KR100960042B1 - 블레이드지향각도조절부가 구비된 풍력발전기 - Google Patents

블레이드지향각도조절부가 구비된 풍력발전기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 풍력발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무동력으로 특별한 모터나 제어장치를 구성하지 않아도 바람의 세기에 따라 블레이드에 의한 회전 정도를 조절할 수 있어, 풍력발전기의 구성부재들이 손상되는 것을 미연에 방지하도록 하는 블레이드지향각도조절부가 구비된 풍력발전기에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명의 특징은 주축의 상부에 회전가능하게 결합된 다수의 블레이드의 회전에 의해 발전되도록 하는 풍력발전기에 있어서, 풍력발전기의 후방에는 바람에 의하여 작동되는 풍속감지판이 구비되고, 풍속감지판과의 연동으로 블레이드의 지향각도가 변화되도록 하여 발전부 회전자의 회전속도가 조절되도록 하는 블레이드지향각도조절부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
풍력발전기, 바람, 블레이드, 지향각도조절, 풍속감지

Description

블레이드지향각도조절부가 구비된 풍력발전기{WIND GENERATOR WITH BLADE DIRETION ANGLE CONTROLLER}
본 발명은 풍력발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무동력으로 특별한 모터나 제어장치를 구성하지 않아도 바람의 세기에 따라 블레이드에 의한 회전 정도를 조절할 수 있어, 풍력발전기의 구성부재들이 손상되는 것을 미연에 방지하도록 하는 블레이드지향각도조절부가 구비된 풍력발전기에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전기는 불어오는 바람에 의하여 블레이드가 회전하면서, 그 회전력으로 자석 - 코어로 하는 고정자 및 회전자를 구성하여, 전기가 발전되도록 하는 것이다.
이에 불어오는 바람의 세기가 세면 셀수록 블레이드 회전이 빠르게 되어 더욱 효과적으로 발전이 이뤄지게 된다. 하지만 태풍이나, 강풍, 돌풍 등과 같이 비정상적으로 바람의 세기가 너무 강하게 되면, 블레이드에 의한 회전속도가 너무 빠를 수 있으므로, 이러한 환경에서 풍력발전기의 손상을 방지할 수 있어야 할 것이 다. 이에 일반적으로 대형 풍력발전기에서는 블레이드의 지향각도가 조절되게 회전되도록 하는 자체 구동모터의 구성을 적용하여, 강한 바람이 불게 되면 통제실의 제어에 의하여 블레이드가 바람영향을 받지 않는 각도로 하여 블레이드를 회동시키게 된다. 따라서 비정상적으로 바람이 강하게 불더라도 대형 풍력발전기에서는 손상됨 없이 사용이 가능한 것이다.
그러나 종래기술에 따른 소형 풍력발전기는 블레이드구동모터, 또는 제어구성회로 등과 같은 회전제어구성을 구조상 구현하기 힘들게 되어 있어서, 강풍에 대비한 주축과 블레이드 조절 기능을 적용하기가 힘들었다.
그래서 지금껏 소형 풍력발전기에 강풍에 대비한 장치는 꼬리 날개의 각도 조정으로 풍차가 바람과 비켜서는 정도의 기술 실현밖에 적용할 수밖에 없었다.
이는 소형 풍력발전기의 구조상 좁은 공간에 기타 많은 장치나 제어 기능을 할 수 있는 구성을 실현하기 곤란하기 때문에, 불가능할 것으로 여겨져 대형 풍력발전기에서처럼 블레이드의 피치조절기능을 할 수 있는 장치를 할 수 없는 것이다. 그리하여 비정상적으로 강한 바람이 불 때는 블레이드를 비롯하여 소형 풍력발전기가 손상될 수 있는 문제점이 있는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명은 무동력으로 특별한 모터나 제어장치를 구성하지 않아도 바람의 세기에 따라 블레이드에 의한 회전 정도를 조절할 수 있어, 풍력발전기의 구성부재들이 손상되는 것을 미연에 방지하도록 하는 목적이 있다.
특히 소형 풍력발전기에 있어서 좁은 공간의 제약으로 계장 장치나 기능구성을 추가할 수 없었으나, 본 발명에서 블레이드의 지향각도의 조절 및 발전회전속도 조절 등과 같은 구성을 구현함으로써, 무동력으로, 특이한 계장장치를 하지 않고 발전의 원동력인 바람을 이용하여 블레이드의 베벨기어와 피니언기어 사이의 피치를 조절가능하게 하여, 소형 풍력발전기도 대형 풍력발전기에서와 같이 블레이드의 베벨기어와 피니언기어 사이의 피치를 조절하는 기능을 실현할 수 있도록 하는 목적이 있다.
그리하여 풍속의 세기에 따라 블레이드이의 베벨기어와 피니언기어 사이의 피치가 조절되어 회전수를 제어하게 하면, 발전기 등의 기기를 보호하게 되며, 강풍시엔 별도의 브레이크 장치가 없어도 블레이드의 베벨기어와 피니언기어 사이의 피치제어로 실속을 만들어 회전을 멈출 수 있게 만들어 소형 풍력발전기의 기기보호 및 지속적인 발전을 가능케 할 수 있게 되는 것이다.
이러한 본 발명에서는 발전기 전단과 후단 꼬리날개 측에 피치제어 기능을 갖는 연동장치를 장착케 하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 블레이드지향각도조절부가 구비된 풍력발전기는, 주축(11)의 상부에 회전가능하게 결합된 다수의 블레이드(21)의 회전에 의해 발전되도록 하는 풍력발전기에 있어서, 상기 풍력발전기의 후방에는 바람에 의하여 작동되는 풍속감지판(22)이 구비되고, 상기 풍속감지판(22)과의 연동으로 상기 블레이드(21)의 지향각도가 변화되도록 하여 발전부 회전자의 회전속도가 조절되도록 하는 블레이드지향각도조절부(30)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
즉 후방으로 위치되어 바람에 의하여 작동되는 풍속감지판(22)이 구비되고, 상기 풍속감지판(22)과 연동되어 블레이드(21)의 지향각도가 변화되도록 하여 발전부(24) 회전자의 회전속도가 조절되도록 하는 블레이드지향각도조절부(30)가 구비되는 풍력발전기에 있어서, 상기 블레이드(21)의 블레이드축(211)이 회동가능하게 결합된 블레이드면판(23)이 구비되어, 다수의 상기 블레이드(21)에 의한 회전력으로 상기 블레이드면판(23)이 회전되도록 구비되고, 상기 블레이드면판(23)은 발전부(24)의 제너레이터바디(241)에 고정되며, 상기 발전부(24)의 제너레이터바디(241)는 풍력발전기몸체(12)에 고정된 제너레이터고정브라켓(242)에 고정된 발전회동축(243)을 중심으로 회전되도록 하여, 발전부(24)의 제너레이터바디(241) 내부에 구비된 자성부재 및 발전코어에 의하여 발전되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 블레이드지향각도조절부가 구비된 풍력발전기가 제공되는 것이다.
이에 상기 블레이드(21)의 블레이드축(211)이 회동가능하게 결합된 블레이드면판(23)이 구비되어, 다수의 상기 블레이드(21)에 의한 회전력으로 상기 블레이드면판(23)이 회전되도록 구비되고, 상기 블레이드면판(23)은 발전부(24)의 제너레이터바디(241)에 고정되며, 상기 발전부(24)의 제너레이터바디(241)는 풍력발전기몸체(12)에 고정된 제너레이터고정브라켓(242)에 고정된 발전회동축(243)을 중심으로 회전되도록 구비되고, 상기 발전회동축(243)에 고정설치되며 원판 형상으로 이루어져 다수의 자성부재가 포함된 발전고정플레이트(244)가 구비되어, 고정된 발전고정플레이트(244)의 주변으로 회전되는 제너레이터바디(241)의 발전코어에 의해 발전되도록 구비될 수 있다.
또한 상기 풍속감지판(22)의 링크(221) 회전 축인 링크축(252)이 풍속작동브라켓(25)에 고정되고, 풍속작동브라켓(25) 상부의 작동장홈(251)을 따라 유동되도록 결합되는 유동축(253)에 링크(221)의 링크홈(222)이 유동가능하게 결합되어 구비되며, 상기 유동축(253)은 유동실린더(254)와 일체로 결합되고, 유동실린더(254)의 중앙에 회동되도록 결합되는 작동홀더(255)가 구비되고, 상기 블레이드지향각도조절부(30)와 연결되는 이너샤프트(26)가 상기 작동홀더(255)에 결합되도록 구비되어, 상기 풍속감지판(22)의 회동으로 풍속작동브라켓(25)의 링크축(252)을 중심으로 회동되는 유동실린더(254)에 의하여 이너샤프트(26)가 전방 또는 후방으로 이동되어, 이너샤프트(26)와 연결된 블레이드지향각도조절부(30)가 작동되도록 구비될 수 있다.
이에 더하여 상기 발전회동축(243)에 고정설치된 발전고정플레이트(244)는 원판 형상으로 이루어져 다수의 자성부재가 포함되어 구비되어, 고정된 발전고정플레이트(244)의 주변으로 회전되는 제너레이터바디(241)의 발전코어에 의해 발전되도록 구비되며, 상기 블레이드면판(23)에 고정된 파이프형상의 블레이드샤프트(232)가 구비되고, 상기 블레이드샤프트(232)는 블레이드면판(23) 측의 베어링과, 타측의 베어링하우징보스(233)의 베어링에 의하여, 제너레이터고정브라켓(242)의 내부에 고정된 발전회동축(243)의 내부에서 회동가능하게 결합되도록 구비될 수 있다.
그리고 상기 풍속작동브라켓(25)과 상기 유동실린더(254) 사이에는 항력스프링(27)이 구비되어, 바람의 세기가 세지 않을 경우, 유동실린더(254) 및 이너샤프트(26)를 블레이드지향각도조절부(30) 측으로 위치되도록 구비될 수 있다.
이에 더하여 상기 블레이드지향각도조절부(30)는 상기 풍속감지판(22)의 작동으로 연동되는 이너샤프트(26)와 결합된 베벨기어(31)가 구비되고, 상기 베벨기어(31)의 일측으로는 이송가이드핀(32)이 구비되며, 상기 이너샤프트(26)의 선단 외주면에는 나선 형태의 가이드홈(261)이 형성되어, 가이드홈(261)에 이송가이드핀(32)이 인입되도록 하여, 이너샤프트(26)가 전방 또는 후방으로 이동됨에 따라 가이드홈(261)의 나선 형상에 따라 이송가이드핀(32) 및 베벨기어(31)가 회동되도록 하고, 상기 블레이드(21)의 블레이드축(211)에 결합된 피니언기어(33)와 베벨기어(31)가 기어결합되도록 하여, 베벨기어(31)의 회전력이 블레이드축(211)으로 전달되도록 하여, 블레이드(21)가 회동되도록 구비될 수 있다.
또한 상기 블레이드지향각도조절부(30)는 상기 풍속감지판(22)의 작동으로 연동되는 이너샤프트(26)와 결합된 아암브라켓(35)이 구비되고, 상기 아암브라켓(35)의 외향으로는 상기 블레이드(21)가 위치된 방향으로 연장된 아암연장부(351)가 형성되며, 상기 블레이드(21)의 블레이드축(211)에 결합된 레버브라켓(36)이 구비되고, 상기 레버브라켓(36)의 레버(361)와 상기 아암연장부(251)가 연결되도록 하는 레버아암(37)이 구비되어, 상기 풍속감지판(22)에 의하여 이너샤프트(26)가 후방으로 이동됨에 따라 아암브라켓(35) 및 레버아암(37)과 연결된 레버브라켓(36)의 레버(261)가 회동되도록 하여, 레버브라켓(36)과 연결된 블레이드(21)가 회동되도록 구비될 수 있다.
나아가 상기 주축(11)에 회동가능하게 연결되는 풍력발전기몸체(12)의 후방에 결되는 꼬리날개(40)가 구비되어, 불어오는 바람 방향에 따라 풍력발전기가 회동되도록 구비될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 무동력으로 특별한 모터나 제어장치를 구성하지 않아도 바람의 세기에 따라 블레이드에 의한 회전 정도를 조절할 수 있어, 풍력발전기의 구성부재들이 손상되는 것을 미연에 방지하도록 하는 탁월한 효과가 있다.
특히 소형 풍력발전기에 있어서 좁은 공간의 제약으로 계장 장치나 기능구성을 추가할 수 없었으나, 본 발명에서 블레이드의 지향각도 조절 및 발전회전속도 조절 등과 같은 구성을 구현함으로써, 무동력, 특이한 계장장치를 하지 않고 발전의 원동력인 바람을 이용하여 블레이드의 피치조절을 가능하게 하여, 소형 풍력발전기도 대형 풍력발전기에서와 같이 블레이드 피치조절 기능을 실현할 수 있도록 하는 장점이 있다.
이로써 풍속의 세기에 따라 블레이드의 피치가 조절되어 회전수를 제어하게 하면, 발전기 등의 기기를 보호하게 되며, 강풍시엔 별도의 브레이크 장치가 없어도 블레이드 피치제어로 실속을 만들어 회전을 멈출 수 있게 만들어 소형 풍력발전기의 기기보호 및 지속적인 발전을 가능케 할 수 있게 되는 것이다.
또한 이러한 본 발명에서는 발전기 전단과 후단 꼬리날개 측에 피치제어 기능을 갖는 연동장치를 장착케 하여, 후단에서 바람의 영향을 받도록 하고, 이러한 구성이 전단으로 전달되도록 하며, 이에 전단에서는 전달되는 작동력으로 블레이드의 지향각도가 변화되도록 하는 등, 무동력으로 연동작동구성을 실현하도록 하는 것이다.
이하 첨부되는 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력발전기에 대한 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 풍력발전기의 기어결속방식에 대한 개략적인 구성에 대한 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 풍력발전기의 기어결속방식에 대한 개략적인 구성에 대한 분해 사시도, 도 4는 본 발명에 따른 풍력발전기의 링크연결방식에 대한 개략적인 구성에 대한 사시도, 도 5는 본 발명에 따른 풍력발전기의 링크연결방식에 대한 개략적인 구성에 대한 분해 사시도, 도 6은 본 발명에 따른 풍력발전기의 풍속작동브라켓 및 풍속감지판에 대한 사시도, 도 7은 본 발명에 따른 풍력발전기의 내부 구성에 대한 측면 예시도, 도 8은 본 발명에 따른 풍력발전기의 발전부 구성에 대한 측면 상세 예시도, 그리고 도 9는 본 발명에 따른 풍력발전기의 풍속작동브라켓에 대한 개략적인 평면도가 각각 도시된 것이다.
즉 본 발명에 따른 블레이드지향각도조절부(30)가 구비된 풍력발전기(10)는 도 1 내지 도 9 등에서와 같이, 주축(11)의 상부에 회전가능하게 결합되어, 다수의 블레이드(21)의 회전에 의해 발전되도록 하는 풍력발전기(10)에 관한 것이다. 이러한 블레이드(21)는 FRP, 카본화이버, 합성수지 등으로 만들어질 수 있을 것이다.
특히 이러한 상기 풍력발전기(10)의 후방에는 바람의 세기 정도에 따라 작동되는 풍속감지판(22)이 구비되어 있고, 상기 풍속감지판(22)의 작동으로 상기 블레 이드(21)의 지향각도가 조절되도록 회동작동되는 블레이드지향각도조절부(30)가 구비되어 있다. 이와 같은 본 발명에 따른 블레이드지향각도조절부(30)가 구비된 풍력발전기(10)의 구성은, 대형 풍력발전기에도 적용이 가능할 수 있으나, 특히 소형의 풍력발전기에 적용되어 실시되면 더욱 효과적일 것이다. 즉 대형 풍력발전기에서는 바람세기에 따른 블레이드 지향각도를 바꿀 장치나 모터 등을 구비할 공간이 많으나, 소형 풍력발전기에서는 공간제약이 있어 본 발명에서와 같은 블레이드지향각도조절부 등의 부재가 적용됨이 바람직할 것이다.
그리하여 바람 세기가 세어지면 풍속감지판(22)이 후방으로 젖혀지면서 블레이드지향각도조절부(30)가 작동되어 블레이드(21)의 지향각도가 회동으로 조절되도록 하여 블레이드(21)에 의하여 발전부 회전자의 회전속도가 조절되도록 구비되는 것이 주요 특징인 것이다. 물론 본 발명에 있어서 이러한 발전부(24)의 회전자로는 후술되는 제너레이터바디(241)가 해당될 것이고, 이러한 발전부(24)의 회전자에 대응되는 고정자로는 후술되는 발전고정플레이트(244)가 구비될 수 있을 것이다. 그러나 본 발명의 사상을 포함하여 실시됨에 따라 일반적으로 이용될 수 있는 회전자와 고정자로 하여 적용될 수도 있을 것이다.
그리고 불어오는 바람의 세기가 너무 세지 않고, 알맞게 불어오게 되면, 바람에 의하여 블레이드(21)가 회전되어 풍력발전기(10) 내부의 발전부재들에 의해서 전기가 발전되는 것이다. 그러나 불어오는 바람의 세기가 너무 세어, 블레이드(21)가 너무 빨리 돌게 됨에 따라 블레이드(21) 및 회전부재가 파손되거나, 또는 내부의 발전부재들이 파손될 우려가 있을 것이다.
이에 본 발명에 따른 풍력발전기(10)에 의하면, 후방으로 풍속감지판(22)이 결합되어, 바람이 너무 세게 불면, 풍속감지판(22)이 후방으로 젖혀지면서, 내부의 연결부재에 의하여 블레이드지향각도조절부(30)가 작동되는 것이다. 이에 세부 작동구성은 후술하겠으나, 이러한 블레이드지향각도조절부(30)의 작동으로, 블레이드(21)의 날개 지향방향이 바람의 영향을 적게 받는 방향으로 회동되게 된다. 따라서 강하게 바람이 불면 블레이드(21)의 회동수가 적어지도록 함으로써, 블레이드(21), 회동부재, 그리고 내부의 발전부재들의 손상을 방지하여, 발전작동이 원활하도록 하는 장점이 있는 것이다.
이와 함께 상기 주축(11)에 회동가능하게 연결되는 풍력발전기몸체(12)의 후방에 결합되는 꼬리날개(40)가 구비되어, 불어오는 바람 방향에 따라 풍력발전기가 회동되도록 구비되는 것이다.
이와 같이 구비되는 본 발명에 따른 풍력발전기(10)는 바람방향이 바뀌게 되면, 풍력발전기(10) 후방의 꼬리날개(40)에 의하여 바람불어오는 방향으로 블레이드(21)가 향하기 때문에 항상 안정적으로 발전이 이뤄지는 것이다.
또한 불어오는 바람의 세기에 대해서, 알맞거나 너무 세지 않는 상태로 바람이 불면 발전이 이뤄지도록 하되, 너무 강한 바람이 불면 블레이드(21)의 지향각도가 알맞도록 회동되도록 하여, 블레이드(21), 회동부재, 발전부재를 비롯하여 풍력발전기(10)의 손상을 방지하는 것이다.
이와 같이 구비되는 본 발명에 따른 풍력발전기(10)의 세부 구성을 살펴보면 다음과 같다.
즉 상기 블레이드(21)의 블레이드축(211)이 회동가능하게 결합된 블레이드브라켓(231)이 블레이드면판(23)에 고정되어, 다수의 상기 블레이드(21)에 의한 회전력으로 상기 블레이드면판(23)이 회전되도록 구비된다. 또한 블레이드브라켓(231)은 블레이드(21)의 수 만큼 블레이드면판(23)에 용접 등으로 일체로 형성된 것이다. 따라서 블레이드면판(23)에 구비된 블레이드브라켓(231)과 블레이드축(211) 사이의 베어링에 의하여 블레이드축(211) 및 블레이드(21)가 자유롭게 회전되는 것이다. 이에 블레이드브라켓(231)과 블레이드축(211) 사이에는 베어링 또는 메탈부쉬 등이 이용될 수도 있을 것이다.
이러한 상기 블레이드면판(23)은 발전부(24)의 제너레이터바디(241)에 고정되는 것으로, 다수의 블레이드(21)는 블레이드면판(23)에 구비된 상태에서, 블레이드면판(23)의 중심을 축으로 하여 회동되며, 이러한 블레이드면판(23)의 회전력은 제너레이터바디(241)에 전달되는 것이다. 또한 블레이드면판(23)에는 중심으로 파이프형상의 블레이드샤프트(232)가 일체로 결합되어 구비될 수도 있을 것이다. 이러한 블레이드샤프트(232)에 의하여, 풍력발전기몸체(12)에 고정된 제너레이터고정브라켓(242)의 중심에 안정적으로 고정되는 것이다. 즉 블레이드샤프트(232)는 블레이드면판(23) 측의 베어링과, 블레이드샤프트(232)의 반대 측으로 구비된 베어링하우징보스(233)의 베어링 등에 의하여, 제너레이터고정브라켓(242)의 내부에 고정된 발전회동축(243)의 내부에 회동가능하게 결합되는 것이다.
따라서 블레이드샤프트(232)는 제너레이터고정브라켓(242) 및 발전회동 축(243)의 내부에서 회동가능한 상태로 고정되는 것으로, 결국 블레이드샤프트(232)의 전방에 결합된 블레이드면판(23)을 비롯한 다수의 블레이드(21) 등이 안정적으로 회동가능하게 구비되는 것이다.
그리고 상기 발전부(24)의 제너레이터바디(241)는 풍력발전기몸체(12)에 고정된 제너레이터고정브라켓(242)에 고정된 발전회동축(243)을 중심으로 회전되도록 구비되는 것이다. 이에 발전회동축(243)은 제너레이터고정브라켓(242)에 고정되는 것으로, 세트용핀과 고정볼트 등에 의하여 견고히 고정되는 것이다.
또한 상기 발전회동축(243)에 고정설치되며 원판 형상으로 이루어져 다수의 자성부재가 포함된 발전고정플레이트(244)가 구비되어, 고정된 발전고정플레이트(244)의 주변으로 회전되는 제너레이터바디(241)의 발전코어(미도시됨)에 의해 발전되도록 구비되는 것이다. 이에 발전코어(미도시됨)의 회선과 외부의 전원부재(미도시됨)와는 일반적인 회선연결방식에 의하여 전력이 전달되도록 마련될 수 있을 것이다. 또한 전원부재의 구성도 일반적으로 외부의 가전제품, 전력제품, 또는 전력공급장치 등으로 구성될 수 있는 것으로, 이러한 전원부재의 구성도 일반적인 구성으로 이루어질 수 있을 것이다.
이에 상기에 언급된 바와 같이 풍력발전기몸체(12)에 고정된 제너레이터고정브라켓(242) 및 발전회동축(243), 그리고 원판 형태의 발전고정플레이트(244) 등에 대해 발전부(24)의 제너레이터바디(241)가 회동되는 것이다.
특히 발전고정플레이트(244)의 주위로 회전되는 제너레이터바디(241)와의 사 이에서, 고정체인 발전고정플레이트(244)에서 발생되는 자력에 의해, 회전체인 제너레이터바디(241)의 발전코어(미도시됨)로부터 전기가 발전되는 것으로, 발전된 전기는 외부로 전력이송되게 된다.
이처럼 블레이드(21)의 회전력을 전달받은 제너레이터바디(241)와 발전고정플레이트(244) 사이의 회전작동에 의해 전기가 발전되는 것으로, 이러한 본 발명에 따른 풍력발전기(10)는 바람의 세기에 따라 블레이드(21)의 지향방향이 틀어지도록 마련된 것이다.
이를 위한 부재의 구성을 살펴보면, 상기 풍속감지판(22)의 링크(221) 회전 축인 링크축(252)이 풍속작동브라켓(25)에 고정되고, 풍속작동브라켓(25) 상부의 작동장홈(251)을 따라 유동되도록 결합되는 유동축(253)에 링크(221)의 링크홈(222)이 유동가능하게 결합되어 구비되는 것이다.
그리고 상기 유동축(253)은 유동실린더(254)와 일체로 결합되고, 유동실린더(254)의 중앙에 회동되도록 결합되는 작동홀더(255)가 구비되며, 상기 블레이드지향각도조절부(30)와 연결되는 이너샤프트(26)가 상기 작동홀더(255)에 결합되도록 구비되는 것이다. 이에 이러한 이너샤프트(26)는 전방의 블레이드면판(23)의 앞쪽으로 돌출되도록 조립되어, 후술되는 베벨기어 또는 아암브라켓 등이 결합될 수 있는 것이다.
그리하여 상기 풍속감지판(22)의 회동으로 풍속작동브라켓(25)의 링크축(252)을 중심으로 유동되는 유동실린더(254)에 의하여 이너샤프트(26)가 전방 또는 후방으로 이동되어, 이너샤프트(26)와 연결된 블레이드지향각도조절부(30)가 작동되도록 구비되는 것이다. 특히 이너샤프트(26)는 후방으로는 유동실린더(254)의 작동홀더(255)에 결합되는 것으로, 작동홀더(255)는 유동실린더(254) 내부에서 자유로이 회동가능하게 설치된다. 따라서 이너샤프트(26)도 함께 자유로이 회전가능한 상태가 되며, 이너샤프트(26)의 전방 부분인 블레이드면판(23)이 회전됨에 따라, 블레이드면판(23)에 구비된 블레이드지향각도조절부(30)도 함께 회전되기 때문에, 결국 블레이드면판(23) 및 블레이드(21)의 회전에 따라 이너샤프트(26)도 함께 자유로이 회전되는 것이다.
다만 풍량의 세기에 따라 이너샤프트(26)가 회동되면서 동시에 전후 방향으로 이동되기 때문에, 이러한 전후 방향의 이동으로 인하여 블레이드지향각도조절부(30)가 작동하게 되는 것이다. 즉 이너샤프트(26)는 회전작동과 함께 축방향의 직선왕복이동도 가능하도록 마련되는 것이다.
그리고 첨부되는 도면의 예시에서는, 바람이 세게 불어 풍속감지판(22)의 회동에 의한 이너샤프트(26)의 이동이 후방으로의 이동되는 것을 예시한 실시예로 하여 도면이 작성되어 있다.
이와 달리 풍속감지판(22)에 의한 작동이 링크축(252), 풍속작동브라켓(25), 작동홀더(255), 유동축(253) 등의 구성 및 위치를 알맞게 변경하게 되면, 바람이 세게 불면 이너샤프트(26)의 이동이 전방으로의 이동되는 것으로 하여 실시될 수도 있을 것이다. 이처럼 이너샤프트(26)가 전방으로 밀리도록 하면 이와 연동되는 블레이드지향각도조절부(30)의 구성도 이에 알맞도록 변형되어 실시될 수 있음은 당 연한 것이다.
이에 이하에서는 첨부된 도면에서와 같이 바람이 세게 불 경우 이너샤프트(26)가 후방으로 이동되도록 하는 실시예를 기준으로 하여 설명하기로 한다.
이러한 풍력발전기(10)에 있어서, 상기 풍속작동브라켓(25)의 장력조절판(256)과의 상기 유동실린더(254) 사이에는 항력스프링(27)이 구비되는 것으로, 바람의 세기가 세지 않을 경우, 유동실린더(254) 및 이너샤프트(26)를 블레이드지향각도조절부(30) 측으로 위치되도록 구비되는 것이다. 이에 장력조절판(256)에는 도시되지 않았으나, 장력을 조절하기 위한 부재가 함께 구비될 수 있을 것이다. 또는 장력조절판(256)과 풍속작동브라켓(25) 사이의 체결 거리를 조절함으로써 항력스프링(27)의 세기를 조절하도록 마련될 수도 있을 것이다.
따라서 이러한 항력스프링(27)의 힘에 의하여, 풍속작동브라켓(25) 및 링크축(252) 등으로 연결되는 풍속감지판(22)에 부는 바람의 세기를 지탱하고 있는 것이다. 즉 풍력발전기(10) 부재를 손상시킬 정도로 강한 바람의 세기가 아닌 경우에는, 항력스프링(27)에 의한 힘에 의하여, 풍속감지판(22)이 후방으로 젖혀지지 않도록 마련되는 것이다. 그러나 바람의 세기가 강하면 풍속감지판(22)을 밀어내는 힘이 항력스프링(27)의 힘을 극복하게 되어, 결국 풍속감지판에 의한 힘은 이너샤프트(26)를 움직이게 하는 것이다.
이에 항력스프링(27)의 탄성 반발력의 정도는, 불어오는 바람의 세기가 너무 세어 블레이드를 비롯한 발전기 부재를 손상시키지 않을 정도로 하기 위한 것으로, 블레이드의 회전 속도 여부에 따라 알맞게 조절되어 구비될 수 있을 것이다. 이러 한 항력스프링(27)의 힘의 세기는 풍력발전기(10)의 설치장소에서 불어오는 바람의 세기, 블레이드를 비롯한 풍력발전기의 용량, 기타 일기변화의 상황 등에 따라 알맞게 설정되어 실시될 수 있을 것이다.
상기에 기술된 바와 같이 본 발명에 따른 풍력발전기(10)는 불어오는 바람의 방향에 향하도록 하면서, 바람의 세기에 따라 블레이드에 의한 회전속도를 조절하여 발전기 부재들의 손상을 방지하면서 안정적으로 발전이 이뤄지도록 하는 것이다.
특히 대형으로 제작될 수 있는 풍력발전기의 경우에는, 블레이드의 지향각도를 전자장치 및 전용 회동모터에 의하여 이루어질 수도 있을 것이다. 본 발명이 최적으로 적용될 수 있는 소형의 풍력발전기에서는 별도의 회동을 위한 전자장치나 전용모터 등이 구비될 공간이 없게 되는 것이다. 이에 본 발명에서는 이를 극복하기 위하여 불어오는 바람의 세기가 약할 경우와 너무 강한 바람이 불어올 경우에 따라, 블레이드 및 발전 부재들의 손상을 방지하면서 안정적으로 발전되도록 하는 것이다.
이러한 구성은 기본적으로 풍력발전기(10)의 전방으로는 발전을 위한 블레이드(21)가 결합되고, 후방으로는 바람의 세기에 따라 작동되는 풍속감지판(22)이 마련되는 것이다. 그리고 이러한 풍속감지판(22)에 의한 작동력으로 블레이드(21)의 지향각도가 변화되도록 하기 위한 블레이드지향각도조절부(30)가 함께 마련되는 것이다.
이러한 블레이드지향각도조절부(30)의 구성은, 도 2, 도 3에서와 같이 기어결합에 의한 기어결속방식에 따른 실시예와, 도 4, 도 5에서와 같이 링크부재에 의한 링크연결방식에 따른 실시예 등으로 실시될 수 있을 것이다. 기타 풍속감지판(22)에 의해 움직이는 이너샤프트(26)의 힘에 의해 블레이드(21)의 지향각도가 변화되도록 하는 구성이라면 본 발명의 사상을 포함한 구성으로 하여 변형되어 실시될 수 있음은 당연한 것이다.
이에 우선 도 2, 도 3에서와 같이 기어결속방식의 실시예를 살펴보면, 상기 블레이드지향각도조절부(30)는 상기 풍속감지판(22)의 작동으로 연동되는 이너샤프트(26)와 결합된 베벨기어(31)가 구비되고, 상기 베벨기어(31)의 일측으로는 이송가이드핀(32)이 구비되는 것이다.
그리고 상기 이너샤프트(26)의 선단 외주면에는 나선 형태의 가이드홈(261)이 형성되어, 가이드홈(261)에 이송가이드핀(32)이 인입되도록 하여, 이너샤프트(26)가 전방 또는 후방으로 이동됨에 따라 가이드홈(261)의 나선 형상에 따라 이송가이드핀(32) 및 베벨기어(31)가 회동되도록 하는 것이다.
또한 상기 블레이드(21)의 블레이드축(211)에 결합된 피니언기어(33)와 베벨기어(31)가 기어결합되도록 하여, 베벨기어(31)의 회전력이 블레이드축(211)으로 전달되도록 하여, 블레이드(21)가 회동되도록 구비되는 것이다.
이처럼 기어결속방식에 의한 블레이드지향각도조절부(30)의 실시예에 의하면, 이너샤프트(26)의 이송으로 베벨기어(31)가 회동되고, 베벨기어(31)와 기어 결 합된 피니언기어(33)에 의하여, 블레이드축(211) 및 블레이드(21)가 블레이드브라켓(231)에 대하여 회동되는 것이다.
다음으로 도 4, 도 5에서와 같이 링크부재에 의한 링크연결방식에 따른 블레이드지향각도조절부(30)를 살펴보면, 상기 풍속감지판(22)의 작동으로 연동되는 이너샤프트(26)와 결합된 아암브라켓(35)이 구비되고, 상기 아암브라켓(35)의 외향으로는 상기 블레이드(21)가 구비된 방향으로 연장된 아암연장부(351)가 형성되는 것이다.
그리고 상기 블레이드(21)의 블레이드축(211)에 결합된 레버브라켓(36)이 구비되고, 상기 레버브라켓(36)의 레버(361)와 상기 아암연장부(351)가 연결되도록 하는 레버아암(37)이 구비되는 것이다.
그리하여 상기 풍속감지판(22)에 의하여 이너샤프트(26)가 후방으로 이동됨에 따라 아암브라켓(35) 및 레버아암(37)이 후방으로 이동되고, 아암브라켓(35) 및 레버아암(37)의 이동으로 아암브라켓(35) 및 레버아암(37)과 연결된 레버브라켓(36)의 레버(261)가 회동되도록 하여, 레버브라켓(36)과 연결된 블레이드(21)가 회동되도록 구비되는 것이다.
이처럼 링크연결방식으로 되는 블레이드지향각도조절부(30)에 의하면, 강한 바람이 불어 올 경우, 풍속감지판(22)에 의한 이너샤프트(26)의 이동으로 아암브라켓(35) 및 레버아암(37)이 후방으로 이동하고, 이에 레버아암(37)과 연결된 레버브라켓(36) 및 블레이드축(211)과 블레이드(21) 등이 함께 회동하게 된다.
그리하여 강한 바람이 불어올 경우, 불어오는 바람의 세기에 따라 블레이 드(21)의 지향 각도가 변화되도록 하여, 안정적인 발전이 이뤄지도록 하는 것이다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 일실시예를 기재한 것이므로, 상기 실시예의 기재에 의하여 본 발명의 기술적 사상이 제한적으로 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력발전기에 대한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 풍력발전기의 기어결속방식에 대한 개략적인 구성에 대한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 풍력발전기의 기어결속방식에 대한 개략적인 구성에 대한 분해 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 풍력발전기의 링크연결방식에 대한 개략적인 구성에 대한 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 풍력발전기의 링크연결방식에 대한 개략적인 구성에 대한 분해 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 풍력발전기의 풍속작동브라켓 및 풍속감지판에 대한 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 풍력발전기의 내부 구성에 대한 측면 예시도.
도 8은 본 발명에 따른 풍력발전기의 발전부 구성에 대한 측면 상세 예시도.
도 9는 본 발명에 따른 풍력발전기의 풍속작동브라켓에 대한 개략적인 평면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 풍력발전기 11 : 주축
21 : 블레이드 22 : 풍속감지판
23 : 블레이드면판 24 : 발전부
25 : 풍속작동브라켓 26 : 이너샤프트
27 : 항력스프링 30 : 블레이드지향각도조절부
31 : 베벨기어 32 : 이송가이드핀
35 : 아암브라켓 36 : 레버브라켓
37 : 레버아암

Claims (7)

  1. 후방으로 위치되어 바람에 의하여 작동되는 풍속감지판(22)이 구비되고, 상기 풍속감지판(22)과 연동되어 블레이드(21)의 지향각도가 변화되도록 하여 발전부(24) 회전자의 회전속도가 조절되도록 하는 블레이드지향각도조절부(30)가 구비되는 풍력발전기에 있어서,
    상기 블레이드(21)의 블레이드축(211)이 회동가능하게 결합된 블레이드면판(23)이 구비되어, 다수의 상기 블레이드(21)에 의한 회전력으로 상기 블레이드면판(23)이 회전되도록 구비되고,
    상기 블레이드면판(23)은 발전부(24)의 제너레이터바디(241)에 고정되며,
    상기 발전부(24)의 제너레이터바디(241)는 풍력발전기몸체(12)에 고정된 제너레이터고정브라켓(242)에 고정된 발전회동축(243) 및 발전고정플레이트(244)에 대해 회전되도록 하여,
    상기 발전부(24)의 제너레이터바디(241) 내부에 구비된 자성부재 및 발전코어에 의하여 발전되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 블레이드지향각도조절부가 구비된 풍력발전기.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 풍속감지판(22)의 링크(221) 회전 축인 링크축(252)이 풍속작동브라켓(25)에 고정되고, 풍속작동브라켓(25) 상부의 작동장홈(251)을 따라 유동되도록 결합되는 유동축(253)에 링크(221)의 링크홈(222)이 유동가능하게 결합되어 구비되며, 상기 유동축(253)은 유동실린더(254)와 일체로 결합되고, 유동실린더(254)의 중앙에 회동되도록 결합되는 작동홀더(255)가 구비되고, 상기 블레이드지향각도조절부(30)와 연결되는 이너샤프트(26)가 상기 작동홀더(255)에 결합되도록 구비되어, 상기 풍속감지판(22)의 회동으로 풍속작동브라켓(25)의 링크축(252)을 중심으로 회동되는 유동실린더(254)에 의하여 이너샤프트(26)가 전방 또는 후방으로 이동되어, 이너샤프트(26)와 연결된 블레이드지향각도조절부(30)가 작동되도록 구비되고,
    상기 발전회동축(243)에 고정설치된 발전고정플레이트(244)는 원판 형상으로 이루어져 다수의 자성부재가 포함되어 구비되어, 고정된 발전고정플레이트(244)의 주변으로 회전되는 제너레이터바디(241)의 발전코어에 의해 발전되도록 구비되며,
    상기 블레이드면판(23)에 고정된 파이프형상의 블레이드샤프트(232)가 구비되고, 상기 블레이드샤프트(232)는 블레이드면판(23) 측의 베어링과, 타측의 베어링하우징보스(233)의 베어링에 의하여, 제너레이터고정브라켓(242)의 내부에 고정된 발전회동축(243)의 내부에서 회동가능하게 결합되도록 구비되며
    상기 풍속작동브라켓(25)과 상기 유동실린더(254) 사이에는 항력스프링(27)이 구비되어, 바람의 세기가 세지 않을 경우, 유동실린더(254) 및 이너샤프트(26)를 블레이드지향각도조절부(30) 측으로 위치되도록 구비되고,
    주축(11)에 회동가능하게 연결되는 풍력발전기몸체(12)의 후방에 결합되는 꼬리날개(40)가 구비되어, 불어오는 바람 방향에 따라 풍력발전기가 회동되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 블레이드지향각도조절부가 구비된 풍력발전기.
  4. 삭제
  5. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 블레이드지향각도조절부(30)는 상기 풍속감지판(22)의 작동으로 연동되는 이너샤프트(26)와 결합된 베벨기어(31)가 구비되고, 상기 베벨기어(31)의 일측으로는 이송가이드핀(32)이 구비되며,
    상기 이너샤프트(26)의 선단 외주면에는 나선 형태의 가이드홈(261)이 형성되어, 가이드홈(261)에 이송가이드핀(32)이 인입되도록 하여, 이너샤프트(26)가 전방 또는 후방으로 이동됨에 따라 가이드홈(261)의 나선 형상에 따라 이송가이드핀(32) 및 베벨기어(31)가 회동되도록 하고,
    상기 블레이드(21)의 블레이드축(211)에 결합된 피니언기어(33)와 베벨기어(31)가 기어결합되도록 하여, 베벨기어(31)의 회전력이 블레이드축(211)으로 전달되도록 하여, 블레이드(21)가 회동되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 블레이드지향각도조절부가 구비된 풍력발전기.
  6. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 블레이드지향각도조절부(30)는 상기 풍속감지판(22)의 작동으로 연동되는 이너샤프트(26)와 결합된 아암브라켓(35)이 구비되고, 상기 아암브라켓(35)의 외향으로는 상기 블레이드(21)가 구비된 방향으로 연장된 아암연장부(351)가 형성되며,
    상기 블레이드(21)의 블레이드축(211)에 결합된 레버브라켓(36)이 구비되고,
    상기 레버브라켓(36)의 레버(361)와 상기 아암연장부(251)가 연결되도록 하는 레버아암(37)이 구비되어,
    상기 풍속감지판(22)에 의하여 이너샤프트(26)가 후방으로 이동됨에 따라 아암브라켓(35) 및 레버아암(37)과 연결된 레버브라켓(36)의 레버(261)가 회동되도록 하여, 레버브라켓(36)과 연결된 블레이드(21)가 회동되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 블레이드지향각도조절부가 구비된 풍력발전기.
  7. 삭제
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