KR101499158B1 - 풍력 발전기 및 허브 잠금 제어 방법 - Google Patents

풍력 발전기 및 허브 잠금 제어 방법 Download PDF

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Abstract

풍력 발전기를 개시한다. 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전기는 나셀, 상기 나셀에 대해 회전되는 허브, 상기 허브에 고정 결합된 메인 샤프트, 상기 허브 내부에 배치되어 상기 허브가 상기 나셀에 대해 정지된 상태에서 일부분이 상기 나셀에 수용되어 상기 허브의 회전을 제한하는 잠금 유닛을 포함할 수 있다.

Description

풍력 발전기 및 허브 잠금 제어 방법{wind power generator and Hub locking control method}
본 발명은 풍력 발전기 및 허브 잠금 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 풍력 발전기는 자연 에너지인 바람을 전기 에너지로 변환하여 전력을 생산하는 장치이다.
미국등록특허 제8556591호 (공고일 2013.10.15) 에는 일반적인 풍력 발전기가 기술되어 있다.
풍력 발전기는 크게 로터(rotor)와, 나셀(nacelle) 및 타워(tower)로 구성된다.여기서, 상기 로터는 복수의 블레이드(blade) 및 이 블레이드들이 결합되는 허브(hub)로 구성된다.
이러한 구조로 이루어진 풍력 발전기는 블레이드를 향하여 바람이 불어오면 블레이드가 회전하고, 회전하는 블레이드의 회전력을 이용하여 발전기가 발전을 하게 된다. 이러한 풍력 발전기의 내부에는 유지보수 작업시 블레이드의 회전을 정지시키기 위한 락 디스크가 설치될 수 있다. 이러한 락 디스크의 회전 및 정지는 나셀 내부에 배치된 고정핀에 의해 이루어진다.
한편, 허브 내부의 유지 보수가 필요한 경우, 동작 버튼을 조작하여 고정핀을 구동시켜서 락 디스크의 회전을 정지시켜서 허브가 회전되지 않게 한다. 그리고, 작업이 완료된 이후에는 다시 동작 버튼을 조작하여 고정핀을 락 디스크로부터 해제한다.
여기서, 허브 내부에서 작업자가 작업을 하고 있는 상태에서, 다른 작업자가 이를 인지하지 못하고 동작 버튼을 조작하여 고정핀을 락 디스크로부터 해제하는 경우, 인명 사고가 발생될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 허브의 내부에서 인명 사고가 발생되는 것을 방지할 수 있는 풍력 발전기 및 허브 잠금 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전기는 나셀, 상기 나셀에 대해 회전되는 허브, 상기 허브에 고정 결합된 메인 샤프트, 및 상기 허브 내부에 배치되어 상기 허브가 상기 나셀에 대해 정지된 상태에서 일부분이 상기 나셀에 수용되어 상기 허브의 회전을 제한하는 잠금 유닛을 포함할 수 있다.
이때, 상기 잠금 유닛은, 제1몸체 부재, 및 상기 나셀과 멀어지거나 가까워지는 방향으로 슬라이딩 이동 가능하도록 상기 제1몸체 부재에 결합된 슬라이딩 부재를 포함하며, 상기 나셀은, 상기 잠금 유닛과 마주하는 부분에 위치되어 상기 슬라이딩 부재의 일부가 수용가능하도록 인입된 제1홈이 형성된 제1수용부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 잠금 유닛은, 제2몸체 부재, 및 상기 나셀과 멀어지거나 가까워지는 방향으로 회전 가능하도록 상기 제2몸체 부재에 결합된 회전 부재를 포함하며, 상기 나셀은, 상기 잠금 유닛과 마주하는 부분에 위치되어 상기 회전 부재의 일부가 수용가능하도록 상면의 일부분이 인입된 제2홈이 형성된 제2수용부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 허브 내부에 설치되어 사용자의 움직임을 감지하는 사용자 움직임 감지부, 상기 잠금 유닛이 동작되도록 동력을 발생시키는 동력 발생부, 및 상기 사용자 움직임 감지부에 의해 감지된 사용자의 움직임여부에 따라 상기 동력 발생부를 통해 상기 잠금 유닛이 동작되도록 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 허브 잠금 제어 방법은 풍력 발전기에서 허브의 잠금 상태를 제어하기 위한 허브 잠금 제어 방법으로써, 허브 내부에 사용자가 있는지 여부를 판단하는 단계, 및 허브 내부에 사용자가 있는 경우, 상기 허브와 상기 나셀이 잠긴 상태를 유지하도록 하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전기는 잠금 유닛을 포함하고 있다. 그러므로, 작업자가 허브 내부에 다른 작업자가 작업을 하고 있는지 인지하지 못하고 락 디스크의 잠금을 해제하더라도, 잠금 유닛에 의해 나셀과 허브가 서로 결합되어 허브가 회전되지 않게 된다. 즉, 작업자가 스스로 잠금 유닛을 해제하기 전까지는 허브가 나셀에 대해 회전되지 않으므로, 허브 내부에서 인명 사고가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전기를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전기의 내부를 도시한 단면도.
도 3은, 도 2에 도시된 잠금 유닛을 발췌하여 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 풍력 발전기의 내부를 도시한 단면도.
도 5는, 도 4에 도시된 다른 일실시예에 따른 잠금 유닛을 발췌하여 도시한 도면.
도 6은 풍력 발전기에 포함된 제어부의 처리 과정을 도시한 순서도
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 풍력 발전기의 핵심 구조를 설명하기에 앞서, 본 발명에 따른 풍력 발전기의 전체적인 구조에 대해 개략적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전기의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 풍력 발전기(100)는 타워(110), 나셀(120), 로터(130) 블레이드(140)를 포함할 수 있다.
타워(110)는 지상에 수직하게 설치된다. 나셀(120)은 타워(110)의 상측에 회전 가능하게 설치된다. 로터(130)는 블레이드(140)와 허브(131)를 포함한다. 로터(130)는 메인 샤프트(160)와 일체로 형성되고, 메인 샤프트(160)는 나셀(120)과 결합된다. 블레이드(140)는 허브(131)에 결합된다.
여기서, 로터(130)는 허브(131, 도2 참조)와 스피너(132, 도2 참조)로 이루어질 수 있다. 스피너(132)는 허브(131)를 감싸도록 형성된다. 스피너(132)에 의해 허브(131)가 보호될 수 있다. 그리고 허브(131)에는 메인 샤프트(160)가 결합되고, 메인 샤프트(160)에는 락 디스크(150)가 형성된다. 락 디스크(150)는 허브(131)와 함께 회전된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전기의 내부를 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 잠금 유닛을 발췌하여 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전기(100)는 나셀(120), 허브(131), 메인 샤프트(160) 및 잠금 유닛(170)을 포함할 수 있다.
나셀(120)은 전술하였으므로 상세한 설명은 생략한다.
허브(131)는 나셀(120)에 인접하게 위치되어 나셀(120)에 대해 회전된다. 전술한 바와 같이, 허브(131)에는 블레이드(140)가 결합된다.
메인 샤프트(160)는 나셀(120)에 회전 가능하게 결합된다. 그리고, 메인 샤프트(160)는 허브(131)에 고정 결합된다. 이를 위하여 메인 샤프트(160)는 나셀(120) 내부에 설치된 메인 베어링(미도시)의 내부에 위치될 수 있다. 이러한 구조로 이루어진 메인 샤프트(160)에 의해 허브(131)가 나셀(120)에 대해 회전될 수 있다.
잠금 유닛(170)은 허브(131) 내부에 배치된다. 허브(131)가 나셀(120)에 대해 정지된 상태에서 잠금 유닛(170)의 일부분이 나셀(120)에 수용된다. 잠금 유닛(170)은 허브(131)의 회전을 제한한다.
작업자가 허브(131) 내에서 유지 보수 작업을 실시하는 경우, 다른 작업자가 허브(131) 내부에 작업자가 없는 것으로 착각할 수 있다. 이때, 작업자가 동작 버튼을 조작하여 고정핀(151)을 락 디스크(150)의 고정홀(H)로부터 멀어지게 하여 잠금 상태를 해제시더라도, 상기와 같은 잠금 유닛(170)에 의해 허브(131)의 회전이 제한된 상태이다. 그러므로, 허브(131) 내부에서 인명 사고가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 이를 위한 잠금 유닛(170)의 상세한 구조는 일례로 제1몸체 부재(171)와, 슬라이딩 부재(172)를 포함할 수 있다.
일예로서, 제1몸체 부재(171)는 잠금 유닛(170)에서 나셀(120)과 마주하는 부분에 위치된다. 제1몸체 부재(171)는 나셀(120)에 고정 결합될 수 있다. 제1몸체 부재(171)는 허브(131)에서 나셀(120)과 경계되는 부분에 위치될 수 있다. 더욱 바람직하게, 제1몸체 부재(171)의 일부분이 나셀(120)을 향하여 노출되도록 위치될 수 있다. 이에 따라, 슬라이딩 부재(172)가 나셀(120)을 향하여 용이하게 이동될 수 있다.
슬라이딩 부재(172)는 나셀(120)과 멀어지거나 가까워지는 방향으로 슬라이딩 이동 가능하도록 제1몸체 부재(171)에 결합된다. 즉, 슬라이딩 부재(172)는 직선 왕복 이동한다. 슬라이딩 부재(172)의 일측에는 손잡이(173)가 형성될 수 있다. 손잡이(173)에 의해 사용자가 슬라이딩 부재(172)를 편리하게 이동시킬 수 있다.
한편, 제1몸체 부재(171)의 일측에는 슬릿(slit) 형상의 홈(176)이 형성될 수 있다. 손잡이(173)는 슬릿 형상의 홈(176)을 관통하도록 배치될 수 있다. 이러한 홈(176)에 의해 손잡이(173)의 이동이 안정적으로 안내될 수 있다.
그리고, 나셀(120)은 제1수용부(174)를 포함할 수 있다. 제1수용부(174)는 잠금 유닛(170)과 마주하는 부분에 위치된다. 제1수용부(174)에는 제1홈(175)이 형성된다. 제1홈(175)은 슬라이딩 부재(172)의 일부가 수용 가능하도록 인입되게 형성된다.
사용자가 슬라이딩 부재(172)를 나셀(120)을 향하여 밀면, 슬라이딩 부재(172)의 끝부분이 제1수용부(174)에 수용된다. 이에 따라, 허브(131)와 나셀(120)이 서로 결합되면서 허브(131)의 회전이 방지될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 풍력 발전기의 내부를 도시한 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 다른 일실시예에 따른 잠금 유닛을 발췌하여 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 다른 일실시예에 따른 잠금 유닛(270)은 제2몸체 부재(271)와, 회전 부재(272)를 포함할 수 있다.
제2몸체 부재(271)는 잠금 유닛(270)에서 나셀(120)과 마주하는 부분에 위치된다. 제2몸체 부재(271)가 설치된 위치는 전술한 제1몸체 부재(171)와 대응되므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
회전 부재(272)는 나셀(120)과 멀어지거나 가까워지는 방향으로 회전 가능하도록 제2몸체 부재(271)에 결합된다. 회전 부재(272)의 형상은 일례로 막대, 봉 형상일 수 있다. 회전 부재(272)의 일단은 제2몸체 부재(271)에 힌지 결합될 수 있다. 회전 부재(272)의 일측에는 손잡이(273)가 형성될 수 있다. 사용자는 손잡이(273)를 잡고 회전 부재(272)를 더욱 편리하게 회전시킬 수 있다.
그리고, 나셀(120)은 제2수용부(274)를 포함할 수 있다. 제2수용부(274)는 잠금 유닛(270)과 마주하는 부분에 위치된다. 제2수용부(274)에는 제2홈(275)에 형성될 수 있다. 제2홈(275)은 회전 부재(272)의 일부가 수용가능하도록 제2수용부(274)의 상면의 일부분에 인입되게 형성된다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전기(100)는 사용자 움직임 감지부(미도시)와, 동력 발생부(P)와, 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
사용자 움직임 감지부는 허브(131) 내부에 설치되어 사용자의 움직임을 감지한다. 더욱 상세하게 설명하면, 사용자 움직임 감지부는 풍력 발전기(100)의 유지 보수를 위하여 사용자가 허브(131) 내부에 위치한 경우, 사용자가 허브(131) 내부에 있는지 여부를 판단한다.
이를 위한 사용자 움직임 감지부는 일예로 열감지 센서일 수 있다. 열감지 센서는 열을 감지하도록 이루어진 센서이다. 열감지 센서는 사용자의 신체에서 발생되는 열을 측정하여 사용자가 허브 내부에 위치하였음을 인식한다.
동력 발생부(P)는 잠금 유닛(170)이 동작되도록 동력을 발생시킨다. 동력 발생부(P)는 일예로 모터일 수 있다. 동력 발생부(P, 도 3 참조)가 슬라이딩 부재(172, 도 3 참조)를 포함하는 잠금 유닛(170, 도 3 참조)에 설치되는 경우, 동력 발생부(P)는 선형 모터일 수 있다. 이와 다르게, 동력 발생부(P, 도 5 참조)가 회전 부재(272, 도 5 참조)를 포함하는 잠금 유닛(170, 도 5 참조)에 설치되는 경우, 동력 발생부(P, 도 5 참조)는 회전 모터일 수 있다.
제어부는 사용자 움직임 감지부에 의해 감지된 사용자의 움직임여부에 따라 동력 발생부(P, 도 5 참조)를 통해 잠금 유닛이 동작되도록 제어한다. 제어부는 일례로 마이크로 프로세서일 수 있다.
제어부의 동작 과정을 더욱 상세하게 설명하면, 작업자가 허브(131) 내에 다른 작업자가 작업을 실시하고 있는지 인지 하지 못하고, 동작 버튼을 조작하여 고정핀(151)이 락 디스크(150)로부터 해제되더라도, 잠금 유닛(170)에 의해 허브(131)는 회전 되지 않는다.
상기와 같은 상태에서, 도 5에 도시된 바와 같이 사용자 움직임 감지부가 허브(131) 내부에 작업자가 위치된 것으로 인식하면, 이러한 정보를 제어부로 전송한다. 제어부는 이러한 정보를 받아서 잠금 유닛(170)이 나셀(120)과 잠긴 상태를 유지하게 한다.
그러나, 사용자 움직임 감지부가 허브(131) 내부에 작업자가 위치하지 않은 것으로 인식하면, 제어부는 동력 발생부(P)를 동작시켜서 잠금 유닛(170)의 잠금이 해제되게 한다. 즉, 잠금 유닛(170)의 잠금이 해제되고, 허브(131)의 회전이 가능하게 한다.
전술한 구조로 이루어진 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전기(100)에는 잠금 유닛(170)을 포함하고 있다. 그러므로, 작업자가 허브(131) 내부에 다른 작업자가 작업을 하고 있는지 인지하지 못하고 락 디스크(150)의 잠금을 해제하더라도, 잠금 유닛(170)에 의해 나셀(120)과 허브(131)가 서로 결합되어 허브(131)가 회전되지 않게 된다. 즉, 작업자가 스스로 잠금 유닛(170, 도 3 참조)을 해제하기 전까지는 허브(131)가 나셀(120)에 대해 회전되지 않으므로, 허브(131) 내부에서 인명 사고가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 허브 잠금 제어 방법은 전술한 구조로 이루어진 풍력 발전기에서 허브의 잠금 상태를 제어하기 위한 허브 잠금 제어 방법으로써, 허브 내부에 사용자가 있는지 여부를 판단하는 단계, 및 허브 내부에 사용자가 있는 경우, 상기 허브와 상기 나셀이 잠긴 상태를 유지하도록 하는 단계를 포함할 수 있다.
허브 내부에 사용자가 있는지 여부를 판단하는 단계는 전술한 바와 같이 사용자 움직임 감지부에 의해 실시될 수 있다. 허브 내부에 설치된 사용자 움직임 감지부에 의해 허브 내부에 사용자가 위치되어 있는지 확인하는 과정이다.
그리고, 허브 내부에 사용자가 있는 경우, 상기 허브와 상기 나셀이 잠긴 상태를 유지하도록 하는 단계는 전술한 제어부와 동력 발생부에 의해 처리될 수 있으며, 이는 앞서 상세하게 설명하였으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이상에서 본 발명의 여러 실시예에 대하여 설명하였으나, 지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 풍력발전기 110: 타워
120: 나셀 130: 로터
131: 허브 132: 스피너
140: 블레이드 150: 락 디스크
151: 고정핀 160: 메인 샤프트
170, 270: 잠금 유닛 171: 제1몸체 부재
172: 슬라이딩 부재 174: 제1수용부
271: 제2몸체 부재 272: 회전 부재
274: 제2수용부 H: 고정홀
P: 동력 발생부

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 나셀,
    상기 나셀에 대해 회전되는 허브,
    상기 허브에 고정 결합된 메인 샤프트, 및
    상기 허브 내부에 배치되어 상기 허브가 상기 나셀에 대해 정지된 상태에서 일부분이 상기 나셀에 수용되어 상기 허브의 회전을 제한하는 잠금 유닛을 포함하며,
    상기 잠금 유닛은,
    제2몸체 부재, 및
    상기 나셀과 멀어지거나 가까워지는 방향으로 회전 가능하도록 상기 제2몸체 부재에 결합된 회전 부재를 포함하며,
    상기 나셀은,
    상기 잠금 유닛과 마주하는 부분에 위치되어 상기 회전 부재의 일부가 수용가능하도록 상면의 일부분이 인입된 제2홈이 형성된 제2수용부를 포함하는 풍력 발전기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 허브 내부에 설치되어 사용자의 움직임을 감지하는 사용자 움직임 감지부,
    상기 잠금 유닛이 동작되도록 동력을 발생시키는 동력 발생부, 및
    상기 사용자 움직임 감지부에 의해 감지된 사용자의 움직임여부에 따라 상기 동력 발생부를 통해 상기 잠금 유닛이 동작되도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 풍력 발전기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 사용자 움직임 감지부는 열감지 센서인 풍력 발전기.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 풍력 발전기에서 허브의 잠금 상태를 제어하기 위한 허브 잠금 제어 방법으로써,
    허브 내부에 사용자가 있는지 여부를 판단하는 단계, 및
    허브 내부에 사용자가 있는 경우, 상기 허브와 상기 나셀이 잠긴 상태를 유지하도록 하는 단계를 포함하는 허브 잠금 제어 방법.
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