KR100996130B1 - 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치 - Google Patents

풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치 Download PDF

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KR100996130B1
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장병석
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박석호
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Abstract

본 발명은 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치에 관한 것으로, 바람에 의해 등간격으로 복수로 설치된 날개를 회전시켜 전기를 발생시키는 풍력 발전기에 있어서, 복수의 상기 날개 중앙 위치에 배치되어 있으며, 상기 날개의 중앙 방향 끝이 삽입되도록 각각의 상기 날개 위치에 복수의 날개 삽입공을 가지는 하우징, 상기 하우징의 안쪽에 배치되어 있으며, 상기 날개의 중심에서 떨어진 위치에 복수로 배치되어 상기 날개의 회전에 의해 발생된 원심력으로 중심에서 바깥 방향으로 이동되는 관성 중량체, 상기 관성 중량체와 복수의 상기 날개를 연결하고 있으며, 상기 관성 중량체의 이동력을 회전력으로 변환시켜 상기 날개의 회전에 의해 경사각을 조절시키는 날개 구동 장치, 그리고 상기 하우징의 안쪽에 배치되어 있으며, 상기 날개의 원심력에 의해 회전되는 상기 날개 구동 장치의 일단에 연결되어 회전 후에 원위치로 복귀되는 탄성력을 부가하는 탄성 수단을 포함한다.

Description

풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치 {blade pitch control device for wind power generator}
본 발명은 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치에 관한 것이다.
풍력발전기(風力發電機, wind power generator)는 바람의 에너지를 전기에너지로 바꿔주는 장치로서, 풍력발전기의 날개를 회전시켜 이때 생긴 날개의 회전력으로 전기를 생산한다. 풍력발전기는 바람이 지니고 있는 에너지를 전기에너지로 바꿔주는 장치이다. 불어오는 바람은 풍력발전기의 날개를 회전시키게 된다. 이때 생긴 날개의 회전력으로 전기를 생산할 수 있다.
이런, 풍력 발전기에 사용되는 바람 운동 에너지는 석유, 석탄 등의 화석 연료를 이용한 에너지와 비교하여 공해 물질의 배출이 없고, 매장량이 제한되어 있는 화석 연료를 사용하지 않음에 따라 발전되는 자원의 고갈될 염려가 없으며, 방사능의 누출 가능성이 높은 원자력 에너지와 비교하여 자연 에너지를 이용함에 따라 안정성이 높아 친 환경 에너지로 각광 받고 있다.
또한, 풍력 발전기는 바람 운동 에너지가 발생되는 장소라면 어디라도 설치가 가능함에 따라 여타의 발전 시설이 설치되기 어려운 낙도 등의 낙후 지역에 설치가 가능하여 경제성 있는 전력 보급이 가능하고, 해안 지역 및 산간 지역에 설치되어 토지 이용이 합리적이며, 바람 운동 에너지가 많이 발생되는 일부 특정 지역에 풍력 발전 단지를 조성할 수 있어 대규모 풍력 발전 단지를 조성하여 전력의 발전량이 관광자원으로도 활용될 수 있다.
일반적으로 풍력발전기는 날개, 변속장치, 발전기의 세 부분으로 구성되어 있다. 날개는 바람에 의해 회전되어 풍력에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 장치이다. 변속장치는 날개에서 발생한 회전력이 중심 회전축을 통해서 변속기어에 전달되어 발전기에서 요구되는 회전수로 높여서 발전기를 회전시킨다. 발전기는 날개에서 발생한 기계적인 에너지를 전기에너지로 변환하는 장치이다.
풍력 발전기는 풍속이 세고, 풍차가 클수록 더 많은 풍력 에너지를 생산할 수 있기 때문에 풍력 발전기의 발전량은 바람의 세기와 풍차의 크기에 의존하고 있다. 이에 따라, 발전량을 증대하기 위해서는 바람이 강한 지역에 설치되어 사용되어야 한다. 그러나, 바람이 강한 지역에서는 잦은 돌풍과 센 기류가 형성되어 풍력 발전기의 과속 회전으로 인해 내부 기계부의 파손, 과전류의 발생으로 인한 파손 및 수명이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 강한 바람이 지속적으로 작용하면 발전기에 지속적으로 과전류가 발생되어 과열로 인해 화재 등의 안전사고의 위험이 증대되는 문제점이 있었다.
이에, 최근에는 날개의 회전 속도를 제어하기 위해서 바람에 의해 회전되는 날개의 경사각을 조절하는 장치가 개발되었다. 이런, 종래 기술의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치는 바람의 세기를 측정하고, 측정된 값에 의해 날개의 경사각이 조절되어 날개의 회전 속도를 제어하여 과속 회전이 방지될 수 있다.
그러나, 종래 기술의 날개 경사각 조절 장치로 날개의 경사각이 조절되는 시간과 바람의 세기가 측정되는 시간에는 시간 차가 존재함에 따라 바람의 세기가 증대에 따라 즉각적으로 날개의 경사각을 조절하기 어렵다. 특히, 돌풍이나 기류 변화에 의해 급작스럽게 바람의 세기가 변화하게 되면 날개의 경사각 조절에 소요되는 시간 동안 날개가 과속 회전되어 기계부의 파손, 과전류의 발생으로 인한 파손 및 수명이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 종래 기술의 경사각 조절 장치는 풍속을 측정하는 장치와 날개의 경사각을 조절하기 위해서 조절되는 동력이 따로 구비되어야 하고, 측정된 풍속에 따라 경사각을 조절하는 장치를 제어하는 제어 장치가 더 구비되어야 함에 따라 장치가 복잡하며, 유지 보수에 따른 비용이 증대되는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하려는 과제는 풍력 발전기의 안쪽에서 날개의 회전에 의해 발생되는 원심력으로 관성에 의해 중량체를 이동시키는 이동 동력을 회전 동력으로 전환하여 날개에 직접 결합되어 회전에 의해 날개의 경사각을 조절함으로써, 여타의 동력 없이 직접 결합되어 풍속에 따른 날개각 조절이 즉각적으로 이루어져 과속 회전을 방지하는 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치는 바람에 의해 등간격으로 복수로 설치된 날개를 회전시켜 전기를 발생시키는 풍력 발전기에 있어서, 복수의 상기 날개 중앙 위치에 배치되어 있으며, 상기 날개의 중앙 방향 끝이 삽입되도록 각각의 상기 날개 위치에 복수의 날개 삽입공을 가지는 하우징, 상기 하우징의 안쪽에 배치되어 있으며, 상기 날개의 중심에서 떨어진 위치에 복수로 배치되어 상기 날개의 회전에 의해 발생된 원심력으로 중심에서 바깥 방향으로 이동되는 관성 중량체, 상기 관성 중량체와 복수의 상기 날개를 연결하고 있으며, 상기 관성 중량체의 이동력을 회전력으로 변환시켜 상기 날개의 회전에 의해 경사각을 조절시키는 날개 구동 장치, 그리고 상기 하우징의 안쪽에 배치되어 있으며, 상기 날개의 원심력에 의해 회전되는 상기 날개 구동 장치의 일단에 연결되어 회전 후에 원위치로 복귀되는 탄성력을 부가하는 탄성 수단을 포함하며, 상기 날개는 풍속에 따라 발생되는 원심력에 따라 상기 관성 중량체가 이동되고, 이동되는 이동량에 따라 상기 탄성 수단에 탄성 결합되어 있는 상기 날개 구동 장치가 회전되어 경사 각도가 조절되어 풍속의 크기에 따라 경사각이 조절되면서 회전량이 조절될 수 있으며,
상기 탄성 수단의 탄성력과 상기 날개의 회전으로 발생된 원심력으로 회전되는 상기 날개 구동 장치의 회전력이 상호 작용에 의해 상기 날개의 경사각이 조절되어 상기 날개의 회전 속도를 제어할 수 있다.
또한, 복수의 상기 관성 중량체의 타측 방향을 돌출되어 있으며, 상기 날개의 원심력으로 이동되는 상기 관성 중량체가 지지되도록 돌출되어 있는 중량 돌기, 및 복수의 상기 관성 중량체의 타측에 배치되어 있으며, 상기 중량 돌기가 삽입되는 등간격의 방사상 위치에 중심에서 바깥 방향으로 회전되는 곡률에 라운드 형상인 복수의 가이드홈을 가지는 지지 플레이트를 더 포함할 수 있으며, 상기 관성 중량체는 상기 날개의 회전에 의해 상기 지지 플레이트 일측에 등간격의 방사상 위치에 형성된 상기 가이드홈에 삽입된 상태로 곡률에 따라 이동되면서 연결된 상기 날개의 경사각을 조절하는 상기 날개 구동 장치를 회전시킬 수 있다.
그리고, 상기 날개 구동 장치는, 상기 날개의 중앙 방향 일측 끝에 배치되어 있으며, 상기 하우징 안쪽에 위치하여 각각의 상기 날개를 회전시키도록 배치되어 있는 날개 기어, 상기 날개의 중앙에 위치하고 있으며, 각각의 상기 날개 기어와 치차 결합되어 복수의 상기 날개의 경사각이 조절되도록 동시에 회전시키는 구동 기어, 상기 구동 기어의 중앙에 고정되어 있으며, 일측이 상기 지지 플레이트에 회전 가능하도록 삽입되어 상기 날개 기어를 회전시키도록 상기 구동 기어를 회전시키는 구동축, 그리고 상기 구동축의 일측 끝에 고정되어 있으며, 등간격의 방사상으로 각각 위치하여 안쪽에 상기 중량 돌기가 삽입되어 원심력으로 바깥 방향으로 이동되도록 장공 형태의 구동 가이드공을 가지는 구동 가이드체를 포함할 수 있으며, 상기 관성 중량체는 상기 중량 돌기가 상기 가이드홈과 상기 구동 가이드공에 삽입되어 상기 날개의 회전에 의해 상기 구동 가이드공 내에서 회전되면서 상기 구동 가이드체가 회전되고, 상기 구동 가이드체가 회전되면 중앙에 연결된 상기 구동축이 회전되어 상기 구동 기어와 치차 결합된 상기 날개 기어에 연결된 상기 날개가 회전되어 경사각이 조절될 수 있다.
아울러, 상기 탄성 수단은, 상기 구동축의 타측에 배치되어 있으며, 안쪽에 상기 구동축이 삽입되는 탄성 공간을 가지는 탄성 몸체, 및 상기 탄성 몸체의 안쪽에 배치되어 있으며, 상기 탄성 공간의 안쪽에 상기 구동축과 상기 탄성 몸체 사이에 탄성 결합되어 있는 탄성 스프링을 포함할 수 있으며, 상기 탄성 스프링은 상기 탄성 스프링에 탄성 결합되어 상기 날개의 회전으로 발생되는 원심력으로 상기 관성 중량체의 이동에 따라 상기 구동축이 회전되면 압축되고, 압축되는 상기 탄성 스프링의 탄성력보다 원심력이 작으면 원위치로 복귀되어 상기 날개를 원심력과 탄성력의 상호 작용으로 조절시킬 수 있다.
더불어, 상기 하우징 몸체의 안쪽 면에서 중심 방향으로 돌출되어 있으며, 상기 날개가 삽입되는 위치에 돌출되어 안쪽으로 상기 날개와 상기 날개 구동 장치가 삽입되도록 관통되어 있는 지지 공간을 가지고, 바깥 둘레에 지지 공간의 중심에서 방사상의 등간격 위치에 복수로 상기 관성 중량체가 삽입되어 원심력으로 이동되도록 연통된 장공 형태의 삽입공을 가지는 지지 브라켓, 및 상기 관성 중량체의 일측에 돌출되어 있으며, 상기 삽입공에 삽입되어 상기 날개 구동 장치에 고정되도록 돌출되어 있는 중량 결합체를 더 포함할 수 있으며, 상기 관성 중량체는 상기 지지 공간의 중심에서 등간격으로 방사상에 위치한 복수의 상기 삽입공에 삽입된 상태로 상기 중량 결합체로 상기 날개 구동 장치에 고정되어 상기 날개의 회전으로 발생된 원심력으로 상기 삽입공을 따라서 상기 날개 구동 장치를 중심에서 바깥 방향으로 이동시키면서 경사각을 조절시킬 수 있다.
또한, 상기 날개 구동 장치는, 상기 날개의 중앙 방향 일측 끝에서 타측 방향에는 나선 형태로 적어도 하나 이상의 날개 구동홈이 형성되어 있고, 상기 지지 브라켓의 안쪽에 배치되어 있으며, 안쪽에 상기 날개가 삽입되도록 일측이 개방된 구동홈을 가지고, 바깥 둘레에 상기 삽입공에 삽입되어 있는 복수의 상기 관성 중량체가 상기 중량 결합체로 결합되어 있는 구동 몸체, 상기 구동 몸체의 안쪽에 돌출되어 있으며, 상기 구동홈의 안쪽 면에서 중심 방향으로 상기 날개 구동홈에 삽입되도록 복수로 돌출되어 있는 구동 돌기, 그리고 상기 구동 몸체의 타측에 배치되어 있으며, 상기 구동 몸체보다 큰 크기로 상기 날개의 타측 끝에 고정되어 상기 날개에 삽입된 상기 구동 몸체의 이탈이 방지되는 고정체를 포함할 수 있으며, 상기 구동 몸체는 상기 날개의 회전으로 발생되는 원심력에 의해 상기 중량 결합체로 결합된 상기 관성 중량체와 함께 이동되어 상기 구동 돌기가 나선 형태의 상기 날개 구동홈을 따라서 이동되면서 상기 날개를 회전시킬 수 있다.
그리고, 상기 탄성 수단은, 상기 구동 몸체에 각각 배치되어 있는 복수의 상기 관성 중량체 중에 동일 방향으로 돌출되어 있는 각각의 상기 관성 중량체를 연결하고 있으며, 상기 날개의 회전에 의해 이동되는 상기 관성 중량체를 원위치로 복귀시키는 탄성력을 가지는 탄성 벨트를 포함할 수 있으며, 상기 탄성 벨트는 상기 날개의 회전에 의해 발생된 원심력으로 이동되면서 상기 날개 구동 장치를 작동시켜 상기 날개의 경사각을 조절하는 상기 관성 중량체를 탄성 연결하여 상기 관성 중량체를 이동시키는 원심력과 탄성력이 상호 작용하면서 상기 날개의 경사각을 조절시킬 수 있다.
아울러, 상기 탄성 수단은, 상기 지지 브라켓의 안쪽에 배치되어 있으며, 각각의 상기 날개가 삽입되는 상기 지지 브라켓 안쪽에서 상기 관성 중량체에 의해 이동되는 상기 구동 몸체가 탄성 지지되는 탄성 스프링을 포함할 수 있으며, 상기 탄성 스프링은 상기 날개의 회전에 의해 발생되는 원심력으로 이동되는 상기 구동 몸체가 원위치로 복귀되는 방향으로 탄성 지지하고 있어 상기 구동 몸체가 원심력과 탄성력이 상호 작용하면서 이동되어 상기 날개의 경사각이 조절될 수 있다.
더불어, 상기 탄성 수단은, 상기 하우징의 안쪽에 배치되어 있으며, 안쪽에 중심에서 바깥 방향으로 복수의 상기 관성 중량체 중에 동일 방향으로 돌출되어 각각의 상기 관성 중량체가 삽입되는 방사상 위치에 회전되는 곡률에 라운드 형상으로 형성된 복귀공을 가지는 복귀 플레이트, 상기 복귀 플레이트의 중앙에 상기 하우징 일측 방향으로 돌출되어 있으며, 상기 복귀 플레이트와 함께 회전되는 복귀축, 상기 복귀 플레이트의 일측에 배치되어 있으며, 상기 복귀축이 회전 가능하도록 삽입되는 탄성 공간을 가지는 탄성 몸체, 그리고 상기 탄성 몸체의 안쪽에 배치되어 있으며, 상기 탄성 공간의 안쪽에 상기 복귀축의 회전 후에 원위치되는 탄성력을 제공시키도록 상기 복귀축을 탄성 지지하고 있는 탄성 스프링을 포함할 수 있으며, 상기 날개의 회전에 의해 발생된 원심력으로 상기 관성 중량체가 이동되면 상기 복귀공을 따라 상기 복귀 플레이트가 회전되고, 상기 복귀 플레이트가 회전되면 상기 복귀축이 함께 회전되면서 상기 탄성 스프링이 압축되는 작동에 탄성력이 발생되어 원심력과 탄성력이 상호 작용하면서 상기 관성 중량체의 이동 위치가 조정되어 상기 날개의 경사각이 조절될 수 있다.
또한, 상기 탄성 수단은, 상기 하우징의 안쪽에 배치되어 있으며, 중심 위치에 일측이 힌지 결합되고, 타측이 복수의 상기 관성 중량체 중에 동일 방향으로 위치한 각각의 상기 관성 중량체에 힌지 결합되도록 복수로 구비되어 있고, 적어도 하나 이상이 복귀 힌지로 힌지 결합되어 절첩되어 있는 복귀 링크, 상기 복귀 링크의 중앙에 배치되어 있으며, 복수의 상기 복귀 링크의 일측이 각각 힌지 결합되도록 연결하고, 상기 복귀 링크에 중앙에서 상기 하우징 일측 방향으로 돌출되어 상기 복귀 링크가 펼쳐지면 회전되는 링크축, 상기 복귀 링크의 일측에 배치되어 있으며, 안쪽에 상기 링크축이 회전 가능하도록 삽입되는 탄성 공간을 가지는 탄성 몸체, 그리고 상기 탄성 몸체의 안쪽에 배치되어 있으며, 상기 탄성 공간의 안쪽에 상기 링크축의 회전 후에 원위치되는 탄성력을 제공시키도록 상기 링크축을 상기 탄성 공간에 탄성 지지하고 있는 탄성 스프링을 포함할 수 있으며, 상기 날개의 회전에 의해 발생된 원심력으로 상기 관성 중량체가 이동되면 절첩된 상기 복귀 링크가 상기 복귀 힌지를 중심으로 각각 펼쳐지면서 상기 링크축이 회전되고, 상기 링크축이 회전되면 상기 탄성 스프링이 압축되는 작동에 의해 탄성력이 발생되어 원심력과 탄성력이 상호 작용하면서 상기 관성 중량체의 이동 위치가 조정되어 상기 날개의 경사각이 조절될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전기를 생산하도록 풍력에 의해 회전되는 날개의 원심력으로 발생된 관성에 의해 내부에 설치된 중량체의 이동력을 회전력으로 변환 시키고, 변환된 회전력으로 날개에 직접 결합된 상태로 경사각을 조절함으로써, 날개의 회전 속도에 따라 발생되는 원심력에 따라 날개의 경사각이 조절되어 날개의 과속으로 회전되는 것이 방지되어 기계부의 파손 및 과전류의 발생으로 인한 파손 및 수명이 저하가 방지되는 효과를 제공한다.
또한, 날개의 회전에 의해 발생되는 원심력에 따라 이동되는 중량체는 복수로 구비되어 원심력에 의해 이동되도록 설치되고, 중량체의 이동력을 회전력으로 변환하여 날개의 경사각을 조절하는 장치와 직접 연결되어 경사각을 조절시키도록 이동됨에 따라 복수로 중량이 나뉘어진 중량체가 동시에 이동됨에 따라 각 중량체의 중량을 축소시킬 수 있고, 각각의 중량체가 직접 결합된 날개를 즉각적으로 조절시킬 수 있어 작동의 효율성이 향상되는 효과를 제공한다.
그리고, 복수의 중량체는 각각 탄성 수단으로 원위치 되도록 연결되어 있어 원심력의 작용 시에는 복수로 중량이 나뉘어진 중량체가 동시에 이동하도록 지지되고, 작용하지 않으면 연결된 탄성 수단으로 원위치로 복귀되어 다시 회전이 가능함에 따라 탄성 수단의 탄성력과 중량체가 이동되는 원심력이 상호 작용에 의해 경사각이 조절됨에 따라 여타의 동력 필요 없이 구동이 가능하며, 날개에 회전 속도에 맞추어 날개의 경사각이 조절되어 과속 회전이 방지되는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치가 설치된 상태를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 분해 사시도.
도 3은 도 2의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치에 주요부분을 나타내는 분해 사시도.
도 4는 도 2의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 정면도.
도 5는 도 2의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 측면도.
도 6은 도 2의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 작동 정면도.
도 7은 도 2의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 작동 측면도.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치가 설치된 상태를 나타내는 사시도.
도 9는 도 8의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 분해 사시도.
도 10은 도 8의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치에 주요부분을 나타내는 분해 사시도.
도 11은 도 8의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 정면도.
도 12는 도 8의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 측면도.
도 13은 도 8의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 작동 정면도.
도 14는 도 8의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 작동 측면도.
도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치가 설치된 상태를 나타내는 사시도.
도 16은 도 15의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 분해 사시도.
도 17은 도 15의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치에 주요부분을 나타내는 분해 사시도.
도 18은 도 15의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 정면도.
도 19는 도 15의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 측면도.
도 20은 도 15의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 작동 정면도.
도 21은 도 15의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 작동 측면도.
도 22는 본 발명의 제4 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치가 설치된 상태를 나타내는 사시도.
도 23은 도 22의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 분해 사시도.
도 24는 도 22의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 정면도.
도 25는 도 22의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 측면도.
도 26은 도 22의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 작동 정면도.
도 27은 도 22의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 작동 측면도.
도 28은 본 발명의 제5 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치가 설치된 상태를 나타내는 사시도.
도 29는 도 28의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 분해 사시도.
도 30은 도 28의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 정면도.
도 31은 도 28의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 측면도.
도 32는 도 28의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 작동 정면도.
도 33은 도 28의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 작동 측면도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
그러면 본 발명의 풍력 발전기용 날개각 조절 장치가 설치된 구성은 도 1을 참고하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치가 설치된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 1을 참고하면, 풍력 발전기는 방사상의 등 간격으로 날개(10)가 설치되어 마주 부는 바람의 힘을 이용하여 회전되는 회전력을 이용하여 전기를 발생시킨다. 날개(10)는 바람의 힘에 의해 회전되도록 경사진 각도를 유지하고 있다. 즉, 바람이 날개(10)를 통과하면 경사각을 유지하는 날개(10)와 충돌하면서 이동되는 동력이 발생되고, 등 간격으로 중심에 연결된 날개(10)가 각각의 충돌되는 동력이 회전력으로 변환되어 회전된다. 이런, 회전력은 풍력 발전기 내부에서 발전기를 구동시키는 구동력으로 작용하여 전력을 생산시킨다. 상술된 날개(10)에 중앙에는 바람과 충돌되기 위해서 경사진 각도를 유지하고 있어 바람의 세기가 약하면 충돌량이 증대되기 위해서 바람 방향으로 접촉 면적이 확대되도록 경사각을 조절하고, 바람의 세기가 강하면 접촉 면적이 축소되도록 경사각을 조절하는 날개 경사각 조절 장치(100)가 설치되어 있다. 날개 경사각 조절 장치(100)는 바람의 세기에 따라 날개의 경사각을 조절하여 바람의 힘을 효율적으로 이용함에 따라 전기 생성 효율을 향상시킬 수 있고, 돌풍 및 난기류 등에 의한 강한 바람이 날개(10)에 작용하여 날개(10)의 과속 회전으로 내부 기계 파손이나 과 전력 생산에 따른 발전기의 파손을 방지하도록 날개의 경사각을 조절시킬 수 있다.
이런, 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치의 제1 실시예에 따른 구성은 도 2 내지 도 5를 참고하여 살펴본다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치에 주요부분을 나타내는 분해 사시도이며, 도 4는 도 2의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 정면도이고, 도 5는 도 2의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 측면도이다.
도 2 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치(100)는 날개(10)의 중앙 위치에 배치되어 있는 하우징 몸체(110), 관성 이동부(120), 날개 구동 장치(130), 지지 플레이트(141), 그리고 탄성 수단(150)을 포함한다. 하우징 몸체(110)는 복수의 날개(10)의 중앙에 배치되어 있으며, 안쪽으로 중심 위치로 배치된 복수의 날개(10)가 위치하는 하우징 공간(111)을 가지고, 바깥 둘레에 각각의 날개(10)가 삽입되도록 방사상의 등 간격으로 날개 삽입공(112)을 가진다. 복수의 날개(10)는 날개 삽입공(112)에 삽입되어 하우징 공간(111)에 중심 위치에 각각의 날개(10) 한쪽 끝이 위치하도록 설치되어 있다. 바람에 의해 날개(10)가 회전되면 날개 삽입공(112)에 삽입되어 중심에 위치한 하우징 몸체(110)가 함께 회전된다.
관성 이동부(120)는 날개(10)의 회전에 의한 원심력으로 이동되는 관성 중량체(121), 및 중량 돌기(122)를 포함한다. 관성 중량체(121)는 하우징 몸체(110)의 안쪽에 배치되어 있으며, 날개(10)의 일측으로 중심에서 떨어져 방사상 위치에 복수로 배치되어 있다. 관성 중량체(121)는 날개(10)의 회전에 따라 발생되는 원심력으로 중심에서 바깥 방향으로 이동되어 날개 구동 장치(130)로 날개(10)의 경사각이 조절되는 동력을 제공한다. 즉, 날개(10)가 회전되면 하우징 공간(111) 안쪽으로 원심력이 발생되고, 발생된 원심력은 복수의 관성 중량체(121)에 작용되어 중심에서 바깥 방향으로 이동되면서 날개 구동 장치(130)를 구동시키는 동력을 제공한다.
중량 돌기(122)는 관성 중량체(121)의 날개(10) 방향으로 돌출되어 있으며, 관성 중량체(121)가 지지 플레이트(141)로 안내되도록 돌출되어 있다. 중량 돌기(122)는 복수의 관성 중량체(121)에 각각 돌출되어 안내되도록 지지 플레이트(141)에 삽입된다. 즉, 날개(10)의 회전되면 발생되는 원심력으로 지지 플레이트(141)에 중량 돌기(122)가 삽입된 관성 중량체(121)가 이동되면서 날개 구동 장치(130)를 구동시킨다. 다시 말해서, 날개(10)의 회전에 의해 발생되는 원심력에 의해 지지 플레이트(141)로 안내되면서 관성 중량체(121)가 이동되고, 관성 중량체(121)의 이동되는 힘을 동력으로 날개 구동 장치(130)가 구동될 수 있음에 따라 여타의 동력 장치가 없이도 날개(10)의 회전으로 발생된 원심력을 이용하여 날개(10)의 경사각을 조절하는 날개 구동 장치(130)를 작동시킬 수 있다.
날개 구동 장치(130)는 날개의 중심 방향 끝에 배치된 날개 기어(131), 구동 기어(132), 구동축(133), 그리고 구동 가이드체(134)를 포함한다. 날개 기어(131)는 복수의 날개(10) 중심 방향 끝에 각각 배치되어 있으며, 날개(10)의 각도가 조절되도록 날개(10)와 함께 회전된다.
구동 기어(132)는 하우징 몸체(110)의 안쪽으로 중심 위치에 배치되어 있으며, 복수의 날개 기어(131)가 각각 치차 결합되는 중앙 위치에 배치되어 있다. 구동 기어(132)는 복수의 날개 기어(131)와 치차 결합되어 구동 기어(132)가 작동되면 복수의 날개 기어(131)가 동시에 회전되어 복수의 날개(10)에 경사각을 조절시킬 수 있다.
구동축(133)은 하우징 몸체(110)의 안쪽에 배치되어 있으며, 구동 기어(132)와 함께 회전되도록 고정되고, 일측 끝이 관성 중량체(121)의 중심에 위치하며, 타측 끝이 하우징 공간(111)의 안쪽 끝에 위치하여 회전 가능하게 설치되어 있다. 구동축(133)은 관성 중량체(121)의 이동에 따라 회전되면서 구동 기어(132)를 회전시키고, 구동 기어(132)의 회전에 따라 복수의 날개 기어(131)가 회전되면서 날개(10)의 경사각이 조절될 수 있다.
구동 가이드체(134)는 구동축(133)의 일측 끝에 고정되어 있으며, 각각의 관성 중량체(121) 방향으로 연장되어 있다. 구동 가이드체(134)의 안쪽에는 중량 돌기(122)가 삽입되어 날개(10) 회전에 따른 원심력으로 안쪽으로 이동될 수 있는 장공 형태의 구동 가이드공(135)이 형성되어 있다. 구동 가이드공(135)에는 복수의 등 간격에 방사상으로 위치한 관성 중량체(121)의 일측에 돌출된 중량 돌기(122)가 각각 삽입되어 날개(10)의 회전에 의해 발생된 원심력으로 이동 시에 구동 가이드체(134)가 함께 이동된다. 즉, 관성 중량체(121)의 일측에 돌출된 중량 돌기(122)는 구동 가이드공(135)과 지지 플레이트(141)에 각각 삽입되어 지지 플레이트(141)을 따라 이동되면서 회전되고, 중량 돌기(122)의 회전에 따라 구동 가이드공(135)이 삽입된 구동 가이드체(134)가 함께 회전된다. 구동 가이드체(134)가 회전되면 구동축(133)이 회전되면서 구동 기어(132)가 회전되고, 구동 기어(132)와 치차 결합되어 있는 날개 기어(131)가 회전되면서 날개(10)가 회전되어 경사각이 조절된다.
지지 플레이트(141)는 구동축(133)의 일측에 배치되어 있으며, 중앙으로 구동축(133)이 회전 가능하게 설치되고, 중앙에서 바깥 둘레 방향으로 각각의 중량 돌기(122)가 삽입되는 위치에 회전되는 곡률에 라운드 형상인 복수의 가이드홈(142)이 형성되어 있다. 지지 플레이트(141)는 풍력 발전기의 몸체(미도시됨)에 고정되어 정지된 상태가 유지되고, 날개(10)의 회전에 의해 발생된 원심력으로 이동되는 관성 중량체(121)는 중량 돌기(122)가 가이드홈(142)을 따라서 안내되어 바깥 방향으로 이동되면서 회전된다. 즉, 회전되는 곡률의 라운드 형상인 가이드홈(142)을 따라서 관성 중량체(121)가 이동되면 곡률을 따라서 함께 이동되는 구동 가이드체(134)를 회전시킬 수 있다.
탄성 수단(150)은 구동축(133)의 타측에 배치된 탄성 몸체(151), 및 탄성 스프링(153)을 포함한다. 탄성 몸체(151)는 구동축(133)의 타측에 배치되어 있으며, 안쪽으로 구동축(133)의 타측 끝이 삽입 위치하는 탄성 공간(152)을 가진다.
탄성 스프링(153)은 탄성 몸체(151)의 안쪽에 배치되어 있으며, 탄성 공간(152)에 안쪽에 일측이 고정되고, 타측이 구동축(133)에 고정되어 구동축(133)과 탄성 몸체(151)를 탄성 연결하고 있다. 탄성 스프링(153)은 날개(10)의 회전에 의해 발생되는 원심력에 의해 회전되는 구동축(133)이 원위치로 복귀되도록 탄성력을 제공한다. 즉, 날개(10)의 회전으로 발생된 원심력에 의해 관성 중량체(121)가 이동되어 구동축(133)이 회전되면 탄성 연결된 탄성 스프링(153)이 압축되고, 압축되는 탄성 스프링(153)의 탄성력은 원심력으로 회전되는 구동력과 상호 반대 방향으로 작용되어 날개(10)의 경사각을 조절시킬 수 있다. 다시 말해서, 바람이 강하게 작용하여 원심력이 크게 작용되면 탄성 스프링(153)이 압축된 상태로 날개(10)가 강한 바람과의 접촉 면적이 축소되는 각도로 조절되고, 바람이 약하게 작용하면 탄성력이 작용하여 날개(10)가 약한 바람과의 접촉 면적이 확대되도록 각도가 조절될 수 있다.
상술된 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치의 작용을 도 6 및 도 7를 참고하여 살펴본다.
도 6은 도 2의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 작동 정면도이고, 도 7은 도 2의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 작동 측면도이다.
도 6 및 도 7를 참고하면, 바람이 풍력 발전기 방향으로 불어오면 날개(10)가 회전되면서 원심력이 발생되고, 원심력이 발생되면 하우징 몸체(110)의 안쪽에 배치된 관성 중량체(121)가 중심에서 바깥 방향으로 이동된다. 관성 중량체(121)가 바깥 방향으로 이동되면 일측에 돌출된 중량 돌기(122)가 삽입된 가이드홈(142)을 따라서 회전된다. 관성 중량체(121)가 회전되면 중량 돌기(122)가 삽입된 구동 가이드홈(142) 내부를 이동하면서 구동 가이드체(134)가 함께 회전된다. 즉, 관성 중량체(121)는 지지 플레이트(141)와 구동 가이드체(134)로 이중 지지된 상태로 가이드홈(142)을 따라서 이동되면서 회전되고, 구동 가이드체(134)를 함께 회전시킨다. 구동 가이드체(134)가 회전되면 중앙에 고정되어 있는 구동축(133)이 회전되고, 구동축(133)의 회전에 따라 복수의 날개 기어(131)와 치차 결합되어 있는 구동 기어(132)가 회전된다. 날개 기어(131)가 회전되면 날개(10)가 회전되면서 경사각이 조절될 수 있다. 구동축(133)이 회전되면 탄성 스프링(153)이 압축되는 상태가 되는 탄성력은 구동축(133)의 회전되는 반대 방향으로 작용한다. 즉, 경사각을 조절하기 위해서 회전되는 구동축(133)은 원심력에 의해 회전력이 발생되고, 회전력은 탄성력과 상호 반대되는 힘으로 작용됨에 따라 원심력과 탄성력이 상호 작용하면서 날개(10)의 경사각이 조절될 수 있다. 다시 말해서, 바람이 강하게 작용하여 원심력이 크게 작용되면 탄성 스프링(153)이 압축된 상태로 날개(10)가 강한 바람과의 접촉 면적이 축소되는 각도로 조절되고, 바람이 약하게 작용하면 탄성력이 작용하여 날개(10)가 약한 바람과의 접촉 면적이 확대되도록 각도가 조절될 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치의 구성은 도 8 내지 도 14를 참고하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치가 설치된 상태를 나타내는 사시도이고, 도 9는 도 8의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 분해 사시도이며, 도 10은 도 8의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치에 주요부분을 나타내는 분해 사시도이고, 도 11은 도 8의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 정면도이며, 도 12는 도 8의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 측면도이고, 도 13은 도 8의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 작동 정면도이며, 도 14는 도 8의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 작동 측면도이다.
도 8 내지 도 14를 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치(100)는 하우징 몸체(110), 관성 이동부(120), 날개 구동 장치(130), 지지 브라켓(143), 그리고 탄성 벨트(154)를 포함한다. 여기서, 하우징 몸체(110)의 구성은 도 2 내지 도 5에서 나타내는 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치(100)와 실질적으로 동일함에 따라 그 상세한 설명을 생략하도록 한다.
관성 이동부(120)는 하우징 몸체(110)의 안쪽에 배치된 관성 중량체(121) 및 중량 결합체(123)를 포함한다. 관성 중량체(121)는 각각의 날개의 하우징 공간(111) 중심 방향인 끝단에 배치되어 있으며, 날개(10)의 중심에서 등 간격으로 방사상의 위치에 떨어져 복수로 배치되어 있다. 관성 중량체(121)는 복수의 날개(10)에 하우징 공간(111) 중심 방향에서 떨어져 등 간격으로 방사상 위치에 배치되어 날개(10)의 회전으로 발생되는 원심력에 의해 중심에서 바깥 방향으로 이동될 수 있다.
중량 결합체(123)는 서로 마주보는 관성 이동부(120)의 중심 방향으로 돌출되어 있으며, 관성 중량체(121)를 날개 구동 장치(130)에 결합시키도록 돌출되어 있다.
날개 구동 장치(130)는 날개(10)의 삽입되어 있는 중심에서 바깥 방향에는 나선 형태의 적어도 하나 이상의 날개 구동홈(136)이 형성되어 있고, 구동 몸체(137), 및 고정체(138)를 포함한다.
구동 몸체(137)는 복수의 날개(10) 각각에 중심 방향에 배치되어 있으며, 안쪽으로 날개(10)가 삽입되도록 관통되어 있는 구동 공간(137a)을 가진다. 구동 몸체(137)의 바깥 면에는 등 간격에 방사상으로 위치한 복수의 관성 중량체(121)가 중량 결합체(123)로 결합되어 원심력에 의해 구동 몸체(137)를 바깥 방향으로 이동시키도록 결합되어 있다.
구동 몸체(137)의 안쪽에 중심 방향으로 구동 돌기(137b)가 돌출되어 있으며, 구동 돌기(137b)는 구동 공간(137a)의 안쪽 면에서 중심 방향으로 날개 구동홈(136)이 삽입되는 위치에 각각 돌출되어 있다. 구동 돌기(137b)는 구동 공간(137a)에 삽입된 날개(10)의 날개 구동홈(136)에 삽입되도록 돌출되어 있다. 날개(10)의 회전에 의해 원심력이 발생되면 관성 중량체(121)가 중심 방향에서 바깥 방향으로 이동되면서 구동 몸체(137)를 바깥 방향으로 이동 시킨다. 구동 몸체(137)가 이동되면 구동 돌기(137b)가 나선 형태의 날개 구동홈(136)을 따라서 이동되면서 날개(10)가 회전된다. 즉, 나선 형태의 날개 구동홈(136)을 따라서 구동 몸체(137)가 이동되면 나선을 따라서 날개(10)가 회전되어 경사각이 조절될 수 있다.
고정체(138)는 복수의 날개(10)에 하우징 공간(111)의 중심 방향 끝에 각각 배치되어 있으며, 구동 몸체(137)보다 큰 크기로 각각의 날개(10)에 고정되어 있다. 고정체(138)는 날개(10)에 삽입되어 있는 구동 몸체(137)가 외부로 이탈되지 않도록 구동 몸체(137)보다 큰 크기로 날개(10)의 하우징 공간(111)의 중심 방향 끝단에 각각 설치되어 있다.
지지 브라켓(143)은 하우징 몸체(110)의 안쪽에 배치되어 있으며, 날개(10)가 삽입되는 각각의 날개 삽입공(112)에서 하우징 공간(111)의 중심 방향으로 돌출되는 위치에 배치되어 있다. 지지 브라켓(143)의 안쪽에는 날개 삽입공(112)과 연통되어 날개(10)가 삽입되는 지지 공간(144)이 형성되어 있다. 지지 공간(144)에는 날개(10)와 날개(10)를 구동하도록 날개(10)에 삽입되어 있는 구동 몸체(137)가 삽입된 상태로 설치된다. 지지 브라켓(143)의 바깥 둘레에는 구동 몸체(137)에 결합된 복수의 관성 중량체(121)가 원심력에 의해 이동되는 길이에 따라 장공 형태의 삽입공(145)이 복수로 형성되어 있다. 지지 브라켓(143)은 구동 몸체(137)가 지지 공간(144)에 위치하여 삽입공(145)에 복수의 관성 중량체(121)가 각각 삽입되어 날개(10)의 회전에 따른 원심력으로 이동되는 구동 몸체(137)와 관성 중량체(121)가 함께 지지 브라켓(143)에 지지된 상태로 이동될 수 있다.
탄성 벨트(154)는 복수의 관성 중량체(121) 중에 동일 방향으로 돌출 위치하고 있는 각각의 관성 중량체(121)를 연결하고 있으며, 탄성을 가지는 벨트 형태로 구비되어 있다. 탄성 벨트(154)는 원심력의 작용에 따라 하우징 공간(111)의 중심 방향에서 바깥으로 이동되는 각각의 관성 중량체(121)가 원위치로 복귀될 수 있도록 탄성력을 제공한다. 즉, 바람의 세기가 강해서 원심력이 크게 작용하면 관성 중량체(121)가 바깥으로 이동되면서 날개(10)를 바람과의 접촉 면적이 축소되도록 회전 작동된다. 이때, 탄성 벨트(154)는 관성 중량체(121)가 바깥 방향으로 이동되면서 늘어난 상태가 유지된다. 원심력이 탄성 벨트(154)의 탄성력보다 작아지면 탄성 벨트(154)의 작동으로 관성 중량체(121)를 중심 방향으로 이동시켜 바람과의 접촉 면적이 확대되도록 회전 작동된다. 즉, 탄성 벨트(154)의 탄성력과 날개(10)의 경사각을 조절하는 원심력이 상호 작용하면서 바람의 세기에 따라 날개(10)의 경사각이 조절되어 과 회전을 방지하면서 효과적으로 전력을 생산할 수 있다.
그리고, 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치의 구성은 도 15 내지 도 21을 참고하여 살펴본다.
도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치가 설치된 상태를 나타내는 사시도이고, 도 16은 도 15의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 분해 사시도이며, 도 17은 도 15의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치에 주요부분을 나타내는 분해 사시도이고, 도 18은 도 15의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 정면도이며, 도 19는 도 15의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 측면도이고, 도 20은 도 15의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 작동 정면도이며, 도 21은 도 15의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 작동 측면도이다.
도 15 내지 도 21을 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치(100)는 하우징 몸체(110), 관성 이동부(120), 날개 구동 장치(130), 지지 브라켓(143), 그리고 탄성 스프링(153)을 포함한다. 여기서, 하우징 몸체(110), 관성 이동부(120), 날개 구동 장치(130), 그리고 지지 브라켓(143)의 구성은 도 8 내지 도 14에 나타낸 제2 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치(100)와 실질적으로 동일함으로써, 그 상세한 설명을 생략하도록 한다.
탄성 스프링(153)은 지지 브라켓(143)의 안쪽에 배치되어 있으며, 구동 몸체(137)를 탄성 지지하고 있다. 탄성 스프링(153)은 지지 공간(144)에 삽입되어 있는 구동 몸체(137)를 탄성 지지하고 있어 원심력으로 이동되는 구동 몸체(137)에 탄성력을 제공한다. 즉, 바람의 세기가 강해서 원심력이 크게 작용하면 관성 중량체(121)가 바깥으로 이동되면서 날개(10)를 바람과의 접촉 면적이 축소되도록 회전 작동된다. 이때, 탄성 스프링(153)은 탄성 지지된 구동 몸체(137)에 의해 압축된 상태가 유지된다. 원심력이 탄성 스프링(153)의 탄성력보다 작아지면 탄성 스프링(153)의 작동으로 관성 중량체(121)를 중심 방향으로 이동시켜 바람과의 접촉 면적이 확대되도록 회전 작동된다. 즉, 탄성 스프링(153)의 탄성력과 날개(10)의 경사각을 조절하는 원심력이 상호 작용하면서 바람의 세기에 따라 날개(10)의 경사각이 조절되어 과 회전을 방지하면서 효과적으로 전력을 생산할 수 있다.
아울러, 본 발명의 제4 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치의 구성은 도 22 내지 도 27을 참고하여 살펴본다.
도 22는 본 발명의 제4 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치가 설치된 상태를 나타내는 사시도이고, 도 23은 도 22의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 분해 사시도이며, 도 24는 도 22의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 정면도이고, 도 25는 도 22의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 측면도이며, 도 26은 도 22의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 작동 정면도이고, 도 27은 도 22의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 작동 측면도이다.
도 22 내지 도 27을 참고하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치(100)는 하우징 몸체(110), 관성 이동부(120), 날개 구동 장치(130), 지지 브라켓(143), 그리고 탄성 수단(150)을 포함한다. 여기서, 하우징 몸체(110), 관성 이동부(120), 날개 구동 장치(130), 그리고 지지 브라켓(143)의 구성은 도 8 내지 도 14에 나타낸 제2 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치(100)와 실질적으로 동일함으로써, 그 상세한 설명을 생략하도록 한다.
탄성 수단(150)은 하우징 몸체(110)의 안쪽에 배치되어 있는 복귀 플레이트(155), 복귀축(156), 탄성 몸체(151), 그리고 탄성 스프링(153)을 포함한다. 복귀 플레이트(155)는 각각의 날개(10)에 위치한 복수의 관성 중량체(121) 중에 동일 방향으로 돌출된 일측에 위치하고 있으며, 안쪽으로 중심에서 각각의 관성 중량체(121)가 삽입되는 방사상 위치에 회전되는 곡률에 라운드 형상으로 복수의 복귀공(155a)을 가진다. 복귀공(155a)은 회전되는 곡률을 가지는 라운드 형상으로 형성되어 동일 방향으로 돌출된 관성 중량체(121)가 삽입되어 있다. 원심력에 의해 관성 중량체(121)가 바깥 방향으로 복귀공(155a)을 따라서 이동되면 복귀 플레이트(155)가 곡률에 따라서 회전된다.
복귀축(156)은 복귀 플레이트(155)의 중앙에서 하우징 공간(111)의 타측 방향으로 돌출되어 있으며, 관성 중량체(121)의 이동에 따라 회전되는 복귀 플레이트(155)와 함께 회전된다.
탄성 몸체(151)는 복귀축(156)의 타측에 배치되어 있으며, 안쪽으로 복귀축(156)이 회전 가능하도록 삽입 위치하는 탄성 공간(152)을 가진다.
탄성 스프링(153)은 탄성 몸체(151)의 안쪽에 배치되어 있으며, 일측 끝이 복귀축(156)에 지지되고, 타측 끝이 탄성 공간(152)의 안쪽에 지지되어 복귀축(156)을 탄성 몸체(151)에 탄성 지지하고 있다. 원심력의 작용으로 회전되는 복귀축(156)이 원위치로 복귀될 수 있도록 탄성력을 제공한다. 즉, 바람의 세기가 강해서 원심력이 크게 작용하면 관성 중량체(121)가 바깥으로 이동되면서 날개(10)를 바람과의 접촉 면적이 축소되도록 회전 작동된다. 이때, 관성 중량체(121)가 삽입된 복귀공(155a)을 따라서 복귀 플레이트(155)가 회전되고, 복귀 플레이트(155)의 회전에 의해 복귀축(156)이 회전되어 탄성 지지된 탄성 스프링(153)이 압축된 상태가 유지된다. 원심력이 탄성 스프링(153)의 탄성력보다 작아지면 탄성 스프링(153)의 작동으로 복귀축(156)이 회전되고, 복귀축(156)의 회전에 의해 복귀 플레이트(155)가 원위치로 회전되면서 복귀공(155a)에 삽입된 관성 중량체(121)를 중심 방향으로 이동시켜 바람과의 접촉 면적이 확대되도록 회전 작동된다. 즉, 탄성 스프링(153)의 탄성력과 날개(10)의 경사각을 조절하는 원심력이 상호 작용하면서 바람의 세기에 따라 날개(10)의 경사각이 조절되어 과 회전을 방지하면서 효과적으로 전력을 생산할 수 있다.
더불어, 본 발명의 제5 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치의 구성은 도 28 내지 도 33을 참고하여 살펴본다.
도 28은 본 발명의 제5 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치가 설치된 상태를 나타내는 사시도이고, 도 29는 도 28의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 분해 사시도이며, 도 30은 도 28의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 정면도이고, 도 31은 도 28의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 측면도이며, 도 32는 도 28의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 작동 정면도이고, 도 33은 도 28의 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치를 나타내는 작동 측면도이다.
도 28 내지 도 33을 참고하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치(100)는 하우징 몸체(110), 관성 이동부(120), 날개 구동 장치(130), 지지 브라켓(143), 그리고 탄성 수단(150)을 포함한다. 여기서, 하우징 몸체(110), 관성 이동부(120), 날개 구동 장치(130), 그리고 지지 브라켓(143)의 구성은 도 8 내지 도 14에 나타낸 제2 실시예에 따른 풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치(100)와 실질적으로 동일함으로써, 그 상세한 설명을 생략하도록 한다.
탄성 수단(150)은 하우징 몸체(110)의 안쪽에 배치된 복귀 링크(157), 및 링크축(159)을 포함한다. 복귀 링크(157)는 각각의 날개(10)에 위치한 복수의 관성 중량체(121) 중에 동일 방향으로 돌출된 일측에 위치하고 있으며, 하우징 공간(111)의 중심에 일측이 위치하고, 타측이 각각의 관성 중량체(121)에 힌지 고정되어 적어도 하나 이상이 절첩되도록 복귀 힌지(158)로 연결되어 있다. 복귀 링크(157)는 동일 방향으로 돌출된 관성 중량체(121)가 하우징 공간(111)의 중심에 위치하면 복귀 힌지(158)를 중심으로 절첩된 상태를 유지하고, 원심력의 작용에 의해 관성 중량체(121)가 각각 바깥 방향으로 이동되면 적어도 하나 이상의 복귀 링크(157)가 복귀 힌지(158)를 중심으로 펼쳐지면서 하우징 공간(111)의 중심에 위치한 일측이 회전된다.
링크축(159)은 하우징 공간(111)의 중심에 위치하여 각각의 복귀 링크(157)를 연결하고 있으며, 복귀 링크(157)와 탄성 수단(150)을 상호 연결하고 있다. 링크축(159)은 원심력의 작용으로 복귀 링크(157)가 펼쳐지면서 회전되고, 탄성 수단(150)의 작용으로 원위치로 복귀되면 복귀 링크(157)가 복귀 힌지(158)를 중심으로 절첩되면서 회전된 반대 방향으로 다시 회전된다. 즉, 링크축(159)은 복귀 링크(157)와 탄성 수단(150)을 연결하여 원심력으로 이동되는 관성 중량체(121)를 원위치로 복귀 시킬 수 있다.
탄성 몸체(151)는 링크축(159)의 타측에 배치되어 있으며, 안쪽으로 링크축(159)이 회전 가능하도록 삽입 위치하는 탄성 공간(152)을 가진다.
탄성 스프링(153)은 탄성 몸체(151)의 안쪽에 배치되어 있으며, 일측 끝이 링크축(159)에 지지되고, 타측 끝이 탄성 공간(152)의 안쪽에 지지되어 링크축(159)을 탄성 몸체(151)에 탄성 지지하고 있다. 원심력의 작용으로 회전되는 링크축(159)이 원위치로 복귀될 수 있도록 탄성력을 제공한다. 즉, 바람의 세기가 강해서 원심력이 크게 작용하면 관성 중량체(121)가 바깥으로 이동되면서 날개(10)를 바람과의 접촉 면적이 축소되도록 회전 작동된다. 이때, 관성 중량체(121)와 힌지 결합되어 절첩되어 있는 복수의 복귀 링크(157)가 복귀 힌지(158)를 중심으로 관성 중량체(121)의 이동에 따라 펼쳐진다. 복수의 복귀 링크(157)가 펼쳐지면 중앙에 설치된 링크축(159)이 회전되어 탄성 지지된 탄성 스프링(153)이 압축된 상태가 유지된다. 원심력이 탄성 스프링(153)의 탄성력보다 작아지면 탄성 스프링(153)의 작동으로 링크축(159)이 회전되고, 링크축(159)의 회전에 의해 복귀 링크(157)가 절첩되면서 관성 중량체(121)를 중심 방향으로 이동시켜 바람과의 접촉 면적이 확대되도록 회전 작동된다. 즉, 탄성 스프링(153)의 탄성력과 날개(10)의 경사각을 조절하는 원심력이 상호 작용하면서 바람의 세기에 따라 날개(10)의 경사각이 조절되어 과 회전을 방지하면서 효과적으로 전력을 생산할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10 : 날개 100 : 경사각 조절 장치
110 : 하우징 몸체 111 : 하우징 공간
112 : 날개 삽입공 120 : 관성 이동부
121 : 관성 중량체 122 : 중량 돌기
123 : 중량 결합체 130 : 날개 구동 장치
131 : 날개 기어 132 : 구동 기어
133 : 구동축 134 : 구동 가이드체
135 : 구동 가이드공 136 : 날개 구동홈
137 : 구동 몸체 137a : 구동 공간
137b : 구동 돌기 138 : 고정체
140 : 가이드부 141 : 지지 플레이트
142 : 가이드홈 143 : 지지 브라켓
144 : 지지 공간 145 : 삽입공
150 : 탄성 수단 151 : 탄성 몸체
152 : 탄성 공간 153 : 탄성 스프링
154 : 탄성 벨트 155 : 복귀 플레이트
155a : 복귀공 156 : 복귀축
157 : 복귀 링크 158 : 복귀 힌지
159 : 링크축

Claims (10)

  1. 바람에 의해 등간격으로 복수로 설치된 날개를 회전시켜 전기를 발생시키는 풍력 발전기에 있어서,
    복수의 상기 날개 중앙 위치에 배치되어 있으며, 상기 날개의 중앙 방향 끝이 삽입되도록 각각의 상기 날개 위치에 복수의 날개 삽입공을 가지는 하우징,
    상기 하우징의 안쪽에 배치되어 있으며, 상기 날개의 중심에서 떨어진 위치에 복수로 배치되어 상기 날개의 회전에 의해 발생된 원심력으로 중심에서 바깥 방향으로 이동되는 관성 중량체,
    상기 관성 중량체와 복수의 상기 날개를 연결하고 있으며, 상기 관성 중량체의 이동력을 상기 날개의 경사각이 조절되는 방향의 회전력으로 변환하여 연결된 상기 날개를 경사각이 조절된 방향으로 회전시켜 상기 날개의 경사각을 조절하는 날개 구동 장치, 그리고
    상기 하우징의 안쪽에 배치되어 있으며, 상기 날개의 원심력에 의해 상기 날개의 경사각이 조절되는 방향으로 회전되는 상기 날개 구동 장치의 일단에 연결되어 회전 후에 원위치로 복귀되는 탄성력을 부가하는 탄성 수단
    을 포함하며,
    상기 날개는 풍속에 따라 발생되는 원심력에 의해 이동되는 상기 관성 중량체의 이동량에 따라 상기 탄성 수단에 탄성 결합되어 있는 상기 날개 구동 장치의 상기 날개의 경사각이 조절되는 방향으로 회전되는 회전량이 조절되어 상기 날개가 상기 날개 구동 장치의 회전 작동에 따라 경사각이 조절되는 방향으로 회전되면서 상기 날개의 경사각을 조절시킬 수 있고,
    상기 탄성 수단의 탄성력과 상기 날개의 회전으로 발생된 원심력으로 회전되는 상기 날개 구동 장치의 회전력이 상호 작용에 의해 상기 날개의 경사각이 조절되어 상기 날개의 회전 속도를 제어할 수 있는
    풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 관성 중량체의 타측 방향을 돌출되어 있으며, 상기 날개의 원심력으로 이동되는 상기 관성 중량체가 지지되도록 돌출되어 있는 중량 돌기, 및
    복수의 상기 관성 중량체의 타측에 배치되어 있으며, 상기 중량 돌기가 삽입되는 등간격의 방사상 위치에 중심에서 바깥 방향으로 회전되는 곡률에 라운드 형상인 복수의 가이드홈을 가지는 지지 플레이트
    를 더 포함하며,
    상기 관성 중량체는 상기 날개의 회전에 의해 상기 지지 플레이트 일측에 등간격의 방사상 위치에 형성된 상기 가이드홈에 삽입된 상태로 곡률에 따라 이동되면서 연결된 상기 날개의 경사각을 조절하는 상기 날개 구동 장치를 회전시킬 수 있는
    풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 날개 구동 장치는,
    상기 날개의 중앙 방향 일측 끝에 배치되어 있으며, 상기 하우징 안쪽에 위치하여 각각의 상기 날개를 경사각이 조절되는 방향에서 회전시키도록 배치되어 있는 날개 기어,
    상기 날개의 중앙에 위치하고 있으며, 각각의 상기 날개 기어와 치차 결합되어 복수의 상기 날개의 경사각이 조절되도록 동시에 회전시키는 구동 기어,
    상기 구동 기어의 중앙에 고정되어 있으며, 일측이 상기 지지 플레이트에 회전 가능하도록 삽입되어 상기 날개 기어를 회전시키도록 상기 구동 기어를 회전시키는 구동축, 그리고
    상기 구동축의 일측 끝에 고정되어 있으며, 등간격의 방사상으로 각각 위치하여 안쪽에 상기 중량 돌기가 삽입되어 원심력으로 바깥 방향으로 이동되도록 장공 형태의 구동 가이드공을 가지는 구동 가이드체
    를 포함하며,
    상기 관성 중량체는 상기 중량 돌기가 상기 가이드홈과 상기 구동 가이드공에 삽입되어 상기 날개의 회전에 의해 상기 구동 가이드공 내에서 회전되면서 상기 구동 가이드체가 회전되고, 상기 구동 가이드체가 회전되면 중앙에 연결된 상기 구동축이 회전되어 상기 구동 기어와 치차 결합된 상기 날개 기어에 연결된 상기 날개가 경사각이 조절되는 방향으로 회전되어 상기 날개의 경사각이 조절될 수 있는
    풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탄성 수단은,
    상기 구동축의 타측에 배치되어 있으며, 안쪽에 상기 구동축이 삽입되는 탄성 공간을 가지는 탄성 몸체, 및
    상기 탄성 몸체의 안쪽에 배치되어 있으며, 상기 탄성 공간의 안쪽에 상기 구동축과 상기 탄성 몸체 사이에 탄성 결합되어 있는 탄성 스프링
    을 포함하며,
    상기 탄성 스프링은 상기 탄성 스프링에 탄성 결합되어 상기 날개의 회전으로 발생되는 원심력으로 상기 관성 중량체의 이동에 따라 상기 구동축이 회전되면 압축되고, 압축되는 상기 탄성 스프링의 탄성력보다 원심력이 작으면 원위치로 복귀되어 상기 날개의 경사각을 원심력과 탄성력의 상호 작용으로 조절시킬 수 있는
    풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 안쪽 면에서 중심 방향으로 돌출되어 있으며, 상기 날개가 삽입되는 위치에 돌출되어 안쪽으로 상기 날개와 상기 날개 구동 장치가 삽입되도록 관통되어 있는 지지 공간을 가지고, 바깥 둘레에 지지 공간의 중심에서 방사상의 등간격 위치에 복수로 상기 관성 중량체가 삽입되어 원심력으로 이동되도록 연통된 장공 형태의 삽입공을 가지는 지지 브라켓, 및
    상기 관성 중량체의 일측에 돌출되어 있으며, 상기 삽입공에 삽입되어 상기 날개 구동 장치에 고정되도록 돌출되어 있는 중량 결합체
    를 더 포함하며,
    상기 관성 중량체는 상기 지지 공간의 중심에서 등간격으로 방사상에 위치한 복수의 상기 삽입공에 삽입된 상태로 상기 중량 결합체로 상기 날개 구동 장치에 고정되어 상기 날개의 회전으로 발생된 원심력으로 상기 삽입공을 따라서 상기 날개 구동 장치를 중심에서 바깥 방향으로 이동시키면서 상기 날개의 경사각을 조절시킬 수 있는
    풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 날개 구동 장치는,
    상기 날개의 중앙 방향 일측 끝에서 타측 방향에는 나선 형태로 적어도 하나 이상의 날개 구동홈이 형성되어 있고,
    상기 지지 브라켓의 안쪽에 배치되어 있으며, 안쪽에 상기 날개가 삽입되도록 일측이 개방된 구동홈을 가지고, 바깥 둘레에 상기 삽입공에 삽입되어 있는 복수의 상기 관성 중량체가 상기 중량 결합체로 결합되어 있는 구동 몸체,
    상기 구동 몸체의 안쪽에 돌출되어 있으며, 상기 구동홈의 안쪽 면에서 중심 방향으로 상기 날개 구동홈에 삽입되도록 복수로 돌출되어 있는 구동 돌기, 그리고
    상기 구동 몸체의 타측에 배치되어 있으며, 상기 구동 몸체보다 큰 크기로 상기 날개의 타측 끝에 고정되어 상기 날개에 삽입된 상기 구동 몸체의 이탈이 방지되는 고정체
    를 포함하며,
    상기 구동 몸체는 상기 날개의 회전으로 발생되는 원심력에 의해 상기 중량 결합체로 결합된 상기 관성 중량체와 함께 이동되어 상기 구동 돌기가 나선 형태의 상기 날개 구동홈을 따라서 이동되면서 상기 날개를 회전시킬 수 있는
    풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탄성 수단은,
    상기 구동 몸체에 각각 배치되어 있는 복수의 상기 관성 중량체 중에 동일 방향으로 돌출되어 있는 각각의 상기 관성 중량체를 연결하고 있으며, 상기 날개의 회전에 의해 이동되는 상기 관성 중량체를 원위치로 복귀시키는 탄성력을 가지는 탄성 벨트를 포함하며,
    상기 탄성 벨트는 상기 날개의 회전에 의해 발생된 원심력으로 이동되면서 상기 날개 구동 장치를 작동시켜 상기 날개의 경사각을 조절하는 상기 관성 중량체를 탄성 연결하여 상기 관성 중량체를 이동시키는 원심력과 탄성력이 상호 작용하면서 상기 날개의 경사각을 조절시킬 수 있는
    풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 탄성 수단은,
    상기 지지 브라켓의 안쪽에 배치되어 있으며, 각각의 상기 날개가 삽입되는 상기 지지 브라켓 안쪽에서 상기 관성 중량체에 의해 이동되는 상기 구동 몸체가 탄성 지지되는 탄성 스프링을 포함하며,
    상기 탄성 스프링은 상기 날개의 회전에 의해 발생되는 원심력으로 이동되는 상기 구동 몸체가 원위치로 복귀되는 방향으로 탄성 지지하고 있어 상기 구동 몸체가 원심력과 탄성력이 상호 작용하면서 이동되어 상기 날개의 경사각이 조절될 수 있는
    풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 탄성 수단은,
    상기 하우징의 안쪽에 배치되어 있으며, 안쪽에 중심에서 바깥 방향으로 복수의 상기 관성 중량체 중에 동일 방향으로 돌출되어 각각의 상기 관성 중량체가 삽입되는 방사상 위치에 회전되는 곡률에 라운드 형상으로 형성된 복귀공을 가지는 복귀 플레이트,
    상기 복귀 플레이트의 중앙에 상기 하우징 일측 방향으로 돌출되어 있으며, 상기 복귀 플레이트와 함께 회전되는 복귀축,
    상기 복귀 플레이트의 일측에 배치되어 있으며, 상기 복귀축이 회전 가능하도록 삽입되는 탄성 공간을 가지는 탄성 몸체, 그리고
    상기 탄성 몸체의 안쪽에 배치되어 있으며, 상기 탄성 공간의 안쪽에 상기 복귀축의 회전 후에 원위치되는 탄성력을 제공시키도록 상기 복귀축을 탄성 지지하고 있는 탄성 스프링
    을 포함하며,
    상기 날개의 회전에 의해 발생된 원심력으로 상기 관성 중량체가 이동되면 상기 복귀공을 따라 상기 복귀 플레이트가 회전되고, 상기 복귀 플레이트가 회전되면 상기 복귀축이 함께 회전되면서 상기 탄성 스프링이 압축되는 작동에 탄성력이 발생되어 원심력과 탄성력이 상호 작용하면서 상기 관성 중량체의 이동 위치가 조정되어 상기 날개의 경사각이 조절될 수 있는
    풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 탄성 수단은,
    상기 하우징의 안쪽에 배치되어 있으며, 중심 위치에 일측이 힌지 결합되고, 타측이 복수의 상기 관성 중량체 중에 동일 방향으로 위치한 각각의 상기 관성 중량체에 힌지 결합되도록 복수로 구비되어 있고, 적어도 하나 이상이 복귀 힌지로 힌지 결합되어 절첩되어 있는 복귀 링크,
    상기 복귀 링크의 중앙에 배치되어 있으며, 복수의 상기 복귀 링크의 일측이 각각 힌지 결합되도록 연결하고, 상기 복귀 링크에 중앙에서 상기 하우징 일측 방향으로 돌출되어 상기 복귀 링크가 펼쳐지면 회전되는 링크축,
    상기 복귀 링크의 일측에 배치되어 있으며, 안쪽에 상기 링크축이 회전 가능하도록 삽입되는 탄성 공간을 가지는 탄성 몸체, 그리고
    상기 탄성 몸체의 안쪽에 배치되어 있으며, 상기 탄성 공간의 안쪽에 상기 링크축의 회전 후에 원위치되는 탄성력을 제공시키도록 상기 링크축을 상기 탄성 공간에 탄성 지지하고 있는 탄성 스프링
    을 포함하며,
    상기 날개의 회전에 의해 발생된 원심력으로 상기 관성 중량체가 이동되면 절첩된 상기 복귀 링크가 상기 복귀 힌지를 중심으로 각각 펼쳐지면서 상기 링크축이 회전되고, 상기 링크축이 회전되면 상기 탄성 스프링이 압축되는 작동에 의해 탄성력이 발생되어 원심력과 탄성력이 상호 작용하면서 상기 관성 중량체의 이동 위치가 조정되어 상기 날개의 경사각이 조절될 수 있는
    풍력 발전기용 날개 경사각 조절 장치.
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