KR101313201B1 - 풍력발전기 - Google Patents

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Abstract

풍력발전기가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기는, 허브(Hub)를 기준으로 방사상으로 배치되는 블레이드(blade)의 전방에 배치되어 블레이드가 직접 받는 바람의 풍향과 풍속을 측정하는 풍향/풍속 측정 모듈; 및 풍향/풍속 측정 모듈과 연결되어 풍향/풍속 측정 모듈을 허브에 착탈 가능하게 결합시키는 모듈 결합부를 포함한다.

Description

풍력발전기{WINDMILL}
본 발명은, 풍력발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 간단하고도 효율적인 구조를 통해 블레이드가 받는 실질적인 바람의 특성을 종래보다 정확하게 측정할 수 있어 효율을 최대로 향상시킬 수 있는 풍력발전기에 관한 것이다.
풍력발전기(혹은 풍력 터빈)는 바람에 의해 회전되는 블레이드(blade)로부터 전기에너지를 생산하는 장치로서, 화석연료의 고갈과 환경문제로 인해 점차 그 비중이 커지고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 풍력발전기의 측면 구조도이다.
도 1을 참조하면, 풍력발전기는 바람에 의해 회전되는 다수의 블레이드(10, blade)가 로터(20, rotor)에 연결되어 나셀 커버(30, nacelle cover)에 결합되는 구조를 갖는다.
나셀 커버(30)의 내부에는 나셀(nacelle)이 마련된다. 나셀은 로터(20)의 회전운동을 전달받아 동력을 발생시켜 전기에너지를 생산하는 등 풍력발전기를 구동시키는데 있어 중요한 역할을 담당하는 기계부품들, 예컨대 메인 샤프트(main shaft), 기어 박스(gear box), 제너레이터(generator)와 같은 기계부품들이 구조적으로 결합되어 있는 구조체를 일컫는다.
나셀 커버(30)의 후방 상부 영역에는 풍향/풍속계(40)가 마련된다. 풍향/풍속계(40)는 블레이드(10) 쪽으로 불어오는 바람의 특성, 즉 바람의 풍향과 풍속을 측정한다.
풍향/풍속계(40)에 의해 측정된 바람의 풍향과 풍속에 기초하여 블레이드(10)의 회전 속도뿐만 아니라 블레이드(10)의 방향, 그리고 전력 생산 여부 등이 결정되고 제어될 수 있다. 이처럼 풍력발전기에 있어서 풍향과 풍속의 측정은 발전기의 성능 제어에 중요한 요소일 수 있다.
그런데, 도 1과 같은 종래의 풍력발전기에 있어서는, 나셀 커버(30)의 후방 상부 영역에 배치되는 풍향/풍속계(40)에 의해 측정되는 풍향과 풍속이 블레이드(10)에 의해 생기는 후류의 영향을 받을 수 있고, 이러한 이유로 인해 풍향/풍속계(40)에 의해 측정되는 풍향과 풍속이 실질적으로 블레이드(10)가 받는 풍향 및 풍속과 차이를 발생시킬 수 있기 때문에 풍력발전기의 발전량이 줄어드는 등 풍력발전기가 최대의 효율을 가질 수 없는 단점이 있다.
이처럼 블레이드(10)가 받는 실질적인 바람의 특성과 풍향/풍속계(40)에 의해 측정되는 바람의 특성이 상이하기 때문에 풍력발전기가 최대의 효율을 가질 수 있도록 종래의 풍력발전기에는 풍향/풍속 보정 시스템을 더 적용하고 있다.
하지만, 풍향/풍속 보정 시스템을 더 적용하는 경우, 추가적인 비용 발생이 필요함은 물론 블레이드(10)에 의해 발생되는 후류의 영향을 분석한 후, 그에 따라 발전기를 제어하는 것이 쉽지 않기 때문에 보다 효율적인 구조 개선이 요구된다.
대한민국특허청 출원번호 제10-2008-0094574호
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 간단하고도 효율적인 구조를 통해 블레이드가 받는 실질적인 바람의 특성을 종래보다 정확하게 측정할 수 있어 효율을 최대로 향상시킬 수 있는 풍력발전기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 허브(Hub)를 기준으로 방사상으로 배치되는 블레이드(blade)의 전방에 배치되어 상기 블레이드가 직접 받는 바람의 풍향과 풍속을 측정하는 풍향/풍속 측정 모듈; 및 상기 풍향/풍속 측정 모듈과 연결되어 상기 풍향/풍속 측정 모듈을 상기 허브에 착탈 가능하게 결합시키는 모듈 결합부를 포함하는 풍력발전기가 제공될 수 있다.
상기 모듈 결합부는, 상기 풍향/풍속 측정 모듈이 상기 허브의 전방에 배치되도록 일단부가 상기 풍향/풍속 측정 모듈에 연결되어 상기 풍향/풍속 측정 모듈을 지지하는 샤프트; 및 상기 샤프트의 타단부에 연결되어 상기 풍향/풍속 측정 모듈과 상기 샤프트를 상기 허브에 결합시키는 착탈형 도어를 포함할 수 있다.
상기 허브에는 상기 착탈형 도어가 배치되는 도어 배치홀이 형성될 수 있으며, 상기 착탈형 도어의 단부 영역에는 상기 허브의 배면에서 상기 허브에 마련되는 제1 플랜지와 접면되어 상기 제1 플랜지와 볼트 결합되는 제2 플랜지가 더 마련될 수 있다.
상기 착탈형 도어는 상기 제2 플랜지를 제외한 나머지 영역이 상기 도어 배치홀을 통과하여 상기 풍향/풍속 측정 모듈 쪽으로 향하는 돔(dome) 형상을 가질 수 있다.
상기 모듈 결합부는, 상기 샤프트와 상기 착탈형 도어를 연결하는 연결 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 모듈 결합부는, 상기 샤프트의 둘레 방향을 따라 상기 샤프트와 상기 연결 플레이트에 일체로 고정되어 상기 연결 플레이트에 대해 상기 샤프트를 보강 지지하는 다수의 보강 브래킷을 더 포함할 수 있다.
상기 샤프트는, 상기 착탈형 도어 쪽에 연결되는 제1 단위 샤프트; 상기 풍향/풍속 측정 모듈 쪽에 연결되는 제2 단위 샤프트; 및 상기 제1 단위 샤프트와 상기 제2 단위 샤프트를 연결하되 상기 제1 단위 샤프트의 회전은 허용하는 한편 상기 제2 단위 샤프트의 회전은 구속하는 회전 구속형 베어링을 포함할 수 있다.
상기 풍향/풍속 측정 모듈은, 상기 모듈 결합부와 연결되는 모듈 바디; 상기 모듈 바디의 일측에 연결되어 상기 블레이드가 직접 받는 바람의 풍향을 측정하는 적어도 하나의 풍향 측정기; 및 상기 모듈 바디의 타측에 연결되어 상기 블레이드가 직접 받는 바람의 풍속을 측정하는 적어도 하나의 풍속 측정기를 포함할 수 있다.
상기 풍향 측정기는 상기 모듈 바디의 상부 영역에 배치되고, 상기 풍속 측정기는 상기 모듈 바디의 하부 영역에 배치될 수 있다.
상기 풍향/풍속 측정 모듈은, 상기 모듈 바디의 일측에 연결되어 상기 풍향 측정기를 지지하는 풍향 측정기 지지부; 및 상기 모듈 바디의 타측에 연결되어 상기 풍속 측정기를 지지하는 풍속 측정기 지지부를 더 포함할 수 있다.
상기 풍속 측정기 지지부에 교체 가능하게 연결되는 웨이트(weight)를 더 포함할 수 있다.
상기 모듈 바디의 내부에는 상기 풍향 측정기과 상기 풍속 측정기의 자세 교정을 위한 자세 교정유닛이 더 마련될 수 있다.
상기 자세 교정유닛은, 상기 모듈 바디의 바디 샤프트에 일단부가 연결되고 타단부는 상기 모듈 결합부에 상대 회전 가능하게 연결되는 제1 기어; 상기 제1 기어와 기어 맞물림되는 제2 기어; 상기 제2 기어에 연결되어 상기 제2 기어를 구동시키는 모터; 및 상기 모터의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
상기 풍향 측정기와 상기 풍속 측정기 중 적어도 어느 하나의 외관을 형성하여 상기 풍향 측정기와 상기 풍속 측정기를 보호하는 측벽이 모두 관통된 보호 하우징을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 간단하고도 효율적인 구조를 통해 블레이드가 받는 실질적인 바람의 특성을 종래보다 정확하게 측정할 수 있어 효율을 최대로 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 풍력발전기의 측면 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 측면 구조도이다.
도 3은 도 2에 도시된 허브 영역의 부분 확대 사시도이다.
도 4는 모듈 바디의 내부 투영 사시도이다.
도 5는 도 3의 개략적인 부분 단면도이다.
도 6은 도 5의 분해도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력발전기의 허브 영역에 대한 부분 확대 사시도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 측면 구조도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 풍력발전기는, 타워(101, tower)와, 바람에 의해 회전되는 다수의 블레이드(110, blade)와, 다수의 블레이드(110)가 연결되는 허브(120, Hub)와, 블레이드(110)의 전방에 배치되어 블레이드(110)가 직접 받는 바람의 특성, 즉 바람의 풍향과 풍속을 측정하는 풍향/풍속 측정 모듈(140)과, 풍향/풍속 측정 모듈(140)과 연결되어 풍향/풍속 측정 모듈(140)을 허브(120)에 착탈 가능하게 결합시키는 모듈 결합부(170)를 포함할 수 있다.
타워(101)는 상하로 길게 배치되는 축으로서, 블레이드(110)들, 허브(120), 나셀 및 나셀 커버(130) 등의 축 방향 하중을 지지한다.
타워(101)는 위치별로 아랫부분의 로워 타워(lower tower)와, 윗부분의 어퍼 타워(upper tower)로 구분될 수도 있으며, 그 내부는 케이블(cable) 등의 통과를 위해 비어 있다.
블레이드(110)는 바람에 의해 회전되면서 회전운동을 발생시키는 일종의 날개이다.
허브(120)를 기준으로 방사상으로 배치되는 블레이드(110)는 바람에 의해 쉽게 회전될 수 있도록 유선형의 날개 형상을 가질 수 있으며, 2개 이상이 적용될 수 있다. 본 실시예의 풍력발전기에는 3개의 블레이드(110)가 적용되고 있지만 이의 개수에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.
허브(120)는 다수의 블레이드(110)가 연결되는 장소이다. 허브(120)와 다수의 블레이드(110)를 통틀어 로터(rotor)라 부르기도 한다. 허브(120)는 정면에서 바라볼 때 대략 원형의 형상을 가지며, 측면에서 바라볼 때는 돔(dome) 형상을 가질 수 있다.
허브(120)에는 블레이드(110)의 회전운동을 전달받아 동력을 발생시켜 전기에너지를 생산하는 나셀(nacelle, 미도시)과, 나셀의 외부에 결합되어 나셀을 보호하는 나셀 커버(130, nacelle cover)가 연결된다.
앞서도 잠시 언급한 바와 같이, 나셀은, 블레이드(110)의 회전운동을 전달받아 동력을 발생시켜 전기에너지를 생산하는 등 풍력발전기를 구동시키는데 있어 중요한 역할을 담당하는 기계부품들, 예컨대 메인 샤프트(main shaft), 기어 박스(gear box, 미도시), 제너레이터(generator, 미도시)와 같은 기계부품들이 구조적으로 결합되어 있는 구조체를 통틀어 부르는 이름이다.
나셀 커버(130)는 나셀의 외부에 결합되어 나셀을 보호하는 역할을 한다. 나셀 커버(130)는 외기에 그대로 노출되어 눈, 비 혹은 햇볕 등에 상시 노출되기 때문에 어느 정도의 강성이 보장되어야 한다. 따라서 나셀 커버(130)는 내구성이 우수한 플라스틱 혹은 금속 복합 재질로 제작될 수 있다.
한편, 종래기술의 경우, 도 1을 통해 전술한 바와 같이, 나셀 커버(130)의 후방 상부 영역에 풍향/풍속계(40, 도 1 참조)가 배치되었기 때문에, 풍향/풍속계(40, 도 1 참조)에 의해 측정되는 풍향과 풍속이 블레이드(110)에 의해 생기는 후류의 영향을 받을 수 있고, 이러한 이유로 인해 실질적으로 블레이드(110)가 받는 풍향과 풍속과 차이를 발생시키기 때문에 풍력발전기의 발전량이 줄어드는 등 풍력발전기가 최대의 효율을 가질 수 없는 단점이 있었다.
따라서 본 실시예의 경우, 이러한 단점을 효율적으로 개선하기 위하여 모듈 결합부(170)를 통해 풍향/풍속 측정 모듈(140)을 허브(120)에 연결시키고 있으며, 이러한 구조적인 특징에 의해 블레이드(110)가 받는 실질적인 바람의 특성을 종래보다 정확하게 측정할 수 있어 효율을 최대로 향상시킬 수 있도록 하고 있다.
풍향/풍속 측정 모듈(140)과 모듈 결합부(170)의 구체적인 구조에 대해 도 3 내지 도 6을 참조하여 자세히 설명하도록 한다.
도 3은 도 2에 도시된 허브 영역의 부분 확대 사시도이고, 도 4는 모듈 바디의 내부 투영 사시도이며, 도 5는 도 3의 개략적인 부분 단면도이고, 도 6은 도 5의 분해도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 풍향/풍속 측정 모듈(140)은 블레이드(110)의 전방, 즉 허브(120)의 전방에 배치되어 블레이드(110)가 직접 받는 바람의 특성, 즉 바람의 풍향과 풍속을 측정하는 역할을 하고, 모듈 결합부(170)는 풍향/풍속 측정 모듈(140)을 허브(120)에 착탈 가능하게 결합시키는 역할을 한다.
모듈 결합부(170)에 대해 먼저 살펴본다. 모듈 결합부(170)는, 풍향/풍속 측정 모듈(140)이 허브(120)의 전방에 배치되도록 일단부가 풍향/풍속 측정 모듈(140)에 연결되어 풍향/풍속 측정 모듈(140)을 지지하는 샤프트(180)와, 샤프트(180)의 타단부에 연결되어 풍향/풍속 측정 모듈(140)과 샤프트(180)를 허브(120)에 결합시키는 착탈형 도어(185)를 포함할 수 있다.
샤프트(180)는, 착탈형 도어(185) 쪽에 연결되는 제1 단위 샤프트(181)와, 풍향/풍속 측정 모듈(140) 쪽에 연결되는 제2 단위 샤프트(182)와, 제1 단위 샤프트(181)와 제2 단위 샤프트(182)를 연결하되 제1 단위 샤프트(181)의 회전은 허용하는 한편 제2 단위 샤프트(182)의 회전은 구속하는 회전 구속형 베어링(183)을 구비할 수 있다.
블레이드(110)와 연결된 허브(120) 역시 바람에 의해 회전되는 회전체이기 때문에, 이러한 허브(120)에 샤프트(180)가 그대로 직결되면 풍향/풍속 측정 모듈(140) 역시 허브(120)와 동회전될 수밖에 없다.
하지만, 풍향/풍속 측정 모듈(140)은 회전되지 않는 예컨대, 도 3과 같은 자세를 그대로 유지하면서 바람의 풍향과 풍속을 측정해야 하는 장치이기 때문에, 풍향/풍속 측정 모듈(140)이 회전되는 것은 바람직하지 않다.
따라서 본 실시예의 경우, 샤프트(180)를 제1 및 제2 단위 샤프트(181,182)로 분리하여 제작하고, 제1 및 제2 단위 샤프트(181,182) 사이에 회전 구속형 베어링(183)을 마련함으로써 허브(120)가 회전되더라도 풍향/풍속 측정 모듈(140)은 회전되지 않는 구조를 제안하고 있다.
즉 허브(120)의 회전 시 허브(120) 쪽에 연결되는 제1 단위 샤프트(181)는 회전되지만 제1 단위 샤프트(181)의 회전력은 회전 구속형 베어링(183)에 의해 소멸되기 때문에(사라지기 때문에) 풍향/풍속 측정 모듈(140) 쪽에 연결되는 제2 단위 샤프트(182)는 회전되지 않는다. 따라서 블레이드(110)와 함께 허브(120)가 회전되더라도 풍향/풍속 측정 모듈(140)은 회전되지 않고 도 3과 같은 자세를 그대로 유지하면서 바람의 풍향과 풍속을 정확하게 측정할 수 있다.
착탈형 도어(185)는 도 5 및 도 6에 자세히 도시된 바와 같이, 샤프트(180)의 타단부, 즉 제1 단위 샤프트(181)에 연결되어 허브(120)에 결합된다.
본 실시예의 풍력발전기는 실질적으로 거대한 구조체이기 때문에 풍향/풍속 측정 모듈(140)을 해당 위치에 설치하거나 혹은 추후 유지보수 작업을 진행하려 할 때, 매번 크레인 등에 작업자가 올라가서 작업하는 것은 비용상 또한 효율상 바람직하지 않다.
따라서 풍향/풍속 측정 모듈(140)에 대한 유지보수 작업 시, 작업자가 허브(120) 내로 들어가서 도 5에서 도 6처럼 착탈형 도어(185)를 분리한 후, 풍향/풍속 측정 모듈(140)과 모듈 결합부(170) 전체를 허브(120)의 내부로 끌어들인 다음(도 6의 화살표 참조), 허브(120) 내에서 작업을 진행하면 작업이 편리할 수 있다. 타워(101)의 내부에는 허브(120)로의 진입을 위한 사다리 등이 갖춰져 있기 때문에 크레인 없이 허브(120)로 진입하는 것은 그리 어렵지 않다.
이처럼 착탈형 도어(185)를 허브(120)에 착탈시키기 위해, 허브(120)에는 착탈형 도어(185)가 배치되는 도어 배치홀(121, 도 6 참조)이 형성된다. 착탈형 도어(185)는 허브(120)의 도어 배치홀(121) 영역에서 착탈된다.
착탈형 도어(185)의 단부 영역에는 허브(120)의 배면에서 허브(120)에 마련되는 제1 플랜지(120a)와 접면되어 제1 플랜지(120a)와 볼트(B) 결합되는 제2 플랜지(185a)가 마련된다.
따라서 작업자는 도 5처럼 착탈형 도어(185)의 제2 플랜지(185a)를 허브(120)의 제1 플랜지(120a) 배면에 접면시키고 볼트(B)를 체결함으로써 착탈형 도어(185)를 허브(120)에 설치할 수 있으며, 유지보수와 같은 작업 시 도 6처럼 분리하면 된다.
이러한 착탈형 도어(185)는 제2 플랜지(185a)를 제외한 나머지 영역이 허브(120)의 도어 배치홀(121)을 통과하여 풍향/풍속 측정 모듈(140) 쪽으로 향하는 돔(dome) 형상을 가질 수 있으며, 이에 따라 허브(120)의 전면 형상이 전반적으로 유연한 곡선을 이루기 때문에 바람의 저항을 덜 받는 이점이 있다.
한편, 제1 단위 샤프트(181)가 착탈형 도어(185)에 그대로 결합, 예컨대 용접시키는 것도 가능하다. 하지만 결합력 강화를 위해, 본 실시예의 경우, 연결 플레이트(190)를 더 사용하고 있다.
연결 플레이트(190)는 봉 형상의 제1 단위 샤프트(181)와 착탈형 도어(185)를 연결하는 매개체이다. 실시예이기는 하지만 연결 플레이트(190)는 착탈형 도어(185)에 볼트 결합될 수 있고, 제1 단위 샤프트(181)와는 용접될 수 있다.
이때, 제1 단위 샤프트(181)의 둘레 방향을 따라 다수의 보강 브래킷(191)이 마련되어 제1 단위 샤프트(181)와 연결 플레이트(190)에 일체로 고정됨으로써 제1 단위 샤프트(181)와 착탈형 도어(185) 간의 결합력을 더욱 높일 수 있다.
한편, 풍향/풍속 측정 모듈(140)은, 모듈 결합부(170)의 제2 단위 샤프트(182)와 연결되는 모듈 바디(141)와, 모듈 바디(141)의 일측에 연결되어 블레이드(110)가 직접 받는 바람의 풍향을 측정하는 풍향 측정기(143)와, 모듈 바디(141)의 타측에 연결되어 블레이드(110)가 직접 받는 바람의 풍속을 측정하는 풍속 측정기(145)를 포함할 수 있다.
이때, 풍향 측정기(143)는 모듈 바디(141)의 상부 영역에 배치되고, 풍속 측정기(145)는 풍속 측정기(145)의 하부 영역에 배치될 수 있다. 물론, 반대의 경우도 가능하지만 풍향 측정기(143)가 풍속 측정기(145)보다 상부에 배치되는 것이 일반적이다.
풍향 측정기(143)와 풍속 측정기(145)가 설치되기 위해, 모듈 바디(141)의 상부 영역에는 풍향 측정기(143)를 지지하는 풍향 측정기 지지부(144)가 마련되고, 모듈 바디(141)의 하부 영역에는 풍속 측정기(145)를 지지하는 풍속 측정기 지지부(146)가 마련된다.
풍향 측정기 지지부(144)와 풍속 측정기 지지부(146)는 모두가 평평한 플레이트 형상을 가질 수 있으며, 이들은 각각의 지지축(144a,146a)에 의해 모듈 바디(141)와 연결될 수 있다.
본 실시예에서 풍향 측정기(143)와 풍속 측정기(145)는 풍향 측정기 지지부(144)와 풍속 측정기 지지부(146) 상에 각각 2개씩 마련될 수 있다. 이는 2개씩의 풍향 측정기(143)와 풍속 측정기(145)로부터의 측정값을 계산하여 좀 더 정확한 평균값으로서의 풍향과 풍속을 얻어내는 방안일 수도 있고, 아니면 하나가 고장난 경우 다른 하나를 사용하기 위한 버퍼(buffer)용일 수도 있다.
풍속 측정기 지지부(146)의 하부에는 웨이트(148, weight)가 교체 가능하게 마련된다. 웨이트(148)는 풍향 측정기(143)와 풍속 측정기(145)의 자세유지를 위한 무게추일 수 있다.
도면에는 웨이트(148)가 풍속 측정기 지지부(146)의 하부에 일체로 고정되어 있는 것처럼 도시되어 있으나 볼트 등을 이용하여 웨이트(148)를 풍속 측정기 지지부(146)에 착탈 가능하게 결합시키는 것이 바람직하며, 그래야만 좀 더 가벼운 혹은 좀 더 무거운 웨이트로 교체하면서 풍향 측정기(143)와 풍속 측정기(145)의 자세를 유지시키는 데에 도움이 될 것이다.
앞서도 기술한 바와 같이, 풍향/풍속 측정 모듈(140)은 풍향 측정기(143)가 풍속 측정기(145)보다 상부에 배치된 도 3과 같은 상태의 자세를 그대로 유지하면서 바람의 풍향과 풍속을 측정해야 하며, 그래야만 측정값이 정확해질 수 있다.
하지만, 외력 등의 이상 원인에 의해 풍향/풍속 측정 모듈(140)의 자세가 비뚤어질 수도 있는데, 이를 바로잡기 위해 자세 교정유닛(160)이 마련될 수 있다.
자세 교정유닛(160)은 모듈 바디(141) 내에 마련될 수 있다. 자세 교정유닛(160)은, 모듈 바디(141)의 바디 샤프트(141a)에 일단부가 연결되고 타단부는 모듈 결합부(170)의 제2 단위 샤프트(182)에 상대 회전 가능하게 연결되는 제1 기어(161)와, 제1 기어(161)와 기어 맞물림되는 제2 기어(162)와, 제2 기어(162)에 연결되어 제2 기어(162)를 구동시키는 모터(163)와, 모터(163)의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러(미도시)를 포함할 수 있다.
제1 기어(161)와 제2 기어(162)는 도시된 것처럼 베벨기어일 수 있다. 그리고 모터(163)는 별도의 연결부(164)에 의해 지지축(146a)에 연결될 수 있다.
이에, 풍향/풍속 측정 모듈(140)의 자세가 비뚤어지거나 틀어진 경우, 컨트롤러에 의해 모터(163)가 동작되어 제2 기어(162)를 소정 각도 회전시킴으로써 제2 기어(162)와 기어 맞물림된 제1 기어(161)의 회전에 의해 바디 샤프트(141a)가 회전되면서 풍향/풍속 측정 모듈(140)의 전체 자세를 바로잡을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 모듈 결합부(170)를 통해 풍향/풍속 측정 모듈(140)을 허브(120)에 연결시키고 있는 본 실시예의 경우, 블레이드(110)가 받는 실질적인 바람의 특성을 종래보다 정확하게 측정할 수 있어 효율을 최대로 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 간단하고도 효율적인 구조를 통해 블레이드(110)가 받는 실질적인 바람의 특성을 종래보다 정확하게 측정할 수 있어 효율을 최대로 향상시킬 수 있게 된다.
다시 말해, 블레이드(110)가 받는 바람과 가장 유사한 상태로 바람의 풍향과 풍속을 측정할 수 있고 이러한 정보를 풍력발전기의 발전량 제어에 사용함으로써 최대의 효율을 제공할 수 있다.
특히, 본 실시예의 경우, 종전처럼 풍향/풍속 보정 시스템을 사용할 필요가 없기 때문에 비용적인 면에서, 구조적인 면에서 혹은 제어적인 면에서 우수한 효과를 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력발전기의 허브 영역에 대한 부분 확대 사시도이다.
도 7의 경우, 풍향/풍속 측정 모듈(240)의 구조가 전술한 실시예와 약간 상이하다. 즉 본 실시예의 경우, 풍향 측정기(143)와 풍속 측정기(145)가 하나씩 마련되고 있는데, 이러한 구조도 충분히 가능하다.
다만, 지지축(146a)의 연결을 위해, 풍속 측정기(145)는 측벽이 모두 관통된 보호 하우징(280)에 수용되고 있고, 웨이트(148)가 보호 하우징(280)의 하부에 결합된다는 점에서만 차이가 있다.
물론, 도면과 달리, 보호 하우징(280)이 풍향 측정기(143) 쪽에 배치될 수도 있고, 풍향 측정기(143)와 풍속 측정기(145) 모두에 배치될 수도 있다. 이러한 보호 하우징(280)은 바람은 원래대로 통과될 수 있도록 하면서 풍향 측정기(143) 또는 풍속 측정기(145)를 외부 요인, 예컨대 조류나 운석, 혹은 덩어리가 큰 우박 등으로부터 보호하는 역할을 겸할 수 있다.
도 7과 같이 제작하더라도 간단하고도 효율적인 구조를 통해 블레이드(110)가 받는 실질적인 바람의 특성을 종래보다 정확하게 측정할 수 있어 효율을 최대로 향상시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
101 : 타워 110 : 블레이드
120 : 허브 130 : 나셀 커버
140 : 풍향/풍속 측정 모듈 141 : 모듈 바디
143 : 풍향 측정기 144 : 풍향 측정기 지지부
145 : 풍속 측정기 146 : 풍속 측정기 지지부
160 : 자세 교정유닛 170 : 모듈 결합부
180 : 샤프트 185 : 착탈형 도어
190 : 연결 플레이트 191 : 보강 브래킷

Claims (14)

  1. 허브(Hub)를 기준으로 방사상으로 배치되는 블레이드(blade)의 전방에 배치되어 상기 블레이드가 직접 받는 바람의 풍향과 풍속을 측정하는 풍향/풍속 측정 모듈; 및
    상기 풍향/풍속 측정 모듈과 연결되어 상기 풍향/풍속 측정 모듈을 상기 허브에 착탈 가능하게 결합시키는 모듈 결합부를 포함하며,
    상기 모듈 결합부는,
    상기 풍향/풍속 측정 모듈이 상기 허브의 전방에 배치되도록 일단부가 상기 풍향/풍속 측정 모듈에 연결되어 상기 풍향/풍속 측정 모듈을 지지하는 샤프트;
    상기 샤프트의 타단부에 연결되어 상기 풍향/풍속 측정 모듈과 상기 샤프트를 상기 허브에 결합시키는 착탈형 도어; 및
    상기 샤프트와 상기 착탈형 도어를 연결하는 연결 플레이트를 포함하는 풍력발전기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 허브에는 상기 착탈형 도어가 배치되는 도어 배치홀이 형성되며,
    상기 착탈형 도어의 단부 영역에는 상기 허브의 배면에서 상기 허브에 마련되는 제1 플랜지와 접면되어 상기 제1 플랜지와 볼트 결합되는 제2 플랜지가 더 마련되는 풍력발전기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 착탈형 도어는 상기 제2 플랜지를 제외한 나머지 영역이 상기 도어 배치홀을 통과하여 상기 풍향/풍속 측정 모듈 쪽으로 향하는 돔(dome) 형상을 갖는 풍력발전기.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 결합부는,
    상기 샤프트의 둘레 방향을 따라 상기 샤프트와 상기 연결 플레이트에 일체로 고정되어 상기 연결 플레이트에 대해 상기 샤프트를 보강 지지하는 다수의 보강 브래킷을 더 포함하는 풍력발전기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트는,
    상기 착탈형 도어 쪽에 연결되는 제1 단위 샤프트;
    상기 풍향/풍속 측정 모듈 쪽에 연결되는 제2 단위 샤프트; 및
    상기 제1 단위 샤프트와 상기 제2 단위 샤프트를 연결하되 상기 제1 단위 샤프트의 회전은 허용하는 한편 상기 제2 단위 샤프트의 회전은 구속하는 회전 구속형 베어링을 포함하는 풍력발전기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 풍향/풍속 측정 모듈은,
    상기 모듈 결합부와 연결되는 모듈 바디;
    상기 모듈 바디의 일측에 연결되어 상기 블레이드가 직접 받는 바람의 풍향을 측정하는 적어도 하나의 풍향 측정기; 및
    상기 모듈 바디의 타측에 연결되어 상기 블레이드가 직접 받는 바람의 풍속을 측정하는 적어도 하나의 풍속 측정기를 포함하는 풍력 발전기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 풍향 측정기는 상기 모듈 바디의 상부 영역에 배치되고, 상기 풍속 측정기는 상기 모듈 바디의 하부 영역에 배치되는 풍력 발전기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 풍향/풍속 측정 모듈은,
    상기 모듈 바디의 일측에 연결되어 상기 풍향 측정기를 지지하는 풍향 측정기 지지부; 및
    상기 모듈 바디의 타측에 연결되어 상기 풍속 측정기를 지지하는 풍속 측정기 지지부를 더 포함하는 풍력 발전기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 풍속 측정기 지지부에 교체 가능하게 연결되는 웨이트(weight)를 더 포함하는 풍력 발전기.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 모듈 바디의 내부에는 상기 풍향 측정기과 상기 풍속 측정기의 자세 교정을 위한 자세 교정유닛이 더 마련되는 풍력 발전기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 자세 교정유닛은,
    상기 모듈 바디의 바디 샤프트에 일단부가 연결되고 타단부는 상기 모듈 결합부에 상대 회전 가능하게 연결되는 제1 기어;
    상기 제1 기어와 기어 맞물림되는 제2 기어;
    상기 제2 기어에 연결되어 상기 제2 기어를 구동시키는 모터; 및
    상기 모터의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 포함하는 풍력발전기.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 풍향 측정기와 상기 풍속 측정기 중 적어도 어느 하나의 외관을 형성하여 상기 풍향 측정기와 상기 풍속 측정기를 보호하는 측벽이 모두 관통된 하우징을 더 포함하는 풍력발전기.
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