KR20130069720A - 재생 에너지형 발전 장치 및 그 로터 고정 방법 - Google Patents
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Abstract
거대한 브레이크 기구를 이용하지 않고도 로터 고정 작업을 실행할 수 있는 재생 에너지형 발전 장치 및 그 로터 고정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 재생 에너지형 발전 장치(1)는, 회전 날개(2A), 허브(2B) 및 주축(2C)을 갖는 로터(2)와, 로터(2)의 회전에 의해서 구동되는 가변 용량형의 유압 펌프(20)와, 유압 펌프(20)에 의해 승압된 작동유에 의해서 구동되는 유압 모터(22)와, 유압 모터(22)에 연결된 발전기(6)를 구비한다. 재생 에너지형 발전 장치(1)의 로터 고정 방법은, 회전 날개(2A)의 피치각을 조절함으로써, 로터(2)를 감속하는 단계와, 로터(2)를 감속하는 단계 후에, 유압 펌프(20)에 의한 제동력을 로터(2)에 작용시켜서 로터(2)를 정지시키는 단계와, 로터(2)를 정지시키는 단계 후에, 로터(2)가 회전방향에 대해서 움직이지 않게 되도록 로터(2)를 고정하는 단계를 구비한다.
Description
본 발명은 유압 펌프 및 유압 모터를 거쳐서 로터의 회전 에너지를 발전기에 전달하여 발전을 실행하는 재생 에너지형 발전 장치 및 그 로터의 고정 방법에 관한 것이다. 또한, 재생 에너지형 발전 장치는, 바람, 조류, 해류, 하류(河流) 등의 재생 가능한 에너지를 이용한 발전 장치로서, 예를 들어 풍력 발전 장치, 조류 발전 장치, 해류 발전 장치, 하류 발전 장치 등을 들 수 있다.
최근, 지구 환경의 보전의 관점에서, 풍력을 이용한 풍력 발전 장치나, 조류, 해류 또는 하류를 이용한 발전 장치를 포함하는 재생 에너지형 발전 장치의 보급이 진행되고 있다. 재생 에너지형 발전 장치에서는, 바람, 조류, 해류 또는 하류의 운동 에너지를 로터의 회전 에너지로 변환하고, 또한 로터의 회전 에너지를 발전기에 의해서 전력으로 변환한다.
재생 에너지형 발전 장치에서는, 로터의 회전수가 발전기의 정격 회전수에 비하여 작기 때문에, 로터와 발전기 사이에 기계식(기어식)의 증속기를 마련하는 것이 일반적이다. 이것에 의해, 로터의 회전수는 증속기에 의해 발전기의 정격 회전수까지 증속된 후에, 발전기에 입력된다.
여기서, 재생 에너지형 발전 장치의 유지 보수나 수리를 실행할 때, 로크 핀에 의해 로터를 고정(로킹)하는 것이 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 브레이크 기구를 이용하여 로터에 제동력을 부여하여 로터를 소망의 각도 위치에 정지시킨 후, 해당 각도 위치에 있어서 로크 핀을 이용하여 로터를 고정하는 것이 기재되어 있다. 구체적으로는, 브레이크 디스크 및 브레이크 슈로 이루어지는 브레이크 기구를 이용하여 로터를 감속하고, 포지션 센서에 의해서 로터의 각도 위치를 검출하여, 로터가 소망의 각도 위치에 정지하면 로크 핀을 자동적으로 로킹 디스크의 구멍에 삽입한다.
한편, 최근, 중량 및 비용 삭감의 장벽이 되고 있던 증속기를 대신하여, 유압 펌프 및 유압 모터를 조합한 유압 트랜스미션을 채용한 재생 에너지형 발전 장치의 개발이 진행되고 있다(예를 들면, 특허문헌 2 및 3 참조).
그렇지만, 특허문헌 1에 기재된 로터 고정 방법은, 로크 핀이 삽입 가능한 각도 위치에 로터를 정지시키기 위해서 디스크 브레이크를 이용하고 있기 때문에, 유압 트랜스미션을 구비한 재생 에너지형 발전 장치에 적용하면 다음과 같은 문제가 생긴다.
즉, 증속기를 구비한 재생 에너지형 발전 장치에서는, 수 rpm 내지 수십 rpm의 로터의 회전을 증속기에 의해 예를 들어 100배 정도의 속도로 증속하여 발전기에 입력한다. 따라서, 증속기와 발전기 사이의 회전축에 브레이크 기구를 마련하면, 허브와 증속기 사이에 위치하는 주축에 브레이크 기구를 마련하는 경우에 비하여, 예를 들어 1/100 정도의 제동력으로 충분하다.
이것에 대하여, 유압 트랜스미션을 구비한 재생 에너지형 발전 장치는, 고속(저토크)으로 회전하는 유압 모터와 발전기 사이의 회전축이 허브와 유압 펌프 사이의 주축에 연결되어 있지 않다. 그 때문에, 브레이크 기구는, 허브와 유압 펌프 사이에 위치하는 주축에 장착하게 되어, 충분한 제동력을 로터에 부여하려면 브레이크 기구를 대형화해야만 한다.
따라서, 특허문헌 1과 같이, 브레이크 기구를 이용하여 로터를 감속하고 소정의 각도 위치에 정지시켜, 로크 핀을 자동적으로 로킹 디스크에 삽입하려고 하면, 거대한 브레이크 기구가 필요하게 된다.
본 발명은, 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 거대한 브레이크 기구를 이용하지 않고 로터 고정 작업을 실행할 수 있는 재생 에너지형 발전 장치 및 그 로터 고정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 재생 에너지형 발전 장치의 로터 고정 방법은, 회전 날개, 상기 회전 날개가 장착되는 허브 및 상기 허브에 연결된 주축을 갖는 로터와, 상기 로터의 회전에 의해서 구동되는 가변 용량형의 유압 펌프와, 상기 유압 펌프로 승압된 작동유에 의해서 구동되는 유압 모터와, 상기 유압 모터에 연결된 발전기를 구비하는 재생 에너지형 발전 장치의 로터 고정 방법으로서, 상기 회전 날개의 피치각을 조절함으로써, 상기 로터를 감속하는 단계와, 상기 로터를 감속하는 단계 후에, 상기 유압 펌프에 의한 제동력을 상기 로터에 작용시켜서 상기 로터를 정지시키는 단계와, 상기 로터를 정지시키는 단계 후에, 상기 로터가 회전방향에 대해서 움직이지 않게 되도록 상기 로터를 고정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 로터를 고정할 때, 상기 로터측에 마련된 제 1 구멍과, 상기 주축을 수납하는 나셀측에 마련된 제 2 구멍에 로크 핀을 삽입해도 좋고, 로크 핀 이외의 고정 장치를 이용해도 좋다.
상기 로터 고정 방법에서는, 회전 날개의 피치각 조절에 의해 로터를 감속하고, 유압 펌프에 의한 제동력을 로터에 작용시켜서 로터를 정지시킨 후에 로터를 고정한다. 그 때문에, 유압 트랜스미션(유압 펌프 및 유압 모터)을 구비한 재생 에너지형 발전 장치에 적용하면 거대화되어 버리는 브레이크 기구(브레이크 디스크)에 의지하지 않고, 로터의 고정 작업을 실행할 수 있다.
로터측의 제 1 구멍과 나셀측의 제 2 구멍에 로크 핀을 삽입하여 상기 로터를 고정하는 경우, 상기 재생 에너지형 발전 장치는, 상기 로터의 회전 변위를 검출하는 인코더와, 상기 유압 펌프로부터 상기 유압 모터로 상기 작동유를 공급하는 고압유 라인을 더 구비하며, 상기 로터를 정지시키는 단계에서는, 상기 인코더의 검출 결과에 근거하여, 상기 유압 펌프의 변위 용적 및 상기 고압유 라인의 상기 작동유의 압력 중 적어도 한쪽을 조절하여, 상기 로터측에 마련된 상기 제 1 구멍과, 상기 나셀측에 마련된 상기 제 2 구멍의 위치가 일치하는 각도 위치에서 상기 로터를 정지시켜도 좋다.
이것에 의해, 유압 펌프의 변위 용적 및 고압유 라인에 있어서의 작동유의 압력 중 적어도 한쪽을 조절하여 로터를 소망의 각도 위치(제 1 구멍과 제 2 구멍의 위치가 일치하는 각도 위치)에 자동으로 정지시킬 수 있다. 따라서, 로터의 고정 작업을 효율적으로 실행할 수 있다.
로터측의 제 1 구멍과 나셀측의 제 2 구멍에 로크 핀을 삽입하여 상기 로터를 고정하는 경우, 상기 로터를 정지시키는 단계 후, 또한 상기 로터를 고정하는 단계 전에, 상기 유압 펌프에 압유(壓油)를 공급하고, 상기 압유에 의해서 상기 유압 펌프를 구동하여 상기 로터를 회전시켜서, 상기 로터측에 마련된 상기 제 1 구멍과, 상기 나셀측에 마련된 상기 제 2 구멍의 위치를 일치시키는 단계를 더 구비해도 좋다.
이와 같이, 유압 펌프에 압유를 공급하여 이것을 구동함으로써, 로터를 임의의 각도만큼 회전시켜서, 제 1 구멍 및 제 2 구멍의 위치가 일치하는 각도 위치에 로터를 정지시킬 수 있다.
유압 펌프를 압유에 의해 구동하여 로터를 회전시켜서 제 1 구멍과 제 2 구멍의 위치를 일치시키는 경우, 상기 재생 에너지형 발전 장치는 상기 로터의 회전 변위를 검출하는 인코더를 더 구비하며, 상기 위치를 일치시키는 단계에서는, 상기 인코더의 검출 결과에 근거하여, 상기 유압 펌프로의 상기 압유의 공급로에 마련된 밸브의 개폐를 제어하여, 상기 제 1 구멍과 상기 제 2 구멍의 위치를 일치시켜도 좋다.
이것에 의해, 유압 펌프에 의해 로터를 회전시켜서 제 1 구멍과 제 2 구멍의 위치맞춤을 실행하는 작업을 자동화할 수 있다. 따라서, 로터의 고정 작업을 효율적으로 실행할 수 있다.
또한, 상기 재생 에너지형 발전 장치는, 상기 유압 펌프로부터 상기 유압 모터로 상기 작동유를 공급하는 고압유 라인과, 상기 유압 모터로부터 상기 유압 펌프로 상기 작동유를 복귀시키는 저압유 라인을 더 구비하며, 상기 유압 펌프는, 실린더와, 상기 로터의 회전에 따라 상기 실린더 내를 미끄럼 운동하는 피스톤과, 상기 실린더와 상기 피스톤으로 형성되는 유압실과, 상기 유압실 및 상기 고압유 라인 사이의 연통로를 개폐하는 고압 밸브와, 상기 유압실 및 상기 저압유 라인 사이의 연통로를 개폐하는 저압 밸브를 갖고, 상기 재생 에너지형 발전 장치의 로터 고정 방법은, 상기 로터를 정지시키는 단계 후, 또한 상기 로터를 고정하는 단계 전에, 상기 고압 밸브 및 상기 저압 밸브를 폐쇄한 상태를 유지하여 상기 로터를 가고정하는 단계를 더 구비해도 좋다.
이와 같이, 고압 밸브 및 저압 밸브를 폐쇄한 상태를 유지함으로써, 유압 실 내에 작동유가 밀폐되어 피스톤이 움직이지 않게 되어서(유압 로킹 상태), 로터를 가고정할 수 있다. 또한, 유압 로킹 상태에서는 작동유의 누설이 다소 발생하여, 로터를 완전히 움직하게 않게 하는 것은 어렵지만, 로터를 완전히 고정할 때까지의 가고정으로서 이용한다면 유압 로킹은 매우 유용하다.
또한, 상기 재생 에너지형 발전 장치는, 상기 유압 펌프로부터 상기 유압 모터로 상기 작동유를 공급하는 고압유 라인을 더 구비하며, 상기 고압유 라인에는, 어큐뮬레이터 밸브를 거쳐서 어큐뮬레이터가 접속되어 있으며, 상기 로터를 정지시키는 단계에서는, 적어도 상기 유압 펌프의 변위 용적을 크게 하고, 상기 어큐뮬레이터 밸브를 개방하여, 상기 고압유 라인에 있어서의 과잉의 상기 작동유를 상기 어큐뮬레이터에 축적해도 좋다.
유압 펌프에 의한 제동력(토크)을 크게 하기 위해서 유압 펌프의 변위 용적을 크게 하면, 유압 펌프로부터 고압유 라인으로 토출되는 작동유의 유량이 증대한다. 그래서, 고압유 라인에 있어서의 과잉의 작동유를 어큐뮬레이터에 축적하면, 과잉의 작동유(고압유)를 어큐뮬레이터로 흡수할 수 있다. 또한, 다음에 필요하게 되었을 때에 어큐뮬레이터에 축적된 작동유(고압유)를 방출할 수도 있어서, 로터의 회전 에너지가 쓸모없게 되지 않는다. 예를 들면, 어큐뮬레이터로부터 작동유를 방출하여 유압 모터의 회전을 보조해도 좋다.
상기 재생 에너지형 발전 장치의 로터 고정 방법에 있어서, 상기 재생 에너지형 발전 장치는, 상기 유압 펌프로부터 상기 유압 모터로 상기 작동유를 공급하는 고압유 라인을 더 구비하며, 상기 유압 모터는 가변 용량형이며, 상기 로터를 정지시키는 단계에서는, 적어도 상기 유압 펌프의 변위 용적을 크게 하고, 상기 유압 모터가 변위 용적을 일시적으로 증대시켜, 상기 고압유 라인에 있어서의 과잉의 상기 작동유를 상기 유압 모터로 흡수해도 좋다.
유압 모터가 변위 용적을 일시적으로 증대시킴으로써, 유압 펌프의 변위 용적의 증대에 의해서 생긴 고압유 라인에 있어서의 과잉의 작동유를 유압 모터로 흡수 가능할 뿐만 아니라, 발전기에서 생성되는 전력이 증대한다. 따라서, 로터의 회전 에너지가 쓸모없게 되지 않는다.
상기 재생 에너지형 발전 장치의 로터 고정 방법에 있어서, 상기 재생 에너지형 발전 장치는, 상기 유압 펌프로부터 상기 유압 모터로 상기 작동유를 공급하는 고압유 라인과, 상기 유압 모터로부터 상기 유압 펌프로 상기 작동유를 복귀시키는 저압유 라인과, 상기 고압유 라인과 상기 저압유 라인에 접속되고, 상기 유압 모터를 바이패스하는 바이패스 유로와, 상기 바이패스 유로에 마련된 릴리프 밸브를 더 구비하고, 상기 로터를 정지시키는 단계에서는, 적어도 상기 유압 펌프의 변위 용적을 크게 하여, 상기 고압유 라인에 있어서의 과잉의 상기 작동유를 상기 바이패스 유로 및 상기 릴리프 밸브를 거쳐서 상기 저압유 라인으로 흐르게 해도 좋다.
이와 같이, 바이패스 유로 및 릴리프 밸브를 이용함으로써, 유압 펌프의 변위 용적의 증대에 의해서 생긴 과잉의 작동유를 고압유 라인으로부터 저압유 라인으로 배출할 수 있다.
상기 재생 에너지형 발전 장치는, 재생 에너지로서의 바람에 의해 상기 로터를 회전시키고, 상기 유압 펌프 및 상기 유압 모터를 거쳐서 상기 로터의 토크를 상기 발전기에 입력하여, 상기 발전기에서 전력을 생성하는 풍력 발전 장치라도 좋다.
또한 본 발명에 따른 재생 에너지형 발전 장치는, 회전 날개, 상기 회전 날개가 장착되는 허브 및 상기 허브에 연결된 주축을 갖는 로터와, 상기 로터의 회전에 의해서 구동되는 가변 용량형의 유압 펌프와, 상기 유압 펌프에 의해 승압된 작동유에 의해서 구동되는 유압 모터와, 상기 유압 모터에 연결된 발전기와, 상기 로터가 감속되도록 상기 회전 날개의 피치각을 조절하는 피치 구동 기구와, 상기 피치 구동 기구에 의해서 감속된 상기 로터에 상기 유압 펌프에 의한 제동력을 작용시켜 상기 로터가 정지하도록, 상기 유압 펌프를 제어하는 펌프 제어부와, 상기 로터가 회전방향에 대해서 움직이지 않게 되도록, 상기 로터를 고정하는 고정 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이러한 재생 에너지형 발전 장치에서는, 회전 날개의 피치각 조절에 의해 로터를 감속하고, 펌프 제어부를 이용하여 유압 펌프에 의한 제동력을 로터에 작용시켜서 로터를 정지시킨 후, 고정 장치(예를 들면, 로크 핀)를 이용하여 로터를 고정할 수 있다.
그 때문에, 유압 트랜스미션(유압 펌프 및 유압 모터)을 구비한 재생 에너지형 발전 장치에 적용하면 거대화되어 버리는 브레이크 기구(브레이크 디스크)에 의지하지 않고, 로터의 고정 작업을 실행할 수 있다.
상기 고정 장치는, 상기 로터측에 마련된 제 1 구멍과, 상기 나셀측에 마련된 제 2 구멍에 삽입되는 로크 핀이며, 상기 재생 에너지형 발전 장치는, 상기 유압 펌프로부터 상기 유압 모터로 상기 작동유를 공급하는 고압유 라인과, 상기 로터의 회전 변위를 검출하는 인코더를 더 구비하며, 상기 펌프 제어부는, 상기 인코더의 검출 결과에 근거하여, 상기 유압 펌프의 변위 용적 및 상기 고압유 라인의 상기 작동유의 압력 중 적어도 한쪽을 조절하여, 상기 로터측에 마련된 상기 제 1 구멍과, 상기 나셀측에 마련된 상기 제 2 구멍의 위치가 일치하는 각도 위치에서 상기 로터를 정지시켜도 좋다.
이것에 의해, 펌프 제어부에 의해서 유압 펌프의 변위 용적 및 고압유 라인에 있어서의 작동유의 압력 중 적어도 한쪽을 조절하여 로터를 소망의 각도 위치(제 1 구멍과 제 2 구멍의 위치가 일치하는 각도 위치)에 자동으로 정지시킬 수 있다. 따라서, 로터의 고정 작업을 효율적으로 실행할 수 있다.
상기 고정 장치는, 상기 로터측에 마련된 제 1 구멍과, 상기 나셀측에 마련된 제 2 구멍에 삽입되는 로크 핀이며, 상기 재생 에너지 발전 장치는, 상기 로터의 회전 변위를 검출하는 인코더와, 상기 유압 펌프에 압유를 공급하는 압유원(壓油源)과, 상기 압유원으로부터 상기 유압 펌프로의 상기 압유의 공급로에 마련된 밸브와, 상기 인코더의 검출 결과에 근거하여 상기 밸브의 개폐를 제어하여서, 상기 압유원으로부터의 상기 압유에 의해서 상기 유압 펌프를 구동하고, 상기 로터측에 마련된 상기 제 1 구멍과, 상기 나셀측에 마련된 상기 제 2 구멍의 위치가 일치하도록 정지 중의 상기 로터를 회전시키는 밸브 제어부를 더 구비해도 좋다.
이것에 의해, 압유원으로부터 유압 펌프로 압유를 공급하여 유압 펌프를 구동함으로써, 로터를 임의의 각도만큼 회전시킬 수 있다. 그리고, 밸브 제어부에 의해서, 압유원으로부터 유압 펌프로 압유를 공급하거나, 압유를 차단할지를 전환하는 밸브의 개폐 제어를 인코더의 검출 결과에 근거하여 실행함으로써, 제 1 구멍과 제 2 구멍의 위치가 일치하는 각도 위치에 로터를 자동으로 정지시킬 수 있다. 따라서, 로터의 고정 작업을 효율적으로 실행할 수 있다.
상기 재생 에너지형 발전 장치는, 상기 유압 펌프로부터 상기 유압 모터로 상기 작동유를 공급하는 고압유 라인과, 상기 유압 모터로부터 상기 유압 펌프로 상기 작동유를 복귀시키는 저압유 라인을 더 구비하며, 상기 유압 펌프는, 실린더와, 상기 로터의 회전에 따라 상기 실린더 내를 미끄럼 운동하는 피스톤과, 상기 실린더와 상기 피스톤으로 형성되는 유압실과, 상기 유압실 및 상기 고압유 라인 사이의 연통로를 개폐하는 고압 밸브와, 상기 유압실 및 상기 저압유 라인 사이의 연통로를 개폐하는 저압 밸브와, 상기 실린더, 상기 피스톤, 상기 유압실, 상기 고압 밸브 및 상기 저압 밸브를 수납하는 케이싱을 갖고, 상기 압유의 공급로는, 상기 압유원으로부터 상기 케이싱을 관통하여 상기 유압실에 통하여 있으며, 상기 밸브는 상기 압유의 공급로에 마련된 전자 밸브라도 좋다. 또한, 상기 밸브는 상기 케이싱에 외부 장착되어 있어도 좋고, 예를 들어 상기 케이싱의 상기 허브로부터 먼 측의 단부면에 장착되어 있어도 좋다.
피스톤, 유압실, 고압 밸브 및 저압 밸브와, 이들을 수납하는 케이싱을 갖는 유압 펌프에는, 유압실과 고압유 라인 또는 저압유 라인의 압력차를 이용하여 개폐하거나 혹은 개폐를 보조하도록 설계된 컴팩트한 고압 밸브 또는 저압 밸브가 이용되는 것이 있다. 케이싱에 내장되는 이러한 종류의 고압 밸브 또는 저압 밸브는, 로터의 회전에 따른 피스톤의 왕복 운동에 의해서 만들어지는 상기 압력차를 이용하여 비로서 개폐 가능하다. 그 때문에, 압유원으로부터의 압유에 의해서 유압 펌프를 구동시키는 경우에는, 상기 압력차를 이용할 수 없기 때문에, 고압 밸브 또는 저압 밸브의 개폐 제어를 할 수 없다. 그래서, 유압 펌프로의 압유의 공급 상태를 전환하는 밸브를, 케이싱에 내장된 고압 밸브 또는 저압 밸브와는 별도로 마련함으로써, 압유원으로부터의 압유에 의해서 유압 펌프를 확실하게 구동시킬 수 있다. 또한, 케이싱의 허브로부터 먼 측의 단부면에 밸브를 외부 장착함으로써, 해당 단부면 주변의 공간을 유효하게 활용할 수 있다.
상기 재생 에너지형 발전 장치에 있어서, 상기 유압 펌프는 상기 피스톤의 왕복 운동 주기를 결정하는 파형의 요철을 갖는 링 캠을 더 갖고, 상기 피스톤은 상기 왕복 운동 주기의 위상이 동일한 2개 이상의 피스톤으로 이루어지는 그룹이 복수 존재하고, 상기 밸브는 각 그룹에 속하는 상기 2개 이상의 피스톤에 대하여 공통으로 마련되어 있어도 좋다.
이러한 종류의 유압 펌프는, 맥동 방지나 변위 용적의 미세한 제어를 목적으로 하여, 복수의 피스톤의 왕복 운동 주기의 위상을 서로 어긋나게 하도록 설계되는 것이 일반적이다. 또한, 왕복 운동 주기의 위상이 동일한 2개 이상의 피스톤으로 이루어지는 그룹을 복수 마련하고, 어느 하나의 피스톤에 고장이 생겨도, 상기 고장이 생긴 피스톤과 동일한 그룹에 속하는 다른 피스톤이 계속 움직이는 것에 의해서, 맥동 방지나 변위 용적의 미세한 제어를 유지할 수 있도록 설계하는 것이 통상이다. 또한, n개(단, n은 2개 이상의 정수)의 피스톤의 왕복 운동 주기의 위상을 동일하게 설정하는 경우, 리던던시(redundancy)가 n이라고 말한다.
그래서, 왕복 운동 주기의 위상이 동일한 동일 그룹 내의 n개의 피스톤에 대하여 공통의 밸브를 마련함으로써, 링 캠의 움직임에 타이밍을 맞추어 상기 공통의 밸브를 개폐하여, 압유원으로부터의 압유에 의한 유압 펌프의 구동을 실행할 수 있다. 따라서, 적은 밸브의 개수로, 압유에 의한 유압 펌프의 구동 제어를 실현할 수 있다.
상기 재생 에너지형 발전 장치에 있어서, 상기 고정 장치는, 상기 로터측에 마련된 제 1 구멍과, 상기 주축을 수납하는 나셀측에 마련된 제 2 구멍에 삽입되는 로크 핀이며, 상기 유압 펌프는, 복수의 실린더와 각 실린더 내를 미끄럼 운동하는 피스톤과, 상기 주축의 외주에 마련되고, 상기 피스톤의 왕복 운동 주기를 결정하는 파형의 요철을 갖는 링 캠을 갖고, 상기 링 캠의 상기 요철의 골(谷)에 적어도 하나의 상기 피스톤이 위치했을 때에 상기 제 1 구멍과 상기 제 2 구멍의 위치가 일치하도록, 상기 링 캠의 형상이 결정되어 있어도 좋다.
링 캠의 요철의 골에 적어도 하나의 피스톤이 위치하는 각도 위치에 로터를 보지하는 것은 어떤 피스톤도 링 캠의 요철의 골에 위치하지 않는 각도 위치에 로터를 보지하는 경우에 비하여 용이하다. 그래서, 링 캠의 요철의 골에 적어도 하나의 피스톤이 위치했을 때에 제 1 구멍과 제 2 구멍의 위치가 일치하도록 링 캠의 형상을 결정하면, 제 1 구멍과 제 2 구멍의 위치가 맞는 각도 위치에서 로터를 정지한 후, 로크 핀을 삽입할 때까지 상기 각도 위치에 로터를 용이하게 보지할 수 있다. 따라서, 로터의 고정 작업을 효율적으로 실행할 수 있다.
상기 고정 장치는, 상기 로터측에 마련된 제 1 구멍과, 상기 주축을 수납하는 나셀측에 마련된 제 2 구멍에 삽입되는 로크 핀이며, 상기 재생 에너지형 발전 장치는, 상기 로터의 회전 변위를 검출하는 인코더와, 상기 로크 핀에 장착된 액추에이터와, 상기 인코더의 검출 결과에 근거하여, 상기 제 1 구멍과 상기 제 2 구멍의 위치가 일치하고 있는지 판정하는 판정 수단과, 상기 제 1 구멍과 상기 제 2 구멍의 위치가 일치하고 있다고 상기 판정 수단이 판정했을 경우, 상기 액추에이터를 작동시켜 상기 로크 핀을 상기 제 1 구멍 및 상기 제 2 구멍에 압입하는 액추에이터 제어부를 구비해도 좋다.
이것에 의해, 액추에이터를 이용하여 로크 핀을 제 1 구멍 및 제 2 구멍에 삽입하는 작업을 자동화할 수 있다. 따라서, 로터의 고정 작업을 효율적으로 실행할 수 있다.
또한 상기 재생 에너지형 발전 장치에 있어서, 상기 고정 장치는, 상기 로터측에 마련된 제 1 구멍과, 상기 나셀측에 마련된 제 2 구멍에 삽입되는 로크 핀이며, 상기 로크 핀의 선단면과, 상기 제 1 구멍 및 상기 제 2 구멍 중 적어도 한쪽의 로크 핀 삽입방향과는 반대측의 개구 단부면은 코너부가 면취되어 있어도 좋다.
이와 같이, 로크 핀의 선단면과, 제 1 구멍 및 제 2 구멍 중 적어도 한쪽의 상술한 개구 단부면에 대하여 코너부의 면취를 실행함으로써, 로크 핀의 제 1 구멍 및 제 2 구멍에의 삽입이 용이해져, 로터의 고정 작업을 효율적으로 실행할 수 있다.
본 발명에 의하면, 회전 날개의 피치각 조절에 의해 로터를 감속하고, 유압 펌프에 의한 제동력을 로터에 작용시켜 로터를 정지시킨 후에 로터를 고정함으로써, 거대한 브레이크 기구에 의지하지 않고 로터의 고정 작업을 실행할 수 있다.
도 1은 제 1 실시형태에 따른 풍력 발전 장치의 구성예를 도시하는 도면,
도 2는 피치 구동 기구의 구성예를 도시하는 도면,
도 3은 로크 핀 주변의 구성을 도시하는 도면으로, 도 3의 (a)는 허브 및 나셀의 로크 핀 주변의 단면도이고, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 A 화살표에서 본 도면이며, 도 3의 (c)는 도 3의 (b)의 B-B 단면도,
도 4는 유압 트랜스미션의 구성예를 도시하는 도면,
도 5는 유압 펌프의 구성예를 도시하는 도면,
도 6은 로터를 정지시킬 때의 펌프 제어부에 의한 유압 펌프의 제어 순서를 도시하는 흐름도,
도 7은 모터 동작용의 밸브를 추가 설치한 유압 펌프의 구성예를 도시하는 도면,
도 8은 모터 동작용의 밸브(솔레노이드 밸브) 및 저압 밸브의 개폐 타이밍을 도시한 차트,
도 9는 유압 트랜스미션 내를 순환하는 동작유를 이용하여 유압 펌프에 모터 동작을 실행시키기 위한 유압 회로를 도시하는 도면,
도 10은 로터를 소망의 각도 위치에 정지시킬 때까지의 순서를 나타내는 흐름도,
도 11은 로크 핀의 삽입을 자동으로 실행하는 상태를 도시하는 도면.
도 2는 피치 구동 기구의 구성예를 도시하는 도면,
도 3은 로크 핀 주변의 구성을 도시하는 도면으로, 도 3의 (a)는 허브 및 나셀의 로크 핀 주변의 단면도이고, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 A 화살표에서 본 도면이며, 도 3의 (c)는 도 3의 (b)의 B-B 단면도,
도 4는 유압 트랜스미션의 구성예를 도시하는 도면,
도 5는 유압 펌프의 구성예를 도시하는 도면,
도 6은 로터를 정지시킬 때의 펌프 제어부에 의한 유압 펌프의 제어 순서를 도시하는 흐름도,
도 7은 모터 동작용의 밸브를 추가 설치한 유압 펌프의 구성예를 도시하는 도면,
도 8은 모터 동작용의 밸브(솔레노이드 밸브) 및 저압 밸브의 개폐 타이밍을 도시한 차트,
도 9는 유압 트랜스미션 내를 순환하는 동작유를 이용하여 유압 펌프에 모터 동작을 실행시키기 위한 유압 회로를 도시하는 도면,
도 10은 로터를 소망의 각도 위치에 정지시킬 때까지의 순서를 나타내는 흐름도,
도 11은 로크 핀의 삽입을 자동으로 실행하는 상태를 도시하는 도면.
이하, 첨부 도면을 따라서 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 단, 본 실시형태에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 특정적인 기재가 없는 한 본 발명의 범위를 이것에 한정하는 취지가 아니고, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 각종 개량이나 변형을 실행해도 좋은 것은 말할 필요도 없다.
이하의 실시형태에서는, 재생 에너지형 발전 장치의 일례로서 풍력 발전 장치에 대하여 설명한다. 단, 본 발명은 조류 발전 장치, 해류 발전 장치, 하류 발전 장치 등의 다른 재생 에너지형 발전 장치에도 적용할 수 있다.
［제 1 실시형태］
도 1은 제 1 실시형태에 따른 풍력 발전 장치의 구성예를 도시하는 도면이다. 도 2는 피치 구동 기구의 구성예를 도시하는 도면이다. 도 3은 로크 핀 주변의 구성을 도시하는 도면으로서, 도 3의 (a)는 허브 및 나셀의 로크 핀 주변의 단면도이며, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 A 화살표에서 본 도면이며, 도 3의 (c)는 도 3의 (b)의 B-B 단면도이다. 도 4는 유압 트랜스미션의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 풍력 발전 장치(1)는, 주로, 바람을 받아 회전하는 로터(2)와, 로터(2)의 회전을 증속하는 유압 트랜스미션(4)과, 전력을 생성하는 발전기(6)와, 풍력 발전 장치(1)의 각부를 제어하는 제어 유닛(30)을 구비한다.
또한, 제어 유닛(30)은, 후술하는 피치 구동 기구(40)를 제어하는 피치 제어부(32)와, 후술하는 유압 펌프(20)를 제어하는 펌프 제어부(34)와, 후술하는 유압 모터(22)를 제어하는 모터 제어부(36)와, 후술하는 어큐뮬레이터 밸브[62(62A, 62B)]의 개폐 제어를 실행하는 ACC 밸브 제어부(38)를 갖는다.
로터(2)는, 회전 날개(2A)와, 회전 날개(2A)가 장착되는 허브(2B)와, 허브(2B)에 연결된 주축(2C)으로 구성된다. 이것에 의해, 회전 날개(2A)가 받는 바람의 힘에 의해서 로터(2) 전체가 회전하여, 주축(2C)으로부터 유압 트랜스미션(4)에 회전이 입력된다. 로터(2)의 각도 위치(회전 변위)는 주축(2C)에 장착된 로터리 인코더(29)에 의해서 계측되어, 제어 유닛(30)에 의한 제어에 이용된다.
여기서, 로터(2)의 주축(2C)은 타워(7)에 선회 가능하게 지지된 나셀(8)에 수납되어 있다. 또한, 나셀(8)은 주축 베어링(3)을 거쳐서 주축(2C)을 지지하고 있다.
허브(2B) 내에는, 도 2에 도시하는 피치 구동 기구(40)가 수납되어 있다. 피치 구동 기구(40)는 유압 실린더(42), 서보 밸브(44), 유압원(46) 및 어큐뮬레이터(48)에 의해 구성된다. 서보 밸브(44)는, 피치 제어부(32)에 의한 제어하에서 블레이드(4)의 피치각이 소망의 값이 되도록, 유압원(46)에 의해 생성된 고압유 및 어큐뮬레이터(48)에 비축된 고압유의 유압 실린더(42)로의 공급량을 조절한다.
또한, 도 2에는 유압 실린더(42)를 구비한 피치 구동 기구(40)를 예시했지만, 유압 실린더(42)를 대신하여, 임의의 구성의 액추에이터를 이용하여, 회전 날개(2A)를 그 축선 주위로 회전시켜 피치각을 조절해도 좋다. 예를 들면, 피치각을 조절하는 액추에이터로서 전동 모터(서보 모터)를 이용해도 좋다. 이 경우, 피치 제어부(32)로부터의 제어 신호를 전동 모터에 입력하여, 피치 제어부(32)의 제어하에서 전동 모터가 회전 날개(2A)의 피치각을 조절하도록 구성해도 좋다.
로터(2)는 도 1에 도시하는 로크 핀(9)에 의해서 고정 가능하게 구성되어 있다. 로크 핀(9)은 로터(2)측 및 나셀(8)측에 각각 마련된 구멍에 삽입되어, 로터(2)를 고정하게 되어 있다. 로크 핀(9) 및 이것이 삽입되는 구멍의 구조는 로터(2)를 고정 가능하면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 다음에 설명하는 도 3의 (a) 내지 (c)에 도시하는 구조라도 좋다.
도 3의 (a) 내지 (c)에 도시하는 예에서는, 허브(2B) 및 주축(2C)은 복수의 체결 부재(5)에 의해서 체결되어 일체로 된 후에, 주축 베어링(3)의 내륜에 고정되어 있다. 또한, 허브(2B)에는 제 1 구멍(10)[도 3의 (c) 참조]이 형성되어 있다.
한편, 나셀(8)은 그 단부에 있어서 주축 베어링(3)의 외륜에 고정되어 있다. 또한, 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 나셀(8)의 단부는 일부가 내주측(주축 축심을 향하여 내측)으로 돌출하여 돌출부(8A)를 형성하고 있다. 이러한 돌출부(8A)에는 제 2 구멍(11)[도 3의 (c) 참조]이 형성되어 있다.
로크 핀(9)은, 허브(2B)에 형성된 제 1 구멍(10)과, 나셀(8)의 돌출부(8A)에 형성된 제 2 구멍(11)에 삽입 가능하게 구성되어 있다. 또한, 도 3의 (c)에 도시하는 바와 같이, 제 2 구멍(11)의 주위에는 원통 부재(12)가 마련되며, 이 원통 부재(12)는 돌출부(8A)에 고정되어 있다. 그리고, 원통 부재(12)에 형성된 암나사에는 원통 부재(12)를 관통하는 나사 부재(13)의 수나사가 나사 결합하고 있다. 또한, 나사 부재(13)의 선단은 로크 핀(9)의 후단부에 나사 장착되어 있다. 이것에 의해, 나사 부재(13)를 회전시킴으로써 로크 핀(9)을 자유롭게 진퇴시킬 수 있도록 되어 있다.
또한, 도 3의 (c)에 도시하는 바와 같이, 로크 핀(9)의 선단면의 코너부(14) 및 허브(2B)의 제 1 구멍(10)의 개구 단부면의 코너부(15)에 면취 가공을 실시하여, 로크 핀(9)의 삽입을 부드럽게 실행할 수 있도록 해도 좋다. 코너부(14, 15)의 면취 가공은, 코너를 잘라내어 예를 들어 약 45도의 경사면으로 하는 면취라도 좋고, 코너를 둥글게 하는 R면취라도 좋다.
또한, 도 3의 (c)에는, 제 1 구멍(10)의 개구 단부면의 코너부(15)에 면취 가공을 하는 예를 도시했지만, 나셀(8)의 돌출부(8A)의 로크 핀 삽입방향과는 반대측의 개구 단부면[도 3의 (c)의 우측의 개구 단부면]의 코너부에도 면취 가공을 실시해도 좋다.
도 1 및 도 4에 도시하는 유압 트랜스미션(4)은, 주축(2C)의 회전에 의해서 구동되는 가변 용량형의 유압 펌프(20)와, 발전기(6)에 접속된 가변 용량형의 유압 모터(22)와, 유압 펌프(20)와 유압 모터(22) 사이에 마련된 고압유 라인(24) 및 저압유 라인(26)을 갖는다.
유압 펌프(20)의 토출측은 고압유 라인(24)에 의해서 유압 모터(22)의 흡입측에 접속되어 있으며, 유압 펌프(20)의 흡입측은 저압유 라인(26)에 의해서 유압 모터(22)의 토출측에 접속되어 있다. 유압 펌프(20)로부터 토출된 작동유(고압유)는 고압유 라인(24)을 거쳐서 유압 모터(22)에 유입되어, 유압 모터(22)를 구동한다. 유압 모터(22)에서 일을 실행한 작동유(저압유)는 저압유 라인(26)을 거쳐서 유압 펌프(20)에 유입되어, 유압 펌프(20)에 의해 승압된 후, 다시 고압유 라인(24)을 거쳐서 유압 모터(22)로 유입된다.
고압유 라인(24)에는, 어큐뮬레이터 밸브[62(62A, 62B)]를 거쳐서 어큐뮬레이터[60(60A, 60B)]가 접속되어 있다. 어큐뮬레이터(60)는, 예를 들어 변형 가능한 자루(블래더)에 의해 기체와 작동유가 구획된 블래더식 또는 피스톤식의 것을 이용할 수 있다. 어큐뮬레이터(60)에서는, 축압시에, 고압의 작동유가 어큐뮬레이터(60) 내로 유입되고, 블래더가 변형 또는 피스톤이 가압되어 기체가 압축된다. 한편, 압력 해방시에는, 압축된 기체가 팽창하거나 외부로부터 고압 기체를 추가하여 블래더 또한 피스톤을 가압하여, 작동유가 어큐뮬레이터(60)로부터 압출된다. 어큐뮬레이터 밸브(62)의 개폐 제어는 ACC 밸브 제어부(38)에 의해서 실행된다.
또한 고압유 라인(24)에는, 고압유 라인(24) 내의 작동유의 압력을 계측하는 압력 센서(28)와, 맥동(작동유의 압력 변동)을 방지하기 위한 어큐뮬레이터(64)가 마련되어 있다.
저압유 라인(26)에는, 작동유 중의 불순물을 제거하는 오일 필터(66)와, 작동유를 냉각하는 오일 쿨러(68)가 마련되어 있다. 또한, 저압유 라인(26)에는, 보충 라인(82) 및 반송 라인(88)을 거쳐서 오일 탱크(80)가 접속되어 있다.
오일 탱크(80)에는, 보충용의 작동유가 저류되어 있다. 오일 탱크(80)에 저류된 작동유는, 보충 라인(82)에 마련된 부스트 펌프(84)에 의해서 퍼올려져서, 저압유 라인(26)에 공급되도록 되어 있다. 이 때, 저압유 라인(26)에 공급되는 작동유는 보충 라인(82)에 마련한 오일 필터(86)에 의해서 불순물이 제거된다. 이와 같이 하여 저압유 라인(26)으로의 작동유의 보충을 실행함으로써, 작동유의 누출이 생겨도, 유압 트랜스미션(4) 내를 순환하는 작동유의 양을 유지할 수 있다. 또한, 저압유 라인(26)과 오일 탱크(80) 사이의 반송 라인(88)에는 릴리프 밸브(89)가 마련되어 있어, 저압유 라인(26) 내의 압력을 릴리프 밸브(89)의 설정 압력 근방에 유지하도록 되어 있다.
또한, 고압유 라인(24)과 저압유 라인(26) 사이에는, 유압 모터(22)를 바이패스하는 바이패스 유로(70)가 마련되어 있다. 바이패스 유로(70)에는, 고압유 라인(24) 내의 작동유의 압력을 설정 압력 이하로 유지하는 릴리프 밸브(72)가 마련되어 있다. 그 때문에, 고압유 라인(24) 내에 있어서의 작동유의 압력이 릴리프 밸브(72)의 설정 압력까지 상승하면, 릴리프 밸브(72)가 자동적으로 개방되어, 바이패스 유로(70)를 거쳐서 저압유 라인(26)으로 고압유가 배출되도록 되어 있다.
유압 펌프(20) 및 유압 모터(22)는 변위 용적이 조절 가능한 가변 용량형이며, 그 변위 용적은 각각 펌프 제어부(34) 및 모터 제어부(36)에 의해서 제어된다.
도 5는 유압 펌프(20)의 구성예를 도시하는 도면이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 유압 펌프(20)는, 실린더(50) 및 피스톤(52)에 의해 형성되는 복수의 유압실(53)과, 피스톤(52)에 결합하는 캠 곡면을 갖는 캠(54)과, 각 유압실(53)에 대하여 마련되는 고압 밸브(56) 및 저압 밸브(58)에 의해 구성된다.
피스톤(52)은, 캠(54)의 캠 곡선에 맞추어 피스톤(52)을 부드럽게 작동시키는 관점에서, 실린더(50) 내를 미끄럼 운동하는 피스톤 본체부(52A)와, 해당 피스톤 본체부(52A)에 장착되어 캠(54)의 캠 곡면에 결합하는 피스톤 롤러 또는 피스톤 슈로 구성하는 것이 바람직하다. 또한 도 5에는 피스톤(52)이 피스톤 본체부(52A)와 피스톤 롤러(52B)로 이루어지는 예를 도시했다.
캠(54)은 캠 장착대(55)를 거쳐서 주축(2C)의 외주면에 장착되어 있다. 캠(54)은, 주축(2C)이 1회전하는 동안에, 유압 펌프(20)의 각 피스톤(52)을 몇번 이나 상하 운동시켜 큰 토크를 얻는 관점에서, 복수의 오목부(54A) 및 볼록 부(54B)가 주축(2C)의 주위에 교대로 늘어선 파형의 캠 곡면을 갖는 링 캠을 채용한다. 또한, 링 캠(54)의 요철의 골[오목부(54A)의 가장 깊은 개소]에 적어도 하나의 피스톤(52)이 위치했을 때에, 로터(2)측의 제 1 구멍(10)과 나셀(8)측의 제 2 구멍(11)의 위치가 일치하도록 링 캠(54)의 형상을 결정하는 것이 바람직하다. 또한, 도 5에는 3개의 피스톤(52) 중 중앙의 것이 링 캠(54)의 요철의 골에 위치한 상태를 도시하고 있다. 이와 같은 수법으로 링 캠(54)의 형상을 결정하면, 제 1 구멍(10) 및 제 2 구멍(11)의 위치가 일치하는 로터(2)의 각도 위치에서는, 적어도 하나의 피스톤(52)의 피스톤 롤러(52B)가 링 캠(54)의 요철의 골에 끼워넣어지기 때문에, 해당 각도 위치에 로터(2)를 보지하는 것이 용이하게 된다. 따라서, 로터(2)의 고정 작업을 효율적으로 실행할 수 있다.
고압 밸브(56)는, 각 유압실(53)과 고압유 라인(24) 사이의 고압 연통로(57)에 마련된다. 한편, 저압 밸브(58)는 각 유압실(53)과 저압유 라인(26) 사이의 저압 연통로(59)에 마련된다. 고압 밸브(56) 및 저압 밸브(58)는 펌프 제어부(34)에 의해서 개폐 타이밍이 제어된다.
펌프 제어부(34)는 작동유의 승압에 기여하는 유압실[액티브 챔버(active chamber)]의 전체 유압실(53)에 대한 비율을 변화시켜 유압 펌프(20)가 변위 용적(DP)을 조절한다.
펌프 제어부(34)는, 전체 유압실(53) 중 액티브 챔버에 대해서는, 피스톤(52)이 하사점으로부터 상사점을 향하는 펌프 공정에서 고압 밸브(56)를 개방하고, 저압 밸브(58)를 폐쇄하며, 피스톤(52)이 상사점으로부터 하사점을 향하는 흡입 공정에서 고압 밸브(56)를 폐쇄하고 저압 밸브(58)를 개방한다. 그 때문에, 펌프 공정에서는 액티브 챔버로부터 고압 밸브(56)를 거쳐서 고압유 라인(24)에 고압유가 토출되고, 흡입 공정에서는 저압유 라인(26)으로부터 저압 밸브(58)를 거쳐서 액티브 챔버에 저압유가 공급된다. 한편, 펌프 제어부(34)는, 액티브 챔버 이외의 유압실[비액티브 챔버(nonactive chamber)]에 대해서는, 피스톤(52)이 하사점으로부터 상사점을 지나 다시 하사점으로 복귀하는 사이클 동안, 고압 밸브(56)를 폐쇄하고 저압 밸브(58)를 개방한 그대로의 상태를 유지한다. 그 때문에, 비액티브 챔버로부터 고압유 라인(24)으로 고압유가 토출되는 일은 없어, 비액티브 챔버는 작동유의 승압에 기여하지 않는다.
또한, 여기에서는, 고압 밸브(56) 및 저압 밸브(58) 양쪽이 펌프 제어부(34)에 의해서 개폐 제어되는 예를 설명했지만, 고압유 라인(24)을 향하는 작동유의 흐름만을 허용하는 역지 밸브로 고압 밸브(56)를 이용해도 좋다. 이 경우, 유압 펌프(20)의 피스톤(52)이 하사점으로부터 상사점을 향하는 동안에, 유압실(53) 내의 작동유가 압축되어, 유압실(53) 내의 압력이 고압유 라인(24) 내의 압력보다 높아지면 자동적으로 고압 밸브(56)가 개방되므로, 고압 밸브(56)의 제어를 적극적으로 실행할 필요가 없다.
다음에, 본 실시형태에 있어서의 풍력 발전 장치(1)의 로터(2)의 고정 방법에 대하여 설명한다.
본 실시형태에서는, 최종적으로는, 로크 핀(9)을 로터(2)측의 제 1 구멍(10)과 나셀(8)측의 제 2 구멍(11)에 삽입함으로써 로터(2)를 고정하지만, 그 전에 제 1 구멍(10) 및 제 2 구멍(11)의 위치를 맞출 필요가 있다. 그 때문에, 우선은, 피치 구동 장치(40)를 피치 제어부(32)에 의해 제어하고, 회전 날개(2A)의 피치각을 조절하여 로터(2)를 감속한 후, 유압 펌프(20)를 펌프 제어부(34)에 의해 제어하고, 유압 펌프(20)에 의한 제동력을 로터(2)에 작용시켜 로터(2)를 소망의 각도 위치에 정지시킨다. 여기서 말하는 「소망의 각도 위치」란, 제 1 구멍(10)과 제 2 구멍(11)의 위치가 일치하는 로터(2)의 각도 위치이다.
도 6은 로터(2)를 정지시킬 때의 펌프 제어부(34)에 의한 유압 펌프(20)의 제어 순서를 나타내는 흐름도이다.
처음에, 펌프 제어부(34)는, 로터리 인코더(29)에 의한 로터(2)의 각도 위치(회전 변위)의 계측 결과를 취득한다[단계 S2]. 그리고, 로터(2)의 각도 위치의 검출 결과에 근거하여, 로터(2)를 소망의 각도 위치에 정지시키도록 유압 펌프(20)의 토크 디맨드(TP)를 산출한다(단계 S4). 이 때, 하기의 수학식 1을 이용하여 토크 디맨드(TP)를 산출해도 좋다.
[수학식 1]
또한, 수학식 1에 있어서, I는 로터(2)의 관성 모멘트이며, θ는 로터(2)의 각도 위치이며, t는 시간이며, Taero는 바람으로부터 로터(2)에 입력되는 토크이며, TP는 유압 펌프(20)의 토크 디맨드이다.
또한, 펌프 제어부(34)는, 압력 센서(28)에 의한 고압유 라인(24) 내의 작동유의 압력(PH)을 취득한다(단계 S6). 그리고, 펌프 제어부(34)는, 유압 펌프(20)의 토크 디맨드(TP) 및 고압유 라인(24) 내의 작동유의 압력(PH)에 근거하여, 유압 펌프(20)가 변위 용적(DP)을 결정한다(단계 S8). 이 때, 하기의 수학식 2를 이용하여 유압 펌프(20)가 변위 용적(DP)을 결정해도 좋다.
[수학식 2]
변위 용적(DP) = 토크 디맨드(TP)/압력(PH)
그 후, 단계 S10에서, 펌프 제어부(34)는, 하기 수학식 3을 따라서, 유압 펌프(20)가 변위 용적이 DP가 되도록 유압 펌프(20)의 액티브 챔버의 수를 변화시킨다.
[수학식 3]
변위 용적(DP) = m×Vp×Fdp
[단, m는 캠(54)의 요철의 개수이고, Vp는 전체 실린더(50)의 합계 용적이며, Fdp는 전체 유압실(53)에 대한 액티브 챔버의 비율이다.]
다음에, 단계 S12로 진행되어, 로터(2)가 정지했는지 여부를 판단한다. 이 때, 로터리 인코더(29)에 의한 로터(2)의 각도 위치의 검출 결과에 근거하여, 로터(2)가 정지하고 있는지 판단해도 좋다. 로터(2)가 정지하고 있지 않으면, 단계 S2로 복귀하여 유압 펌프(20)의 제어를 반복한다(단계 S12의 아니오 판정). 한편, 로터(2)가 정지하고 있으면[단계 S12의 예 판정], 로크 핀(9)에 의한 로터(2)의 고정 작업으로 이행한다.
또한, 로크 핀(9)에 의해서 로터(2)를 완전하게 움직이지 않게 할 때까지, 유압 펌프(20)의 고압 밸브(56) 및 저압 밸브(58)를 폐쇄한 상태를 유지하여, 유압실(53) 내에 작동유를 가두어 피스톤(52)을 움직이지 않게 하여(유압 로킹 상태), 로터(2)를 가고정해도 좋다. 이것에 의해, 제 1 구멍(10) 및 제 2 구멍(11)에의 로크 핀(9)의 삽입 작업을 효율적으로 실행할 수 있다.
또한, 로터(2)를 소망의 각도 위치에서 정지시키기 위해서 유압 펌프(20)가 변위 용적(DP)을 변화시키면, 유압 펌프(20)로부터 토출되는 작동유의 유량(QP)[=변위 용적(DP)× 유압 모터(20)의 회전수(nP)]도 변화한다. 이 때문에, 고압유 라인(24)에 있어서의 작동유가 과잉으로 되거나 부족하거나 한다. 그래서, ACC 밸브 제어부(38)에 의한 어큐뮬레이터 밸브[62(62A, 62B)]의 개폐 제어, 또는 모터 제어부(36)에 의한 유압 모터(22)가 변위 용적(DM)의 제어를 실행하여, 고압유 라인(24)에 있어서의 작동유의 과잉분을 흡수하거나, 해당 작동유의 부족분을 보충하거나 하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 유압 펌프(20)에 의한 제동력(토크)을 증대시키기 위해서 단계 S8에서 변위 용적(DP)을 크게 했을 경우, 유압 펌프(20)의 토출량(QP)도 커져서, 고압유 라인(24)에 있어서의 작동유의 과잉분이 생긴다. 그래서, ACC 밸브 제어부(38)에 의해서, 어큐뮬레이터 밸브[62(62A, 62B)]를 개방하여 고압유 라인(24)의 작동유를 어큐뮬레이터[60(60A, 60B)]에 유입시킨 후, 어큐뮬레이터 밸브[62(62A, 62B)]를 폐쇄함으로써, 과잉의 작동유를 어큐뮬레이터[60(60A, 60B)]에 축적한다. 또한, 어큐뮬레이터(60)에 축적된 작동유는, 다음에 필요하게 되었을 때에, ACC 밸브 제어부(38)에 의해서 어큐뮬레이터 밸브[62(62A, 62B)]를 개방함으로써, 방출할 수 있다. 예를 들면, 어큐뮬레이터[60(60A, 60B)]로부터 작동유를 방출하여 유압 모터(22)의 회전을 보조해도 좋다.
혹은, 유압 펌프(20)가 변위 용적(DP)의 증대에 의해서 생긴 작동유의 과잉분을, 유압 모터(22)가 변위 용적(DM)을 증대시켜 흡수해도 좋다. 이 경우, 유압 모터(22)가 변위 용적의 증가량(ΔDM)은 이하의 수학식 4에 의해 결정해도 좋다.
[수학식 4]
ΔDM = QEXCESS/nG
단, 수학식 4에 있어서, QEXCESS는 작동유의 과잉 유량이며, nG는 발전기(6)의 회전수[즉, 유압 모터(22)의 회전수]이다. 이 경우, 변위 용적의 증가량(ΔDM)에 상당하는 부분만큼, 발전기(6)에서 생성되는 전력이 증대한다.
혹은, 유압 펌프(20)가 변위 용적(DP)의 증대에 의해서 생긴 작동유의 과잉분을, 릴리프 밸브(72)를 개방함으로써, 바이패스 유로(70)를 거쳐서 저압유 라인(26)으로 배출해도 좋다.
또한, 고압유 라인(24)에 있어서의 작동유의 과잉분에 대처할 때, 어큐뮬레이터(60)에의 축적을 우선하여 실행하여, 어큐뮬레이터(60)의 전체 용적이 작동유로 채워지면 유압 모터(22)가 변위 용적(DM)이 증가하여, 변위 용적(DM)의 증가로도 대응할 수 없는 경우에 한하여 릴리프 밸브(72)를 개방하는 것이 바람직하다. 이것은, 어큐뮬레이터(60)에 축적된 작동유는 다음에 필요하게 되었을 때 이용할 수 있으므로 가장 유용하며, 유압 모터(22)가 변위 용적(DM)의 증가는 발전량의 증가로 연결되기 때문에 유용한 것에 대해, 릴리프 밸브(72)를 개방해도 에너지를 유효 활용할 수 없기 때문이다. 또한, 릴리프 밸브(72)를 개방하면, 릴리프 밸브(72) 통과 시에 작동유의 온도가 상승해 버려, 작동유의 온도 조절이 필요하게 되므로, 어큐뮬레이터(60)로의 작동유의 축적이나, 유압 모터(22)가 변위 용적(DM)의 증대를 우선적으로 실행하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 회전 날개(2A)의 피치각을 피치 구동 기구(40)에 의해서 조절하여 로터(2)를 감속하고, 유압 펌프(20)에 의한 제동력을 로터에 작용시켜 로터(2)를 정지시킨 후에 로터(2)를 로크 핀(9)에 의해 고정한다.
그 때문에, 유압 트랜스미션(유압 펌프 및 유압 모터)을 구비한 재생 에너지형 발전 장치에 적용하면 거대화되어 버리는 브레이크 기구(브레이크 디스크)에 의지하지 않고, 로터(2)의 고정 작업을 실행할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 로터(2)의 각도 위치의 검출 결과에 근거하여 로터(2)를 소망의 각도 위치에 정지시키는 유압 펌프(20)의 토크 디맨드(TP)를 산출하고, 해당 토크 디맨드(TP)에 근거하여 결정한 변위 용적(DP)가 얻어지도록 유압 펌프(20)를 제어하도록 했다. 즉, 로터리 인코더(29)의 검출 결과에 근거하여, 유압 펌프(20)가 변위 용적(DP)을 조절하여, 로터(2)측에 마련된 제 1 구멍(10)과 나셀(8)측에 마련된 제 2 구멍(11)의 위치가 일치하는 각도 위치에서 로터(2)를 정지시키도록 했다. 그 때문에, 유압 펌프(20)에 의한 제동력을 조절하여 로터(2)를 소망의 각도 위치[제 1 구멍(10)과 제 2 구멍(11)의 위치가 일치하는 각도 위치]에 자동으로 정지시킬 수 있다. 따라서, 로터(2)의 고정 작업을 효율적으로 실행할 수 있다.
［제 2 실시형태］
다음에 제 2 실시형태에 따른 풍력 발전 장치에 대하여 설명한다. 본 실시형태의 풍력 발전 장치는 유압 펌프(20)에 모터 동작을 실행시키기 위한 밸브를 추가 설치한 점을 제외하면, 제 1 실시형태의 풍력 발전 장치(1)와 동일하다. 따라서, 여기에서는, 상술한 풍력 발전 장치(1)와는 다른 점을 중심으로 설명하기로 하고, 풍력 발전 장치(1)와 동일한 부분에는 공통의 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다.
도 7은 모터 동작용의 밸브를 추가 설치한 유압 펌프(20)의 구성예를 도시하는 도면이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 유압 펌프(20)는, 실린더(50), 피스톤(52), 유압실(53), 고압 밸브(56) 및 저압 밸브(58)가 케이싱(90)에 수납된 구성을 갖는다[단, 도 7에는 고압 밸브(56)는 도시하지 않고 있다]. 케이싱(90)은, 유압 펌프(20)의 허브(2B)에 가까운 측의 단부면을 형성하는 엔드 플레이트(90A)와, 유압 펌프(20)의 허브(2B)에 먼 측의 단부면을 형성하는 엔드 플레이트(90B)와, 엔드 플레이트(90A, 90B) 사이에 마련되는 원통벽(90C)으로 이루어진다.
또한, 도 7에 도시하는 유압 펌프(20)에는, 주축(2C)의 길이방향으로 복수열(3열)의 링 캠(54) 및 이에 대응하는 피스톤(52) 및 유압실(53)이 마련되어 있다.
허브(2B)로부터 먼 측의 엔드 플레이트(90B)에는 관통 구멍(91)이 형성되어 있다. 관통 구멍(91)은 외부의 압유원으로부터 유압 펌프(20)[구체적으로는 유압실(53)]로 압유를 공급하는 공급로(92)의 일부를 구성하고 있다. 공급로(92)로부터의 압유의 공급을 받는 것은, 복수 열의 링 캠(54) 중 허브(2B)로부터 가장 먼 측에 위치하는 링 캠(최후열의 링 캠)에 대응하는 유압실(53)이다. 이와 같이, 허브(2B)로부터 먼 측의 엔드 플레이트(90B)에 형성한 관통 구멍(91)을 포함한 공급로(92)로부터, 최후열의 링 캠(54)에 대응하는 유압실(도 7에 있어서의 가장 우측에 위치하는 유압실)(53)에 압유를 공급하는 것은, 유압 펌프(20)가 주축(2C)의 허브(2C)로부터 먼 측의 단부에 위치하기 때문에, 엔드 플레이트(90B) 주변의 공간을 이용하여 공급로(92)를 용이하게 마련할 수 있기 때문이다.
또한, 공급로(92)에는, 노멀 클로우즈식(normal close type)의 솔레노이드 밸브(93)와, 압유원으로부터 유압실(53)을 향하는 압유의 흐름만을 허용하는 체크 밸브(94)가 마련되어 있다. 압유원으로부터의 압유는, 솔레노이드 밸브(93)가 여자되어 개방됨으로써 체크 밸브(94) 및 관통 구멍(91)을 순차적으로 지나서 유압실(53)에 공급되고, 피스톤(52)을 눌러서 링 캠(54)을 회동한 후, 저압 밸브(58) 및 저압 연통로(59)를 거쳐서 저압유 라인(26)으로 배출된다.
솔레노이드 밸브(93) 및 체크 밸브(94)는, 엔드 플레이트(90B) 주변의 공간을 유효 활용하는 관점에서, 허브(2B)로부터 먼 측의 엔드 플레이트(90B)의 외측 표면에 장착하는 것이 바람직하다.
또한, 솔레노이드 밸브(93)는 밸브 제어부(39)에 의해서 개폐 제어되고, 저압 밸브(58)는 펌프 제어부(34)(도 9 참조)에 의해서 개폐 제어된다. 솔레노이드 밸브(93) 및 저압 밸브(58)는 피스톤(52)의 왕복 운동의 주기에 타이밍을 맞추어 개폐 제어된다.
도 8은 솔레노이드 밸브(93) 및 저압 밸브(58)의 개폐 타이밍을 나타내는 차트이다.
동 도면에 도시하는 바와 같이, 피스톤(52)이 상사점(TDC)으로부터 하사점(BDC)을 향하는 기간에 있어서, 솔레노이드 밸브(93)는 개방되고 저압 밸브(58)는 폐쇄된다. 이것에 의해, 압유원으로부터의 압유가 유압실(53)로 공급되어, 해당 압유에 의해서 피스톤(52)이 눌려서 링 캠(54)이 회동한다(모터 공정).
한편, 피스톤이 하사점(BDC)으로부터 상사점(TDC)을 향하는 기간에 있어서, 솔레노이드 밸브(93)는 폐쇄되고 저압 밸브(58)는 개방된다. 이것에 의해, 유압실(53) 내에 있어서 피스톤(52)을 누른 후의 압유는 저압 밸브(58) 및 저압 연통로(59)를 거쳐서 저압유 라인(26)으로 배출된다.
또한, 유압 펌프(20)에 모터 동작을 실행시키기 위한 압유는 유압 트랜스미션(4) 내를 순환하는 작동유인 것이 바람직하다. 모터 동작 시에 유압실(53)로 유입된 압유가 유압 트랜스미션(4) 내를 순환하는 작동유이면, 유압 트랜스미션(4)에 어떠한 악영향도 미치는 일이 없다.
도 9는 유압 트랜스미션(4) 내를 순환하는 작동유를 이용하여 유압 펌프(20)에 모터 동작을 실행시키기 위한 유압 회로를 도시하는 도면이다.
동 도면에 도시하는 유압 회로에서는, 저압유가 저류되어 있는 오일 탱크(80)와 유압실(531 및 53k) 사이에 공급로(92)가 마련되어 있다. 공급로(92)의 솔레노이드 밸브(93)보다 상류측에는, 「압유원」으로서의 펌프(95)가 마련되어 있다. 펌프(95)에 의해서 오일 탱크(80)로부터 퍼올려진 작동유는 솔레노이드 밸브(93) 및 체크 밸브(94)를 거쳐서 「압유」로서 유압실(531 및 53k)에 공급된다.
또한, 도 9에는 오일 탱크(80)로부터 작동유를 퍼올려, 해당 작동유를 보충 라인(82)을 거쳐서 저압유 라인(26)에 공급하는 부스트 펌프(84)와는 별도로 「압유원」으로서의 펌프(95)를 마련하는 예를 나타냈지만, 부스트 펌프(84)를 「압유원」으로서 겸용해도 좋다.
그런데, 유압 펌프(20)는, 맥동 방지나 변위 용적(DP)의 세밀한 제어를 목적으로 하여, 복수의 피스톤(52)의 왕복 운동 주기의 위상을 서로 어긋나게 하도록 설계되는 것이 일반적이다. 또한, 왕복 운동 주기의 위상이 동일한 2개 이상의 피스톤(52)으로 이루어지는 그룹을 복수 마련하고, 어느 한쪽의 피스톤(52)에 고장이 생겨도, 상기 고장이 생긴 피스톤(52)과 동일한 그룹에 속하는 다른 피스톤(52)이 계속 움직이는 것에 의해서, 맥동 방지나 변위 용적의 세밀한 제어를 유지할 수 있도록 설계하는 것이 통상이다. 도 9에 도시하는 예에서는, 피스톤(521)과 이 피스톤(521)의 반대측에 위치하는 피스톤(52k)은 동일한 위상으로 왕복 운동을 반복하도록 링 캠(54)의 형상이 결정되어 있다[이 경우, 2개의 피스톤(521, 52k)의 왕복 운동 주기의 위상이 동일한 위상이며 리던던시는 2이다].
그리고, 동일한 그룹에 속하는 피스톤(521, 52k)에 대해서, 공통의 솔레노이드 밸브(93) 및 체크 밸브(94)가 마련되어 있다. 링 캠(54)의 움직임에 타이밍을 맞추어, 공통의 솔레노이드 밸브(93)를 개폐 제어하면, 유압 펌프(20)의 모터 동작을 실현할 수 있다. 피스톤(521, 52k)에 대응하는 솔레노이드 밸브(93) 및 체크 밸브(94)를 공통화함으로써, 밸브(93, 94)의 개수를 삭감할 수 있다.
또한, 도 9에서는 유압실(531, 53k)에 대한 압유의 공급로(92)만을 도시하고 있지만, 실제로는 다른 유압실(53)에도 압유의 공급로(92)가 접속되어 있다. 예를 들면, 최후열의 링 캠(54)에 대응하는 전체 유압실(53i)(i=1 내지 m) 중 j개의 유압실(53)에 공급로(92)를 접속해도 좋다. 리던던시가 n이면, 상기 j개의 유압실(53)의 피스톤(52)의 왕복 운동 주기는 j/n 종류 존재한다. 즉, 서로 다른 왕복 운동 주기로 움직이는 피스톤(52)이 j/n조 존재하므로, 각 조의 피스톤(52)에 대하여 공통의 솔레노이드 밸브(93) 및 체크 밸브(94)를 마련하면 좋다.
다음에, 본 실시형태에 있어서의 풍력 발전 장치의 로터(2)의 고정 방법에 대하여 설명한다.
본 실시형태에서도, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 피치 구동 장치(40)를 피치 제어부(32)에 의해 제어하고, 회전 날개(2A)의 피치각을 조절하여 로터(2)를 감속한 후, 유압 펌프(20)에 의한 제동력을 조절하여 로터(2)를 소망의 각도 위치[제 1 구멍(10) 및 제 2 구멍(11)이 일치하는 로터(2)의 각도 위치]에 정지시킨다.
그러나, 유압 펌프(20)에 의한 제동력의 조절에 의해서 로터(2)를 소망의 각도 위치에 고정밀도로 정지시키는 것이 어려운 경우나, 로터(2)를 소망의 각도 위치에 정지시킨 후에 로터(2)가 움직여서 제 1 구멍(10)과 제 2 구멍(11)의 위치가 사후적으로 어긋나 버리는 경우도 생각할 수 있다. 그래서, 본 실시형태에서는, 유압 펌프(20)에 의한 제동력을 작용시켜 로터(2)를 정지시킨 후, 압유원[펌프(95)]으로부터의 압유에 의해서 유압 펌프(20)를 구동하여, 로터(2)를 소망의 각도 위치까지 회전시킨다.
도 10은 로터(2)를 소망의 각도 위치에 정지시킬 때까지의 순서를 나타내는 흐름도이다. 또한, 동 도면에 나타내는 단계 S2 내지 단계 S12는 제 1 실시형태에 있어서 도 6을 이용하여 설명한 것과 동일하므로, 여기에서는 그 설명을 생략한다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 단계 S2 내지 단계 S12에 의해 로터(2)를 정지시킨 후, 로터리 인코더(29)에 의한 로터(2)의 각도 위치(회전 변위)의 계측 결과를 취득한다(단계 S14). 그리고, 로터리 인코더(29)의 계측 결과에 근거하여, 로터(2)측의 제 1 구멍(10)과 나셀(8)측의 제 2 구멍(11)의 위치가 일치하고 있는지, 즉 로터(2)가 소망의 각도 위치에 정지하고 있는지를 판정한다(단계 S16).
로터(2)가 소망의 각도 위치에 정지하고 있으면(단계 S16의 예 판정), 압유에 의한 유압 펌프(20)의 구동 조작은 실행하지 않고, 제 1 구멍(10) 및 제 2 구멍(11)에의 로크 핀(9)의 삽입 작업으로 이행한다. 그 때, 고압 밸브(56) 및 저압 밸브(58)를 폐쇄한 상태를 유지하여 유압 펌프(20)를 소망의 각도 위치에서 가고정한 후, 로크 핀(9)의 삽입 작업을 실행해도 좋다.
한편, 로터(2)가 소망의 각도 위치에 정지하고 있지 않은 경우(단계 S16의 아니오 판정), 단계 S18로 진행되고, 압유원[펌프(95)]으로부터의 압유에 의해서 유압 펌프(20)를 구동하여, 로터(2)를 회전시킨다. 이 때, 로터리 인코더(29)에서 계측한 로터(2)의 각도 위치에 근거하여 솔레노이드 밸브(93) 및 저압 밸브(58)의 개폐 제어를 실행하여, 로터(2)를 소망의 각도 위치까지 회전시켜도 좋다. 예를 들면, 링 캠(54)의 움직임에 맞추어 도 8에 나타내는 타이밍에 솔레노이드 밸브(93) 및 저압 밸브(58)를 개폐 제어하는 기간을, 로터(2)의 현재의 각도 위치와 소망의 각도 위치의 편차에 근거하여 결정해도 좋다.
단계 S18에 있어서 유압 펌프(20)의 구동에 의해 로터(2)를 회전시킨 후, 다시 단계 S14로 복귀하여, 단계 S16의 판정을 실행한다.
본 실시형태에서는, 유압 펌프(20)에 의한 제동력에 의해서 로터(2)를 정지시킨 후, 유압 펌프(20)에 압유를 공급하고, 해당 압유에 의해서 유압 펌프(20)를 구동하여 로터(2)를 소망의 위치까지 회전시키므로, 로터(2)의 고정 작업을 효율적으로 실행할 수 있다.
또한, 로터리 인코더(29)의 검출 결과에 근거하여, 솔레노이드 밸브(93) 및 저압 밸브(58)를 개폐 제어함으로써, 유압 펌프(20)의 구동에 의해서 로터(2)를 소망의 각도 위치까지 회전시키는 작업을 자동화할 수 있다. 따라서, 로터(2)의 고정 작업을 효율적으로 실행할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 케이싱(90)에 수납되는 고압 밸브(56)와는 별도로, 유압 펌프(20)에 모터 동작시키기 위한 솔레노이드 밸브(93)를 마련하고 있다. 이것은 다음의 이유에 의한 것이다.
도 9에 도시하는 예에서는, 케이싱(90)에 수납되는 고압 밸브(56) 및 저압 밸브(58)는 각각 체크 밸브 및 노멀 오픈식의 전자 밸브이다. 고압 밸브(56)로서 체크 밸브를 이용하고 있는 것은 고압 밸브(56)를 컴팩트하게 하기 위해서이다. 압유원[펌프(95)]으로부터의 압유에 의해서 유압 펌프(20)를 구동할 때, 케이싱(90)에 수납된 고압 밸브(체크 밸브)(56)를 이용할 수 없으므로, 본 실시형태에서는 고압 밸브(58)와는 별도로 노멀 클로즈식의 전자 밸브로 이루어지는 솔레노이드 밸브(93)를 마련하고 있다.
또한, 고압 밸브(56)로서 전자 밸브를 이용하는 경우라도, 고압 밸브(56)의 컴팩트화의 관점에서, 고압 밸브(56)는 유압실(53)과 고압유 라인(24)의 압력차를 이용하여 개폐하거나 혹은 개폐를 보조하도록 설계하는 것이 있다. 이와 같이 유압실(53)과 고압유 라인(24)의 압력차를 이용함으로써, 작은 고압 밸브(56)의 개폐 제어를 실행하는데 필요한 전자력은 작아도 충분하므로, 고압 밸브(56)를 컴팩트화할 수 있다. 이 경우, 고압 밸브(56)는 피스톤(52)의 왕복 운동에 의해서 만들어지는 상기 압력차를 이용하여 비로서 개폐 가능하다. 그렇게 하면, 압유원[펌프(95)]으로부터의 압유에 의해서 유압 펌프(20)를 구동할 때, 고압 밸브(56) 단독으로는 개폐 제어할 수 없는 것이다. 따라서, 케이싱(90)에 수납되는 고압 밸브(56)가 전자 밸브라도, 고압 밸브(58)와는 별도로 솔레노이드 밸브(93)를 마련하는 것이 바람직하다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 각종의 개량이나 변형을 실행해도 좋다는 것은 말할 필요도 없다.
예를 들면, 상술한 제 1 및 제 2 실시형태에서는, 로터(2)측의 제 1 구멍(10)과 나셀(8)측의 제 2 구멍(11)에 로크 핀(9)을 삽입하여 로터(2)를 고정하는 예에 대하여 설명했지만, 로크 핀(9) 이외의 임의의 고정 수단을 이용해도 좋다.
또한, 상술한 제 1 및 제 2 실시형태에서는, 유압 펌프(20)에 의한 제동력에 의해서 로터(2)를 정지시킬 때, 유압 펌프(20)의 변위 용적(DP)을 변화시키는(단계 S8 참조) 예에 대하여 설명했다. 그러나, 변위 용적(DP)을 대신하여, 또는 변위 용적(DP)에 부가하여, 고압유 라인(24)에 있어서의 작동유의 압력(PH)을 변화시켜도 좋다. 즉, 단계 S4에서 결정한 유압 펌프(20)의 토크 디맨드(TP)[=변위 용적(DP)×고압유의 압력(PH)]가 실현되도록, 변위 용적(DP) 및 압력(PH) 중 적어도 하나를 조절하면 좋다.
또한, 고압유 라인(24)에 있어서의 작동유의 압력(PH)은, 예를 들어 유압 모터(22)의 흡입량(QM)에 대하여 유압 펌프(20)의 토출량(QP)을 크게 하거나 작게 하거나 함으로써 조절 가능하다.
또한, 상술한 제 1 및 제 2 실시형태에서는, 로크 핀(9)의 제 1 구멍(10) 및 제 2 구멍(11)에의 삽입을 수동으로 실행하는 예에 대하여 설명했지만, 로크 핀(9)의 삽입 작업을 자동화해도 좋다.
도 11은 로크 핀(9)의 삽입을 자동으로 실행하는 상태를 도시하는 도면이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 로크 핀(9)의 후단측에 액추에이터(96)가 마련되어 있다. 액추에이터(96)는 액추에이터 제어부(98)에 의해서 제어된다. 또한, 판정 수단(99)에서는, 로터리 인코더(29)(도 1 및 도 9 참조)에 의한 로터(2)의 각도 위치의 검출 결과에 근거하여, 로터(2)측[도 11에 도시하는 예에서는 허브(2B)]의 제 1 구멍(10)과, 나셀(8)측[도 11에 도시하는 예에서는 나셀(8)의 돌출부(8A)]의 제 2 구멍(11)의 위치가 일치하고 있는지 판정한다. 판정 수단(99)에 의한 판정 결과는 액추에이터 제어부(98)로 보내진다. 그리고, 제 1 구멍(10) 및 제 2 구멍(11)의 위치가 일치하고 있다는 판정 결과가 판정 수단(99)에 의해 얻어진 경우, 액추에이터 제어부(98)는 액추에이터(96)를 작동시켜 로크 핀(9)의 제 1 구멍(10) 및 제 2 구멍(11)에의 삽입을 실행한다. 또한, 액추에이터(96)로서, 예를 들어 유압 실린더를 이용할 수 있다.
1 : 풍력 발전 장치 2 : 로터
2A : 회전 날개 2B : 허브
2C : 주축 3 : 주축 베어링
4 : 유압 트랜스미션 5 : 체결 부재
6 : 발전기 7 : 타워
8 : 나셀 8A : 돌출부
9 : 로크 핀 10 : 제 1 구멍
11 : 제 2 구멍 12 : 원통 부재
13 : 나사 부재 14 : 코너부
15 : 코너부 20 : 유압 펌프
22 : 유압 모터 24 : 고압유 라인
26 : 저압유 라인 28 : 압력 센서
29 : 로터리 인코더 30 : 제어 유닛
32 : 피치 제어부 34 : 펌프 제어부
36 : 모터 제어부 38 : ACC 밸브 제어부
39 : 밸브 제어부 40 : 피치 구동 기구
42 : 유압 실린더 44 : 서보 밸브
46 : 유압원 48 : 어큐뮬레이터
50 : 실린더 52 : 피스톤
52A : 피스톤 본체부 52B : 피스톤 롤러
53 : 유압실 54 : 캠(링 캠)
55 : 캠 장착대 56 : 고압 밸브
57 : 고압 연통로 58 : 저압 밸브
59 : 저압 연통로 60(60A, 60B) : 어큐뮬레이터
62(62A, 62B) : 어큐뮬레이터 밸브
64 : 어큐뮬레이터 66 : 오일 필터
68 : 오일 쿨러 70 : 바이패스 유로
72 : 릴리프 밸브 80 : 오일 탱크
82 : 보충 라인 84 : 펌프
86 : 오일 필터 88 : 반송 라인
89 : 릴리프 밸브 90 : 케이싱
90A : 엔드 플레이트 90B : 엔드 플레이트
90C : 원통벽 91 : 관통 구멍
92 : 공급로(유압의 공급로) 93 : 솔레노이드 밸브(밸브)
94 : 체크 밸브 96 : 액추에이터
98 : 액추에이터 제어부 99 : 판정 수단
2A : 회전 날개 2B : 허브
2C : 주축 3 : 주축 베어링
4 : 유압 트랜스미션 5 : 체결 부재
6 : 발전기 7 : 타워
8 : 나셀 8A : 돌출부
9 : 로크 핀 10 : 제 1 구멍
11 : 제 2 구멍 12 : 원통 부재
13 : 나사 부재 14 : 코너부
15 : 코너부 20 : 유압 펌프
22 : 유압 모터 24 : 고압유 라인
26 : 저압유 라인 28 : 압력 센서
29 : 로터리 인코더 30 : 제어 유닛
32 : 피치 제어부 34 : 펌프 제어부
36 : 모터 제어부 38 : ACC 밸브 제어부
39 : 밸브 제어부 40 : 피치 구동 기구
42 : 유압 실린더 44 : 서보 밸브
46 : 유압원 48 : 어큐뮬레이터
50 : 실린더 52 : 피스톤
52A : 피스톤 본체부 52B : 피스톤 롤러
53 : 유압실 54 : 캠(링 캠)
55 : 캠 장착대 56 : 고압 밸브
57 : 고압 연통로 58 : 저압 밸브
59 : 저압 연통로 60(60A, 60B) : 어큐뮬레이터
62(62A, 62B) : 어큐뮬레이터 밸브
64 : 어큐뮬레이터 66 : 오일 필터
68 : 오일 쿨러 70 : 바이패스 유로
72 : 릴리프 밸브 80 : 오일 탱크
82 : 보충 라인 84 : 펌프
86 : 오일 필터 88 : 반송 라인
89 : 릴리프 밸브 90 : 케이싱
90A : 엔드 플레이트 90B : 엔드 플레이트
90C : 원통벽 91 : 관통 구멍
92 : 공급로(유압의 공급로) 93 : 솔레노이드 밸브(밸브)
94 : 체크 밸브 96 : 액추에이터
98 : 액추에이터 제어부 99 : 판정 수단
Claims (17)
- 회전 날개, 상기 회전 날개가 장착되는 허브 및 상기 허브에 연결된 주축을 갖는 로터와, 상기 로터의 회전에 의해서 구동되는 가변 용량형의 유압 펌프와, 상기 유압 펌프에 의해 승압된 작동유에 의해서 구동되는 유압 모터와, 상기 유압 모터에 연결된 발전기를 구비하는 재생 에너지형 발전 장치의 로터 고정 방법에 있어서,
상기 회전 날개의 피치각을 조절함으로써, 상기 로터를 감속하는 단계와,
상기 로터를 감속하는 단계 후에, 상기 유압 펌프에 의한 제동력을 상기 로터에 작용시켜서 상기 로터를 정지시키는 단계와,
상기 로터를 정지시키는 단계 후에, 상기 로터가 회전방향에 대해서 움직이지 않게 되도록 상기 로터를 고정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는
재생 에너지형 발전 장치의 로터 고정 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 재생 에너지형 발전 장치는, 상기 로터의 회전 변위를 검출하는 인코더와, 상기 유압 펌프로부터 상기 유압 모터로 상기 작동유를 공급하는 고압유 라인을 더 구비하며,
상기 로터를 고정하는 단계에서는, 상기 로터측에 마련된 제 1 구멍과, 상기 주축을 수납하는 나셀측에 마련된 제 2 구멍에 로크 핀을 삽입하고,
상기 로터를 정지시키는 단계에서는, 상기 인코더의 검출 결과에 근거하여, 상기 유압 펌프의 변위 용적 및 상기 고압유 라인의 상기 작동유의 압력 중 적어도 한쪽을 조절하여, 상기 로터측에 마련된 상기 제 1 구멍과, 상기 나셀측에 마련된 상기 제 2 구멍의 위치가 일치하는 각도 위치에서 상기 로터를 정지시키는 것을 특징으로 하는
재생 에너지형 발전 장치의 로터 고정 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 로터를 고정하는 단계에서는, 상기 로터측에 마련된 제 1 구멍과, 상기 주축을 수납하는 나셀측에 마련된 제 2 구멍에 로크 핀을 삽입하고,
상기 로터를 정지시키는 단계 후, 또한 상기 로터를 고정하는 단계 전에, 상기 유압 펌프에 압유를 공급하고, 상기 압유에 의해서 상기 유압 펌프를 구동하여 상기 로터를 회전시켜서, 상기 로터측에 마련된 상기 제 1 구멍과, 상기 나셀측에 마련된 상기 제 2 구멍의 위치를 일치시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는
재생 에너지형 발전 장치의 로터 고정 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 재생 에너지형 발전 장치는 상기 로터의 회전 변위를 검출하는 인코더를 더 구비하며,
상기 위치를 일치시키는 단계에서는, 상기 인코더의 검출 결과에 근거하여, 상기 유압 펌프로의 상기 압유의 공급로에 마련된 밸브의 개폐를 제어하여, 상기 제 1 구멍과 상기 제 2 구멍의 위치를 일치시키는 것을 특징으로 하는
재생 에너지형 발전 장치의 로터 고정 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 재생 에너지형 발전 장치는, 상기 유압 펌프로부터 상기 유압 모터로 상기 작동유를 공급하는 고압유 라인과, 상기 유압 모터로부터 상기 유압 펌프로 상기 작동유를 복귀시키는 저압유 라인을 더 구비하며,
상기 유압 펌프는, 실린더와, 상기 로터의 회전에 따라 상기 실린더 내를 미끄럼 운동하는 피스톤과, 상기 실린더와 상기 피스톤으로 형성되는 유압실과, 상기 유압실 및 상기 고압유 라인 사이의 연통로를 개폐하는 고압 밸브와, 상기 유압실 및 상기 저압유 라인 사이의 연통로를 개폐하는 저압 밸브를 갖고,
상기 로터를 정지시키는 단계 후, 또한 상기 로터를 고정하는 단계 전에, 상기 고압 밸브 및 상기 저압 밸브를 폐쇄한 상태를 유지하여 상기 로터를 가고정하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는
재생 에너지형 발전 장치의 로터 고정 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 재생 에너지형 발전 장치는 상기 유압 펌프로부터 상기 유압 모터로 상기 작동유를 공급하는 고압유 라인을 더 구비하며,
상기 고압유 라인에는, 어큐뮬레이터 밸브를 거쳐서 어큐뮬레이터가 접속되어 있으며,
상기 로터를 정지시키는 단계에서는, 적어도 상기 유압 펌프의 변위 용적을 크게 하고, 상기 어큐뮬레이터 밸브를 개방하여, 상기 고압유 라인에 있어서의 과잉의 상기 작동유를 상기 어큐뮬레이터에 축적하는 것을 특징으로 하는
재생 에너지형 발전 장치의 로터 고정 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 재생 에너지형 발전 장치는 상기 유압 펌프로부터 상기 유압 모터로 상기 작동유를 공급하는 고압유 라인을 더 구비하며,
상기 유압 모터는 가변 용량형이며,
상기 로터를 정지시키는 단계에서는, 적어도 상기 유압 펌프의 변위 용적을 크게 하고, 상기 유압 모터가 변위 용적을 일시적으로 증대시켜, 상기 고압유 라인에 있어서의 과잉의 상기 작동유를 상기 유압 모터로 흡수하는 것을 특징으로 하는
재생 에너지형 발전 장치의 로터 고정 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 재생 에너지형 발전 장치는, 상기 유압 펌프로부터 상기 유압 모터로 상기 작동유를 공급하는 고압유 라인과, 상기 유압 모터로부터 상기 유압 펌프로 상기 작동유를 복귀시키는 저압유 라인과, 상기 고압유 라인과 상기 저압유 라인에 접속되고, 상기 유압 모터를 바이패스하는 바이패스 유로와, 상기 바이패스 유로에 마련된 릴리프 밸브를 더 구비하며,
상기 로터를 정지시키는 단계에서는, 적어도 상기 유압 펌프의 변위 용적을 크게 하고, 상기 고압유 라인에 있어서의 과잉의 상기 작동유를 상기 바이패스 유로 및 상기 릴리프 밸브를 거쳐서 상기 저압유 라인에 흐르게 하는 것을 특징으로 하는
재생 에너지형 발전 장치의 로터 고정 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 재생 에너지형 발전 장치는, 재생 에너지로서의 바람에 의해 상기 로터를 회전시키고, 상기 유압 펌프 및 상기 유압 모터를 거쳐서 상기 로터의 토크를 상기 발전기에 입력하여, 상기 발전기에 있어서 전력을 생성하는 풍력 발전 장치인 것을 특징으로 하는
재생 에너지형 발전 장치의 로터 고정 방법. - 회전 날개, 상기 회전 날개가 장착되는 허브 및 상기 허브에 연결된 주축을 갖는 로터와,
상기 로터의 회전에 의해서 구동되는 가변 용량형의 유압 펌프와,
상기 유압 펌프에 의해 승압된 작동유에 의해서 구동되는 유압 모터와,
상기 유압 모터에 연결된 발전기와,
상기 로터가 감속되도록 상기 회전 날개의 피치각을 조절하는 피치 구동 기구와,
상기 피치 구동 기구에 의해서 감속된 상기 로터에 상기 유압 펌프에 의한 제동력을 작용시켜 상기 로터가 정지하도록, 상기 유압 펌프를 제어하는 펌프 제어부와,
상기 로터가 회전방향에 대해서 움직이지 않게 되도록, 상기 로터를 고정하는 고정 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는
재생 에너지형 발전 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 유압 펌프로부터 상기 유압 모터로 상기 작동유를 공급하는 고압유 라인과,
상기 로터의 회전 변위를 검출하는 인코더를 더 구비하며,
상기 고정 장치는, 상기 로터측에 마련된 제 1 구멍과, 상기 나셀측에 마련된 제 2 구멍에 삽입되는 로크 핀이며,
상기 펌프 제어부는, 상기 인코더의 검출 결과에 근거하여, 상기 유압 펌프의 변위 용적 및 상기 고압유 라인의 상기 작동유의 압력 중 적어도 한쪽을 조절하여, 상기 로터측에 마련된 상기 제 1 구멍과, 상기 나셀측에 마련된 상기 제 2 구멍의 위치가 일치하는 각도 위치에서 상기 로터를 정지시키는 것을 특징으로 하는
재생 에너지형 발전 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 고정 장치는, 상기 로터측에 마련된 제 1 구멍과, 상기 나셀측에 마련된 제 2 구멍에 삽입되는 로크 핀이며,
상기 로터의 회전 변위를 검출하는 인코더와,
상기 유압 펌프에 압유를 공급하는 압유원과,
상기 압유원으로부터 상기 유압 펌프로의 상기 압유의 공급로에 마련된 밸브와,
상기 인코더의 검출 결과에 근거하여 상기 밸브의 개폐를 제어하여, 상기 압유원으로부터의 상기 압유에 의해서 상기 유압 펌프를 구동하여, 상기 로터측에 마련된 상기 제 1 구멍과, 상기 나셀측에 마련된 상기 제 2 구멍의 위치가 일치하도록 상기 로터를 회전시키는 밸브 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는
재생 에너지형 발전 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 유압 펌프로부터 상기 유압 모터로 상기 작동유를 공급하는 고압유 라인과,
상기 유압 모터로부터 상기 유압 펌프로 상기 작동유를 복귀시키는 저압유 라인을 더 구비하며,
상기 유압 펌프는, 실린더와, 상기 로터의 회전에 따라 상기 실린더 내를 미끄럼 운동하는 피스톤과, 상기 실린더와 상기 피스톤으로 형성되는 유압실과, 상기 유압실 및 상기 고압유 라인 사이의 연통로를 개폐하는 고압 밸브와, 상기 유압실 및 상기 저압유 라인 사이의 연통로를 개폐하는 저압 밸브와, 상기 실린더, 상기 피스톤, 상기 유압실, 상기 고압 밸브 및 상기 저압 밸브를 수납하는 케이싱을 갖고,
상기 압유의 공급로는 상기 압유원으로부터 상기 케이싱을 관통하여 상기 유압실에 통하여 있으며,
상기 밸브는 상기 압유의 공급로에 마련된 전자 밸브인 것을 특징으로 하는
재생 에너지형 발전 장치. - 제 13 항에 있어서,
상기 유압 펌프는 상기 피스톤의 왕복 운동 주기를 결정하는 파형의 요철을 갖는 링 캠을 더 갖고,
상기 피스톤은 상기 왕복 운동 주기의 위상이 동일한 2개 이상의 피스톤으로 이루어지는 그룹이 복수 존재하며,
상기 밸브는 각 그룹에 속하는 상기 2개 이상의 피스톤에 대하여 공통으로 마련되는 것을 특징으로 하는
재생 에너지형 발전 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 고정 장치는, 상기 로터측에 마련된 제 1 구멍과, 상기 주축을 수납하는 나셀측에 마련된 제 2 구멍에 삽입되는 로크 핀이며,
상기 유압 펌프는, 복수의 실린더와, 각 실린더 내를 미끄럼 운동하는 피스톤과, 상기 주축의 외주에 마련되고, 상기 피스톤의 왕복 운동 주기를 결정하는 파형의 요철을 갖는 링 캠을 갖고,
상기 링 캠의 상기 요철의 골에 적어도 하나의 상기 피스톤이 위치했을 때에 상기 제 1 구멍과 상기 제 2 구멍의 위치가 일치하도록, 상기 링 캠의 형상이 결정되어 있는 것을 특징으로 하는
재생 에너지형 발전 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 고정 장치는, 상기 로터측에 마련된 제 1 구멍과, 상기 주축을 수납하는 나셀측에 마련된 제 2 구멍에 삽입되는 로크 핀이며,
상기 로터의 회전 변위를 검출하는 인코더와,
상기 로크 핀에 장착된 액추에이터와,
상기 인코더의 검출 결과에 근거하여, 상기 제 1 구멍과 상기 제 2 구멍의 위치가 일치하고 있는지 판정하는 판정 수단과,
상기 제 1 구멍과 상기 제 2 구멍의 위치가 일치하고 있다고 상기 판정 수단이 판정했을 경우, 상기 액추에이터를 작동시켜 상기 로크 핀을 상기 제 1 구멍 및 상기 제 2 구멍에 압입하는 액추에이터 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는
재생 에너지형 발전 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 고정 장치는, 상기 로터측에 마련된 제 1 구멍과, 상기 나셀측에 마련된 제 2 구멍에 삽입되는 로크 핀이며,
상기 로크 핀의 선단면과, 상기 제 1 구멍 및 상기 제 2 구멍 중 적어도 한쪽의 로크 핀 삽입방향과는 반대측의 개구 단부면은 코너부가 면취되어 있는 것을 특징으로 하는
재생 에너지형 발전 장치.
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