KR102176565B1

KR102176565B1 - Wind turbine

Info

Publication number: KR102176565B1
Application number: KR1020190103870A
Authority: KR
Inventors: 이성래
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2019-08-23
Filing date: 2019-08-23
Publication date: 2020-11-09
Anticipated expiration: 2039-08-23

Abstract

The present invention provides a wind turbine capable of efficiently cooling a turbine. The wind turbine according to an aspect of the present invention includes: a tower installed upright; a nacelle installed on the upper part of the tower; a rotor rotationally installed on the nacelle; an auxiliary rotor installed between the nacelle and the rotor and rotated by wind; a gear box connected to the auxiliary rotor; a cooling passage connected to the inside of the nacelle and moving cooling air therethrough; and a circulation fan for supplying air heated by the turbine toward the cooling passage. The circulation fan is connected to the auxiliary rotor via the gear box to receive power from the auxiliary rotor.

Description

Wind power generator {WIND TURBINE}

본 발명은 발전기를 효율적으로 냉각할 수 있는 풍력 발전기에 관한 것이다. The present invention relates to a wind power generator capable of efficiently cooling the generator.

풍력발전이란 풍차를 이용해 바람이 가진 에너지를 기계적인 에너지(회전력)로 변환시키고, 이 기계적 에너지가 발전기를 구동함으로써 전기적인 에너지로 변환되어 전력을 얻는 발전 방식을 말한다.Wind power generation refers to a power generation method that converts wind energy into mechanical energy (rotation power) using a windmill, and this mechanical energy is converted into electrical energy by driving a generator to obtain power.

풍력발전은 현재까지 개발된 신재생 에너지원 중에서 가장 경제성이 높을 뿐 아니라 무한정, 무비용의 청정에너지원인 바람을 이용하여 발전할 수 있는 장점 때문에 유럽은 물론 미주와 아시아 등지에서도 적극적인 투자가 이뤄지고 있는 실정이다.Wind power is the most economical among new renewable energy sources developed so far, and because of the advantage of being able to generate electricity using wind, which is an infinite, no-cost clean energy source, active investment is being made in Europe as well as the Americas and Asia. to be.

이러한 풍력발전을 위한 풍력 발전기는 회전축의 방향에 따라 수직축 풍력 발전기와 수평축 풍력 발전기로 구분될 수 있다. 현재까지는 수직축에 비해 수평축 풍력 발전기의 효율이 높고 안정적이어서 상업용 풍력발전단지에는 대부분 수평축 풍력 발전기가 적용되고 있다.Wind power generators for such wind power generation may be classified into a vertical axis wind generator and a horizontal axis wind generator according to the direction of the rotation axis. Until now, horizontal axis wind generators are more efficient and stable compared to vertical axis, so horizontal axis wind generators are mostly applied to commercial wind farms.

풍력 발전기에는 발전기와 컨버터 등이 설치되는데, 이러한 발전기를 냉각하기 위해서 냉각 시스템이 설치된다. 냉각 시스템은 냉매와 압축기와 팽창 탱크 등을 포함하는데, 종래의 냉각 시스템은 냉각을 위해서 전력을 소모하고 냉각 시스템의 유지 및 보수가 어려운 문제가 있다.A generator and a converter are installed in a wind generator, and a cooling system is installed to cool the generator. The cooling system includes a refrigerant, a compressor, an expansion tank, and the like. The conventional cooling system consumes power for cooling, and it is difficult to maintain and repair the cooling system.

본 발명은 발전기를 효율적으로 냉각할 수 있는 풍력 발전기를 제공한다.The present invention provides a wind power generator capable of efficiently cooling the generator.

본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전기는, 세워져 설치된 타워, 상기 타워의 상부에 설치된 나셀, 상기 나셀에 회전 가능하게 설치된 로터, 상기 나셀과 상기 로터 사이에 설치되어 바람에 의하여 회전하는 보조 로터, 상기 보조 로터와 연결된 기어 박스, 상기 나셀의 내부에 이어져 형성되며 냉각 공기가 이동하는 냉각 통로, 및 상기 냉각 통로를 향하여 상기 발전기에서 가열된 공기를 공급하는 순환 팬을 포함하고, 상기 순환 팬은 상기 기어 박스를 매개로 상기 보조 로터와 연결되어 상기 보조 로터에서 동력을 공급받는다.A wind turbine generator according to an aspect of the present invention includes an erected tower, a nacelle installed on the top of the tower, a rotor rotatably installed on the nacelle, an auxiliary rotor installed between the nacelle and the rotor to rotate by wind, the A gear box connected to the auxiliary rotor, a cooling passage formed by being connected to the inside of the nacelle and moving cooling air, and a circulation fan supplying air heated by the generator toward the cooling passage, and the circulation fan is the gear It is connected to the auxiliary rotor via a box to receive power from the auxiliary rotor.

여기서, 상기 나셀의 전면에는 상기 냉각 통로와 연결된 복수의 전면 개구가 형성될 수 있다.Here, a plurality of front openings connected to the cooling passage may be formed on the front surface of the nacelle.

또한, 상기 나셀은 상기 로터와 연결된 헤드부와 상기 헤드부의 후방으로 돌출된 바디부를 포함하고, 상기 헤드부의 측단은 상기 바디부보다 더 외측으로 돌출되며, 상기 헤드부의 후면에는 상기 냉각 통로와 연결된 후면 개구가 형성될 수 있다.In addition, the nacelle includes a head portion connected to the rotor and a body portion protruding to the rear of the head portion, and a side end of the head portion protrudes more outward than the body portion, and a rear surface connected to the cooling passage at the rear side of the head portion An opening can be formed.

또한, 상기 전면 개구와 상기 후면 개구는 상기 헤드부에서 상기 바디부보다 더 외측으로 돌출된 부분에 형성될 수 있다.In addition, the front opening and the rear opening may be formed in a portion protruding more outward from the head portion than the body portion.

또한, 상기 나셀의 내부에는 상기 발전기가 위치하는 내부 공간과 상기 냉각 통로가 위치하는 냉각 공간을 분리하는 분할판이 설치되고, 상기 분할판에는 상기 냉각 공간으로 공기가 유입되는 유입 개구와 상기 냉각 공간에서 상기 내부 공간으로 공기가 배출되는 배출 개구가 형성될 수 있다.In addition, a partition plate is installed in the nacelle to separate the inner space in which the generator is located and the cooling space in which the cooling passage is located, and the partition plate has an inlet opening through which air is introduced into the cooling space and the cooling space. A discharge opening through which air is discharged into the inner space may be formed.

또한, 상기 순환 팬은 상기 유입 개구에 설치될 수 있다.In addition, the circulation fan may be installed in the inlet opening.

또한, 상기 기어 박스는 베벨 기어를 포함할 수 있다.In addition, the gear box may include a bevel gear.

또한, 상기 냉각 공간에는 상기 내부 공간에서 유입된 공기가 이동하는 열전달 통로와 상기 냉각 통로를 분리하는 방열판이 설치될 수 있다.In addition, a heat dissipating plate separating the cooling passage from a heat transfer passage through which air introduced from the inner space moves may be installed in the cooling space.

또한, 상기 보조 로터에는 구동축이 연결 설치되고, 상기 구동축에는 복수의 기어 박스가 연결 설치되며, 각각의 상기 기어 박스에는 순환 팬이 연결 설치될 수 있다.In addition, a drive shaft may be connected to the auxiliary rotor, a plurality of gear boxes may be connected to the drive shaft, and a circulation fan may be connected to each of the gear boxes.

본 발명의 다른 측면에 따른 풍력 발전기는 세워져 설치된 타워, 상기 타워의 상부에 설치된 나셀, 상기 나셀에 회전 가능하게 설치된 로터, 상기 나셀의 내부에 이어져 형성되며 상기 나셀의 전방에서 공기를 공급 받아 상기 나셀 외부로 공기를 배출하는 냉각 통로, 상기 발전기가 위치하는 내부 공간과 상기 냉각 통로가 위치하는 냉각 공간을 분리하는 분할판, 및 상기 분할판에 형성된 개구에 설치되어 상기 내부 공간에서 상기 냉각 공간으로 공기를 공급하는 순환 팬을 포함한다.A wind turbine generator according to another aspect of the present invention includes an erected tower, a nacelle installed on the top of the tower, a rotor rotatably installed on the nacelle, and connected to the inside of the nacelle, and receiving air from the front of the nacelle. A cooling passage for discharging air to the outside, a partition plate separating an inner space in which the generator is located and a cooling space in which the cooling passage is located, and air from the inner space to the cooling space by being installed in an opening formed in the partition plate. It includes a circulation fan to supply it.

또한, 상기 나셀은 상기 로터와 연결된 헤드부와 상기 헤드부의 후방으로 돌출된 바디부를 포함하고, 상기 헤드부의 후면에는 상기 냉각 통로와 연결된 후면 개구가 형성되며, 상기 전면 개구와 상기 후면 개구는 상기 헤드부에서 상기 바디부보다 더 외측으로 돌출된 부분에 형성될 수 있다.In addition, the nacelle includes a head portion connected to the rotor and a body portion protruding to the rear of the head portion, and a rear opening connected to the cooling passage is formed at a rear surface of the head portion, and the front opening and the rear opening are the head The portion may be formed on a portion protruding further outward than the body portion.

또한, 상기 발전기는 기어리스(gearless) 발전기로 이루어질 수 있다.Further, the generator may be made of a gearless generator.

상기한 바와 같이 본 발명의 일 측면에 따르면, 순환 팬이 보조 로터와 연결되어 회전하면서 외부의 동력 없이 발전기에서 가열된 공기가 냉각 통로와 열교환으로 냉각될 수 있다.As described above, according to an aspect of the present invention, while the circulation fan is connected to the auxiliary rotor and rotates, air heated by the generator without external power may be cooled by heat exchange with the cooling passage.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전기를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 나셀과 로터를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 나셀을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 보조 로터와 기어 박스와 순환 팬을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 나셀의 일부를 도시한 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 나셀의 일부를 도시한 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 보조 로터와 기어 박스와 순환 팬을 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing a wind power generator according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing a nacelle and a rotor according to a first embodiment of the present invention.
3 is a perspective view showing a nacelle according to the first embodiment of the present invention.
4 is a perspective view showing an auxiliary rotor, a gear box, and a circulation fan according to the first embodiment of the present invention.
5 is a longitudinal sectional view showing a part of the nacelle according to the first embodiment of the present invention.
6 is a longitudinal sectional view showing a part of a nacelle according to a second embodiment of the present invention.
7 is a perspective view showing an auxiliary rotor, a gear box, and a circulation fan according to a third embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 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 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is intended to illustrate specific embodiments and to be described in detail in the detailed description, since various transformations can be applied and various embodiments can be provided. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명에서 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 발명에서, '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 terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present invention, terms such as'comprise' or'have' are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this case, it should be noted that in the accompanying drawings, the same components are indicated by the same reference numerals as possible. In addition, detailed descriptions of known functions and configurations that may obscure the subject matter of the present invention will be omitted. For the same reason, some components in the accompanying drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전기에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전기를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 나셀과 로터를 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 나셀을 도시한 사시도이다.Hereinafter, a wind power generator according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. 1 is a perspective view showing a wind power generator according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view showing a nacelle and a rotor according to the first embodiment of the present invention, and Figure 3 is a first embodiment of the present invention It is a perspective view showing a nacelle according to an example.

도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 풍력 발전기(10)는, 타워(110), 나셀(120), 로터(130), 발전기(150), 보조 로터(160), 기어 박스(165), 냉각 통로(190), 순환 팬(180)을 포함한다. 1 to 3, the wind power generator 10 according to the first embodiment includes a tower 110, a nacelle 120, a rotor 130, a generator 150, and an auxiliary rotor 160 , A gear box 165, a cooling passage 190, and a circulation fan 180.

타워(110)는 지상 및 해상에서 일정한 높이로 세워져 설치되며, 나셀(120)과 로터(130)를 지지한다. 타워(110)는 상단에서 하단으로 갈수록 직경이 증가하는 관형 형상을 가질 수 있다. 이때, 타워(110)는 복수의 관형 부재가 적층된 다단 형태로 이루어질 수 있다. 한편, 타워(110) 내부에는 유지 보수를 위해 작업자나 작업도구를 이송시키는 계단, 컨베이어 또는 승강기가 설치될 수 있다. The tower 110 is erected and installed at a constant height on the ground and at sea, and supports the nacelle 120 and the rotor 130. The tower 110 may have a tubular shape whose diameter increases from the top to the bottom. In this case, the tower 110 may be formed in a multi-stage shape in which a plurality of tubular members are stacked. Meanwhile, a staircase, a conveyor, or an elevator may be installed inside the tower 110 to transport workers or work tools for maintenance.

타워(110)의 상부에는 나셀(120)이 타워(110)에 대하여 요잉(yawing) 가능하도록 설치될 수 있다. 나셀(120)은 타워(110)의 상부에 위치하며 타워(110) 하부에 대하여 회전 가능하게 결합될 수 있다. 나셀(120)는 발전기(150) 등을 수용하는 하우징으로, 나셀(120)의 내부에는 풍력 발전기(10)의 구동을 위한 다양한 장치들이 설치될 수 있다.A nacelle 120 may be installed on the tower 110 to enable yawing with respect to the tower 110. The nacelle 120 is located above the tower 110 and may be rotatably coupled to the lower portion of the tower 110. The nacelle 120 is a housing accommodating the generator 150, and various devices for driving the wind power generator 10 may be installed inside the nacelle 120.

로터(130)는 허브(131)와 복수의 블레이드(132)로 이루어지는데, 허브(131)는 나셀(120)의 전면에 회전 가능하게 설치된다. 그리고, 복수의 블레이드(132)는 허브(131)의 외주면에 원주 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 이격되어 결합된다. The rotor 130 is composed of a hub 131 and a plurality of blades 132, and the hub 131 is rotatably installed on the front surface of the nacelle 120. In addition, the plurality of blades 132 are coupled to the outer peripheral surface of the hub 131 by being spaced apart at predetermined intervals along the circumferential direction.

허브(131)는 바람의 저항을 감소시키기 위해 전방으로 볼록하게 돌출된 원추형으로 이루어질 수 있다. 블레이드(132)는 바람에 의해 허브(131)의 중심축을 중심으로 회전한다. 블레이드(132)는 폭 방향으로 유선형 단면을 가지며, 내부에는 공간부가 형성될 수 있다. The hub 131 may be formed in a conical shape protruding convexly forward to reduce wind resistance. The blade 132 rotates about the central axis of the hub 131 by wind. The blade 132 has a streamlined cross section in the width direction, and a space portion may be formed therein.

나셀(120)의 내부에는 타워(110)와 지지관(123)을 연결하는 메인 프레임(121)이 설치되며, 메인 프레임(121)의 선단에는 로터(130)를 지지하는 지지관(123)이 설치될 수 있다. 지지관(123)은 전방에서 후방으로 갈수록 외경이 점진적으로 증가하는 구조로 이루어질 수 있다. 지지관(123)은 로터(130)와 연결되어 로터(130)를 지지한다.A main frame 121 connecting the tower 110 and the support pipe 123 is installed inside the nacelle 120, and a support pipe 123 supporting the rotor 130 is at the front end of the main frame 121 Can be installed. The support pipe 123 may have a structure in which the outer diameter gradually increases from the front to the rear. The support pipe 123 is connected to the rotor 130 to support the rotor 130.

발전기(150)는 증속기를 갖지 않고 로터(130)에 직접 연결되는 기어리스(gearless) 타입의 환형 발전기로 이루어진다. 기어리스 발전기는 감속기를 구비하지 않고 로터(130)에 직접 연결된 발전기를 의미하며 직접 구동형 발전기라고도 한다. 기어리스 발전기는 기어를 갖는 발전기에 비하여 큰 직경을 갖는다.The generator 150 is made of a gearless type annular generator that is directly connected to the rotor 130 without having a gearbox. The gearless generator refers to a generator directly connected to the rotor 130 without having a reducer, and is also referred to as a direct drive generator. Gearless generators have a larger diameter than generators with gears.

발전기(150)는 고정자 모듈(152)과 고정자 모듈(152)에서 이격된 회전자 모듈(151)을 구비한다. 회전자 모듈(151)은 로터(130)와 연결되어 회전하며 고정자 모듈(152)은 지지관(123)에 고정된다. 회전자 모듈(151)은 고정자 모듈(152)의 외면에서 갭을 두고 이격되어 고정자 모듈(152)의 외주면을 감싸도록 설치될 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 널리 알려진 바와 같이 고정자가 회전자의 외주면을 감싸도록 형성될 수도 있다.The generator 150 includes a stator module 152 and a rotor module 151 spaced apart from the stator module 152. The rotor module 151 is connected to the rotor 130 and rotates, and the stator module 152 is fixed to the support tube 123. The rotor module 151 may be spaced apart from the outer surface of the stator module 152 with a gap and may be installed to surround the outer circumferential surface of the stator module 152. However, the present invention is not limited thereto, and as is widely known, the stator may be formed to surround the outer peripheral surface of the rotor.

회전자 모듈(151)은 제1 지지부재(151a), 제1 지지부재(151a)에 고정된 영구자석들(151b)을 포함한다. 제1 지지부재(151a)는 로터(130)와 연결되되, 지지관(123)에 베어링(126)을 매개로 연결된다. 제1 지지부재(151a)는 고리 형상으로 이어져 형성되며, 제1 지지부재(151a)의 내면에 영구자석들(151b)이 설치된다. The rotor module 151 includes a first support member 151a and permanent magnets 151b fixed to the first support member 151a. The first support member 151a is connected to the rotor 130, and is connected to the support pipe 123 through a bearing 126. The first support member 151a is formed in a ring shape, and permanent magnets 151b are installed on the inner surface of the first support member 151a.

고정자 모듈(152)은 제2 지지부재(152a)와 제2 지지부재(152a)에 고정된 전자석(152b)을 포함할 수 있다. 전자석(152b)은 코어와 코어를 감싸는 코일을 포함하며, 전자석(152b)에는 회전하는 회전자 모듈(151)에 의하여 기전력이 유도된다.The stator module 152 may include a second support member 152a and an electromagnet 152b fixed to the second support member 152a. The electromagnet 152b includes a core and a coil surrounding the core, and an electromotive force is induced in the electromagnet 152b by a rotating rotor module 151.

나셀(120)은 로터(130)와 연결된 헤드부(120a)와 헤드부(120a)의 후방으로 돌출된 바디부(120b)를 포함할 수 있다. 헤드부(120a)는 직사각형의 종단면을 갖는 상자 형상으로 이루어지며 헤드부(120a)의 측단은 바디부(120b)보다 더 외측으로 돌출된다. 특히 헤드부(120a)는 4개의 모서리 부분이 바디부(120b)보다 더 외측으로 돌출될 수 있다.The nacelle 120 may include a head portion 120a connected to the rotor 130 and a body portion 120b protruding to the rear of the head portion 120a. The head portion 120a is formed in a box shape having a rectangular longitudinal section, and the side end of the head portion 120a protrudes more outward than the body portion 120b. In particular, the four corner portions of the head portion 120a may protrude more outward than the body portion 120b.

헤드부(120a)의 전면에는 냉각 통로(190)와 연결된 전면 개구(128)가 형성될 수 있으며, 헤드부(120a)의 후면에는 냉각 통로(190)와 연결된 후면 개구(129)가 형성될 수 있다. 전면 개구(128)와 후면 개구(129)는 헤드부(120a)에서 바디부(120b)보다 더 외측으로 돌출된 부분에 형성되며, 헤드부(120a)의 모서리와 인접한 코너부에 형성될 수 있다.A front opening 128 connected to the cooling passage 190 may be formed in the front of the head portion 120a, and a rear opening 129 connected to the cooling passage 190 may be formed in the rear of the head portion 120a. have. The front opening 128 and the rear opening 129 are formed in a portion protruding from the head portion 120a to the outside of the body portion 120b, and may be formed in a corner portion adjacent to the edge of the head portion 120a. .

이에 따라 냉각용 공기는 헤드부(120a)의 전면으로 유입되어 헤드부(120a)의 후면으로 배출될 수 있다. 또한 헤드부(120a)의 전면에는 로터(130)와 결합되는 설치 홀(127)이 형성될 수 있다.Accordingly, the cooling air may be introduced into the front surface of the head unit 120a and discharged to the rear surface of the head unit 120a. In addition, an installation hole 127 coupled to the rotor 130 may be formed on the front surface of the head portion 120a.

본 제1 실시예와 같이 바디부(120b)보다 더 외측으로 돌출된 헤드부(120a)가 형성되면 발전기(150)를 냉각한 공기가 헤드부(120a)만 통과하여 나셀(120)의 외부로 용이하게 배출될 수 있다.When the head portion 120a protruding more outward than the body portion 120b is formed as in the first embodiment, the air cooled by the generator 150 passes through only the head portion 120a to the outside of the nacelle 120. Can be easily discharged.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 보조 로터와 기어 박스와 순환 팬을 도시한 사시도이다.4 is a perspective view showing an auxiliary rotor, a gear box, and a circulation fan according to the first embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 보조 로터(160)는 헤드부(120a)의 전면에 설치되며, 풍력 발전기의 전면을 향하도록(도 1의 x축 방향) 설치된다. 헤드부(120a)의 전면에는 4개의 보조 로터(160)가 설치될 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 보조 로터(160)는 헤드부(120a)의 4개의 코너부에 각각 설치될 수 있다. 또한, 보조 로터(160)는 바람에 의하여 회전하며, 전면 개구(128)로 유입되는 공기의 이동에 의하여 보조 로터(160)가 회전할 수 있다. 전면 개구(128)와 후면 개구(129)가 형성되지 않으면 보조 로터(160)가 설치된다 하더라도 보조 로터(160)가 공기에 의하여 원활하게 회전하지 못한다. 그러나 본 제1 실시예에 따르면 전면 개구(128)와 후면 개구(129)가 형성되어 보조 로터(160)가 전방에서 유입되는 공기에 의하여 원활하게 회전할 수 있다. Referring to FIGS. 3 and 4, the auxiliary rotor 160 is installed on the front of the head 120a, and is installed to face the front of the wind generator (in the x-axis direction in FIG. 1). Four auxiliary rotors 160 may be installed on the front of the head portion 120a, but the present invention is not limited thereto. The auxiliary rotor 160 may be installed at each of the four corners of the head 120a. In addition, the auxiliary rotor 160 rotates by wind, and the auxiliary rotor 160 may rotate by the movement of air introduced into the front opening 128. If the front opening 128 and the rear opening 129 are not formed, even if the auxiliary rotor 160 is installed, the auxiliary rotor 160 cannot rotate smoothly by air. However, according to the first embodiment, the front opening 128 and the rear opening 129 are formed so that the auxiliary rotor 160 can be smoothly rotated by the air introduced from the front.

보조 로터(160)는 보조 허브(161)와 보조 블레이드(162)를 포함한다. 보조 로터(160)에는 보조 로터(160)와 함께 회전하는 구동축(163)이 연결 설치되고, 구동축(163)에는 기어 박스(165)가 연결 설치된다. 기어 박스(165)는 방향 전환을 위한 베벨 기어 등을 포함할 수 있다. 기어 박스(165)에는 연결축(183)이 결합되며, 연결축(183)에는 순환 팬(180)이 설치된다. 이에 따라 순환 팬(180)은 기어 박스(165)를 매개로 보조 로터(160)와 연결되며, 보조 로터(160)에서 동력을 공급 받을 수 있다. 이에 따라 순환 팬(180)을 회전시키기 위하여 별도의 전력을 소모하지 않을 수 있다. 순환 팬(180)은 공기를 이동시킬 수 있도록 중심 허브(181)와 날개들(182)을 포함한다.The auxiliary rotor 160 includes an auxiliary hub 161 and an auxiliary blade 162. A drive shaft 163 rotating together with the auxiliary rotor 160 is connected to the auxiliary rotor 160, and a gear box 165 is connected to the driving shaft 163. The gear box 165 may include a bevel gear or the like for direction change. A connection shaft 183 is coupled to the gear box 165, and a circulation fan 180 is installed on the connection shaft 183. Accordingly, the circulation fan 180 is connected to the auxiliary rotor 160 via the gear box 165 and may receive power from the auxiliary rotor 160. Accordingly, additional power may not be consumed to rotate the circulation fan 180. The circulation fan 180 includes a central hub 181 and wings 182 to move air.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 나셀의 일부를 도시한 종단면도이다.5 is a longitudinal sectional view showing a part of the nacelle according to the first embodiment of the present invention.

도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 나셀(120)의 내부에는 발전기(150)가 위치하는 내부 공간(IS1)과 냉각 통로(190)가 위치하는 냉각 공간(CS1)을 분리하는 분할판(170)이 설치되고 분할판(170)은 대략 원형의 종단면을 갖도록 이어져 형성될 수 있다. 냉각 공간(CS1)에는 전면 개구(128)와 후면 개구(129)에 연결된 냉각 통로(190)가 위치하며, 냉각 통로(190)는 나셀(120)의 내부에 이어져 형성되며 원형, 육각형 등의 단면을 갖는 관으로 이루어질 수 있다. 냉각 통로(190)는 헤드부(120a) 내에만 위치할 수 있다.Referring to FIGS. 4 and 5, a partition plate separating the inner space IS1 in which the generator 150 is located and the cooling space CS1 in which the cooling passage 190 is located inside the nacelle 120 ( 170) is installed and the partition plate 170 may be formed to be connected to have an approximately circular longitudinal section. In the cooling space CS1, a cooling passage 190 connected to the front opening 128 and the rear opening 129 is positioned, and the cooling passage 190 is formed by being connected to the inside of the nacelle 120 and has a circular, hexagonal cross section. It can be made of a tube having. The cooling passage 190 may be located only in the head portion 120a.

분할판(170)에는 냉각 공간(CS1)으로 공기가 유입되는 유입 개구(171)와 냉각 공간(CS1)에서 내부 공간으로 공기가 배출되는 배출 개구(172)가 형성될 수 있다. 순환 팬(180)은 유입 개구(171)에 설치되어 발전기(150)에 의하여 가열된 공기를 냉각 공간(CS1)으로 공급할 수 있다.An inlet opening 171 through which air is introduced into the cooling space CS1 and an exhaust opening 172 through which air is discharged from the cooling space CS1 into the inner space may be formed in the partition plate 170. The circulation fan 180 may be installed in the inlet opening 171 to supply air heated by the generator 150 to the cooling space CS1.

상기한 바와 같이 본 제1 실시예에 따르면 순환 팬(180)에 의하여 가열된 공기가 냉각 공간(CS1)으로 이동하고 냉각 공간(CS1)에서 냉각 통로(190)와의 열교환으로 냉각된 후에 내부 공간(IS1)으로 공급되어 발전기(150)를 냉각할 수 있다. 또한, 외부의 공기는 냉각 통로(190)로만 이동하고 내부의 공기와 혼합되지 않으므로 나셀(120) 내부로 먼지 및 오염물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다. As described above, according to the first embodiment, after the air heated by the circulation fan 180 moves to the cooling space CS1 and is cooled by heat exchange with the cooling passage 190 in the cooling space CS1, the internal space ( IS1) can be supplied to cool the generator 150. In addition, since external air moves only to the cooling passage 190 and is not mixed with the internal air, it is possible to prevent dust and pollutants from entering the nacelle 120.

또한, 본 제1 실시예에 따르면 순환 팬(180)이 보조 로터(160)로부터 동력을 공급받으므로 냉각을 위한 전력의 소비 없이 발전기(150)를 효율적으로 냉각할 수 있다. 기어리스 발전기의 경우, 기어를 갖는 발전기에 비하여 상대적으로 외경이 크게 형성되는데, 기어리스 발전기의 외측에 형성되는 잉여 공간에 냉각 통로(190)를 설치하여 기어리스 발전기를 효율적으로 냉각할 수 있다.In addition, according to the first embodiment, since the circulation fan 180 receives power from the auxiliary rotor 160, the generator 150 can be efficiently cooled without consumption of power for cooling. In the case of a gearless generator, the outer diameter is formed relatively larger than that of a generator having a gear, and a cooling passage 190 is installed in an excess space formed outside of the gearless generator to efficiently cool the gearless generator.

이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력 발전기에 대해서 설명한다. 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 나셀의 일부를 도시한 종단면도이다.Hereinafter, a wind power generator according to a second embodiment of the present invention will be described. 6 is a longitudinal sectional view showing a part of a nacelle according to a second embodiment of the present invention.

본 제2 실시예에 따른 풍력 발전기는 냉각 통로(S2)의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 풍력 발전기와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.Since the wind turbine generator according to the second embodiment has the same structure as the wind turbine generator according to the first embodiment, except for the structure of the cooling passage S2, a redundant description of the same configuration will be omitted.

도 6을 참조하여 설명하면, 나셀(220)의 내부에는 발전기가 위치하는 내부 공간(IS2)과 냉각 통로(S2)가 위치하는 냉각 공간(CS2)을 분리하는 분할판(270)이 설치되고 분할판(270)은 대략 원형의 종단면을 갖도록 이어져 형성될 수 있다. Referring to FIG. 6, a partition plate 270 is installed in the nacelle 220 to separate the internal space IS2 in which the generator is located and the cooling space CS2 in which the cooling passage S2 is located. The plate 270 may be formed to be connected to have an approximately circular longitudinal section.

냉각 공간(CS2)에는 전면 개구와 후면 개구에 연결된 냉각 통로(S2)가 형성되며, 냉각 통로(S2)는 방열판(290)에 의하여 내부 공간(IS2)에서 유입된 공기가 이동하는 열전달 통로(S1)와 분리된다. 즉, 냉각 공간(CS2)은 방열판(290)에 의하여 냉각 통로(S2)와 열전달 통로(S1)로 분할된다.In the cooling space CS2, a cooling passage S2 connected to the front opening and the rear opening is formed, and the cooling passage S2 is a heat transfer passage S1 through which air introduced from the inner space IS2 by the heat sink 290 moves. ) And separate. That is, the cooling space CS2 is divided into a cooling passage S2 and a heat transfer passage S1 by the heat sink 290.

방열판(290)은 열전달 면적이 증가될 수 있도록 요철 구조의 단면을 가질 수 있다. 또한, 방열판(290)에 의하여 냉각 통로(S2)와 열전달 통로(S1)는 공간적으로 분리되어 내부 공간(IS2)에서 유입된 공기는 외부 공기와 혼합되지 않는다.The heat sink 290 may have a cross section of an uneven structure so that a heat transfer area can be increased. Further, the cooling passage S2 and the heat transfer passage S1 are spatially separated by the heat sink 290 so that the air introduced from the inner space IS2 is not mixed with the external air.

전면 개구와 후면 개구는 냉각 통로(S2)와 대응되는 형상으로 이루어져서 전면 개구를 통해서 외부의 공기가 냉각 통로(S2)에 유입되고 후면 개구를 통해서 냉각 통로(S2)에서 공기가 배출될 수 있다. The front opening and the rear opening have a shape corresponding to the cooling passage S2, so that external air may be introduced into the cooling passage S2 through the front opening, and air may be discharged from the cooling passage S2 through the rear opening.

분할판(270)에는 열전달 통로(S1)로 공기가 유입되는 유입 개구(271)와 열전달 통로(S1)에서 내부 공간으로 공기가 배출되는 배출 개구(272)가 형성될 수 있다. 열전달 통로(S1)는 이어져 형성되며 유입 개구(271) 및 배출 개구(272)와 연결된다. 순환 팬(280)은 유입 개구(271)에 설치되어 발전기에 의하여 가열된 공기를 냉각 공간(CS2)으로 공급할 수 있다. 순환 팬(280)은 중심 허브(281)와 날개들(282)을 포함하며, 기어 박스를 매개로 보조 로터와 연결되어 보조 로터에서 회전력을 전달 받는다.The partition plate 270 may have an inlet opening 271 through which air is introduced into the heat transfer passage S1 and an exhaust opening 272 through which air is discharged from the heat transfer passage S1 into the inner space. The heat transfer passage S1 is continuously formed and is connected to the inlet opening 271 and the outlet opening 272. The circulation fan 280 is installed in the inlet opening 271 to supply air heated by the generator to the cooling space CS2. The circulation fan 280 includes a central hub 281 and blades 282, and is connected to an auxiliary rotor via a gear box to receive rotational force from the auxiliary rotor.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 보조 로터와 기어 박스와 순환 팬을 도시한 사시도이다.7 is a perspective view showing an auxiliary rotor, a gear box, and a circulation fan according to a third embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력 발전기에 대해서 설명한다. 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 보조 로터와 기어 박스와 순환 팬을 도시한 사시도이다.Hereinafter, a wind power generator according to a third embodiment of the present invention will be described. 7 is a perspective view showing an auxiliary rotor, a gear box, and a circulation fan according to a third embodiment of the present invention.

본 제3 실시예에 따른 풍력 발전기는 기어 박스(365)와 순환 팬(380)을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 풍력 발전기와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.The wind power generator according to the third embodiment has the same structure as the wind power generator according to the first embodiment, except for the gear box 365 and the circulation fan 380, and thus a duplicate description of the same configuration will be omitted. .

보조 로터(360)는 나셀의 전면에 설치되며, 나셀의 전면에는 4개의 보조 로터(360)가 설치될 수 있다. 보조 로터(360)는 바람에 의하여 회전하며, 순환 팬(380)에 회전 동력을 전달한다.The auxiliary rotor 360 is installed on the front of the nacelle, and four auxiliary rotors 360 may be installed on the front of the nacelle. The auxiliary rotor 360 rotates by wind and transmits rotational power to the circulation fan 380.

보조 로터(360)는 바람에 의하여 회전될 수 있도록 보조 허브(361)와 보조 블레이드(362)를 포함한다. 보조 로터(360)에는 보조 로터(360)와 함께 회전하는 구동축(363)이 연결 설치되고, 구동축(363)에는 복수의 기어 박스(365)가 연결 설치된다. The auxiliary rotor 360 includes an auxiliary hub 361 and an auxiliary blade 362 to be rotated by wind. A drive shaft 363 rotating together with the auxiliary rotor 360 is connected to the auxiliary rotor 360, and a plurality of gear boxes 365 are connected to the driving shaft 363.

도 7에는 구동축(363)에 3개의 기어 박스(365)가 연결 설치된 것으로 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 구동축(363)에는 2개 이상의 기어 박스(365)가 연결 설치될 수 있다.7 shows that three gear boxes 365 are connected to the drive shaft 363, but the present invention is not limited thereto, and two or more gear boxes 365 may be connected to the drive shaft 363. .

기어 박스(365)는 방향 전환을 위한 베벨 기어 등을 포함할 수 있다. 기어 박스(365)들에는 연결축(383)이 결합되며, 각각의 연결축(383)에는 순환 팬(380)이 설치된다. 각각의 순환 팬(380)은 중심 허브(381)와 날개들(382)을 포함하여 회전한다.The gear box 365 may include a bevel gear or the like for direction change. A connection shaft 383 is coupled to the gear boxes 365, and a circulation fan 380 is installed on each connection shaft 383. Each circulation fan 380 rotates including a central hub 381 and blades 382.

이에 따라 순환 팬(380)은 기어 박스(365)를 매개로 보조 로터(360)와 연결되며, 보조 로터(360)에서 동력을 공급 받을 수 있다. 분할판에는 복수의 유입 개구가 형성되고, 각각의 순환 팬(380)은 유입 개구에 설치될 수 있다.Accordingly, the circulation fan 380 is connected to the auxiliary rotor 360 via the gear box 365 and may receive power from the auxiliary rotor 360. A plurality of inlet openings may be formed in the partition plate, and each circulation fan 380 may be installed in the inlet opening.

상기한 바와 같이 본 제3 실시예에 따르면 하나의 보조 로터(360)를 이용하여 복수의 순환 팬(380)을 회전시킬 수 있으며, 이에 따라 복수의 순환 팬(380)을 회전시키기 위하여 별도의 전력을 소모하지 않을 수 있다.As described above, according to the third embodiment, it is possible to rotate the plurality of circulation fans 380 using one auxiliary rotor 360, and accordingly, separate power to rotate the plurality of circulation fans 380 Can not be consumed.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.As described above, one embodiment of the present invention has been described, but those of ordinary skill in the relevant technical field add, change, delete or add components within the scope not departing from the spirit of the present invention described in the claims. Various modifications and changes can be made to the present invention by means of the like, and this will also be said to be included within the scope of the present invention.

10: 풍력 발전기
110: 타워
120, 220: 나셀
120a: 헤드부
120b: 바디부
121: 메인 프레임
123: 지지관
128: 전면 개구
129: 후면 개구
130: 로터
131: 허브
132: 블레이드
150: 발전기
151: 회전자 모듈
151a: 제1 지지부재
151b: 영구자석
152: 고정자 모듈
152a: 제2 지지부재
152b: 전자석
160, 360: 보조 로터
161, 361: 보조 허브
162, 362: 보조 블레이드
163, 363: 구동축
165, 365: 기어 박스
170, 270: 분할판
171, 271: 유입 개구
172, 272: 배출 개구
180, 380: 순환 팬
183, 383: 연결축
190: 냉각 통로
290: 방열판10: wind generator
110: tower
120, 220: nacelle
120a: head
120b: body part
121: main frame
123: support tube
128: front opening
129: rear opening
130: rotor
131: hub
132: blade
150: generator
151: rotor module
151a: first support member
151b: permanent magnet
152: stator module
152a: second support member
152b: electromagnet
160, 360: auxiliary rotor
161, 361: auxiliary hub
162, 362: auxiliary blade
163, 363: drive shaft
165, 365: gearbox
170, 270: divider
171, 271: inlet opening
172, 272: discharge opening
180, 380: circulation fan
183, 383: connecting shaft
190: cooling passage
290: heat sink

Claims

Erected towers;
A nacelle installed on the tower and accommodating a generator;
A rotor rotatably installed on the nacelle;
An auxiliary rotor installed between the nacelle and the rotor to rotate by wind;
A gear box connected to the auxiliary rotor;
A cooling passage connected to the inside of the nacelle and through which cooling air moves; And
A circulation fan for supplying air heated by the generator toward the cooling passage;
Including,
The circulation fan is connected to the auxiliary rotor via the gear box to receive power from the auxiliary rotor,
A plurality of front openings connected to the cooling passage are formed on the front surface of the nacelle,
The nacelle includes a head portion connected to the rotor and a body portion protruding to the rear of the head portion, and a side end of the head portion protrudes further outward than the body portion, and a rear opening connected to the cooling passage is formed at a rear surface of the head portion. Is formed,
The auxiliary rotors are installed at the corners of the head unit, respectively, and rotate by movement of air introduced into the front opening.

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The method of claim 1,
The front opening and the rear opening are formed in a portion protruding more outward than the body from the head portion.

The method of claim 1,
Inside the nacelle, a partition plate for separating an inner space in which the generator is located and a cooling space in which the cooling passage is located, and the inlet opening through which air is introduced into the cooling space and the interior in the cooling space Wind power generator, characterized in that formed with a discharge opening through which air is discharged into the space.

The method of claim 5,
The circulation fan is a wind power generator, characterized in that installed in the inlet opening.

The method of claim 1,
The gear box is a wind power generator, characterized in that it comprises a bevel gear.

The method of claim 5,
And a heat dissipating plate separating the cooling passage from a heat transfer passage through which air introduced from the inner space moves.

The method of claim 1,
A drive shaft is connected to the auxiliary rotor, a plurality of gear boxes are connected to the drive shaft, and a circulation fan is connected to each of the gear boxes.

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