KR20170095485A - 전력 계통 연계형 수직축 풍력발전기의 제동 시스템 - Google Patents

전력 계통 연계형 수직축 풍력발전기의 제동 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력 계통 연계형 수직축 풍력발전기의 제동 시스템에 관한 것으로서, 강풍으로 인해서 기설정된 풍속 또는 회전수 이상으로 로터의 회전시, 또는 풍력발전기 내부 점검을 위해서 제동이 필요한 경우, 원격지에서 전력 계통에 연계된 제어부를 제어하여 캘리퍼 브레이크 유닛을 작동시킴으로써, 안정적인 기계식 제동을 통해 발전기의 소손을 방지함은 물론 솔레노이드 밸브가 작동하여 유압을 추가로 보강함으로써, 좀 더 안정적인 제동을 구현할 수 있다.

Description

전력 계통 연계형 수직축 풍력발전기의 제동 시스템{BRAKE SYSTEM OF LINKAGE POWER TYPE VERTICAL SHAFT WIND POWER GENERATOR}
본 발명은 전력 계통 연계형 수직축 풍력발전기에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로 강풍으로 인해서 기설정된 풍속 또는 회전수 이상으로 로터의 회전시, 또는 풍력발전기 내부 점검을 위해서 제동이 필요한 경우, 원격지에서 전력 계통에 연계된 제어부를 제어하여 캘리퍼 브레이크 유닛을 작동시킴으로써, 안정적인 기계식 제동을 통해서 발전기의 소손을 효율적으로 방지함은 물론 솔레노이드 밸브가 작동하여 유압을 추가로 보강함으로써, 좀 더 안정적인 제동을 구현할 수 있는 전력 계통 연계형 수직축 풍력발전기의 제동 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 풍력발전기는 바람의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치를 말한다. 즉, 공기가 블레이드를 지날 때 양력이 발생하는 공기역학적 특성을 통해 로터(회전체)가 회전하게 되는데, 이때 발생하는 기계적 회전 에너지가 발전기를 통해서 전기 에너지로 변환된다.
풍력발전기는 로터의 방향에 따라 수평축과 수직축으로 구분되는데, 이하에서는 수직축 풍력발전기에 대하여 설명한다.
종래 수직축 풍력발전기는 지주의 상단부에 상부에 바람에 의해 회전하는 복수의 블레이드를 포함하는 로터가 설치된다.
로터의 회전축은 로터의 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 발전기에 연결된다.
발전기에는 전력을 일정한 전압 및 전류로 변환하여 계통으로 공급하는 전력 변환부가 연결된다.
풍력발전기에 사용되는 발전기는 유도발전기(권선형 또는 바구니형) 혹은 동기발전기가 이용되고 있다.
발전기의 연계방식은 발전기에서 발생하는 교류전력을 그대로 전력 계통으로 연계하는 AC 링크방식과, 발전기에서 출력되는 교류전력을 컨버터를 이용하여 직류전력으로 변환시키고 인버터를 이용하여 그 전력을 교류전력으로 역변환시켜 전력 계통으로 연계하는 DC 링크방식이 있으며, 유도발전기는 AC 링크되고 동기발전기는 DC 링크된다.
종래 수직축 풍력발전기는 정격 풍속을 초과한 과 풍속의 강풍이 불 경우, 발전기의 과열에 의한 기계적 구조의 소손이 생기는 문제가 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해서 접촉방식으로 급제동을 하고 있다.
그러나 AC 링크방식, DC 링크방식의 전력 계통 연계형 수직축 풍력발전기는 대형 로터에 적용할 경우, 로터의 관성력에 의해서 제동 효율이 현저히 떨어지고, 제동시 소음 및 진동이 발생할 뿐만 아니라 접촉으로 인한 기계적인 소손이 여전히 발생하는 문제점이 있다.
또한, 전력 계통으로부터 전원이 공급되지 않고 차단되는 비상 상황이 발생하는 경우 제동 자체가 불가능하고 발전기가 소손되는 문제가 발생한다.
특허문헌 1. 공개특허공보 제2010-0029475호(2010.03.17.자 공개) 특허문헌 2. 공개특허공보 제2012-0076923호(2012.07.10.자 공개)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 강풍으로 인해서 기설정된 풍속 또는 회전수 이상으로 로터의 회전시, 또는 풍력발전기 내부 점검을 위해서 제동이 필요한 경우, 원격지에서 전력 계통에 연계된 제어부를 제어하여 캘리퍼 브레이크 유닛을 작동시킴으로써, 안정적인 기계식 제동을 통해 발전기의 소손을 방지함은 물론 필요 시 솔레노이드 밸브가 작동하여 유압을 추가로 보강함으로써, 좀 더 안정적인 제동을 구현할 수 있는 전력 계통 연계형 수직축 풍력발전기의 제동 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 지주의 상단부에 상부에 바람에 의해 회전하는 복수의 블레이드를 포함하는 로터가 설치되며, 상기 로터의 회전축은 로터의 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 발전기에 연결되며, 상기 발전기에는 상기 발전기에서 생산한 전기를 일정한 전압 및 전류로 변환하여 전력 계통으로 공급하는 전력 변환부가 연결되는 구성으로 이루어진 전력 계통 연계형 수직축 풍력발전기에서, 상기 로터의 회전을 정지시키기 위한 제동 시스템으로서, 상기 회전축의 하단부에 설치되는 원판 디스크; 유압에 의해 작동하며 선택적으로 상기 원판 디스크의 회전을 정지시키기 위하여 상기 원판 디스크의 일측에 설치되는 캘리퍼 브레이크 유닛; 상기 캘리퍼 브레이크 유닛에 연결되는 유압 라인; 상기 유압 라인에 작동 유체를 공급하기 위하여 상기 유압 라인에 연결되는 리저버 탱크; 상기 유압 라인을 통해서 작동 유체를 이송시켜서 상기 캘리퍼 브레이크 유닛의 브레이크를 구동하는 브레이크 구동부; 상기 전력 계통에 연계되며 상기 브레이크 구동부의 작동을 제어하는 제어부; 및 상기 캘리퍼 브레이크에 작동 유체를 추가로 공급하기 위한 솔레노이드 밸브를 포함하되, 상기 전력 계통의 전원 공급시 상기 전력 계통에 연계된 상기 제어부에서 상기 캘리퍼 브레이크 유닛을 작동시켜서 상기 로터의 회전을 정지시키고, 상기 솔레노이드 밸브는 선택적으로 상기 캘리퍼 브레이크 유닛에 작동 유체를 보강하여 제동력을 높이는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 강풍으로 인해서 기설정된 풍속 또는 회전수 이상으로 로터의 회전시, 또는 풍력발전기 내부 점검을 위해서 제동이 필요한 경우, 원격지에서 전력 계통에 연계된 제어부를 제어하여 캘리퍼 브레이크 유닛을 작동시킴으로써, 안정적인 기계식 제동을 통해 발전기의 소손을 방지함은 물론 솔레노이드 밸브가 작동하여 유압을 보강함으로써, 좀 더 안정적인 제동을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 계통 연계형 수직축 풍력발전기를 도시한 사시도
도 2는 본 발명에 따른 전력 계통 연계형 수직축 풍력발전기의 제동 시스템을 도시한 구성도
도 3은 본 발명에 따른 전력 계통 연계형 수직축 풍력발전기의 제동 시스템에서, 캘리퍼 브레이크 유닛의 브레이크 작동을 도시한 도면
도 4는 본 발명에 따른 전력 계통 연계형 수직축 풍력발전기의 제동 시스템에서, 솔레노이드 밸브의 유압 보강을 도시한 도면
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전력 계통 연계형 수직축 풍력발전기의 제동 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 계통 연계형 수직축 풍력발전기를 도시한 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 전력 계통 연계형 수직축 풍력발전기의 제동 시스템을 도시한 구성도, 도 3은 본 발명에 따른 전력 계통 연계형 수직축 풍력발전기의 제동 시스템에서, 캘리퍼 브레이크 유닛의 브레이크 작동을 도시한 도면, 및 도 4는 본 발명에 따른 전력 계통 연계형 수직축 풍력발전기의 제동 시스템에서, 솔레노이드 밸브의 유압 보강을 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 계통 연계형 수직축 풍력발전기는 지주(10)의 상단부에 바람에 의해 회전하는 복수의 블레이드(13)를 포함하는 로터(12)가 설치된다. 여기서 블레이드(13) 및 로터(12)의 형상은 다양하게 변경 가능하다.
로터(12)의 회전축(14)은 로터(12)의 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 발전기(15)에 연결된다.
발전기(15)에는 발전기(15)에서 생산한 전기를 일정한 전압 및 전류로 변환하여 전력 계통으로 공급하는 전력 변환부(16)가 연결된다.
본 발명의 제동 시스템(100)은 전력 계통의 전원 공급시 로터(12)의 회전을 정지시키기 위한 장치이다.
본 발명의 제동 시스템(100)은 원판 디스크(D), 캘리퍼 브레이크 유닛(120), 유압 라인(L1), 리저버 탱크(T1), 브레이크 구동부(130), 제어부(C), 솔레노이드 밸브(140)를 포함한다.
여기서, 전력 계통이란 발전기(15)에서 생산 전기를 공급받고, 전기를 수요처에 공급함은 물론 원격지에서 제어부(C)를 제어하기 위하여 제어부(C)에 전원을 공급하는 전기 회로 라인을 말한다.
전력 계통에서는 전원이 풍력발전기로 공급되고, 그 전원이 제어부(C)에 연결되어 원격지의 운전자가 필요에 따라 캘리퍼 브레이크 유닛(120)을 구동하여 적절한 타이밍에 제동을 제어할 수 있다.
원판 디스크(D)는 회전축(14)의 하단부에 고정 설치된다. 원판 디스크(D)는 회전축(14)의 토크 및 회전수를 고려하여 원판 디스크(D)의 재질이나 두께가 결정될 수 있다.
캘리퍼 브레이크 유닛(120)은 유압에 의해 작동하며 선택적으로 원판 디스크(D)의 회전을 정지시키기 위하여 원판 디스크(D)의 일측에 설치된다.
캘리퍼 브레이크 유닛(120)의 구성은 아래와 같다(도 2 참조).
몸체를 이루는 캘리퍼 하우징(121)이 구비되며, 그 캘리퍼 하우징(121)의 일측에 실린더(122)가 형성되고, 캘리퍼 하우징(121)의 타측에 핑거부(123)가 형성된다. 그 실린더(122) 안에는 유압에 의해서 피스톤(122a)이 전진하도록 구성된다.
캘리퍼 하우징(121)의 내부에는 전 후진 운동할 수 있도록 일정간격 이격된 한 쌍의 패드 플레이트(124,125)가 설치된다.
유압에 의해 전진하는 피스톤(122a)은 인너 패드 플레이트(124)를 작동시키게 된다.
인너 패드(124a)는 패드 플레이트(124)의 일 측면에 부착되고, 아웃터 패드(125a)는 패드 플레이트(125)의 타측 면에 부착된다.
인너 패드(124a)와 아웃터 패드(125a) 사이에는 원판 디스크(D)가 위치한다.
캘리퍼 브레이크 유닛(120)의 실린더(122)에는 유압 라인(L1)이 연결되고, 유압 라인(L1)에는 작동 유체를 공급하기 위하여 리저버 탱크(T1)가 연결된다.
유압 라인(L1) 및 리저버 탱크(T1)에는 유압 라인(L1)을 통해서 작동 유체를 이송시켜서 캘리퍼 브레이크 유닛(120)의 브레이크를 구동하는 브레이크 구동부(130)가 연결된다.
제어부(C)는 전력 계통에 연계되며, 브레이크 구동부(130)의 작동을 제어한다.
또한, 솔레노이드 밸브(140)는 캘리퍼 브레이크 유닛(120)에 작동 유체를 추가로 공급하여 제동력을 높일 수 있다.
전력 계통의 전원 공급시 전력 계통에 연계된 제어부(C)에서 캘리퍼 브레이크 유닛(120)을 작동시켜서 로터(12)의 회전을 정지시키고, 솔레노이드 밸브(140)는 선택적으로 캘리퍼 브레이크 유닛(120)에 작동 유체를 추가로 보강하여 제동력을 높일 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전력 계통 연계형 수직축 풍력발전기는 바람에 의해서 로터(12)가 회전한다.
로터(12)의 회전에 의해서 회전축(14)은 회전하며, 이때 발전기(15)가 전기를 생산한다. 전력 변환부(16)는 발전기(15)에서 생산한 전기를 일정한 전압 및 전류로 변환하여 전력 계통으로 공급한다.
전력 계통의 전원 공급시에는 전력 계통에 연계된 제어부(C)에서 캘리퍼 브레이크 유닛(120)을 작동시켜서 로터(12)의 회전을 정지시킨다.
캘리퍼 브레이크 유닛(120)의 브레이크 작동을 살펴보면, 원격지에서 운전자가 제어부(C)에 명령신호를 주면, 제어부(C)는 브레이크 구동부(130)를 작동시킨다.
브레이크 구동부(130)의 작동에 의해서 리저버 탱크(T1)의 작동 유체가 유압 라인(L1)을 따라 실린더(122) 안으로 유입된다. 이때, 피스톤(122a)의 전진과 연동하여 패드 플레이트(124,125)가 전진시킨다. 인너 패드(124a) 및 아웃터 패드(125a)는 원판 디스크(D)에 밀착되어 제동을 한다.
한편, 도면에 도시하지 않은 센서, 예를 들어 속도센서, 변위센서에 의해서 원판 디스크(D)의 제동력이 원활하지 못하거나 좀 더 큰 제동력이 필요함을 감지할 때, 솔레노이드 밸브(140)가 작동하여 작동 유체를 실린더(122) 안으로 보강하여 제동력을 높일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 강풍으로 인해서 기설정된 풍속 또는 회전수 이상으로 로터의 회전시, 또는 풍력발전기 내부 점검을 위해서 제동이 필요한 경우, 원격지에서 전력 계통에 연계된 제어부를 제어하여 캘리퍼 브레이크 유닛을 작동시킴으로써, 안정적인 기계식 제동을 통해서 발전기의 소손을 효율적으로 방지함은 물론 솔레노이드 밸브가 유압을 추가로 보강함으로써, 좀 더 안정적인 제동을 구현할 수 있다.
10: 지주
12: 로터
100: 제동 시스템
120: 캘리퍼 브레이크 유닛
121: 캘리퍼 하우징
122: 실린더
122a: 피스톤
124,125: 패드 플레이트
124a: 인너 패드
125a: 아웃터 패드
130: 브레이크 구동부
140: 솔레노이드 밸브
C: 제어부
D: 원판 디스크
L1: 유압 라인
T1: 리저버 탱크

Claims (2)

  1. 지주의 상단부에 바람에 의해 회전하는 복수의 블레이드를 포함하는 로터가 설치되며, 상기 로터의 회전축은 상기 로터의 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 발전기에 연결되며, 상기 발전기에는 상기 발전기에서 생산한 전기를 일정한 전압 및 전류로 변환하여 전력 계통으로 공급하는 전력 변환부가 연결되는 구성으로 이루어진 전력 계통 연계형 수직축 풍력발전기에서, 상기 로터의 회전을 정지시키기 위한 제동 시스템으로서,
    상기 회전축의 하단부에 설치되는 원판 디스크;
    유압에 의해 작동하며 선택적으로 상기 원판 디스크의 회전을 정지시키기 위하여 상기 원판 디스크의 일측에 설치되는 캘리퍼 브레이크 유닛;
    상기 캘리퍼 브레이크 유닛에 연결되는 유압 라인;
    상기 유압 라인에 작동 유체를 공급하기 위하여 상기 유압 라인에 연결되는 리저버 탱크;
    상기 유압 라인을 통해서 작동 유체를 이송시켜서 상기 캘리퍼 브레이크 유닛의 브레이크를 구동시키는 브레이크 구동부;
    상기 전력 계통에 연계되며 상기 브레이크 구동부의 작동을 제어하는 제어부; 및
    상기 캘리퍼 브레이크 유닛에 작동 유체를 추가로 공급하기 위한 솔레노이드 밸브를 포함하되,
    상기 전력 계통의 전원 공급시 상기 전력 계통에 연계된 상기 제어부에서 상기 캘리퍼 브레이크 유닛을 작동시켜서 상기 로터의 회전을 정지시키고,
    상기 솔레노이드 밸브는 선택적으로 상기 캘리퍼 브레이크 유닛에 작동 유체를 보강하여 제동력을 높이는 것을 특징으로 하는 전력 계통 연계형 수직축 풍력발전기의 제동 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 캘리퍼 브레이크 유닛은
    몸체를 이루는 캘리퍼 하우징;
    상기 캘리퍼 하우징의 일측에 형성되는 실린더;
    상기 캘리퍼 하우징의 타측에 형성되는 핑거부;
    상기 실린더 안에 유압에 의해서 전진하는 피스톤;
    상기 캘리퍼 하우징의 내부에 전 후진 운동할 수 있도록 일정간격 이격된 한 쌍의 패드 플레이트;
    상기 실린더에 연결되는 유압 라인;
    작동 유체를 공급하기 위하여 상기 유압 라인에 연결되는 리저버 탱크; 및
    상기 유압 라인을 통해서 작동 유체를 이송시켜서 캘리퍼 브레이크 유닛의 브레이크를 구동시키기 위한 브레이크 구동부를 포함하는 전력 계통 연계형 수직축 풍력발전기의 제동 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101995905B1 (ko) * 2018-03-27 2019-07-04 (주)썬테크 풍력 발전기 및 풍력 발전기의 발전모터

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