KR20160043223A

KR20160043223A - 풍력 발전기

Info

Publication number: KR20160043223A
Application number: KR1020140136945A
Authority: KR
Inventors: 이창수; 신동근; 이기욱
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2014-10-10
Filing date: 2014-10-10
Publication date: 2016-04-21

Abstract

본 발명은 타워 내부에 구비되는 케이블들이 서로 접촉하거나 상호 간에 마찰이 발생하는 것을 방지할 수 있는 풍력 발전기에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전기는, 다수의 블레이드가 체결된 로터; 상기 로터가 회전 가능하도록 결합되는 나셀; 상기 나셀을 지지하는 타워; 및 상기 나셀에 고정 체결되어 상기 타워 내에 배치되는 변압부;를 포함할 수 있다.

Description

풍력 발전기{WIND POWER GENERATOR}

본 발명은 타워 내의 케이블을 최소화할 수 있은 풍력 발전기에 관한 것이다.

풍력 발전기는 바람에 의한 운동 에너지를 전기적 에너지로 변환할 수 있도록 구성되는 시스템으로서, 설치되는 환경 조건에 따라 육상용(onshore)과 해상용(offshore)로 구분될 수 있다.

일반적으로 풍력 발전기는 지면에 하단이 고정되는 타워(tower)가 구비되고, 이 타워(TW)의 상단에 도시하지 않은 요(Yaw)장치에 의해 풍향에 따라 회동하는 나셀(Nacelle)이 구비된다.

나셀은 풍력 발전기의 심장이라 할 수 있는 장치로서, 나셀 내부에는 일반적으로 증속기, 발전기 등이 설치되어 전력 발전을 수행하게 한다.

나셀의 일단에 로터(rotor)가 구비되고, 이 로터의 외주에 다수의 블레이드(blade)가 구비된다.

자연적으로 발생하는 바람이 블레이드를 회전시켜 회전력이 발생되고, 이러한 회전력은 로터를 회전시킨다.

그리고 로터의 회전력은 상기한 나셀 내부 구비된 발전기(미도시)에 인가되어 발전기에서 전력이 발생한다.

한편, 나셀의 내부에 배치된 발전기에서 발생된 전력은 케이블을 통해 타워의 하부나 외부에 배치된 변압기로 전송된다.

따라서, 이러한 종래의 풍력 발전기는 바람 방향에 따라 로터와 나셀이 회동하는 경우, 발전기와 변압기를 연결하는 케이블들도 함께 회전하게 되므로, 나셀이 회동할 때마다 케이블들이 서로 접촉하거나 꼬여버릴 수 있다.

이에 따라 케이블들 사이에 마찰과 발열이 발생하여 케이블의 피복이 손상되어 케이블을 재 설치해야 하는 문제가 발생되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 내부에 구비되는 케이블들이 서로 접촉하거나 상호 간에 마찰이 발생하는 것을 방지할 수 있는 풍력 발전기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전기는, 다수의 블레이드가 체결된 로터; 상기 로터가 회전 가능하도록 결합되는 나셀; 상기 나셀을 지지하는 타워; 및 상기 나셀에 고정 체결되어 상기 타워 내에 배치되는 변압부;를 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 변압부는, 상기 나셀이 회전될 때 상기 나셀과 함께 회전될 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 변압부는, 적어도 하나의 변압기 및 상기 변압기를 상기 나셀에 고정 체결하는 적어도 하나의 연결 부재를 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 연결 부재는, 상기 나셀의 하부면으로부터 상기 변압기를 일정 거리 이격 배치시킬 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 연결 부재는, 다수 개의 막대 형태로 형성되며, 일단이 상기 나셀의 하부면에 체결되고, 타단에는 상기 변압기가 체결될 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 변압부는, 상기 변압기와 상기 나셀의 내부에 구비되는 발전기를 서로 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 케이블을 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 나셀은, 상기 로터의 회전축과 연결되는 증속기; 상기 증속기와 연결되어 전력을 생산하는 발전기; 및 상기 증속기와 상기 발전기가 고정 체결되는 메인 프레임;을 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 변압부는, 상기 메인 프레임에 고정 체결될 수 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 풍력 발전기는, 나셀이 회전하는 경우 연결 부재에 의해 나셀에 체결된 변압기도 나셀과 함께 회전하게 된다. 따라서 변압기와 발전기 사이를 연결하는 케이블들이 서로 꼬이거나 접촉하지 않고 원 상태를 유지하게 되므로 케이블의 피복이 파손되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전기를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 풍력 발전기의 나셀 구조를 개략적으로 도시한 측면도.
도 3은 도 2의 부분 단면도.
도 4는 도 3의 메인 프레임과 변압부를 개략적으로 도시한 사시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 더하여 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전기를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 풍력 발전기의 나셀 구조를 개략적으로 도시한 측면도이다. 또한 도 3은 도 2의 부분 단면도이고 도 4는 도 3의 메인 프레임과 변압부를 개략적으로 도시한 사시도이다.

먼저 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 풍력 발전기는 타워(10), 로터(20), 나셀(30), 및 변압부(40)를 포함할 수 있다.

타워(10)는 상하로 길게 배치되는 축으로서, 허브(27)와 나셀(30) 등의 구조물에 대한 축 방향 하중을 지지한다.

타워(10)는 파이프(pipe) 형태로 형성되어 일단이 지반에 고정되고 타단에는 후술되는 나셀(30)이 회전 가능하도록 체결된다.

타워(10)의 내부에는 변압기(도 2의 42)와 외부를 연결하는 케이블(cable)이 배치될 수 있다.

로터(20)는 블레이드(25)와 허브(27)를 포함할 수 있다.

블레이드(25)는 후술되는 나셀(30)의 일 측에 연결되며, 외부 공기 흐름에 따라 회전한다.

블레이드(25)는 허브(27)에 끝단이 삽입되어 결합되고, 허브(27)는 주축(1)에 연결된다. 주축(1)은 나셀(30) 내부의 증속기(35)에 회전 가능하도록 체결됨으로써 블레이드(25)와 증속기(35)의 연결구조가 완성된다.

나셀(30)은 지반에 고정되는 타워(10)의 상부에 회전 가능하게 연결된다. 도 2 내지 도 4를 함께 참조하면, 나셀(30)은 내부 부품을 보호하는 하우징(31)과 하우징(31) 내부에 배치되는 메인 프레임(32)을 포함하며, 메인 프레임(32)에는 내부 부품으로서 증속기(35)와 발전기(38) 등이 고정 체결된다.

블레이드(25)의 회전속도는 나셀(30) 내부의 증속기(35)에 의해 증속된다. 또한 블레이드(25)에 의해 발생하는 운동에너지는 증속기(35)에 연결된 발전기(38)에 의하여 전기 에너지로 변환된다.

증속기(35)는 커플링을 통해 발전기(38)와 결합되어 발전기(38)에 고속의 회전 운동에너지를 전달한다.

발전기(38)는 그 내부에 회전자(미도시) 및 고정자(미도시)가 구비되고, 회전자가 고정자 주위로 고속회전함으로써 전기를 발생시키게 된다. 도시되지 않았으나, 나셀(30) 내에는 발전기(38)에 유도된 전기에너지에서 불필요한 노이즈들을 제거할 수 있는 인버터가 더 구비될 수 있다.

나셀(30)의 메인 프레임(32)에는 요(yaw) 베어링(39)이 체결될 수 있다. 요 베어링(39)은 타워(10)의 타단과 나셀(30)을 연결하되, 고정된 타워(10)에 대해, 나셀(30)이 회전 가능하도록 형성된다.

요 베어링(39)는 전체적으로 링 형상으로 형성되고, 외주면에 나셀(30)을 회전시키기 위한 치형(tooth profile)이 형성될 수 있다.

또한 본 실시예에 따른 나셀(30)에는 변압부(40)가 고정 체결된다.

변압부(40)는 나셀(30)의 메인 프레임(32)에 체결되며, 나셀(30)의 하부 즉 타워(10)의 상단 내부에 배치될 수 있다.

보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 변압부(40)는 다수의 연결 부재(44)와 변압기(42), 그리고 변압기(42)와 발전기(38)를 상호 연결하는 케이블(46)을 포함할 수 있다.

연결 부재(44)는 막대 형태로 형성될 수 있으며, 일단이 나셀(30)의 메인 프레임(32)에 고정 체결된다. 그리고 연결 부재(44)의 타단에는 변압기(42)가 고정 체결된다.

따라서 연결 부재(44)는 강성이 높은 금속 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

또한 변압기(42)는 다수의 연결 부재(44)들 사이에 체결될 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 연결 부재(44)의 하단에 체결되는 것도 가능하다.

한편, 본 실시예에 따른 변압기(42)는 주 변압기(42)일 수 있다. 또한 변압부(40)가 나셀(30)의 메인 프레임(32) 하부면에 고정 체결됨에 따라, 변압기(42)는 나셀(30)의 하부에 배치되므로, 나셀(30)의 내부가 아닌, 타워(10)의 내부에 배치된다.

이상과 같이 구성되는 본 실시예에 따른 풍력 발전기는 나셀이 회전하는 경우, 연결 부재에 의해 나셀에 체결된 변압기도 나셀과 함께 회전하게 된다. 또한 변압기와 발전기를 상호 연결하는 케이블들도 연결되어 있는 상태 그대로 나셀과 함께 회전하게 된다.

따라서 변압기와 발전기 사이를 연결하는 케이블들이 서로 꼬이거나 접촉하지 않고 원 상태를 유지하게 되므로 케이블의 피복이 파손되는 것을 방지할 수 있다.

또한 변압기가 타워의 하부나 외부에 배치되는 종래의 경우, 타워 내부를 통해 대략 50 ~ 60개의 케이블이 배치된다. 이중 대부분은 발전기와 변압기를 전기적으로 연결하기 위한 케이블이다.

그러나, 본 실시예와 같이 변압부가 나셀에 직접 체결되는 경우, 변압기와 외부를 연결하는 케이블만이 타워 내부에 배치되므로, 케이블을 4 ~ 5개로 줄일 수 있다. 따라서 케이블 케이블의 수도 최소화할 수 있어 제조 비용도 절감할 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.

100: 접지 장치
10: 타워
20: 로터
25: 블레이드
27: 허브
30: 나셀
31: 하우징
32: 메인 프레임
35: 증속기
38: 발전기
39: 요 베이링
40: 변압부
42: 변압기
44: 연결 부재
46: 케이블

Claims

다수의 블레이드가 체결된 로터;
상기 로터가 회전 가능하도록 결합되는 나셀;
상기 나셀을 지지하는 타워; 및
상기 나셀에 고정 체결되어 상기 타워 내에 배치되는 변압부;
를 포함하는 풍력 발전기.
제1항에 있어서, 상기 변압부는,
상기 나셀이 회전될 때 상기 나셀과 함께 회전되는 풍력 발전기.
제2항에 있어서, 상기 변압부는,
적어도 하나의 변압기 및 상기 변압기를 상기 나셀에 고정 체결하는 적어도 하나의 연결 부재를 포함하는 풍력 발전기.
제3항에 있어서, 상기 연결 부재는,
상기 나셀의 하부면으로부터 상기 변압기를 일정 거리 이격 배치시키는 풍력 발전기.
제3항에 있어서, 상기 연결 부재는,
다수 개의 막대 형태로 형성되며, 일단이 상기 나셀의 하부면에 체결되고, 타단에는 상기 변압기가 체결되는 풍력 발전기.
제4항에 있어서, 상기 변압부는,
상기 변압기와 상기 나셀의 내부에 구비되는 발전기를 서로 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 케이블을 더 포함하는 풍력 발전기.
제1항에 있어서, 상기 나셀은,
상기 로터의 회전축과 연결되는 증속기;
상기 증속기와 연결되어 전력을 생산하는 발전기; 및
상기 증속기와 상기 발전기가 고정 체결되는 메인 프레임;
을 포함하는 풍력 발전기.
제7항에 있어서, 상기 변압부는
상기 메인 프레임에 고정 체결되는 풍력 발전기.