KR101499159B1 - 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 메인 샤프트에 형성되어 상기 허브와 함께 회전되는 락 디스크, 상기 나셀 내부에 고정되도록 설치되어 상기 락 디스크의 회전을 제한 하는 고정 유닛, 상기 허브에서 상기 나셀을 향하는 면에 관통된 관통부를 개방 및 폐쇄 하도록 형성된 커버 부재 및 상기 커버 부재가 상기 관통부로부터 분리되거나 상기 커버 부재가 상기 관통부를 폐쇄하고 있음을 감지하는 감지 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, 상기 메인 샤프트에 형성되어 상기 허브와 함께 회전되는 락 디스크, 상기 나셀 내부에 고정되도록 설치되어 상기 락 디스크의 회전을 제한 하는 고정 유닛, 상기 허브에서 상기 나셀을 향하는 면에 관통된 관통부를 개방 및 폐쇄 하도록 형성된 커버 부재 및 상기 커버 부재가 상기 관통부로부터 분리되거나 상기 커버 부재가 상기 관통부를 폐쇄하고 있음을 감지하는 감지 유닛을 포함할 수 있다.
이때, 상기 감지 유닛은, 상기 관통부의 주변에 인접하게 위치된 제1감지부, 상기 커버 부재가 상기 관통부에 결합된 상태에서 상기 제1감지부와 전기적으로 접촉되도록 위치된 제2감지부, 상기 커버 부재가 상기 관통부로부터 분리되어 상기 제1감지부와 제2감지부가 접촉되지 않은 상태에서는 상기 고정 유닛이 상기 락 디스크의 회전을 제한하는 상태를 유지하게 하는 동작 신호를 발생시키는 제어부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 커버 부재는 상기 관통부에 대응되는 형상일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 허브 잠금 제어 방법은 풍력 발전기에서 상기 락 디스크의 회전을 제어하기 위한 락 디스크 회전 제어 방법으로써, 상기 커버 부재가 상기 관통부로부터 분리되어 있는지 여부를 판단하는 단계 및 상기 커버 부재가 상기 관통부로부터 분리되어 있는 경우, 상기 고정 유닛이 상기 락 디스크를 고정한 상태를 유지하도록 하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 커버 부재가 상기 관통부로부터 분리되어 있는지 여부를 판단하는 단계 이후에는, 상기 커버 부재가 상기 관통부에 결합되어 있는 경우, 상기 고정 유닛이 상기 락 디스크를 고정하지 않게 하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전기는 감지 유닛을 포함하고 있다. 그러므로, 작업자가 허브 내부에 다른 작업자가 작업을 하고 있는지 인지하지 못하고 락 디스크의 잠금을 해제하더라도, 감지 유닛에 의해 나셀과 허브가 서로 결합되어 허브가 회전되지 않게 된다. 즉, 허브 내부에서 작업중인 작업자가 허브로부터 나와서 커버 부재를 관통부에 결합시키기 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 감지 유닛을 발췌하여 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 허브 잠금 제어 방법을 개략적으로 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 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) 에 구비된다. 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 결합될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전기의 내부를 도시한 단면도이고, 도 3은, 도 2에 도시된 감지 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 고정 유닛(180)을 포함할 수 있다.
나셀(120)은 일반적인 풍력 발전기에 포함된 나셀일 수 있으므로, 이에 대한 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 회전가능하게 결합된다. 그리고, 메인 샤프트(160)는 허브(131)에 고정 결합된다. 이를 위하여 메인 샤프트(160)는 나셀(120) 내부에 설치된 메인 베어링(171)의 내부에 위치될 수 있다. 이러한 구조로 이루어진 메인 샤프트(160)에 의해 허브(131)가 나셀(120)에 대해 회전될 수 있다.
락 디스크(150)는 메인 샤프트(160)에 형성된다. 메인 샤프트(160)에는 허브(131)가 결합되어 있다. 이에 따라, 락 디스크(150)는 허브(131)와 함께 회전될 수 있다. 락 디스크(150)에는 고정홀(H)이 형성될 수 있다. 고정홀(H)은 하나 또는 그 이상의 개수일 수 있다.
고정 유닛(180)은 나셀(120) 내부에 고정되도록 설치된다. 나셀(120) 내부에는 메인 프레임(170)이 배치될 수 있다. 메인 프레임(170)은 나셀(120) 내부에 고정되도록 설치될 수 있다. 고정 유닛(180)은 이러한 메인 프레임(170)의 일측에 형성될 수 있다. 메인 샤프트(160)는 메인 프레임(170)에 대해 회전 가능하도록 결합될 수 있다. 이를 위하여 메인 프레임(170)과 메인 샤프트(160) 사이에는 베어링(171)이 배치될 수 있다.
이러한 고정 유닛(180)은 락 디스크(150)의 회전을 제한한다. 고정 유닛(180)은 고정핀(P)을 포함할 수 있다. 고정 유닛(180)은 고정핀(P)을 락 디스크(150)와 가까워지거나 멀어지는 방향으로 이동시킨다. 고정핀(P)이 락 디스크(150)의 고정홀(H)에 삽입되면, 락 디스크(150)의 회전이 제한된다. 고정핀(P)이 락 디스크(150)의 고정홀(H)로부터 이탈되면, 락 디스크(150)와 메인 샤프트(160)가 나셀(120)에 대해 회전될 수 있고, 허브(131)도 메인 샤프트(160)와 함께 회전될 수 있다.
커버 부재(134)는 관통부(135)를 개방 및 폐쇄 하도록 형성된다. 관통부(135)는 허브(131)에서 나셀(120)을 향하는 면(133)에 관통되도록 형성된 부분이다. 더욱 상세하게 설명하면 관통부(135)는 허브(131)에서 나셀(120)을 향하는 면(133)의 하측의 일부분에 형성될 수 있다. 커버 부재(134)의 형상은 일례로 판형으로 이루어져서 관통부(135)에 대응되는 형상일 수 있다.
감지 유닛(190)은 커버 부재(134)가 관통부(135)로부터 분리되거나, 커버 부재(134)가 관통부(135)를 폐쇄하고 있음을 감지한다.
이러한 감지 유닛(190)의 상세한 구조는 일례로, 제1감지부(191)와, 제2감지부(192)와, 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
제1감지부(191)는 허브(131)에서 관통부(135)의 주변에 인접하게 위치된다. 예를 들어, 제1감지부(191)는 허브(131)에서 나셀(120)을 향하는 면에 형성될 수 있으며, 관통부(135)의 가장자리에 위치될 수 있다.
제2감지부(192)는 커버 부재(134)에 형성된다. 제2감지부(192)는, 커버 부재(134)가 관통부(135)에 결합된 상태에서 제1감지부(191)와 전기적으로 접촉되도록 위치된다. 즉, 커버 부재(134)가 관통부(135)를 밀폐한 상태에서는 제2감지부(192)가 제1감지부(191)가 전기적으로 접촉되어 서로 통전되고, 커버 부재(134)가 관통부(135)로부터 분리된 상태에서는 제2감지부(192)와 제1감지부(191)가 전기적으로 연결되지 않게 된다.
제어부는 커버 부재(134)가 관통부(135)로부터 분리되어 제1감지부(191)와 제2감지부(192)가 접촉되지 않은 상태에서는 고정 유닛(180)이 락 디스크(150)의 회전을 제한하는 상태를 유지하게 하는 동작 신호를 발생시킨다. 제어부는 일례로 마이크로 프로세서일 수 있다.
이러한 제어부의 동작 과정을 더욱 상세하게 설명한다. 작업자가 허브(131) 내에 작업하고 있는 상태에서 다른 작업자가 이를 인지 하지 못하고, 동작 버튼을 조작하여 고정핀(P)을 락 디스크(150)의 고정홀(H)로부터 멀어지게 하여 락 디스크(150)의 잠금 상태를 해제시키려고 한다.
한편, 작업자가 허브(131)로 출입하기 위해서는 커버 부재(134)를 관통부(135)로부터 분리하여야 한다. 작업자가 허브(131) 내부에 위치하여 있는 상태에서는 커버 부재(134)가 관통부(135)로부터 분리된 상태이다. 따라서, 제어부는 제1감지부(191)와 제2감지부(192)가 서로 연결되지 않은 것으로 인식하고, 동작 신호를 고정 유닛(180)으로 전송한다.
이러한 동작 신호는 고정 유닛(180)이 락 디스크(150)의 회전을 제한하는 상태를 유지하게 하는 것이다. 그러므로, 고정 유닛(180)은 고정핀(P)이 락 디스크(150)의 고정홀(H)에 삽입된 상태를 유지하도록 한다. 이에 따라, 허브(131)가 나셀(120)에 대해 회전하지 않게 되고, 허브(131) 내부에서 작업중인 작업자는 안정적으로 작업을 계속 할 수 있게 된다.
전술한 구조로 이루어진 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전기(100)에는 감지 유닛(190)을 포함하고 있다. 그러므로, 작업자가 허브(131) 내부에 다른 작업자가 작업을 하고 있는지 인지하지 못하고 락 디스크(150)의 잠금을 해제하더라도, 감지 유닛(190)에 의해 나셀(120)과 허브(131)가 서로 결합되어 허브(131)가 회전되지 않게 된다. 즉, 허브(131) 내부에서 작업중인 작업자가 허브(131)로부터 나와서 커버 부재(134)를 관통부(135)에 결합시키기 전까지는 허브(131)가 나셀(120)에 대해 회전되지 않으므로, 허브(131) 내부에서 인명 사고가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 허브 잠금 제어 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 허브 잠금 제어 방법은 전술한 구조로 이루어진 풍력 발전기에서 락 디스크의 회전을 제어하기 위한 락 디스크 회전 제어 방법으로써, 커버 부재(134)가 관통부(135)로부터 분리되어 있는지 여부를 판단하는 단계(S30), 및 커버 부재(134)가 관통부(135)로부터 분리되어 있는 경우, 고정 유닛(180)이 락 디스크(150)를 고정한 상태를 유지하도록 하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.
작업자가 허브 내부에서 작업을 하기 위하여 고정 유닛(180)의 고정핀(P)을 락 디스크(150)의 고정홀(H)에 삽입시켜 놓은 상태(S10)를 초기 상태라고 한다. 이 상태에서 허브에서 작업중인 작업자 이외에 다른 작업자가 동작 버튼을 누르는 단계(S20)를 실시하여 고정핀(P)이 고정홀(H)로부터 분리되게 하려고 한다.
이 때, 감지 유닛(190)은 커버 부재(134)가 관통부(135)로부터 분리되어 있는지 여부를 판단(S30)한다. 이 단계(S30)는 전술한 바와 같이 감지 유닛(190)에 포함된 제어부가 제1감지부(191)와 제2감지부(192)의 전기적 접촉 여부를 판단하는 과정에 의해 실행될 수 있다. 제1감지부(191)와 제2감지부(192)가 전기적으로 접촉되지 않으면 커버 부재(134)가 관통부(135)로부터 분리된 것으로 인식한다.
그리고, 커버 부재(134)가 관통부(135)로부터 분리되어 있는 경우, 고정 유닛(180)이 락 디스크(150)를 고정한 상태를 유지하도록 하는 단계(S40)에서는 전술한 바와 같이 제1감지부(191)와 제2감지부(192)가 서로 접촉되지 않은 상태이므로 제어부가 이를 인식하고 동작 신호를 고정 유닛(180)으로 전송한다. 이에 따라 허브가 나셀로부터 회전되지 않게 된다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 허브 잠금 제어 방법에서, 커버 부재(134)가 관통부(135)로부터 분리되어 있는지 여부를 판단하는 단계 이후에는, 커버 부재(134)가 관통부(135)에 결합되어 있는 경우, 고정 유닛(180)이 락 디스크(150)를 고정하지 않게 하는 단계(S50)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 허브가 나셀에 대해 회전될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 허브 잠금 제어 방법에 의해 작업자가 허브 내부에서 작업을 하고 있는 상태에서는 허브가 나셀에 대해 회전되지 않으므로, 작업자가 허브 내부에서 안전하게 작업을 실시할 수 있다.
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: 풍력 발전기 110: 타워
120: 나셀 130: 로터
131: 허브 132: 스피너
134: 커버 부재 135: 관통부
140: 블레이드 150: 락 디스크
160: 메인 샤프트 170: 메인 프레임
171: 베어링 180: 고정 유닛
190: 감지 유닛 191: 제1감지부
192: 제2감지부 P: 고정핀
H: 고정홀

Claims (5)

  1. 나셀,
    상기 나셀에 대해 회전되는 허브,
    상기 허브에 고정 결합된 메인 샤프트,
    상기 메인 샤프트에 형성되어 상기 허브와 함께 회전되는 락 디스크,
    상기 나셀 내부에 고정되도록 설치되어 상기 락 디스크의 회전을 제한 하는 고정 유닛,
    상기 허브에서 상기 나셀을 향하는 면에 관통된 관통부를 개방 및 폐쇄 하도록 형성된 커버 부재, 및
    상기 커버 부재가 상기 관통부로부터 분리되거나 상기 커버 부재가 상기 관통부를 폐쇄하고 있음을 감지하는 감지 유닛을 포함하며,
    상기 감지 유닛은,
    상기 관통부의 주변에 인접하게 위치된 제1감지부,
    상기 커버 부재가 상기 관통부에 결합된 상태에서 상기 제1감지부와 전기적으로 접촉되도록 위치된 제2감지부,
    상기 커버 부재가 상기 관통부로부터 분리되어 상기 제1감지부와 제2감지부가 접촉되지 않은 상태에서는 상기 고정 유닛이 상기 락 디스크의 회전을 제한하는 상태를 유지하게 하는 동작 신호를 발생시키는 제어부를 포함하는 풍력 발전기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부재는 상기 관통부에 대응되는 형상인 풍력 발전기.
  4. 제1항 및 제3항 중 어느 한 항에 따른 풍력 발전기에서 상기 락 디스크의 회전을 제어하기 위한 락 디스크 회전 제어 방법으로써,
    상기 커버 부재가 상기 관통부로부터 분리되어 있는지 여부를 판단하는 단계, 및
    상기 커버 부재가 상기 관통부로부터 분리되어 있는 경우, 상기 고정 유닛이 상기 락 디스크를 고정한 상태를 유지하도록 하는 단계를 포함하는 허브 잠금 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 커버 부재가 상기 관통부로부터 분리되어 있는지 여부를 판단하는 단계 이후에는,
    상기 커버 부재가 상기 관통부에 결합되어 있는 경우, 상기 고정 유닛이 상기 락 디스크를 고정하지 않게 하는 단계를 포함하는 허브 잠금 제어 방법.
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