KR20140059949A - Yaw system structure of wind power generator with a free cable rotation - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a yaw system structure of a wind power generator with free cable rotation. The yaw system, installed on the top of a tower of the wind power generator to control rotation of a nacelle, has protrusion of a shaft in the center part, and can include a stator having a slide way for communication, a slide way for low pressures and a slide way for high pressures on the outer periphery side of the shaft; and a rotor that is installed outside the stator to be able to rotate and has installation of a brush for communication, a brush for low pressures, and a brush for high pressures in contact with the slide way for communication, the slide way for low pressures, and the slide way for high pressures, respectively.

Description

케이블 회전이 자유로운 풍력 발전 장치의 요 시스템 구조{Yaw system structure of wind power generator with a free cable rotation}[0001] The present invention relates to a wind power generator,

본 발명은 케이블 회전이 자유로운 풍력 발전 장치의 요 시스템 구조에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a system structure of a wind turbine generator capable of rotating a cable.

최근 차세대 동력원으로 각광받고 있는 풍력 발전은 전세계적으로 그 규모와 시장성이 증가하고 있다. 일반적으로 풍력 발전은 풍력 터빈을 이용하여, 바람을 전기에너지로 바꾸어 생산하는 발전 방식으로, 풍력이 전력망에서 차지하는 비중이 커지면서 차세대 동력원으로서 중요한 역할을 하고 있다. Wind power generation, which has been attracting attention as a next generation power source, is growing in size and marketability around the world. Generally, wind power generation is a power generation system that uses wind turbines to convert wind into electric energy. Wind power plays a major role as a next generation power source as it occupies a larger portion in the power grid.

수평식 풍력 발전 장치의 경우, 타워의 상단에 나셀(nacelle)이 수직축을 중심으로 수평으로 회전 가능하게 설치되고, 나셀 선단의 허브(hub)에 하나 이상의 블레이드(blade)가 설치되며, 허브의 후방으로 즉, 나셀의 내부로 회전축(rotor shaft)이 설치된다. 회전축의 단부에는 기어 장치와 발전기가 순차 연결되며, 회전축을 감속시키거나 회전을 정지시킬 수 있는 제동 장치가 설치된다. In the case of a horizontal type wind turbine generator, a nacelle is installed horizontally rotatably around a vertical axis at the top of the tower, one or more blades are installed at the hub of the nacelle tip, That is, a rotor shaft is installed inside the nacelle. At the end of the rotary shaft, a gear device and a generator are sequentially connected, and a braking device capable of decelerating or stopping rotation of the rotary shaft is provided.

여기서, 바람이 불어오는 방향을 감지하고 타워 상부와 바람 방향을 일치시켜 풍력 발전 장치의 블레이드가 최대의 바람을 맞을 수 있도록 나셀의 위치를 회전시켜 주어 시스템 발전 상태를 유지하도록 하는 기능을 수행하는 장치가 요(Yaw) 시스템이다. 요 시스템에 의해 타워 상부가 바람 방향을 따라 회전하는 과정에서 타워 상부에서 타워 하단으로 전달되는 케이블에 꼬임 문제가 발생하게 된다. Here, a device that performs a function of detecting the direction of wind blowing and keeping the power generation state by rotating the position of the nacelle so that the blade of the wind power generator can be brought in the maximum wind by matching the wind direction with the upper part of the tower It is a yaw system. During the rotation of the upper part of the tower along the wind direction by the yaw system, the cable that is transmitted from the upper part of the tower to the lower part of the tower has a problem of kinking.

도 1은 케이블 꼬임 문제가 발생한 풍력 발전 장치의 개략적인 개념도이다. Fig. 1 is a schematic diagram of a wind turbine generating a cable twist problem.

도 1을 참조하면, 풍력 발전 장치(1)에 있어서, 타워(10) 상부의 상부 제어기(21)에서 타워 하단의 하부 제어기(11)에 연결되는 통신 및 제어선(31)과, 타워 상부의 발전기(22)에서 타워 하단의 전력 변환 장치(12)에 연결되는 전력선(32)은 타워 상부, 즉 나셀(20)의 회전에 의해 꼬임이 발생하게 된다. 1, a wind turbine generator 1 includes a communication and control line 31 connected to a lower controller 11 at a lower tower of an upper controller 21 at an upper portion of the tower 10, The power line 32 connected from the generator 22 to the power conversion device 12 at the bottom of the tower is twisted by rotation of the tower top, that is, the nacelle 20.

이 회전운동으로 인한 꼬임력이 케이블이 견디는 한계점을 넘으면 케이블의 기계적 손상으로 이어지므로, 요 시스템은 타워 상부의 회전 운동을 담당하면서도 케이블의 꼬임력에 의한 손상을 방지해야 할 필요가 있다. 즉, 요 시스템은 케이블 꼬임을 풀어 주는 기능도 수행한다. 타워 상부에서 타워 하단으로 전달되는 케이블 꼬임을 풀어주는 기능으로, 시스템 동작 중에 발생된 케이블 꼬임 현상을 풀어주기 위해 풍력 발전 장치는 발전을 중지하고 타워 상부를 초기 위치로 원상 복귀시켜 케이블의 꼬임을 해소하는데 대략 수십분 정도의 시간이 소요된다. If the twisting force due to this rotational movement exceeds the limit of the cable endurance, it leads to the mechanical damage of the cable. Therefore, the yawing system needs to prevent the damage due to the twisting force of the cable while taking charge of the rotation motion of the tower upper part. In other words, the yaw system also functions to release the cable twist. In order to solve the cable twist phenomenon occurred during the system operation, the wind power generator stops the power generation and restores the upper part of the tower to the initial position to eliminate the twist of the cable. It takes about several tens of minutes.

풍향 변화가 잦은 대규모 풍력 발전 단지의 경우에는 케이블을 풀기 위해 각 풍력 발전 장치 별로 발전을 중지하는 시간이 더욱 잦아지게 되며, 이는 시스템 발전 시간을 단축시키는 요인으로 작용하게 되는 문제점이 있다. In the case of a large scale wind farm with frequent wind direction changes, the time required to stop power generation for each wind power generation device becomes more frequent in order to release the cable, which causes a problem of shortening the system power generation time.

본 발명은 케이블 꼬임이 발생하지 않아 발전 효율이 증가하고 케이블 구매 비용이 감소하며 유지 보수 시간이 감소하는 케이블 회전이 자유로운 풍력 발전 장치의 요 시스템 구조를 제공하기 위한 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is to provide a structure of a wind turbine system in which cable rotation is free with an increase in power generation efficiency, a decrease in cable purchase cost, and a decrease in maintenance time due to no cable twist.

본 발명은 고압용 탄소 브러쉬를 최하부에 위치시켜 저압 혹은 통신 브러쉬의 동작을 방해하지 않으면서도 마찰 잔여물을 아래측으로 떨어뜨려 수거하는 것이 가능한 케이블 회전이 자유로운 풍력 발전 장치의 요 시스템 구조를 제공하기 위한 것이다.The present invention provides a system structure for a wind turbine generator capable of freely rotating a cable, in which a high-pressure carbon brush is placed at the lowermost position to reduce frictional residues downward without interrupting the operation of a low-pressure or communication brush will be.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention will become readily apparent from the following description.

본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력 발전 장치의 타워 상단에 설치되어 나셀의 회전을 제어하는 요 시스템에 있어서, 중앙부에 샤프트가 돌설되고, 상기 샤프트의 외주면에 통신용 슬라이드 웨이, 저압용 슬라이드 웨이 및 고압용 슬라이드 웨이가 형성되어 있는 고정자; 및 상기 고정자의 외측에 회전 가능하게 설치되며, 상기 통신용 슬라이드 웨이, 상기 저압용 슬라이드 웨이, 상기 고압용 슬라이드 웨이와 각각 접촉하는 통신용 브러쉬, 저압용 브러쉬, 고압용 브러쉬가 설치되어 있는 회전자를 포함하는 요 시스템이 제공된다. According to one aspect of the present invention, there is provided a yaw system installed at an upper end of a tower of a wind power generator for controlling rotation of a nacelle, wherein a shaft is provided at a central portion thereof and a slideway for communication, A stator in which a slide way is formed; And a rotator provided rotatably on the outside of the stator, the communication slide surface, the low-pressure slide way, the communication brush contacting with the high-pressure slide way, the low-pressure brush, and the high-pressure brush Is provided.

상기 통신용 브러쉬 및 상기 저압용 브러쉬는 상기 나셀의 상부 제어기와 전기적으로 연결되고, 상기 고압용 브러쉬는 상기 나셀의 발전기와 전기적으로 연결될 수 있다.The communication brush and the low-pressure brush may be electrically connected to the upper controller of the nacelle, and the high-pressure brush may be electrically connected to the generator of the nacelle.

상기 통신용 슬라이드 웨이 및 상기 저압용 슬라이드 웨이는 상기 타워 하단에 설치된 하부 제어기와 전기적으로 연결되고, 상기 고압용 슬라이드 웨이는 상기 타워 하단에 설치된 전력 변환 장치와 전기적으로 연결될 수 있다.The communication slideway and the low-pressure slide way are electrically connected to a lower controller installed at the lower end of the tower, and the high-pressure slide way may be electrically connected to the power conversion device installed at the lower end of the tower.

상기 샤프트에는 상부에서부터 하부까지 상기 통신용 슬라이드 웨이, 상기 저압용 슬라이드 웨이 및 상기 고압용 슬라이드 웨이의 순서로 설치되어 있을 수 있다.The shaft may be provided in the order of the communication slideway, the low-pressure slideway, and the high-pressure slideway from the upper part to the lower part.

상기 고압용 브러쉬와 상기 고압용 슬라이드 웨이의 마찰에 의해 발생되는 잔여물을 집진하는 마찰 잔여물 받이가 상기 샤프트의 최하부 외주면에 설치될 수 있다.And a friction residue receiver for collecting the residue generated by the friction between the high-pressure brush and the high-pressure slide way may be provided on the lowermost peripheral surface of the shaft.

상기 통신용 브러쉬 및 상기 통신용 슬라이드 웨이는 접촉에 의해 상기 나셀에 제어 신호를 전달하고, 상기 저압용 브러쉬 및 상기 저압용 슬라이드 웨이는 접촉에 의해 상기 나셀에 제어 전원을 전달하며, 상기 고압용 브러쉬 및 상기 고압용 슬라이드 웨이는 접촉에 의해 계통에 발전 전력을 전달할 수 있다. Wherein said communication brush and said communication slide way transmit a control signal to said nacelle by contact and said control means transmits said control power to said nacelle by contact with said low pressure brush and said low pressure slide way, The high-pressure slide way can transmit generated power to the system by contact.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features, and advantages will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.

본 발명의 실시예에 따르면, 케이블 꼬임이 발생하지 않아 발전 효율이 증가하고 케이블 구매 비용이 감소하며 유지 보수 시간이 감소하는 효과가 있다. According to the embodiment of the present invention, cable twisting does not occur, and power generation efficiency is increased, cable purchase cost is reduced, and maintenance time is reduced.

또한, 고압용 탄소 브러쉬를 최하부에 위치시켜 저압 혹은 통신 브러쉬의 동작을 방해하지 않으면서도 마찰 잔여물을 아래측으로 떨어뜨려 수거하는 것이 가능한 효과가 있다. In addition, there is an effect that the high-pressure carbon brush can be located at the lowermost part and the friction residue can be dropped to the lower side without interrupting the operation of the low-pressure or communication brush.

도 1은 케이블 꼬임 문제가 발생한 풍력 발전 장치의 개략적인 개념도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 요 시스템 구조를 가지는 풍력 발전 장치를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 회전이 자유로운 풍력 발전 장치의 요 시스템의 내부 구조도. 1 is a schematic diagram of a wind turbine generating a cable twist problem,
2 is a view illustrating a wind turbine generator having a yaw system structure according to an embodiment of the present invention;
BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention [0001] The present invention relates to a wind turbine generator.

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.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

또한, 명세서에 기재된 "…기", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Also, the terms "... "," ... module ", etc. in the specification mean units for processing at least one function or operation, and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.It is to be understood that the components of the embodiments described with reference to the drawings are not limited to the embodiments and may be embodied in other embodiments without departing from the spirit of the invention. It is to be understood that although the description is omitted, multiple embodiments may be implemented again in one integrated embodiment.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 요 시스템 구조를 가지는 풍력 발전 장치를 나타낸 도면이다. 2 is a view illustrating a wind turbine generator having a yaw system structure according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 풍력 발전 장치(1), 나셀(20), 타워(10), 상부 제어기(21), 발전기(22), 하부 제어기(11), 전력 변환 장치(12), 제1 및 제2 통신 및 제어선(31a, 31b), 제1 및 제2 전력선(32a, 32b), 요 시스템(100), 회전자(110), 고정자(120)가 도시되어 있다. 2, the wind power generator 1, the nacelle 20, the tower 10, the upper controller 21, the generator 22, the lower controller 11, the power converter 12, The second communication and control lines 31a and 31b, the first and second power lines 32a and 32b, the yaw system 100, the rotor 110 and the stator 120 are shown.

본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 장치(1)은 타워(10) 상부에 위치하는 나셀(20)을 회전시키는 요 시스템(100)에 대하여 슬립링 구조를 적용하여 나셀(20)과 연결되는 케이블은 회전자(110)에 연결하고 타워(10)와 연결되는 케이블은 고정자(120)에 연결하여 케이블이 꼬임 없이 자유로이 회전하면서도 전력 전달, 제어 신호 전달, 제어 전원 전달 등이 원활히 이루어지도록 한 것을 특징으로 한다. The wind turbine generator 1 according to an embodiment of the present invention may be constructed such that a slip ring structure is applied to a yaw system 100 that rotates a nacelle 20 located on a tower 10, The cable is connected to the rotor 110 and the cable connected to the tower 10 is connected to the stator 120 so that the cable is freely rotated without being twisted so that power transmission, control signal transmission, .

나셀(20)은 타워(10) 상부에 위치하면서 상부 제어기(21) 및 발전기(22)를 포함한다. 발전기(22)는 나셀(20)의 일단에 설치된 허브에 장착된 블레이드가 바람에 의해 회전하는 경우 그 회전력을 전기적 에너지로 변환한다. 상부 제어기(21)는 발전기(22)의 발전 동작, 블레이드의 피치 제어 등과 같이 나셀(20)에 포함되는 구성요소들의 동작을 제어한다. The nacelle 20 includes an upper controller 21 and a generator 22 positioned above the tower 10. The generator 22 converts the rotational force into electric energy when the blade mounted on the hub installed at one end of the nacelle 20 rotates by the wind. The upper controller 21 controls the operation of components included in the nacelle 20, such as generating operation of the generator 22, pitch control of the blades, and the like.

상부 제어기(21)는 타워(10) 하부에 위치한 하부 제어기(11)로부터 나셀(20)의 각 구성요소의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 수신하거나 나셀(20)의 상부에 설치된 각종 센서들(예를 들어, 풍향 센서, 풍속 센서 등)의 센싱 신호 등을 하부 제어기(11)로 전송한다. 이러한 제어 신호나 센싱 신호 등은 통신 및 제어선(31a, 31b)을 통해 상부 제어기(21)와 하부 제어기(11) 사이에서 송수신된다. 또한, 상부 제어기(21)는 통신 및 제어선(31a, 31b)을 통해 나셀(20)의 각 구성요소의 동작을 제어하기 위한 제어 전원도 같이 전달받을 수 있다. The upper controller 21 receives control signals for controlling the operation of the respective components of the nacelle 20 from the lower controller 11 located below the tower 10 or controls various sensors (For example, a wind direction sensor, an wind speed sensor, etc.) to the lower controller 11. These control signals and sensing signals are transmitted and received between the upper controller 21 and the lower controller 11 via the communication and control lines 31a and 31b. Also, the upper controller 21 can receive control power for controlling the operation of each component of the nacelle 20 through the communication and control lines 31a and 31b.

발전기(22)에서 발전된 전력은 전력선(32a, 32b)을 통해 타워(10) 하부의 전력 변환 장치(12)로 전달된다. 전력 변환 장치(12)는 발전기(22)에 발생된 전력을 안정적으로 계통에 전달하는 기능을 수행한다. 풍력 발전 장치(1)에서 전력 변환 장치(12)는 발전기(22)에서 생성되는 랜덤 주파수의 교류 전력을 직류 전력으로 변환한 후 이를 계통에서 이용 가능한 소정 주파수의 교류 전력으로 변환한다. The power generated by the generator 22 is transmitted to the power converter 12 under the tower 10 through the power lines 32a and 32b. The power conversion device 12 functions to stably transfer the power generated in the generator 22 to the system. In the wind power generation apparatus 1, the power conversion apparatus 12 converts AC power of a random frequency generated by the generator 22 into DC power and converts it into AC power of a predetermined frequency usable in the system.

본 실시예에 따른 요 시스템(100)은 회전자(110)와 고정자(120)를 포함하는 구조를 가진다. 내측에 고정자(120)가 위치하고 외측에 회전자(110)가 위치하고 있어, 외측 회전자(110)가 내측 고정자(120)에 대해 상대적으로 회전하는 구조이다. 외측에 고정자가 위치하고 내측에 회전자가 위치하여, 내측 회전자가 외측 고정자에 대해 상대적으로 회전하는 구조도 가능하다. The yaw system 100 according to the present embodiment has a structure including a rotor 110 and a stator 120. The stator 120 is located on the inner side and the rotor 110 is located on the outer side so that the outer rotor 110 rotates relative to the inner stator 120. A structure in which the stator is located on the outer side and the rotor is located on the inner side and the inner rotor is rotated relative to the outer stator is also possible.

회전자(110)에는 상부 제어기(21)로부터의 제1 통신 및 제어선(31a)과 발전기(22)로부터의 제1 전력선(32a)이 결선되며, 고정자(120)에는 하부 제어기(11)로부터의 제2 통신 및 제어선(31b)과 전력 변환 장치(12)로부터의 제2 전력선(32b)이 결선된다. The first communication and control line 31a from the upper controller 21 and the first power line 32a from the generator 22 are connected to the rotor 110 and the stator 120 is connected to the lower controller 11 The second communication and control line 31b of the power conversion device 12 and the second power line 32b of the power conversion device 12 are connected.

회전자(110)와 고정자(120) 사이는 슬립링 구조로 되어 있어 제1 전력선(32a)에 의해 발전기(22)로부터 전달된 전력이 회전자(110) 및 고정자(120)를 거쳐 제2 전력선(32b)을 통해 전력 변환 장치(12)로 전달된다. 그리고 제1 통신 및 제어선(31a)과 회전자(110), 고정자(120)와 제2 통신 및 제어선(31b)이 연결되어 있어, 상부 제어기(21)와 하부 제어기(11) 사이의 각종 신호들(제어 신호, 센싱 신호 등) 및/또는 제어 전원이 송수신된다. A slip ring structure is provided between the rotor 110 and the stator 120 so that the power transmitted from the generator 22 by the first power line 32a flows through the rotor 110 and the stator 120, And is transmitted to the power converter 12 through the power converter 32b. The first communication and control line 31a, the rotor 110, the stator 120 and the second communication and control line 31b are connected to each other so that various kinds of communication between the upper controller 21 and the lower controller 11 Signals (control signals, sensing signals, etc.) and / or control power are transmitted and received.

풍력 발전 장치(1)가 발전 효율을 높이기 위해 바람 방향으로 나셀(20)을 회전시킬 때 요 시스템(100)의 회전자(110) 역시 나셀(20)과 동일한 방향으로 동일한 각도만큼 회전함으로써 나셀(20)과 회전자(110) 사이의 케이블(제1 통신 및 제어선(31a) 및 제1 전력선(32a))에 꼬임이 발생하지 않게 된다. 이는 요 시스템(100)이 슬립링 구조를 가져 회전자(110)와 고정자(120) 사이에 전력 및 각종 신호들이 안정적으로 전달될 수 있기 때문이다. When the wind turbine generator 1 rotates the nacelle 20 in the wind direction to increase the power generation efficiency, the rotor 110 of the yaw system 100 also rotates by the same angle in the same direction as the nacelle 20, (First communication and control line 31a and first power line 32a) between the first and second power lines 20 and 20 and the rotor 110 does not occur. This is because the urine system 100 has a slip ring structure, so that power and various signals can be stably transmitted between the rotor 110 and the stator 120.

이로 인해 케이블 꼬임이 발생하지 않아 케이블을 풀기 위한 발전 운전 정지 시간이 감소함으로써 발전 효율이 증가하고, 꼬임에 강한 특수 케이블을 사용할 필요가 없어 케이블 구매 비용이 감소하게 되며, 유지 보수 시간 역시 감소하게 되는 장점이 있다. 케이블 꼬임이 방지되는, 즉 케이블 회전이 자유로운 요 시스템의 구조를 관련 도면을 참조하여 설명하기로 한다. As a result, there is no cable twist, so the power generation stoppage time is reduced to unlock the cable, so that the power generation efficiency is increased, the cable cost is reduced because there is no need to use a twisted special cable, and the maintenance time is also reduced There are advantages. The structure of a yaw system in which cable twisting is prevented, that is, the cable is free to rotate, will be described with reference to the related drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 회전이 자유로운 풍력 발전 장치의 요 시스템의 내부 구조도이다. 3 is an internal structural view of a yaw system of a wind turbine generator capable of rotating a cable according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 요 시스템(100), 회전자(110), 고정자(120), 샤프트(121), 베어링(116), 통신 및 제어 전원 전달 모듈(111), 발전 전력 전달 모듈(112), 통신용 브러쉬(113), 통신용 슬라이드 웨이(Slide way)(122), 저압용 브러쉬(114), 저압용 슬라이드 웨이(123), 고압용 브러쉬(115), 고압용 슬라이드 웨이(124), 절연체(125), 마찰 잔여물 받이(126), 제1 통신 및 제어선(31a), 제1 전력선(32a), 제2 통신 및 제어선(31b), 제2 전력선(32b), 상부 제어기(21), 발전기(22)가 도시되어 있다. 3, the yawing system 100 includes a rotor 110, a stator 120, a shaft 121, a bearing 116, a communication and control power transmission module 111, a generation power transmission module 112, A communication brush 113, a communication slide way 122, a low pressure brush 114, a low pressure slide way 123, a high pressure brush 115, a high pressure slide way 124, A first power line 32a, a second communication and control line 31b, a second power line 32b, an upper controller 21, And a generator 22 are shown.

본 발명의 일 실시예에 따른 요 시스템(100)은 내측 고정자(120)와 외측 회전자(110)를 포함한다. The yaw system 100 according to an embodiment of the present invention includes an inner stator 120 and an outer rotor 110.

내측 고정자(120)의 중앙부에는 샤프트(121)가 돌설되어 있으며, 샤프트(121)의 외주면에는 통신용 슬라이드 웨이(122), 저압용 슬라이드 웨이(123), 고압용 슬라이드 웨이(124)가 형성되어 있다. 각 슬라이드 웨이(122, 123, 124) 사이에는 절연체(125)가 개재되어 있어 각 슬라이드 웨이(122, 123, 124)를 통해 전달되는 신호 혹은 전원 간에 간섭이 발생하지 않도록 하고 있다. A shaft 121 is provided at the center of the inner stator 120 and a communication slideway 122, a low-pressure slideway 123 and a high-pressure slideway 124 are formed on the outer circumferential surface of the shaft 121 . An insulator 125 is interposed between the slide ways 122, 123 and 124 so that interference does not occur between signals or power transmitted through the slide ways 122, 123 and 124.

샤프트(121)의 최상단은 회전자(110)의 내측 중앙부에 설치된 베어링(116)과 결합하여 회전자(110)가 고정자(120)에 대하여 상대적인 회전이 가능하도록 하고 있다. The upper end of the shaft 121 is engaged with a bearing 116 installed at the center of the inside of the rotor 110 so that the rotor 110 can rotate relative to the stator 120.

베어링(116)과의 결합부분을 제외한 샤프트(121)의 상부에는 통신용 슬라이드 웨이(122)가 형성되어 있다. 통신용 슬라이드 웨이(122)는 회전자(110)의 내주면의 일측에 설치되어 상부 제어기(21)와 전기적으로 연결되는 통신 및 제어 전원 전달 모듈(111)의 상부에 설치된 통신용 브러쉬(113)와 접촉하며, 제어 신호와 같은 각종 신호들이 상부 제어기(21)와 하부 제어기(11) 사이에서 통신용 브러쉬(113)와 통신용 슬라이드 웨이(122)를 거쳐 전송되도록 한다. A communication slideway 122 is formed on an upper portion of the shaft 121 excluding a joint portion with the bearing 116. The communication slide way 122 is provided on one side of the inner circumferential surface of the rotor 110 and is in contact with the communication brush 113 installed on the upper part of the communication and control power transmission module 111 electrically connected to the upper controller 21 And various signals such as control signals are transmitted between the upper controller 21 and the lower controller 11 via the communication brush 113 and the communication slide way 122.

여기서, 통신용 브러쉬(113)과 통신용 슬라이드 웨이(122)는 2쌍으로 이루어질 수 있으며, 각 쌍은 상부 제어기(21)에서 하부 제어기(11)로의 제1 방향과 하부 제어기(11)에서 상부 제어기(21)로의 제2 방향으로의 신호 전달에 각각 이용될 수 있다. Here, the communication brush 113 and the communication slide way 122 may be two pairs, and each pair may include a first direction from the upper controller 21 to the lower controller 11 and a second direction from the lower controller 11 to the upper controller 21 in the second direction, respectively.

샤프트(121)의 중부에는 저압용 슬라이드 웨이(123)가 형성되어 있다. 저압용 슬라이드 웨이(123)는 회전자(110)의 내주면에 설치된 통신 및 제어 전원 전달 모듈(111)의 중부에 설치된 저압용 브러쉬(114)와 접촉하며, 나셀(20)의 각 구성요소들을 제어하기 위한 제어 전원이 저압용 슬라이드 웨이(123)로부터 저압용 브러쉬(114)로 전달되어 최종적으로 상부 제어기(21)로 전달되도록 한다. A low-pressure slide way 123 is formed in the center of the shaft 121. [ The low pressure slide way 123 contacts the low pressure brush 114 installed in the central portion of the communication and control power supply module 111 provided on the inner circumferential surface of the rotor 110 and controls each component of the nacelle 20 Pressure slide surface 123 to the low-pressure brush 114, and finally to the upper controller 21. [0064] As shown in FIG.

여기서, 저압용 브러쉬(114)와 저압용 슬라이드 웨이(123)는 3쌍으로 이루어질 수 있으며, 각 쌍은 3상 교류 전력의 각 상(R, S, T)에 해당하는 전원 전달에 각각 이용될 수 있다. Here, the low-pressure brush 114 and the low-pressure slide way 123 can be made of three pairs, and each pair is used for power transmission corresponding to each phase (R, S, T) of three-phase AC power .

샤프트(121)의 하부에는 고압용 슬라이드 웨이(124)가 형성되어 있다. 고압용 슬라이드 웨이(124)는 회전자(110)의 내주면의 타측에 설치되어 발전기(22)와 전기적으로 연결되는 발전 전력 전달 모듈(112)에 설치된 고압용 브러쉬(115)와 접촉하며, 나셀(20)의 발전기(22)에서 생성된 발전 전력이 고압용 브러쉬(115)로부터 고압용 슬라이드 웨이(124)로 전달되어 최종적으로 전력 변환 장치(12)로 전달되도록 한다. 또한, 풍력 발전 시스템의 구동 전원 혹은 계통 전압이 고압용 슬라이드 웨이(124)로부터 고압용 브러쉬(115)로 전달되어 최종적으로 상부 제어기(21) 혹은 발전기(22)로 전달되도록 한다. A high-pressure slide way 124 is formed in the lower portion of the shaft 121. The high pressure slide way 124 is provided on the other side of the inner circumferential surface of the rotor 110 to be in contact with the high pressure brush 115 installed in the power generation power transfer module 112 electrically connected to the generator 22, The generated power generated by the generator 22 of the generator 20 is transmitted from the high-pressure brush 115 to the high-pressure slide way 124 and finally delivered to the power conversion device 12. [ The driving power or the system voltage of the wind power generation system is transferred from the high-pressure slide way 124 to the high-pressure brush 115 to be finally delivered to the upper controller 21 or the generator 22.

여기서, 고압용 브러쉬(115)와 고압용 슬라이드 웨이(124)는 3쌍으로 이루어질 수 있으며, 각 쌍은 3상 교류 전력의 각 상(R, S, T)에 해당하는 발전 전력 전달에 각각 이용될 수 있다. Here, the high-pressure brush 115 and the high-pressure slide way 124 can be made of three pairs, and each pair is used for generating electric power corresponding to each phase (R, S, T) of three-phase AC power .

통신용 슬라이드 웨이(122), 저압용 슬라이드 웨이(123), 고압용 슬라이드 웨이(124) 각각은 소정 폭을 가지면서 샤프트(121)의 외주면을 둘러싸고 있어, 회전자(110)가 회전하더라도 통신용 브러쉬(113), 저압용 브러쉬(114), 고압용 브러쉬(115)와 각각 그 접촉 상태를 안정적으로 유지할 수 있다. Each of the communication slideway 122, the low-pressure slideway 123 and the high-pressure slideway 124 has a predetermined width and surrounds the outer circumferential surface of the shaft 121. Even if the rotor 110 rotates, 113, the low-pressure brush 114, and the high-pressure brush 115, respectively.

고압용 브러쉬(115)의 경우, 저압용 브러쉬(114) 혹은 통신용 브러쉬(113)와 동일한 재질을 이용할 경우 브러쉬 내전압을 견딜 수 없는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명에서는 고압 전원 전달 이외에도 다른 기능을 동시에 사용할 수 있도록 고압용 브러쉬(115)에 대해서는 탄소 브러쉬를 적용하고 저압용 브러쉬(114) 및 통신용 브러쉬(113)에는 일반 브러쉬를 적용함으로써, 고정자(120)와 회전자(110) 사이에서 고압, 저압 및 통신의 기능이 동시에 수행될 수 있도록 하고 있다. 이 경우 고압용 브러쉬(115) 및 고압용 슬라이드 웨이(124) 사이에는 예를 들어 660V ~ 3.3kV의 고압 전원이 안정적으로 전달될 수 있게 된다. In the case of the high-pressure brush 115, when the same material as the low-pressure brush 114 or the communication brush 113 is used, there is a problem that the brush withstand voltage can not withstand. Therefore, in the present invention, a carbon brush is applied to the high-pressure brush 115 and a general brush is applied to the low-pressure brush 114 and the communication brush 113 so that other functions can be simultaneously used in addition to high- 120 and the rotor 110 can be performed simultaneously at a high pressure, a low pressure and a communication function. In this case, a high voltage power of, for example, 660 V to 3.3 kV can be stably transmitted between the high-pressure brush 115 and the high-pressure slide way 124.

본 실시예에서 고압용 브러쉬(115) 및 고압용 슬라이드 웨이(124)는 최하부에 설치되어 있어 고압 전원 전달에 사용되는 탄소 브러쉬의 마찰로 인해 발생하는 잔여물이 아래쪽으로 떨어지는 경우에도 통신용 브러쉬(113) 및 통신용 슬라이드 웨이(122), 저압용 브러쉬(114) 및 저압용 슬라이드 웨이(123) 사이의 신호 전달 및/또는 제어 전원 전달 기능을 방해하지 않게 된다. In this embodiment, the high-pressure brush 115 and the high-pressure slide way 124 are provided at the lowermost part, so that even when the residue generated due to friction of the carbon brush used for high-voltage power supply falls downward, the communication brush 113 And the control power transmission function between the communication slideway 122, the low-pressure brush 114 and the low-pressure slideway 123.

또한, 탄소 브러쉬의 마찰로 인해 발생하는 잔여물은 샤프트(121)의 외주면 최하부에 설치된 마찰 잔여물 받이(126) 내로 집진되어 수거됨으로써 요 시스템(100) 내에서 잔여물로 인한 문제가 발생하지 않도록 할 수 있다. The residue generated due to the friction of the carbon brush is collected and collected in the friction residue receiver 126 provided at the lowermost portion of the outer circumferential surface of the shaft 121 to prevent a problem caused by the residue in the yawing system 100 can do.

통신용 슬라이드 웨이(122) 및 저압용 슬라이드 웨이(123)는 샤프트(121) 내부의 케이블을 통해 제2 통신 및 제어선(31b)에 결선되어 하부 제어기(11)와 전기적으로 연결된다. 고압용 슬라이드 웨이(124)는 샤프트(121) 내부의 케이블을 통해 제2 전력선(32b)에 결선되어 전력 변환 장치(12)와 전기적으로 연결된다. The communication slideway 122 and the low pressure slideway 123 are connected to the second communication and control line 31b through the cable in the shaft 121 and electrically connected to the lower controller 11. [ The high-pressure slide way 124 is connected to the second power line 32b through the cable in the shaft 121 and electrically connected to the power conversion device 12. [

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the following claims And changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

1: 풍력 발전 장치 10: 타워
11: 하부 제어기 12: 전력 변환 장치
20: 나셀 21: 상부 제어기
22: 발전기 31, 31a, 31b: 통신 및 제어선
32, 32a, 32b: 전력선 100: 요 시스템
110: 회전자 120: 고정자
111: 통신 및 제어 전원 전달 모듈 112: 발전 전력 전달 모듈
113: 통신용 브러쉬 114: 저압용 브러쉬
115: 고압용 브러쉬 116: 베어링
121: 샤프트 122: 통신용 슬라이드 웨이
123: 저압용 슬라이드 웨이 124: 고압용 슬라이드 웨이
125: 절연체 126: 마찰 잔여물 받이1: Wind power generator 10: Tower
11: Lower controller 12: Power converter
20: nacelle 21: upper controller
22: generator 31, 31a, 31b: communication and control line
32, 32a, 32b: power line 100: yaw system
110: rotor 120: stator
111: Communication and control power transmission module 112: Generation power transmission module
113: communication brush 114: low pressure brush
115: high-pressure brush 116: bearing
121: Shaft 122: Slide way for communication
123: Low pressure slideway 124: High pressure slideway
125: Insulator 126: Friction residue receiver

Claims (6)

풍력 발전 장치의 타워 상단에 설치되어 나셀의 회전을 제어하는 요 시스템에 있어서,
중앙부에 샤프트가 돌설되고, 상기 샤프트의 외주면에 통신용 슬라이드 웨이, 저압용 슬라이드 웨이 및 고압용 슬라이드 웨이가 형성되어 있는 고정자; 및
상기 고정자의 외측에 회전 가능하게 설치되며, 상기 통신용 슬라이드 웨이, 상기 저압용 슬라이드 웨이, 상기 고압용 슬라이드 웨이와 각각 접촉하는 통신용 브러쉬, 저압용 브러쉬, 고압용 브러쉬가 내주면에 설치되어 있는 회전자를 포함하는 요 시스템. 1. A yawing system installed at an upper end of a tower of a wind power generator for controlling rotation of a nacelle,
A stator in which a shaft is provided at a central portion, and a communication slideway, a low-pressure slideway, and a high-pressure slideway are formed on an outer peripheral surface of the shaft; And
A communication brush which is rotatably installed outside the stator and contacts the communication slideway, the low-pressure slideway and the high-pressure slideway, a low-pressure brush, and a rotor provided on the inner periphery of the high- Including yo ur system. 제1항에 있어서,
상기 통신용 브러쉬 및 상기 저압용 브러쉬는 상기 나셀의 상부 제어기와 전기적으로 연결되고, 상기 고압용 브러쉬는 상기 나셀의 발전기와 전기적으로 연결되는 요 시스템. The method according to claim 1,
Wherein the communication brush and the low-pressure brush are electrically connected to the upper controller of the nacelle, and the high-pressure brush is electrically connected to the generator of the nacelle. 제2항에 있어서,
상기 통신용 슬라이드 웨이 및 상기 저압용 슬라이드 웨이는 상기 타워 하단에 설치된 하부 제어기와 전기적으로 연결되고,
상기 고압용 슬라이드 웨이는 상기 타워 하단에 설치된 전력 변환 장치와 전기적으로 연결되는 요 시스템. 3. The method of claim 2,
Wherein the communication slideway and the low-pressure slideway are electrically connected to a lower controller provided at the lower end of the tower,
And the high-pressure slide way is electrically connected to a power conversion device installed at the bottom of the tower. 제1항에 있어서,
상기 샤프트에는 상부에서부터 하부까지 상기 통신용 슬라이드 웨이, 상기 저압용 슬라이드 웨이 및 상기 고압용 슬라이드 웨이의 순서로 설치되어 있는 요 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the shaft is provided in the order of the communication slideway, the low-pressure slideway, and the high-pressure slideway from the upper part to the lower part. 제1항에 있어서,
상기 고압용 브러쉬와 상기 고압용 슬라이드 웨이의 마찰에 의해 발생되는 잔여물을 집진하는 마찰 잔여물 받이가 상기 샤프트의 최하부 외주면에 설치되는 요 시스템. The method according to claim 1,
And a friction residue receiver for collecting a residue generated by friction between the high-pressure brush and the high-pressure slide way is provided on the lowermost peripheral surface of the shaft. 제1항에 있어서,
상기 통신용 브러쉬 및 상기 통신용 슬라이드 웨이는 접촉에 의해 상기 나셀에 제어 신호를 전달하고, 상기 저압용 브러쉬 및 상기 저압용 슬라이드 웨이는 접촉에 의해 상기 나셀에 제어 전원을 전달하며, 상기 고압용 브러쉬 및 상기 고압용 슬라이드 웨이는 접촉에 의해 계통에 발전 전력을 전달하는 요 시스템. The method according to claim 1,
Wherein said communication brush and said communication slide way transmit a control signal to said nacelle by contact and said control means transmits said control power to said nacelle by contact with said low pressure brush and said low pressure slide way, The high-pressure slideway is a yawing system that transmits generated power to the system by contact.
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