KR101411435B1 - Rotational state measuring apparatus of rotor and wind power generator comprising the same - Google Patents

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Abstract

로터의 회전 상태 측정 장치 및 이를 포함하는 풍력발전기가 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 로터의 회전 상태 측정 장치는, 로터의 회전력을 전달하는 원통형 메인 샤프트의 둘레를 감싸는 물리적인 띠로 상기 원통형의 둘레를 따라 높이가 선형적으로 가변 되는 측정 띠; 일정 길이의 측정 바를 상기 측정 띠와 접촉시켜 상기 메인 샤프트의 회전에 따라 변동하는 상기 측정 띠의 높이를 측정하는 변위 센서; 및 상기 측정 띠의 높이를 바탕으로 상기 로터의 위치를 계산하고, 시간에 따른 상기 로터의 위치 변화를 분석하여 회전 속도를 계산하는 제어 모듈을 포함한다.An apparatus for measuring the rotation state of a rotor and a wind power generator including the same is disclosed.
The apparatus for measuring the rotational state of a rotor according to an embodiment of the present invention includes: a physical band surrounding a circumference of a cylindrical main shaft that transmits a rotational force of a rotor, the measuring band being linearly variable in height along the circumference of the cylindrical body; A displacement sensor for contacting a measurement bar of a predetermined length with the measurement strip and measuring a height of the measurement strip fluctuating in accordance with rotation of the main shaft; And a control module for calculating the position of the rotor on the basis of the height of the measurement zone and analyzing the positional change of the rotor with respect to time to calculate the rotation speed.

Description

로터의 회전 상태 측정 장치 및 이를 포함하는 풍력발전기{ROTATIONAL STATE MEASURING APPARATUS OF ROTOR AND WIND POWER GENERATOR COMPRISING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an apparatus for measuring the rotational state of a rotor, and a wind turbine including the same. BACKGROUND OF THE INVENTION [0002]

본 발명은 로터의 회전 상태 측정 장치 및 이를 포함하는 풍력발전기에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for measuring the rotational state of a rotor and a wind turbine including the same.

일반적으로 풍력발전기는 바람의 운동에너지를 기계적 에너지로 변환시키고 이로부터 전기를 생산하는 것으로 무공해, 무한정의 바람을 이용함으로 환경에 미치는 영향이 적고, 국토를 효율적으로 이용할 수 있는 장점이 있다.In general, wind power generators convert kinetic energy of wind into mechanical energy and produce electricity from it. Using windless and infinite winds, it has little effect on the environment and has an advantage of using the land efficiently.

그리고, 풍력발전기가 여러 기 설치되어 있는 대규모 풍력발전단지의 경우에는 발전단가도 기존의 화석에너지 발전방식과 경쟁이 가능한 수준이어서 대체 에너지 산업으로서 빠르게 성장하고 있는 추세이다.In the case of a large-scale wind farm with several wind turbines installed, the power generation cost is also rapidly growing as an alternative energy industry because it can compete with existing fossil energy generation methods.

이러한 대규모 풍력발전단지에 설치되는 풍력발전기들은 풍속과 풍향과 같은 주변 환경의 변화를 계측하고 그에 따라 로터(Rotor)의 회전속도와 발전기의 출력을 독립적으로 제어할 뿐만 아니라, 통신망으로 연결되는 중앙관제센터에서 원격으로 그 운용상태를 관리하고 있다.Wind turbines installed in such large-scale wind farms measure changes in the surrounding environment such as wind speed and wind direction, and independently control the rotational speed of the rotor and the output of the generator, The center is remotely managing its operational status.

풍력발전기들의 효율적인 제어와 안전한 동작을 위해서는 풍향 센서, 풍속 센서, 로터의 회전속도 및 위치 측정 센서, 나셀의 나셀 요(yaw) 센서, 발전기 센서 등의 다양한 센서들을 설치하고 이들에서 계측되는 정보를 수시로 모니터링해야 한다. For efficient control and safe operation of wind turbines, various sensors such as wind direction sensor, wind speed sensor, rotor rotation speed and position sensor, nacelle nacelle sensor and generator sensor are installed, Should be monitored.

특히, 풍력발전기의 제어에 있어서 복수의 블레이드가 바람을 받는 영향으로 회전하는 로터의 속도나 위치는 안정적인 출력뿐만 아니라 유지보수를 위한 지표로 활용된다.In particular, in the control of a wind turbine generator, the speed or position of a rotating rotor due to the influence of a plurality of blades is used as an indicator for maintenance as well as stable output.

한편, 종래의 풍력발전기 로터의 위치 및 속도를 측정하기 위한 장비로는 기계식 엔코더를 사용하고 있다. On the other hand, a mechanical encoder is used as a device for measuring the position and speed of a conventional wind power generator rotor.

도 1은 종래의 로터의 위치 및 속도를 측정하기 위한 엔코더의 구성을 나타낸다.Fig. 1 shows a configuration of an encoder for measuring the position and velocity of a conventional rotor.

첨부된 도 1을 참조하면, 종래의 엔코더(10)는 로터와 나셀을 연결하는 로터 베어링(20)의 외륜(혹은 내륜)에 형성된 기어 이빨(21)과 맞물려 돌아가는 계측 기어(11)를 포함하며, 상기 계측 기어(11)의 회전량을 체크하여 로터의 위치 및 속도를 측정할 수 있다.1, the conventional encoder 10 includes a measuring gear 11 meshing with a gear tooth 21 formed on an outer ring (or an inner ring) of a rotor bearing 20 connecting a rotor and a nacelle , The position and speed of the rotor can be measured by checking the amount of rotation of the measuring gear (11).

그러나, 엔코더(10)의 유격으로 인하여 측정 위치 및 속도의 오차가 발생할 수 있으며, 기계적인 특성상 충격으로 인하여 파손이 될 경우 풍력발전기의 안전 및 유지보수가 어려운 문제점이 있다. However, errors in the measurement position and speed may occur due to the clearance of the encoder 10, and there is a problem in that the safety and maintenance of the wind power generator are difficult when the mechanical property is damaged due to the impact.

본 발명의 실시 예는 상기한 문제점을 해결하기 위하여 로터의 측정 위치 및 속도의 오차를 줄이고 내구성이 향상된 로터의 회전 상태 측정 장치 및 이를 포함하는 풍력발전기를 제공하고자 한다.In order to solve the above-described problems, an embodiment of the present invention is to provide an apparatus for measuring the rotation state of a rotor with reduced error in measurement position and speed of the rotor and improved durability, and a wind power generator including the same.

본 발명의 일 측면에 따르면, 로터의 회전력을 전달하는 원통형 메인 샤프트의 둘레를 감싸는 물리적인 띠로 상기 원통형의 둘레를 따라 높이가 선형적으로 가변 되는 측정 띠; 일정 길이의 측정 바를 상기 측정 띠와 접촉시켜 상기 메인 샤프트의 회전에 따라 변동하는 상기 측정 띠의 높이를 측정하는 변위 센서; 및 상기 측정 띠의 높이를 바탕으로 상기 로터의 위치를 계산하고, 시간에 따른 상기 로터의 위치 변화를 분석하여 회전 속도를 계산하는 제어 모듈을 포함하는 로터의 회전 상태 측정 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, a physical band surrounding a circumference of a cylindrical main shaft that transmits a rotational force of a rotor is linearly variable in height along the circumference of the cylindrical body; A displacement sensor for contacting a measurement bar of a predetermined length with the measurement strip and measuring a height of the measurement strip fluctuating in accordance with rotation of the main shaft; And a control module for calculating the position of the rotor on the basis of the height of the measurement zone and analyzing a change in position of the rotor with respect to time to calculate a rotation speed.

또한, 상기 측정 띠는, 소정 폭으로 상기 메인 샤프트의 원통형 둘레를 따라 0도에서 180도까지는 선형적으로 증가 하고, 180도에서 360도까지는 선형적으로 감소하는 높이를 가질 수 있다.In addition, the measurement strip may linearly increase from 0 to 180 degrees along a cylindrical circumference of the main shaft at a predetermined width, and may have a height that decreases linearly from 180 to 360 degrees.

또한, 상기 제어 모듈은, 상기 측정 띠의 높이 별 상응하는 로터의 위치를 미리 저장하고, 측정되는 상기 측정 띠의 높이에 대응되는 상기 로터의 위치와 속도를 계산할 수 있다.The control module may store the position of the rotor corresponding to the height of the measurement strip in advance and calculate the position and speed of the rotor corresponding to the height of the measurement strip to be measured.

또한, 상기 제어 모듈은, 시간에 따라 변화하는 상기 로터의 위치를 미분하여 상기 로터의 속도를 계산할 수 있다.In addition, the control module can calculate the speed of the rotor by differentiating the position of the rotor that changes with time.

또한, 상기 제어 모듈은, 상기 측정 띠의 현재 측정 높이를 이전 단계의 측정 높이와 비교 하여 높이가 증가하였으면 상기 0도에서 180도 사이의 위치로 판단하고, 감소하였으면 상기 180에서 360도 사이의 위치로 판단할 수 있다.The control module compares the current measurement height of the measurement zone with the measurement height of the previous measurement zone to determine a position between 0 and 180 degrees if the height is increased, .

또한, 상기 측정 띠는, 금속 또는 플라스틱 중 어느 하나의 물리적 재질을 이용하여 상기 메인 사프트에 용접되거나 부착될 수 있다.The measurement strip may be welded or attached to the main shaft using a physical material of either metal or plastic.

또한, 상기 변위 센서는, 나셀의 내부에 고정되어 상기 메인 샤프트를 보호하는 샤프트 하우징의 내측에 결합 부재를 통해 고정되는 로터의 회전 상태 측정 장치.Further, the displacement sensor is fixed to the inside of the nacelle and fixed to the inside of the shaft housing that protects the main shaft through a coupling member.

또한, 상기 변위 센서는, 상기 측정 바가 상하로 변동하는 길이 변화에 따른 상기 측정 띠와의 간격을 측정하여 상기 측정 띠의 높이와 그 변화량을 측정할 수 있다.The displacement sensor may measure a height of the measurement strip and a change amount thereof by measuring an interval between the measurement strip and the measurement strip according to a change in length of the measurement bar.

또한, 상기 변위 센서는, 상기 측정 띠와 접촉되는 상기 측정 바의 단부에 설치되어 회전하는 롤러를 포함할 수 있다.In addition, the displacement sensor may include a roller provided at an end of the measuring bar in contact with the measuring strip and rotating.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 복수의 블레이드가 결합되어 바람의 힘에 의해 회전하는 로터, 상기 로터에 연결된 메인 샤프트로부터 회전력을 전달받아 전기에너지로 변환하는 발전설비들이 설치되는 나셀 및 상기 로터와 상기 나셀을 지지하는 타워를 포함하는 풍력발전기에 있어서, 상기한 항 중 어느 하나의 회전 상태 측정 장치를 포함하는 풍력발전기를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a turbine rotor comprising: a rotor coupled to a plurality of blades and rotated by a wind force; a nacelle installed with power generating facilities for receiving rotational force from a main shaft connected to the rotor, And a tower for supporting the nacelle, wherein the wind turbine includes any one of the above-described rotation state measuring devices.

본 발명의 실시 예에 따르면 메인 샤프트에 설치된 측정 띠의 높이가 선형적으로 증가하거나 감소하는 것을 측정하는 변위 센서를 이용하여 기존의 엔코더의 유격과 측정 단위 간격으로 인한 오차를 예방하고, 선형적으로 연속적인 로터의 위치 및 속도를 측정할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to prevent the error due to the clearance of the existing encoder and the interval of the measurement unit by using the displacement sensor measuring the linear increase or decrease of the height of the measurement band installed on the main shaft, The position and speed of the continuous rotor can be measured.

또한, 기존의 엔코더 사용에 따른 기계적인 파손 없이 로터의 측정 장비의 수명을 연장할 수 있어 내구성을 향상시키고 유지보수에 대한 부담을 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the life of the rotor measurement device can be extended without mechanical breakage due to the use of the conventional encoder, thereby improving the durability and reducing the maintenance burden.

도 1은 종래의 로터의 위치 및 속도를 측정하기 위한 엔코더의 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 회전체 측정부의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 측정 띠의 높이변화에 따른 로터의 위치 및 속도 측정 과정을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 변위 센서의 측정 바와 측정 띠가 접촉되는 횡단면도를 나타낸다.Fig. 1 shows a configuration of an encoder for measuring the position and velocity of a conventional rotor.
2 is a block diagram schematically showing a configuration of a wind power generator according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a rotating body measuring unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows a process of measuring the position and velocity of the rotor according to the height change of the measurement zone according to the embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view in which a measurement bar and a measurement strip of a displacement sensor according to an embodiment of the present invention are in contact with each other.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise. Also, the terms " part, "" module," and " module ", etc. in the specification mean a unit for processing at least one function or operation and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software have.

또한, 명세서 전체에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Also, when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element throughout the specification, the element may be directly connected or connected to the other element, May be present.

또한, 명세서 전체에서 로터의 "회전 상태"라 함은 로터의 위치(예; 각도) 및 회전 속도를 포함하는 의미를 갖는다.Also, throughout the specification, the term "rotational state" of the rotor has the meaning including the position (e.g., angle) and rotational speed of the rotor.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 로터의 회전 상태 측정 장치 및 이를 포함하는 풍력발전기에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, an apparatus for measuring the rotation state of a rotor and a wind power generator including the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.2 is a block diagram schematically showing a configuration of a wind power generator according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기(100)는 크게 복수의 블레이드(blade)(111)가 결합되어 바람의 힘에 의해 회전하는 로터(rotor)(110), 로터(110)에 연결된 메인 샤프트(main shaft)(121)로부터 회전력을 전달받아 전기에너지로 변환하는 발전설비들을 포함하는 나셀(120) 및 상기 로터(110)와 나셀(120)을 지지하는 타워(130)로 구분할 수 있다.Referring to FIG. 2, a wind turbine generator 100 according to an embodiment of the present invention includes a rotor 110 coupled with a plurality of blades 111, A nacelle 120 including power generation facilities for receiving rotational force from a main shaft 121 connected to the rotor 110 and converting electric energy into electric energy and a tower 130 supporting the rotor 110 and the nacelle 120 ).

로터(110)는 바람에 의해 회전되는 부분으로 복수의 블레이드(111)가 설치된다. 이하, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서 블레이드(111)의 수를 3개로 가정하여 설명하되 이에 한정되지 않으며 필요에 따라 가감될 수 있다. 그리고, 각 블레이드(111)는 도면에서는 생략되었으나 피치 시스템의 제어에 따라 피치각이 조절될 수 있도록 회전 가능하게 결합된다.The rotor 110 is provided with a plurality of blades 111 as a part rotated by the wind. In the following description of the embodiment of the present invention, it is assumed that the number of the blades 111 is three, but the present invention is not limited thereto and can be added or subtracted as necessary. Each of the blades 111 is rotatably coupled so that the pitch angle can be adjusted according to the control of the pitch system although it is omitted in the drawings.

나셀(120)의 내부에는 메인 샤프트(121), 증속기(122), 발전기축(123), 발전기(124) 및 모니터링부(125) 및 샤프트 하우징(126)이 설치된다.A generator shaft 124, a monitoring unit 125 and a shaft housing 126 are installed in the nacelle 120. The main shaft 121, the speed reducer 122, the power generator shaft 123,

메인 샤프트(121)는 블레이드(111)에 의해 회전하는 로터(Rotor)에 연결되어 그 회전력을 증속기(122)로 전달하는 주축으로서의 역할을 한다.The main shaft 121 is connected to a rotor rotated by the blade 111 and serves as a main shaft for transmitting the rotational force to the booster 122.

증속기(122)는 로터(110)의 회전력을 전달하는 메인 샤프트(121)에 연결되어, 로터(110)가 바람에 의해 회전되면 메인 샤프트(121)를 통하여 전달되는 회전력을 증속시켜 발전기축(123)을 통해 발전기(124)로 전달할 수 있다. 그리고, 발전기(124)는 전달되는 회전력을 전기에너지로 변환한다.The speed increasing device 122 is connected to the main shaft 121 that transmits the rotational force of the rotor 110. When the rotor 110 is rotated by the wind, the speed increasing device 122 increases the rotational force transmitted through the main shaft 121, 123 to the generator 124. [ Then, the generator 124 converts the transmitted rotational force into electric energy.

모니터링부(125)는 로터(110) 및 나셀(120)에 포함되는 각종 장비의 상태정보를 수집하여 후술되는 메인 컨트롤러(131)로 전달한다.The monitoring unit 125 collects status information of various equipments included in the rotor 110 and the nacelle 120 and transmits the collected status information to a main controller 131 described later.

예컨대, 모니터링부(125)는 풍향 센서, 풍속 센서, 로터의 회전속도 및 위치 측정 센서, 나셀의 나셀 요(yaw) 센서, 발전기 센서 등의 다양한 센서들로부터 계측되는 정보를 주기적 혹은 비주기적으로 수집할 수 있다.For example, the monitoring unit 125 periodically or non-periodically collects information measured from various sensors such as a wind direction sensor, an wind speed sensor, a rotor speed and position sensor, a nacelle nacelle sensor, and a generator sensor can do.

샤프트 하우징(126)은 나셀(120)의 내부에 고정되는 메인 프레임으로 원통형으로 형성되어 내부를 관통하는 메인 샤프트(121)를 보호한다.The shaft housing 126 is formed in a cylindrical shape with a main frame fixed inside the nacelle 120, and protects the main shaft 121 passing through the shaft housing 126.

특히, 샤프트 하우징(126)의 내부에는 변위 센서를 이용하여 메인 샤프트(121)의 회전에 따른 로터(110)의 위치 및 속도를 측정하는 회전체 측정부(200)가 설치되며, 이에 대한 설명은 뒤에서 자세히 언급하도록 한다.Particularly, in the inside of the shaft housing 126, a rotating body measuring unit 200 for measuring the position and speed of the rotor 110 according to the rotation of the main shaft 121 is provided using a displacement sensor, I will refer to it in detail later.

타워(130)의 내부에는 메인 컨트롤러(131), 통신부(132) 및 컨버터(133)가 설치된다.A main controller 131, a communication unit 132, and a converter 133 are installed inside the tower 130.

메인 컨트롤러(131)는 풍력발전기(100)의 전반적인 동작을 제어하며 로터(110), 나셀(120) 및 후술할 컨버터(133)에 포함된 각종 장치의 작동을 제어할 수 있다. 이러한, 메인 컨트롤러(131)로는 논리연산제어장치(Programmable Logic Controller; PLC)가 사용될 수 있다.The main controller 131 controls the overall operation of the wind power generator 100 and can control the operation of various devices included in the rotor 110, the nacelle 120, and the converter 133 described later. The main controller 131 may be a programmable logic controller (PLC).

메인 컨트롤러(131)는 모니터링부(125)를 통해 수집된 로터(110)의 위치 및 속도 중 적어도 하나를 포함하는 상태정보에 근거하여 풍력발전기(100)의 출력을 제어한다. 그리고, 안정적인 로터(110)의 회전속도를 유지하기 위하여 피치 시스템에 지령을 인가할 수 있다.The main controller 131 controls the output of the wind power generator 100 based on state information including at least one of a position and a speed of the rotor 110 collected through the monitoring unit 125. A command may be applied to the pitch system to maintain the rotational speed of the rotor 110 in a stable state.

통신부(132)는 내부로는 메인 컨트롤러(131)와 연결되고 외부로는 풍력발전단지의 운용상태를 관장하는 중앙관제센터와 통신하여 모니터링 정보 및 제어 정보를 주고 받는다.The communication unit 132 is connected to the main controller 131 internally and communicates with the central control center for managing the operation state of the wind power generation plant to exchange monitoring information and control information.

컨버터(133)는 로터(110)의 회전에 의해 발전기(124)로부터 생성된 전기에너지를 계통(Grid)으로 공급하기에 적합한 안정적인 전력으로 변환한다.The converter 133 converts the electric energy generated from the generator 124 by the rotation of the rotor 110 into stable power suitable for feeding into the grid Grid.

한편, 종래의 기계식 엔코더를 이용하여 로터의 회전 상태를 측정함에 있어서 발생되는 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 회전체 측정부(200)의 구성을 다음의 도 3을 통하여 설명한다.The configuration of the rotating body measuring unit 200 according to an embodiment of the present invention for solving the problems caused by measuring the rotating state of the rotor using the conventional mechanical encoder will be described with reference to FIG.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 회전체 측정부의 구성을 나타낸 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a rotating body measuring unit according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 회전체 측정부(200)는 측정 띠(210), 변위 센서(220) 및 제어 모듈(230)을 포함한다.3, the rotating body measurement unit 200 includes a measurement strip 210, a displacement sensor 220, and a control module 230. The measurement unit 210 includes a measurement unit 210, a displacement sensor 220,

측정 띠(210)는 로터(110)의 회전력을 전달하는 원통형 메인 샤프트(121)의 둘레를 감싸는 형태로 설치되는 물리적인 띠로 상기 원통형의 둘레를 따라 높이(두께)가 선형적으로 가변 된다.The measuring band 210 is a physical band provided so as to surround the circumference of the cylindrical main shaft 121 that transmits the rotational force of the rotor 110, and the height (thickness) thereof linearly varies along the circumference of the cylindrical portion.

예컨대, 측정 띠(210)는 소정 폭으로 메인 샤프트(121)의 상기 원통형 둘레를 따라 0도에서 180도까지는 선형적으로 증가 하고, 180도에서 360도까지는 선형적으로 감소하는 높이를 가진다.For example, the measurement strip 210 linearly increases from 0 to 180 degrees along the cylindrical circumference of the main shaft 121 with a predetermined width, and has a height that linearly decreases from 180 degrees to 360 degrees.

측정 띠(210)는 쉽게 변형되지 않는 금속이나 고강도의 플라스틱과 같은 물리적 재질을 이용하여 메인 사프트(121)에 부착 또는 용접하거나, 도면에서는 생략되었으나 나사와 같은 결합 부재를 이용하여 결합될 수 있다.The measurement strip 210 may be attached or welded to the main shaft 121 using a physical material such as a metal or a high-strength plastic that is not easily deformed, or may be coupled using a coupling member such as a screw although not shown in the drawings.

변위 센서(220)는 결합 부재(222)를 통해 샤프트 하우징(126)의 내측에 고정될 수 있다.The displacement sensor 220 may be fixed to the inside of the shaft housing 126 via a coupling member 222.

변위 센서(220)는 일정 길이의 측정 바(221)를 측정 띠(210)와 접촉시키고 메인 샤프트(121)의 회전에 따라 측정 바(221)가 상하로 변동하는 길이 변화에 따른 측정 띠(210)와의 간격을 측정한다. 이렇게 측정된 변위 센서(220)와 측정 띠(210)와의 간격을 알면 측정 띠(210)의 높이와 그 변화량을 알 수 있다.The displacement sensor 220 has a measuring bar 221 having a predetermined length contacted with the measuring strip 210 and a measuring bar 210 according to a change in length of the measuring bar 221 that varies in accordance with the rotation of the main shaft 121 ) Is measured. Knowing the distance between the displacement sensor 220 and the measurement strip 210 as measured in this way, the height and the amount of change of the measurement strip 210 can be known.

제어 모듈(230)은 측정 띠(210)의 높이 별 로터(110)의 위치를 미리 저장하고, 측정되는 측정 띠(210)의 높이에 대응되는 로터(110)의 위치와 시간에 따라 로터(110)의 위치가 변화하는 것을 분석하여 속도를 계산한다.The control module 230 stores the position of the rotor 110 by the height of the measurement strip 210 in advance and calculates the position of the rotor 110 corresponding to the height of the measurement band 210, ) Is analyzed to calculate the velocity.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 측정 띠의 높이변화에 따른 로터의 위치 및 속도를 측정하는 과정을 나타낸다.FIG. 4 shows a process of measuring the position and velocity of the rotor according to the height change of the measurement zone according to the embodiment of the present invention.

첨부된 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 제어 모듈(230)은 메인 샤프트(121)에 측정 띠(210)가 설치되면 측정 띠(210)가 0도에서 360도까지 1회전 하는 동안 측정 띠(210)의 높이 변화에 대응되는 위치를 저장한다. 4, when the measurement strip 210 is installed on the main shaft 121, the control module 230 according to the embodiment of the present invention rotates the measurement strip 210 from 0 degrees to 360 degrees The position corresponding to the height change of the measurement strip 210 is stored.

이 때, 도 4의 (A)는 메인 샤프트(121)에 설치되는 측정 띠(210)가 0도에서 360도까지 1회전하는 동안의 높이를 그래프로 나타낸 것이다.4A is a graph showing the height of the measurement strip 210 installed on the main shaft 121 during one rotation from 0 to 360 degrees.

그리고, 도 4의 (B)는 측정 띠(210)가 설치된 이후에 메인 샤프트(121)를 1회전하면서 측정되는 측정 바(221)의 높이 변화에 따른 변위센서(220)의 측정 값을 그래프로 나타낸 것이다.4B is a graph showing the measured value of the displacement sensor 220 according to the height change of the measurement bar 221 measured while the main shaft 121 is rotated once after the measurement strip 210 is installed .

로터(110)의 회전에 따라 측정 띠(210) 높이(A) 및 로터(110)의 위치(B)는 0도에서 180도까지 선형적으로 증가하고, 반대로 180도에서 360도 까지는 선형적으로 감소한다.The height A of the measuring strip 210 and the position B of the rotor 110 increase linearly from 0 to 180 degrees with the rotation of the rotor 110 and linearly from 180 to 360 degrees .

이 때, 제어 모듈(230)은 측정 띠(210)가 180도를 기준으로 높낮이가 바뀌기 때문에 측정 띠(210)의 높이 만으로는 2개의 위치가 나올 수 있다. 그러므로, 측정 띠(210)의 현재 측정 높이를 이전의 측정 높이와 비교 하여 높이가 증가하였으면 0~180도 사이의 위치, 감소하였으면 180도에서 360도 사이의 위치로 판단한다.At this time, since the height of the measurement band 210 changes 180 degrees with respect to the 180 degree, the control module 230 may have two positions based on the height of the measurement band 210 alone. Therefore, when the current measurement height of the measurement strip 210 is compared with the previous measurement height, it is determined that the height of the measurement zone 210 is between 0 and 180 degrees, and between 180 and 360 degrees.

예를 들어서 0도의 측정 띠(210) 높이는 0cm이고, 180도에서 3.6cm, 0도일 때의 변위센서와 물리적인 띠와의 간격이 5cm라고 가정할 때, 만약에 로터(110)가 회전을 하면서 변위 센서(220)로부터 측정이 되는 간격 값이 3.7cm라면 5 - 3.7 = 2.3cm가 된다. 그리고, 측정 띠(210) 높이가 선형적으로 증가한 경우를 고려할 때 2.3cm는 로터(110) 위치가 115도에 있다는 것을 알 수 있다.For example, assuming that the height of the 0-degree measurement zone 210 is 0 cm, and the distance between the displacement sensor and the physical band at 0 degree at 180 degrees is 5 cm, if the rotor 110 rotates If the interval value measured from the displacement sensor 220 is 3.7 cm, then 5 - 3.7 = 2.3 cm. Considering the case where the height of the measurement strip 210 linearly increases, it can be seen that the position of the rotor 110 is 2.3 degrees at 115 degrees.

또한, 제어 모듈(230)은 시간에 따라 변화하는 로터(110)의 위치를 미분하여 속도를 계산할 수 있다.In addition, the control module 230 may calculate the speed by differentiating the position of the rotor 110 which changes with time.

이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면 메인 샤프트(121)에 설치된 측정 띠(210)의 높이가 선형적으로 증가하거나 감소하는 것을 측정하는 변위 센서(220)를 이용하여 기존의 엔코더의 유격과 측정 단위 간격으로 인한 오차를 예방하고, 선형적으로 연속적인 로터의 위치 및 속도를 측정할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, by using the displacement sensor 220 measuring the linear increase or decrease of the height of the measurement strip 210 installed on the main shaft 121, It is possible to prevent an error due to the gap and to measure the position and velocity of the rotor in a linear manner.

또한, 기계적인 파손 없이 로터(110)의 측정 장비의 수명을 연장할 수 있어 내구성을 향상시키고 유지보수에 대한 부담을 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the life of the measuring equipment of the rotor 110 can be extended without mechanical breakage, thereby improving the durability and reducing the burden on maintenance.

이상에서는 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이 가능하다.Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible.

예컨대, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 변위 센서의 측정 바와 측정 띠가 접촉되는 횡단면도를 나타낸다.For example, FIG. 5 shows a cross-sectional view in which a measurement bar and a measurement strip of a displacement sensor according to an embodiment of the present invention are in contact with each other.

첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 변위 센서(220)는 측정 띠(210)와 접촉되는 측정 바(221)의 단부에 설치되어 회전하는 롤러(221-1)를 더 포함할 수 있다.5, a displacement sensor 220 according to another embodiment of the present invention includes a roller 221-1 installed at an end of a measurement bar 221 contacting with a measurement strip 210, .

따라서, 측정 띠(210)와 측정 바(221)의 마찰을 최소화하고 접촉으로 인한 변형을 예방할 수 있다.Therefore, friction between the measuring strip 210 and the measuring bar 221 can be minimized, and deformation due to contact can be prevented.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.The embodiments of the present invention are not limited to the above-described apparatuses and / or methods, but may be implemented through a program for realizing functions corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention, a recording medium on which the program is recorded And such an embodiment can be easily implemented by those skilled in the art from the description of the embodiments described above.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

100: 풍력 발전기 110: 로터
111: 블레이드 120: 나셀
121: 메인 샤프트 122: 증속기
123: 발전기축 124: 발전기
125: 모니터링부 126: 샤프트 하우징
130: 타워 131: 제어부
132: 통신부 133: 컨버터
200: 회전체 측정부 210: 측정 띠
220: 변위 센서 221: 측정 바
222: 결합 부재 230: 제어 모듈100: Wind power generator 110: Rotor
111: blade 120: nacelle
121: main shaft 122:
123: generator base 124: generator
125: monitoring section 126: shaft housing
130: Tower 131:
132: communication unit 133: converter
200: rotating body measuring part 210: measuring band
220: Displacement sensor 221: Measuring bar
222: coupling member 230: control module

Claims (10)

풍력발전기에 설치되며 복수의 블레이드가 결합되어 바람의 의해 회전하는 로터의 회전 상태 측정 장치에 있어서,
상기 로터의 회전력을 전달하는 원통형 메인 샤프트의 둘레를 감싸는 물리적인 띠로, 소정 폭으로 상기 메인 샤프트의 원통형 둘레를 따라 0도에서 180도까지는 선형적으로 증가하고, 180도에서 360도까지는 선형적으로 감소하는 높이를 가지는 측정 띠;
일정 길이의 측정 바를 상기 측정 띠와 접촉시켜 상기 메인 샤프트의 회전에 따라 변동하는 상기 측정 띠의 높이를 측정하는 변위 센서; 및
상기 측정 띠의 높이를 바탕으로 상기 로터의 위치를 계산하고, 시간에 따른 상기 로터의 위치 변화를 분석하여 회전 속도를 계산하는 제어 모듈을 포함하되,
상기 제어 모듈은, 상기 측정 띠의 현재 측정 높이를 이전 단계의 측정 높이와 비교 하여 높이가 증가하였으면 상기 0도에서 180도 사이의 위치로 판단하고, 감소하였으면 상기 180에서 360도 사이의 위치로 판단하며,
상기 로터의 위치와 회전 속도를 안정적인 로터의 회전속도를 유지하기 위해 피치 시스템을 제어하는 메인컨트롤러로 전달하는 로터의 회전 상태 측정 장치.An apparatus for measuring the rotational state of a rotor installed in a wind power generator and coupled by a plurality of blades, the rotor being rotated by wind,
A physical strap surrounding the circumference of the cylindrical main shaft that transmits the rotational force of the rotor and linearly increases from 0 to 180 degrees along the circumference of the cylindrical main shaft at a predetermined width and linearly increases from 180 to 360 degrees A measuring band having a decreasing height;
A displacement sensor for contacting a measurement bar of a predetermined length with the measurement strip and measuring a height of the measurement strip fluctuating in accordance with rotation of the main shaft; And
And a control module for calculating a position of the rotor based on the height of the measurement zone and analyzing a change in position of the rotor with respect to time to calculate a rotation speed,
The control module compares the current measurement height of the measurement band with the measurement height of the previous step, and if the height increases, the control module determines the position between 0 and 180 degrees, In addition,
And transmits the position and rotation speed of the rotor to a main controller for controlling the pitch system to maintain a stable rotation speed of the rotor. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제어 모듈은, 상기 측정 띠의 높이 별 상응하는 로터의 위치를 미리 저장하고, 상기 측정 띠의 높이 측정 값에 대응되는 상기 로터의 위치와 속도를 계산하는 회전 상태 측정 장치.The method according to claim 1,
Wherein the control module stores in advance the position of the rotor corresponding to the height of the measurement strip and calculates the position and velocity of the rotor corresponding to the height measurement value of the measurement strip. 제 3 항에 있어서,
상기 제어 모듈은, 시간에 따라 변화하는 상기 로터의 위치를 미분하여 상기로터의 속도를 계산하는 로터의 회전 상태 측정 장치.The method of claim 3,
Wherein the control module calculates the speed of the rotor by differentiating a position of the rotor that varies with time. 삭제delete 제 1 항에 있어서
상기 측정 띠는, 금속 또는 플라스틱 중 어느 하나의 물리적 재질을 이용하여 상기 메인 사프트에 용접되거나 부착되는 로터의 회전 상태 측정 장치.The method of claim 1, wherein
Wherein the measuring strip is welded or attached to the main shaft by using any one of physical material of metal or plastic. 제 1 항에 있어서,
상기 변위 센서는, 나셀의 내부에 고정되어 상기 메인 샤프트를 보호하는 샤프트 하우징의 내측에 결합 부재를 통해 고정되는 로터의 회전 상태 측정 장치.The method according to claim 1,
Wherein the displacement sensor is fixed to the inside of the nacelle and is fixed to the inside of the shaft housing that protects the main shaft through a coupling member. 제 1 항에 있어서,
상기 변위 센서는, 상기 측정 바가 상하로 변동하는 길이 변화에 따른 상기측정 띠와의 간격을 측정하여 상기 측정 띠의 높이와 그 변화량을 측정하는 로터의 회전 상태 측정 장치.The method according to claim 1,
Wherein the displacement sensor measures the height of the measurement strip and the amount of change thereof by measuring an interval between the measurement strip and the measurement strip according to a change in length of the measurement bar changing up and down. 제 1 항에 있어서,
상기 변위 센서는, 상기 측정 띠와 접촉되는 상기 측정 바의 단부에 설치되어 회전하는 롤러를 포함하는 로터의 회전 상태 측정 장치.The method according to claim 1,
Wherein the displacement sensor includes a roller that is provided at an end of the measurement bar and contacts the measurement strip and rotates. 복수의 블레이드가 결합되어 바람의 힘에 의해 회전하는 로터, 상기 로터에 연결된 메인 샤프트로부터 회전력을 전달받아 전기에너지로 변환하는 발전설비들이 설치되는 나셀 및 상기 로터와 상기 나셀을 지지하는 타워를 포함하는 풍력발전기에 있어서,
제 1 항 및 제 3 항 내지 제 4 항 및 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 하나의 회전 상태 측정 장치를 포함하는 풍력발전기.A nacelle in which a plurality of blades are coupled and rotated by the force of wind, a nacelle in which power generation facilities for receiving rotational force from the main shaft connected to the rotor and converting the rotational energy into electric energy are installed, and a tower for supporting the rotor and the nacelle In a wind turbine generator,
A wind turbine generator comprising the rotation state measuring device according to any one of claims 1, 3, 4, and 6 to 9.
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