KR100989877B1 - 풍력발전기의 블레이드의 피치 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력발전기의 블레이드의 피치 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 순간 돌풍 시에 블레이드의 보호를 위해서 블레이드에 특정하중 이상의 비틀림 하중이 작용할 경우 스프링이 작동하여 블레이드가 회전함으로써 블레이드의 파손 및 영구변형을 방지하고, 돌풍이 적정한 속도의 바람으로 변화되면 다시 본래의 블레이드 피치로 복귀시키는 풍력발전기의 블레이드의 피치 제어장치에 관한 것이다.

Description

풍력발전기의 블레이드의 피치 제어장치{pitch control unit of wind power generation}
본 발명은 순간 돌풍 등으로부터 블레이드의 파손이나, 영구변형을 방지하기 위하여, 블레이드가 순간 돌풍 등에 노출되면 블레이드에 작용하는 과도한 하중을 실시간으로 완충시키도록 피치를 조절하고, 돌풍이 적정한 속도의 바람으로 변화되면 다시 본래의 블레이드 피치로 복귀시키는 풍력발전기의 블레이드의 피치 제어장치에 관한 것이다.
적정한 속도의 바람은 도 1에 도시된 풍력발전기의 전력생산에 이롭다. 그러나 바람은 항상 적정한 속도를 유지하지 않고, 풍력발전기의 블레이드(10)에 위협이 될 수 있는 강풍, 또는 순간 돌풍으로 돌변하거나, 전력생산에 차질을 빚을 수 있는 저속의 바람으로 변화된다.
특히, 순간 돌풍은 도 2에 도시한 바와 같이 풍력발전기의 블레이드(10)에 무리한 하중을 주어 블레이드(10)를 파손시키거나, 블레이드(10)와 허브(20) 간의 연결부위를 파손시키거나, 블레이드(10)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 베벨기어식은 잦은 작동으로 인한 베벨기어의 마모로 인해 원하는 블레이드의 피치 제어가 유동간격이 생기며 또, 베벨기어의 특성상 어느축 하나라도 회전하면 다른 한 축은 회전하게 되어 역풍이 불어오면 블레이드가 회전하게 된다.
유압식은 유압실린더와 유압탱크와 유압배관을 설치해야 하기 때문에 설치면적을 많이 차지하고 유압실린더의 압력검사를 주기적 점검을 요구한다.
모터식은 각축마다 모터를 부착하고 감속기를 구비하여야 하는 방식으로 설치면적과 설치비용을 고려해야 하며, 강풍에 의한 모터 과부하로 모터의 정지현상이 초래되어 안전성이 불확실하였다.
즉, 종래의 풍력발전기의 블레이드 피치 제어장치는 주기적인 유지보수를 요구하고, 설비비가 과도하게 지출되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 순간 돌풍 시 블레이드의 보호를 위해서, 특정하중 이상의 비틀림 하중이 작용할 경우 토션 스프링이 작동하여 블레이드가 회전함으로써 블레이드의 파손을 방지하며 영구적인 변형을 방지하는데 있다. 또한, 돌풍이 적정한 속도의 바람으로 변화되면 다시 본래의 블레이드 피치로 복귀시키는 풍력발전기의 블레이드의 피치 제어장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 유선형의 허브와, 상기 허브의 둘레에 등간격으로 배치되는 복수개의 블레이드를 포함하는 풍력발전기의 블레이드의 피치를 제어하는 장치에 있어서,
상기 피치 제어 장치는 상기 허브와 블레이드에 연결되며, 블레이드의 형상에 따라 미리 정한 비틀림과 굽힘 임계치를 갖는 피치 제어부와;
상기 피치 제어부를 보호하며 피치 제어부의 최대 굽힘각에 대한 공간을 마련한 블레이드 허브 연결부;를 포함하며,
상기 피치 제어부는 바람의 세기에 의해 블레이드와 허브와의 비틀림 임계치 또는 굽힘 임계치에 도달하면 블레이드의 피치를 조절하고, 블레이드와 허브와의 비틀림 임계치 또는 굽힘 임계치가 해소되면 블레이드의 본래 피치로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 블레이드의 피치 제어 장치에 의해 달성된다.
본 발명에 의하면, 돌풍, 강풍, 특히, 순간 돌풍 등으로부터 블레이드의 파손이나, 영구 변형을 방지한다.
따라서, 이로 인한 풍력발전기의 유지비용 등이 발생하지 않으며, 풍력발전기의 내구성이 향상되는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 보통의 풍력발전기에 미풍과 강풍이 작용했을 경우에 나타나는 현상을 보인 도면,
도 3은 본 발명에 따른 블레이드의 피치 제어장치를 풍력발전기에 적용한 모습을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 블레이드의 피치 제어장치에 적용될 피치제어부의 실시예를 도시한 도면.
이하, 양호한 실시예를 도시한 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 풍력발전기의 블레이드의 피치 제어장치를 상세히 설명한다.
본 발명은 풍력발전기의 블레이드의 피치를 제어하는 장치에 관한 것으로, 허브(20)와 블레이드(10)에 연결되며 블레이드(10)의 형상에 따라 미리 정한 비틀림과 굽힘 임계치를 갖는 피치 제어부(A)와, 상기 피치 제어부(A)를 보호하며 피치 제어부(A)의 최대 굽힘각에 대한 공간(40a)을 내부에 마련한 블레이드 허브 연결부(40)를 포함하여 구성된다.
피치 제어부는 회전 스프링(80), 토션 스프링(30), 토션바 스프링(70) 중 어느 하나를 포함하여 구성할 수 있으나, 이에 한정하지 않으며, 바람의 세기에 의해 블레이드(10)와 허브(20)와의 비틀림 임계치 또는 굽힘 임계치에 도달하면 블레이드(10)의 피치를 조절하고, 블레이드(10)와 허브(20)와의 비틀림 임계치 또는 굽힘 임계치가 해소되면 블레이드(10)의 본래 피치로 복귀시킬 수 있는 여타 다른 구성일 수도 있다.
한편, 피치 제어부로서 도 4를 참조하여 본 발명의 피치 제어부를 설명하면, 상기 피치 제어부(A)는 연결부(40)의 상,하부에 장착되는 베어링(53,54)과, 회전체와, 토션스프링(30)으로 구성된다.
여기서, 회전체는 상기 베어링(53,54)의 각각의 내측에 구비되는 회전판(51,52)과, 상기 회전판(51,52)의 중심과 연결하되, 일체형이며 동시에 상기 회전판(51,52)의 중심으로부터 돌출된 부위는 각각 블레이드(10)와 허브(20)에 고정되는 회전축(61)으로 구성된다.
토션스프링(30)은 마주하는 회전판(51,52)의 각각의 일면에 일측(30a) 및 타측(30b)을 연결하여, 블레이드(10)의 피치 조절 및 복귀 기능을 수행하는 구성이다.
한편, 피치 제어부의 토션 스프링(30)은 블레이드(10)의 형상을 고려하여 비틀림과 굽힘 임계치가 사전에 셋팅하는 것이 바람직한데, 이는 블레이드(10)와 허브(20)를 연결할 토션 스프링(30)의 작용(비틀림 또는 굽힘)시점이 블레이드(10)의 형상에 따라 다르기 때문이다.
또한, 피치 제어부(A)의 토션 스프링(30)은 바람의 세기에 의해 블레이드(10)와 허브(20)와의 비틀림 임계치 또는 굽힘 임계치에 도달하면 블레이드(10)의 피치를 조절하고, 블레이드(10)와 허브(20)와의 비틀림 임계치 또는 굽힘 임계치가 해소되면 블레이드(10)의 본래 피치로 복귀시키는 수단으로서의 제2 역할을 수행한다.
블레이드 허브 연결부(40)는 토션 스프링(30)의 외부 노출시 부식 등이 발생할 우려가 있기 때문에 토션 스프링(30)의 보호를 위해 구성되는데, 토션 스프링(30)의 최대 굽힘각에 대한 공간(40a) 또한 확보한 구성이다. 상기 공간(40a)은 블레이드(10)가 순간 돌풍에 노출시 회전보다는 어느 정도 뒤로 꺾이거나 뒤로 꺾임과 동시에 회전하는 것이 블레이드(10)의 보호차원에서도 효과적일 수 있기 때문이다.
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이상 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.
10: 블레이드 20: 허브
30: 토션스프링 40: 연결부

Claims (3)

  1. 유선형의 허브(20)와, 상기 허브의 둘레에 등간격으로 배치되는 복수개의 블레이드(10)를 포함하는 풍력발전기의 블레이드의 피치를 제어하는 장치에 있어서,
    상기 피치 제어 장치는 상기 허브(20)와 블레이드(10)에 연결되며, 블레이드(10)의 형상에 따라 미리 정한 비틀림과 굽힘 임계치를 갖는 피치 제어부(A)와;
    상기 피치 제어부를 보호하며 피치 제어부의 최대 굽힘각에 대한 공간(40a)을 내부에 마련한 블레이드 허브 연결부(40);를 포함하며,
    상기 피치 제어부(A)는 연결부(40)의 상,하부에 장착되는 베어링(53,54)과,
    상기 베어링(53,54)의 각각의 내측에 구비되는 회전판(51,52)과 상기 회전판(51,52)의 중심과 연결하되, 일체형이며 동시에 상기 회전판(51,52)의 중심으로부터 돌출된 부위는 각각 블레이드(10)와 허브(20)에 고정되는 회전축(61)으로 구성된 회전체와,
    마주하는 회전판(51,52)의 각각의 일면에 일측(30a) 및 타측(30b)을 연결하여 블레이드(10)의 피치 조절 및 복귀 기능을 수행하는 토션스프링(30)으로 구성되어,
    바람의 세기에 의해 블레이드(10)와 허브(20)와의 비틀림 임계치 또는 굽힘 임계치에 도달하면 블레이드(10)의 피치를 조절하고, 블레이드(10)와 허브(20)와의 비틀림 임계치 또는 굽힘 임계치가 해소되면 블레이드(10)를 본래의 피치로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 블레이드의 피치 제어 장치.
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