KR101400167B1 - 풍력 발전기 - Google Patents

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Abstract

풍력 발전기가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전기는 복수의 블레이드가 결합되고, 내부에 수용부가 형성된 허브; 수용부에 위치하며, 전기가 인가되는 전장부; 수용부에 위치하며, 자기력으로 수용부 내의 금속성 이물질을 수집하는 마그네틱부; 마그네틱부의 자기장 세기 변화를 감지하는 센서; 및 센서에서 마그네틱부의 자기장 세기 변화가 감지되는 경우, 전장부로 전기 인가를 차단시키는 제어부를 포함하고, 전장부는, 금속 재질의 전장 판넬; 및 전장 판넬에 설치되며, 전장 판넬의 내부 공기를 환기시키는 팬을 포함하며, 마그네틱부는, 팬에 인접하여 전장 판넬에 부착된다.

Description

풍력 발전기{WIND POWER GENERATOR}
본 발명은 풍력 발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 허브를 포함하는 풍력 발전기에 관한 것이다.
최근 들어 지구온난화, 고유가 등의 문제를 해결하기 위해 석유 자원을 대체할 대체 에너지 개발이 한창이다. 이러한 대체 에너지 중에서 풍력발전은 오염물질의 배출이 전혀 없고 환경을 훼손할 우려가 없다는 점에서 해당 기술에 대한 연구와 개발이 활발히 진행되고 있다.
풍력 발전기는 지면 등에 설치된 타워 상단에 나셀이 설치되고, 나셀에 설치된 허브가 전방에서 불어오는 바람에 의해 블레이드와 함께 회전하면서 전기에너지를 생성한다.
허브의 내부에는 각종 전기부품들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 전기부품들을 설치하거나, 전기부품을 보수하는 과정에서 금속성 이물질이 발생한다. 발생된 금속성 이물질은 허브의 회전으로 허브 내부를 돌아다니며 전류가 흐르는 전기부품들과 접촉하여 전기적 쇼트를 야기한다. 전기적 쇼트는 전기부품들의 손상을 야기한다.
본 발명의 실시예는, 허브 내 전기부품들의 손상을 예방할 수 있는 풍력 발전기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 블레이드가 결합되고, 내부에 수용부가 형성된 허브; 상기 수용부에 위치하며, 전기가 인가되는 전장부; 및 상기 수용부에 위치하며, 자기력으로 상기 수용부 내의 금속성 이물질을 수집하는 마그네틱부를 포함하는 풍력발전기가 제공될 수 있다.
이때, 상기 마그네틱부는 영구자석 또는 전자석일 수 있다.
이때, 상기 전장부는 금속 재질의 전장 판넬을 포함하며, 상기 마그네틱부는 상기 전장 판넬에 부착되어 상기 전장 판넬을 자화시킬 수 있다.
이때, 상기 전장부는 상기 전장 판넬에 설치되며, 상기 전장 판넬의 내부 공기를 환기시키는 팬을 더 포함하며, 상기 마그네틱부는 상기 팬에 인접하여 상기 전장 판넬에 부착될 수 있다.
한편, 상기 풍력발전기는 상기 마그네틱부의 자기장 세기 변화를 감지하는 센서; 및 상기 센서에서 상기 마그네틱부의 자기장 세기 변화가 감지되는 경우, 상기 전장부로 전기 인가를 차단시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 전장부는 상기 블레이드의 피치를 제어하는 피치 제어 유닛을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 금속성 이물질로 인한 전기부품들의 쇼트 발생이 방지되므로 전기부품들의 손상이 예방된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기를 나타내는 사시도이고,
도 2는 도 1의 A영역을 나타내는 단면도이고,
도 3은 도 2의 전장부와 마그네틱부를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기를 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 풍력 발전기(10)는 해상 또는 산의 능선과 같이 기류의 간섭이 최소화될 수 있는 장소에 설치될 수 있다. 풍력 발전기(10)는 타워(100), 나셀(200), 허브(300), 그리고 블레이드(400)를 포함한다.
타워(100)는 예를 들어 지면에 고정 설치될 수 있다. 나셀(200)은 타워(100)의 상단에 설치될 수 있다. 나셀(200)은 타워(100)에 대해 회전 가능하도록 설치될 수 있다. 나셀(200)은 허브(300)에서 전달되는 회전 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 각종 장치, 예를 들어 발전기 및 증속기 등을 포함할 수 있다.
허브(300)는 나셀(200)의 전방에 회전 가능하게 결합된다. 허브(300)는 나셀(200)의 전방으로 돌출된 메인 샤프트(210, 도 2 참조)와 결합되고, 허브(300)의 회전 에너지는 메인 샤프트(210)를 통해 나셀(200)에 포함된 발전기(미도시)로 전달된다.
블레이드(400)는 복수 개 제공되며, 허브(300)을 중심으로 방사상으로 배치된다. 블레이드(400)들은 익형 단면을 가지며, 전방으로부터 불어오는 바람에 대해 일정한 받음각(angle of attack)을 갖도록 허브(300)에 결합된다. 풍력 발전기(10)의 전방에서 불어오는 바람은 블레이드(400)들의 표면을 스쳐 지나면서 양력을 발생시킨다. 발생된 양력은 블레이드(400)들과 허브(300)를 회전시키고, 허브(300)의 회전 에너지는 나셀(200)에 전달되어 전기 에너지로 변환된다.
도 2는 도 1의 A영역을 나타내는 단면도이고, 도 3은 도 2의 전장부와 마그네틱부를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 풍력 발전기(10)는 전장부(510), 마그네틱부(520), 센서(530), 그리고 제어부(540)를 더 포함한다.
전장부(510)는 허브(300) 내부에 형성된 수용부(310)에 위치한다. 전장부(510)는 주변 장치들을 제어하는 각종 전기부품(511)들을 포함한다. 전기부품(511)들은 전장 판넬(512) 내부에 수용될 수 있다. 전장 판넬(512)은 금속 재질로 제공된다.
예를 들어, 전장부(510)는 피치 제어부일 수 있다. 피치 제어부는 피치 모터(미도시)를 제어하여 블레이드(400)들을 허브(300)에 대해 회전시킴으로써 블레이드(400)의 피치각을 조절한다.
피치각은 풍속에 따라 조절될 수 있다. 예컨데, 풍속이 느린 경우, 풍력이 최대한 이용될 수 있도록 블레이드(400)의 피치각은 작아질 수 있다. 그리고 풍속이 빠른 경우, 전방에서 불어오는 바람 일부가 블레이드(400)에 부딪히지 않고 흘러갈 수 있도록 피치각은 커질 수 있다.
이 경우, 전장 판넬(512) 내부에 제공되는 전기부품(511)들은 피치 모터(미도시)를 제어하기 위한 각종 부품 및 배선을 포함할 수 있다.
마그네틱부(520)는 수용부(310)에 위치한다. 마그네틱부(520)는 자기력을 이용하여 수용부(310) 내에 머무르는 금속성 이물질을 수집한다. 마그네틱부(520)는 영구자석 또는 전자석일 수 있다.
금속성 이물질은 예컨대, 전장 판넬(512)을 제작하거나 전기부품(511)을 설치하는 과정에서 발생할 수 있다. 또는 금속성 이물질은 전기부품(511)들을 유지 보수하는 과정에서 발생할 수 있다.
금속성 이물질은 수용부(310) 내부에 잔류한다. 금속성 이물질은 허브(300)가 회전하는 동안 허브(300) 내부를 돌아다니며, 경우에 따라 전장 판넬(512) 내부로 유입된다.
전장 판넬(512) 내부로 유입된 금속성 이물질은 전기가 흐르는 전기부품(511)들과 접촉하여 전기적 쇼트를 유발한다. 전기적 쇼트로 인해 전기부품(511)들이 손상된다. 마그네틱부(520)는 금속성 이물질이 허브(300) 내부를 돌아다니지 못하도록 수집하여, 상술한 전기적 쇼트 발생을 예방한다.
본 실시예에 의하면, 마그네틱부(520)는 전장 판넬(512)에 부착될 수 있다. 전장 판넬(512)은 마그네틱부(520)의 자기력에 의해 자화된다. 자화된 전장 판넬(512)에는 금속성 이물질이 부착된다. 자화된 전장 판넬(512)은 자기력이 미치는 범위를 넓히므로, 금속성 이물질이 용이하게 수집될 수 있다.
본 실시예에 의하면 전장 판넬(512)에는 팬(515)이 설치될 수 있다. 팬(515)은 전장 판넬(512)의 내부 공기를 환기시킨다. 마그네틱부(520)는 팬(515)에 인접하여 전장 판넬(512)에 부착된다.
팬(515)의 구동으로 발생한 공기 유동으로, 금속성 이물질이 전장 판넬(512) 내부로 유입될 수 있다. 마그네틱부(520)는 팬(515)이 설치된 영역으로 자기력을 인가하여, 전장 판넬(512) 내부로 유입되려는 금속성 이물질을 수집한다.
마그네틱부(520)에 수집되는 금속성 이물질의 양이 증가할수록 마그네틱부(520)의 자기장 세기가 변화된다. 센서(520)는 마그네틱부(520)의 자기장 세기 변화를 감지한다. 이러한 센서(520)는 흐르는 전류에 대해 수직으로 자기장을 걸면 전압이 발생하는 홀효과(Hall effect)나, 자기장의 영향으로 전기저항이 증대하는 자기저항효과 등을 이용하는 통상적인 자기센서(magnetic sensor)를 포함할 수 있다.
센서(530)는 마그네틱부(520)에 인접하여 제공될 수 있다.
센서(520)에서 감지된 자기장의 세기 변화는 제어부(540)에 전달된다. 제어부(540)는 마그네틱부(520)의 자기장 세기 변화가 감지되는 경우, 전장부(510)로 전기 인가를 차단한다. 전기부품(511)들에 전기 인가가 차단되므로, 금속성 이물질 일부가 전장 판넬(512) 내부로 유입되더라도 전기적 쇼트가 발생되지 않는다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 풍력 발전 장치 100: 타워
200: 나셀 300: 허브
400: 블레이드 510: 전장부
520: 마그네틱부 530: 센서
540: 제어부

Claims (6)

  1. 복수의 블레이드를 포함하는 풍력발전기에 있어서,
    상기 복수의 블레이드가 결합되고, 내부에 수용부가 형성된 허브;
    상기 수용부에 위치하며, 전기가 인가되는 전장부;
    상기 수용부에 위치하며, 자기력으로 상기 수용부 내의 금속성 이물질을 수집하는 마그네틱부;
    상기 마그네틱부의 자기장 세기 변화를 감지하는 센서; 및
    상기 센서에서 상기 마그네틱부의 자기장 세기 변화가 감지되는 경우, 상기 전장부로 전기 인가를 차단시키는 제어부를 포함하고,
    상기 전장부는,
    금속 재질의 전장 판넬; 및
    상기 전장 판넬에 설치되며, 상기 전장 판넬의 내부 공기를 환기시키는 팬을 포함하며,
    상기 마그네틱부는,
    상기 팬에 인접하여 상기 전장 판넬에 부착되는, 풍력발전기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마그네틱부는 영구자석 또는 전자석인, 풍력 발전기.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전장부는 상기 블레이드의 피치를 제어하는 피치 제어부를 포함하는, 풍력 발전기.
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