KR100987760B1

KR100987760B1 - 완충장치를 구비한 피치제어장치를 갖는 풍력발전기

Info

Publication number: KR100987760B1
Application number: KR1020100032901A
Authority: KR
Inventors: 이지현
Original assignee: 이지현; (주)삼원밀레니어
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2010-10-13

Abstract

본 발명은 완충장치를 구비한 피치제어장치를 갖는 풍력발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유압으로 블레이드의 피치를 제어하는 피치제어장치 및 블레이드의 파손을 방지하기 위한 완충장치를 구비한 피치제어장치를 갖는 풍력발전기에 관한 것이다.

Description

완충장치를 구비한 피치제어장치를 갖는 풍력발전기{wind power generation}

적정한 속도의 바람은 도 1의 상부에 도시된 풍력발전기의 전력생산에 이롭다. 그러나 바람은 항상 적정한 속도를 유지하지 않고, 풍력발전기의 블레이드(200)에 위협이 될 수 있는 강풍, 또는 순간 돌풍으로 돌변하거나, 전력생산에 차질을 빚을 수 있는 저속의 바람으로 변화된다.

특히, 순간 돌풍은 도 1의 하부에 도시한 바와 같이 풍력발전기의 블레이드(200)에 무리한 하중을 주어 블레이드(200)를 파손시키거나, 블레이드(200)와 허브(100) 간의 연결부위를 파손시키거나, 블레이드(200)의 피치(날개각)를 영구 변형시켜 풍력발전기의 효율을 저감시키는 등에 작용을 한다.

따라서, 종래에는 바람의 변화에 따라 풍력발전기의 블레이드의 피치를 제어하는 장치를 개발하기에 이르렀는데, 이러한 피치 제어장치는 베벨기어식, 유압식, 모터식 등이 있다.

그러나 이러한 피치 제어장치는 풍속이 서서히 변화될 때는 매우 유용한 구성이나, 순간 돌풍 등에는 대응하지 못하고 파손되는 사례가 빈번하였다.

본 발명은 순간 돌풍시 피치 제어장치가 대처하지 못했던 부분을 보완하는 완충장치를 추가하여 보다 안정적인 풍력발전기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 유압으로 블레이드(200)의 피치를 제어하는 피치 제어장치를 갖는 풍력발전기에 있어서,

상기 피치 제어장치는 유압 출입을 위해 좌,우측에 출입관(11,12)을 형성한 실린더(10)와;

상기 실린더(10)의 출입관(11,12)을 통하여 유출입 되는 유압에 의해 직선왕복운동하는 피스톤(20)과;

일측은 상기 피스톤(20)의 내부에 슬라이드 형태로 출입되며, 타측은 고정수단(31)을 구비한 샤프트(30)와;

상기 피스톤(20)의 내주면과 샤프트의 일측에 양측이 고정되어 피스톤(20)에 작용하는 힘이 설정된 힘 이상일 경우 피스톤(20)의 파손을 방지하도록 완충작용을 수행하는 완충장치;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 완충장치를 구비한 피치제어장치를 갖는 풍력발전기에 의해 달성된다.

또한, 본 발명의 목적은, 유압으로 블레이드(200)의 피치를 제어하는 피치 제어장치를 갖는 풍력발전기에 있어서,

개구홀(110)이 형성된 허브(100)와;

상기 개구홀(110)이 형성된 허브(100)의 내부면, 또는 외부면에 장착되어 허브(100)에 고정되는 고정링(171)과, 상기 고정링(171)의 내주면에 구비되어 고정링(171)의 내주면에 안내되어 회전되며 일측은 블레이드(200)와 결합되고 타측은 결합부(173)를 형성한 회전링(174)으로 구성된 피치 베어링(170)과;

상기 허브(100)의 내부면에 고정된 고정축(131); 및

상기 고정축(131)을 중심으로 회전되고 좌,우측은 유압 출입을 위한 출입관(11,12)을 형성한 실린더(10)와, 상기 실린더(10)의 출입관(11,12)을 통하여 유출입 되는 유압에 의해 직선왕복운동하는 피스톤(20)과, 일측은 상기 피스톤(20)의 내부에 슬라이드 형태로 출입되며 타측은 상기 회전링(174)의 결합부(173)에 고정되는 고정수단(31)으로 이루어진 샤프트(30)와, 상기 피스톤(20)의 내주면과 샤프트(30)의 일측에 양측이 고정되어 피스톤(20)에 작용하는 힘이 설정된 힘 이상일 경우 피스톤(20)의 파손을 방지하도록 완충작용을 수행하는 완충장치로 구성된 피치 제어장치;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 완충장치를 구비한 피치제어장치를 갖는 풍력발전기에 의해서도 달성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 돌풍, 강풍, 특히, 순간 돌풍 등으로부터 블레이드의 파손이나, 영구 변형을 방지함과 동시에 피치 제어장치 또한 보호하는 효과가 있다.

따라서, 이로 인한 풍력발전기의 유지비용 등이 발생하지 않으며, 풍력발전기의 내구성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 풍력발전기를 도시한 것으로서, 풍속에 따른 블레이드의 상태를 나타낸 도면,
도 2 내지 도 4는 블레이드의 피치 조절을 위한 본 발명에 따른 피치 제어장치의 동작관계를 나타낸 도면,
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 피치 제어장치 및 본 발명의 요부인 완충장치의 동작관계를 나타낸 도면.

이하, 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 첨부도면들과 관련하여 상세히 설명한다.

본 발명은 유압으로 블레이드(200)의 피치를 제어하는 피치 제어장치를 갖는 풍력발전기에 관한 것이다.

피치 제어장치는 실린더(10), 피스톤(20), 샤프트(30), 완충장치를 포함하여 구성된다. 즉, 본 발명에 따른 피치 제어장치는 상기 샤프트(30)와 완충장치가 더 포함되어 구성되는 것인데, 상기 샤프트(30)와 완충장치는 실린더(10), 피스톤(20) 뿐 아니라 블레이드(200)의 파손을 방지하는 역할을 한다.

이와 같은 피치 제어장치의 구성들을 도 2 내지 도 8을 참조하여 더욱 상세히 설명하면,

실린더(10)는 유압 출입을 위해 좌,우측에 출입관(11,12)을 형성한 구성이고, 피스톤(20)은 상기 실린더(10)의 출입관(11,12)을 통하여 유출입 되는 유압에 의해 직선왕복운동하는 구성이며, 샤프트(30)는 일측은 상기 피스톤(20)의 내부에 슬라이드 형태로 출입되며, 타측은 고정수단(31)을 구비한 구성이다.

완충장치는 유체댐퍼(40)와 스프링(41)으로 구성된다. 유체댐퍼(40)는 상기 피스톤(20)의 내주면에 장착되고, 스프링(41)은 유체댐퍼(40)와 샤프트(30)의 고정수단(31)에 장착되어 피스톤(20)에 작용하는 힘이 설정된 힘 이상일 경우 피스톤(20)의 파손을 방지하도록 완충작용을 수행한다.

여기서, 상기 피스톤(20)에 작용하는 힘이란 실린더(10)의 유압에 의한 것이 아닌, 돌풍 등에 의한 블레이드(200)의 회전으로 피스톤(20)이 실린더(10)의 내부로 이동되는 힘을 말한다. 또한, 설정된 힘이란 실린더(10) 내부로 출입되는 유압의 최대 출력을 말한다.

한편, 상기와 같이 구성된 피치 제어장치는 도 2에 도시한 바와 같이 풍력발전기의 허브(100)에 장착되는데, 이를 위해서는 허브(100)는 둘레에 다수개의 개구홀(110)이 형성된다. 그리고 피치 베어링(170)과 고정축(131) 및 피치제어장치를 구비해야 한다.

피치 베어링(170)은 상기 개구홀(110)이 형성된 허브(100)의 내부면, 또는 외부면에 장착되어 허브(100)에 고정되는 고정링(171)과, 상기 고정링(171)의 내주면에 구비되어 고정링(171)의 내주면에 안내되어 회전되며 일측은 블레이드(200)와 결합되고 타측은 결합부(173)를 형성한 회전링(174)으로 구성된다.

고정축(131)은 상기 허브(100)의 내부면에 고정된 구성으로, 실린더(10)의 일측을 고정하기 위한 구성이다.

피치 제어장치는 상기 고정축(131)을 중심으로 회전되고 좌,우측은 유압 출입을 위한 출입관(11,12)을 형성한 실린더(10)와, 상기 실린더(10)의 출입관(11,12)을 통하여 유출입 되는 유압에 의해 직선왕복운동하는 피스톤(20)과, 일측은 상기 피스톤(20)의 내부에 슬라이드 형태로 출입되며 타측은 상기 회전링(174)의 결합부(173)에 고정되는 고정수단(31)으로 이루어진 샤프트(30)와, 상기 피스톤(20)의 내주면과 샤프트(30)의 일측에 양측이 고정되어 피스톤(20)에 작용하는 힘이 설정된 힘 이상일 경우 피스톤(20)의 파손을 방지하도록 완충작용을 수행하는 완충장치로 구성된다.

즉, 실린더(10)는 허브(100)의 내부면에 고정된 고정축(131)을 기준으로 회동되게 일측이 고정되고, 고정수단(31)은 회전링(174)의 결합부(173)에 결합되며, 블레이드(200)의 일단은 회전링(174)의 결합공(175)와 볼트를 이용하여 볼팅체결되고, 고정링(171)은 허브(100)에 결합됨으로써 실린더(10)의 유압 출입에 따라 피스톤(20)의 이동으로 회전링(174)이 회전되고, 블레이드(200) 또한 연동되어 피치가 조절될 수 있는 것이다.(도 4참조)

이때 완충장치는 완충을 위한 구성이라도, 유압에 의한 피스톤(20)의 직선왕복운동 중일 때에는 피스톤(20)에 영향을 주지 않도록 구성하는 것이 바람직하다.

즉, 도 5 및 도 6과 같이 피치 제어장치가 블레이드의 피치를 조절할 목적으로 구동되면 스프링(41)과 유체댐퍼(41)로 이루어진 완충장치는 실린더(10) 유압의 최대 출력보다 큰 값을 갖기 때문에 피스톤(20)과 연동되므로 피스톤(20)이 도 5와 같이 이동했을 때의 샤프트(30)의 길이(L1)나, 도 6과 같이 이동했을 때의 샤프트(30)의 길이(L2)는 같다.

그러나, 피치 제어장치가 구동 중이거나 구동 중이 아니더라도 블레이드(200)에 순간 돌풍이 작용하면, 완충장치는 도 7 및 도 8과 같이 완충작용을 하게 된다. 완충작용일 때의 샤프트(30)의 길이(L3,L4)는 상기 피치 조절일 때의 샤프트(30)의 길이(L1,L2) 보다 작다.

한편, 상기 완충장치의 예를 유체댐퍼(40)와 스프링(41)으로 제시하였지만, 당업자는 완충장치를 스프링댐퍼 시스템 및 기타 완충작용이 가능한 구성으로 설계 변경할 수 있음은 자명하다.

따라서, 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 허브 131: 고정축
170: 피치베어링 200: 블레이드
10: 실린더 11,12: 출입관
20: 피스톤 30: 샤프트
31: 고정수단 40: 유체댐퍼
41: 스프링

Claims

유압으로 블레이드(200)의 피치를 제어하는 피치 제어장치를 갖는 풍력발전기에 있어서,
상기 피치 제어장치는 유압 출입을 위해 좌,우측에 출입관(11,12)을 형성한 실린더(10)와;
상기 실린더(10)의 출입관(11,12)을 통하여 유출입 되는 유압에 의해 직선왕복운동하는 피스톤(20)과;
일측은 상기 피스톤(20)의 내부에 슬라이드 형태로 출입되며, 타측은 고정수단(31)을 구비한 샤프트(30)와;
상기 피스톤(20)의 내주면과 샤프트의 일측에 양측이 고정되어 피스톤(20)에 작용하는 힘이 설정된 힘 이상일 경우 피스톤(20)의 파손을 방지하도록 완충작용을 수행하는 완충장치;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 완충장치를 구비한 피치제어장치를 갖는 풍력발전기.
유압으로 블레이드(200)의 피치를 제어하는 피치 제어장치를 갖는 풍력발전기에 있어서,
개구홀(110)이 형성된 허브(100)와;
상기 개구홀(110)이 형성된 허브(100)의 내부면, 또는 외부면에 장착되어 허브(100)에 고정되는 고정링(171)과, 상기 고정링(171)의 내주면에 구비되어 고정링(171)의 내주면에 안내되어 회전되며 일측은 블레이드(200)와 결합되고 타측은 결합부(173)를 형성한 회전링(174)으로 구성된 피치 베어링(170)과;
상기 허브(100)의 내부면에 고정된 고정축(131); 및
상기 고정축(131)을 중심으로 회전되고 좌,우측은 유압 출입을 위한 출입관(11,12)을 형성한 실린더(10)와, 상기 실린더(10)의 출입관(11,12)을 통하여 유출입 되는 유압에 의해 직선왕복운동하는 피스톤(20)과, 일측은 상기 피스톤(20)의 내부에 슬라이드 형태로 출입되며 타측은 상기 회전링(174)의 결합부(173)에 고정되는 고정수단(31)으로 이루어진 샤프트(30)와, 상기 피스톤(20)의 내주면과 샤프트(30)의 일측에 양측이 고정되어 피스톤(20)에 작용하는 힘이 설정된 힘 이상일 경우 피스톤(20)의 파손을 방지하도록 완충작용을 수행하는 완충장치로 구성된 피치 제어장치;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 완충장치를 구비한 피치제어장치를 갖는 풍력발전기.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 완충장치의 완충력은 실린더(10)에 유입되어 피스톤(20)을 이송하는 유압의 최대 압력 보다 큰 값인 것을 특징으로 하는 완충장치를 구비한 피치제어장치를 갖는 풍력발전기.