KR101475222B1 - 풍력발전기 - Google Patents

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Abstract

풍력발전기가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기는 전기실 모듈을 포함하고, 전기실 모듈은 전장품들이 설치되는 상부 공간부와 상부 공간부의 하부에 배치되는 하부 공간부를 포함하는 전기실 몸체; 하부 공간부에 배치되고, 전장품들 중 제 1 전장품 및 제 2 전장품을 상호 연결하는 고압 케이블; 하부 공간부에 고정 설치되고, 제 1 전장품과 고압 케이블을상호 연결하는 제 1 커넥터; 및 하부 공간부에 고정 설치되고, 제 2 전장품과 고압 케이블을 상호 연결하는 제 2 커넥터를 포함하며, 상기 하부 공간부는 그 높이가 상기 제 1 커넥터 및 상기 제 2 커넥터의 높이와 동일하게 제공된다.

Description

풍력발전기{WIND POWER GENERATOR}
본 발명은 전기실 모듈을 포함하는 풍력발전기에 관한 것이다.
풍력은, 자연 상태의 무공해 에너지원으로서, 대체 에너지원 중 경제성이 높은 에너지원의 하나이다. 이러한 풍력을 이용한 풍력발전기는 바람의 에너지를 회전 운동 에너지로 변환한 후, 다시 이를 전기 에너지로 변환하는 전력 변환 장치를 말한다.
풍력발전기는, 허브 및 허브에 결합되는 복수 개의 블레이드를 포함하는 로터, 로터가 회전 가능하게 결합되는 나셀, 그리고 나셀을 지지하는 타워를 포함한다.
블레이드는, 전방에서 불어오는 바람에 의해, 허브와 함께 회전하면서 기계적 에너지를 생성하고, 이 기계적 에너지는 나셀의 발전기에 의해 전기 에너지로 변환된다.
풍력발전기에는 전기실이 마련된다. 풍력발전기를 작동하기 위해 필요한 각종 전장품들은 전기실에 설치된다. 전기실에 설치된 전장품들은 고압 케이블에 의해 연결될 수 있는데 이러한 고압 케이블은 안전상 격리되어 설치되어야 한다.
이를 해결하기 위해 고압 케이블을 격리하기 위해 전장품이 설치된 공간의 아래에 별도의 하부 공간을 만들어 고압 케이블을 배치하였다. 그런데 고압 케이블은 직경이 비교적 크기 때문에 전장품과 연결되는 부위에서 비교적 큰 곡률 반경을 갖도록 휘어진다. 종래의 전기실은 이러한 고압 케이블의 곡률 반경을 고려하여 하부 공간이 충분한 높이를 갖도록 제작될 수 밖에 없었다. 따라서 전기실 전체의 높이가 불필요하게 증가되었고, 풍력발전기의 공간 할용성이 떨어지는 문제가 있었다.
등록특허공보 제10-1222614호(2013.01.16.)
본 발명의 실시예는, 공간 활용성이 향상된 전기실 모듈을 포함하는 풍력발전기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전기실 모듈을 포함하는 풍력발전기로서, 전기실 모듈은 전장품들이 설치되는 상부 공간부와 상기 상부 공간부의 하부에 배치되는 하부 공간부를 포함하는 전기실 몸체; 상기 하부 공간부에 배치되고, 상기 전장품들 중 제 1 전장품 및 제 2 전장품을 상호 연결하는 고압 케이블; 상기 하부 공간부에 고정 설치되고, 상기 제 1 전장품과 상기 고압 케이블을상호 연결하는 제 1 커넥터; 및 상기 하부 공간부에 고정 설치되고, 상기 제 2 전장품과 상기 고압 케이블을 상호 연결하는 제 2 커넥터를 포함하고, 상기 하부 공간부는 그 높이가 상기 제 1 커넥터 및 상기 제 2 커넥터의 높이와 동일하게 제공되는 풍력발전기가 제공될 수 있다.
상기 제 1 커넥터 및 제 2 커넥터는 각각, L자 형상의 도체부; 및 상기 도체부를 감싸고, 상기 도체부의 양측 단부와 각각 연결된 한 쌍의 케이블 수용부를 가지며, 상기 하부 공간부에 고정 설치되는 하우징을 포함할 수 있다.
삭제
상기 상부 공간부의 바닥판에는 상기 하부 공간부로 통하는 개구가 형성되고, 상기 개구에는 도어가 설치될 수 있다.
삭제
본 발명의 실시예에 따르면, 고압 케이블이 배치되는 하부 공간부의 높이가 감소하여 전기실 모듈이 소형화됨으로써, 전기실 모듈의 공간 활용성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기를 나타내는 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기실 모듈을 나타내는 도면이고,
도 3은 커넥터를 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 풍력발전기를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 풍력발전기(1)는 로터(10), 나셀(20), 타워(30), 전기실 모듈(100)을 포함한다.
로터(10)는 허브(12) 및 블레이드(14)를 포함한다. 허브(12)는 나셀(20)의 전방에 위치하고, 후술할 메인 샤프트(22)에 결합된다. 허브(12)는 내부가 빈 중공 형상을 가질 수 있고, 허브(12)의 내부에는 피치 시스템(미도시), 윤활 시스템(미도시) 및 각종 센서(미도시) 등이 제공될 수 있다.
블레이드(14)는 복수 개 제공되며, 허브(12)를 중심으로 방사상으로 배치된다. 블레이드(14)의 루트 영역(14a)은 허브(12)에 결합되며, 블레이드(14)의 팁 영역(14b)은 루트 영역(14a)에 비하여 상대적으로 작은 단면적을 가질 수 있다.
블레이드(14)는 익형 단면을 가지고, 전방으로부터 불어오는 바람에 대해 일정한 받음각을 갖도록 허브(12)에 결합된다. 풍력발전기(1)의 전방에서 불어오는 바람은 블레이드(14)의 표면을 스쳐 지나면서 양력을 발생시키고, 양력은 블레이드(14)와 허브(12)를 회전시킨다. 블레이드(14)와 허브(12)의 회전력은 나셀(20)로 전달되어 전기 에너지로 변환된다.
나셀(20)은 타워(30)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 나셀(20)은 나셀 커버(21), 메인 샤프트(22), 베어링(23), 기어 박스(24), 발전기(25) 및 메인 프레임(26)을 포함한다.
나셀 커버(21)는 타워(30)의 상단에 회전 가능하게 결합되고, 메인 샤프트(22), 베어링(23), 기어 박스(24), 발전기(25) 및 메인 프레임(26)을 수용한다. 나셀 커버(21)는 비전도성 재질, 예컨대 섬유 강화 플라스틱(Fiber Reinforced Plastics, FRP) 재질로 제공될 수 있다.
메인 샤프트(22)는 베어링(23)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 메인 샤프트(22)는 허브(12)와 기어 박스(24)를 연결하고, 허브(12)와 함께 회전하면서 허브(12)의 회전 에너지를 기어 박스(24)로 전달한다. 기어 박스(24)는 메인 샤프트(22)에서 입력되는 회전 속도를 발전용 속도로 증가시키고, 이를 출력하여 발전기(25)로 전달한다. 발전기(25)는 기어 박스(24)에서 출력되는 회전 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 메인 프레임(26)은 베어링(23), 기어 박스(24) 및 발전기(25)를 지지한다.
타워(30)는 중공 원통 형상을 가지고, 나셀(20)을 지지한다. 나셀(20)과 타워(30) 사이에는 요 시스템(Yaw System, 미도시)이 제공되고, 요 시스템(미도시)은 로터(10)가 바람이 불어오는 방향을 향하도록 나셀(20)을 회전시킬 수 있다.
전기실 모듈(100)은 풍력발전기(1)를 작동시키기 위해 필요한 전장품들(50)이 설치된다. 전기실 모듈(100)에 설치되는 전장품들(50)은 예컨대 컨버터, 변압기 또는 배전반 등을 포함할 수 있다.
전기실 모듈(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 타워(30) 내부에 배치될 수 있으나 이에 국한되지 않고 나셀 커버(21), 타워(30) 외부 등 다른 위치에 배치될 수 있음은 물론이다.
이하 전기실 모듈(100)에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기실 모듈을 나타내는 도면이고, 도 3은 커넥터의 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 전기실 몸체(110), 고압 케이블(120), 제 1 커넥터(140) 및 제 2 커넥터(150)를 포함한다.
전기실 몸체(110)는 상부 공간부(111)와 하부 공간부(112)를 포함한다. 상부 공간부(111)에는 전장품들(50)이 설치된다. 전장품들(50)은 전기실 모듈(100)이 풍력발전기(1)(도 1 참조)에 탑재된 후 전기실 몸체(110)에 설치될 수 있다. 상부 공간부(111)의 하부에 하부 공간부(112)가 위치한다.
상부 공간부(111)의 바닥판(113)에는 하부 공간부(112)로 통하는 개구(114)가 형성될 수 있다. 개구(114)를 통해 후술하는 제 1 및 제 2 커넥터(140, 150) 그리고 고압 케이블(120)의 설치가 이루어질 수 있다. 개구(114)에는 도어(115)가 설치되고, 개구(114)는 도어(115)에 의해 개폐된다.
대안적으로 바닥판(113)은 타일과 같은 복수의 유니트 판(미도시)을 조립하는 방식으로 제공될 수 있다. 유니트 판은 바닥판(113)에 대해 독립적으로 조립되거나 분리될 수 있다. 이 경우, 바닥판(113)에 별도의 개구(114) 및 도어(115)를 설치할 필요없이 일부 유니트 판을 바닥판(113)으로부터 제거하여 제 1 및 제 2 커넥터(140, 150) 그리고 고압 케이블(120)을 설치할 수 있다. 이후, 설치가 완료되면 제거된 유니트 판을 다시 바닥판(113)에 조립한다.
하부 공간부(112)에는 고압 케이블(120)이 배치된다. 하부 공간부(112)에 설치된 고압 케이블(120)은 상부 공간부(111)와 격리된다. 고압 케이블(120)은 예컨대 전장품들(50) 중 제 1 전장품(50a) 및 제 2 전장품(50b)을 상호 연결한다.
하부 공간부(112)에는 제 1 커넥터(140)와 제 2 커넥터(150)가 각각 고정 설치된다. 제 1 커넥터(140) 및 제 2 커넥터(150)는 고압 케이블(120)의 일단 및 타단에 각각 연결된다. 제 1 커넥터(140)는 제 1 전장품(50a)과 고압 케이블(120)을 상호 연결하고, 제 2 커넥터(150)는 제 2 전장품(50b)과 고압 케이블(120)을 상호 연결한다. 이때, 제 1 및 제 2 커넥터(140, 150)는 각각 연결 케이블(131, 132)에 의해 제 1 전장품(50a) 및 제 2 전장품(50b)과 연결될 수 있다.
제 1 및 제 2 커넥터(140, 150)를 사용하여 제 1 및 제 2 전장품(50a, 50b)과 고압 케이블(120)을 연결하면, 고압 케이블의 전장품과 연결되는 부위에서 발생하는 큰 곡률 반경을 반영하여 하부 공간부를 설계하던 종래 방식과 달리 하부 공간부(112)의 높이(H)를 효과적으로 줄일 수 있다.
하부 공간부(112)의 높이(H)가 작아지면 전기실 모듈(100) 전체의 높이가 작아질 수 있어 전기실 모듈(100) 자체의 공간 활용성이 향상될 뿐 아니라 전기실 모듈(100)이 탑재되는 풍력발전기(1)(도 1 참조)의 공간 활용성 또한 향상될 수 있다.
하부 공간부(112)는 그 높이(H)가 제 1 및 제 2 커넥터(140, 150)의 높이(h)와 적어도 동일하게 제작될 수 있다. 예컨대, 하부 공간부(112)가 제 1 및 제 2 커넥터(140, 150)의 높이와 동일하게 제작되는 경우, 전기실 모듈(100) 전체의 높이가 최소가 되고 풍력발전기(1)(도 1 참조)의 공간 활용성이 극대화될 수 있다.
제 1 커넥터(140)와 제 2 커넥터(150)는 상호 대향하여 배치될 수 있고, 고압 케이블(120)은 제 1 및 제 2 커넥터(140, 150) 사이에서 일직선으로 연결될 수 있다.
제 1 및 제 2 커넥터(140, 150)는 각각 도체부(161)와 하우징(163)을 포함한다.
도체부(161)는 전기가 통하는 물질로 제작된다. 예컨대 도체부(161)는 은, 구리 또는 알루미늄 등으로 제작된다. 도체부(161)는 L자 형상을 가진다. 이 경우, 도체부(161)의 양측부 사이의 꺾인 각도는 90도이다. 대안적으로 도체부(161)의 양측부 사이의 꺾인 각도는 하부 공간부(112)의 구조에 따라 예각 또는 둔각을 가질 수 있다. 예컨대 하부 공간부(112) 내부에 설치되는 보강 부재와 고압 케이블이 간섭될 가능성이 있으면 도체부(161)의 양측부 사이의 꺾인 각도를 예각 또는 둔각으로 하여 간섭을 회피할 수 있다.
도체부(161)는 하우징(163)의 내부에 배치된다. 하우징(163)은 도체부(161)를 감싸며, 한 쌍의 케이블 수용부(165, 167)를 가진다. 케이블 수용부들(165, 167) 중 고압 케이블 수용부(165)는 고압 케이블(120)의 단부가 수용되는 부분이고, 연결 케이블 수용부(167)는 연결 케이블(131, 132))의 단부가 수용되는 부분이다. 제 1 및 제 2 커넥터(140, 150)의 고압 케이블 수용부(165)는 상호 대향하여 배치될 수 있다.
고압 케이블 수용부(165) 및 연결 케이블 수용부(167)에 각각 수용되는 고압케이블(120) 및 연결 케이블(131, 132)은 예컨대 볼트와 같은 결합 부재에 의해 하우징에 결합될 수 있다.
고압 케이블 수용부(165) 및 연결 케이블 수용부(167)는 각각 도체부(161)의 양측 단부와 연결된다. 고압 케이블 수용부(165) 및 연결 케이블 수용부(167)에 각각 수용된 고압 케이블(120)과 연결 케이블(131, 132)은 도체부(161)에 의해 전기적으로 연결된다.
하우징(163)의 형상은 도체부(161)의 형상에 상응하여 L자 형상을 가질 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
하우징(163)은 하부 공간부(112)에 고정 설치된다. 예컨대, 하우징(163)은 도 2에 도시된 바와 같이 하부 공간부(112)의 바닥면에 고정 설치될 수 있다. 또는 하우징(163)은 도시되지 않았으나 하부 공간부(112)의 천장면에 고정 설치될 수 있다. 또는 하우징(163)은 도시되지 않았으나 하부 공간부(112)에 배치된 별도의 지지 부재에 고정 설치될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 전기실 몸체(110), 고압 케이블(120), 제 1 및 제 2 커넥터(140, 150) 등이 일체로 제작된 전기실 모듈(100)은 전기실 몸체(110)의 하부 공간부(112)의 높이를 효과적으로 줄일 있어 전기실 모듈(100)이 소형화될 수 있다. 그리고 소형화된 전기실 모듈(100)이 풍력발전기(1)(도 1 참조)에 탑재되면 풍력발전기(도 1 참조)의 공간 활용성이 향상될 수 있다.
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.
1 : 풍력발전기 10 : 로터
14 : 블레이드 20 : 나셀
30 : 타워 50 : 전장품
100 : 전기실 모듈 110 : 전기실 몸체
111 : 상부 공간부 112 : 하부 공간부
120 : 고압 케이블 131, 132 : 연결 케이블
140 : 제 1 커넥터 150 : 제 2 커넥터
161 : 도체부 163 : 하우징

Claims (5)

  1. 전기실 모듈을 포함하는 풍력발전기로서,
    상기 전기실 모듈은,
    전장품들이 설치되는 상부 공간부와 상기 상부 공간부의 하부에 배치되는 하부 공간부를 포함하는 전기실 몸체;
    상기 하부 공간부에 배치되고, 상기 전장품들 중 제 1 전장품 및 제 2 전장품을 상호 연결하는 고압 케이블;
    상기 하부 공간부에 고정 설치되고, 상기 제 1 전장품과 상기 고압 케이블을상호 연결하는 제 1 커넥터; 및
    상기 하부 공간부에 고정 설치되고, 상기 제 2 전장품과 상기 고압 케이블을 상호 연결하는 제 2 커넥터를 포함하고,
    상기 하부 공간부는 그 높이가 상기 제 1 커넥터 및 상기 제 2 커넥터의 높이와 동일하게 제공되는, 풍력발전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 커넥터 및 제 2 커넥터는 각각,
    L자 형상의 도체부; 및
    상기 도체부를 감싸고, 상기 도체부의 양측 단부와 각각 연결된 한 쌍의 케이블 수용부를 가지며, 상기 하부 공간부에 고정 설치되는 하우징을 포함하는, 풍력발전기.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부 공간부의 바닥판에는 상기 하부 공간부로 통하는 개구가 형성되고,
    상기 개구에는 도어가 설치되는, 풍력발전기.
  5. 삭제
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