KR101507447B1 - 블레이드 축 제어 장치 및 방법 - Google Patents

블레이드 축 제어 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101507447B1
KR101507447B1 KR1020140024122A KR20140024122A KR101507447B1 KR 101507447 B1 KR101507447 B1 KR 101507447B1 KR 1020140024122 A KR1020140024122 A KR 1020140024122A KR 20140024122 A KR20140024122 A KR 20140024122A KR 101507447 B1 KR101507447 B1 KR 101507447B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
blade
pitch
inner ring
pitch bearing
bearing inner
Prior art date
Application number
KR1020140024122A
Other languages
English (en)
Inventor
이성환
김현경
이동원
한영권
Original Assignee
삼성중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성중공업 주식회사 filed Critical 삼성중공업 주식회사
Priority to KR1020140024122A priority Critical patent/KR101507447B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101507447B1 publication Critical patent/KR101507447B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

본 발명은 블레이드 축 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 풍속에 따라 허브의 회전축에 대하여 블레이드의 축을 제어하는 블레이드 축 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 블레이드 축 제어 장치는 풍력 발전기의 블레이드가 부착되어 있는 피치 베어링 내륜, 및 상기 풍력 발전기의 허브에 부착되어 구비된 중공에 상기 피치 베어링 내륜을 수용하는 피치 베어링 외륜을 포함하는데, 상기 블레이드의 축과 상기 피치 베어링 내륜의 회전축간에는 일정 각도가 형성되어 있다.

Description

블레이드 축 제어 장치 및 방법{Apparatus and method for controlling axis of blade}
본 발명은 블레이드 축 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 풍속에 따라 허브의 회전축에 대하여 블레이드의 축을 제어하는 블레이드 축 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
풍력 발전기는 바람에 의한 운동 에너지를 전기 에너지를 변환하는 장치이다. 도 1은 종래의 풍력 발전기를 나타낸 도면으로서, 풍력 발전기(100)의 측면도를 나타내고 있다.
풍력 발전기(100)는 크게 타워(110), 나셀(120), 허브(130) 및 블레이드(140)로 구성되는데, 바람의 운동 에너지가 블레이드(140)를 회전시키면 블레이드(140)의 회전력이 전기 에너지로 변환되는 것이다.
허브(130)에는 복수의 블레이드(140)가 부착될 수 있는데, 바람의 방향에 대한 블레이드(140)의 각도 즉, 피치를 조절하는 시스템이 허브(130)의 내부에 구비될 수 있다. 블레이드(140)의 피치가 조절됨에 따라 바람으로부터 전달받을 수 있는 에너지의 크기가 달라질 수 있게 된다.
허브(130)의 뒤편에는 나셀(120)이 구비되는데, 나셀(120)의 내부에는 허브(130)의 일단에 결합되어 허브 및 블레이드 결합체의 회전력을 전달하는 저속 축, 저속 축의 회전 속도를 가속시키는 가속 기어박스, 가속 기어 박스의 회전력을 전달하는 고속 축 및 고속 축의 회전력을 전기 에너지로 변환하는 발전기가 구비되어 있다.
바람의 세기는 지면에 대하여 높이가 높을수록 커지는데, 이에 따라 허브(130)와 나셀(120)의 높이를 확보하기 위하여 타워(110)가 구비될 수 있다. 타워(110)는 허브(130)와 나셀(120)을 지지하기 위하여 지면에 대하여 수직방향으로 세워진 구조물로서, 구체적으로는 타워(110)의 상부 말단에 나셀(120)이 부착된다.
한편, 풍속이 높은 경우 블레이드(140)가 뒤쪽으로 휘어질 수 있는데, 회전하는 블레이드(140)가 휘어지는 경우 블레이드(140)와 타워(110)간의 거리가 짧아질 수 있게 된다.
그리하여, 회전하는 블레이드(140)와 타워(110)간의 거리가 충분하게 확보되지 않는 경우 블레이드(140)와 타워(110)가 충돌할 수 있는 것으로서, 이를 방지하기 위하여 다양한 기술이 풍력 발전기에 적용되고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 허브(130)의 회전축이 지표면에 대하여 일정 각도를 갖도록 나셀(120)이 배치되는데, 이로 인하여 블레이드(140)의 말단과 타워(110)간의 거리가 길어지게 된다. 허브(130)의 회전축과 지표면간의 각도를 드라이브 트레인 틸팅 앵글(drive train tilting angle)이라 한다.
또한, 블레이드(140)와 허브(130)의 부착 지점에서 블레이드(140)가 뻗어나가는 축을 드라이브 트레인 축이라고 하는데, 블레이드(140)의 형상은 드라이브 트레인 축에 대하여 일정 각도를 가지고 있다. 이를 드라이브 콘 앵글(drive cone angle)이라 하는데, 이로 인하여 블레이드(140)의 말단과 타워(110)간의 거리가 길어지게 된다.
또한, 허브(130)의 중심(135)과 타워(110)의 중심 축(115)간의 거리(d)를 길게 형성함으로써 블레이드(140)와 타워(110)간의 거리를 확보할 수도 있다.
그러나, 드라이브 트레인 틸팅 앵글 또는 드라이브 콘 앵글을 형성함에 따라 발전량이 감소될 수 있는데, 도 2 및 도 3은 이를 나타내고 있다.
도 2는 드라이브 트레인 틸팅 앵글에 의하여 바람 유입 영역이 감소되는 것을 나타낸 도면으로서, 드라이브 트레인 틸팅 앵글이 0인 경우의 바람 유입 영역 B에 비하여 드라이브 트레인 틸팅 앵글이 α인 경우의 바람 유입 영역 A가 작은 것을 나타내고 있다.
도 3은 드라이브 콘 앵글에 의하여 바람 유입 영역이 감소되는 것을 나타낸 도면으로서, 드라이브 콘 앵글이 0인 경우의 바람 유입 영역 D에 비하여 드라이브 콘 앵글이 β인 경우의 바람 유입 영역 C가 작은 것을 나타내고 있다.
또한, 허브(130)의 중심(135)과 타워(110)의 중심 축(115)간의 거리(d)를 길게 하는 경우 무게 중심이 허브(130)쪽으로 이동하게 되는데, 이로 인하여 제조 비용이 증가하게 된다.
따라서, 제조 비용의 증가를 방지하고, 바람 유입 영역의 감소를 최소화하면서 블레이드(140)와 타워(110)간의 충돌을 방지할 수 있는 발명의 등장이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0107912호 (2011.10.05)
본 발명은 풍속에 따라 허브의 회전축에 대하여 블레이드의 축을 제어하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 블레이드 축 제어 장치는 풍력 발전기의 블레이드가 부착되어 있는 피치 베어링 내륜, 및 상기 풍력 발전기의 허브에 부착되어 구비된 중공에 상기 피치 베어링 내륜을 수용하는 피치 베어링 외륜을 포함하는데, 상기 블레이드의 축과 상기 피치 베어링 내륜의 회전축간에는 일정 각도가 형성되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드 축 제어 장치는 풍력 발전기의 블레이드가 부착되어 있는 피치 베어링 내륜과, 상기 풍력 발전기의 허브에 부착되어 상기 피치 베어링 내륜의 회전 경로를 제공하는 피치 베어링 외륜, 및 상기 회전 경로상에서 상기 피치 베어링 내륜을 회전시키는 피치 드라이브를 포함하는데, 상기 회전 경로는 상기 피치 베어링 외륜에 비스듬하게 형성되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 블레이드 축 제어 방법은 풍력 발전기에 구비된 블레이드의 변형 정도를 감지하는 단계, 및 상기 감지 결과를 참조하여 상기 블레이드의 회전면에 대한 상기 블레이드의 축의 각도를 변경시키는 단계를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 블레이드 축 제어 장치 및 방법에 따르면 풍속에 따라 허브의 회전축에 대하여 블레이드의 축을 제어함으로써 제조 비용의 증가를 방지하고, 바람 유입 영역의 감소를 최소화하면서 블레이드와 타워간의 충돌을 방지하는 장점이 있다.
도 1은 종래의 풍력 발전기를 나타낸 도면이다.
도 2는 드라이브 트레인 틸팅 앵글에 따라 바람 유입 영역이 달라지는 것을 나타낸 도면이다.
도 3은 드라이브 콘 앵글에 따라 바람 유입 영역이 달라지는 것을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 블레이드 축이 변경되는 것을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 블레이드 축이 바람에 의하여 변경된 것을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전기를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 피치 베어링 외륜과 피치 베어링 내륜간의 각도를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 피치 베어링 외륜과 피치 베어링 내륜이 결합된 것을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 피치 베어링 내륜이 피치 베어링 외륜을 따라 회전하는 것을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 블레이드 축이 변경되는 것을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 피치 베어링 외륜의 사시도를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11에 도시된 피치 베어링 외륜의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 13은 도 11에 도시된 피치 베어링 외륜에 피치 베어링 내륜이 결합된 것을 나타낸 도면이다.
도 14는 도 11에 도시된 피치 베어링 외륜에 대한 피치 베어링 내륜의 자세가 변경되는 것을 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 블레이드 축이 원래 위치에 있는 것을 나타낸 도면이다.
도 16는 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드 축이 변경된 것을 나타낸 도면이다.
도 17 내지 도 18은 본 발명의 실시예에 따른 변위 센서가 블레이드에 부착된 것을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 블레이드 축이 변경되는 것을 나타낸 도면이다.
풍력 발전기(400)는 타워(410), 나셀(420), 허브(430) 및 블레이드(440)로 구성되는데, 바람의 운동 에너지가 블레이드(440)를 회전시키면 블레이드(440)의 회전력이 전기 에너지로 변환되고, 풍력 발전기(400)는 변환된 전기 에너지를 축적하거나 별도의 위치로 전달하는 역할을 수행한다.
허브(430)에는 복수의 블레이드(440)가 부착될 수 있는데, 바람의 방향에 대한 블레이드(440)의 각도 즉, 피치를 조절하는 시스템이 허브(430)의 내부에 구비될 수 있다. 블레이드(440)의 피치가 조절됨에 따라 바람으로부터 전달받을 수 있는 에너지의 크기가 달라질 수 있게 된다.
허브(430)의 뒤편에는 나셀(420)이 구비되는데, 나셀(420)의 내부에는 허브(430)의 일단에 결합되어 허브 및 블레이드 결합체의 회전력을 전달하는 저속 축, 저속 축의 회전 속도를 가속시키는 가속 기어박스, 가속 기어 박스의 회전력을 전달하는 고속 축 및 고속 축의 회전력을 전기 에너지로 변환하는 발전기가 구비되어 있다.
바람의 세기는 지면에 대하여 높이가 높을수록 커지는데, 이에 따라 허브(430)와 나셀(420)의 높이를 확보하기 위하여 타워(410)가 구비될 수 있다. 타워(410)는 허브(430)와 나셀(420)을 지지하기 위하여 지면에 대하여 수직방향으로 세워진 구조물로서, 구체적으로는 타워(410)의 상부 말단에 나셀(420)이 부착된다.
한편, 풍속이 높은 경우 블레이드(440)가 뒤쪽으로 휘어질 수 있는데, 회전하는 블레이드(440)가 휘어지는 경우 블레이드(440)의 말단과 타워(410)간의 거리가 짧아질 수 있게 된다.
이와 같은 블레이드(440)와 타워(410)간의 간격을 확보하기 위하여 허브(430)의 회전축과 지표면간의 각도인 드라이브 트레인 틸팅 앵글(drive train tilting angle)을 적용하거나, 블레이드(440)와 허브(430)의 부착 지점에서 블레이드(440)가 수직으로 뻗어나가는 축인 드라이브 트레인 축에 대하여 블레이드(440)가 갖는 각도인 드라이브 콘 앵글(drive cone angle)을 적용할 수 있다.
그러나, 드라이브 트레인 틸팅 앵글 또는 드라이브 콘 앵글을 적용하는 경우 바람 유입 영역이 감소될 수 있기 때문에 드라이브 트레인 틸팅 앵글 또는 드라이브 콘 앵글은 적용하지 않거나 최소한 적용하는 것이 바람직하다.
이를 위하여, 본 발명의 풍력 발전기(400)는 블레이드(440)의 축을 변경할 수 있다.
즉, 블레이드(440)와 허브(430)의 부착 지점에서 블레이드(440)가 뻗어나가는 축인 드라이브 트레인 축을 변경하는 것이다. 이하, 드라이브 트레인 축을 블레이드 축이라 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 풍력 발전기(400)에는 피치 조절 시스템이 구비될 수 있는데, 피치 조절 시스템은 바람의 세기에 따라 블레이드(440)의 피치를 조절한다. 즉, 바람의 에너지를 보다 잘 받아들이기 위하여 블레이드(440)의 피치를 조절하는 것이다.
한편, 바람의 세기가 커질수록 블레이드(440)가 뒤로 휘면서 타워(410)와의 충돌 가능성이 커지는데, 이에 본 발명의 풍력 발전기(400)는 바람의 세기에 따라 블레이드(440)의 피치를 조절하면서 이와 동시에 블레이드 축의 배치 각도를 변경할 수 있다.
도 4는 바람의 세기가 강해짐에 따라 블레이드 축이 변경되어 θ만큼 허브(430)에 대한 배치 각도가 변경된 것을 나타내고 있다.
전술한 바와 같이, 블레이드 축의 변경 각도는 바람의 세기에 따라 결정되는데, 바람 유입 영역이 가장 크게 형성되도록 블레이드 축의 변경 각도가 결정될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 블레이드 축이 바람에 의하여 변경된 것을 나타낸 도면으로서, 블레이드 축이 변경된 이후에 블레이드(440)가 바람에 의하여 뒤로 휘어지면서 결국 바람 유입 영역이 최대가 되는 것을 도시하고 있다.
즉, 블레이드 축의 변경 각도는 바람의 세기에 의하여 결정되기 때문에 블레이드 축의 각도가 변경된 상태에서 예측된 세기의 바람이 유입되는 경우 바람에 의하여 블레이드(440)가 펴지면서 도 5에 도시된 바와 같이 바람 유입 영역이 최대가 될 수 있는 것이다.
본 발명의 풍력 발전기(400)는 바람의 세기를 판단하기 위하여 풍속계(미도시)를 구비할 수 있으며, 바람의 세기와 변경 각도간의 관계를 저장하는 저장부(미도시)를 구비할 수 있다. 즉, 풍력 발전기(400)에 구비된 피치 드라이브(630)는 풍력계에 의하여 감지된 바람의 세기가 참조되어 결정된 회전 각도로 피치 베어링 내륜(620)을 회전시키는 것으로서, 이에 따라 블레이드 축의 각도가 변경되는 것이다.
여기서, 피치 드라이브(630)는 바람의 세기를 참조하여 블레이드(440)에 의한 바람 유입 영역이 최대가 되도록 피치 베어링 내륜(620)을 회전시키는 것으로 이해될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전기를 나타낸 도면으로서, 허브(430)와 블레이드(440)가 피치 베어링 외륜(610)과 피치 베어링 내륜(620)에 의하여 결합되는 것을 나타낸 도면이다.
피치 베어링 내륜(620)에는 블레이드(440)가 부착되어 있고, 피치 베어링 외륜(610)은 허브(430)에 부착되는데, 피치 베어링 외륜(610)에는 피치 베어링 내륜(620)을 수용하는 중공을 구비하면서 피치 베어링 내륜(620)의 회전 경로를 제공한다.
또한, 도 6에는 도시되어 있지 않으나, 회전 경로상에서 피치 베어링 내륜(620)을 회전시키는 피치 드라이브(630)가 구비될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 피치 베어링 외륜과 피치 베어링 내륜간의 각도를 나타낸 도면이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 블레이드 축은 바람의 세기에 따라 허브에 대한 배치 각도가 달라질 수 있다. 즉, 블레이드(440)의 피치가 조절됨에 따라 블레이드 축의 각도가 달라지는 것으로서, 이는 블레이드(440)의 회전면에 대한 블레이드 축의 각도가 달라지는 것으로 이해될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 바람의 세기가 약한 경우 블레이드 축과 블레이드(440)의 회전면간에는 각도가 형성되어 있지 않을 수 있지만, 바람의 세기가 강한 경우 블레이드 축과 블레이드(440)의 회전면간에는 θ만큼의 각도가 형성될 수 있는 것이다.
이를 위하여, 블레이드 축과 피치 베어링 내륜(620)의 회전축간에는 일정 각도가 형성되어 있을 수 있다.
즉, 블레이드(440)가 피치 베어링 내륜(620)에 결합됨에 있어서 일정 각도를 가지고 결합되는 것이다. 이 때, 바람의 세기가 약한 경우 블레이드 축과 블레이드 회전면간의 각도가 없거나 작게 형성될 수 있고, 바람의 세기가 강함으로 인하여 피치 베어링 내륜(620)이 회전하는 경우 블레이드 축과 블레이드 회전면간의 각도가 크게 형성될 수 있다.
또한, 블레이드 축과 피치 베어링 내륜(620)의 회전축간의 각도를 형성하기 위하여, 블레이드(440)가 부착되어 있는 피치 베어링 내륜(620)의 부착면과 피치 베어링 외륜(610)에 형성된 중공의 외주면간에는 일정 각도가 형성될 수 있다.
도 7은 이를 나타낸 도면으로서, 블레이드(440)가 부착되는 피치 베어링 내륜(620)의 부착면과 피치 베어링 외륜(610)에 형성된 중공의 외주면간에 ω1의 각도가 형성된 것을 도시하고 있다. 이하, 블레이드(440)가 부착되는 피치 베어링 내륜(620)의 부착면을 블레이드 부착면이라 하고, 피치 베어링 외륜(610)에 형성된 중공의 외주면을 중공 외주면이라 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 블레이드 부착면과 중공 외주면간에 일정한 각도가 형성된 상태로 블레이드 부착면에 블레이드(440)를 수직으로 부착하는 경우 블레이드 축과 피치 베어링 내륜(620)의 회전축 간에는 자연스럽게 일정 각도가 형성된다.
예를 들어, 도 7과 같은 상태에서 블레이드 부착면에 블레이드(440)가 수직으로 부착되는 경우 블레이드 축과 피치 베어링 내륜(620)의 회전축 간에는 ω1의 각도가 형성되는 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 피치 베어링 외륜과 피치 베어링 내륜이 결합된 것을 나타낸 도면이다.
피치 베어링 내륜(620)은 피치 베어링 외륜(610)의 중공에 형성된 내측면을 따라 회전할 수 있다. 피치 베어링 외륜(610)의 내측면에는 중공 외주면과 평행한 적어도 하나 이상의 회전 경로(미도시)가 형성될 수 있고, 회전 경로에는 베어링(900)이 구비될 수 있는데, 이를 통하여 피치 베어링 내륜(620)은 피치 베어링 외륜(610)의 회전 경로를 따라 적은 마찰로 회전할 수 있게 된다.
피치 베어링 외륜(610)의 회전 경로상에서 피치 베어링 내륜(620)을 회전시키기 위하여 피치 드라이브(630)가 구비될 수 있는데, 피치 드라이브(630)의 동력이 올바르게 피치 베어링 내륜(620)으로 전달될 수 있도록 하기 위하여 피치 드라이브(630)와 피치 베어링 내륜(620)에는 기어산이 구비될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 피치 베어링 내륜이 피치 베어링 외륜을 따라 회전하는 것을 나타낸 도면이다.
피치 드라이브(630)가 피치 베어링 내륜(620)에 동력을 전달함에 따라 피치 베어링 내륜(620)이 피치 베어링 외륜(610)의 내측면을 따라 회전하고, 중공 외주면에 대하여 블레이드 부착면이 향하는 방향이 변경된다. 이 때, 블레이드 부착면과 중공 외주면간에 일정 각도가 유지된 상태로 피치 베어링 내륜(620)이 회전하게 된다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 블레이드 축이 변경되는 것을 나타낸 도면으로서, 블레이드 회전면과 블레이드 축간의 각도가 θ1인 상태에서 피치 베어링 내륜(620)이 회전하여 블레이드 회전면과 블레이드 축간의 각도가 θ2로 커지는 것을 나타낸 도면이다.
이와 같이, 블레이드 부착면과 중공 외주면간에 일정 각도를 형성한 상태에서 블레이드 부착면에 블레이드(440)를 수직으로 부착하고, 피치 베어링 내륜(620)을 회전시킴으로써 블레이드 축과 블레이드 회전면간의 각도를 조절할 수 있게 된다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 피치 베어링 외륜의 사시도를 나타낸 도면으로서, 피치 베어링 외륜(610)의 내측면에 중공 외주면과 평행하지 않은 적어도 하나 이상의 회전 경로(611)가 형성된 것을 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11에 도시된 피치 베어링 외륜의 단면도를 나타낸 도면으로서, 회전 경로(611)가 피치 베어링 외륜(610)의 내측면상에서 비스듬하게 형성된 것을 도시하고 있다.
즉, 좌측 일측에서는 회전 경로(611)가 아래쪽에 배치되어 있으나 오른쪽으로 연장되면서 위쪽으로 배치되어 있는 것이다.
한편, 도 11 및 도 12는 피치 베어링 외륜(610)의 일측 단면을 도시한 것으로서, 오른쪽 위쪽에 배치된 회전 경로(611)는 피치 베어링 외륜(610)의 나머지 단면을 따라 연장되면서 왼쪽 아래의 회전 경로(611)에 연결된다.
도 13은 도 11에 도시된 피치 베어링 외륜에 피치 베어링 내륜이 결합된 것을 나타낸 도면으로서, 피치 베어링 내륜(620)의 블레이드 부착면과 피치 베어링 외륜(610)의 중공 외주면이 서로 평행하게 배치되어 있는 것을 나타낸 도면이다.
피치 베어링 내륜(620)의 외측면에는 회전 경로(611)에 삽입되어 회전 경로(611)상에서 이동하는 적어도 하나 이상의 회전 돌기(621)가 구비될 수 있다.
즉, 피치 베어링 내륜(620)이 회전하는 경우 피치 베어링 내륜(620)의 회전 돌기(621)는 회전 경로(611)를 따라 이동하는 것이다.
한편, 피치 베어링 내륜(620)에 구비되는 회전 돌기(621)는 그 위치에 따라 서로 다른 높이에 배치될 수 있다. 즉, 도 13에 도시된 바와 같이 좌측 회전 돌기는 좌측에 형성된 회전 경로에 대응하는 높이에 배치되고, 우측 회전 돌기는 우측에 형성된 회전 경로에 대응하는 높이에 배치되는 것이다.
이에 따라, 피치 베어링 내륜(620)의 블레이드 부착면과 피치 베어링 외륜(610)의 중공 외주면이 서로 평행하게 배치되어 있는 것이 가능하게 된다.
한편, 후술하는 바와 같이 피치 베어링 내륜(620)이 회전하면서 회전 각도에 따라 피치 베어링 외륜(610)에 대한 피치 베어링 내륜(620)의 배치 자세가 변경될 수 있는데, 이 때 피치 베어링 내륜(620)의 모서리가 피치 베어링 외륜(610)의 내측면에 접촉됨으로써 자세 변경에 제약이 될 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 피치 베어링 내륜(620)의 외측면과 피치 베어링 외륜(610)의 내측면간에는 일정 거리만큼 간격이 유지되고 있는 것이 바람직하다.
피치 베어링 외륜(610)의 회전 경로(611)상에서 피치 베어링 내륜(620)을 회전시키기 위하여 피치 드라이브(630)가 구비될 수 있는데, 피치 드라이브(630)의 동력이 올바르게 피치 베어링 내륜(620)으로 전달될 수 있도록 하기 위하여 피치 드라이브(630)와 피치 베어링 내륜(620)에는 기어산이 구비될 수 있다.
도 14는 도 11에 되시된 피치 베어링 외륜에 대한 피치 베어링 내륜의 자세가 변경되는 것을 나타낸 도면이다.
도 13에 도시된 바와 같이 피치 베어링 내륜(620)의 회전 돌기(621)가 피치 베어링 외륜(610)의 회전 경로(611)에 대응하는 높이에 배치됨에 따라 블레이드 부착면과 중공 외주면은 평행하게 배치될 수 있게 된다.
한편, 피치 베어링 내륜(620)이 회전하는 경우 회전 경로(611)에 대한 회전 돌기(621)의 높이가 달라지면서 피치 베어링 외륜(610)에 대한 피치 베어링 내륜(620)의 자세가 달라지게 된다.
도 14는 피치 베어링 내륜(620)이 180도 회전하는 것을 나타내고 있는데, 회전 돌기(621)가 회전 경로(611)상에서 이동함에 따라 피치 베어링 외륜(610)에 대한 피치 베어링 내륜(620)의 자세가 달라지는 것을 도시하고 있다. 즉, 피치 베어링 내륜(620)의 자세가 변경됨에 따라 블레이드(440)의 회전면에 대한 블레이드 축의 각도가 변경되는 것으로서, 도 14는 블레이드 부착면과 중공 외주면간에 ω2의 각도가 형성되는 것을 도시하고 있다.
이와 같이, 피치 베어링 외륜(610)의 중공 내측면에 비스듬한 회전 경로(611)가 형성되어 있고, 피치 베어링 내륜(620)의 외측면에 서로 다른 높이의 회전 돌기(621)가 구비된 상태에서 피치 베어링 내륜(620)을 회전시킴으로써 블레이드 축과 블레이드 회전면간의 각도를 조절할 수 있게 된다.
한편, 피치 베어링 외륜(610)에 대한 피치 베어링 내륜(620)의 자세가 달라짐에 따라 피치 베어링 외륜(610)의 내측면과 피치 베어링 내륜(620)의 내측면간의 거리가 달라지는데, 이에 피치 베어링 내륜(620)의 자세에 따라 회전 돌기(621)의 노출 길이가 달라질 수 있다. 즉, 회전 경로(611)와의 거리가 가까운 경우 회전 돌기(621)의 노출 길이가 짧아지고, 회전 경로(611)와의 거리가 먼 경우 회전 돌기(621)의 노출 길이가 길어질 수 있는 것이다. 이를 위하여, 피치 베어링 내륜(620)에는 회전 돌기(621)의 노출 길이를 조절하는 탄성 수단(미도시)이 구비될 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 블레이드 축이 원래 위치에 있는 것을 나타낸 도면으로서, 피치 베어링 내륜(620)이 회전하지 않고 원래 자세로 배치되어 있는 것을 나타낸 도면이다.
여기서, 원래 자세는 바람의 세기가 작기 때문에 블레이드 회전면에 대한 블레이드 축이 변경되지 않은 자세를 의미하는 것으로서, 도 4에서 블레이드 축이 θ만큼 변경되기 이전의 자세를 포함한다.
결국, 원래 자세는 블레이드 축이 블레이드 회전면에 대하여 평행하게 배치되어 있거나 작은 각도를 두고 배치되어 있는 것으로 이해될 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 블레이드 축이 변경된 것을 나타낸 도면으로서, 피치 베어링 내륜(620)과 피치 베어링 외륜(610)의 자세가 상이하기 때문에 블레이드(440)가 허브(430)와의 부착 지점에서 일정 각도를 갖고 뻗어나가는 것을 도시한 도면이다.
바람의 세기에 따라 피치 베어링 내륜(620)의 회전 각도가 결정되고, 피치 베어링 내륜(620)이 회전 경로(611)상에서 회전하는 각도에 따라 피치 베어링 외륜(610)에 대한 피치 베어링 내륜(620)의 자세가 변경되는데, 그 자세가 변경되면서 블레이드 회전면과 블레이드 축간에는 일정한 각도 차이가 발생하게 된다.
이상은 바람의 세기에 따라 블레이드(440)의 피치 및 블레이드 축이 변경되는 것으로 설명하였으나, 블레이드(440)의 변형 정도를 기초로 블레이드(440)의 피치 및 블레이드 축이 변경될 수도 있다.
도 17 내지 도 18은 본 발명의 실시예에 따른 변위 센서가 블레이드에 부착된 것을 나타낸 도면으로서, 블레이드(440)의 변형 정도를 감지하는 적어도 하나 이상의 변위 센서(1310, 1320, 1410, 1420)가 블레이드(440)에 부착된 것을 도시한 도면이다.
도 17은 블레이드(440)의 장축 변형을 감지하기 위한 변위 센서(1310, 1320)가 블레이드(440)에 부착된 것을 도시하고 있고, 도 14는 블레이드(440)의 단축 변형을 감지하기 위한 변위 센서(1410, 1420)가 블레이드(440)에 부착된 것을 도시하고 있다.
본 발명의 풍력 발전기(400)는 변위 센서(1310, 1320, 1410, 1420)에 의한 감지 결과를 기초로 블레이드(440)의 변형을 판단하기 위하여 변형 판단부(미도시)를 구비할 수 있으며, 블레이드(440)의 변형과 블레이드 축의 변경 각도간의 관계를 저장하는 저장부(미도시)를 구비할 수 있다. 즉, 피치 드라이브(630)는 변형 판단부에 의하여 판단된 블레이드(440)의 변형 정도가 참조되어 결정된 회전 각도로 피치 베어링 내륜(620)을 회전시키는 것으로서, 이에 따라 블레이드 축의 각도가 변경되는 것이다.
여기서, 피치 드라이브(630)는 블레이드(440)의 변형 정도를 참조하여 블레이드(440)에 의한 바람 유입 영역이 최대가 되도록 피치 베어링 내륜(620)을 회전시키는 것으로 이해될 수 있다.
한편, 도 17 및 도 18은 각각 2개의 변위 센서(1310, 1320, 1410, 1420)를 이용하여 블레이드(440)의 장축 변위 또는 단축 변위를 감지하는 것을 도시하고 있으나, 감지 효율을 향상시키기 위하여 보다 많은 변위 센서가 구비될 수 있음은 물론이다.
예를 들어, 블레이드(440)의 양측면에 복수의 변위 센서가 부착됨으로써 변위 감지 효율을 향상시킬 수 있는 것이다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
400: 풍력 발전기
410: 타워
420: 나셀
430: 허브
440: 블레이드
610: 피치 베어링 외륜
620: 피치 베어링 내륜
630: 피치 드라이브
1310, 1320, 1410, 1420: 변위 센서

Claims (11)

  1. 풍력 발전기의 블레이드가 부착되어 있는 피치 베어링 내륜; 및
    상기 풍력 발전기의 허브에 부착되어 구비된 중공에 상기 피치 베어링 내륜을 수용하는 피치 베어링 외륜을 포함하는데,
    상기 블레이드의 축과 상기 피치 베어링 내륜의 회전축간에는 일정 각도가 형성되어 있는 블레이드 축 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 블레이드가 부착되어 있는 상기 피치 베어링 내륜의 부착면과 상기 중공의 외주면간에는 일정 각도가 형성되어 있는 블레이드 축 제어 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 피치 베어링 내륜은 상기 중공에 형성된 상기 피치 베어링 외륜의 내측면을 따라 회전하는 블레이드 축 제어 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 피치 베어링 내륜을 회전시키는 피치 드라이브를 더 포함하는 블레이드 축 제어 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 피치 베어링 외륜에 대하여 상기 피치 베어링 내륜이 회전함에 따라 상기 블레이드의 회전면에 대한 상기 블레이드의 축의 각도가 변경되는 블레이드 축 제어 장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 피치 베어링 내륜의 회전 각도는 바람의 세기에 의하여 결정되는 블레이드 축 제어 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 블레이드에 부착되어 상기 블레이드의 변형 정도를 감지하는 적어도 하나 이상의 변위 센서를 더 포함하는 블레이드 축 제어 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 피치 베어링 내륜은 상기 블레이드의 변형 정도가 참조되어 결정된 회전 각도로 상기 중공에 형성된 상기 피치 베어링 외륜의 내측면을 따라 회전하는 블레이드 축 제어 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 피치 베어링 내륜은 상기 블레이드의 변형 정도가 참조되어 상기 블레이드에 의한 바람 유입 영역이 최대가 되는 회전 각도로 회전하는 블레이드 축 제어 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 피치 베어링의 내륜은 상기 피치 베어링 외륜에 비스듬하게 형성된 회전 경로를 따라 이동하는 블레이드 축 제어 장치.
  11. 블레이드가 부착되는 피치 베어링 내륜 및 허브에 부착되어 구비된 중공에 상기 피치 베어링 내륜을 수용하는 피치 베어링 외륜을 포함하는 풍력발전기에 있어서,
    상기 블레이드의 변형 정도를 감지하는 단계; 및
    상기 감지 결과를 이용하여 상기 블레이드의 회전면에 대한 상기 블레이드의 축의 각도를 변경시키는 단계를 포함하고,
    상기 블레이드의 축과 상기 피치 베어링 내륜의 회전축간에는 일정 각도가 형성되어 있는 블레이드 축 제어 방법.

KR1020140024122A 2014-02-28 2014-02-28 블레이드 축 제어 장치 및 방법 KR101507447B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140024122A KR101507447B1 (ko) 2014-02-28 2014-02-28 블레이드 축 제어 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140024122A KR101507447B1 (ko) 2014-02-28 2014-02-28 블레이드 축 제어 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101507447B1 true KR101507447B1 (ko) 2015-03-31

Family

ID=53028985

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140024122A KR101507447B1 (ko) 2014-02-28 2014-02-28 블레이드 축 제어 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101507447B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230059628A (ko) * 2021-10-26 2023-05-03 한국전력기술 주식회사 풍력발전기의 블레이드 각도 조절장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000303944A (ja) 1999-04-21 2000-10-31 Yasuo Ueno 風 車
KR200408178Y1 (ko) 2005-11-23 2006-02-07 (주) 썬에어로시스 풍력발전기용 블레이드 피치조절장치
KR200443245Y1 (ko) 2007-09-05 2009-02-02 이훈재 후퇴날개식 풍차허브

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000303944A (ja) 1999-04-21 2000-10-31 Yasuo Ueno 風 車
KR200408178Y1 (ko) 2005-11-23 2006-02-07 (주) 썬에어로시스 풍력발전기용 블레이드 피치조절장치
KR200443245Y1 (ko) 2007-09-05 2009-02-02 이훈재 후퇴날개식 풍차허브

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230059628A (ko) * 2021-10-26 2023-05-03 한국전력기술 주식회사 풍력발전기의 블레이드 각도 조절장치
KR102541544B1 (ko) * 2021-10-26 2023-06-12 한국전력기술 주식회사 풍력발전기의 블레이드 각도 조절장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8167555B2 (en) Horizontal axis wind turbine
EP3015705B1 (en) System and method for adaptive rotor imbalance control
EP2617993B1 (en) Wind turbine generator and operation method for the same
WO2014102945A1 (ja) 制御装置及び方法並びにプログラム、それを備えた浮体式風力発電装置
US10774807B2 (en) Omni multi axes-vertical axis wind turbine (M-VAWT)
ES2923904T3 (es) Método y sistema para determinar la torsión dinámica de una pala de turbina eólica
US9382900B2 (en) Wind power generation unit, wind farm, and arrangement structure and control method of the same
TWI544145B (zh) Wind power generation system
US20110243730A1 (en) Systems and methods for determining deflection of a wind turbine shaft
JP2010121518A (ja) 縦軸式マグナス型風力発電装置
JP2008095664A (ja) 風車装置
US20150354533A1 (en) Method for operating a wind turbine, wind turbine, and control means for a wind turbine
KR101507447B1 (ko) 블레이드 축 제어 장치 및 방법
KR101607691B1 (ko) 균형 제공 장치
JP2016516946A (ja) 風力発電機のブレード角度調節装置及びそれを有する風力発電機
JP2009085090A (ja) 風車装置
KR101514769B1 (ko) 수직축 방식의 풍력발전장치
EP3434896B1 (en) Wind turbine including sensor assembly and method of operating such
JP2012082772A (ja) 風車
TW202108878A (zh) 風力發電裝置及其停止方法
US8840367B2 (en) System and method for collecting particles in a wind turbine rotor blade
WO2015019384A1 (ja) 風力発電装置
US11193469B2 (en) Method for operating a wind turbine, wind turbine, and control means for a wind turbine
JP6521786B2 (ja) 風力発電装置
JP6001036B2 (ja) 風力発電装置

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Lapse due to unpaid annual fee