KR100737407B1 - 풍력발전기용 블레이드 피치조절장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 풍력에 의해 회전하는 블레이드와 상기 블레이드를 소정 폭 내외로 각도 변환시키는 피치조절장치를 구비하고, 상기 피치조절장치를 풍속에 의한 블레이드의 회전속도에 따라 자동 제어가능한 풍력발전기용 블레이드 피치조절장치에 관한 것으로, 풍력발전기의 타워 상측에 구비되어 회동되는 동체와, 상기 동체 내측에 구비되어 회전되는 회동축 일측에 구비되며 외주면에 블레이드 회전장치를 구비하는 고정부재와, 상기 고정부재의 상기 블레이드 회전장치와 결합되어 회전되며 소정 길이의 핸들을 포함하는 블레이드 및 상기 회동축 일측 끝단에 고정되며 상기 블레이드의 상기 핸들과 링크 연결되어 상기 블레이드의 회전시 원심력에 의해 상기 핸들을 밀거나 당겨 상기 블레이드 날개의 각을 회전시켜 조절하는 피치조절장치를 구비하여 된 것을 특징으로 한다.
블레이드, 풍력발전기, 무게추, 피치조절장치
Description
도 1은 본 발명의 풍력발전기용 블레이드 피치조절장치의 일 예를 보인 단면도,
도 2는 본 발명의 풍력발전기용 블레이드 피치조절장치 중 블레이드의 요부를 보인 확대도,
도 3은 본 발명의 풍력발전기용 블레이드 피치조절장치 중 슬라이더와 지지부재의 요부를 보인 확대도,
도 4는 본 발명의 풍력발전기용 블레이드 피치조절장치의 사용 예를 보인 사용상태도이다.
[도면의 주요부위에 대한 부호의 설명]
10 : 동체 20 : 회동축
21 : 제 1 기어 30 : 수직축
31 : 제 2 기어 40 : 고정부재
40A : 결합홀 41 : 키
42 : 블레이드 회전장치 42A : 홈
42B : 베어링 43 : 결속부재
43A : 관통홀 44 : 커버
50 : 블레이드 51 : 날개축
52 : 핸들 53 : 나사홀
60 : 피치조절장치 61 : 링크
61A : 링크홀 70 : 지지부재
71 : 지지대 72 : 유동판
73 : 무게추 80 : 슬라이더
81 : 탄성스프링 82 : 키
83A, 83B : 링크가이드
본 발명은 풍력발전기의 날개부에 구비되는 피치조절장치에 관한 것으로, 좀더 상세히 설명하면, 풍력에 의해 회전하는 블레이드와 상기 블레이드를 소정 폭 내외로 각도 변환시키는 피치조절장치를 구비하고, 상기 피치조절장치를 풍속에 의한 블레이드의 회전속도에 따라 자동 조절가능한 풍력발전기용 블레이드 피치조절장치에 관한 것이다.
풍력발전이란 공기의 유동이 가진 운동 에너지의 공기역학적 특성을 이용하여 회전자를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시키고, 이 기계적 에너지로 전기를 얻는 기술이다.
또한, 풍력발전은 어느 곳에나 산재되어 있는 무공해, 무한정의 바람을 이용하므로 환경에 미치는 영향이 거의 없고, 국토를 효율적으로 이용할 수 있으며, 대규모 발전 단지의 경우에는 발전 단가도 기존의 발전 방식과 경쟁 가능한 수준의 신 에너지 발전 기술이다.
이와 같은 풍력발전기는 일반적으로 소정 높이를 갖는 타워 상부에 회전 가능한 동체를 구비하고, 상기 동체에 풍력에 의해 회전되는 적어도 2개 이상의 블레이드를 등간격으로 구비하며, 상기 블레이드의 회전력이 전기에너지를 얻기 위한 회전속도를 갖추게 하는 증속기를 포함하고, 상기 증속기를 통한 회전력을 전기에너지로 전환시키는 발전기로 구성된다.
그러나 풍력발전기는 자연의 풍속에 의해 회전되는 블레이드를 통해 전기에너지를 발생시키는 것으로, 강풍 시 블레이드의 회전속도가 일정치 이상 높아지면 상기 증속기를 통해 그 회전력이 가중되고, 이로 인해 발전기에 과부하가 발생하여 풍력발전기의 수명을 단축시키며, 심하게는 발전기의 과열로 인한 화재 등 각종 안전사고가 발생하는 위험이 있어, 풍력에 의해 회전되는 블레이드를 통해 발생되는 원심력을 이용하여 자동으로 블레이드의 피치를 조절하여 일정 범위 내외로의 회전이 가능케 한 풍력발전기용 블레이드 피치조절 장치를 개발하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 풍속에 의해 일정하게 블레이드의 피치를 제어하여 필요한 회전력에 의해 지속적인 발전이 가능케 하고, 일정치 이상의 풍속에 의해 블레이드 피 치가 자동 제어되어 블레이드의 회전을 차단하는 피치조절장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 블레이드의 회전에 의해 전기 에너지를 발생하는 풍력발전기장치에 있어서, 풍력발전기의 타워 상측에 구비되어 회동되는 동체와;
상기 동체 내측에 구비되어 회전되는 회동축 일측에 구비되며 외주면에 블레이드 회전장치를 구비하는 고정부재와;
상기 고정부재의 상기 블레이드 회전장치와 결합되어 회전되며, 소정 길이의 핸들을 포함하는 블레이드 및;
상기 회동축 일측 끝단에 고정되며 상기 블레이드의 상기 핸들과 링크 연결되어 상기 블레이드의 회전시 원심력에 의해 상기 핸들을 밀거나 당겨 상기 블레이드 날개의 각을 회전시켜 조절하는 피치조절장치를 구비한 것에 의해 달성된다.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 고정부재는 상기 회동축이 전방으로 소정 길이 돌출되어 고정된 업 윈드 방식으로서, 상기 블레이드 회전장치와 결합되는 소정 크기의 홈을 형성하고, 상기 홈의 하부측으로 관통되는 결합홀을 구비한 것으로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 고정부재는 상기 회동축이 후방으로 소정 길이 돌출되어 고정된 다운 윈드 방식으로서, 상기 블레이드 회전장치와 결합되는 소정 크기의 홈을 형성하고, 상기 홈의 하부측으로 관통되는 결합홀을 구비한 것으로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 블레이드 회전장치는 상기 홈 상하 양측에 베어링을 구비하며 상기 베어링 내경에 상기 블레이드의 상기 날개축이 삽입되고, 상기 고정부재의 상기 결합홀을 통해 상측으로 관통되는 관통홀을 구비한 것으로, 상기 블레이드 끝단에 소정 길이의 날개축을 구비하고, 상기 날개축 상측에서 일측방으로 돌출되며 하부측으로 절곡되어 소정 길이를 갖는 핸들을 포함하며, 상기 날개축 하부 끝단에 나사홀을 구비하여 상기 관통홀에 관통되는 결속부재를 통해 상기 나사홀과 결합되게 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 피치조절장치는 상기 회동축 일측 끝단에 삽입 고정되며 상기 블레이드와 동일한 등분 개수를 갖는 지지대를 형성하고, 상기 지지대 상측 끝단에 구비되어 유동되며 좌우로 소정 길이를 갖는 유동판을 포함하는 지지부재와;
상기 지지부재의 상기 유동판 일측 끝단에 무게추를 구비하며, 상기 고정부재와 상기 지지부재 사이에 좌우로 이송되게 구비되는 슬라이더와;
상기 지지부재와 상기 슬라이더 간에 탄성 스프링을 구비하며, 상기 유동판의 전방측 끝단과 상기 슬라이더 및 상기 핸들 간에 소정 크기의 링크홀을 형성하여 각각 링크로 유동되게 결속시킨 것으로 구성될 수 있다.
한편, 상기 슬라이더는, 상기 회동축 상하측에 좌우로 소정 길이를 갖는 키를 구비하여 상기 키를 따라 좌우로 이송되고, 외주면 양측 각각에 상기 블레이드 회전장치 및 상기 지지대와 동일한 등분 개수를 갖게 돌출 형성되는 링크가이드로 구성될 수 있다.
상기의 목적과 본 발명의 다른 목적들 및 이점과 특징들은 양호한 실시 예를 도시한 첨부 도면과 관련한 이하의 상세한 설명을 통하여 더욱 명확해질 것이다.
이하에서 본 발명의 바람직한 첨부도면에 의한 바른 실시예로서 좀더 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 첨부된 도면에 있어서, 도 1은 본 발명의 풍력발전기용 블레이드 피치조절장치의 예를 보인 것으로, 유선형 동체(10) 내측에 서로 직교되는 회동축(20)과 수직축(30)을 구비하고, 상기 회동축(20)의 일측에 날개형 블레이드(50) 및 피치조절장치(60)를 도시한 단면도이다.
또한, 도 2는 본 발명의 풍력발전기용 블레이드 피치조절장치 중 블레이드의 요부를 보인 것으로, 상측 블레이드(50)와 핸들(52) 및 날개축(51)의 요부를 도시하고, 블레이드 회전장치(42)의 요부를 도시한 단면도이다.
한편, 도 3은 본 발명의 풍력발전기용 블레이드 피치조절장치 중 슬라이더와 지지부재의 요부를 도시한 것으로, 회동축(20) 후방 끝단에 구비되는 지지부재(70)와 상기 지지부재(70)와 상기 고정부재(40) 간에 구비되는 슬라이더(80)의 요부를 도시한 단면도이다.
또한, 도 4는 본 발명의 풍력발전기용 블레이드 피치조절장치의 사용 예를 보인 것으로, 풍력에 의한 블레이드(50)의 회전과 이에 따른 피치조절장치(60)의 작용을 도시한 사용상태도이다.
본 발명의 풍력발전기용 블레이드 피치조절장치는, 도 1 도시와 같이 전방측 에 유선형으로 형성되어 바람의 방향에 따라 자유로이 회동되는 동체(10)를 구비하며, 상기 동체(10) 내측에 서로 직교되는 회동축(20)과 수직축(30)을 포함한다.
상기 회동축(20)의 내측 끝단과 상기 수직축(30) 상측 끝단의 서로 직교되는 부위에 제 1 및 제 2 기어(21,31)를 구비하여 회동축(20)의 회전력이 상기 수직축(30)으로 전달되게 구비되며, 상기 회동축(20)의 후방측에 바람에 의해 회전되는 블레이드(50)로 구비된다.
한편, 상기 블레이드(50)는, 상기 동체(10) 후방측에 위치되며 상기 회동축(20)에 관통 삽입되고, 상기 회동축(20)과 상기 블레이드(50)의 미끄러짐을 방지하는 키(41)를 삽입하여 고정되는 고정부재(40)에 적어도 2개 이상 등분되어 고정되는 블레이드 회전장치(42)를 포함하여 구비된다.
상기 고정부재(40) 및 상기 블레이드 회전장치(42)를 좀더 상세히 설명하면 도 2 도시와 같이 상기 고정부재(40) 내측에 상기 블레이드 회전장치(42)와 결합되는 홈(42A)이 형성시키고, 상기 홈(42A) 하측으로 관통되는 결합홀(40A)을 포함하며 상기 홈(42A) 상하 양측에 베어링(42B)을 구비하고, 상기 블레이드(50)의 하부측에 구비되어 소정 길이를 갖는 날개축(51)이 상기 베어링(42B) 내경에 삽입되게 구비된다.
또한, 상기 블레이드(50)의 상기 날개축(51) 상측에 일측방으로 연장 돌출되어 하부측으로 절곡되며 소정 길이를 갖는 핸들(52)를 포함하여, 상기 핸들(52)의 좌우측 유동에 의해 상기 블레이드(50)가 회전되게 구비된다.
한편, 상기 블레이드(50)의 상기 날개축(51) 하부 끝단에 나사부를 갖는 나 사홀(53)을 형성하고, 상기 고정부재(40)의 상기 결합홀(40A) 상측으로 관통되는 관통홀(43A)에 관통 삽입되는 결속부재(43)을 통해 상기 날개축(51)의 나사홀(53)과 결속되게 구비된다.
또한, 상기 블레이드(50)의 상기 핸들(52)을 풍속에 의해 유동시켜 상기 블레이드(50)의 피치를 자동으로 조절하기 위해 피치조절장치(60)를 포함하는 것으로, 상기 피치조절장치(60)는 상기 회동축(20)의 후방 끝단에 구비되는 지지부재(70)와 상기 고정부재(40)와 상기 지지부재(70) 간에 구비되어 상기 회동축(20)을 따라 좌우로 이송되는 슬라이더(80)로 구비된다.
상기 피치조절장치(60)를 좀더 상세히 설명하면, 도 3 도시와 같이 상기 회동축(20) 끝단에 구비되어 고정되는 상기 지지부재(70)는 상기 블레이드(50)와 동일한 개수 및 등분 위치에 소정 길이로 돌출되는 지지대(71)를 구비하고, 상기 지지대(71) 끝단에 구비되어 유동되며 좌우로 길이를 갖고 후방측 끝단에 무게추(73)를 포함한다.
또한, 상기 지지부재(70)의 전방측에 구비되는 상기 슬라이더(80)는 상기 회동축(20) 상하측에 좌우로 소정 길이를 갖는 키(82)를 각각 구비하며, 상기 상하측 키(82)를 따라 좌우로 이송되게 구비되고, 외주면에 상기 블레이드(50) 및 상기 지지부재(70)의 지지대(71)와 동일 개수 및 등분 위치에 형성되는 좌우측 링크가이드(83A,83B)를 포함하며, 상기 링크가이드(83A,83B) 및 상기 유동판(72)의 전방측과 상기 블레이드(50)의 상기 핸들(52) 끝단에 소정 크기의 링크홀(61A)을 형성하여 각각 링크(61)로 결합하여 구비되고, 상기 지지부재(70)와 상기 슬라이더(80) 간에 구비되며 상기 회동축(20)에 내삽되는 탄성 스프링(81)을 포함하여 구성된다.
미설명부호 "44"는 상기 블레이드 회전장치(42)의 내측 베어링(42B)의 착탈을 위해 구비되는 커버이다.
이상과 같이 구성되는 본 발명의 풍력발전기용 블레이드 피치조절장치는, 풍력발전기 상측에 구비되는 상기 동체(10)는 바람의 방향에 따라 회동되며, 상기 동체(10)를 따라 함께 회동되는 상기 회동축(20)을 따라 상기 블레이드(50) 및 상기 지지부재(70)와 상기 슬라이더(80)가 회동된다.
이와 함께 바람의 세기에 따라 회전하는 상기 블레이드(50)는 약풍의 경우 저속으로 회전되므로 상기 블레이드(50)의 날개 각은 조절되지 않으나, 기준치 이상의 강풍이 불게되면 발전기의 과부하를 방지하기 위해 상기 블레이드(50)의 회전 속도를 낮추게 된다.
상기 블레이드(50)의 회전속도 조절은 상기 블레이드(50)의 회전을 통해 자연스럽게 이뤄지는 것으로, 상기 지지부재(70)의 상기 지지대(71)를 중심을 유동되는 유동판(72) 후방측 끝단의 상기 무게추(73)가 함께 회전되다 전방의 상기 슬라이더(80) 간에 구비되는 상기 탄성 스프링(81)의 탄성력보다 상기 무게추(73)가 회전하며 발생되는 원심력에 의한 상기 무게추(73)가 외측으로 확개력이 커져 상기 슬라이더(80)를 당겨 상기 탄성 스프링(81)을 압축시킨다.
한편, 상기 슬라이더(80)가 후방측으로 당겨지면 상기 슬라이더(80)의 링크가이드(83A)와 결속된 상기 링크(61)가 상기 블레이드(50)의 상기 핸들(52)을 당겨 상기 블레이드(50)를 회전시킨다.
따라서, 상기 블레이드(50)의 회전 속도가 일정치 이상으로 빨라지게 되면 상기 무게추(73)로 인해 상기 블레이드(50)의 날개의 각이 일정하게 조절되어 회전 속도를 조절하게 되고, 풍속이 감소되면 상기 무게추(73)에 작용하는 원심력보다 상기 탄성 스프링(81)의 탄성력이 커지게 되어 상기 슬라이더(80)가 전방으로 밀리게 되고, 이로 인해 상기 블레이드(50)의 상기 핸들(52)의 위치가 원상복귀되어 상기 블레이드(50)가 약한 풍속에 의해서도 일정 회전속도를 갖게 자동으로 조절하게 된다.
이를 첨부 도면을 통해 좀더 상세히 설명하면, 도 4 도시와 같이 전방측에서 불어오는 바람에 의해 상기 블레이드(50)가 회전하며(A), 상기 작용(A)으로 인해 상기 회동축(20)이 함께 회전된다.
또한, 상기 회동축(20)의 회전으로 인해 상기 지지부재(70)의 상기 지지대(71)에 구비되는 상기 무게추(73)가 원심력에 의해 확개되어 상기 유동판(72)의 전방측 끝단이 상기 회동축(20) 측으로 유동된다(B).
한편, 상기 유동판(72)의 전방 끝단이 유동 됨으로써, 이와 연동되게 상기 링크(61)로 결속된 상기 슬라이더(80)가 후방측으로 당겨지게 되며(C) 이와 함께 상기 탄성 스프링(81)을 압축한다.
또한, 상기 슬라이더(80)의 전방측 상기 링크가이드(83A)와 상기 링크(61)로 연동되게 구비된 상기 핸들(52)의 일측으로 당겨지며(D) 이를 통해 상기 블레이드(50)가 상기 블레이드 회전장치(42)를 통해 소정 폭 내외로 회전된다(E).
한편, 풍속이 감소되어 상기 블레이드(50)의 회전력이 감소되면 상기 무게추 (73)에 작용하는 원심력의 힘이 감소되어 압축된 상기 탄성 스프링(81)의 탄성력에 의해 상기 슬라이더(80)가 전방측으로 밀려나게 되고, 이와 함께 상기 링크(61)로 결속된 상기 핸들(52)이 원위치로 복귀되어 상기 블레이드(50)의 피치가 자동조절 된다.
한편, 본 발명의 바른 실시 예로서 명시되고 도시된 상기 회동축(20) 및 상기 수직축(30)에 구비되는 상기 제 1 및 제 2 기어(21,31)는 상기 회동축(20)의 회전력을 발전장치에 전달시키기 위한 풍력발전기의 일 예로서, 상기 회동축(20)의 회전력을 발전기를 통해 전기에너지로 전환시키는 어떠한 방법의 풍력발전기에도 적용 실시될 수 있는 것이다.
또한, 본 발명에 있어서 바른 실시 예로 도시된 상기 블레이드 회전장치(42) 및 상기 지지부재(70)와 상기 슬라이더(80)는 그 구성의 일 예를 도시한 것으로, 각각 상기 블레이드(50)가 원활히 회전될 수 있게 하고, 무게추(73)를 구비하여 원심력에 의해 상기 블레이드(50)의 상기 핸들(52)을 유동시켜 상기 블레이드(50)의 피치가 소정 범위 내외로 자동조절되게 한 것에 그 목적이 있다.
따라서, 본 발명에 있어서 상기 블레이드(50)가 전방에 위치되는 업 윈드방식 및 후방에 위치되는 다운 윈드방식 모두 적용되어 사용가능한 것으로, 상기 블레이드(50)의 회전과 함게 일치되어 회전되는 무게추(73)가 원심력에 의해 상기 블레이드(50)의 피치가 조절되는 것에 그 기술적 특징이 있다.
상기와 같이 구성되고 작용하는 본 발명의 풍력발전기용 블레이드 피치조절 장치의 사용으로, 풍속에 의해 자동으로 블레이드의 피치를 조절하여 필요한 회전력에 의해 지속적인 발전이 가능하고, 일정치 이상의 풍속에 의해 블레이드 피치가 자동조절되어 블레이드의 회전을 차단하여 발전기에 과부하가 발생되는 것을 방지하는 효과가 있다.
Claims (6)
- 풍력발전기의 타워 상측에 구비되어 회동되는 동체(10)와; 상기 동체(10) 내측에 구비되어 회전되는 회동축(20) 일측에 구비되며 외주면에 블레이드 회전장치(42)를 구비하는 고정부재(40)와; 상기 고정부재(40)의 상기 블레이드 회전장치(42)와 결합되어 회전되며, 소정 길이의 핸들(52)을 포함하는 블레이드(50) 및; 상기 회동축(20) 일측 끝단에 고정되며 상기 블레이드(50)의 상기 핸들(52)과 링크(61) 연결되어 상기 블레이드(50)의 회전시 원심력에 의해 상기 핸들(52)을 밀거나 당겨 상기 블레이드(50) 날개의 각을 회전시켜 조절하는 피치조절장치(60)를 구비하여 이루어지고;상기 고정부재(40)는 상기 회동축(20)이 전방으로 소정 길이 돌출되어 고정된 업 윈드 방식으로서, 상기 블레이드 회전장치(42)와 결합되는 소정 크기의 홈(42A)을 형성하고, 상기 홈(42A)의 하부측으로 관통되는 결합홀(40A)을 구비한 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 블레이드 피치조절장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 고정부재(40)는 상기 회동축(20)이 후방으로 소정 길이 돌출되어 고정된 다운 윈드 방식으로서, 상기 블레이드 회전장치(42)와 결합되 는 소정 크기의 홈(42A)을 형성하고, 상기 홈(42A)의 하부측으로 관통되는 결합홀(40A)을 구비한 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 블레이드 피치조절장치.
- 제 1항 또는 제 3항에 있어서,상기 블레이드 회전장치(42)는, 상기 홈(42A) 상하 양측에 베어링(42B)을 구비하며 상기 베어링(42B) 내경에 상기 블레이드(50)의 상기 날개축(51)이 삽입되고, 상기 고정부재(40)의 상기 결합홀(40A)을 통해 상측으로 관통되는 관통홀(43A)을 구비한 것으로, 상기 블레이드(50) 끝단에 소정 길이의 날개축(51)을 구비하고, 상기 날개축(51) 상측에서 일측방으로 돌출되며 하부측으로 절곡되어 소정 길이를 갖는 핸들(52)을 포함하며, 상기 날개축(51) 하부 끝단에 나사홀(53)을 구비하여 상기 관통홀(43A)에 관통되는 결속부재(43)를 통해 상기 나사홀(53)과 결합되게 구성된 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 블레이드 피치조절장치.
- 제 1항 또는 제 3항에 있어서,상기 피치조절장치(60)는, 상기 회동축(20) 일측 끝단에 삽입 고정되며 상기 블레이드(50)와 동일한 등분 개수를 갖는 지지대(71)를 형성하고, 상기 지지대(71) 상측 끝단에 구비되어 유동되며 좌우로 소정 길이를 갖는 유동판(72)을 포함하는 지지부재(70)와; 상기 지지부재(70)의 상기 유동판(72) 일측 끝단에 무게추(73)를 구비하며, 상기 고정부재(40)와 상기 지지부재(70) 사이에 좌우로 이송되게 구비되는 슬라이더(80)와; 상기 지지부재(70)와 상기 슬라이더(80) 간에 탄성 스프링(81)을 구비하며, 상기 유동판(72)의 전방측 끝단과 상기 슬라이더(80) 및 상기 핸들(52) 간에 소정 크기의 링크홀(61A)을 형성하여 각각 링크(61)로 유동되게 결속시키며;상기 슬라이더(80)는, 상기 회동축(20) 상하측에 좌우로 소정 길이를 갖는 키(82)를 구비하여 상기 키(82)를 따라 좌우로 이송되고, 외주면 양측 각각에 상기 블레이드 회전장치(42) 및 상기 지지대(71)와 동일한 등분 개수를 갖게 돌출 형성되는 링크가이드(83A,83B)로 구성된 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 피치 조절장치.
- 삭제
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