 (40) 를 구비하고 있다.
이 제어 장치 (40) 는, 예를 들어 로터 헤드 (4) 의 허브 (6) 에 장착된 3 개의 블레이드 (5) 에 대해, 블레이드 (5) 의 1 개의 날개 (1 개) 당 2 개의 유압 실린더 (41A, 41B) 를 사용하여, 각 블레이드 (5) 의 피치 각도를 개별적으로 동작 (회전 운동) 시키기 위한 링크 기구를 구성한 것이다.
상기 서술한 블레이드 (5) 의 기부는 원통 형상으로 되어 있고, 전체 둘레에 걸쳐서 반경 방향 바깥 방향으로 돌출되도록 형성된 날밑 형상의 플랜지부 (도시 생략) 를 구비하고 있다. 이 플랜지부는 허브 (6) 측에 형성한 선회 바퀴 베어링 (6a) 에 의해 자유롭게 회전 운동할 수 있도록 지지되어 있기 때문에, 블레이드 (5) 전체가 허브 (6) 에 대해 자유롭게 회전 운동할 수 있게 된다.
상기 서술한 블레이드 (5) 는, 후술하는 기본 위치에 있어서 평행하게 배치 형성한 좌우 1 쌍의 유압 실린더 (41A, 41B) 를 동작시킴으로써, 단면 (5a) 의 원 중심점 (o) 을 회전 운동 중심으로 하고, 통상 운전 위치가 되는 파인 위치로부터 정지 상태가 되는 패더 위치까지 제어 각도 α (통상적으로는 90 도 정도) 의 범위를 회전 운동한다. 이 때문에, 블레이드 (5) 는, 피치 각도를 개별적으로 동작시켜 조정할 수 있는 피치 각도 제어가 가능해진다.
유압 실린더 (41A, 41B) 는, 도시한 경우의 x 축과 대략 평행 또는 팔자가 되는 위치를 기본 위치 (도 1 의 상태) 로 하고, 피스톤 로드 (42A, 42B) 를 신축시키는 실린더 본체의 동작측 단부와 반대측의 고정측 단부가 점 (C1, C2) 에서 허브 (6) 측에 지지되어 있다. 즉, 유압 실린더 (41A, 41B) 는, 예를 들어 실린더 본체의 고정측 단부가 트러니언 등을 통하여 허브 (6) 에 지지됨으로써, 고정측 단부의 점 (C1, C2) 을 지점으로 하는 동작측 단부의 요동을 허용하도록 설치되어 있다.
상기 서술한 유압 실린더 (41A) 의 피스톤 로드 (42A) 는, 가장 줄어든 위치인 A1 로부터 가장 늘어난 위치인 B1 까지 신축되는 스트로크를 가지고 있다. 동일하게, 유압 실린더 (41B) 의 피스톤 로드 (42B) 는, 가장 줄어든 위치인 A2 로부터 가장 늘어난 위치인 B2 까지 신축되는 스트로크를 가지고 있다.
상기 서술한 피스톤 로드 (42A, 42B) 의 선단은, 단면 (端面) (5a) 의 소정 위치에 고정된 스핀들과 요동 가능하게 연결되어 있다. 또한, 단면 (5a) 에 대한 스핀들의 고정 위치에 대해서는, 예를 들어 제어 각도 α 등 모든 조건에 따라 적절히 설정하면 된다.
따라서, 상기 서술한 제어 장치 (40) 에 의해 링크 기구를 동작시켜 블레이드 (5) 의 피치 각도를 제어하는 경우에는, 유압 실린더 (41A, 41B) 에 대해, 동일한 압력이 공급되는 경우도 있는 소정의 유압이 공급된다. 여기서 공급되는 유압은, 예를 들어 도시하지 않은 풍력 발전 장치 (1) 의 제어부에 있어서, 풍속 등의 모든 조건으로부터 산출된 블레이드 (5) 의 피치 각도에 따르게 된다.
도 1 에 나타내는 구성예에서는, 일방의 유압 실린더 (41A (41B)) 의 피스톤 로드 (42A (42B)) 가 가장 줄어든 (A1 (A2)) 경우, 타방의 유압 실린더 (41B (41A)) 의 피스톤 로드 (42B (42A)) 가 가장 늘어난 (B2 (B1)) 의 위치에 있다. 그리고, 유압 실린더 (41A, 41B) 에 각각 역 방향의 힘을 발생시키는 유압을 공급함으로써, 유압 실린더 (41A (41B)) 측에서는, 피스톤 로드 (42A (42B)) 가 연장됨 (줄어듦) 으로써, 도면 중에 가상선으로 나타내는 바와 같이, 점 (A1 (B2)) 으로부터 점 (B1 (A2)) 까지 바깥 방향을 향하여 팽출되는 원호상의 궤적을 그리며, 스핀들과의 연결점 (P1 (P2)) 이 이동한다.
그 결과, 스핀들이 단면 (5a) 의 소정 위치에 고정됨과 함께, 미끄럼 베어링 (6a) 에 자유롭게 회전 운동할 수 있도록 지지되어 있는 블레이드 (5) 는, 유압 실린더 (41A) 및 유압 실린더 (41B) 의 양방으로부터 시계 회전 (반시계 회전) 방향의 선회력을 받아 회전한다. 즉, 고정측의 허브 (6) 에 지지되어 있는 유압 실린더 (41A (41B)) 가 블레이드 (5) 를 밀고, 또한 타방의 유압 실린더 (41B (41A)) 가 블레이드 (5) 를 당겨들임으로써, 블레이드 (5) 를 시계 회전 (반시계 회전) 으 로 회전시킬 수 있다.
이와 같이, 1 날개당 1 쌍의 유압 실린더 (41A, 41B) 를 사용하여 블레이드 (5) 를 선회시키고, 피치 각도를 원하는 값으로 조정하는 제어 장치 (40) 는 피스톤 로드 (42A, 42B) 의 스트로크를 짧게 한 유압 실린더 (41A, 41B) 를 채용해도, 종래와 마찬가지로 대략 90 도의 피치 각도 제어 범위를 얻을 수 있다.
즉, 상기 서술한 2 개 실린더의 구성은, 단면 (5a) 의 직경이나 제어 각도 α 등의 모든 조건이 도 9 에 나타낸 종래예와 동일하면, 회전 운동 중심이 되는 원 중심점 (o) 으로부터 연결점 (P1, P2) 까지의 거리 (원호상이 되는 궤적의 반경) 에 대해, 1 개 실린더인 경우 (도 9 의 반경 r) 보다 작게 설정한 배치가 가능해지기 때문에 유압 실린더 (41A, 41B) 에 필요한 스트로크를 짧게 할 수 있다.
또, 스트로크가 짧은 유압 실린더 (41A, 41B) 는, 유압 실린더 자체가 소형화되기 때문에, 중량도 감소되어 경량화된 것이 된다. 이 때문에, 유압 실린더 (41A, 41B) 를 허브 (6) 의 내부에 수납하는 설치가 가능해져, 종래 필요했던 실린더용 관통공 등이 불필요해지고, 또한 트러니언부 그리고 트러니언 브라켓 구조 등도 간략화되기 때문에, 허브 (6) 의 전체 형상 및 구조를 단순화할 수 있다. 이와 같은 허브 (6) 의 단순화는, 기계 가공의 공정수 저감 등 비용 면에서 유리해진다.
또, 상기 서술한 1 쌍의 유압 실린더 (41A, 41B) 에 대해서는, 예를 들어 도 2 에 나타내는 바와 같이, 어느 1 개의 유압 실린더만을 역방향으로 배치 형성하는 변형예를 채용해도 된다. 이와 같은 변형예의 구성으로 해도, 상기 서술한 실 시형태와 동일한 링크 기구를 얻을 수 있다.
즉, 도 2 의 변형예에서는, 일방의 유압 실린더 (41B´) 가 좌우 역방향이 되고, 피스톤 로드 (42B) 의 선단부가 허브 (6) 측에 고정되어 요동 가능하게 지지된 점 (C2) 이 된다. 또한, 실린더 본체의 고정측 단부에 대해서는, 단면 (5a) 의 소정 위치에 고정된 스핀들과 요동 가능하게 연결되어 연결점 (P2) 이 된다.
상기 서술한 실시형태에서는, 1 쌍의 유압 실린더 (41A, 41B) 를 대략 평행하게 배치하고 있는데, 팔자형으로 배치하는 구성으로 해도 된다.
이와 같은 유압 실린더 (41A, 41B) 의 배치는, 실린더 설치 위치에 요구되는 기계 가공을 동 방향으로부터 실시할 수 있기 때문에, 기계 가공 공정의 간략화가 가능해진다. 즉, 2 지점의 가공면을 동 방향으로부터 기계 가공할 수 있기 때문에, 여분의 작업 공정을 저감시켜 가공 작업이 용이해져, 가공 시간도 단축할 수 있다.
또한, 유압 실린더 (41A, 41B) 를 평행 또는 팔자형으로 배치 형성한 구성은, 유압 실린더 (41A, 41B) 에 접속되는 유압 배관을 동 방향으로 모아 배치할 수 있다. 이 때문에, 배관 길이가 저감되고, 또한 배관 경로를 간략화할 수 있다.
또, 상기 서술한 유압 실린더 (41A, 41B) 는, 블레이드 (5) 의 회전 운동축 중심 위치가 되는 단면 (5a) 의 원 중심점 (o) 보다 나셀 (3) 측에 배치 형성되어 있다. 즉, 도 1 에 있어서는, 지면 우측에 나셀 (3) 이 존재하고 있기 때문에, 실린더 (41A, 41B) 의 동작 확인이나 유지보수를 실시할 때에는, 나셀 (3) 측으로부터 용이하게 접근하여 작업을 실시할 수 있다.
이하, 유압 실린더 (41A, 41B) 의 구체적 설치예에 대해, 도 5 내지 도 8 을 참조하여 설명한다.
도 5 는, 나셀 (3) 의 전방에 배치되어 있는 로터 헤드 (4) 와 로터 헤드 (4) 의 전방에 배치 형성되어 있는 드라이브 트레인 (10) 에 대해, 로터 헤드 커버 (도시 생략) 를 벗긴 상태의 내부 구성예를 나타내는 주요부의 확대 단면도이다.
본 실시형태의 드라이브 트레인 (10) 은, 로터 헤드 (4) 의 회전을 증속하여 발전기 (20) 에 전달하는 증속기 (30) 를 구비하고 있다. 이 경우의 증속기 (30) 는 스타형의 1 단 증속기이고, 도면 중의 부호 31 이 태양 기어, 부호 32 가 유성 기어이다. 스타형 증속기 (30) 에 있어서의 유성 기어 (32) 는, 고정측의 주축 (11) 에 지지되어 자유롭게 회전할 수 있으며, 외주측에서 로터 헤드 (4) 와 일체로 회전하는 케이싱 (33) 의 내주면에 형성된 기어부 (33a) 와 서로 맞물려 있다.
이 드라이브 트레인 (10) 은, 발전기 (20) 가 증속기 (30) 보다 나셀 (3) 측에 배치된 구성으로 된다. 그리고, 도시한 구성예에서는, 발전기 (20) 의 적어도 일부가 로터 헤드 (4) 의 내부에 위치하고 있고, 그 결과 드라이브 트레인 (10) 의 중심 위치가 나셀 (3) 측 (주베어링이 되는 베어링 (12A) 측) 에 가까워져 있다.
또한, 도면 중의 부호 12 는 베어링, 13 은 플렉시블 커플링, 21 은 고정자, 22 는 회전자이다.
이와 같이 구성된 로터 헤드 (4) 의 내부에는, 각 블레이드 (5) 의 피치 각 도를 독립적으로 제어하는 제어 장치 (40) 가 형성되어 있다. 그리고, 블레이드 (5) 를 선회 구동시키는 1 쌍의 유압 실린더 (41A, 41B) 는 로터 헤드 (4) 를 구성하는 허브 (6) 의 나셀 (3) 측에 배치 형성되어 있다.
따라서, 유압 실린더 (41A, 41B) 에 관한 유지보수 등의 작업을 실시할 때에는, 지주 (2) 를 통하여 용이하게 도달할 수 있는 나셀 (3) 측으로부터 접근할 수 있게 된다.
또, 도 6 에 나타내는 제 1 변형예의 드라이브 트레인 (10A) 에서는, 발전기 (20) 가 증속기 (30) 보다 나셀 (3) 측에 배치되는 것에 더하여, 발전기 (20) 와 증속기 (30) 의 일부가 로터 헤드 (4) 의 내부에 배치 형성되어 있다. 즉, 제 1 변형예의 구성은, 도 5 에 나타낸 실시형태의 드라이브 트레인 (10) 을 가능한 한 나셀 (3) 측으로 이동시키고, 발전기 (20) 의 전체 및 증속기 (30) 의 대부분을 로터 헤드 (4) 의 내부에 배치함으로써, 드라이브 트레인 (10A) 의 중심 위치를 보다 더 나셀 (3) 측에 접근시킨 것이다.
따라서, 상기 서술한 드라이브 트레인 (10, 10A) 은 케이싱 (33) 이 로터 헤드 (4) 와 동일 회전수로 회전하고, 케이싱 (33) 의 기어부 (33a), 유성 기어 (32) 및 태양 기어 (31) 의 기어비에 따라 태양 기어 (31) 가 증속된다. 이 경우의 회전자 (22) 는 태양 기어 (31) 와 동일한 축이기 때문에, 이 실시형태의 발전기 (20) 도, 고정자 (21) 와 로터 헤드 (4) 의 회전수로부터 증속되어 회전하는 회전자 (22) 사이에 전자 유도를 발생시켜 발전하도록 되어 있다.
이와 같이 구성된 드라이브 트레인 (10, 10A) 은, 발전기 (20) 가 증속기 (30) 보다 나셀 (3) 측에 배치되고, 적어도 일부가 로터 헤드 (4) 의 내부에 배치 되기 때문에, 드라이브 트레인 자체의 중심 위치를 나셀 (3) 측에 접근시킬 수 있다.
이 때문에, 베어링 (12A) 에 작용하는 모멘트가 저감되어 지지 구조를 경량화할 수 있다. 즉, 베어링 (12A) 을 지지하는 나셀 (3) 의 부하가 경감되어, 그 만큼 나셀 (3) 의 구조를 간략화하여 경량화할 수 있다. 또, 드라이브 트레인 (10, 10A) 에 대해서도, 주축 (11) 이 짧아질수록 경량이고 컴팩트한 구조로 할 수 있다.
또, 드라이브 트레인 (10, 10A) 의 유지보수나 기기 교환을 실시하는 경우에는, 로터 헤드 커버를 벗기면, 증속기 (30) 가 단부측에 존재한다. 증속기 (30) 는 발전기 (20) 와 비교하여 유지보수의 빈도나 기기 교환의 가능성이 높기 때문에, 발전기 (20) 측을 그대로 하여 작업을 실시할 수 있는 배치는 유지보수 등의 작업성 향상에도 유효하다.
또, 상기 서술한 드라이브 트레인 (10, 10A) 과 같이, 발전기 (20) 를 증속기 (30) 보다 나셀 (3) 측에 배치하는 구성은, 예를 들어 도 7 에 나타내는 제 2 변형예의 증속기 (30A) 나 도 8 에 나타내는 제 3 변형예의 증속기 (30B) 를 채용하는 등, 증속기나 발전기의 조합이 한정되지 않는다. 또한, 도 7 및 도 8 에 있어서, 상기 서술한 실시형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙여, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 7 에 나타내는 제 2 변형예에서는, 스타＋플레네터리형 2 단 증속기 (30A) 를 구비한 드라이브 트레인 (10B) 이 채용된다. 이 경우, 발전기 (20) 및 증속기 (30A) 의 약 절반 정도가 로터 헤드 (4) 내에 배치되어 있기 때문에, 중심 위치가 나셀 (3) 측에 가까워져 경량화나 컴팩트화가 가능해진다.
또, 이 드라이브 트레인 (10B) 에서는, 증속기 (30A) 가 단부측에 위치하기 때문에, 유지보수 등의 작업성도 양호하다.
또한, 도 8 에 나타내는 제 3 변형예에서는, 2 단 평행 기어를 조합하여 구성된 증속기 (30B) 를 구비한 드라이브 트레인 (10C) 이 채용되어 있다. 이 경우도, 발전기 (20) 및 증속기 (30B) 의 약 절반 정도가 로터 헤드 (4) 내에 배치되어 있기 때문에, 중심 위치가 나셀 (3) 측에 가까워져 경량화나 컴팩트화가 가능해진다. 또, 이 드라이브 트레인 (10C) 에서는, 증속기 (30B) 가 선단부측에 위치하고 있기 때문에, 유지보수 등의 작업성도 양호하다.
이와 같이, 본 발명의 제어 장치 (40) 는 블레이드 (5) 의 1 날개당 2 개의 유압 실린더 (41A, 41B) 를 사용하여 동작시키도록 구성하고, 피스톤 로드 (42A, 42B) 의 스트로크가 짧고 경량인 실린더 (41A, 41B) 를 사용해도 원하는 피치 각도 제어 범위를 확보할 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 제어 장치 (40) 는 큰 스트로크의 유압 실린더를 필요로 하기 때문에 스페이스가 없는 종래 구성에서는 실현이 곤란하였던 드라이브 트레인의 구성, 즉 발전기 (20) 및/또는 증속기 (30) 의 적어도 일부를 로터 헤드 (4) 내에 수납하는 드라이브 트레인의 구성 (도 5 내지 도 8 을 참조) 에 대해, 실현을 용이하게 한다.
이와 같이, 상기 서술한 본 발명의 블레이드 피치 각 제어 장치는, 로터 헤 드 (4) 를 구성하는 허브 (6) 의 제조에 요구되는 기계 가공을 경감시킬 수 있고, 또한 유압 실린더 (41A, 41B) 의 실린더 단체 중량 경감에 의해 유지보수성이 향상된다.
그리고, 상기 서술한 블레이드 피치 각 제어 장치를 구비한 풍력 발전 장치 (1) 는, 스트로크가 짧고 경량인 유압 실린더 (41A, 41B) 를 블레이드 1 날개당 2 개 사용하여 동작시키고, 각 블레이드 (5) 에 대해 원하는 피치 각도 제어 범위를 확보할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 서술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 적절히 변경할 수 있다.

Claims (6)

  1. 복수 개의 블레이드를 갖는 풍력 발전 장치에 사용되고, 각 블레이드의 피치 각도를 개별적으로 제어하는 실린더를 구비하고 있는 블레이드 피치 각도 제어 장치로서,
    상기 블레이드의 피치각을 조정 가능하게 하는 베어링이 형성된 허브와,
    상기 블레이드의 피치 각도를 제어하기 위한 2 개의 유압 실린더와,
    상기 2 개의 유압 실린더에 각각 삽입되고, 상기 유압 실린더에 각각 공급되는 유압에 의해 상기 유압 실린더에 대해 각각 신축이 가능한 2 개의 피스톤 로드를 구비하고,
    상기 2 개의 유압 실린더 각각의 일단이 요동 가능하게 상기 허브에 접합되고,
    상기 2 개의 피스톤 로드 각각의 일단이 요동 가능하게 상기 블레이드에 접합되고,
    상기 2 개의 피스톤 로드가 상기 블레이드에 각각 접합되는 위치는, 상기 블레이드의 회전축 중심 위치에 대해 점대칭인 것을 특징으로 하는 블레이드 피치 각도 제어 장치.
  2. 복수 개의 블레이드를 갖는 풍력 발전 장치에 사용되고, 각 블레이드의 피치 각도를 개별적으로 제어하는 실린더를 구비하고 있는 블레이드 피치 각도 제어 장치로서,
    상기 블레이드의 피치각을 조정 가능하게 하는 베어링이 형성된 허브와,
    상기 블레이드의 피치 각도를 제어하기 위한 2 개의 유압 실린더와,
    상기 2 개의 유압 실린더 중 일방에 삽입되고, 그 일방의 유압 실린더에 공급되는 유압에 의해 그 일방의 유압 실린더에 대해 신축이 가능한 하나의 피스톤 로드와,
    상기 2 개의 유압 실린더 중 타방에 삽입되고, 그 타방의 유압 실린더에 공급되는 유압에 의해 그 타방의 유압 실린더에 대해 신축이 가능한 다른 하나의 피스톤 로드를 구비하고,
    상기 일방의 유압 실린더 및 상기 다른 하나의 피스톤 로드의 일단이 요동 가능하게 상기 허브에 접합되고,
    상기 하나의 피스톤 로드 및 상기 타방의 유압 실린더의 일단이 요동 가능하게 상기 블레이드에 접합되고,
    상기 하나의 피스톤 로드가 상기 블레이드에 접합되는 위치와, 상기 타방의 유압 실린더가 상기 블레이드에 접합되는 위치는, 상기 블레이드의 회전축 중심 위치에 대해 점대칭인 것을 특징으로 하는 블레이드 피치 각도 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 2 개의 유압 실린더를 상기 블레이드 회전 운동축 중심 위치로부터 나셀측으로 배치 형성한 것을 특징으로 하는 블레이드 피치 각도 제어 장치.
  4. 복수 개의 블레이드를 가지고, 각 블레이드의 피치 각도를 개별적으로 제어하는 제 1 항 내지 제 2 항 중 어느 한 항에 기재된 블레이드 피치 각도 제어 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  5. 복수 개의 블레이드를 가지고, 각 블레이드의 피치 각도를 개별적으로 제어하는 제 3 항에 기재된 블레이드 피치 각도 제어 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 일방의 유압 실린더 및 상기 다른 하나의 피스톤 로드의 일단이 상기 허브에 접합되는 위치는, 상기 블레이드의 회전 운동축 중심 위치로부터 나셀측인 것을 특징으로 하는 블레이드 피치 각도 제어 장치.
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