KR101229782B1 - 별도의 전력발생장치 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 시스템 및 그 시스템을 이용한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 방법 - Google Patents

별도의 전력발생장치 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 시스템 및 그 시스템을 이용한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 방법 Download PDF

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Abstract

별도의 전력발생장치 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 시스템 및 그 시스템을 이용한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정시스템에 있어서, 상기 블레이드의 중심축 전방에 구비된 보조 회전축 및 상기 보조 회전축에 연결된 복수의 보조블레이드를 구비하여 상기 풍력 발전기에 공급되는 풍력을 이용하여 상기 블레이드 회전과 별도로 상기 보조블레이드의 회전에 의해 별도의 전력을 발생시키는 전력발생장치; 블레이드 내부에 구비되고, 상기 전력발생장치에 의해 발생된 상기 전력을 공급받아, 상기 블레이드의 온도, 변형률, 진동 및 상기 블레이드에 인가되는 압력 중 적어도 어느 하나를 측정하는 측정수단; 및 측정수단으로부터 측정된 측정 데이터를 저장하고, 상기 측정데이터를 분석하는 분석수단을 포함하고, 상기 전력발생장치는 상기 보조 회전축에 연결된 기어를 내부에 구비하는 기어박스 및 상기 기어박스와 연결되어 상기 기어의 회전에 따라 전력을 발생시키는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 별도의 전력발생장치 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 시스템에 관한 것이다.

Description

별도의 전력발생장치 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 시스템 및 그 시스템을 이용한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 방법{System and Method of Measuring Parameters of Wind Power Genernator Blade including Separated Power Genernator}
본 발명은 별도의 전력발생장치 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 시스템 및 그 시스템을 이용한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 블레이드의 회전에 따른 주 전력 발생과 별도로 블레이드 일측에 소형의 전력발생장치를 구비하여 보다 용이하게 블레이드 내부에 설치된 측정수단에 전력을 공급할 수 있는 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전기는 회전축을 중심으로 블레이드가 회전하면서 바람에너지(풍력)를 전기에너지로 바꾸는 발전 방식으로서, 이론상 약 59%만이 전기에너지로 전환이 가능하나, 기계적인 마찰이나 발전기의 효율 및 날개의 형상 등의 요인에 의해 20 내지 40% 정도만이 전기에너지로 전환되고 있다.
도 1은 통상의 풍력발전기(1)의 정면도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 특정 형성을 갖는 블레이드(10)는 회전축(11)을 중심으로 풍력에 의해 회전 가능한 구조를 가지고 있음을 알 수 있다. 이러한 풍력발전기에 따른 시스템은 블레이드(10) - 동력전달장치(미도시) - 발전기(도 1에서는 미도시) - 소비자로 연결되는 흐름을 가지며, 크게 기계장치부와, 전기장치부 및 제어장치부로 구성된다.
그러나 풍력발전기(1)에 있어서, 풍력발전기(1)의 개발, 제작 및 유지를 위해서는 풍력에 의해 회전하는 블레이드(10)의 물리적 거동 즉 블레이드의 회전속도, 블레이드(10)에 가해지는 압력, 블레이드(10)의 온도, 블레이드(10)의 변형률 및 블레이드(10)의 파손여부 등을 실시간으로 측정하여야 한다.
따라서, 블레이드(10)의 내부에, 도 1에 도시된 바와 같이, 측정장치(70), 즉, 스트레인 게이지 등의 힘센서, 온도센서, 압력센서, 진동센서를 설치하여 각각의 센서에 따른 블레이드(10)의 측정데이터를 실시간으로 얻어 저장 후 분석수단에 의해 블레이드의 물리적 거동에 따른 정보를 얻게 된다.
블레이드는 회전하는 물체로서, 종래, 이러한 측정수단(70)에 공급되는 전력은 슬립링(미도시)이라는 기계적인 접촉방법을 사용하여 공급되고 있다. 종래 기술에 따른 슬립링을 구비하는 풍력발전기(1)는 바람의 세기와 방향에 따라 블레이드의 피치를 조절하는데 필요한 전원과 신호를 슬립링에서 공급하게 되는데, 이러한 블레이드의 피치 조절은 바람의 방향이나 세기에 따른 효과적인 발전을 위하여 필요한 것이다.
종래에는 이러한 슬립링을 이용하여 측정수단(70)에 전력을 공급하여 블레이드(10)의 물리적 거동을 측정하였으나, 슬립링은 채널이 한정되어 있고, 고가이며, 다량의 데이터를 측정하여 전송하기에는 한도가 있으며, 그 구조가 복잡하다는 문제가 존재한다. 따라서, 슬립링에 따른 전력을 공급받는 구조가 아닌, 별도의 전력발생, 공급장치를 구비하여 보다 용이하게 측정수단(70)에 전력을 공급하기 위한 시스템 및 방법이 요구되었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일실시예에 따르면, 통상의 풍력발전기의 블레이드 회전에 따른 주 발전과 독립적으로 별도의 소형 전력발생장치를 블레이드 내부면, 회전축 전방 또는 외주면 등에 구비하여, 풍력발전기의 주 발전에 전혀 영향을 주지않으면서, 복잡한 구성없이 손쉽게 소량의 전력을 생산하여 생산된 전력을 블레이드 내부에 설치된 측정수단에 공급하여 블레이드의 물리적 거동을 용이하게 측정 분석가능한 시스템 및 방법을 제공하게 된다.
본 발명의 제1실시예에 따르면 블레이드의 회전을 이용하여 독립적으로 블레이드 내부면에 회전체와 기어, 발전기 등을 구비하여 별도의 구동전력이 필요없이 블레이드 회전에 따라 기어를 회전시켜 손쉽게 소량의 측정수단에 필요한 전력을 생산하게 된다. 또한, 본 발명의 제2실시예에 따르면 주 회전축 전방에 별도의 보조 블레이드를 설치하여 주 블레이드의 주발전 생산에 영향을 주지않으면서 독립적으로 전력을 생산할 수 있게 된다. 마지막으로 제3실시예에 따르면 블레이드의 전방 또는 후방 외부면 태양광솔라셀을 설치하여 블레이드 회전에 따른 주 발전과 독립적으로 태양에너지를 전기에너지로 전환하여 발생된 전력을 이용하여 측정수단에 공급가능한 블레이드의 물리적 거동을 용이하게 측정 분석가능한 시스템 및 방법을 제공하게 된다.
본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.
본 발명의 제1목적은 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정시스템에 있어서, 블레이드 내부 일측에 구비되어, 풍력에 의한 블레이드의 회전을 이용하여, 풍력에 따른 블레이드의 회전에 따른 발전과 별도의 전력을 발생시키는 전력발생장치; 블레이드 내부에 구비되고, 전력발생장치에 의해 발생된 전력을 공급받아 블레이드의 물리적 파라미터를 측정하는 측정수단; 및 측정수단으로부터 측정된 측정 데이터를 저장하고, 측정데이터를 분석하여 블레이드의 물리적 정보를 획득하는 분석수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 별도의 전력발생장치 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 시스템으로 달성될 수 있다.
또한, 전력발생 장치는 블레이드 내면 일측에 고정설치된 기어박스;기어박스 내부에 구비된 기어 중심에 설치된 중심축; 연결부재에 의해 중심축과 연결되고 소정의 무게를 갖는 회전체; 및 블레이드가 특정 회전속도로 회전함에 따라 회전체는 회전되지 않고, 중심축을 중심으로 기어가 회전함에 따라 구동되어 전력을 발생시키는 발전기;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 회전체는 300 ~ 900g의 추인 것을 특징으로 할 수 있다.
풍력에 따른 블레이드의 회전속도가 임계속도 이하일 때, 발전기에서 전력이 발생되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은, 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정시스템에 있어서, 블레이드의 중심축 전방에 구비된 보조 회전축 및 보조 회전축에 연결된 복수의 보조블레이드를 구비하여 풍력 발전기에 공급되는 풍력을 이용하여 블레이드 회전과 별도로 보조블레이드의 회전에 의해 별도의 전력을 발생시키는 전력발생장치; 블레이드 내부에 구비되고, 전력발생장치에 의해 발생된 전력을 공급받고, 블레이드의 물리적 파라미터를 측정하기 위한 측정수단; 및 측정수단으로부터 측정된 측정 데이터를 저장하고, 측정데이터를 분석하여 블레이드의 물리적 정보를 획득하는 분석수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 별도의 전력발생장치 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 시스템으로 달성될 수 있다.
보조블레이드의 길이는 80cm ~ 350cm 인 것을 특징으로 할 수 있다.
전력발생장치는 보조 회전축에 연결된 기어를 내부에 구비하는 기어박스 및 기어박스와 연결되어 기어의 회전에 따라 전력을 발생시키는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제3목적은 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정시스템에 있어서, 블레이드의 외면 설치되어 태양 에너지를 흡수하는 태양광용 솔라셀, 흡수된 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전기를 포함하여, 풍력에 따른 블레이드의 회전에 따른 발전과 별도의 전력을 발생시키는 전력발생장치; 블레이드 내부에 구비되고, 전력발생장치에 의해 발생된 전력을 공급받고, 블레이드의 물리적 파라미터를 측정하기 위한 측정수단; 및 측정수단으로부터 측정된 측정 데이터를 저장하고, 측정데이터를 분석하여 블레이드의 물리적 정보를 획득하는 분석수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 별도의 전력발생장치 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 시스템으로 달성될 수 있다.
태양광용 솔라셀은 블레이드의 전방 외주면 및 후방 외주면 중 적어도 어느 하나에 복수로 구비된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1목적 내지 제3목적에서 측정수단은 블레이드에 인가되는 압력값을 측정하는 압력 센서, 블레이드의 진동을 측정하는 진동 센서, 블레이드의 온도를 측정하는 온도센서, 블레이드의 변형률을 측정하는 힘센서 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
측정수단에서 측정된 측정데이터를 분석 수단에 전송하는 무선 송수신장치를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
전력발생장치에서 발생된 전력을 저장하는 전력저장부 및 전력저장부에 저장된 전력을 측정수단에 공급하는 전력공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 카테고리로서 제4목적은 상기 제1목적에 따른 측정시스템을 이용한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정방법에 있어서, 풍력 발전기의 블레이드 전방으로 풍력이 인가되는 단계; 풍력에 의해 블레이드가 회전을 시작하고, 블레이드가 임계 속도 이하로 회전하는 단계; 블레이드 내부에 구비된 전력발생장치에 구비된 회전체가 회전하지 않고, 회전체의 중심축에 연결된 기어가 회전되고, 기어의 회전에 의해 발전기가 구동되어 전력이 발생되는 단계; 전력발생장치에서 발생된 전력이 블레이드 내부면 일측에 설치된 측정수단에 공급되는 단계; 전력을 공급받은 측정수단에서 실시간으로 블레이드의 물리적 파라미터를 측정하여 측정데이터를 얻는 단계; 및 분석수단이 측정수단에서 측정된 측정데이터를 전송받아 측정 데이터를 저장하고, 측정데이터를 분석하여 블레이드의 물리적 정보를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 별도의 전력발생장치 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 방법으로 달성될 수 있다.
또 다른 카테고리로서 제5목적은 제2목적에 따른 측정시스템을 이용한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정방법에 있어서, 풍력 발전기의 블레이드 전방으로 풍력이 인가되는 단계; 블레이드와 별도로 블레이드의 길이보다 길이가 작고, 전력발생장치를 구성하는 보조블레이드가 풍력에 의해 회전되는 단계; 보조블레이드와 연결된 기어가 회전되고, 기어의 회전으로 발전기에 의해 전력이 발생되는 단계; 전력발생장치에서 발생된 전력이 블레이드 내부면 일측에 설치된 측정수단에 공급되는 단계; 전력을 공급받은 측정수단에서 실시간으로 블레이드의 물리적 파라미터를 측정하여 측정데이터를 얻는 단계; 및 분석수단이 측정수단에서 측정된 측정데이터를 전송받아 측정 데이터를 저장하고, 측정데이터를 분석하여 블레이드의 물리적 정보를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 별도의 전력발생장치 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 방법으로 달성될 수 있다.
또 다른 카테고리로서 제6목적은 상기 제3목적에 따른 측정시스템을 이용한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정방법에 있어서, 블레이드의 전방면 및 후방면 중 적어도 어느 하나에 구비되고, 전력발생장치를 구성하는 태양광용 솔라셀에서 태양에너지를 흡수하고, 변환기에서 태양광 솔라셀에 의해 흡수된 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 전력을 발생시키는 단계; 전력발생장치에서 발생된 전력이 블레이드 내부면 일측에 설치된 측정수단에 공급되는 단계; 전력을 공급받은 측정수단에서 실시간으로 블레이드의 물리적 파라미터를 측정하여 측정데이터를 얻는 단계; 및 분석수단이 측정수단에서 측정된 측정데이터를 전송받아 측정 데이터를 저장하고, 측정데이터를 분석하여 블레이드의 물리적 정보를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 별도의 전력발생장치 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 방법으로 달성될 수 있다.
그리고, 측정데이터 얻는 단계에서, 압력센서에 의해 블레이드에 입력되는 압력값을 측정하는 단계, 진동센서로 블레이드의 진동을 측정하는 단계, 온도센서로 블레이드의 온도를 측정하는 단계, 힘센서로 블레이드의 변형률을 측정하는 단계 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 측정데이터 얻는 단계 후에 무선 송수신장치에 의해 측정수단에서 측정된 측정데이터를 분석 수단에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
측정수단에 공급되는 단계는, 전력저장부에서 전력발생장치에서 발생된 전력을 저장하는 단계 및 측정수단에 전력 공급이 필요한 경우, 전력저장부에 저장된 전력을 측정수단에 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
따라서, 상기 설명한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따르면, 통상의 풍력발전기의 블레이드 회전에 따른 주 발전과 독립적으로 별도의 소형 전력발생장치를 블레이드 내부면, 회전축 전방 또는 외주면 등에 구비하여, 풍력발전기의 주 발전에 전혀 영향을 주지않으면서, 복잡한 구성없이 손쉽게 소량의 전력을 생산하여 생산된 전력을 블레이드 내부에 설치된 측정수단에 공급할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 제1실시예에 따르면 블레이드의 회전을 이용하여 독립적으로 블레이드 내부면에 회전체와 기어, 발전기 등을 구비하여 별도의 구동전력이 필요없이 블레이드 회전에 따라 기어를 회전시켜 손쉽게 소량의 측정수단에 필요한 전력을 생산할 수 있는 효과를 갖는다.
그리고, 본 발명의 제2실시예에 따르면 주 회전축 전방에 별도의 보조 블레이드를 설치하여 주 블레이드의 주 발전 생산에 영향을 주지않으면서 독립적으로 전력을 생산할 수 있는 효과를 갖게 된다. 마지막으로 제3실시예에 따르면 블레이드의 전방 또는 후방 외부면 태양광 솔라셀을 설치하여 블레이드 회전에 따른 주 발전과 독립적으로 태양에너지를 전기에너지로 전환하여 발생된 전력을 이용하여 측정수단에 공급 가능한 효과를 갖게 된다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.
도 1은 통상의 풍력발전기의 정면도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 별도의 전력발생장치를 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 시스템의 구성을 나타낸 블록도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 별도의 전력발생장치를 구비한 풍력 발전기의 부분 사시도,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 전력발생장치가 설치된 블레이드(10) 내부면의 정면도,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 전력발생장치가 설치된 블레이드 내부면의 단면도,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 전력발생장치에서 회전체의 거동을 나타내기 위해 모식적으로 도시된 블레이드 내부면의 정면도,
도 7a는 본 발명의 제1실시예에 따라 풍력발전기의 회전축 중심에서 전력발생장치의 중심축까지의 거리(l1)가 3m이고, 중심축에서 회전체 중심까지의 거리(l2)가 15cm이고, 회전체의 무게가 500g 일 때, 블레이드의 각속도(w)가 0.1Hz일 때, 회전체의 시간에 따른 거동(Θ(t)) 그래프,
도 7b는 본 발명의 제1실시예에 따른 블레이드의 각속도(w)가 1.5Hz일 때, 회전체의 시간에 따른 거동(Θ(t)) 그래프,
도 7c는 본 발명의 제1실시예에 따른 블레이드의 각속도(w)가 1.7Hz일 때, 회전체의 시간에 따른 거동(Θ(t)) 그래프,
도 7d는 본 발명의 제1실시예에 따른 블레이드의 각속도(w)가 3Hz일 때, 회전체의 시간에 따른 거동(Θ(t)) 그래프,
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 별도의 전력발생장치를 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 방법의 흐름도,
도 9는 제2실시예에 따른 별도의 전력발생장치를 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 시스템의 부분 사시도,
도 10은 제2실시예에 따른 별도의 전력발생장치를 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 시스템의 부분 정면도,
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 별도의 전력발생장치를 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 방법의 흐름도,
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 전력발생장치가 구비된 풍력발전기 블레이드의 파라미터 측정시스템의 부분 사시도,
도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 전력발생장치가 구비된 풍력발전기 블레이드의 파라미터 측정시스템의 부분 정면도,
도 14는 본 발명의 제3실시예에 따른 별도의 전력발생장치를 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
<본 발명의 일실시예에 따른 측정 시스템의 구성>
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 별도의 전력발생장치(20)를 구비한 풍력 발전기 블레이드(10)의 파라미터 측정 시스템(2)의 구성에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 별도의 전력발생장치(20)를 구비한 풍력 발전기 블레이드(10)의 파라미터 측정 시스템(2)의 구성을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 별도의 전력발생장치(20) 구비한 풍력 발전기 블레이드(10)의 파라미터 측정 시스템(2)은 풍력발전기의 일측에 별도로 구비된 전력발생장치(20), 전력저장부(50), 전력공급부(60), 블레이드(10)의 물리적 거동(파라미터)을 측정하는 측정수단(70), 송수신장치(80), 분석수단(90)을 포함하고 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 측정시스템(2)은 풍력발전기에 의해 생산되는 전력과 독립적으로 전력을 발생시키는 전력발생장치(20)를 구비하고 있다. 이러한 전력발생장치(20)는 블레이드(10) 내부면, 외부면 등에 설치되며, 구체적인 구성과 작용은 이하에서 상세히 설명하도록 한다. 전력발생장치(20)에 의해 독립적으로 생산된 전력은 배터리 등으로 구성된 전력저장부(50)에 저장된다.
전력저정부는 전력발생장치(20)와 연결되어 실시간으로 생산된 전력을 저장하게 된다. 그리고, 블레이드(10) 일측에 설치되어 실시간으로 블레이드(10)의 회전속도, 인가되는 압력, 온도, 변형률 등의 물리적 거동을 측정하는 측정수단(70)에서 전력을 필요로 하는 경우, 전력저장부(50)에 연결된 전력공급부(60)에서 측정수단(70)으로 전력을 공급하게 된다.
측정수단(70)은 전력발생장치(20)에 의해 생산된 전력을 전력공급부(60)로부터 공급받아 실시간으로 블레이드(10)의 물리적 거동을 측정하게 된다. 측정수단(70)은 블레이드(10)의 물리적 거동을 측정할 수 있는 모든 수단과 기능을 포함한다. 따라서, 당해 기술분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 치환, 변경할 수 있는 범위 내에서는 모두 본 발명의 권리범위 내에 속함을 물론이고, 구체적인 측정수단(70)의 종류, 상표, 제작방법 등은 본 발명의 권리범위에 영향을 미치지 않는다.
측정수단(70)은 구체적으로, 스트레인 게이지 등의 힘센서, 압력센서, 온도센서, 진동센서 등으로 구성될 수 있다. 따라서, 압력센서는 블레이드(10)가 현재 인가받고 있는 압력을 측정하게 된다. 즉, 풍력의 정도가 어느 정도 되는지 등을 측정하게 된다. 또한, 힘 센서는 블레이드(10)에 인가되는 힘과 함께, 블레이드(10)의 변형률 및 크랙 등의 파손여부를 실시간으로 측정하게 된다. 그리고, 온도센서는 블레이드(10)의 온도를 측정하고, 진동센서는 풍력인가에 의한 블레이드(10)의 진동에 따른 진동주파수를 실시간으로 측정하게 된다. 즉, 측정센서는 블레이드(10)에 대한 다양한 파라미터를 측정하게 된다.
그리고, 측정수단(70)에 연결된 무선 송수신장치(80)는 측정수단(70)에서 실시간으로 측정된 측정데이터를 외부에 구비된 분석수단(90)에 전송하게 된다. 본 발명의 송수신장치(80)는 측정데이터를 외부에 설치된 분석수단(90)에 전송하는 기능 자체를 청구한 것으로, 구체적인 구성 및 종류 등은 본 발명의 권리범위에 영향을 미쳐서는 아니된다. 무선 송수신장치(80)에 의해 측정데이터는 분석수단(90)에서 전송받게 되다.
분석수단(90)은 측정된 측정데이터를 이용하여 블레이드(10)의 회전속도, 블레이드(10)의 가동여부, 블레이드(10)의 파손 여부 등에 대해 분석하게 된다. 즉, 블레이드(10)의 물리적 거동에 대해 분석작업을 하게 된다. 분석수단(90)에서 블레이드(10)의 물리적 거동에 따른 정보인 분석 데이터를 얻게 되고, 나아가 분석 데이터를 제어 시스템 등에 전송하여 블레이드(10)의 구동 등을 제어시스템에서 제어할 수 있게 한다.
< 제1실시예 >
이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 별도의 전력발생장치(20)를 구비한 풍력 발전기 블레이드(10)의 파라미터 측정 시스템(2)에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 별도의 전력발생장치(20)를 구비한 풍력 발전기의 부분 사시도를 도시한 것이다.
본 발명의 제1실시예와 이하에 설명될 제2실시예 및 제3실시예에서, 전력발생장치(20)의 구성은 상이하나, 앞서 설명한 전력저장부(50), 전력공급부(60), 측정수단(70), 무선 송수신장치(80), 분석수단(90)의 구성은 기본적으로 동일하게 구성된다. 따라서, 전력발생장치(20)의 구성을 중심으로 설명하도록 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 전력발생장치(20)는 블레이드(10) 내부면에 구비되어 있다. 블레이드(10)는 소정두께를 갖는 외부판으로 구비되고, 내부는 빈공간을 포함하고 있다. 따라서, 전력발생장치(20)는 풍력발전기의 회전축(11)에서 소정거리 이격되어 전방 또는 후방의 내부면에 설치된다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 전력발생장치(20)가 설치된 블레이드(10) 내부면의 정면도를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 전력발생장치(20)는 기어박스에 구비된 기어(24)와 중심축(23), 회전체(21) 및 회전체(21)와 중심축(23)을 연결하는 연결부재(22)를 포함한다. 따라서, 블레이드(10)가 서서히 회전하기 시작하면 초기단계에서는 회전체(21)도 같이 회전하게 된다.
그러나, 블레이드(10)가 일정 속도로 회전하게 되면, 회전체(21)는 더 이상 회전하지 않고(미세한 거동은 존재할 수 있다), 중심축(23)에 연결된 기어(24)가 상대적으로 회전하게 된다. 즉, 블레이드(10)가 1회전 할 때, 기어(24) 역시 1회전하게 된다. 회전체(21)는 회전체(21)의 무게와 블레이드(10) 회전에 따른 원심력이 평행을 이룬 위치에서 정지하게 되고, 중심축(23)에 연결된 기어(24)가 회전하여 모터 등으로 구성된 발전기가 구동되어 전력을 생산하게 된다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 전력발생장치(20)가 설치된 블레이드(10) 내부면의 단면도를 도시한 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 구체적 실시예에서 회전체(21)는 구 형상의 추를 사용하였으나, 구 형상으로 한정되는 것은 아니고, 중심축(23)과 연결되어 회전가능한 구조라면 그 구체적인 형상 등은 본 발명의 권리범위에 영향을 미치지 않는다. 구체적 실시예에 따른 회전체(21)는 무게가 약 300~900g정도이다. 그리고, 중심축(23)과 회전체(21) 사이에 연결부재(22)가 구비되고, 중심축(23)은 기어박스에 구비된 기어(24)의 중심과 결합되어 있다.
따라서, 블레이드(10)가 일정 속도로 회전하게 되면, 회전체(21)는 더 이상 회전하지 않고, 기어박스에 구비된 중심축(23)과 연결된 기어(24)가 회전하게 된다. 앞서 설명한 바와 같이, 블레이드(10)가 1회전 하는 경우, 중심축(23)과 연결된 기어(24) 역시, 1회전하게 된다. 그리고, 기어 박스 내부에 구비된 또 다른 기어(24)들이 맞물려 구동하게 되고, 기어(24)들의 구동에 의해, 발전기에 구비된 모터가 회전되어 전력을 생산하게 된다. 제1실시예에 따라 별도로 생산되는 전력은 약 30 ~ 50W 정도이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 전력발생장치(20)에서 회전체(21)의 거동을 나타내기 위해 모식적으로 도시된 블레이드(10) 내부면의 정면도를 도시한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 풍력발전기의 회전축(11) 중심으로부터 소정의 이격거리(l1)를 갖고 설치된 중심축(23)과 연결부재(22)에 의해 중심축(23)과 연결된 회전체(21)가 모식적으로 도시되어 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 블레이드(10)가 특정 임계속도 이하의 각속도(w)로 일정하게 회전하게 되면(도 6에서는 시계방향), 회전체(21)는 더 이상 회전하지 않고, 회전체(21)의 무게와 원심력이 평형을 이루는 위치에 존재하게 된다(회전체(21)가 회전하지는 않으나, 미세한 좌우진동은 존재한다.). 따라서, 회전체(21)는 블레이드(10)의 회전을 따라 회전되지 않으나, 상대적으로 중심축(23)에 연결된 기어(24)는 블레이드(10)의 회전방향과 반대방향(도 6을 기준으로 시계 반대방향)으로 상대적인 회전을 하게 된다.
이러한 회전체(21)의 거동은 이하의 수학식 1에 의해 정의되는 회전체(21)의 각가속도(Θ``(t))에 의해 해석될 수 있다.
Figure 112012080756531-pat00001
수학식 1에서, Θ(t)는 시간에 따른 수직면에서의 회전체(21)의 각도이다. 즉,Θ(t)는 시간에 따른 회전체(21)의 거동을 의미하게 된다. Θ``(t)는 시간에 관한 Θ(t)의 이차 미분, 즉, 회전체(21)의 각가속도에 해당하게 된다. 그리고, w는 풍력발전기 블레이드(10)의 각속도이다. 또한, l1은 풍력발전기의 회전축(11) 중심에서 전력발생장치(20)의 중심축(23)까지의 거리이고, l2는 중심축(23)에서 회전체(21) 중심까지의 거리이다. 따라서, 상기의 수학식 1에서 나타난 미분 방정식을 수치해석적으로 해(Θ(t))를 구하게 되면 시간에 따른 회전체(21)의 거동(Θ(t))을 알 수 있게 된다.
즉, 블레이드(10)의 각속도에 대해 회전체(21)가 블레이드(10)와 같이 회전을 하게 되는지, 아니면 회전하지 않은 채, 좌우 진동만을 하게 되는지를 알 수 있게 된다. 앞서 설명한 바와 같이, 회전체(21)가 블레이드(10)와 같이 회전하게 되면 기어(24)는 회전되지 않아 전력을 생산하지 않지만, 회전체(21)가 회전하지 않는 경우, 기어(24)의 회전에 의해 전력을 생산할 수 있게 된다.
도 7a는 본 발명의 제1실시예에 따라 풍력발전기의 회전축(11) 중심에서 전력발생장치(20)의 중심축(23)까지의 거리(l1)가 3m이고, 중심축(23)에서 회전체(21) 중심까지의 거리(l2)가 15cm이고, 회전체(21)의 무게가 500g 일 때, 블레이드(10)의 각속도(w)가 0.1Hz일 때, 회전체(21)의 시간에 따른 거동(Θ(t)) 그래프를 도시한 것이고, 도 7b는 본 발명의 제1실시예에 따른 블레이드(10)의 각속도(w)가 1.5Hz일 때, 회전체(21)의 시간에 따른 거동(Θ(t)) 그래프를 도시한 것이다. 또한, 도 7c는 본 발명의 제1실시예에 따른 블레이드(10)의 각속도(w)가 1.7Hz일 때, 회전체(21)의 시간에 따른 거동(Θ(t)) 그래프를 도시한 것이고, 도 7d는 본 발명의 제1실시예에 따른 블레이드(10)의 각속도(w)가 3Hz일 때, 회전체(21)의 시간에 따른 거동(Θ(t)) 그래프를 도시한 것이다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 블레이드(10)의 회전속도가 0.1Hz인 경우, 회전체(21)는 아주 미세하게 흔들림이 있을 뿐, 회전하지 않는다. 따라서, 이러한 경우, 전력이 생산되게 된다. 또한, 도 7b 역시, 블레이드(10)의 회전속도가 1.5Hz인 경우, 회전체(21)는 도 7a에 비하여 크게 흔들림이 존재하나, 회전하지는 않는다. 따라서, 이러한 경우 역시 전력이 생산되게 된다.
그러나, 도 7c에 도시된 바와 같이, 블레이드(10)의 회전속도가 1.7Hz이 되는 경우, 블레이드(10)의 회전에 따라 회전체(21) 역시 회전하게 됨을 알 수 있다. 그리고 도 7d에 도시된 바와 같이, 블레이드(10)의 회전속도가 3Hz이 되는 경우, 블레이드(10)의 회전에 따라 회전체(21)는 블레이드(10)의 회전속도와 거의 동일하게 회전됨을 알 수 있다.
따라서, 구체적 실시예에 따른 1.5Hz와 1.7Hz에서 임계 회전속도가 됨을 알 수 있고, 이러한 임계속도 이상으로 블레이드(10)가 회전되면 블레이드(10)의 회전과 함께 회전체(21) 역시 회전하게 되어 기어(24)는 좌표계를 기준으로 정지 상태에 있게 되므로 더 이상 전력을 생산하지 않게 된다.
따라서, 기어(24)의 구동에 따른 발전기(25)의 발전을 위해서는 임계속도(각속도) 이하로 블레이드(10)가 회전하여야 한다. 앞서 설명한 구체적 실시예에서는 블레이드(10)는 1.5Hz이하의 회전에서, 원활한 발전이 이루어지며, 1.7Hz 이상이 되면 회전체(21)와 블레이드(10) 간에 회전속도에 차이는 있지만 블레이드(10)의 l회전에 따라 회전체(21) 역시 회전하게 되어 발전효율이 떨어지며 3Hz 이상이 되면 더 이상 거의 전력을 생산할 수 없게 된다.
이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 별도의 전력발생장치(20)를 구비한 풍력 발전기 블레이드(10)의 파라미터 측정 방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 별도의 전력발생장치(20)를 구비한 풍력 발전기 블레이드(10)의 파라미터 측정 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
풍력 발전기의 블레이드(10) 전방에서 풍력이 인가되게 되면, 인가된 풍력에 의해 블레이드(10)가 회전을 시작하게 된다(S1). 회전이 시작하게 되면 전력발생장치(20)의 회전체(21) 역시 거동을 시작하게 된다. 그리고, 일정 시간이 흐른 뒤, 블레이드(10)는 임계 속도 이하로 비교적 일정한 회전속도로 회전하게 된다(S2).
임계속도 이하로 블레이드(10)가 일정하게 회전하게 되면 블레이드(10) 내부에 구비된 전력발생장치(20)에 포함된 회전체(21)가 블레이드(10)와 함께 회전하지 않게 된다. 즉, 좌우로 진동은 존재할 수 있으나, 중심축(23)을 중심으로 회전하지는 않는다. 따라서, 회전체(21)의 중심축(23)에 연결된 기어(24)가 상대적으로 회전하게 되고, 기어(24)의 회전에 의해 발전기(25) 모터가 구동되어 전력이 발생되게 된다(S3). 그리고, 발생된 전력은 전력저장부(50)에서 저장되게 된다.
그리고, 측정수단(70)에 전력을 공급할 필요가 있는 경우(S4), 전력발생장치(20)에서 발생된 전력이 전력공급부(60)에 의해 블레이드(10) 내부면에 설치된 측정수단(70)에 공급되게 된다(S5). 전력을 공급받은 측정수단(70)은 실시간으로 블레이드(10)의 물리적 파라미터를 측정하여 측정데이터를 얻게 된다(S6). 앞서 설명한 바와 같이, 측정수단(70)은 구체적으로, 스트레인 게이지 등의 힘센서, 압력센서, 온도센서, 진동센서 등으로 구성될 수 있다. 따라서, 압력센서는 블레이드(10)가 현재 인가받고 있는 힘을 측정하게 된다. 즉, 풍력의 정도가 어느 정도 되는지 등을 측정하게 된다. 또한, 힘 센서는 블레이드(10)에 인가되는 힘과 함께, 블레이드(10)의 변형률 및 크랙 등의 파손 여부를 실시간으로 측정하게 된다. 그리고, 온도센서는 블레이드(10)의 온도를 측정하고, 진동센서는 풍력에 따른 블레이드(10)의 진동 진동주파수를 실시간으로 측정하게 된다. 즉, 측정센서는 블레이드(10)에 대한 다양한 파라미터 등을 측정하게 된다.
그리고, 측정수단(70)에 연결된 무선 송수신장치(80)는 측정수단(70)에서 실시간으로 측정된 측정데이터를 외부에 구비된 분석수단(90)에 전송하게 된다(S7). 무선 송수신장치(80)는 풍력 발전기의 회전축(11) 상부에 구비되어 물리적인 접촉없이 측정데이터를 분석수단(90)에 전송하고, 기타 데이터를 송수신 가능하다. 또한, 분석수단(90)에서 측정수단(70)에서 측정된 측정데이터를 전송받아 측정 데이터를 저장하고, 측정데이터를 분석하여 블레이드(10)의 물리적 정보를 획득하게 된다(S8). 즉, 분석수단(90)은 측정된 측정데이터를 이용하여 블레이드(10)의 회전속도, 블레이드(10)의 가동 여부, 블레이드(10)의 파손 여부 등에 대해 분석하게 된다. 따라서, 분석수단(90)에 의해 이러한 블레이드(10)의 물리적 거동에 따른 정보인 분석 데이터를 얻게 되고, 나아가 분석 데이터를 제어 시스템(2)에 전송하여 제어시스템에서 블레이드(10)의 거동을 제어할 수 있게 한다.
< 제2실시예 >
이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 별도의 전력발생장치(20)를 구비한 풍력 발전기 블레이드(10)의 파라미터 측정 시스템(2)에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 제2실시예는 앞서 설명된 제1실시예에 따른 전력발생장치(20)와 구성은 상이하나, 앞서 설명한 전력저장부(50), 전력공급부(60), 측정수단(70), 무선 송수신장치(80), 분석수단(90)의 구성은 기본적으로 동일하다. 따라서, 전력발생장치(20)의 구성을 중심으로 설명하도록 한다.
먼저, 도 9는 제2실시예에 따른 별도의 전력발생장치(20)를 구비한 풍력 발전기 블레이드(10)의 파라미터 측정 시스템(2)의 부분 사시도를 도시한 것이다. 또한, 도 10은 제2실시예에 따른 별도의 전력발생장치(20)를 구비한 풍력 발전기 블레이드(10)의 파라미터 측정 시스템(2)의 부분 정면도를 도시한 것이다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 전력발생장치(20)는 보조 블레이드(30), 보조 회전축(31), 내부에 복수의 기어(24)가 구비된 기어박스, 발전기(25)로 구성된다. 따라서, 본 발명의 제2실시예는 풍력발전기의 블레이드(10)와 별도로 회전축(11) 전방에 별도의 보조블레이드(30)와 보조 회전축(31)을 구비하여 풍력에 의해 블레이드(10) 회전과 독립적으로 보조 블레이드(30)가 회전하여 전력을 생산하게 된다.
통상 풍력발전기에 구비되는 블레이드(10)의 길이는 약 25 ~ 50m 정도이고, 별도의 전력을 생산하기 위한 보조블레이드(30)는 1 ~ 3m정도로 구비됨이 바람직하다. 이러한 보조 블레이드(30)는 풍력발전기의 블레이드(10)에 비에 소형으로 구비됨으로 풍력발전기의 주된 발전에는 큰 지장을 주지 않는 범위 내에서 별도의 전력을 생산하여 독립적으로 측정수단(70)에 전력을 공급할 수 있게 된다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 제2실시예에서는 풍력의 인가에 따른 블레이드(10)의 회전방향과 보조 블레이드(30)의 회전방향은 서로 반대임이 바람직하다. 블레이드(10)와 독립적으로 보조블레이드(30)가 회전하게 되면 보조 회전축(31)에 연결된 기어(24)가 회전하게 되고, 기어(24)의 회전으로 발전기(25)의 모터가 구동되어 전력을 생산하게 된다. 제2실시예에 의해 생산될 수 있는 전력은 약 300 ~ 1000W정도에 해당하여 앞서 설명한 제1실시예보다 큰 전력을 생산할 수 있어 이러한 전력에 의해 측정수단(70) 뿐 아니라, PC, 기타 제어장비에 전력을 공급하여 구동을 가능하게 할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 별도의 전력발생장치(20)를 구비한 풍력 발전기 블레이드(10)의 파라미터 측정 방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 별도의 전력발생장치(20)를 구비한 풍력 발전기 블레이드(10)의 파라미터 측정 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
풍력 발전기의 블레이드(10) 전방에서 풍력이 인가되게 되면(S10), 인가된 풍력에 의해 블레이드(10)가 회전을 시작하게 되고, 블레이드(10)의 회전과 독립적으로 풍력에 의해 보조블레이드(30)가 회전하게 된다(S20). 구체적 실시예에서 보조 블레이드(30)는 블레이드(10)와 반대방향으로 회전하게 된다.
보조 블레이드(30)의 회전에 의해 보조 회전축(31)에 연결된 기어(24)가 회전하게 되고, 기어(24)의 회전에 의해 발전기(25) 모터가 구동되어 전력이 발생되게 된다. 그리고, 발생된 전력은 전력저장부(50)에서 저장되게 된다. 그리고, 측정수단(70)에 전력을 공급할 필요가 있는 경우(S30), 전력발생장치(20)에서 발생된 전력이 전력공급부(60)에 의해 블레이드(10) 내부면에 설치된 측정수단(70)에 공급되게 된다(S40).
그리고, 전력을 공급받은 측정수단(70)은 실시간으로 블레이드(10)의 물리적 파라미터를 측정하여 측정데이터를 얻게 된다(S50). 또한, 측정수단(70)에 연결된 무선 송수신장치(80)는 측정수단(70)에서 실시간으로 측정된 측정데이터를 외부에 구비된 분석수단(90)에 전송하게 된다(S60). 무선 송수신장치(80)는 풍력 발전기의 회전축(11) 상부에 구비되어 물리적인 접촉없이 측정데이터를 분석수단(90)에 전송하고, 기타 데이터를 송수신 가능하다. 또한, 분석수단(90)에서 측정수단(70)에서 측정된 측정데이터를 전송받아 측정 데이터를 저장하고, 측정데이터를 분석하여 블레이드(10)의 물리적 정보를 획득하게 된다(S70).
< 제3실시예 >
이하에서는 본 발명의 제3실시예에 따른 별도의 전력발생장치(20)를 구비한 풍력 발전기 블레이드(10)의 파라미터 측정 시스템(2)에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 제3실시예는 제1실시예와 전력발생장치(20)의 구성은 상이하나, 앞서 설명한 전력저장부(50), 전력공급부(60), 측정수단(70), 무선 송수신장치(80), 분석수단(90)의 구성은 기본적으로 동일하게 구성된다. 따라서, 전력발생장치(20)의 구성을 중심으로 설명하도록 한다.
먼저, 도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 전력발생장치(20)가 구비된 풍력발전기 블레이드(10)의 파라미터 측정시스템(2)의 부분 사시도를 도시한 것이다. 또한, 도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 전력발생장치(20)가 구비된 풍력발전기 블레이드(10)의 파라미터 측정시스템(2)의 부분 정면도를 도시한 것이다.
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 전력발생장치(20)는 태양전지로 구성된 태양광용 솔라셀(40)을 포함하고 있다. 따라서, 태양광용 솔라셀(40)에 의해 태양에너지를 흡수하게 되고, 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 블레이드(10) 회전에 따른 주 전력 발생과 독립적으로 전력을 생산하게 된다. 따라서, 태양광 솔라셀(40)에 의해 생산된 전력은 전력저장부(50)에 저장되고, 전력공급부(60)에 의해 측정수단(70)에 공급되게 된다. 태양광용 솔라셀(40)은 블레이드(10)의 전방 또는 후방의 외부면에 설치된다. 이러한 태양광용 솔라셀(40)은 통상의 태양에너지를 전력으로 발생시키는 장치와 동일한 구성을 가지며 당해 기술분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 구체적인 구성은 자명한바 자세한 설명은 생략하도록 한다.
이하에서는 본 발명의 제3실시예에 따른 별도의 전력발생장치(20) 구비한 풍력 발전기 블레이드(10)의 파라미터 측정 방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 14는 본 발명의 제3실시예에 따른 별도의 전력발생장치(20)를 구비한 풍력 발전기 블레이드(10)의 파라미터 측정 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
블레이드(10)의 전방면 및 후방면 중 적어도 어느 하나에 구비된 태양광용 솔라셀(40)에서 태양에너지를 흡수하게 된다(S100). 태양에너지의 흡수는 풍력의 인가 블레이드(10)의 회전과 무관하게 발생된다. 그리고, 변환기에 의해 태양광 솔라셀(40)에 의해 흡수된 태양에너지를 전기에너지로 변환하고, 변환된 전기에너지를 전력저장부(50)에서 저장하게 된다(S200).
그리고, 측정수단(70)에 전력을 공급할 필요가 있는 경우(S300), 전력발생장치(20)에서 발생된 전력이 전력공급부(60)에 의해 블레이드(10) 내부면에 설치된 측정수단(70)에 공급되게 된다(S400). 전력을 공급받은 측정수단(70)은 실시간으로 블레이드(10)의 물리적 파라미터를 측정하여 측정데이터를 얻게 된다(S500). 그리고, 측정수단(70)에 연결된 무선 송수신장치(80)는 측정수단(70)에서 실시간으로 측정된 측정데이터를 외부에 구비된 분석수단(90)에 전송하게 된다(S600).
무선 송수신장치(80)는 풍력 발전기의 회전축(11) 상부에 구비되어 물리적인 접촉없이 측정데이터를 분석수단(90)에 전송하고, 기타 데이터를 송수신 가능하다. 또한, 분석수단(90)에서 측정수단(70)에서 측정된 측정데이터를 전송받아 측정 데이터를 저장하고, 측정데이터를 분석하여 블레이드(10)의 물리적 정보를 획득하게 된다(S700).
1:풍력 발전기
2:본 발명의 일실시예에 따른 측정시스템
10:블레이드
11:회전축
20:전력발생장치
21:회전체
22:연결부재
23:중심축
24:기어
25:발전기
30:보조 블레이드
31:보조 회전축
40:태양광용 솔라셀
50:전력저장부
60:전력공급부
70:측정수단
80:송수신장치
90:분석수단

Claims (9)

  1. 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정시스템에 있어서,
    상기 블레이드의 중심축 전방에 구비된 보조 회전축 및 상기 보조 회전축에 연결된 복수의 보조블레이드를 구비하여 상기 풍력 발전기에 공급되는 풍력을 이용하여 상기 블레이드 회전과 별도로 상기 보조블레이드의 회전에 의해 별도의 전력을 발생시키는 전력발생장치;
    상기 블레이드 내부에 구비되고, 상기 전력발생장치에 의해 발생된 상기 전력을 공급받아, 상기 블레이드의 온도, 변형률, 진동 및 상기 블레이드에 인가되는 압력 중 적어도 어느 하나를 측정하는 측정수단; 및
    상기 측정수단으로부터 측정된 측정 데이터를 저장하고, 상기 측정데이터를 분석하는 분석수단을 포함하고,
    상기 전력발생장치는 상기 보조 회전축에 연결된 기어를 내부에 구비하는 기어박스 및 상기 기어박스와 연결되어 상기 기어의 회전에 따라 전력을 발생시키는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 별도의 전력발생장치 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조블레이드의 길이는 80cm ~ 350cm 인 것을 특징으로 하는 별도의 전력발생장치 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정수단은
    상기 블레이드에 인가되는 압력값을 측정하는 압력 센서, 상기 블레이드의 진동을 측정하는 진동 센서, 상기 블레이드의 온도를 측정하는 온도센서, 상기 블레이드의 변형률을 측정하는 힘센서 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 별도의 전력발생장치 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 측정수단에서 측정된 측정데이터를 상기 분석 수단에 전송하는 무선 송수신장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 별도의 전력발생장치 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 전력발생장치에서 발생된 전력을 저장하는 전력저장부 및 상기 전력저장부에 저장된 전력을 상기 측정수단에 공급하는 전력공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 별도의 전력발생장치 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 시스템.
  6. 제 1 항의 측정시스템을 이용한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정방법에 있어서,
    풍력 발전기의 블레이드 전방으로 풍력이 인가되는 단계;
    상기 블레이드와 별도로 상기 블레이드의 길이보다 길이가 작고, 전력발생장치를 구성하는 보조블레이드가 상기 풍력에 의해 회전되는 단계;
    상기 보조블레이드와 연결된 기어가 회전되고, 상기 기어의 회전으로 발전기에 의해 전력이 발생되는 단계;
    상기 전력발생장치에서 발생된 전력이 상기 블레이드 내부면 일측에 설치된 측정수단에 공급되는 단계;
    전력을 공급받은 상기 측정수단에서 실시간으로 상기 블레이드의 온도, 변형률, 진동 및 상기 블레이드에 인가되는 압력 중 적어도 어느 하나를 측정하여 측정데이터를 얻는 단계; 및
    분석수단이 상기 측정수단에서 측정된 측정데이터를 전송받아 상기 측정 데이터를 저장하고, 상기 측정데이터를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 별도의 전력발생장치 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 측정데이터 얻는 단계에서,
    압력센서에 의해 상기 블레이드에 입력되는 압력값을 측정하는 단계, 진동센서로 상기 블레이드의 진동을 측정하는 단계, 온도센서로 상기 블레이드의 온도를 측정하는 단계, 힘센서로 상기 블레이드의 변형률을 측정하는 단계 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 별도의 전력발생장치 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 측정데이터 얻는 단계 후에
    무선 송수신장치에 의해 상기 측정수단에서 측정된 측정데이터를 상기 분석 수단에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 별도의 전력발생장치 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    전력저장부는 상기 전력발생장치에서 발생된 전력을 저장하고,
    상기 측정수단에 전력 공급이 필요한 경우, 상기 전력저장부에 저장된 전력을 상기 측정수단에 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 별도의 전력발생장치 구비한 풍력 발전기 블레이드의 파라미터 측정 방법.
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