KR101367115B1 - 풍력발전기의 슬립링 배치구조 및 이를 갖는 풍력 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력발전기의 슬립링에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 슬립링에 전달되는 열이 차단되고, 절연성이 강화된 슬립링 구조를 갖으며, 동력손실이 적은 풍력발전기의 슬립링 배치구조 및 이를 갖는 풍력발전기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 풍력발전기의 슬립링 배치구조는, 다수의 블레이드가 설치되어 바람의 힘으로 회전하는 허브측으로 상기 블레이드의 피치 조절을 위한 전원 및 제어신호를 전달하도록 동력전달계통(drive train)에 설치되는 풍력발전기의 슬립링의 배치구조로서, 상기 허브(10)로부터의 회전력을 증가시키는 기어박스(200); 상기 기어박스(200)로부터 증가된 회전력을 전달받아 전기를 발생시키는 발전기(300); 및 상기 발전기(300)의 고속의 회전축에 연결되는 슬립링(400);을 포함하되, 상기 기어박스(200) 및 발전기(300)는 하나의 축으로 연결되는 것;을 특징으로 한다.

Description

풍력발전기의 슬립링 배치구조 및 이를 갖는 풍력 발전기{SLIP RING ARRANGEMENT STRUCTURE FOR WIND TURBINE AND WIND TURBINE HAVING THE SAME}

본 발명은 풍력발전기의 슬립링에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 슬립링에 전달되는 열이 차단되고, 절연성이 강화된 슬립링 구조를 갖으며, 동력손실이 적은 풍력발전기의 슬립링 배치구조 및 이를 갖는 풍력발전기에 관한 것이다.

일반적으로, 풍력 에너지는 급성장하는 에너지 공급원으로서, 화석 기반 에너지 공급원에 비하여 청정하면서 재생 가능하며, 생태학적으로 자연 친화적인 에너지를 제공한다. 따라서, 풍력 발전은 유력한 대체 에너지원으로 인정받고 있으며, 그 이용이 늘어가고 있는 추세이다.

이와 같은 풍력 발전기는 블레이드의 회전으로부터 전력을 생산하는 발전기와, 발전기로부터 생산된 전력을 계통에 공급하기 위한 전력으로 변환하는 전력변환기를 가진다. 따라서, 블레이드를 이용하여 풍력 에너지를 회전 에너지와 같은 기계적 에너지로 변환하고, 변환된 기계적 에너지를 이용하여 발전기를 구동시킴으로써 전력을 생산하고, 생산된 전력은 전력변환기에 의하여 계통에 공급하기 위한 전력으로 변환하도록 한다.

종래의 풍력 발전기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 지면에서 적정 높이로 고정되게 설치되는 타워(12) 상단에 나셀(11)이 회전 가능하게 설치되며, 나셀(11)의 전단에는 다수의 블레이드가 장착되는 허브(10)가 설치되어 회전하게 된다.

허브(10)는 기어박스(2)와 연결된 회전축(1)과 연결되어 허브(10)의 회전력이 회전축(1)을 통해 기어박스(2, gear box)로 전달되고, 기어박스(2)는 회전축(1)의 회전속도를 증속하여 발전기(3)로 전달하여 발전을 하며, 기어박스(2)와 발전기(3)는 커플링(7)으로 연결된다.

이러한 종래의 풍력발전기는 피치 시스템(pitch system)에 의해 바람의 세기와 방향에 따라 블레이드의 피치를 조절하는데, 전기제어장치에 의해 초당 수회씩 전력 출력을 측정하여 적정 출력을 초과하거나 감소하게 되면 출력제어를 위해 즉시 블레이드 제어장치로 신호를 보내 블레이드의 각도를 조정함으로써 항상 일정한 적정 출력을 유지할 수 있도록 한다.

이러한 블레이드의 피치 시스템은 풍력발전기의 허브(10) 측에 위치하고 있는데 허브 및 회전축(1)이 회전을 하기 때문에 허브(10) 측에 위치한 피치 시스템에 전원 및 제어신호를 바로 전달할 수 없으므로 접촉자인 슬립링(4)을 기어박스(2)의 저속 회전축(이하, 저속단이라 한다)에 설치하여 전원 및 제어신호를 전달 하였다.

즉, 피치 시스템에 전원 및 제어 신호을 공급하기 위하여 기어 박스(2)의 저속단 끝단에 슬립링(4)을 설치하고, 회전축(1) 및 기어박스(2)에 피치 튜브(5, pitch tube)를 삽입한 후 피치 튜브(5) 내에 슬립링(4)과 연결시킨 전원 및 신호공급용 케이블(6)을 통과시켜 피치 시스템에 전원 및 제어신호을 전달하였다.

그러나, 종래의 슬립링(4)은 기어박스(2)에 직접 연결하므로 기어박스(2)로부터 열이 직접 전달되어 제품의 수명이 짧아지고, 절연성도 떨어지는 구조가 되어 안전성이 부족한 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 슬립링에 전달되는 열이 차단되고, 절연성이 강화된 슬립링 구조를 갖으며, 동력손실이 적은 풍력발전기의 슬립링 배치구조 및 이를 갖는 풍력발전기를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 다수의 블레이드가 설치되어 바람의 힘으로 회전하는 허브측으로 상기 블레이드의 피치 조절을 위한 전원 및 제어신호를 전달하도록 동력전달계통(drive train)에 설치되는 풍력발전기의 슬립링의 배치구조에 있어서, 상기 허브(10)로부터의 회전력을 증가시키는 기어박스(200); 상기 기어박스(200)로부터 증가된 회전력을 전달받아 전기를 발생시키는 발전기(300); 및 상기 발전기(300)의 고속의 회전축에 연결되는 슬립링(400);을 포함하되, 상기 기어박스(200) 및 발전기(300)는 하나의 축으로 연결되는 것;을 특징으로 하는 풍력발전기의 슬립링의 배치구조를 제공한다.

일단이 상기 슬립링(400)에 고정연결되고, 타단이 상기 기어박스(200) 또는 발전기(300)에 고정연결되어 상기 슬립링(400)을 지지하는 지지부재(800);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 지지부재(800)는 절연재질로 이루어지는 것;을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 슬립링(400)의 배치구조를 갖는 풍력발전기를 제공한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 다수의 블레이드가 설치되어 바람의 힘으로 회전하는 허브측으로 상기 블레이드의 피치 조절을 위한 전원 및 제어신호를 전달하도록 동력전달계통(drive train)에 설치되는 풍력발전기의 슬립링의 배치구조에 있어서, 상기 슬립링(400)은 상기 동력전달계통의 끝단에 설치하되, 상기 슬립링(400)을 지지하는 지지부재(800)에 의해 상기 동력전달계통의 끝단으로부터 이격되어 지지되는 것;을 특징으로 하는 풍력발전기의 슬립링의 배치구를 제공한다.

상기 지지부재(800)는 일단이 상기 슬립링(400)에 고정연결되고, 타단이 상기 동력전달계통을 구성하는 장치에 고정연결되어 상기 슬립링(400)을 지지하는 것;을 특징으로 한다.

상기 동력전달계통은 기어박스(200) 및 발전기(300)로 구성되며, 상기 동력전달계통의 끝단에는 발전기(300)가 배치되고, 상기 기어박스(200) 및 발전기(300)는 하나의 축으로 연결되는 것;을 특징으로 한다.

상기 지지부재(800)는 절연재질로 이루어지는 것;을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 슬립링(400)의 배치구조를 갖는 풍력발전기를 제공한다.

본 발명에 따르면, 슬립링을 고속단에 설치함으로써 슬립링에 전달되는 열을 차단하고, 절연성을 강화할 수 있다.

또한, 동력전달체인(drive chain)이 짧아져 나셀의 내부 작업공간을 확보할 수 있고, 동력손실도 절감할 수 있다.

또한, 불필요한 나셀 내부 작업공간을 줄여 나셀의 크기를 축소할 수 있으므로 타워(12)의 상부의 나셀 무게를 경량화시킬 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 풍력발전기의 슬립링 배치구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 풍력발전기의 슬립링 배치구조 및 이를 갖는 풍력 발전기를 도시한 도면.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명에 따른 풍력발전기의 슬립링 배치구조 및 이를 갖는 풍력 발전기를 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 슬립링 배치구조는, 다수의 블레이드가 설치되어 바람의 힘으로 회전하는 허브측으로 상기 블레이드의 피치 조절을 위한 전원 및 제어신호를 전달하도록 동력전달계통(drive train)에 설치되는 풍력발전기의 슬립링의 배치구조로서, 기어박스(200), 발전기(300), 슬립링(400)을 포함하되, 기어박스(200) 및 발전기(300)가 하나의 축으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

기어박스(200)는 허브(10)로부터의 회전력을 증가시키는 데, 바람에 의해 블레이드가 회전시 블레이드와 함께 허브(10)가 회전하고, 허브(10)에 연결된 회전축(100)이 저속으로 회전되는 것을 기어박스(200)가 고속의 회전으로 증속시켜 발전기(300)에 고속의 회전력이 전달되도록 한다.

발전기(300)는 기어박스(200)로부터 증가된 회전력을 전달받아 전기를 발생시키는 데, 기어박스(200)에 의해 공급되는 고속의 회전력이 발전기(300)의 구동원으로 사용되는 것이다.

슬립링(400)은 발전기(300)의 고속의 회전축, 즉 발전기(300)의 고속단에 연결하되, 기어박스(200) 및 발전기(300)가 하나의 축으로 연결되도록 하여 풍력발전기의 나셀(11)에 들어가는 동력전달계통이 짧아지도록 한다.

동력전달계통은, 일반적으로 회전축(100), 기어박스(200), 발전기(300)로 구성되어 풍력이 블레이드의 회전을 거쳐 전기력으로 변하기 위해 에너지(동력)가 전달되는 계통을 말하며, 본 발명에 따른 슬립링(400)의 설치로 인해 협소한 나셀(11) 내부에서 작업공간이 확보될 수 있고, 동시에 동력전달계통이 짧아짐으로써 동력손실을 절감할 수 있게 된다.

또한, 최소한의 작업공간을 확보한 후 나셀(11)의 크기를 축소할 수 있으므로 타워(12)의 상부의 나셀 무게도 경량화시킬 수 있다.

한편, 종래의 슬립링(4)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 기어박스(2)의 저속단에 직접연결되는 구조이므로 기어박스(2)의 열이 직접 슬립링(4)으로 전달될 수 있고, 절연이 잘 되지 않을 경우 기어박스로 전류가 흐를 수 있어 작업자의 안전 사고 위험성을 높일 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 슬립링(400)은 작업자의 감전사고 발생을 줄이고 열의 직접적인 전달을 방지 위해 동력전달계통으로부터 슬립링(400)을 이격시키도록 지지부재(800)를 더 포함할 수 있다.

즉, 지지부재(800)의 일단을 슬립링(400)에 고정연결하고, 타단을 기어박스(200) 또는 발전기(300)에 고정연결시켜 슬립링(400)이 지지부재(800)에 의해 기어박스(200) 또는 발전기(300)로부터 이격되어 고정지지될 수 있도록 한다.

슬립링(400)의 절연성을 높이기 위해 지지부재(800)를 절연재질로 구성할 수도 있는데, 슬립링(400)으로부터 누설되는 전류를 차단할 수 있게 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력발전기의 슬립링 배치구조는, 다수의 블레이드가 설치되어 바람의 힘으로 회전하는 허브측으로 상기 블레이드의 피치 조절을 위한 전원 및 제어신호를 전달하도록 동력전달계통(drive train)에 설치되는 풍력발전기의 슬립링의 배치구조로서, 슬립링(400)이 동력전달계통의 끝단에 설치되도록 하되, 지지부재(800)에 의해 동력전달계통의 끝단으로부터 이격되어 지지되는 것을 특징으로 한다.

지지부재(800)는 일단이 슬립링(400)에 고정연결되고, 타단이 동력전달계통을 구성하는 장치에 고정연결되어 슬립링(400)이 동력전달계통의 끝단으로부터 이격되어 지지되도록 하며, 절연성을 높이기 위해 절연재질로 지지부재(800)를 구성할 수 있다.

동력전달계통에는 다양한 장치들이 각각 복수로 설치될 수 있으나, 본 실시예에서는 기어박스(200) 및 발전기(300)를 각각 단수로 구성되도록 하였으며, 동력전달계통의 끝단에 1개의 발전기(300)를 배치하고, 기어박스(200) 및 발전기(300)는 하나의 축으로 연결되도록 하였다.

이로써 상술한 실시예에서 언급하였듯이, 동력전달계통이 짧아져 동력전달과정에서 발생하는 동력손실을 줄임과 동시에 나셀(11) 내부 공간 확보 및 나셀(110 무게 감소가 가능해진다.

이하 본 발명에 따른 슬립링의 배치구조의 작용에 대해 설명한다.

본 발명에 따른 슬립링의 배치구조를 갖는 풍력발전기는 블레이드의 회전에 의해 허브(10) 및 회전축(100)이 저속으로 회전하면 기어박스(200)가 저속의 회전을 고속의 회전으로 변환시켜 발전기로 회전력을 전달하고 발전기로 입력되는 고속의 회전에 의해 적절한 발전이 이루어진다.

이러한 동력전달계통에서 기어박스(200) 및 발전기(300)를 일체화시킬 수 있도록 기어박스(200)와 발전기(300)를 하나의 축으로 연결하고, 슬립링(400)을 동력전달계통의 끝단, 즉 발전기(300)의 고속단에 위치하도록 하되, 지지부재(800)에 의해 발전기(300)의 고속단과 이격되도록 한다.

슬립링은 축 내부에 설치되는 피치 튜브(500)를 관통하는 케이블(600)과 연결되어 블레이드의 피치조절을 위한 전원 및 제어신호를 허브(10)측으로 전달할 수 있게 된다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

10: 허브 11: 나셀
12: 타워 100: 회전축
200: 기어박스 300: 발전기
400: 슬립링 500: 피치튜브
600: 케이블 700: 커플링
800: 지지부재

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 다수의 블레이드가 설치되어 바람의 힘으로 회전하는 허브측으로 상기 블레이드의 피치 조절을 위한 전원 및 제어신호를 전달하도록 동력전달계통(drive train)에 설치되는 풍력발전기의 슬립링의 배치구조에 있어서,
   상기 슬립링(400)은 상기 동력전달계통의 끝단에 설치하되, 상기 슬립링(400)을 지지하는 지지부재(800)에 의해 상기 동력전달계통의 끝단으로부터 이격되어 지지되고,
   상기 지지부재(800)는 절연재질로 이루어지는 것;
   을 특징으로 하는 풍력발전기의 슬립링의 배치구조.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 지지부재(800)는 일단이 상기 슬립링(400)에 고정연결되고, 타단이 상기 동력전달계통을 구성하는 장치에 고정연결되어 상기 슬립링(400)을 지지하는 것;
   을 특징으로 하는 풍력발전기의 슬립링의 배치구조.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 동력전달계통은 기어박스(200) 및 발전기(300)로 구성되며, 상기 동력전달계통의 끝단에는 발전기(300)가 배치되고, 상기 기어박스(200) 및 발전기(300)는 하나의 축으로 연결되는 것;
   을 특징으로 하는 풍력발전기의 슬립링의 배치구조.
8. 삭제
9. 삭제

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