KR20130091014A

KR20130091014A - 풍력발전기

Info

Publication number: KR20130091014A
Application number: KR1020120012205A
Authority: KR
Inventors: 조성호
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2012-02-07
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2013-08-16
Also published as: KR101346173B1

Abstract

풍력발전기가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기는, 나셀(nacelle)에 연결되며, 바람에 의해 회전되는 블레이드(blade); 나셀과 블레이드의 축 방향 하중을 지지하며, 내부에 케이블(cable)이 배치되는 타워(tower); 및 미리 결정된 구간 내에서 케이블을 업/다운(up/down) 이동 가능하게 지지하며, 블레이드의 요잉(Yawing) 운전에 따른 케이블의 트위스트(twist) 현상에 의해 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 보상하는 케이블의 단축 길이 보상유닛을 포함한다.

Description

풍력발전기{WINDMILL}

본 발명은, 풍력발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 종래처럼 케이블을 길게 늘어뜨려 배치하지 않더라도 요잉 운전에 따른 케이블의 트위스트(twist) 현상에 의해 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 능동적으로 보상할 수 있으며, 이와 더불어 케이블 손상 문제, 전력 송전 손실 문제, 케이블 비용 증가 문제 등의 다양한 문제를 함께 해소할 수 있는 풍력발전기에 관한 것이다.

풍력발전기(혹은 풍력 터빈)는 바람에 의한 회전에너지로부터 전기에너지를 생산하는 장치로서, 화석연료의 고갈과 환경문제로 인해 점차 그 비중이 커지고 있다.

이러한 풍력발전기는 바람에 의해 회전되는 다수의 블레이드(blade)가 허브(hub)에 연결되어 마련되는 로터(rotor)와, 로터와 연결되는 나셀(nacelle)을 지지하면서 보호하는 나셀 커버(nacelle cover)와, 나셀 커버를 지지하는 타워(tower)를 포함한다.

참고로, 나셀은 로터의 회전운동을 전달받아 동력을 발생시켜 전기에너지를 생산하는 등 풍력발전기를 구동시키는데 있어 중요한 역할을 담당하는 기계부품들, 예컨대 메인 샤프트(main shaft), 기어 박스(gear box), 제너레이터(generator)와 같은 기계부품들이 구조적으로 결합되어 있는 구조체를 일컫는다.

한편, 풍력발전기의 경우, 바람의 방향에 따라 최대 파워(power)를 출력할 수 있도록 블레이드의 방향을 바람의 방향에 맞게 조정하는 시스템을 구비하고 있는데, 이러한 시스템을 요오 시스템(Yaw System)이라 하며, 이러한 블레이드의 회전 운전(운동)을 일반적으로 요잉(Yawing) 운전이라 한다.

이러한 요잉 운전은 풍력발전기에 반드시 적용되어야 하는 필수불가결한 요소이기는 하지만 한편으로는 요잉 운전으로 인해 풍력발전기의 타워(1, 도 1 참조) 내에 배치되는 송전용 파워 케이블(power cable), 통신용 케이블(cable) 등을 포함한 다양한 케이블에 트위트스(twist) 현상을 야기한다. 즉 요잉 운전 시 타워(1) 내에서 상하로 길게 배치되는 케이블이 꼬아지는 현상, 즉 케이블에 트위스트 현상이 발생된다.

이처럼 케이블에 트위스트 현상이 발생되면 케이블이 꼬아진 만큼 케이블이 상부로 잡아당겨지는 결과, 다시 말해 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는(짧아지는) 결과를 가져오기 때문에 통상적으로 케이블을 타워(1) 내의 벽면이나 혹은 케이블 트레이 등에 고정할 수 없다.

따라서 종래기술의 경우, 도 1의 A 영역처럼 케이블의 하부 영역을 일정한 길이 구간만큼 여유 있게 늘어뜨리는, 이른 바 프리 타이(free-tie) 방식으로 케이블을 타워(1) 내에 배치하여 사용하게 된다.

한편, 도 1처럼 케이블을 배치하는 경우, 즉 케이블의 상부 영역만을 고정시키고 나머지는 늘어뜨리되 도 1의 A 영역처럼 케이블의 하부 영역에 충분한 여유분을 제공하면서 과도하게 길게 늘어뜨리는 경우, 요잉 운전으로 인해 케이블에 트위스트 현상이 발생되어 상부로 잡아당겨지더라도 도 1의 A 영역의 여유분만큼의 보상 구간이 있기 때문에 케이블이 끊어지는 일은 없다.

그런데, 도 1과 같은 방식으로 케이블을 지지하는 종래기술의 경우, 타워(1)에 진동이나 유동(바람의 하중에 의한 좌우 움직임)이 가해지면 고정된 케이블의 상부 영역을 제외한 나머지 구간의 케이블 전체가 흔들리면서 타워(1) 내의 벽면이나 타워(1) 내의 주변 구조물과 충돌될 수 있기 때문에 이로 인해 케이블의 외피가 손상됨에 따라 유지보수 비용이 증가할 수 있고, 또한 풍력발전기의 가동률이 저하됨은 물론 제품의 신뢰성에 악영향을 미치는 문제점이 있다.

뿐만 아니라 도 1의 A 영역처럼 케이블의 길이를 과도하게 길게 늘어뜨려 배치하는 경우, 케이블 증가분만큼의 추가 비용이 발생될 뿐만 아니라 전력 송전 손실(loss)의 증가로 인한 제품 경쟁력에 큰 영향을 주게 되는 단점으로 지적되고 있으므로 이러한 점을 고려한 구조 개선이 요구된다.

대한민국특허청 출원번호 제10-2009-0109637호

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 종래처럼 케이블을 길게 늘어뜨려 배치하지 않더라도 요잉 운전에 따른 케이블의 트위스트(twist) 현상에 의해 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 능동적으로 보상할 수 있으며, 이와 더불어 케이블 손상 문제, 전력 송전 손실 문제, 케이블 비용 증가 문제 등의 다양한 문제를 함께 해소할 수 있는 풍력발전기를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 나셀(nacelle)에 연결되며, 바람에 의해 회전되는 블레이드(blade); 상기 나셀과 상기 블레이드의 축 방향 하중을 지지하며, 내부에 케이블(cable)이 배치되는 타워(tower); 및 미리 결정된 구간 내에서 상기 케이블을 업/다운(up/down) 이동 가능하게 지지하며, 상기 블레이드의 요잉(Yawing) 운전에 따른 상기 케이블의 트위스트(twist) 현상에 의해 상기 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 보상하는 케이블의 단축 길이 보상유닛을 포함하는 풍력발전기가 제공될 수 있다.

상기 케이블의 단축 길이 보상유닛은, 상기 케이블과 연결되며, 상기 요잉 운전 시 상기 케이블과 함께 업/다운(up/down) 이동되는 무버(mover); 및 상기 타워의 하부 영역에서 상기 타워에 고정되며, 일측이 상기 무버와 연결되어 상기 무버를 업/다운 구동시키는 무버 구동부를 포함할 수 있다.

상기 요인 운전에 따른 상기 케이블의 단축 길이를 측정하는 단축 길이 측정부를 더 포함할 수 있다.

상기 단축 길이 측정부의 정보에 기초하여 상기 무버의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.

상기 무버는, 상기 케이블이 고정되는 케이블 홀더; 및 상기 케이블 홀더에 연결되어 상기 무버 구동부에 대해 업/다운 가이드되는 가이드부를 포함할 수 있다.

상기 케이블 홀더의 둘레면에는 상호간 이격 배치되어 상기 케이블이 고정되는 다수의 케이블 타이가 마련될 수 있다.

상기 케이블 타이는 링(ring) 형상이거나 일측이 개방된 고리 형상을 가질 수 있다.

상기 무버 구동부는, 상기 무버의 업/다운 구동을 위한 구동력을 발생시키는 모터; 상기 모터의 회전 운동을 상기 무버의 업/다운 직선 운동으로 전달하는 운동전달용 기어 어셈블리; 및 상기 운동전달용 기어 어셈블리를 지지하는 기어박스를 포함할 수 있다.

상기 운동전달용 기어 어셈블리는, 상기 무버에 연결되는 랙 기어; 상기 랙 기어와 기어 맞물림되는 피니언 기어; 상기 피니언 기어와 샤프트에 의해 동축적으로 연결되는 웜 휠; 상기 웜 휠에 기어 맞물림되는 웜을 구비하는 제1 베벨 기어; 및 상기 제1 베벨 기어와 기어 맞물림되며, 타측에서 상기 모터와 직결되는 제2 베벨 기어를 포함할 수 있다.

상기 무버 구동부는 실린더일 수 있다.

상기 케이블의 단축 길이 보상유닛은 상기 타워의 하부 영역에서 상기 케이블과 연결되어 상기 케이블을 업/다운 이동 가능하게 지지할 수 있으며, 상기 케이블의 상부 영역에는 상기 나셀 영역에 배치되어 상기 케이블의 상부 영역을 고정시키는 케이블 상부 고정부가 더 마련될 수 있다.

본 발명에 따르면, 종래처럼 케이블을 길게 늘어뜨려 배치하지 않더라도 요잉 운전에 따른 케이블의 트위스트(twist) 현상에 의해 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 능동적으로 보상할 수 있으며, 이와 더불어 케이블 손상 문제, 전력 송전 손실 문제, 케이블 비용 증가 문제 등의 다양한 문제를 함께 해소할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 풍력발전기에서 케이블의 설치 예시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전기의 측면도이다.
도 3은 도 2의 풍력발전기가 요잉 운전된 상태의 측면도이다.
도 4 및 도 5는 각각 도 2 및 도 3에 도시된 케이블의 단축 길이 보상유닛의 사시도이다.
도 6 및 도 7은 각각 도 4 및 도 5에 도시된 무버 구동부의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전기의 제어블록도이다.
도 9 및 도 10은 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력발전기에서 운동전달용 기어 어셈블리에 대한 개략적인 동작 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력발전기에서 무버의 평면 구조도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전기의 측면도이고, 도 3은 도 2의 풍력발전기가 요잉 운전된 상태의 측면도이다.

이들 도면을 참조하면, 본 실시예의 풍력발전기는, 나셀(nacelle)에 연결되며, 바람에 의해 회전되는 블레이드(110, blade)와, 나셀과 블레이드(110)의 축 방향 하중을 지지하며, 내부에 케이블(cable)이 배치되는 타워(120, tower)와, 미리 결정된 구간 내에서 케이블을 업/다운(up/down) 이동 가능하게 지지하며, 블레이드(110)의 요잉(Yawing) 운전(도 3의 B 참조)에 따른 케이블의 트위스트(twist) 현상(도 3의 C 참조)에 의해 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 보상하는 케이블의 단축 길이 보상유닛(130)을 포함한다.

블레이드(110)는 바람에 의해 회전되면서 회전운동을 발생시키는 일종의 날개이다.

허브(101)를 기준으로 방사상으로 배치되는 블레이드(110)는 바람에 의해 쉽게 회전될 수 있도록 유선형의 날개 형상을 가질 수 있으며, 2개 이상이 적용될 수 있다. 본 실시예의 풍력발전기에는 3개의 블레이드(110)가 적용되고 있지만 이의 개수에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.

허브(101)는 다수의 블레이드(110)가 연결되는 장소이다. 허브(101)와 다수의 블레이드(110)를 통틀어 로터(rotor)라 부르기도 한다.

허브(101)는 정면에서 바라볼 때 대략 원형의 형상을 가지며, 측면에서 바라볼 때는 돔(dome) 형상을 가질 수 있다.

이러한 허브(101)에는 블레이드(110)의 회전운동을 전달받아 동력을 발생시켜 전기에너지를 생산하는 나셀(nacelle, 미도시)이 연결되며, 나셀은 나셀 커버(103, nacelle cover)에 의해 보호된다.

앞서도 잠시 언급한 바와 같이, 나셀은, 블레이드(110)의 회전운동을 전달받아 동력을 발생시켜 전기에너지를 생산하는 등 풍력발전기를 구동시키는데 있어 중요한 역할을 담당하는 기계부품들, 예컨대 메인 샤프트(main shaft), 기어 박스(gear box, 미도시), 제너레이터(generator, 미도시)와 같은 기계부품들이 구조적으로 결합되어 있는 구조체를 통틀어 부르는 이름이다.

나셀 커버(103)는 나셀의 외부에 결합되어 나셀을 보호하는 역할을 한다. 나셀 커버(103)는 외기에 그대로 노출되어 눈, 비 혹은 햇볕 등에 상시 노출되기 때문에 어느 정도의 강성이 보장되어야 한다. 따라서 나셀 커버(103)는 내구성이 우수한 플라스틱 혹은 금속 복합 재질로 제작될 수 있다.

타워(120)는 상하로 길게 배치되는 축으로서, 다수의 블레이드(110), 허브(101), 나셀 및 나셀 커버(103) 등의 구조물에 대한 축 방향 하중을 지지한다. 타워(120)는 위치별로 아랫부분의 로워 타워(lower tower)와, 윗부분의 어퍼 타워(upper tower)로 구분될 수도 있다.

타워(120)의 내부는 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼 비어 있으며, 이러한 빈 공간을 통해 케이블(cable) 등이 통과된다. 케이블은 송전용 파워 케이블(power cable), 통신용 케이블(cable) 등을 포함한 다양한 종류의 케이블일 수 있다.

한편, 케이블의 단축 길이 보상유닛(130)은, 미리 결정된 구간 내에서 케이블을 업/다운(up/down) 이동 가능하게 지지하며, 블레이드(110)의 요잉(Yawing) 운전(도 3의 B 참조)에 따른 케이블의 트위스트(twist) 현상(도 3의 C 참조)에 의해 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 보상하는 역할을 한다.

케이블의 단축 길이 보상유닛(130)은, 케이블이 연결되며, 요잉 운전 시 케이블과 함께 업/다운(up/down) 이동되는 무버(140, mover)와, 무버(140)와 연결되어 무버(140)를 업/다운 구동시키는 무버 구동부(150)를 포함한다.

이에, 도 2에서 도 3처럼 바람의 방향에 기인하여 블레이드(110)가 요잉 운전되면(도 3의 B 참조), 그에 연동되어 타워(120) 내의 케이블이 꼬아지게 된다.

이러한 케이블의 트위스트 현상(도 3의 C 참조)에 의해 케이블의 길이는 초기 상태보다 단축될 수밖에 없는데, 즉 케이블이 꼬아진 만큼 케이블이 상부로 잡아당겨지게 되는데, 이때 무버(140)가 케이블과 함께 도 2의 H1 높이에서 도 3의 H2 높이만큼 상부로 업(up) 동작되면 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 보상할 수 있다.

특히, 본 실시예의 경우에는 종래의 도 1과 달리 케이블의 단축 길이를 능동적으로 보상하는 것으로서, 본 실시예처럼 케이블의 단축 길이 보상유닛(130)이 적용되는 경우, 종래의 도 1처럼 케이블을 과도하게 길게 늘어뜨려 배치(도 1의 A 참조)하지 않더라도 요잉 운전에 따른 케이블의 트위스트 현상에 의해 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 능동적으로 보상할 수 있다.

부연하면, 종래기술의 경우, 요잉 운전에 대응하기 위해 도 1의 A처럼 케이블의 하부 영역을 실질적으로 과도하게 늘어뜨리면서 배치하였기 때문에 케이블 손상 문제, 전력 송전 손실 문제, 케이블 비용 증가 문제 등의 다양한 문제가 대두될 수밖에 없었다.

하지만 본 실시예의 경우, 도 1의 A 영역처럼 케이블을 과도하게 늘어뜨리지 않더라도 최대 요잉 운전 회수, 예컨대 3회 요잉 운전 시 케이블이 당겨지는 길이 정도의 최소 여유분, 즉 실질적으로 도 1의 A 영역에 대응되는 케이블의 길이보다는 훨씬 짧은 길이의 여유분만을 남긴 후에 케이블의 단축 길이 보상유닛(130)을 설치하여 요잉 운전 시 동작되도록 하면 되기 때문에 케이블 손상 문제, 전력 송전 손실 문제, 케이블 비용 증가 문제 등을 해소할 수 있게 되는 것이다.

도 4 및 도 5는 각각 도 2 및 도 3에 도시된 케이블의 단축 길이 보상유닛의 사시도이고, 도 6 및 도 7은 각각 도 4 및 도 5에 도시된 무버 구동부의 사시도이며, 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전기의 제어블록도이다.

이들 도면과 도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 케이블의 단축 길이 보상유닛(130)은 타워(120)의 하부 영역에서 케이블과 연결되어 케이블을 업/다운 이동 가능하게 지지한다.

이때, 케이블의 상부 영역에는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 케이블 상부 고정부(105)가 나셀 영역에 배치되어 케이블의 상부 영역을 고정한다.

따라서 본 실시예의 케이블의 단축 길이 보상유닛(130)은 케이블 상부 고정부(105)를 기준으로 하여 그 하부 영역의 케이블을 케이블 상부 고정부(105) 쪽으로 약간 들어 올려줌으로써 요잉 운전에 따른 케이블의 트위스트 현상에 능동적으로 대처하고 있는 것이다.

한편, 실질적으로 케이블과 함께 업/다운 이동되는 무버(140)는 케이블이 고정되는 케이블 홀더(141)와, 케이블 홀더(141)에 연결되어 무버 구동부(150)에 대해 업/다운 가이드되는 가이드부(143)를 포함한다.

케이블 홀더(141)와 가이드부(143)는 일체형 구조물일 수 있다. 참고로, 도면에는 케이블 홀더(141)와 가이드부(143)가 원형의 단면 구조로 되어 있지만 이들은 다각형 구조를 가질 수도 있다.

케이블 홀더(141)의 둘레면에는 상호간 이격 배치되어 상기 케이블이 고정되는 다수의 케이블 타이(142)가 마련된다. 본 실시예에서 케이블 타이(142)는 케이블이 통과되면서 고정(지지)되는 링(ring) 형상으로 마련된다.

무버(140)와 연결되어 무버(140)를 업/다운 구동시키는 무버 구동부(150)는, 무버(140)의 업/다운 구동을 위한 구동력을 발생시키는 모터(151)와, 모터(151)의 회전 운동을 무버(151)의 업/다운 직선 운동으로 전달하는 운동전달용 기어 어셈블리(153)와, 운동전달용 기어 어셈블리(153)를 지지하는 기어박스(155)를 포함한다.

무버(140)가 케이블과 연결되는 구성임에 반하여 무버 구동부(150)는 타워(120)의 하부 영역에서 타워(120)에 고정된 채로 무버(140)를 이동 가능하게 지지한다.

본 실시예에서 모터(151)는 서보 모터일 수 있다. 서모 모터가 적용되면 무버(140)의 업/다운 이동 거리를 정확하게 조절할 수 있는 이점이 있다.

본 실시예에서 운동전달용 기어 어셈블리(153)는, 무버(140)에 연결되는 랙 기어(153a)와, 랙 기어(153a)와 기어 맞물림되는 피니언 기어(153b)와, 피니언 기어(153b)와 샤프트(153c)에 의해 동축적으로 연결되는 웜 휠(153d)과, 웜 휠(153d)에 기어 맞물림되는 웜(153e)을 구비하는 제1 베벨 기어(153f)와, 제1 베벨 기어(153f)와 기어 맞물림되며, 타측에서 모터(151)와 직결되는 제2 베벨 기어(153g)를 포함할 수 있다.

이에, 모터(151)가 구동되면 모터(151)의 구동력이, 제2 베벨 기어(153g), 제1 베벨 기어(153f), 웜(153e), 웜 휠(153d) 및 샤프트(153c)로 전달되어 피니언 기어(153b)를 회전시키게 되며, 이로써 피니언 기어(153b)에 기어 맞물림된 랙 기어(153a)가 무버(140)를 업/다운 구동시키게 된다.

이에 따라 무버(140)는 도 2 및 도 3처럼 H1의 높이에서 H2의 높이로 이동될 수 있다. 물론, 이러한 무버(140)의 이동량(길이)은 요잉 운전에 따라 케이블이 꼬아질 때, 케이블이 꼬아진 만큼의 단축 길이에 해당된다.

따라서 케이블의 단축 길이 보상유닛(130)이 구동되기 위해서는 요인 운전에 따른 케이블의 단축 길이를 알아야 한다. 이는 도 8에 도시된 바와 같은 단축 길이 측정부(160)에 의해 측정될 수 있다.

단축 길이 측정부(160)는 타워(103)의 길이, 최대 요잉 운전의 회전수 등을 토대로 하여 연산에 의해 측정될 수도 있고, 아니면 요잉 운전 시 실제 케이블이 올라가는 거리를 감지하는 방법에 의해 측정될 수도 있다. 후자의 경우, 위치감지센서를 사용하면 된다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 풍력발전기에는 단축 길이 측정부(160)의 정보에 기초하여 무버(140)의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러(170)를 포함한다.

컨트롤러(170)에 대해 도 8을 참조하여 살펴본다. 전술한 바와 같이, 컨트롤러(170)는 단축 길이 측정부(160)의 정보에 기초하여 무버(140)의 동작을 컨트롤한다.

이러한 역할을 수행하는 컨트롤러(170)는, 중앙처리장치(171, CPU), 메모리(172, MEMORY), 서포트 회로(173, SUPPORT CIRCUIT)를 포함할 수 있다.

중앙처리장치(171)는 본 실시예의 풍력발전기에서 단축 길이 측정부(160)의 정보에 기초하여 무버(140)의 동작을 컨트롤하기 위해서 산업적으로 적용될 수 있는 다양한 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다. 메모리(172, MEMORY)는 중앙처리장치(171)와 연결된다. 메모리(172)는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서 로컬 또는 원격지에 설치될 수 있으며, 예를 들면 랜덤 액세스 메모리(RAM), ROM, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 임의의 디지털 저장 형태와 같이 쉽게 이용가능한 적어도 하나 이상의 메모리이다. 서포트 회로(173, SUPPORT CIRCUIT)는 중앙처리장치(171)와 결합되어 프로세서의 전형적인 동작을 지원한다. 이러한 서포트 회로(173)는 캐시, 파워 서플라이, 클록 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 풍력발전기에서 단축 길이 측정부(160)의 정보에 기초하여 무버(140)의 동작을 컨트롤하는 일련의 프로세스 등은 메모리(172)에 저장될 수 있다. 전형적으로는 소프트웨어 루틴이 메모리(172)에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한 다른 중앙처리장치(미도시)에 의해서 저장되거나 실행될 수 있다.

본 발명에 따른 프로세스는 소프트웨어 루틴에 의해 실행되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 프로세스들 중 적어도 일부는 하드웨어에 의해 수행되는 것도 가능하다. 이처럼, 본 발명의 프로세스들은 컴퓨터 시스템 상에서 수행되는 소프트웨어로 구현되거나 또는 집적 회로와 같은 하드웨어로 구현되거나 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합에 의해서 구현될 수 있다.

이러한 구성을 갖는 풍력발전기의 작용에 대해 살펴본다.

도 2에서 도 3처럼 바람의 방향에 기인하여 블레이드(110)가 요잉 운전되면(도 3의 B 참조), 그에 연동되어 타워(120) 내의 케이블이 꼬아지게 된다.

이러한 케이블의 트위스트 현상(도 3의 C 참조)에 의해 케이블의 길이는 초기 상태보다 단축될 수밖에 없는데, 즉 케이블이 꼬아진 만큼 케이블이 상부로 잡아당겨지게 되는데, 단축 길이 측정부(160)가 이를 측정한다.

측정된 정보는 컨트롤러(170)로 전송되고, 컨트롤러(170)는 모터(151)의 동작을 컨트롤함으로써 무버(140)가 케이블과 함께 도 2의 H1 높이에서 도 3의 H2 높이만큼 상부로 업(up) 동작되도록 한다. 그러면 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 능동적으로 또한 효율적으로 보상할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 실시예에 따르면, 종래처럼 케이블을 길게 늘어뜨려 배치(도 1의 A 참조)하지 않더라도 요잉 운전에 따른 케이블의 트위스트 현상에 의해 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 능동적으로 보상할 수 있으며, 이와 더불어 케이블 손상 문제, 전력 송전 손실 문제, 케이블 비용 증가 문제 등의 다양한 문제를 함께 해소할 수 있게 된다.

도 9 및 도 10은 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력발전기에서 운동전달용 기어 어셈블리에 대한 개략적인 동작 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 운동전달용 기어 어셈블리(253)는 전술한 실시예와 달리, 무버(140)에 연결되는 랙 기어(253a)와, 모터(미도시)에 직결되는 피니언 기어(253b)로 간단하게 마련될 수 있다.

이러한 구조의 경우, 모터가 동작되어 피니언 기어(253b)가 제자리에서 회전됨에 따라 랙 기어(253a)가 무버(140)를 업/다운 구동시킬 수 있을 것이며, 이러한 구조가 적용되더라도 본 발명의 효과를 제공하기에 충분하다.

물론, 이러한 기어 구조에서 벗어나 운동전달용 기어 어셈블리(153,253)는 고압, 유압 또는 유공압 복합 실린더로 적용될 수 있으며, 이러한 경우, 실린더의 로드가 무버(140)에 직접 연결되면 된다.

도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력발전기에서 무버의 평면 구조도이다.

전술한 제1 실시예의 경우, 케이블 타이(142)는 케이블이 통과되면서 고정(지지)되는 링(ring) 형상으로 마련되었으나 본 실시예의 경우에는 도 11처럼 무버(340)에 마련되는 케이블 타이(342)가 일측이 개방된 고리 형상을 이루고 있으며, 이와 같은 구조의 케이블 타이(342)가 적용되더라도 본 발명의 효과를 제공하기에 충분하다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

101 : 허브 103 : 나셀 커버
105 : 케이블 상부 고정부 110 : 블레이드
120 : 타워 130 : 케이블의 단축 길이 보상유닛
140 : 무버 141 : 케이블 홀더
142 : 케이블 타이 143 : 가이드부
150 : 무버 구동부 151 : 모터
153 : 운동전달용 기어 어셈블리 155 : 기어박스
160 : 단축 길이 측정부 170 : 컨트롤러

Claims

나셀(nacelle)에 연결되며, 바람에 의해 회전되는 블레이드(blade);
상기 나셀과 상기 블레이드의 축 방향 하중을 지지하며, 내부에 케이블(cable)이 배치되는 타워(tower); 및
미리 결정된 구간 내에서 상기 케이블을 업/다운(up/down) 이동 가능하게 지지하며, 상기 블레이드의 요잉(Yawing) 운전에 따른 상기 케이블의 트위스트(twist) 현상에 의해 상기 케이블의 길이가 초기 상태보다 단축되는 것을 보상하는 케이블의 단축 길이 보상유닛을 포함하는 풍력발전기.
제1항에 있어서,
상기 케이블의 단축 길이 보상유닛은,
상기 케이블과 연결되며, 상기 요잉 운전 시 상기 케이블과 함께 업/다운(up/down) 이동되는 무버(mover); 및
상기 타워의 하부 영역에서 상기 타워에 고정되며, 일측이 상기 무버와 연결되어 상기 무버를 업/다운 구동시키는 무버 구동부를 포함하는 풍력발전기.
제2항에 있어서,
상기 요인 운전에 따른 상기 케이블의 단축 길이를 측정하는 단축 길이 측정부를 더 포함하는 풍력발전기.
제3항에 있어서,
상기 단축 길이 측정부의 정보에 기초하여 상기 무버의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함하는 풍력발전기.
제2항에 있어서,
상기 무버는,
상기 케이블이 고정되는 케이블 홀더; 및
상기 케이블 홀더에 연결되어 상기 무버 구동부에 대해 업/다운 가이드되는 가이드부를 포함하는 풍력발전기.
제5항에 있어서,
상기 케이블 홀더의 둘레면에는 상호간 이격 배치되어 상기 케이블이 고정되는 다수의 케이블 타이가 마련되는 풍력발전기.
제6항에 있어서,
상기 케이블 타이는 링(ring) 형상이거나 일측이 개방된 고리 형상을 갖는 풍력발전기.
제2항에 있어서,
상기 무버 구동부는,
상기 무버의 업/다운 구동을 위한 구동력을 발생시키는 모터;
상기 모터의 회전 운동을 상기 무버의 업/다운 직선 운동으로 전달하는 운동전달용 기어 어셈블리; 및
상기 운동전달용 기어 어셈블리를 지지하는 기어박스를 포함하는 풍력발전기.
제8항에 있어서,
상기 운동전달용 기어 어셈블리는,
상기 무버에 연결되는 랙 기어;
상기 랙 기어와 기어 맞물림되는 피니언 기어;
상기 피니언 기어와 샤프트에 의해 동축적으로 연결되는 웜 휠;
상기 웜 휠에 기어 맞물림되는 웜을 구비하는 제1 베벨 기어; 및
상기 제1 베벨 기어와 기어 맞물림되며, 타측에서 상기 모터와 직결되는 제2 베벨 기어를 포함하는 풍력발전기.
제2항에 있어서,
상기 무버 구동부는 실린더인 풍력발전기.
제1항에 있어서,
상기 케이블의 단축 길이 보상유닛은 상기 타워의 하부 영역에서 상기 케이블과 연결되어 상기 케이블을 업/다운 이동 가능하게 지지하며,
상기 케이블의 상부 영역에는 상기 나셀 영역에 배치되어 상기 케이블의 상부 영역을 고정시키는 케이블 상부 고정부가 더 마련되는 풍력발전기.