KR20220030786A

KR20220030786A - 풍력발전기의 경사보정장치

Info

Publication number: KR20220030786A
Application number: KR1020200112555A
Authority: KR
Inventors: 김주영
Original assignee: 한국전력기술 주식회사
Priority date: 2020-09-03
Filing date: 2020-09-03
Publication date: 2022-03-11
Also published as: KR102404219B1; EP3964705B1; DK3964705T3; EP3964705A1

Abstract

본 발명은 풍력발전기의 경사보정장치에 관한 것이다. 이러한 상기 풍력발전기의 경사보정장치는, 풍력에 의해 회전하는 블레이드; 상기 블레이드에 연결되는 구동축과 상기 구동축에 연결되어 전력을 생산하는 발전기를 갖는 넛셀부; 상기 넛셀부가 결합되는 타워부; 및 평행하게 놓인 상기 구동축을 상방 또는 하방으로 기울어지도록 조절하는 경사조절부;를 포함하여, 상기 블레이드가 바람과 마주하도록 경사를 조절하는 것을 특징으로 한다.

Description

풍력발전기의 경사보정장치{Tilting Correction Device for Wind Power Generator}

본 발명은 풍력발전기의 경사보정장치에 관한 것으로, 특히 풍력발전기의 블레이드가 바람에 마주하도록 경사를 보정할 수 있도록 한 경사보정장치에 관한 것이다.

부유식 풍력발전기는 부유체의 종류에 따라 크게 스파 타입(Spar Type), 반잠수식 타입(Semi-Submerged Type), 텐션 레그 플랫폼 타입(TLP Type : Tension-Leg Platform)으로 구분할 수 있다. 이들 모두의 타입에서 바람과 파랑에 의해 부유체는 기울어지는 특징이 있다. 부유체가 기울어지면 이에 부착되어 있는 풍력발전기의 타워 또한 기울어지게 되므로 그로 인해 풍력발전기에 여러 가지 문제가 야기된다.

첫째, 풍력발전기는 바람이 부는 방향과 블레이드가 결합된 구동축이 일직선을 이루도록 설계되어 발전효율을 향상시키도록 설계되어 있으나, 타워가 기울어지면 발전기의 수평축과 바람의 방향이 일치하지 않게 되어 발전 가능한 선회면적(Swept Area)이 작아져 발전량이 감소하는 문제가 있다.

둘째, 풍력발전기는 수평 방향에 대하여 경사각이 일정 기준 이상이 되는 경우 구조적 안정성을 유지하기 위해서 풍력발전기를 정지하도록 설계되어 있어서, 높은 풍력과 파랑이 존재할 경우 발전을 못하는 횟수가 늘어나 이용률 및 가용률이 감소하는 문제가 발생한다.

셋째, 위와 같은 문제를 해결하기 위해서, 밸러스트 탱크(Ballasting tank)를 사용하여 부유체를 수평으로 복원하는 경우, 밸러스트 탱크의 가동에 시간이 요구되고 수평 복원까지 과도한 시간이 요구되며, 밸러스트 탱크의 가동에 추가적인 전력소모를 야기하는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 요구를 해결하기 위해 안출된 것으로, 풍력발전기의 블레이드가 바람에 마주하도록 경사를 신속히 보정하고, 구조적으로 안정한 풍력발전기의 경사보정장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 풍력발전기의 요잉(회전)과 수평 방향에 대한 경사 보정을 동시에 수행할 수 있도록 한 풍력발전기의 경사보정장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기의 경사보정장치는, 풍력에 의해 회전하는 블레이드; 상기 블레이드에 연결되는 구동축과 상기 구동축에 연결되어 전력을 생산하는 발전기를 갖는 넛셀부; 상기 넛셀부가 결합되는 타워부; 및 평행하게 놓인 상기 구동축을 상방 또는 하방으로 기울어지도록 조절하는 경사조절부;를 포함하여, 상기 블레이드가 바람과 마주하도록 경사를 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 경사조절부는, 상기 타워부에 결합되는 지지판; 상기 지지판의 일측에 상기 넛셀부를 회전 가능하게 지지하는 제1 회전축; 상기 지지판의 타측에 마련되며, 상기 넛셀부가 상기 제1 회전축에 대하여 회전하는 힘을 제공하는 제1 가압부;를 포함하여서, 상기 제1 가압부에 의해 힘이 가해질 때, 상기 넛셀부는 상기 제1 회전축을 중심으로 회전하면서 기울어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 가압부는, 일단이 상기 지지판의 타측에 결합되고 타단이 상기 넛셀의 저면에 결합되는 유압실린더인 것이 바람직하다.

또한, 상기 넛셀부를 상기 타워부에 대하여 요잉시키도록 상기 지지판에 마련된 요잉구동부; 상기 요잉구동부의 제3 회전축에 마련되는 제1 기어부; 상기 타워부에 마련되어 상기 제1 기어부와 맞물리는 제2 기어부;를 포함하여서, 상기 제1 기어부가 상기 제2 기어부와 맞물려 있는 상태에서, 상기 요잉구동부가 동작하여 상기 넛셀부를 상기 타워부에 대하여 요잉시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 경사조절부는, 상측에 상기 발전기가 배치되는 플랫폼; 상기 플랫폼의 일측을 회전 가능하게 지지하는 제2 회전축; 상기 플랫폼이 상기 제2 회전축에 대하여 회전하는 힘을 제공하는 제2 가압부;를 포함하여서, 상기 제2 가압부에 의해 힘이 가해질 때, 상기 플랫폼은 상기 제2 회전축을 중심으로 회전하면서 기울어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2 가압부는, 일단이 상기 플랫폼의 타측에 결합되고 타단이 상기 넛셀의 저면에 결합되는 유압실린더인 것이 바람직하다.

또한, 상기 넛셀부를 상기 타워부에 대하여 요잉시키도록 상기 넛셀부의 하면에 마련된 요잉구동부; 상기 요잉구동부의 제3 회전축에 마련되는 제1 기어부; 상기 타워부에 마련되어 상기 제1 기어부와 맞물리는 제2 기어부;를 포함하여서, 상기 제1 기어부가 상기 제2 기어부와 맞물려 있는 상태에서, 상기 요잉구동부가 동작하여 상기 넛셀부를 상기 타워부에 대하여 요잉시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 풍력발전기의 경사보정장치는, 풍력발전기의 블레이드가 바람에 마주하도록 경사를 신속히 보정하는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 풍력발전기기는 구조적으로 안정하며, 비교적 간단한 구성에 의해 수평 방향에 대한 기울어짐을 보정할 수 있으며, 저비용으로 경사보정장치를 구현할 수 있다는 측면에서 경제적인 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 풍력발전기의 요잉(회전)과 수평 방향에 대한 경사 보정을 동시에 수행하는 효과를 제공한다. 요잉 파트와 경사 보정 파트를 결합시킴으로써, 넛셀의 내부 구조를 간소화시키는 효과를 제공한다.

도1 및 도2는 부유식 해상풍력발전기에 있어서 블레이드가 기울어지는 경우를 모식적으로 보여주는 도면,
도3은 본 발명 일 실시예에 따른 경사보정장치의 단면도,
도4 및 도5는 도3의 동작 상태를 보여주는 도면,
도6은 업윈드 타입(Upwind Type)의 풍력발전기에서, 본 발명 일 실시예에 따른 경사보정장치에 의해 블레이드의 경사가 보정된 상태를 보여주는 도면,
도7은 다운윈드 타입(Downwind Type)의 풍력발전기에서, 본 발명 일 실시예에 따른 경사보정장치에 의해 블레이드의 경사가 보정된 상태를 보여주는 도면,
도8은 본 발명 다른 실시예에 따른 경사보정장치의 단면도,
도9 및 도10은 도8의 동작 상태를 보여주는 도면,
도11은 본 발명에 따른 블럭도,
도12는 본 발명에 따른 흐름도이다.

이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나 이는 본 발명의 다양한 실시 예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 다양한 실시 예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.

본 발명의 다양한 실시 예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 발명(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "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.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.

본 발명의 다양한 실시 예에서 사용한 용어는 단지 특정일 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 다양한 실시 예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 다양한 실시 예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도3은 본 발명 일 실시예에 따른 경사보정장치의 단면도이고, 도4 및 도5는 도3의 동작 상태를 보여주는 도면이며, 도6 및 도7은 본 발명 일 실시예에 따른 경사보정장치에 의해 블레이드의 경사가 보정된 상태를 보여주는 도면이다. 도8은 본 발명 다른 실시예에 따른 경사보정장치의 단면도이고, 도9 및 도10은 도8의 동작 상태를 보여주는 도면이다. 도11은 본 발명에 따른 블럭도이고, 도12는 본 발명에 따른 흐름도이다.

본 발명에 따른 풍력발전기의 경사보정장치는, 풍력발전기의 블레이드가 바람의 방향과 마주할 수 있도록 수평 방향에 대한 기울어짐을 보정하기 위한 것이다. 특히, 본 발명에 따른 경사보정장치는, 수면에 부유하는 부유식 풍력발전기에서 파랑 또는 바람에 의해 부유시 풍력발전기를 지지하는 부유체가 수평 방향에 대하여 기울어질 경우, 풍력발전기에 마련된 블레이드가 바람 방향에 대하여 기울어져 경사지는 것을 보정하기 위해서 마련된 것이다.

도3을 참조하면, 본 발명에 따른 풍력발전기의 경사보정장치는, 블레이드(10), 넛셀부(20), 타워부(30), 및 경사조절부(40)를 포함한다.

상기 블레이드(10)는 풍력에 의해 회전하는 날개이다. 상기 블레이드(10)는 넛셀부(20)의 전면에 결합된다. 상기 블레이드(10)는 풍력발전기에서 사용되는 통상적인 블레이드(10)가 사용될 수 있다.

상기 넛셀부(20)는, 상기 블레이드(10)의 회전력을 이용하여 발전하기 위한 구성을 포함하는 부분이다. 상기 넛셀부(20)는, 상기 블레이드(10)에 결합되는 구동축(21), 상기 구동축(21)에 연결되는 기어부(22), 상기 기어부(22)에 연결되어 상기 블레이드(10)의 회전력에 의해 전력을 생산하는 발전기(23), 상기 발전기(23)에 의해 생산된 전력을 변환하는 전력변환부(24) 등 이 배치된다. 상기 넛셀부(20)의 내부 구성 자체는 이미 공지된 구성으로 이루어질 수 있다.

상기 타워부(30)는, 상기 넛셀부(20)가 결합되는 부분으로, 상하 방향으로 연장되는 기둥 형상으로 이루어진다. 상기 타워부(30)의 상측에 상기 넛셀부(20)가 결합된다.

상기 경사조절부(40)는, 상기 넛셀부(20)의 구동축(21)을 상방 또는 하방으로 기울어지도록 조절하기 위해서 마련된다. 상기 경사조절부(40)에 구동축(21)이 상방 또는 하방으로 기울어져 조절되면 상기 블레이드(10)가 바람과 마주하도록 경사가 조절된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 경사조절부(40)는, 지지판(41), 제1 회전축(42), 제1 가압부(43)를 포함한다.

상기 지지판(41)은 상기 타워부(30)에 결합된다. 본 실시예에 따르면, 상기 지지판(41)은 상기 타워부(30)의 상측에 수평 방향으로 마련된다. 상기 지지판(41)의 폭은 상기 타워부(30)의 폭보다 크게 형성된다. 따라서, 상기 지지판(41)의 일측과 타측은 상기 타워부(30)보다 바깥쪽에 위치한다.

상기 제1 회전축(42)은, 상기 지지판(41)의 일측에 상기 넛셀부(20)를 회전 가능하게 지지한다. 본 실시예에 있어서, 상기 제1 회전축(42)은 상기 지지판(41)의 일측 단부에 마련된 관통공(411)을 통해 삽입되고, 상기 넛셀부(20)에 고정 설치된다.

상기 제1 가압부(43)는, 상기 지지판(41)의 타측에 마련되어 상기 넛셀부(20)가 상기 제1 회전축(42)에 대하여 회전하는 힘을 제공한다. 상기 제1 가압부(43)에 의해 힘이 가해질 때, 상기 넛셀부(20)는 상기 제1 회전축(42)을 중심으로 회전하면서 기울어질 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 지지판(41)은 상기 타워부(30)의 상측에 고정된다. 상기 제1 가압부(43)는, 일단이 상기 지지판(41)의 타측에 결합되고 타단이 상기 넛셀부(20)의 저면에 결합되는 유압실린더로 이루어진다. 상기 유압실린더의 로드가 출몰되어 상기 지지판(41)의 타측과 상기 넛셀부(20) 사이의 거리가 변경되며, 상기 지지판(41)의 타측과 넛셀부(20) 사이의 거리가 변경될 때 상기 지지판(41)에 가해진 힘에 의해 상기 넛셀부(20)는 상기 제1 회전축(42)을 중심으로 회동한다.

물론, 본 실시예에 있어서, 상기 제1 가압부(43)는 유압실린더로 구현하였으나 상기 제1 가압부(43)가 유압실린더에 한정되는 것은 아니며, 상기 지지판(41)의 타측에 힘을 가하여 상기 지지판(41)을 회전시키는 기능을 수행할 수 있는 다른 수단으로 구현될 수도 있다. 이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 경사보정장치는, 상기 경사조절부(40)에 의해 블레이드(10)가 바람과 마주하도록 경사를 조절하여, 상기 블레이드(10)의 경사를 복원한다.

본 실시예의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 경사보정장치는, 상기 경사조절부(40)에 의해 경사를 보정하는 것과 아울러 넛셀부(20)의 요잉이 함께 이루어질 수 있도록 한다. 상기 경사보정장치는, 요잉을 가능하게 하기 위해서, 요잉구동부(50), 제1 기어부(53), 및 제2 기어부(54)를 포함한다.

상기 요잉구동부(50)는, 상기 넛셀부(20)를 상기 타워부(30)에 대하여 요잉(yawing)시키는 동력을 제공하기 위해서 마련된 것으로, 상기 지지판(41)에 마련된다. 본 실시예에 따르면, 상기 요잉구동부(50)는 제1 회전축(42)이 결합되는 상기 지지판(41)의 앞쪽과, 상기 지지판(41)의 타측에 해당하는 뒤쪽에 각각 마련된다. 상기 요잉구동부(50)는 모터로서, 몸체부(51)는 상기 지지판(41)에 결합되고, 상기 몸체부(51)로터 연장되는 제3 회전축(52)은 상기 지지판(41)의 하측 방향으로 돌출된다.

상기 제1 기어부(53)는 상기 제3 회전축(52)에 마련된다. 상기 제2 기어부(54)는 상기 타워부(30)에 마련되어 상기 제1 기어부(53)와 맞물려 배치된다. 본 실시예에 따르면, 상기 제2 기어부(54)는 상기 타워부(30)의 상측에 마련되고, 상기 제2 기어부(54)의 외측으로 상기 제1 기어부(53)가 맞물려 배치된다.

상기 제1 기어부(53)가 상기 제2 기어부(54)와 맞물려 있는 상태에서, 상기 요잉구동부(50)가 동작하면 상기 제1 기어부(53)가 회전되고, 상기 제1 기어부(53)는 제2 기어부(54)와 맞물려 있으므로, 상기 넛셀부(20)가 상기 타워부(30)에 대하여 요잉하게 된다. 이때, 상기 넛셀부(20)가 타워부(30)에 대하여 요잉한다는 것은, 상기 넛셀부(20)가 상기 타워부(30)의 중심에 대하여 시계방향 또는 반시계 방향으로 회전하는 것을 의미한다.

또한, 도11 및 도12에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 풍향을 센싱하는 제1 센서(60)와, 블레이드(10)의 기울어짐을 감지하는 제2 센서(70)를 포함한다. 그리고, 상기 제1 센서(60)에 의해 센싱된 풍향에 따라 넛셀부(20)를 회전시키는 것을 제어하고, 제2 센서(70)에 의해 센싱된 블레이드(10)의 기울기에 따라 상기 제1 가압부(43)를 제어하는 제어부(90)가 마련된다. 상기 제1 센서(60)에 의해 풍향이 감지되면, 블레이드(10)가 바람을 잘 맞을 수 있도록 특정 풍향에 대한 상기 넛셀부(20)의 위치가 소정의 설계 범위 내에 들어올 때까지 상기 제어부(90)는 상기 넛셀부(20)의 요잉을 수행한다. 또한, 상기 제2 센서(70)에 의해 블레이드(10)가 기울어진 것으로 감지되면, 소정의 설계 범위 내에 들어오도록 상기 블레이드(10)의 경사를 조절한다.

또한, 상기 제어부(90)는 상기 기울기의 보정 또는 요잉을 제어하는 것과 아울러, 풍력발전기에 마련된 밸러스트탱크의 수위를 함께 제어한다. 상기 제어부(90)는 밸러스트탱크의 수위를 계측하는 제3 센서(80)로부터 수위 신호를 전송받고, 밸러스트탱크의 수위를 조절하는 수위조절펌프를 제어하여 밸러스트탱크의 수위를 조절할 수 있다.

이하, 상기 구성에 따른 본 발명 실시예의 작용에 대하여 구체적으로 설명한다.

부유식 풍력발전기는, 수면에 부유하는 부유체(100), 상기 부유체(100)에 결합되는 타워부(30), 상기 타워부(30)에 결합되는 넛셀부(20), 및 풍력에 의해 회전되며 상기 넛셀부(20)에 결합되는 블레이드(10)를 포함한다. 상기 부유체(100)가 파랑 또는 바람에 의해 요동하면, 넛셀부(20)에 결합된 블레이드(10)가 수평 방향에 대하여 기울어지게 된다. 예컨대, 도6에 도시된 바와 같이 앞바람을 받는 업윈드 타입(Upwind Type)의 풍력발전기의 경우, 부유체(100)가 앞에서 불어오는 바람에 의해 뒤로 젖혀져 수평 방향에 대한 기준라인과 상기 블레이드(10)가 이루는 각도가 둔각이 되거나, 도7에 도시된 바와 같이 뒷바람을 받는 다운윈드 타입(Downwind Type)의 풍력발전기의 경우, 부유체(100)가 뒤에서 불어오는 바람에 의해 앞으로 젖혀져 수평 방향에 대한 기준라인과 상기 블레이드(10)가 이루는 각도가 예각이 될 수 있다. 이러한 경우, 본 발명은 상기 블레이드(10)가 바람을 잘 맞을 수 있도록 블레이드(10)의 기울어진 경사를 보정한다. 물론, 도6 및 도7은 스파 타입(Spar Type)의 부유체(100)를 도시하고 있으나, 본 발명이 적용되는 부유체는 이에 한정되지 않는다, 즉, 스파 타입(Spar Type), 반잠수식 타입(Semi-Submerged Type), 텐션 레그 플랫폼 타입(TLP Type : Tension-Leg Platform)에 적용 가능함은 물론이다.

구체적으로, 도4는 상기 지지판(41)과 넛셀부(20) 저면의 거리가 가까워지도록 유압실린더의 로드가 몰입된 상태를 도시한 것이다. 상기 지지판(41)은 타워부(30)에 대하여 회동하지 않으며, 상기 유압실린더의 로드가 몰입되면 상기 지지판(41)의 일측에 마련된 제1 회전축(42)을 중심으로 상기 넛셀부(20)가 회동한다. 결과적으로, 상기 지지판(41)의 뒷쪽은 상기 넛셀부(20)의 저면과 거리가 가까워지게 되고, 상기 넛셀부(20)의 앞쪽은 하방으로 경사지도록 회전된다. 이와 같이 블레이드(10)의 각도를 수평 기준라인에 대하여 하방으로 기울여 보정할 필요가 있는 경우, 상기 유압실린더의 로드가 몰입되도록 동작한다. 예컨대, 도6을 참조하면, 도6(a)와 같은 상태에서 도6(b)와 같이 블레이드(10)가 뒤로 밀리면, 유입실린더의 로드를 몰입시켜, 도6(c)와 같이 블레이드(10)를 수직한 방향으로 복원할 수 있다.

도5는 상기 지지판(41)과 넛셀부(20) 저면의 거리가 멀어지도록 유압실린더의 로드가 돌출된 상태를 도시한 것이다. 도5는 유압실린더의 로드가 돌출되면서 동작하는 것으로 실질적으로 도4의 작용과 반대로 이루어진다. 상기 지지판(41)은 타워부(30)에 대하여 회동하지 않으므로, 상기 유압실린더의 로드가 돌출되면 상기 유압실린더는 상기 넛셀부(20)의 저면에 미는 힘을 작용하여 상기 지지판(41)의 뒤쪽과 상기 넛셀부(20)의 저면의 거리가 더 멀어지게 된다. 이때, 상기 넛셀부(20)의 앞쪽은 상방으로 경사지도록 제1 회전축(42)을 중심으로 회전한다. 이와 같이 블레이드(10)의 각도를 수평 기준라인에 대하여 상방으로 기울여 보정할 필요가 있는 경우, 상기 유압실린더의 로드가 돌출되도록 동작한다. 예컨대, 도7을 참조하면, 도(a)와 같은 상태에서 도7(b)와 같이 블레이드(10)가 앞쪽으로 기울어지면, 유압실린더의 로드가 돌출되어, 도7(c)와 같이 블레이드(10)를 수직한 방향으로 복원할 수 있다.

그리고, 본 발명 실시예에 따르면, 상기 블레이드(10)의 경사를 보정하는 것과 아울러 상기 넛셀부(20)를 요잉시킬 수 있다. 상기 제1 기어부(53)와 제2 기어부(54)와 서로 맞물려 있는 상태에서 상기 요잉구동부(50)는 상기 제1 기어부(53)를 회전시킴으로써, 넛셀부(20)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시킬 수 있다.

이처럼, 본 발명 실시예에 따른 풍력발전기의 경사보정장치는, 상기 경사조절부(40)에 의해 블레이드(10)의 각도를 수평한 기준라인에 대하여 수직한 방향으로 신속하게 복원할 수 있다. 유압실린더로 이루어지는 제1 가압부(43)가 지지판(41)의 타측을 밀거나 당김으로써 넛셀부(20)를 제1 회전축(42)에 대하여 회전시키는 작용에 의해, 비교적 간편한 구조에 의해 신속하게 경사를 보정하는 효과를 제공한다. 뿐만 아니라, 지지판(41) 및 타워부(30)에 요잉을 위한 구성을 함께 배치하여, 간소화된 구조에 의해 넛셀부(20)를 동시에 요잉시킬 수 있는 효과를 제공한다.

한편, 본 발명에 따른 다른 실시예에 대하여, 도8 내지 도10을 참조하여 설명한다. 도8을 참조하면, 본 실시예에 따른 풍력발전기의 경사보정장치는, 경사조절부(40) 및 요잉을 위한 부분이 도3의 실시예와 상이한다.

본 실시예에 따른 풍력발전기의 경사보정장치에 채용된 경사조절부(40)는, 플랫폼(44), 제2 회전축(45), 및 제2 가압부(46)를 포함한다.

상기 플랫폼(44)은 넛셀부(20) 내에 배치되고, 상측에 발전기가 배치된다. 상기 플랫폼(44)의 상면에는 발전기 이외에, 상기 발전기에 연결되는 기어부, 상기 블레이드(10)에 결합되는 구동축(21), 상기 발전기에 의해 생산된 전력을 변환하는 전력변환부(24) 등의 구성이 배치될 수 있다.

상기 제2 회전축(45)은, 상기 플랫폼(44)의 일측을 회전 가능하게 지지한다. 상기 제2 회전축(45)은 상기 넛셀부(20)의 내부에 마련된 거치블럭(26)에 결합되고, 상기 플랫폼(44)은 상기 제2 회전축(45)을 중심으로 회동한다.

상기 제2 가압부(46)는, 상기 플랫폼(44)이 상기 제2 회전축(45)에 대하여 회전하는 힘을 제공하기 위해서 마련된다. 즉, 상기 제2 가압부(46)에 의해 힘이 가해질 때, 상기 플랫폼(44)은 상기 제2 회전축(45)을 중심으로 회전하면서 기울어진다.

본 실시예에 의하면, 상기 제2 가압부(46)는, 도3의 실시예과 유사하게, 일단이 상기 플랫폼(44)의 타측에 결합되고 타단이 상기 넛셀부(20)의 저면에 결합되는 유압실린더로 이루어진다. 상기 제2 가압부(46)가 상기 플랫폼(44)의 타측을 밀거나 당겨서 제2 회전축(45)에 대하여 회전시킨다. 물론, 본 실시예에 있어서, 상기 제2 가압부(46)는 유압실린더로 구현하였으나 상기 제2 가압부(46)가 유압실린더에 한정되는 것은 아니며, 상기 플랫폼(44)의 타측에 힘을 가하여 상기 플랫폼(44)을 회전시키는 기능을 수행할 수 있는 다른 수단으로 구현될 수도 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 상기 경사조절부(40)에 의해 경사를 보정하는 것과 아울러 넛셀부(20)를 요잉시키기 위해서, 요잉구동부(50), 제1 기어부(53), 및 제2 기어부(54)를 포함한다.

상기 요잉구동부(50)는, 상기 넛셀부(20)를 상기 타워부(30)에 대하여 요잉시키기 위한 동력을 제공하기 위해서 마련되는 것으로, 지지판(41)에 마련된다. 본 실시예에 따른 지지판(41)은 상기 타워부(30)의 상측에 결합된다. 상기 지지판(41)은 상기 타워부(30)의 상측에 고정된다. 본 실시예는 도3의 실시예와 달리, 넛셀부(20)가 상기 지지판(41)에 결합된다. 구체적으로, 상기 넛셀부(20)를 구성하는 케이스(25)는 상기 지지판(41)에 결합된다.

본 실시예에 따르면, 상기 요잉구동부(50)는 상기 지지판(41)의 앞쪽과, 상기 지지판(41)의 뒤쪽에 각각 마련된다. 상기 요잉구동부(50)는 모터로서, 몸체부(51)는 상기 지지판(41)에 결합되고, 상기 몸체부(51)로터 연장되는 제4 회전축(55)은 상기 지지판(41)의 하측 방향으로 돌출된다.

상기 제1 기어부(53)는 상기 제4 회전축(55)에 마련된다. 상기 제2 기어부(54)는 상기 타워부(30)에 마련되어 상기 제1 기어부(53)와 맞물려 배치된다. 본 실시예에 따르면, 상기 제2 기어부(54)는 상기 타워부(30)의 상측에 마련되고, 상기 제2 기어부(54)의 외측으로 상기 제1 기어부(53)가 맞물려 배치된다.

상기 제1 기어부(53)가 상기 제2 기어부(54)와 맞물려 있는 상태에서, 상기 요잉구동부(50)가 동작하면 상기 제1 기어부(53)를 회전시키고, 상기 제1 기어부(53)는 제2 기어부(54)와 맞물려 있으므로, 상기 넛셀부(20)가 상기 타워부(30)에 대하여 시계반향 또는 반시계 방향으로 요잉하게 된다.

이하, 본 실시예의 작용을 도9 및 도10을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도9는 유압실린더의 로드가 돌출된 상태를 도시한 것이다. 상기 넛셋부의 케이스(25)는 상기 지지판(41)에 결합되고, 상기 지지판(41)은 상기 타워부(30)의 상측에 고정된다. 따라서, 상기 넛셀부(20)의 케이스(25)는 수평 방향에 대하여 기울기가 변하지 않는다. 상기 유압실린더의 로드가 돌출되면, 상기 플랫폼(44)은 상기 제2 회전축(45)이 결합된 지점의 반대편이 들어올려지면서 상기 제2 회전축(45)을 중심으로 회전한다. 결과적으로, 상기 플랫폼(44)에 배치된 발전기, 구동축(21) 등이 상기 플랫폼(44)과 함께 기울어지면서 상기 블레이드(10)의 경사를 보정한다. 이와 같이 블레이드(10)의 각도를 수평 기준라인에 대하여 하방으로 기울여 보정할 필요가 있는 경우, 상기 유압실린더의 로드가 돌출되도록 동작한다. 예컨대, 도6(b)와 같이 블레이드(10)가 뒤로 밀려있는 상태에서, 유입실린더의 로드를 돌출시켜, 도6(c)와 같이 블레이드(10)를 수직한 방향으로 복원할 수 있다.

도10은 유압실린더의 로드가 몰입된 상태를 도시한 것이다. 도10은 유압실린더의 로드가 몰입되면서 동작하는 것으로 실질적으로 도9의 작용과 반대로 이루어진다. 상기 지지판(41)과 상기 넛셀부(20)의 케이스(25)는 타워부(30)에 대하여 기울기가 변하지 않으므로, 상기 유압실린더의 로드가 몰입되면 상기 플랫폼(44)은 상기 제2 회전축(45)이 결합된 지점의 반대편이 내려가면서 상기 제2 회전축(45)을 중심으로 회전한다. 결과적으로, 상기 플랫폼(44)에 배치된 발전기, 구동축(21) 등이 상기 플랫폼(44)과 함께 기울어지면서 상기 블레이드(10)의 경사가 보정된다. 이와 같이 블레이드(10)의 각도를 수평 기준라인에 대하여 상방으로 기울여 보정할 필요가 있는 경우, 상기 유압실린더의 로드가 몰입되도록 동작한다. 예컨대, 도7(b)와 같이 블레이드(10)가 앞쪽으로 기울어진 상태에서 유압실린더의 로드가 몰입되어, 도7(c)와 같이 블레이드(10)를 수직한 방향으로 복원할 수 있다.

그리고, 본 발명 실시예에 따르면, 도3의 실시예와 마찬가지로, 상기 블레이드(10)의 경사를 보정하는 것과 아울러 상기 넛셀부(20)를 요잉시킬 수 있다. 상기 제1 기어부(53)와 제2 기어부(54)와 서로 맞물려 있는 상태에서 상기 요잉구동부(50)는 상기 제1 기어부(53)를 회전시킴으로써, 넛셀부(20)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시킬 수 있다.

이처럼, 본 발명 실시예에 따른 풍력발전기의 경사보정장치는, 상기 경사조절부(40)에 의해 블레이드(10)의 각도를 수평한 기준라인에 대하여 수직한 방향으로 신속하게 복원할 수 있다. 유압실린더로 이루어지는 제2 가압부(46)가 플랫폼(44)의 타측을 밀거나 당김으로써 넛셀부(20)를 제2 회전축(45)에 대하여 회전시키는 작용에 의해, 비교적 간편한 구조에 의해 신속하게 경사를 보정하는 효과를 제공한다. 뿐만 아니라, 지지판(41) 및 타워부(30)에 요잉을 위한 구성을 함께 배치하여, 간소화된 구조에 의해 넛셀부(20)를 동시에 요잉시킬 수 있는 효과를 제공한다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 많은 변형이 제공될 수 있다.

10... 블레이드 20... 넛셀부
21... 구동축 22... 기어부
23... 발전기 24... 전력변환부
25... 케이스 26... 거치블럭
30... 타워부 40... 경사조절부
41... 지지판 411... 관통공
42... 제1 회전축 43... 제1 가압부
44... 플랫폼 45... 제2 회전축
46... 제2 가압부 50... 요잉구동부
51... 몸체부 52... 제3 회전축
53... 제1 기어부 54... 제2 기어부
55... 제4 회전축 60... 제1 센서
70... 제2 센서 80... 제3 센서
90... 제어부 100... 부유체

Claims

풍력에 의해 회전하는 블레이드;
상기 블레이드에 연결되는 구동축과 상기 구동축에 연결되어 전력을 생산하는 발전기를 갖는 넛셀부;
상기 넛셀부가 결합되는 타워부; 및
평행하게 놓인 상기 구동축을 상방 또는 하방으로 기울어지도록 조절하는 경사조절부;를 포함하여, 상기 블레이드가 바람과 마주하도록 경사를 조절하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 경사보정장치.
제1항에 있어서,
상기 경사조절부는,
상기 타워부에 결합되는 지지판;
상기 지지판의 일측에 상기 넛셀부를 회전 가능하게 지지하는 제1 회전축;
상기 지지판의 타측에 마련되며, 상기 넛셀부가 상기 제1 회전축에 대하여 회전하는 힘을 제공하는 제1 가압부;를 포함하여서,
상기 제1 가압부에 의해 힘이 가해질 때, 상기 넛셀은 상기 제1 회전축을 중심으로 회전하면서 기울어지는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 경사보정장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 가압부는, 일단이 상기 지지판의 타측에 결합되고 타단이 상기 넛셀의 저면에 결합되는 유압실린더인 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 경사보정장치.
제2항에 있어서,
상기 넛셀부를 상기 타워부에 대하여 요잉시키도록 상기 지지판에 마련된 요잉구동부;
상기 요잉구동부의 제3 회전축에 마련되는 제1 기어부;
상기 타워부에 마련되어 상기 제1 기어부와 맞물리는 제2 기어부;를 포함하여서,
상기 제1 기어부가 상기 제2 기어부와 맞물려 있는 상태에서, 상기 요잉구동부가 동작하여 상기 넛셀부를 상기 타워부에 대하여 요잉시키는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 경사보정장치.
제1항에 있어서,
상기 경사조절부는,
상측에 상기 발전기가 배치되는 플랫폼;
상기 플랫폼의 일측을 회전 가능하게 지지하는 제2 회전축;
상기 플랫폼이 상기 제2 회전축에 대하여 회전하는 힘을 제공하는 제2 가압부;를 포함하여서,
상기 제2 가압부에 의해 힘이 가해질 때, 상기 플랫폼은 상기 제2 회전축을 중심으로 회전하면서 기울어지는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 경사보정장치.
제5항에 있어서,
상기 제2 가압부는, 일단이 상기 플랫폼의 타측에 결합되고 타단이 상기 넛셀의 저면에 결합되는 유압실린더인 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 경사보정장치.
제5항에 있어서,
상기 넛셀부를 상기 타워부에 대하여 요잉시키도록 상기 넛셀부의 하면에 마련된 요잉구동부;
상기 요잉구동부의 제3 회전축에 마련되는 제1 기어부;
상기 타워부에 마련되어 상기 제1 기어부와 맞물리는 제2 기어부;를 포함하여서,
상기 제1 기어부가 상기 제2 기어부와 맞물려 있는 상태에서, 상기 요잉구동부가 동작하여 상기 넛셀부를 상기 타워부에 대하여 요잉시키는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 경사보정장치.