KR101346173B1 - Windmill - Google Patents
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Abstract
풍력발전기가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기는, 나셀(nacelle)에 연결되며, 바람에 의해 회전되는 블레이드(blade); 나셀과 블레이드의 축 방향 하중을 지지하며, 내부에 케이블(cable)이 배치되는 타워(tower); 및 미리 결정된 구간 내에서 케이블을 업/다운(up/down) 이동 가능하게 지지하며, 블레이드의 요잉(Yawing) 운전에 따른 케이블의 트위스트(twist) 현상에 의해 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 보상하는 케이블의 단축 길이 보상유닛을 포함한다.A wind turbine generator is disclosed. Wind turbine according to an embodiment of the present invention, the blade is connected to the nacelle (nacelle), rotated by the wind (blade); A tower supporting an axial load of the nacelle and the blade and having a cable disposed therein; And supporting the cable so that the cable can be moved up / down within a predetermined section, and the cable length is shorter than the initial state due to the twisting of the cable according to the yawing operation of the blade. And a short length compensation unit of the compensating cable.
Description
본 발명은, 풍력발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 종래처럼 케이블을 길게 늘어뜨려 배치하지 않더라도 요잉 운전에 따른 케이블의 트위스트(twist) 현상에 의해 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 능동적으로 보상할 수 있으며, 이와 더불어 케이블 손상 문제, 전력 송전 손실 문제, 케이블 비용 증가 문제 등의 다양한 문제를 함께 해소할 수 있는 풍력발전기에 관한 것이다.The present invention relates to a wind power generator, and more particularly, even if the cable is not arranged in a long manner as in the prior art, the cable length due to the twisting operation due to the yawing operation is actively shortened from the initial state. In addition, the present invention relates to a wind turbine that can compensate for various problems such as cable damage, power transmission loss, and cable cost increase.
풍력발전기(혹은 풍력 터빈)는 바람에 의한 회전에너지로부터 전기에너지를 생산하는 장치로서, 화석연료의 고갈과 환경문제로 인해 점차 그 비중이 커지고 있다.Wind power generators (or wind turbines) are devices that produce electrical energy from wind-based rotational energy, and their weight is increasing due to depletion of fossil fuels and environmental problems.
이러한 풍력발전기는 바람에 의해 회전되는 다수의 블레이드(blade)가 허브(hub)에 연결되어 마련되는 로터(rotor)와, 로터와 연결되는 나셀(nacelle)을 지지하면서 보호하는 나셀 커버(nacelle cover)와, 나셀 커버를 지지하는 타워(tower)를 포함한다.The wind turbine includes a rotor having a plurality of blades rotated by the wind connected to a hub and a nacelle cover for supporting and protecting a nacelle connected to the rotor. And a tower for supporting the nacelle cover.
참고로, 나셀은 로터의 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.For reference, the nacelle is a mechanical component that plays an important role in driving a wind power generator, such as a main shaft and a gear box, by receiving the rotational motion of the rotor and generating power to generate electric energy. ) Refers to a structure in which mechanical parts such as generators are structurally combined.
한편, 풍력발전기의 경우, 바람의 방향에 따라 최대 파워(power)를 출력할 수 있도록 블레이드의 방향을 바람의 방향에 맞게 조정하는 시스템을 구비하고 있는데, 이러한 시스템을 요오 시스템(Yaw System)이라 하며, 이러한 블레이드의 회전 운전(운동)을 일반적으로 요잉(Yawing) 운전이라 한다.Meanwhile, in the case of a wind power generator, a wind turbine is provided with a system that adjusts the direction of the blade to the direction of the wind so as to output the maximum power according to the direction of the wind. Such a system is called a yaw system. The rotational operation (movement) of these blades is generally referred to as yawing operation.
이러한 요잉 운전은 풍력발전기에 반드시 적용되어야 하는 필수불가결한 요소이기는 하지만 한편으로는 요잉 운전으로 인해 풍력발전기의 타워(1, 도 1 참조) 내에 배치되는 송전용 파워 케이블(power cable), 통신용 케이블(cable) 등을 포함한 다양한 케이블에 트위트스(twist) 현상을 야기한다. 즉 요잉 운전 시 타워(1) 내에서 상하로 길게 배치되는 케이블이 꼬아지는 현상, 즉 케이블에 트위스트 현상이 발생된다.This yawing operation is an indispensable element that must be applied to the wind turbine, but on the other hand, a power cable for communication and a communication cable (see Fig. 1), which are arranged in the wind turbine tower (see Fig. 1) due to the yawing operation, It causes twist on various cables, including cables. That is, during the yawing operation, a cable that is vertically long stretched in the tower 1 is twisted, that is, a twist occurs in the cable.
이처럼 케이블에 트위스트 현상이 발생되면 케이블이 꼬아진 만큼 케이블이 상부로 잡아당겨지는 결과, 다시 말해 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는(짧아지는) 결과를 가져오기 때문에 통상적으로 케이블을 타워(1) 내의 벽면이나 혹은 케이블 트레이 등에 고정할 수 없다.This twisting of the cable usually results in the cable being pulled upwards as the cable is twisted, i.e. the length of the cable is shorter (shorter) than the initial state. It cannot be fixed on the wall or cable tray inside.
따라서 종래기술의 경우, 도 1의 A 영역처럼 케이블의 하부 영역을 일정한 길이 구간만큼 여유 있게 늘어뜨리는, 이른 바 프리 타이(free-tie) 방식으로 케이블을 타워(1) 내에 배치하여 사용하게 된다.Therefore, in the prior art, the cable is arranged in the tower 1 in a so-called free-tie manner in which the lower region of the cable is laid down by a certain length section as in the region A of FIG. 1.
한편, 도 1처럼 케이블을 배치하는 경우, 즉 케이블의 상부 영역만을 고정시키고 나머지는 늘어뜨리되 도 1의 A 영역처럼 케이블의 하부 영역에 충분한 여유분을 제공하면서 과도하게 길게 늘어뜨리는 경우, 요잉 운전으로 인해 케이블에 트위스트 현상이 발생되어 상부로 잡아당겨지더라도 도 1의 A 영역의 여유분만큼의 보상 구간이 있기 때문에 케이블이 끊어지는 일은 없다.On the other hand, when the cable is arranged as shown in Fig. 1, that is, only the upper region of the cable is fixed and the rest is stretched, but the length is excessively stretched while providing sufficient margin to the lower region of the cable as in the region A of FIG. Therefore, even if a twist occurs in the cable and is pulled upward, the cable is not disconnected because there is a compensation section equal to the margin of the area A of FIG. 1.
그런데, 도 1과 같은 방식으로 케이블을 지지하는 종래기술의 경우, 타워(1)에 진동이나 유동(바람의 하중에 의한 좌우 움직임)이 가해지면 고정된 케이블의 상부 영역을 제외한 나머지 구간의 케이블 전체가 흔들리면서 타워(1) 내의 벽면이나 타워(1) 내의 주변 구조물과 충돌될 수 있기 때문에 이로 인해 케이블의 외피가 손상됨에 따라 유지보수 비용이 증가할 수 있고, 또한 풍력발전기의 가동률이 저하됨은 물론 제품의 신뢰성에 악영향을 미치는 문제점이 있다.However, in the prior art of supporting the cable in the same manner as in FIG. 1, when the vibration or flow (left and right movement due to the wind load) is applied to the tower 1, the entire cable of the remaining sections except for the upper region of the fixed cable Can collide with walls in the tower 1 or surrounding structures in the tower 1, which can increase the cost of maintenance as the sheath of the cable is damaged, and also lower the operating rate of the wind turbine. There is a problem that adversely affects the reliability of the.
뿐만 아니라 도 1의 A 영역처럼 케이블의 길이를 과도하게 길게 늘어뜨려 배치하는 경우, 케이블 증가분만큼의 추가 비용이 발생될 뿐만 아니라 전력 송전 손실(loss)의 증가로 인한 제품 경쟁력에 큰 영향을 주게 되는 단점으로 지적되고 있으므로 이러한 점을 고려한 구조 개선이 요구된다.In addition, when the length of the cable is arranged excessively long as in the area A of FIG. 1, the additional cost is increased as much as the cable increase, and the product competitiveness due to the increase in power transmission loss is greatly affected. As it is pointed out as a disadvantage, structural improvement in consideration of this point is required.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 종래처럼 케이블을 길게 늘어뜨려 배치하지 않더라도 요잉 운전에 따른 케이블의 트위스트(twist) 현상에 의해 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 능동적으로 보상할 수 있으며, 이와 더불어 케이블 손상 문제, 전력 송전 손실 문제, 케이블 비용 증가 문제 등의 다양한 문제를 함께 해소할 수 있는 풍력발전기를 제공하는 것이다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention can actively compensate that the length of the cable is shorter than the initial state by the twist phenomenon of the cable according to the yawing operation, even if the cable is not arranged in a long manner as in the prior art, In addition, it provides a wind power generator that can solve various problems such as cable damage problem, power transmission loss problem, and cable cost increase problem.
본 발명의 일 측면에 따르면, 나셀(nacelle)에 연결되며, 바람에 의해 회전되는 블레이드(blade); 상기 나셀과 상기 블레이드의 축 방향 하중을 지지하며, 내부에 케이블(cable)이 배치되는 타워(tower); 및 미리 결정된 구간 내에서 상기 케이블을 업/다운(up/down) 이동 가능하게 지지하며, 상기 블레이드의 요잉(Yawing) 운전에 따른 상기 케이블의 트위스트(twist) 현상에 의해 상기 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 보상하는 케이블의 단축 길이 보상유닛을 포함하는 풍력발전기가 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, a blade connected to a nacelle and rotated by wind; A tower supporting an axial load of the nacelle and the blade and having a cable disposed therein; And supporting the cable so as to be movable up / down within a predetermined section, and the length of the cable is initialized by a twist phenomenon of the cable according to the yawing operation of the blade. A wind turbine may be provided that includes a shortened length compensation unit of a cable to compensate for shortening.
상기 케이블의 단축 길이 보상유닛은, 상기 케이블과 연결되며, 상기 요잉 운전 시 상기 케이블과 함께 업/다운(up/down) 이동되는 무버(mover); 및 상기 타워의 하부 영역에서 상기 타워에 고정되며, 일측이 상기 무버와 연결되어 상기 무버를 업/다운 구동시키는 무버 구동부를 포함할 수 있다.The shortened length compensation unit of the cable is connected to the cable, the mover (mover) is moved up / down (up / down) with the cable during the yawing operation; And a mover driver fixed to the tower at a lower region of the tower and having one side connected to the mover to drive the mover up / down.
상기 요인 운전에 따른 상기 케이블의 단축 길이를 측정하는 단축 길이 측정부를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a short length measuring unit measuring a short length of the cable according to the factor driving.
상기 단축 길이 측정부의 정보에 기초하여 상기 무버의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.The controller may further include a controller for controlling the operation of the mover based on the information of the shortened length measuring unit.
상기 무버는, 상기 케이블이 고정되는 케이블 홀더; 및 상기 케이블 홀더에 연결되어 상기 무버 구동부에 대해 업/다운 가이드되는 가이드부를 포함할 수 있다.The mover may include a cable holder to which the cable is fixed; And a guide part connected to the cable holder and up / down guided with respect to the mover driver.
상기 케이블 홀더의 둘레면에는 상호간 이격 배치되어 상기 케이블이 고정되는 다수의 케이블 타이가 마련될 수 있다.A plurality of cable ties may be provided on the circumferential surface of the cable holder to be spaced apart from each other to fix the cable.
상기 케이블 타이는 링(ring) 형상이거나 일측이 개방된 고리 형상을 가질 수 있다.The cable tie may have a ring shape or an open ring shape at one side thereof.
상기 무버 구동부는, 상기 무버의 업/다운 구동을 위한 구동력을 발생시키는 모터; 상기 모터의 회전 운동을 상기 무버의 업/다운 직선 운동으로 전달하는 운동전달용 기어 어셈블리; 및 상기 운동전달용 기어 어셈블리를 지지하는 기어박스를 포함할 수 있다.The mover driving unit includes a motor for generating a driving force for driving the up / down of the mover; A gear transmission assembly for transferring a rotational motion of the motor to the up / down linear motion of the mover; And it may include a gear box for supporting the movement transmission gear assembly.
상기 운동전달용 기어 어셈블리는, 상기 무버에 연결되는 랙 기어; 상기 랙 기어와 기어 맞물림되는 피니언 기어; 상기 피니언 기어와 샤프트에 의해 동축적으로 연결되는 웜 휠; 상기 웜 휠에 기어 맞물림되는 웜을 구비하는 제1 베벨 기어; 및 상기 제1 베벨 기어와 기어 맞물림되며, 타측에서 상기 모터와 직결되는 제2 베벨 기어를 포함할 수 있다.The movement transmission gear assembly, the rack gear is connected to the mover; A pinion gear in gear engagement with the rack gear; A worm wheel coaxially connected by the pinion gear and the shaft; A first bevel gear having a worm gear engaged with the worm wheel; And a second bevel gear meshed with the first bevel gear and directly connected to the motor at the other side.
상기 무버 구동부는 실린더일 수 있다.The mover driver may be a cylinder.
상기 케이블의 단축 길이 보상유닛은 상기 타워의 하부 영역에서 상기 케이블과 연결되어 상기 케이블을 업/다운 이동 가능하게 지지할 수 있으며, 상기 케이블의 상부 영역에는 상기 나셀 영역에 배치되어 상기 케이블의 상부 영역을 고정시키는 케이블 상부 고정부가 더 마련될 수 있다.The shortened length compensation unit of the cable is connected to the cable in the lower region of the tower to support the cable to move up / down, the upper region of the cable is disposed in the nacelle region is the upper region of the cable Cable upper fixing portion for fixing the may be further provided.
본 발명에 따르면, 종래처럼 케이블을 길게 늘어뜨려 배치하지 않더라도 요잉 운전에 따른 케이블의 트위스트(twist) 현상에 의해 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 능동적으로 보상할 수 있으며, 이와 더불어 케이블 손상 문제, 전력 송전 손실 문제, 케이블 비용 증가 문제 등의 다양한 문제를 함께 해소할 수 있다.According to the present invention, even if the cable is not arranged in a long manner as in the prior art, it is possible to actively compensate that the cable length is shorter than the initial state due to the twisting of the cable due to the yawing operation. , Problems with power transmission loss, cable cost increase, etc. can be solved.
도 1은 종래기술에 따른 풍력발전기에서 케이블의 설치 예시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전기의 측면도이다.
도 3은 도 2의 풍력발전기가 요잉 운전된 상태의 측면도이다.
도 4 및 도 5는 각각 도 2 및 도 3에 도시된 케이블의 단축 길이 보상유닛의 사시도이다.
도 6 및 도 7은 각각 도 4 및 도 5에 도시된 무버 구동부의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전기의 제어블록도이다.
도 9 및 도 10은 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력발전기에서 운동전달용 기어 어셈블리에 대한 개략적인 동작 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력발전기에서 무버의 평면 구조도이다.1 is an exemplary view of the installation of the cable in the wind power generator according to the prior art.
2 is a side view of the wind power generator according to the first embodiment of the present invention.
3 is a side view of the state in which the wind turbine of FIG.
4 and 5 are perspective views of the short-length length compensation unit of the cable shown in FIGS. 2 and 3, respectively.
6 and 7 are perspective views of the mover driver shown in FIGS. 4 and 5, respectively.
8 is a control block diagram of a wind power generator according to a first embodiment of the present invention.
9 and 10 are schematic cross-sectional views of a motion transmission gear assembly in a wind power generator according to a second embodiment of the present invention, respectively.
11 is a plan view of the mover in the wind power generator according to the third embodiment of the present invention.
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.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference symbols in the drawings denote like elements.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전기의 측면도이고, 도 3은 도 2의 풍력발전기가 요잉 운전된 상태의 측면도이다.FIG. 2 is a side view of the wind power generator according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a side view of the wind power generator of FIG.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예의 풍력발전기는, 나셀(nacelle)에 연결되며, 바람에 의해 회전되는 블레이드(110, blade)와, 나셀과 블레이드(110)의 축 방향 하중을 지지하며, 내부에 케이블(cable)이 배치되는 타워(120, tower)와, 미리 결정된 구간 내에서 케이블을 업/다운(up/down) 이동 가능하게 지지하며, 블레이드(110)의 요잉(Yawing) 운전(도 3의 B 참조)에 따른 케이블의 트위스트(twist) 현상(도 3의 C 참조)에 의해 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 보상하는 케이블의 단축 길이 보상유닛(130)을 포함한다.Referring to these drawings, the wind power generator of this embodiment is connected to a nacelle, and supports a
블레이드(110)는 바람에 의해 회전되면서 회전운동을 발생시키는 일종의 날개이다.The
허브(101)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.The
허브(101)는 다수의 블레이드(110)가 연결되는 장소이다. 허브(101)와 다수의 블레이드(110)를 통틀어 로터(rotor)라 부르기도 한다.Hub 101 is a place where a plurality of
허브(101)는 정면에서 바라볼 때 대략 원형의 형상을 가지며, 측면에서 바라볼 때는 돔(dome) 형상을 가질 수 있다.The
이러한 허브(101)에는 블레이드(110)의 회전운동을 전달받아 동력을 발생시켜 전기에너지를 생산하는 나셀(nacelle, 미도시)이 연결되며, 나셀은 나셀 커버(103, nacelle cover)에 의해 보호된다.The
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.As mentioned earlier, the nacelle is a mechanical component that plays an important role in driving a wind power generator, such as a main shaft (main) It is the collective name for a structure in which mechanical parts such as a shaft, a gear box (not shown) and a generator (not shown) are structurally combined.
나셀 커버(103)는 나셀의 외부에 결합되어 나셀을 보호하는 역할을 한다. 나셀 커버(103)는 외기에 그대로 노출되어 눈, 비 혹은 햇볕 등에 상시 노출되기 때문에 어느 정도의 강성이 보장되어야 한다. 따라서 나셀 커버(103)는 내구성이 우수한 플라스틱 혹은 금속 복합 재질로 제작될 수 있다.The
타워(120)는 상하로 길게 배치되는 축으로서, 다수의 블레이드(110), 허브(101), 나셀 및 나셀 커버(103) 등의 구조물에 대한 축 방향 하중을 지지한다. 타워(120)는 위치별로 아랫부분의 로워 타워(lower tower)와, 윗부분의 어퍼 타워(upper tower)로 구분될 수도 있다.The
타워(120)의 내부는 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼 비어 있으며, 이러한 빈 공간을 통해 케이블(cable) 등이 통과된다. 케이블은 송전용 파워 케이블(power cable), 통신용 케이블(cable) 등을 포함한 다양한 종류의 케이블일 수 있다.The interior of the
한편, 케이블의 단축 길이 보상유닛(130)은, 미리 결정된 구간 내에서 케이블을 업/다운(up/down) 이동 가능하게 지지하며, 블레이드(110)의 요잉(Yawing) 운전(도 3의 B 참조)에 따른 케이블의 트위스트(twist) 현상(도 3의 C 참조)에 의해 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 보상하는 역할을 한다.Meanwhile, the short-length
케이블의 단축 길이 보상유닛(130)은, 케이블이 연결되며, 요잉 운전 시 케이블과 함께 업/다운(up/down) 이동되는 무버(140, mover)와, 무버(140)와 연결되어 무버(140)를 업/다운 구동시키는 무버 구동부(150)를 포함한다.The short-length
이에, 도 2에서 도 3처럼 바람의 방향에 기인하여 블레이드(110)가 요잉 운전되면(도 3의 B 참조), 그에 연동되어 타워(120) 내의 케이블이 꼬아지게 된다.Thus, when the
이러한 케이블의 트위스트 현상(도 3의 C 참조)에 의해 케이블의 길이는 초기 상태보다 단축될 수밖에 없는데, 즉 케이블이 꼬아진 만큼 케이블이 상부로 잡아당겨지게 되는데, 이때 무버(140)가 케이블과 함께 도 2의 H1 높이에서 도 3의 H2 높이만큼 상부로 업(up) 동작되면 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 보상할 수 있다.Due to the twisting of the cable (see C of FIG. 3), the length of the cable is inevitably shorter than that of the initial state, that is, the cable is pulled upward as the cable is twisted, wherein the
특히, 본 실시예의 경우에는 종래의 도 1과 달리 케이블의 단축 길이를 능동적으로 보상하는 것으로서, 본 실시예처럼 케이블의 단축 길이 보상유닛(130)이 적용되는 경우, 종래의 도 1처럼 케이블을 과도하게 길게 늘어뜨려 배치(도 1의 A 참조)하지 않더라도 요잉 운전에 따른 케이블의 트위스트 현상에 의해 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 능동적으로 보상할 수 있다.Particularly, in the present embodiment, unlike the conventional FIG. 1, the short axis length of the cable is actively compensated. When the short length
부연하면, 종래기술의 경우, 요잉 운전에 대응하기 위해 도 1의 A처럼 케이블의 하부 영역을 실질적으로 과도하게 늘어뜨리면서 배치하였기 때문에 케이블 손상 문제, 전력 송전 손실 문제, 케이블 비용 증가 문제 등의 다양한 문제가 대두될 수밖에 없었다.In other words, in the prior art, since the lower area of the cable is substantially overly stretched as in FIG. 1A to cope with yawing operation, various problems such as cable damage, power transmission loss, and cable cost increase Was forced to emerge.
하지만 본 실시예의 경우, 도 1의 A 영역처럼 케이블을 과도하게 늘어뜨리지 않더라도 최대 요잉 운전 회수, 예컨대 3회 요잉 운전 시 케이블이 당겨지는 길이 정도의 최소 여유분, 즉 실질적으로 도 1의 A 영역에 대응되는 케이블의 길이보다는 훨씬 짧은 길이의 여유분만을 남긴 후에 케이블의 단축 길이 보상유닛(130)을 설치하여 요잉 운전 시 동작되도록 하면 되기 때문에 케이블 손상 문제, 전력 송전 손실 문제, 케이블 비용 증가 문제 등을 해소할 수 있게 되는 것이다.However, in the present embodiment, even if the cable is not excessively stretched as in the area A of FIG. 1, the maximum number of yawing operations, for example, the minimum allowance of the length of the cable pulled in three times of yawing operation, that is, substantially corresponds to the area A of FIG. 1. After leaving only a much shorter length than the cable length, the cable shortening
도 4 및 도 5는 각각 도 2 및 도 3에 도시된 케이블의 단축 길이 보상유닛의 사시도이고, 도 6 및 도 7은 각각 도 4 및 도 5에 도시된 무버 구동부의 사시도이며, 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전기의 제어블록도이다.4 and 5 are perspective views of the short-length length compensation unit of the cable shown in FIGS. 2 and 3, respectively, and FIGS. 6 and 7 are perspective views of the mover driver shown in FIGS. 4 and 5, respectively, and FIG. A control block diagram of a wind power generator according to a first embodiment of the invention.
이들 도면과 도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 케이블의 단축 길이 보상유닛(130)은 타워(120)의 하부 영역에서 케이블과 연결되어 케이블을 업/다운 이동 가능하게 지지한다.2 and 3 together, the short axis
이때, 케이블의 상부 영역에는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 케이블 상부 고정부(105)가 나셀 영역에 배치되어 케이블의 상부 영역을 고정한다.In this case, as shown in FIGS. 2 and 3, the upper
따라서 본 실시예의 케이블의 단축 길이 보상유닛(130)은 케이블 상부 고정부(105)를 기준으로 하여 그 하부 영역의 케이블을 케이블 상부 고정부(105) 쪽으로 약간 들어 올려줌으로써 요잉 운전에 따른 케이블의 트위스트 현상에 능동적으로 대처하고 있는 것이다.Therefore, the short-length
한편, 실질적으로 케이블과 함께 업/다운 이동되는 무버(140)는 케이블이 고정되는 케이블 홀더(141)와, 케이블 홀더(141)에 연결되어 무버 구동부(150)에 대해 업/다운 가이드되는 가이드부(143)를 포함한다.Meanwhile, the
케이블 홀더(141)와 가이드부(143)는 일체형 구조물일 수 있다. 참고로, 도면에는 케이블 홀더(141)와 가이드부(143)가 원형의 단면 구조로 되어 있지만 이들은 다각형 구조를 가질 수도 있다.The
케이블 홀더(141)의 둘레면에는 상호간 이격 배치되어 상기 케이블이 고정되는 다수의 케이블 타이(142)가 마련된다. 본 실시예에서 케이블 타이(142)는 케이블이 통과되면서 고정(지지)되는 링(ring) 형상으로 마련된다.A plurality of
무버(140)와 연결되어 무버(140)를 업/다운 구동시키는 무버 구동부(150)는, 무버(140)의 업/다운 구동을 위한 구동력을 발생시키는 모터(151)와, 모터(151)의 회전 운동을 무버(151)의 업/다운 직선 운동으로 전달하는 운동전달용 기어 어셈블리(153)와, 운동전달용 기어 어셈블리(153)를 지지하는 기어박스(155)를 포함한다.The
무버(140)가 케이블과 연결되는 구성임에 반하여 무버 구동부(150)는 타워(120)의 하부 영역에서 타워(120)에 고정된 채로 무버(140)를 이동 가능하게 지지한다.While the
본 실시예에서 모터(151)는 서보 모터일 수 있다. 서모 모터가 적용되면 무버(140)의 업/다운 이동 거리를 정확하게 조절할 수 있는 이점이 있다.In this embodiment, the
본 실시예에서 운동전달용 기어 어셈블리(153)는, 무버(140)에 연결되는 랙 기어(153a)와, 랙 기어(153a)와 기어 맞물림되는 피니언 기어(153b)와, 피니언 기어(153b)와 샤프트(153c)에 의해 동축적으로 연결되는 웜 휠(153d)과, 웜 휠(153d)에 기어 맞물림되는 웜(153e)을 구비하는 제1 베벨 기어(153f)와, 제1 베벨 기어(153f)와 기어 맞물림되며, 타측에서 모터(151)와 직결되는 제2 베벨 기어(153g)를 포함할 수 있다.In the present embodiment, the exercise
이에, 모터(151)가 구동되면 모터(151)의 구동력이, 제2 베벨 기어(153g), 제1 베벨 기어(153f), 웜(153e), 웜 휠(153d) 및 샤프트(153c)로 전달되어 피니언 기어(153b)를 회전시키게 되며, 이로써 피니언 기어(153b)에 기어 맞물림된 랙 기어(153a)가 무버(140)를 업/다운 구동시키게 된다.Accordingly, when the
이에 따라 무버(140)는 도 2 및 도 3처럼 H1의 높이에서 H2의 높이로 이동될 수 있다. 물론, 이러한 무버(140)의 이동량(길이)은 요잉 운전에 따라 케이블이 꼬아질 때, 케이블이 꼬아진 만큼의 단축 길이에 해당된다.Accordingly, the
따라서 케이블의 단축 길이 보상유닛(130)이 구동되기 위해서는 요인 운전에 따른 케이블의 단축 길이를 알아야 한다. 이는 도 8에 도시된 바와 같은 단축 길이 측정부(160)에 의해 측정될 수 있다.Therefore, in order to operate the shortened
단축 길이 측정부(160)는 타워(103)의 길이, 최대 요잉 운전의 회전수 등을 토대로 하여 연산에 의해 측정될 수도 있고, 아니면 요잉 운전 시 실제 케이블이 올라가는 거리를 감지하는 방법에 의해 측정될 수도 있다. 후자의 경우, 위치감지센서를 사용하면 된다.The shortened
도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 풍력발전기에는 단축 길이 측정부(160)의 정보에 기초하여 무버(140)의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러(170)를 포함한다.As shown in FIG. 8, the wind power generator of the present embodiment includes a
컨트롤러(170)에 대해 도 8을 참조하여 살펴본다. 전술한 바와 같이, 컨트롤러(170)는 단축 길이 측정부(160)의 정보에 기초하여 무버(140)의 동작을 컨트롤한다.The
이러한 역할을 수행하는 컨트롤러(170)는, 중앙처리장치(171, CPU), 메모리(172, MEMORY), 서포트 회로(173, SUPPORT CIRCUIT)를 포함할 수 있다.The
중앙처리장치(171)는 본 실시예의 풍력발전기에서 단축 길이 측정부(160)의 정보에 기초하여 무버(140)의 동작을 컨트롤하기 위해서 산업적으로 적용될 수 있는 다양한 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다. 메모리(172, MEMORY)는 중앙처리장치(171)와 연결된다. 메모리(172)는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서 로컬 또는 원격지에 설치될 수 있으며, 예를 들면 랜덤 액세스 메모리(RAM), ROM, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 임의의 디지털 저장 형태와 같이 쉽게 이용가능한 적어도 하나 이상의 메모리이다. 서포트 회로(173, SUPPORT CIRCUIT)는 중앙처리장치(171)와 결합되어 프로세서의 전형적인 동작을 지원한다. 이러한 서포트 회로(173)는 캐시, 파워 서플라이, 클록 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다.The
본 실시예에 따른 풍력발전기에서 단축 길이 측정부(160)의 정보에 기초하여 무버(140)의 동작을 컨트롤하는 일련의 프로세스 등은 메모리(172)에 저장될 수 있다. 전형적으로는 소프트웨어 루틴이 메모리(172)에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한 다른 중앙처리장치(미도시)에 의해서 저장되거나 실행될 수 있다.In the wind power generator according to the present embodiment, a series of processes for controlling the operation of the
본 발명에 따른 프로세스는 소프트웨어 루틴에 의해 실행되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 프로세스들 중 적어도 일부는 하드웨어에 의해 수행되는 것도 가능하다. 이처럼, 본 발명의 프로세스들은 컴퓨터 시스템 상에서 수행되는 소프트웨어로 구현되거나 또는 집적 회로와 같은 하드웨어로 구현되거나 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합에 의해서 구현될 수 있다.Although processes according to the present invention are described as being performed by software routines, it is also possible that at least some of the processes of the present invention may be performed by hardware. As such, the processes of the present invention may be implemented in software executed on a computer system, or in hardware such as an integrated circuit, or in combination of software and hardware.
이러한 구성을 갖는 풍력발전기의 작용에 대해 살펴본다.It looks at the operation of the wind turbine having such a configuration.
도 2에서 도 3처럼 바람의 방향에 기인하여 블레이드(110)가 요잉 운전되면(도 3의 B 참조), 그에 연동되어 타워(120) 내의 케이블이 꼬아지게 된다.In FIG. 2, when the
이러한 케이블의 트위스트 현상(도 3의 C 참조)에 의해 케이블의 길이는 초기 상태보다 단축될 수밖에 없는데, 즉 케이블이 꼬아진 만큼 케이블이 상부로 잡아당겨지게 되는데, 단축 길이 측정부(160)가 이를 측정한다.Due to the twisting of the cable (see C of FIG. 3), the length of the cable is inevitably shorter than the initial state, that is, the cable is pulled upward as much as the cable is twisted. Measure
측정된 정보는 컨트롤러(170)로 전송되고, 컨트롤러(170)는 모터(151)의 동작을 컨트롤함으로써 무버(140)가 케이블과 함께 도 2의 H1 높이에서 도 3의 H2 높이만큼 상부로 업(up) 동작되도록 한다. 그러면 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 능동적으로 또한 효율적으로 보상할 수 있게 된다.The measured information is transmitted to the
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 종래처럼 케이블을 길게 늘어뜨려 배치(도 1의 A 참조)하지 않더라도 요잉 운전에 따른 케이블의 트위스트 현상에 의해 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 능동적으로 보상할 수 있으며, 이와 더불어 케이블 손상 문제, 전력 송전 손실 문제, 케이블 비용 증가 문제 등의 다양한 문제를 함께 해소할 수 있게 된다.As described above, according to the present embodiment, even if the cable is not long stretched as shown in the related art (see A of FIG. 1), the cable length can be actively compensated by the twisting of the cable due to the yawing operation. In addition, various problems such as cable damage, power transmission loss, and cable cost increase can be solved together.
도 9 및 도 10은 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력발전기에서 운동전달용 기어 어셈블리에 대한 개략적인 동작 단면도이다.9 and 10 are schematic cross-sectional views of a motion transmission gear assembly in a wind power generator according to a second embodiment of the present invention, respectively.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 운동전달용 기어 어셈블리(253)는 전술한 실시예와 달리, 무버(140)에 연결되는 랙 기어(253a)와, 모터(미도시)에 직결되는 피니언 기어(253b)로 간단하게 마련될 수 있다.As shown in these figures, unlike the above-described embodiment, the movement
이러한 구조의 경우, 모터가 동작되어 피니언 기어(253b)가 제자리에서 회전됨에 따라 랙 기어(253a)가 무버(140)를 업/다운 구동시킬 수 있을 것이며, 이러한 구조가 적용되더라도 본 발명의 효과를 제공하기에 충분하다.In this structure, as the motor is operated and the
물론, 이러한 기어 구조에서 벗어나 운동전달용 기어 어셈블리(153,253)는 고압, 유압 또는 유공압 복합 실린더로 적용될 수 있으며, 이러한 경우, 실린더의 로드가 무버(140)에 직접 연결되면 된다.Of course, the
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력발전기에서 무버의 평면 구조도이다.11 is a plan view of the mover in the wind power generator according to the third embodiment of the present invention.
전술한 제1 실시예의 경우, 케이블 타이(142)는 케이블이 통과되면서 고정(지지)되는 링(ring) 형상으로 마련되었으나 본 실시예의 경우에는 도 11처럼 무버(340)에 마련되는 케이블 타이(342)가 일측이 개방된 고리 형상을 이루고 있으며, 이와 같은 구조의 케이블 타이(342)가 적용되더라도 본 발명의 효과를 제공하기에 충분하다.In the first embodiment described above, the
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.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Accordingly, such modifications or variations are intended to fall within the scope of the appended claims.
101 : 허브 103 : 나셀 커버
105 : 케이블 상부 고정부 110 : 블레이드
120 : 타워 130 : 케이블의 단축 길이 보상유닛
140 : 무버 141 : 케이블 홀더
142 : 케이블 타이 143 : 가이드부
150 : 무버 구동부 151 : 모터
153 : 운동전달용 기어 어셈블리 155 : 기어박스
160 : 단축 길이 측정부 170 : 컨트롤러101: hub 103: nacelle cover
105: cable upper fixing part 110: blade
120: tower 130: shortened length compensation unit of the cable
140: mover 141: cable holder
142: cable tie 143: guide part
150: mover drive unit 151: motor
153: gear assembly for transmission of motion 155: gearbox
160: shortened length measuring unit 170: controller
Claims (11)
상기 나셀과 상기 블레이드의 축 방향 하중을 지지하며, 내부에 케이블(cable)이 배치되는 타워(tower); 및
미리 결정된 구간 내에서 상기 케이블을 업/다운(up/down) 이동 가능하게 지지하며, 상기 블레이드의 요잉(Yawing) 운전에 따른 상기 케이블의 트위스트(twist) 현상에 의해 상기 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 보상하는 케이블의 단축 길이 보상유닛을 포함하며,
상기 케이블의 단축 길이 보상유닛은,
상기 케이블과 연결되며, 상기 요잉 운전 시 상기 케이블과 함께 업/다운(up/down) 이동되는 무버(mover); 및
상기 타워의 하부 영역에서 상기 타워에 고정되며, 일측이 상기 무버와 연결되어 상기 무버를 업/다운 구동시키는 무버 구동부를 포함하는 풍력발전기.A blade connected to a nacelle and rotated by wind;
A tower supporting an axial load of the nacelle and the blade and having a cable disposed therein; And
The cable is supported to be movable up / down within a predetermined section, and the length of the cable is smaller than the initial state due to the twisting of the cable according to the yawing operation of the blade. It includes a shortened length compensation unit of the cable to compensate for the shortened,
Shortening length compensation unit of the cable,
A mover connected to the cable and moving up / down with the cable during the yawing operation; And
The wind generator is fixed to the tower in the lower region of the tower, one side is connected to the mover and comprises a mover driving unit for driving the mover up / down.
상기 요잉 운전에 따른 상기 케이블의 단축 길이를 측정하는 단축 길이 측정부를 더 포함하는 풍력발전기.The method of claim 1,
And a short axis length measuring unit for measuring a short axis length of the cable according to the yawing operation.
상기 단축 길이 측정부의 정보에 기초하여 상기 무버의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함하는 풍력발전기.The method of claim 3,
And a controller for controlling the operation of the mover based on the information of the shortened length measuring unit.
상기 무버는,
상기 케이블이 고정되는 케이블 홀더; 및
상기 케이블 홀더에 연결되어 상기 무버 구동부에 대해 업/다운 가이드되는 가이드부를 포함하는 풍력발전기.The method of claim 1,
The mover,
A cable holder to which the cable is fixed; And
And a guide part connected to the cable holder to guide up / down with respect to the mover driver.
상기 케이블 홀더의 둘레면에는 상호간 이격 배치되어 상기 케이블이 고정되는 다수의 케이블 타이가 마련되는 풍력발전기.The method of claim 5,
Wind generators are provided on the circumferential surface of the cable holder spaced apart from each other is provided with a plurality of cable ties in which the cable is fixed.
상기 케이블 타이는 링(ring) 형상이거나 일측이 개방된 고리 형상을 갖는 풍력발전기.The method according to claim 6,
The cable tie has a ring shape or a wind turbine having an open ring shape on one side.
상기 무버 구동부는,
상기 무버의 업/다운 구동을 위한 구동력을 발생시키는 모터;
상기 모터의 회전 운동을 상기 무버의 업/다운 직선 운동으로 전달하는 운동전달용 기어 어셈블리; 및
상기 운동전달용 기어 어셈블리를 지지하는 기어박스를 포함하는 풍력발전기.The method of claim 1,
The mover driver,
A motor generating a driving force for up / down driving of the mover;
A gear transmission assembly for transferring a rotational motion of the motor to the up / down linear motion of the mover; And
A wind turbine comprising a gearbox for supporting the gear assembly for transmission of motion.
상기 운동전달용 기어 어셈블리는,
상기 무버에 연결되는 랙 기어;
상기 랙 기어와 기어 맞물림되는 피니언 기어;
상기 피니언 기어와 샤프트에 의해 동축적으로 연결되는 웜 휠;
상기 웜 휠에 기어 맞물림되는 웜을 구비하는 제1 베벨 기어; 및
상기 제1 베벨 기어와 기어 맞물림되며, 타측에서 상기 모터와 직결되는 제2 베벨 기어를 포함하는 풍력발전기.9. The method of claim 8,
The exercise transmission gear assembly,
A rack gear connected to the mover;
A pinion gear in gear engagement with the rack gear;
A worm wheel coaxially connected by the pinion gear and the shaft;
A first bevel gear having a worm gear engaged with the worm wheel; And
And a second bevel gear meshed with the first bevel gear and directly connected to the motor at the other side.
상기 무버 구동부는 실린더인 풍력발전기.The method of claim 1,
The mover driving unit is a wind turbine.
상기 케이블의 단축 길이 보상유닛은 상기 타워의 하부 영역에서 상기 케이블과 연결되어 상기 케이블을 업/다운 이동 가능하게 지지하며,
상기 케이블의 상부 영역에는 상기 나셀 영역에 배치되어 상기 케이블의 상부 영역을 고정시키는 케이블 상부 고정부가 더 마련되는 풍력발전기.The method of claim 1,
The short length compensation unit of the cable is connected to the cable in the lower region of the tower to support the cable to move up / down,
And a cable upper fixing part disposed in the nacelle area to fix the upper area of the cable in the upper area of the cable.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |