KR20110111077A - 국부 전원 공급 장치 및 이를 포함하는 풍력 발전 시스템 - Google Patents

국부 전원 공급 장치 및 이를 포함하는 풍력 발전 시스템 Download PDF

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KR20110111077A
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Abstract

본 발명은 국부 전원 공급 장치 및 이를 포함하는 풍력 발전 시스템을 개시한다. 본 발명은 회전체에 부착되어 상기 회전체의 건전성을 모니터링하는 장치에 전원을 공급하는 국부 전원 공급 장치에 있어서, 전도성 와이어 코일(402) 및 상기 전도성 와이어 코일의 내부에 위치하는 자성체(404)를 구비하고, 상기 회전체의 일면에 부착되어 중력 및 상기 회전체의 회전에 따른 원심력의 작용 조건 하에서 상기 자성체가 상기 전도성 와이어 코일 내부에서 왕복 운동하도록 하여 교류 전원을 생성하는 교류 전원 제너레이터(200); 및 상기 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 회로부(202)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 회전체의 회전에 연동하여 자체적으로 전원을 생성할 수 있는 장점이 있다.

Description

국부 전원 공급 장치 및 이를 포함하는 풍력 발전 시스템{Local power supply and wind power generation system including the same}
본 발명은 국부 전원 공급 장치 및 이를 포함하는 풍력 발전 시스템에 관한 것으로서, 회전체의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하여 회전체의 건전성을 모니터링하기 위한 장치들의 구동을 위한 전원을 공급할 수 있는 장치 및 이를 포함하는 풍력 발전 시스템에 관한 것이다.
회전체는 기계장치의 중요한 구성요소 중 하나로서, 헬리콥터의 날개 및 풍력 발전의 터빈 블레이드를 포함하며, 최근에 활발히 연구되고 있는 에너지 저장 시스템에 적용되는 플라이휠에도 포함한다.
회전체를 포함하는 구조물에 있어서, 회전체의 상태를 지속적으로 모니터링하여 고장의 징후를 미리 감지함으로써 예기치 못한 사고를 방지하는 것이 매우 중요하다.
작동 중인 회전체의 상태를 정확하게 모니터링하기 위해서는 회전체에 직접 센서를 설치해야 하며, 이 경우 센서에 지속적으로 전원을 공급하는 것과 또한 감지된 신호를 외부로 전송하는 일이 물리적으로 매우 어려운 문제점이 있다.
현재 가장 많이 사용되고 있는 회전체 모니터링 방법으로는 회전체에 설치된 센서의 선들을 회전축의 한쪽으로 모아 DC모터의 브러시와 같은 접촉 구조를 다수 가지는 슬립링(slip ring)을 이용하는 방법이 있다. 그러나, 이러한 방법은 각각의 선마다 연결이 필요하고, 회전부재와 고정부재와의 연속적인 접촉이 필요하며, 접촉에 따른 윤활과 마모문제, 소음, 회전체의 최고속도제한 등의 다양한 문제점이 있고, 터빈과 같이 다단으로 구성되어 모니터링 대상부위가 여러 부위인 경우에는 슬립링의 설치와 배선에 상당한 제한이 가해지는 문제점이 있다.
또한, 슬립링을 이용하는 경우에는 감지된 신호를 전기신호로 변환하기 때문에 노이즈의 영향으로 회전체의 이상을 정확하게 모니터링하기가 어려운 문제점이 있으며, 나아가 슬립링 방식에 의한 경우 센서에 안정적으로 전원을 공급하기 어려운 문제점이 있다.
그 이외의 방법으로는, 회전체에 센서뿐만 아니라 신호처리 장치와 배터리를 내장하여 외부와 무선으로 연결하는 방법이 있으나, 정기적인 배터리의 교체가 필요하고, 부피가 커서 고속 회전체에 설치하는 것은 불가능한 문제점이 있다.
이러한 문제점을 고려하여, 회전체의 외부에 센서를 설치하여 이상을 감지하는 간접측정방식도 사용된다. 예를 들어, 베어링 하우징에 설치되는 가속도계나 축의 진동을 감지하는 갭센서 등을 이용하여 진동이나 소음 등을 측정 분석한다. 그러나, 이러한 간접측정방식은 진동신호와 고장 증상간의 연관성 규명과 초기 단계에서의 이상 감지가 매우 어렵기 때문에, 실제로 많은 현장에서는 안전율을 크게 고려한 정기적인 유지보수를 수행하고 있는데, 이러한 과다 보수에 따른 막대한 비용과 인력이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 회전체의 건전성을 모니터링하기 위한 수단에 안정적으로 전원을 공급할 수 있는 국부 전원 공급 장치 및 이를 포함하는 풍력 발전 시스템을 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 회전체의 회전에 따른 자성체의 운동을 전기 에너지로 변환하여 자체적으로 전력을 공급할 수 있는 국부 전원 공급 장치 및 이를 포함하는 풍력 발전 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 회전체에 부착되어 상기 회전체의 건전성을 모니터링하는 장치에 전원을 공급하는 국부 전원 공급 장치에 있어서, 전도성 와이어 코일(402) 및 상기 전도성 와이어 코일의 내부에 위치하는 자성체(404)를 구비하고, 상기 회전체의 일면에 부착되어 중력 및 상기 회전체의 회전에 따른 원심력의 작용 조건 하에서 상기 자성체가 상기 전도성 와이어 코일 내부에서 왕복 운동하도록 하여 교류 전원을 생성하는 교류 전원 제너레이터(200); 및 상기 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 회로부(202)를 포함하는 국부 전원 공급 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 회전체에 부착되어 상기 회전체의 건전성을 모니터링하는 장치에 전원을 공급하는 국부 전원 공급 장치에 있어서, 전도성 와이어 코일(802)이 감긴 베이스 플레이트(800) 및 자성체(808)가 부착되며 중력 방향을 향하는 피봇 핸드(806)를 구비하고, 상기 회전체의 회전에 따른 상기 베이스 플레이트 및 상기 피봇 핸드의 상대적인 위치 변화를 이용하여 교류 전원을 생성하는 교류 전원 제너레이터; 및 상기 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 회로부를 포함하는 국부 전원 공급 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 회전체; 상기 회전체에 부착되어 상기 회전체의 건전성을 모니터링하는 수단(110 내지 116); 및 상기 회전체에 부착되며 상기 모니터링 수단에 전원을 공급하는 국부 전원 공급 장치(100)를 포함하되, 상기 국부 전원 공급 장치는, 전도성 와이어 코일(402) 및 상기 전도성 와이어 코일의 내부에 위치하는 자성체(404)를 구비하고, 상기 회전체의 일면에 부착되어 중력 및 상기 회전체의 회전에 따른 원심력의 작용 조건 하에서 상기 자성체가 상기 전도성 와이어 코일 내부에서 왕복 운동하도록 하여 교류 전원을 생성하는 교류 전원 제너레이터(200) 및 상기 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 회로부(202)를 포함하는 풍력 발전 시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 회전체; 상기 회전체에 부착되어 상기 회전체의 건전성을 모니터링하는 수단(110 내지 116); 및 상기 회전체에 부착되며 상기 모니터링 수단에 전원을 공급하는 국부 전원 공급 장치(100)를 포함하되, 상기 국부 전원 공급 장치는, 전도성 와이어 코일(802)이 감긴 베이스 플레이트(800) 및 자성체(808)가 부착되며 중력 방향을 향하는 피봇 핸드(806)를 구비하고, 상기 회전체의 회전에 따른 상기 베이스 플레이트 및 상기 피봇 핸드의 상대적인 위치 변화를 이용하여 교류 전원을 생성하는 교류 전원 제너레이터 및 상기 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 회로부를 포함하는 풍력 발전 시스템이 제공된다.
본 발명에 따르면, 전도성 와이어 코일 및 자성체를 포함하는 교류 전원 제너레이터를 회전체에 부착하고, 회전체의 회전에 따라 전도성 와이어 코일 내부에서 자성체가 왕복 운동하도록 하여 자체적으로 전기 에너지를 생성할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 회전체의 회전에 따라 자성체 및 전도성 와이어 코일의 상대적인 위치를 변화시켜 자체적으로 전기 에너지를 생성할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 국부 전원 공급 장치를 부착된 풍력 발전 시스템을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 국부 전원 공급 장치의 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 회로부의 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 교류 전원 제너레이터의 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 회전체의 회전에 따른 자성체의 상대적인 위치 변화를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 교류 전원 제너레이터의 다른 구성을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 교류 전원 제너레이터의 또 다른 구성을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 교류 전원 제너레이터의 사시도.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 교류 전원 제너레이터에서 하나의 베이스 플레이트를 제거한 상태를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 교류 전원 제너레이터의 회전에 따라 베이스 플레이트 및 피봇 핸드의 상대적인 위치 변화를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 교류 전원 제너레이터가 허브에 연결된 구조를 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 국부 전원 공급 장치 102: 회전체
110: 광섬유 브래그 격자 112: 인터로게이터
114: 스트레인 게이지 116: 트랜스미터
200: 교류 전원 제너레이터 202: 회로부
300: 변압부 302: 정류부
304: 필터부 306: 출력부
308: 레귤레이터 400: 하우징
402, 802: 전도성 와이어 코일 404, 808: 자성체
406: 가이드부 408, 600: 댐퍼
800: 베이스 플레이트 806: 피봇 핸드
본 발명은 다양한 변경을 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 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 국부 전원 공급 장치를 부착된 풍력 발전 시스템을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력 발전 시스템은 회전체(102)에 부착된 국부 전원 공급 장치(100) 및 회전체(102)의 건전성을 모니터링하기 위한 수단을 포함한다.
본 발명에 따르면, 회전체(102)는 풍력 발전 시스템의 허브 또는 블레이드를 포함할 수 있으며, 국부 전원 공급 장치(100)는 상기한 허브 또는 블레이드 중 적어도 하나에 부착되며, 모니터링 수단은 블레이드에 부착될 수 있다.
하기에서는 국부 전원 공급 장치(100) 및 건전성 모니터링 수단이 모두 블레이드에 부착된 것을 중심으로 설명할 것이나, 이에 한정됨이 없이, 국부 전원 공급 장치(100)는 허브에, 그리고 건전성 모니터링 수단은 블레이드에 부착된 것(도 11 참조)도 본 발명의 범주에 포함될 수 있다.
여기서, 회전체의 건전성을 모니터링하기 위한 수단은 회전체(102)의 변형에 따른 신호를 반사하는 복수의 브래그 격자를 포함하는 광섬유 브래그 격자 센서(Fiber Bragg Grating, FBG, 110) 및 광섬유 브래그 격자 센서에서 반사한 신호를 수집하여 해석하는 인터로게이터(Interrogator, 112)를 포함할 수 있다.
또한, 모니터링 수단은 회전체(102)의 변형을 직접 감지하는 스트레인 게이지(114) 및 스트레인 게이지(114)에서 감지된 신호를 무선을 송신하는 트랜스미터(116)를 포함할 수 있다. 여기서 스트레인 게이지(114) 및 트랜스미터(116)는 와이어(115)를 통해 전기적으로 연결된다.
회전체의 건전성 모니터링 수단은 회전체(102)에 내면 또는 외면에 부착된 상태로 제공된다.
인터로게이터(112)가 신호 수집 및 해석을 수행하고, 스트레인 게이지(114)가 신호를 수집하며, 트랜스미터(116)가 수집된 신호를 무선으로 송신하기 위해서는 상기한 수단에 전원이 공급되어야 한다.
이를 위해, 본 발명은 회전체(102)에 부착되며, 회전체(102)의 회전에 따라 자체적으로 전기 에너지를 생성할 수 있는 국부 전원 공급 장치(Local Power Supply, 100)를 제공한다.
도 2는 본 발명에 따른 국부 전원 공급 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 국부 전원 공급 장치는 교류 전원 제너레이터(AC Power Generator, 200) 및 회로부(Electronics, 202)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 교류 전원 제너레이터(200)는 전도성 와이어 코일 및 자성체를 구비하면서 회전체(102)의 회전에 따라 전도성 와이어 코일 및 자성체의 상대적인 위치를 변화시켜 전기 에너지를 생성한다.
교류 전원 제너레이터(200)의 구성에 대해서는 하기에서 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 회로부(202)는 교류 전원 제너레이터(200)에서 생성한 교류 전원을 직류로 변환하고, 이를 안정화하여 인터로게이터(112) 및 트랜스미터(116)에 공급한다.
도 3은 본 발명에 따른 회로부의 구성을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 회로부는 변압부(Transformer, 300), 정류부(Rectifier, 302), 필터부(Filter, 304), 출력부(Output/Bleeder, 306) 및 레귤레이터(Regulator, 308)를 포함할 수 있다.
변압부(300)는 교류 전원 제너레이터(200)에 의해 생성된 교류 전원의 전압 또는 전류를 높이거나 낮춘다. 그러나 이는 선택적인 구성이며 본 발명에 따른 회로부(202)에서 생략될 수 있다.
정류부(302)는 교류 전원을 직류 전원으로 변환시키며, 필터부(304)는 직류 전원의 리플 요소를 제거한다.
출력부(306)는 리플 요소가 제거된 직류 전원을 안정화하며, 레귤레이터(308)는 직류 전원을 일정한 크기의 전류값 또는 전압값으로 유지시킨다.
본 발명에 따르면, 교류 전원 제너레이터(200) 및 회로부(202)는 일반적인 회전체(102)에 부착되어 자체적으로 전기 에너지를 생성하고, 이를 회전체의 건전성을 모니터링하기 위한 수단에 공급한다.
하기에서는 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 교류 전원 제너레이터의 구성을 상세하게 살펴본다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 교류 전원 제너레이터의 구성을 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 교류 전원 제너레이터는 하우징(400), 전도성 와이어 코일(402), 자성체(404), 가이드부(406) 및 댐퍼(damper)를 포함할 수 있다.
하우징(400)은 원형 단면 또는 사각 단면을 가질 수 있으며, 그 내부에는 자성체(404)를 감고 있는 전도성 와이어 코일(402)이 제공된다.
본 발명에 따른 자성체(404)는 영구자석(Permanent Magnet)일 수 있으며, 바람직하게는 영구자석(420)과 질량체(mass, 422)가 결합된 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 자성체(404)는 자체 무게에 의한 중력 및 회전체(102)의 회전에 따른 원심력의 작용 조건 하에서 전도성 와이어 코일(402) 내부를 왕복 운동하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 회전체의 회전에 따른 자성체(404)의 상대적인 위치 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 끝단(410-1)이 상부에 위치하는 제1 위치에서 자성체(404)는 중력의 작용에 의해 제2 끝단(410-2)에 인접하게 되며, 터빈 블레이드, 즉 회전체(102)가 반시계 방향으로 회전하여 제2 위치로 이동하는 경우, 자성체(404)는 회전체(102)에 회전에 따른 원심력에 의해 제1 끝단(410-1) 측으로 이동하게 된다.
또한, 회전체(102)가 더 회전하여 제3 위치로 이동하는 경우, 원심력 및 중력의 작용에 의해, 자성체(404)는 제1 끝단(410-1)에 인접하게 된다.
상기한 바와 같이, 중력 및 원심력의 작용 조건 하에서, 본 발명에 따른 자성체(404)는 회전체(102)의 1회전 시에 1왕복 운동을 하게 되며, 이처럼 자성체(404)가 회전체(102)의 회전 및 중력에 따라 왕복 운동을 함으로써 자성체(404) 주변의 자기장이 변화하여 전도성 와이어 코일(402)에 유도 전류가 흐르게 된다.
한편, 자성체(404)의 왕복 운동 시, 하우징 내부의 양 끝단 플레이트(End Plate, 410-1,410-2)에 부딪힐 수 있으므로, 자성체(404)의 왕복 운동 방향에 위치하는 양 끝단 플레이트(410-1,410-2)에는 자성체(404)에 가해지는 충격을 흡수하기 위한 댐퍼(damper)가 제공된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 댐퍼는 원추형의 탄성 스프링(408)일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이, 댐퍼는 탄성 스프링이 대신 영구자석(600)으로 대체될 수 있다.
이러한 경우, 질량체(422)가 영구자석(420) 내부에 둘러싸인 형태로 제공될 수 있으며, 하우징의 내부 양 끝단에 제공된 영구자석(600)의 극성은 영구자석(600)과 마주보는 방향의 자성체(404)와 동일한 극성을 가진다.
댐퍼로서, 자성체(404)와 마주보는 부분이 자성체(404)와 동일한 극성을 갖는 영구자석(600)을 제공함에 따라 왕복 운동 시 자성체(404)가 양 끝단 플레이트에 부딪히는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 양 끝단 플레이트(410-1,410-2) 각각에 댐퍼로 기능하도록 탄성 스프링(408) 및 영구자석(600)을 형성할 수도 있다(도 7 참조)
본 발명에 따른 교류 전원 제너레이터(200)에는 자성체(404)의 왕복 운동을 가이드 하기 위한 가이드부가 제공될 수 있다.
도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가이드부(406)는 자성체(404)의 양 측면에 제공될 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가이드부는 하우징(400) 내부에 제공된 파이프(700)로 대체될 수 있다.
도 7을 참조하면, 파이프(700)는 원통형으로 제공되며, 파이프(700)의 외부에는 전도성 와이어 코일(402)이 그 내부에는 자성체(404)가 제공되며, 자성체(404)는 파이프(700)의 내부에서 가이드되면서 왕복 운동하게 된다.
하기에서는 도 8 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 국부 전원 공급 장치를 상세하게 설명한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 교류 전원 제너레이터의 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 교류 전원 제너레이터에서 하나의 베이스 플레이트를 제거한 상태를 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 교류 전원 제너레이터의 회전에 따라 베이스 플레이트 및 피봇 핸드의 상대적인 위치 변화를 나타낸 도면이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 교류 전원 제너레이터는 전도성 와이어 코일(802)이 감겨있는 베이스 플레이트(800), 피봇축(804)에 결합되는 피봇 핸드(806)를 포함할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 베이스 플레이트(800)는 상기한 피봇 핸드(806)를 사이에 두고 서로 마주보는 방향으로 배치되는 제1 베이스 플레이트(800-1) 및 제2 베이스 플레이트(800-2)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 제1 및 제2 베이스 플레이트(800-1,800-2)는 중공부를 갖는 링 형상으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 피봇 핸드(806)는 일측이 피봇축(804)에 결합되며, 타측에는 자성체(808)가 부착된다.
피봇 핸드(806)에 부착된 자성체(808)는 복수의 영구자석(808-1 내지 808-4)을 포함할 수 있으며, 서로 다른 극성을 갖는 영구자석이 교대로 배치된다.
또한, 피봇 핸드(806)의 끝단에는 자성체(808)가 항상 중력 방향을 향하도록 하는 무게추(810)가 결합된다.
상기와 같은 자성체(808)를 사이에 두고, 제1 및 제2 베이스 플레이트(800-1,800-2)의 전도성 와이어 코일(802)이 감겨진 부분이 서로 인접하게 마주보는 방향으로 배치된다.
상기한 구성을 갖는 교류 전원 제너레이터(200)는 회전체(102)에 부착되며, 회전체(102)의 회전에 따라 전도성 와이어 코일(802)이 감긴 베이스 플레이트(800) 및 자성체(808)가 부착된 피봇 핸드(806)의 상대적인 위치가 변화함에 따라 교류 전원이 생성된다.
도 10을 참조하면, 베이스 플레이트의 A 위치가 상부를 향하는 제1 위치에서 자성체(808)가 부착된 피봇 핸드(806)는 중력 작용 조건 하에서 베이스 플레이트(800)의 C 위치를 향하게 된다.
회전체(102)가 반시계 방향으로 회전함에 따라 제2 위치로 이동하는 경우, 피봇 핸드(806)는 B 위치를 향하게 되며, 회전체(102)가 제3 위치로 이동하는 경우, 피봇 핸드(806)는 A 위치, 제4 위치로 이동하는 경우에는 D 위치를 향하게 된다.
본 발명에 따른 베이스 플레이트(800)는 회전체(102)에 부착되어 고정된 상태로 이동하는 반면, 피봇 핸드(806)는 회전체(102)의 회전 시 항상 중력 방향을 향하기 때문에 피봇 핸드(806)에 부착된 자성체(808)와 이에 인접하는 전도성 와이어 코일(802)의 위치가 상대적으로 변화하게 되며, 이에 따라 자기장이 변화하게 되어 전도성 와이어 코일(802)에 유도 전류가 흐르게 된다.
즉, 본 발명에 따른 교류 전원 제너레이터는 중력의 작용 조건 하에서, 본 발명에 따른 자성체(808)는 회전체(102)의 1회전 시에 베이스 플레이트(800)를 1회전하게 되며, 이러한 상대적 위치 변화를 이용하여 전기 에너지를 생성하게 된다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 허브에 도 8과 같은 교류 전원 제너레이터가 제공된 경우에 베이스 플레이트 및 피봇 핸드의 상대적인 위치 변화를 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 허브(1110)에 4개의 블레이드(1102-1 내지 1102-4)가 연결된다.
허브(1110)에는 베이스 플레이트(800), 피봇축(804)에 연결된 피봇핸드(806) 및 자성체(808)을 포함하는 교류 전원 제너레이터(200)이 부착된다.
도면에는 도시되지 않았으나, 건전성 모니터링 수단은 각 블레이드(1102-1 내지 1102-4)에 부착된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(800)의 A 위치가 상부를 향하는 제1 위치, 즉 제1 블레이드(1102-1)가 상부를 향하는 위치에서 자성체(808)가 부착된 피봇 핸드(806)는 중력 작용 조건 하에서 베이스 플레이트(800)의 C 위치를 향하게 된다.
회전체에 해당하는 허브(1100)가 반시계 방향으로 회전함에 따라 제2 위치로 이동하는 경우, 즉 제4 블레이드(1102-4)가 상부를 향하는 위치에서 피봇 핸드(806)는 베이스 플레이트(800)의 B 위치를 향하게 된다.
또한, 허브(1100)가 제3 위치로 이동하는 경우, 즉, 제3 블레이드(1102-3)가 상부를 향하는 위치에서 피봇 핸드(806)는 베이스 플레이트(800)의 A 위치를 향하게 되며, 그 다음 위치로 이동하는 경우에는 베이스 플레이트(800)의 D 위치를 향하게 된다.
본 발명에 따른 베이스 플레이트(800)는 허브(1100)에 부착되어 고정된 상태로 이동하는 반면, 피봇 핸드(806)는 허브(1100)의 회전 시 항상 중력 방향을 향하기 때문에 피봇 핸드(806)에 부착된 자성체(808)와 이에 인접하는 전도성 와이어 코일(802)의 위치가 상대적으로 변화하게 되며, 이에 따라 자기장이 변화하게 되어 전도성 와이어 코일(802)에 유도 전류가 흐르게 된다.
본 발명에 따르면, 회전체의 회전에 따른 자성체와 전도성 와이어 코일의 상대적 위치 변화를 이용하여 전기 에너지를 자체적으로 생성하기 때문에 모니터링 수단에 전원을 공급하는데 있어 배터리 교체 등의 번거로움을 제거할 수 있으며, 또한 국부 전원 공급 장치가 회전체에 직접 부착되고, 이를 통해 회전체에 부착된 모니터링 수단에 전원을 공급하는데 있어 방해를 받지 않는다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 회전체에 부착되어 상기 회전체의 건전성을 모니터링하는 수단에 전원을 공급하는 국부 전원 공급 장치에 있어서,
    전도성 와이어 코일 및 상기 전도성 와이어 코일의 내부에 위치하는 자성체를 구비하고, 상기 회전체의 일면에 부착되어 중력 및 상기 회전체의 회전에 따른 원심력의 작용 조건 하에서 상기 자성체가 상기 전도성 와이어 코일 내부에서 왕복 운동하도록 하여 교류 전원을 생성하는 교류 전원 제너레이터 및
    상기 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 회로부를 포함하는 국부 전원 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 교류 전원 제너레이터는,
    하우징
    상기 자성체의 왕복 운동을 가이드하는 가이드부 및
    상기 자성체의 왕복 운동 방향으로 상기 하우징 내부의 양 끝단 플레이트에 설치되는 댐퍼를 포함하는 국부 전원 공급 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 댐퍼는 탄성 스프링인 국부 전원 공급 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 댐퍼는 상기 댐퍼와 마주보는 방향의 상기 자성체의 극성과 동일한 극성을 갖는 영구자석인 국부 전원 공급 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회로부는,
    상기 교류 전원 제너레이터에서 생성된 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 정류부
    상기 직류 전원을 리플 요소를 제거하는 필터부
    직류 전원을 안정화하는 출력부 및
    상기 직류 전원을 일정한 크기의 전류값 또는 전압값으로 유지하는 레귤레이터를 포함하는 국부 전원 공급 장치.
  6. 회전체에 부착되어 상기 회전체의 건전성을 모니터링하는 수단에 전원을 공급하는 국부 전원 공급 장치에 있어서,
    전도성 와이어 코일이 감긴 베이스 플레이트 및 자성체가 부착되며 중력 방향을 향하는 피봇 핸드를 구비하고, 상기 회전체의 회전에 따른 상기 베이스 플레이트 및 상기 피봇 핸드의 상대적인 위치 변화를 이용하여 교류 전원을 생성하는 교류 전원 제너레이터; 및
    상기 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 회로부를 포함하는 국부 전원 공급 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 상기 피봇 핸드를 사이에 두고 서로 마주보는 방향으로 배치되는 제1 베이스 플레이트 및 제2 베이스 플레이트를 포함하는 국부 전원 공급 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 베이스 플레이트의 상기 전도성 와이어 코일이 감겨진 부분은 상기 피봇 핸드에 부착된 자성체를 사이에 두고 마주보는 방향으로 배치되는 국부 전원 공급 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 피봇 핸드의 끝단에는 상기 자성체가 중력 방향을 향하도록 하는 무게추가 결합되는 국부 전원 공급 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 자성체는 서로 다른 극성을 갖는 복수 개의 영구자석을 포함하는 국부 전원 공급 장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 회전체는 풍력 발전 시스템의 허브 및 상기 허브에 연결되는 블레이드 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 국부 전원 공급 장치는 상기 허브의 일면에 부착되고, 상기 모니터링 수단은 상기 블레이드에 부착되는 국부 전원 공급 장치.
  12. 회전체;
    상기 회전체에 부착되어 상기 회전체의 건전성을 모니터링하는 수단내지 및
    상기 회전체에 부착되며 상기 모니터링 수단에 전원을 공급하는 국부 전원 공급 장치를 포함하되,
    상기 국부 전원 공급 장치는,
    전도성 와이어 코일 및 상기 전도성 와이어 코일의 내부에 위치하는 자성체를 구비하고, 상기 회전체의 일면에 부착되어 중력 및 상기 회전체의 회전에 따른 원심력의 작용 조건 하에서 상기 자성체가 상기 전도성 와이어 코일 내부에서 왕복 운동하도록 하여 교류 전원을 생성하는 교류 전원 제너레이터 및 상기 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 회로부를 포함하는 풍력 발전 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 모니터링 수단은,
    상기 회전체에 부착되어 상기 회전체의 변형에 따른 신호를 반사하는 광섬유 브래그 격자 센서로부터 수집된 신호를 해석하는 인터로게이터(interrogator)를 포함하는 풍력 발전 시스템.
  14. 상기 모니터링 수단은,
    상기 회전체에 부착되어 상기 회전체의 변형을 감지하는 스트레인 게이지; 및
    상기 스트레인 게이지에서 수집된 정보를 무선으로 송신하는 트랜스미터를 포함하는 풍력 발전 시스템.
  15. 회전체;
    상기 회전체에 부착되어 상기 회전체의 건전성을 모니터링하는 수단 내지 및
    상기 회전체에 부착되며 상기 모니터링 수단에 전원을 공급하는 국부 전원 공급 장치를 포함하되,
    상기 국부 전원 공급 장치는, 전도성 와이어 코일이 감긴 베이스 플레이트 및 자성체가 부착되며 중력 방향을 향하는 피봇 핸드를 구비하고, 상기 회전체의 회전에 따른 상기 베이스 플레이트 및 상기 피봇 핸드의 상대적인 위치 변화를 이용하여 교류 전원을 생성하는 교류 전원 제너레이터 및 상기 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 회로부를 포함하는 풍력 발전 시스템.
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