KR100969544B1

KR100969544B1 - 풍력발전기용 프로펠러

Info

Publication number: KR100969544B1
Application number: KR1020100052918A
Authority: KR
Inventors: 김현태
Original assignee: 벽산파워 주식회사
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2010-07-12

Abstract

본 발명은 바람을 이용하여 전기를 생산하는 풍력발전기용 프로펠러에 관한 것으로, 풍력발전기용 프로펠러에 있어서, 발전기의 회전축에 결합되며 복수의 블레이드를 구비하고 있는 프로펠러 본체; 상기 프로펠러 본체에 구비되어 바람의 강약에 따라 블레이드의 길이를 신장 또는 축소되게 조절하는 복수의 유압실린더; 상기 프로펠러의 회전속도를 속도센서에 의하여 감지하고, 그 감지결과에 따라 상기 유압실린더가 일정압력에서 작동할 수 있도록 유압을 제어하는 유압제어기; 상기 유압제어기 및 속도센서에 전원을 공급하며 자동전압조절기에 의하여 정격전압을 공급할 수 있도록 하는 태양전지와 소형 발전기; 로 구성되어 풍속의 강·약에 따라 블레이드의 길이를 신장 또는 축소되게 조절하여 프로펠러의 회전속도를 항상 일정하게 유지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하고 있으며, 이에 따라 본 발명에 따른 풍력발전기용 프로펠러에 의하면 풍량과 풍속의 강약에 영향을 받지 않고 발전자의 회전 속도를 항상 일정하게 유지시킬 수 있어 정압발전에 따른 발전효율을 향상시킬 수 있으며, 풍력발전기의 대다수를 차지하는 임계회전 속도 초과로 인한 발전기의 파손과 고장 등을 미연에 방지할 수 있도록 하여 발전기의 내구성을 증가시킬 수 있도록 한다.

Description

풍력발전기용 프로펠러{Propeller For Wind Generator}

본 발명은 바람을 이용하여 전기를 생산하는 풍력발전기용 프로펠러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유압 실린더에 의하여 블레이드(Blade)의 길이를 풍속에 따라 가변시킬 수 있도록 구성하여 프로펠러에 받는 풍압을 항상 일정하게 유지시킬 수 있도록 함으로써, 바람의 강약에 영향을 받지 않고 항상 발전기가 정속을 유지할 수 있도록 하는 풍력발전기용 프로펠러에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전기는 바람에 의하여 프로펠러를 회전시키고 이 회전하는 프로펠러에 의하여 발전기의 축을 회전시켜 전력을 생산하는 것으로, 보통 수직으로 설치되는 지지대와, 상기 지지대에 직교되게 설치되는 회전축과, 상기 회전축에 설치되는 다수개의 프로펠러와, 상기 회전축에 연결되어 동력을 발전시키는 발전기로 이루어진다. 이와 같이 종래에 사용되고 있는 풍력발전기의 프로펠러는 바람의 강약에 적절하게 대처하지 못하는 단점이 있다. 즉, 바람의 강약이 계절 또는 태풍의 영향 등에 따라 크게 변화를 하는데 종래의 날개는 이러한 바람의 강약에 적절히 가변적으로 대처하지 못함으로써 바람이 약한 경우에는 회전축을 회전시키지 못하여 전력생산이 불가능하고, 태풍 등에 의하여 강한 바람이 불 경우에는 회전축이 너무 빨리 회전함에 따라 발전기가 손상되거나 또는 날개, 지지대 등이 부러지는 문제점 등이 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로 풍량이나 풍속의 강·약에 영향을 받지 않고 항상 프로펠러의 회전속도를 일정하게 유지할 수 있도록 함으로써, 풍력 발전기의 내구성능을 높여 잦은 고장에 따른 유지 관리비의 상승을 막고 발전효율 또한 향상시킬 수 있도록 하는 풍력발전기용 프로펠러를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 기술적 수단은 풍력발전기용 프로펠러에 있어서, 발전기의 회전축에 결합되며 복수의 블레이드를 구비하고 있는 프로펠러 본체; 상기 프로펠러 본체에 구비되어 바람의 강약에 따라 블레이드의 길이를 신장 또는 축소되게 조절하는 복수의 유압실린더; 상기 프로펠러의 회전속도를 속도센서에 의하여 감지하고, 그 감지결과에 따라 상기 유압실린더가 일정압력에서 작동할 수 있도록 유압을 제어하는 유압제어기; 상기 유압제어기 및 속도센서에 전원을 공급하며 자동전압조절기에 의하여 정격전압을 공급할 수 있도록 하는 태양전지와 소형 발전기; 로 구성되어 풍속의 강·약에 따라 블레이드의 길이를 신장 또는 축소되게 조절하여 프로펠러의 회전속도를 항상 일정하게 유지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 프로펠러를 제시한다.

본 발명은 상기 프로펠러 본체에 구비되는 복수의 블레이드는 다수의 단을 결합하여 이루어진 다단식으로 블레이드의 길이가 신축가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 프로펠러를 제시한다.

본 발명은 상기 유압제어기 및 속도센서에 전원을 공급하는 소형 발전기는 본체의 후방에 본체와 함께 회전하도록 고정설치되고 상기 발전기의 회전축은 기어에 의하여 지지체에 고정설치된 톱니기어와 치합하여 상기 톱니기어의 주위를 회전함에 따라 발전자가 회전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 프로펠러를 제시한다.

본 발명에 따른 풍력발전기용 프로펠러에 의하면 풍량과 풍속의 강약에 영향을 받지 않고 발전자의 회전 속도를 항상 일정하게 유지시킬 수 있어 정압발전에 따른 발전효율을 향상시킬 수 있으며, 풍력발전기의 대다수를 차지하는 임계회전 속도 초과로 인한 발전기의 파손과 고장 등을 미연에 방지할 수 있도록 하여 발전기의 내구성을 증가시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 프로펠러의 정면 개략도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 프로펠러의 측면 개략도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 프로펠러의 측면 상세도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 프로펠러의 전체적인 연결 및 동작상태를 예시한 블록도

상기와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 프로펠러의 정면 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 프로펠러의 측면 개략도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 프로펠러의 측면 상세도이다.

본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 프로펠러는 비교적 풍부한 바람을 받을 수 있도록 수직으로 높이 세워진 지지축의 상부에 설치되는 대형 발전기에 설치된다. 상기 대형 발전기의 용량은 지역적 특성에 따른 풍량과 수요 전력을 감안하여 결정된다. 상기 발전기(a)에는 발전자를 회전시키는 회전축(b)이 구비되고, 상기 회전축(b)에는 복수의 블레이드(11)를 구비하고 있는 프로펠러 본체(10)가 설치된다.

상기 프로펠러 본체(10)에 구비된 복수의 블레이드(11)는 다수의 단을 결합하여 이루어진 다단식으로 블레이드의 길이가 신축가능하도록 구성되어 있는데, 상기 다단식의 구조는 통상적인 다단식 라디오안테나 또는 접이식의 우산 지지대, 길이 조절식 지팡이 등에서 흔히 적용되고 있는 일반적인 공지의 구성이므로 구체적인 예시와 설명은 생략하기로 한다.

더불어, 상기 다단식 블레이드(11)는

형 단면구조를 갖는 중공형상으로 상기 블레이드(11)의 중공부에는 다단식 구조에 의한 상기 블레이드(11)를 신장 또는 축소시켜 풍량이나 풍속에 대응하여 길이를 조절할 수 있도록 하는 유압실린더(20)가 구비된다.

여기서, 상기 다단식 블레이드(11)는

형 단면 구조를 갖도록 형성함으로써, 볼록한 앞쪽을 지날 때와 평평한 뒤쪽을 지날 때의 공기의 속도의 차이에 의한 압력차이를 만들어 내어 베르누이 정리에 의해 오른쪽에서 왼쪽으로 힘을 가해 프로펠러가 회전할 수 있도록 하는데, 상기 블레이드(11)는 본 발명의 실시예에 있어서는 4엽으로 도시하여 설명하고 있으나, 이와 같이 블레이드의 수를 4엽으로 한정하는 것은 결코 아니며, 블레이드의 수는 많을수록 효율이 떨어지므로 2엽, 3엽, 6엽 등으로 용도에 맞게 구비하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 프로펠러 본체(10)의 내부에는 상기 유압실린더(20)를 구동시키는 유압제어기(30)가 구비되는데, 상기 유압제어기(30)는 상기 프로펠러(1)의 회전속도를 감지하는 속도센서(31)의 제어신호에 따라 상기 유압실린더(20)가 일정압력에서 작동할 수 있도록 유압을 제어하는 기능을 구현하게 된다.

여기서, 상기 속도센서(31)는 소형발전기(33)의 내부 소정된 위치에 설치되어 이 발전기(33)에서 발전되는 전류량의 대소로 속도의 강약을 판단하여 그 데이터를 유압제어기(30)로 송출하게 된다.

더불어, 상기 프로펠러 본체(10)에는 상기 유압제어기(30) 및 속도센서(31)에 전원을 공급하기 위한 태양전지(32)와 소형발전기(33) 및 상기 태양전지(32)와 소형발전기(33)에서 생산된 전력을 항상 일정하게 안정적으로 공급할 수 있도록 하는 자동전압조절기(AVR)(34)를 구비한다.

여기서, 상기 태양전지(32)는 프로펠러 본체(10)의 외부둘레에 구비되며, 상기 소형발전기(33)는 프로펠러 본체(10)의 후방에 본체(10)와 함께 회전하도록 고정설치되는 한편, 상기 소형발전기(33)의 회전축(33a)은 기어(33b)에 의하여 대형발전기(a)에 고정설치된 톱니기어(c)와 치합하여 상기 톱니기어(c)의 주위를 회전함에 따라 발전자가 회전함으로써, 전력을 생산할 수 있도록 구성된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 프로펠러의 전체적인 연결 및 동작상태를 예시한 블록도이다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 프로펠러는 상기 도면에서 알 수 있는 바와 같이 프로펠러 본체(10)에 구비된 복수의 블레이드(11)는 다수의 단을 결합하여 이루어진 다단식으로 유압실린더(20)에 의하여 블레이드(11)의 길이를 조절할 수 있도록 구성하는 한편, 프로펠러(1)의 회전속도를 감지하는 속도센서(31)의 제어신호에 따라 상기 유압실린더(20)가 일정압력에서 작동할 수 있도록 유압을 제어하는 유압제어기(30)를 구비하고, 상기 유압제어기(30) 및 속도센서(31)에는 상기 태양전지(32)와 소형발전기(33)에서 생산된 전력을 자동전압조절기(34)에 의하여 항상 일정하게 안정적으로 공급할 수 있도록 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 프로펠러는 정상적인 풍량에서는 상기 프로펠러(1)의 블레이드(11)가 완전히 신장된 상태에서 회전하면서 일정한 전력을 생산할 수 있도록 한다. 이와 같은 상태에서 태풍 등에 의하여 강한 바람이 불어 일정속도 이상의 비정상적인 속도로 프로펠러(1)가 회전할 경우에는 속도센서(31)가 이 이상속도를 감지하여 데이터를 유압제어기(30)로 송출하고 이 제어신호에 의하여 유압제어기(30)는 유압실린더(20)를 구동시켜 블레이드(11)의 길이를 축소시킴으로써, 블레이드(11)에 작용하는 풍력을 감소시켜 풍량과 풍속에 영향을 받지 않고 프로펠러(1)가 항상 일정속도로 회전할 수 있도록 한다.

상기와 같은 상태에서 다시 바람이 약해져 일정속도 이상의 저속으로 프로펠러가 회전하면 속도센서(31)가 이를 감지하여 유압제어기(30)로 그 데이터를 송출하고 그 제어신호에 따라 유압제어기(30)는 다시 유압실린더(20)를 구동시켜 블레이드(11)를 원상으로 신장시킴으로써 프로펠러(1)가 풍량과 풍속에 영향을 받지 않고 항상 일정속도로 회전하여 발전기가 정격전력을 생산할 수 있도록 한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 풍력발전기용 프로펠러에 의하면 풍량과 풍속의 강약에 영향을 받지 않고 발전자의 회전 속도를 항상 일정하게 유지시킬 수 있어 정압발전에 따른 발전효율을 향상시킬 수 있으며, 풍력발전기의 대다수를 차지하는 임계회전 속도초과로 인한 발전기의 파손과 고장 등을 미연에 방지할 수 있도록 하여 발전기의 내구성을 증가시킬 수 있도록 한다.

지금까지 본 발명을 일 실시예를 참조로 하여 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 이하의 부속 청구범위의 사상 및 영역을 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지로 수정 및 변형실시될 수 있으며, 이러한 수정 및 변형은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 프로펠러 10: 프로펠러 본체
11: 다단식 블레이드 20: 유압실린더
30: 유압제어기 31: 속도센서
32: 태양전지 33: 소형발전기
33a: 회전축 33b: 기어
34: 자동전압조절기 a: 대형발전기
b: 회전축 c: 톱니기어

Claims

풍력발전기용 프로펠러에 있어서,
발전기의 회전축에 결합되며 복수의 블레이드를 구비하고 있는 프로펠러 본체;
상기 프로펠러 본체에 구비되어 바람의 강약에 따라 블레이드의 길이를 신장 또는 축소되게 조절하는 복수의 유압실린더;
상기 프로펠러의 회전속도를 속도센서에 의하여 감지하고, 그 감지결과에 따라 상기 유압실린더가 일정압력에서 작동할 수 있도록 유압을 제어하는 유압제어기;
상기 유압제어기 및 속도센서에 전원을 공급하며 자동전압조절기에 의하여 정격전압을 공급할 수 있도록 하는 태양전지와 소형 발전기;
로 구성되어 풍속의 강·약에 따라 블레이드의 길이를 신장 또는 축소되게 조절하여 프로펠러의 회전속도를 항상 일정하게 유지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 프로펠러.
청구항 1에 있어서,
상기 프로펠러 본체에 구비되는 복수의 블레이드는 다수의 단을 결합하여 이루어진 다단식으로 블레이드의 길이가 신축가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 프로펠러.
청구항 1에 있어서,
발전기의 회전축에 결합되는 상기 프로펠러 본체의 외부둘레에는 태양전지판이 구비되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 프로펠러.
청구항 1에 있어서,
상기 유압제어기 및 속도센서에 전원을 공급하는 소형 발전기는 본체의 후방에 본체와 함께 회전하도록 고정설치되고 상기 발전기의 회전축은 기어에 의하여 지지체에 고정설치된 톱니기어와 치합하여 상기 톱니기어의 주위를 회전함에 따라 발전자가 회전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 프로펠러.
청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
상기 프로펠러의 회전속도를 감지하는 속도센서는 소형발전기의 내부 소정된 위치에 설치되어 이 발전기에서 발전되는 전류량의 대소로 속도의 강약을 판단하여 그 데이터를 유압제어기로 송출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 프로펠러.