KR20130061808A

KR20130061808A - 풍력발전기의 블레이드 피치구동기구

Info

Publication number: KR20130061808A
Application number: KR1020110128062A
Authority: KR
Inventors: 김영국
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2013-06-12

Abstract

본 발명은 듀얼모터를 적용함으로써 리던던트 개념을 충족함과 더불어 허브 내의 협소한 설치공간 제약 문제를 해결할 수 있는 풍력발전기의 블레이드 피치구동기구에 관한 것이다.
본 발명에 의한 풍력발전기의 블레이드 피치구동기구는 블레이드의 피치를 제어하는 피치 컨트롤러; 상기 피치 컨트롤러에 전기적으로 접속된 피치 모터; 상기 피치모터의 출력측에 연결된 구동피니언; 및 각 블레이드의 기초부에 장착되고, 상기 구동피니언과의 치합작동에 의해 회전하는 링기어를 가진 피치 베어링;를 포함하고, 상기 피치 모터는 6상 듀얼모터(six-phase dual motor)인 것을 특징으로 한다.

Description

풍력발전기의 블레이드 피치구동기구{PITCH DRIVE SYSTEM FOR WIND TURBINE}

본 발명은 풍력발전기의 블레이드 피치구동기구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 듀얼모터를 적용함으로써 리던던시 개념을 충족함과 더불어 허브 내의 협소한 설치공간 제약 문제를 해결할 수 있는 풍력발전기의 블레이드 피치구동기구에 관한 것이다.

풍력발전장치는 풍차 블레이드로 바람이 가진 에너지를 변환하여 변속기어 등을 거쳐 발전기에 전달함으로써 얻은 발전전력을 전력계통에 송전하도록 구성된다.

풍력은 풍속의 3승에 비례하여 증가하기 때문에 풍속이 높은 경우에는 풍차에서 그 에너지를 빼돌릴 필요가 잇다. 즉, 발전출력이 정격출력에 도달하는 풍속 이상에서는 출력을 제한하는 장치가 필요하다. 이러한 출력제한의 방식으로는 피치(pitch) 제어와 스톨(stall) 제어 2종류가 있다.

스톨(stall) 제어는 블레이드 설계를 정격풍속 이상에서 발전기 출력이 증가하지 않고 정지풍속에서 스톨이 발생하도록 설계하는 방식이고, 피치 제어는 블레이드의 피치각 제어를 통하여 정격풍속 이상에서는 일정한 출력이 발생하도록 제어하며, 정지풍속에서는 블레이드를 페더링(Feathering) 함으로써 발전기가 정지하도록 제어하는 방식이다.

이러한 블레이드의 피치제어를 위한 피치구동기구가 너셀의 허브 내에 설치되어 있으며, 이러한 블레이드 피치구동기구는 유압식, 전기식 등이 있다.

유압식 피치구동기구는 너셀 내의 유압공급장치로부터 유압관로를 통해 공급되는 유압에 의해 블레이드의 피치가 제어되도록 구성된다. 하지만, 유압식은 유압손실이 발생한 가능성이 있어 전기식에 비해 신뢰성이 낮고, 유압유를 사용하기 때문에 오염이나 열화 등의 위험이 발생하는 단점이 있다. 또한, 유압식 피치구동기구는 유압유의 누설, 펌프 및 모터로 인한 소음, 필터 및 오일의 주기적 교환 등으 인해 그 유지 및 보수가 매우 까다로운 단점이 있었다.

그리고, 전기식 피치구동기구는 유압식 피치구동기구에 비해 시스템 구성이 간단하고, 진동 및 외란에 대한 영향이 작기 때문에 높은 신뢰성을 가고 있지만, 기어의 사용으로 인한 백러시(backlash)가 발생하고, 모터 및 기어에 의해 잦은 유지 및 보수가 요구되며, 허브 내의 협소한 작업공간으로 인한 교체 및 수리가 용이하지 못한 단점이 있었다.

특히, 리던던시(redundancy)의 개념을 적용하기 위해 최근에는 2 피치구동기구(two pitch drive system)가 이용되고 있으며, 이러한 2 피치구동기구는 2개의 3상 모터에 의해 블레이드의 각도를 조절하도록 구성되어 있다.

하지만, 2 피치구동기구의 경우 2개의 3상 모터를 설치하여야 함에 따라 허브의 협소한 내부공간에서의 설치 및 수리 등을 어렵게 하는 공간적 리스크(risk)가 높은 단점이 있었다.

또한, 분리된 두개의 모터로 인한 모터간의 동기성을 맞춰야 하는 문제도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 6상 듀얼모터(six-phase dual motor)를 이용함으로써 허브 내의 공간적 리스크를 대폭 줄임과 더불어, 블레이드의 피치제어에 요구되는 리던던시(redundancy) 개념을 충족할 수 있는 풍력발전기의 블레이드 피치구동기구를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력발전기용 블레이드의 피치각을 조절하기 위한 풍력발전기의 블레이드 피치구동기구로서, 블레이드(18)의 피치를 제어하는 피치 컨트롤러(11);상기 피치 컨트롤러(11)에 전기적으로 접속된 피치 모터(12);상기 피치모터(12)의 출력측에 기어박스(17)를 통해 연결된 구동체(13); 및 각 블레이드(18)의 기초부에 장착되고, 상기 구동체(13)와의 연동작동에 의해 회전하는 피동회전체(14);를 포함하고, 상기 피동회전체(14)의 회전에 의해 상기 블레이드(18)의 피치각이 조절되며, 상기 피치 모터(12)는 6상 듀얼모터(six-phase dual motor)인 것;을 특징으로 하는 풍력발전기의 블레이드 피치구동기구를 제공한다.

상기 피치 모터(12)는 하나 이상의 인버터(16)를 매개로 상기 피치 컨트롤러(11) 측에 전기적으로 접속되는 것;을 특징으로 한다.

상기 구동체(13)는 구동피니언이며, 상기 피동회전체(14)는 상기 구동피니언과의 치합작동에 의해 회전하는 링기어를 가진 피치 베어링인 것;을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 풍력발전기용 블레이드의 피치각을 조절하기 위한 풍력발전기의 블레이드 피치구동기구로서, 블레이드(18)의 피치를 제어하는 피치 컨트롤러(11)에 전기적으로 접속된 6상 듀얼모터(six-phase dual motor, 12)의 회전력을 이용하여 상기 블레이드(18)의 피치각을 조절하는 것;을 특징으로 하는 풍력발전기의 블레이드 피치구동기구를 제공한다.

상기 6상 듀얼모터(12)의 회전력은 기어박스(17)로 감속시켜 상기 블레이드로 전달하여 상기 블레이드의 피치각을 조절하며, 상기 6상 듀얼모터(12)는 하나 이상의 인버터(16)를 매개로 상기 피치 컨트롤러(11) 측에 전기적으로 접속되는 것;을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 블레이드의 피치각을 조절하는 피치 모터로서 단일의 6상 듀얼모터(6-phase dual motor)를 적용함으로써 허브 내의 공간적 리스크를 대폭 줄일 수 있다.

또한, 일부 상에서 고장이 발생하여도 나머지 3상으로 블레이드의 피치각을 계속 조절할 수 있어 블레이드의 피치제어에 요구되는 리던던시(redundancy) 개념을 단일의 모터로 충족할 수 있다.

또한, 단일의 모터를 사용함으로서 종래와 같은 분리된 모터사용으로 인한 모터의 동기성 불일치 문제를 발생시키지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 피치구동기구를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 화살표 A부분을 확대하여 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 피치구동기구를 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 풍력발전기의 블레이드 피치구동기구는 블레이드(18)의 피치각을 제어하는 피치 컨트롤러(11), 피치 컨트롤러(11)에 전기적으로 접속된 피치 모터(12), 피치 모터(12)의 출력측에 연결되는 구동체(13), 구동체(13)에 의해 회전하는 피동회전체(14)를 포함한다.

피치 컨트롤러(11)는 바람세기, 풍속, 풍향 등에 따라 풍력발전기용 블레이드(18)의 피치각을 제어하고, 피치 컨트롤러(11)의 제어명령에 의해 피치 모터(12)가 구동한다.

피치 모터(12)는 피치 컨트롤러(11) 측에 인버터(16)를 매개로 전기적으로 접속되고, 피치 모터(12)는 인버터(16)에 의해 그 주파수가 제어되면서 구동된다.

한편, 본 발명의 피치 모터(12)는 6상 듀얼모터(6-phase dual motor)인 것을 특징으로 하고, 이와 같이 6상 듀얼모터는 산업현장에서 일반적으로 사용하는 6상 듀얼모터이며, 6상 듀얼모터가 적용됨에 따라 종래기술과 같이 리던던시(redundancy)를 위한 2개의 피치 모터를 사용할 필요가 없으므로 허브 내의 협소한 공간 제약과 같은 공간적 리스크를 최소화할 수 있는 장점이 있다. 또한, 6상(6-phase)으로 구동됨에 따라 리던던시(redundadncy)를 위한 용도를 충분히 만족시킬 수 있다.

구동체(13)는 피치 모터(12)의 출력측에 연결되고, 피치 모터(12)의 구동에 의해 구동한다.

바람직하게는, 구동체(13)는 구동피니언(13)으로 구성되고, 피치 모터(12)의 출력측에는 기어박스(17)가 연결된다. 이에, 구동체(13)는 피치 모터(12)의 출력측에 기어박스(17)를 매개로 연결된다.

피동회전체(14)는 구동체(13)와의 연동작용에 의해 회전하도록 구성되고, 특히 피동회전체(14)는 블레이드(18)의 기초부에 결합된다.

바람직하게는 피동회전체(14)는 블레이드의 기초부에 결합되는 피치 베어링(14)으로 구성되고, 피치 베어링(14)의 내주면 또는 외주면에는 링기어가 구비될 수 있다. 이에 구동피니언(13)이 피치 베어링(14)의 링기어(14a)와 치합함에 따라 구동피니언(13)의 회전을 통해 피치 베어링(14)이 회전하며, 이에 블레이드(18)의 피치각이 조절될 수 있다.

본 발명에 따른 풍력발전기용 블레이드의 피치각을 조절하기 위한 풍력발전기의 블레이드 피치구동기구의 다른 실시예는, 블레이드(18)의 피치를 제어하는 피치 컨트롤러(11)에 전기적으로 접속된 6상 듀얼모터(six-phase dual motor, 12)의 회전력을 이용하여 블레이드(18)의 피치각을 조절하는 것을 특징으로 한다.

6상 듀얼모터(12)의 회전력은 기어박스(17)로 감속시켜 블레이드로 전달하여 블레이드의 피치각을 조절하도록 하며, 6상 듀얼모터(12)는 하나 이상의 인버터(16)를 매개로 피치 컨트롤러(11) 측에 전기적으로 접속될 수 있다.

상술한 본 발명의 다양한 실시예들은 서로 다른 기술 구성을 채용할 수 있음은 당연하다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 블레이드(18)의 피치각을 조절하는 피치 모터(12)로서 단일의 6상 듀얼모터(6-phase dual motor)를 적용함으로써 허브 내의 공간적 리스크를 대폭 줄임과 더불어, 블레이드의 피치제어에 요구되는 리던던시(redundancy) 개념을 충족할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

11: 피치 컨트롤러 12: 피치 모터
13: 구동체(구동피니언) 14: 피동회전체(피치 베어링)
16: 인버터 17: 기어박스

Claims

풍력발전기용 블레이드의 피치각을 조절하기 위한 풍력발전기의 블레이드 피치구동기구로서,
블레이드(18)의 피치를 제어하는 피치 컨트롤러(11);
상기 피치 컨트롤러(11)에 전기적으로 접속된 피치 모터(12);
상기 피치모터(12)의 출력측에 기어박스(17)를 통해 연결된 구동체(13); 및
각 블레이드(18)의 기초부에 장착되고, 상기 구동체(13)와의 연동작동에 의해 회전하는 피동회전체(14);를 포함하고,
상기 피동회전체(14)의 회전에 의해 상기 블레이드(18)의 피치각이 조절되며, 상기 피치 모터(12)는 6상 듀얼모터(six-phase dual motor)인 것;
을 특징으로 하는 풍력발전기의 블레이드 피치구동기구.
청구항 1에 있어서,
상기 피치 모터(12)는 하나 이상의 인버터(16)를 매개로 상기 피치 컨트롤러(11) 측에 전기적으로 접속되는 것;
을 특징으로 하는 풍력발전기의 블레이드 피치구동기구.
청구항 1에 있어서,
상기 구동체(13)는 구동피니언이며,
상기 피동회전체(14)는 상기 구동피니언과의 치합작동에 의해 회전하는 링기어를 가진 피치 베어링인 것;
을 특징으로 하는 풍력발전기의 블레이드 피치구동기구.
풍력발전기용 블레이드의 피치각을 조절하기 위한 풍력발전기의 블레이드 피치구동기구로서,
블레이드(18)의 피치를 제어하는 피치 컨트롤러(11)에 전기적으로 접속된 6상 듀얼모터(six-phase dual motor, 12)의 회전력을 이용하여 상기 블레이드(18)의 피치각을 조절하는 것;
을 특징으로 하는 풍력발전기의 블레이드 피치구동기구.
청구항 4에 있어서,
상기 6상 듀얼모터(12)의 회전력은 기어박스(17)로 감속시켜 상기 블레이드로 전달하여 상기 블레이드의 피치각을 조절하며,
상기 6상 듀얼모터(12)는 하나 이상의 인버터(16)를 매개로 상기 피치 컨트롤러(11) 측에 전기적으로 접속되는 것;
을 특징으로 하는 풍력발전기의 블레이드 피치구동기구.