KR101058339B1 - 풍력발전기용 블레이드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력발전기용 블레이드에 관한 것으로서, 구체적으로는 바람의 세기에 따라 길이가 줄어들거나 늘어날 수 있어서 미풍에서도 발전이 가능하고, 강풍에서도 최대 효율로 발전상태를 지속적으로 유지할 수 있도록 하는 풍력발전기용 블레이드에 관한 것이다.
본 발명에 따른 풍력발전기용 블레이드는 바람에 의해 회전하는 다수개의 블레이드가 구비되는 풍력발전기에 있어서, 상기 블레이드는, 풍력발전기의 회전축에 결합되는 몸체부; 바람의 세기에 따라 길이가 가변되도록 상기 몸체부에 이동가능하게 결합되는 날개부; 및 상기 몸체부와 상기 날개부 사이에 개재되어 상기 날개부의 길이가 짧아지는 방향으로 탄성력을 제공하는 탄성부;를 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

풍력발전기용 블레이드{Blade for wind power generator}

본 발명은 풍력발전기용 블레이드에 관한 것으로서, 구체적으로는 바람의 세기에 따라 길이가 줄어들거나 늘어날 수 있어서 미풍에서도 발전이 가능하고, 강풍에서도 최대 효율로 발전상태를 지속적으로 유지할 수 있도록 하는 풍력발전기용 블레이드에 관한 것이다.

풍력발전기란 바람이 가진 에너지를 기계적인 에너지(회전력)로 변환시키고, 이러한 기계적 에너지가 발전기를 구동함으로써 전기적인 에너지로 변환되어 전력을 얻는 발전 방식을 말하는 것으로서, 현재까지 개발된 신재생에너지원 중 가장 경제성이 높을 뿐 아니라 무한정, 무비용의 청정에너지원인 바람을 이용하여 발전할 수 있는 장점 때문에 최근에는 전세계적으로 적극적인 투자가 이뤄지고 있다.

이러한 풍력발전기에는 바람에 의해 회전하는 다수개의 블레이드가 구비된다. 즉, 풍력발전기는 바람에 의해 회전하는 다수개의 블레이드를 회전축에 연결함으로써 바람에너지를 회전에너지로 변환시키고, 이러한 회전에너지를 풍력발전기의 내부에 구비된 각종의 부품들을 이용하여 전기에너지로 변환하는 것이다.

따라서, 풍력발전기의 발전효율은 바람에 의해 블레이드가 얼마나 효율적으로 회전될 수 있는가에 달려있다고 할 수 있는데, 특히 풍력발전기에 의한 전력생산이 꾸준하고 지속적으로 이루어지도록 하기 위해서는 바람의 세기와 상관없이 블레이드가 지속적으로 회전될 수 있어야 한다.

그러나, 종래의 풍력발전기용 블레이드는 바람이 약하게 불면 회전되지 않는다는 문제가 있다. 이를 위해 미풍에도 블레이드가 회전되도록 크기를 작게 할 수도 있지만, 그럴 경우에는 바람이 세게 부는 경우에 전력생산을 극대화시킬 수 없다는 문제가 있다. 강풍이 분다면 블레이드의 크기가 클수록 보다 큰 토오크를 발생시킬 수 있어서 전력생산을 극대화할 수 있기 때문이다.

또한, 종래의 풍력발전기는 바람이 너무 세게 불어도 전력생산이 이루어질 수 없다는 문제가 있다. 일반적으로, 풍력발전기는 내부의 각종 부품의 마모, 파손 등을 방지하기 위하여 발생시킬 수 있는 최대 전력량이 정해지는데, 바람이 너무 세게 불어 블레이드의 회전수가 상기 최대 전력량을 초과시키는 정격회전수 이상이 되면 내부의 각종 부품의 마모, 파손 등을 방지하기 위해 풍력발전기에 의한 전력생산이 정지되도록 설치되기 때문이다.

특히, 이러한 문제는 소형 풍력발전기에서 주로 발생하는데, 대형 풍력발전기에서의 최대 전력량은 그 기준이 높아서 실제로 큰 문제가 되진 않지만, 소형 풍력발전기에서는 최대 전력량이 상대적으로 작아 바람이 조금만 세게 불어도 전력생산을 중단해야만 하기 때문이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 바람의 세기에 따라 길이가 늘어나거나 줄어들 수 있어서, 미풍에서도 전력생산이 가능하며 강풍에서는 전력생산을 극대화시킬 수 있는 풍력발전기용 블레이드를 제공한다.

또한, 본 발명은 바람이 아무리 강하게 불어도 풍력발전기의 최대 전력량을 생산하기 위한 정격회전수 상태를 유지할 수 있어서 풍력발전기에 의한 전력생산이 최대 효율로 꾸준하고 지속적으로 이루어질 수 있도록 하는 풍력발전기용 블레이드를 제공한다.

본 발명에 따른 풍력발전기용 블레이드는 바람에 의해 회전하는 다수개의 블레이드가 구비되는 풍력발전기에 있어서, 상기 블레이드는, 풍력발전기의 회전축에 결합되는 몸체부; 바람의 세기에 따라 길이가 가변되도록 상기 몸체부에 이동가능하게 결합되는 날개부; 및 상기 몸체부와 상기 날개부 사이에 개재되어 상기 날개부의 길이가 짧아지는 방향으로 탄성력을 제공하는 탄성부;를 포함하여 이루어질 수 있다.

바람직하게, 상기 몸체부 일측에는 길이방향으로 가이드홀이 소정길이 형성되고, 상기 날개부의 일측에는 상기 가이드홀에 가이드되는 가이드돌기가 형성될 수 있다.

더 바람직하게, 상기 가이드홀은 길이방향으로 소정길이를 갖는 직선부와, 상기 직선부로부터 소정각도 비스듬하게 연장형성되는 연장부로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 풍력발전기용 블레이드는 상기 몸체부를 덮는 덮개부를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

한편, 상기 날개부는 바람에 의해 회전되도록 형성되는 피치부와, 상기 몸체부에 이동가능하게 삽입되는 길이부와, 상기 길이부의 단부에 형성되며 상기 가이드돌기가 구비되는 단턱부를 포함하여 이루어지고, 상기 탄성부는 상기 몸체부에 결합고정되는 고정몸체와, 상기 길이부에 삽입되어 상기 날개부의 길이가 짧아지는 방향으로 탄성력을 제공하도록 일측은 상기 고정몸체에 고정되며, 타측은 상기 단턱부에 걸림되는 탄성부재를 포함하여 이루어질 수 있다.

다른 측면에서의 본 발명에 따른 풍력발전기용 블레이드는 바람에 의해 회전하는 다수개의 블레이드가 구비되는 풍력발전기에 있어서, 상기 블레이드는, 풍력발전기의 회전축에 결합되며, 내측면에 길이방향으로 가이드홈이 구비되는 몸체부; 회전속도에 따라 길이가 가변되도록 상기 몸체부에 이동가능하게 결합되며, 상기 가이드홈에 가이드되는 가이드돌기가 구비되는 날개부; 및 상기 몸체부와 상기 날개부 사이에 개재되어 상기 날개부의 길이가 짧아지는 방향으로 탄성력을 제공하는 탄성부;를 포함하여 이루어질 수 있다.

바람직하게, 상기 가이드홈은 길이방향으로 소정길이를 갖는 직선부와, 상기 직선부로부터 소정각도 비스듬하게 연장형성되는 연장부로 이루어질 수 있다.

본 발명은 일 측면에서, 바람에 의해 회전하는 다수개의 블레이드를 이용하여 전기를 발전하는 방법에 있어서, 상기 바람의 세기에 비례하여 블레이드의 길이가 늘어나는 단계와 바람의 세기에 비례하여 블레이드의 각도가 변형되는 단계를 포함하는 풍력 발전 방법을 제공한다.

본 발명에서, 상기 블레이드는 바람의 세기에 비례하여 정격회전수까지 길이가 늘어나고, 정격회전수 이상에서 블레이드 각도가 변형되며, 상기 블레이드의 각도는 길이가 늘어나면서 변형되어 정격회전수를 유지하게 된다. 바람이 약해지면 과정이 역방향으로 진행된다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 풍력발전기용 블레이드에 의하면, 바람이 약해지면 길이가 줄어들어 미풍에서도 풍력발전기의 전력생산이 가능해질 수 있으며, 바람이 강해지면 길이가 늘어나게 되어 보다 큰 토오크를 발생시킴으로써 풍력발전기의 전력생산을 극대화시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 풍력발전기용 블레이드에 의하면, 바람이 너무 세게 불어 블레이드의 회전수가 풍력발전기의 최대 전력량을 생산하기 위한 정격회전수에 도달하게 되면 더 이상 증가하지 않고 정격회전수 상태를 유지하도록 블레이드의 피치가 조절될 수 있어서, 바람이 아무리 강하게 불어도 풍력발전기에 의한 전력생산이 최대 효율로 꾸준하고 지속적으로 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드를 개략적으로 나타내는 정면도이고,
도 2는 도 1에 따른 블레이드의 개략적인 단면도이고,
도 3은 도 1에 따른 블레이드의 몸체부의 가이드부재를 개략적으로 나타내는 정면도이고,
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드의 작동상태를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 7은 본 발명에 따른 몸체부의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 본 발명에 따른 권리범위는 이하에서 설명되는 실시예들에 의해 한정되지 않는다. 또한, 이하에서 도시된 도면들은 본 발명을 설명하기 위한 것으로서, 과장되거나 개략적으로 도시된 도면들일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드를 개략적으로 나타내는 정면도이고, 도 2는 도 1에 따른 블레이드를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 3은 도 1에 따른 블레이드의 몸체부의 가이드부재를 개략적으로 나타내는 정면도이다.

도 1 및 도 2에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력발전기용 블레이드(10)는 풍력발전기의 회전축(미도시)에 다수개 결합되어 바람에 의해 회전되는 구성으로서, 풍력발전기의 회전축에 결합되는 몸체부(20)와, 상기 몸체부(20)에 결합되어 바람에 의해 회전되도록 구성되는 날개부(30)를 포함하여 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 풍력발전기용 블레이드(10)는 바람의 세기에 따라 길이가 가변되도록 구비되는데, 이를 위해 날개부(30)는 이동가능하게 몸체부(20)에 결합되며, 날개부(30)와 몸체부(20) 사이에는 날개부(30)의 길이가 짧아지는 방향으로 탄성력을 제공하는 탄성부(40)가 구비될 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 블레이드(10)는 바람이 세게 불어 블레이드(10)의 회전속도가 증가하게 되면 원심력이 증가하게 되는데, 이때 원심력이 탄성부(40)의 탄성력보다 커지게 되면 날개부(20)의 길이가 늘어나게 되는 것이다.

반대로, 바람의 세기가 약해지게 되어 블레이드(10)의 회전속도가 줄어들게 되면 원심력이 감소하게 되는데, 이때 원심력이 탄성부(40)의 탄성력보다 작아지게 되면 날개부(20)의 길이가 줄어들게 되는 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 블레이드(10)는 바람의 세기가 약하면 날개부(20)의 길이가 줄어들게 되면서 전체적인 크기가 작아지게 되어 미풍에도 회전될 수 있으며, 바람의 세기가 강해지면 날개부(20)의 길이가 늘어나게 되면서 전체적인 크기가 커지게 되어 강풍에서는 보다 큰 토오크를 발생시킬 수 있어서 풍력발전기의 전력생산을 극대화시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드(10)의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드(10)는 풍력발전기의 회전축에 결합되는 몸체부(20)와, 바람의 세기에 따라 길이가 가변되도록 상기 몸체부(20)에 이동가능하게 결합되는 날개부(30)와, 상기 몸체부(20)와 날개부(30) 사이에 개재되어 날개부(30)의 길이가 짧아지는 방향으로 탄성력을 제공하는 탄성부(40)를 포함하여 이루어질 수 있다.

바람직하게, 상기 몸체부(20) 일측에는 길이방향으로 가이드홀(22)이 소정길이 형성되고, 상기 날개부(30)의 일측에는 상기 가이드홀(22)에 가이드되는 가이드돌기(32)가 형성될 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 블레이드(10)는 바람의 세기에 따라 가이드돌기(32)가 가이드홀(22)에 가이드 되면서 길이가 가변되는 것이다.

더 바람직하게, 상기 가이드홀(22)은 길이방향으로 소정길이를 갖는 직선부(224)와, 상기 직선부(224)로부터 소정각도 비스듬하게 연장형성되는 연장부(222)로 이루어질 수 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 본 발명에 따른 블레이드(10)는 바람이 강하게 부는 경우에 날개부(30)의 길이가 늘어나면서 보다 큰 토오크를 발생시켜 전력생산을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 바람이 더욱 강하게 불어 블레이드(10)의 회전수가 풍력발전기의 최대 전력량을 발생시키는 정격회전수까지 증가되는 경우에는 더 이상 증가되지 않고 상기 정격회전수를 유지할 수 있어서, 바람이 매우 강하게 부는 경우에도 풍력발전기의 전력생산을 최대로 유지한 상태로 지속적으로 발전할 수 있다.

상세히 설명하면, 날개부(30)의 가이드돌기(32)가 가이드홀(22)의 직선부(224)를 따라 이동하면서 길이가 늘어나는 경우에는 블레이드(10)의 회전수가 정격회전수까지 도달하지 않은 상태이며, 바람이 더욱 강하게 불어 블레이드(10)의 회전수가 정격회전수까지 도달하는 경우에는 가이드돌기(32)가 가이드홀(22)의 연장부(222)까지 도달하여 상기 연장부(222)를 따라 이동하면서 길이가 늘어나는 동시에 날개부(30)가 소정각도 회전되면서 날개부(30)의 피치 즉, 바람에 접촉하는 면적이 줄어들 수 있기 때문에 블레이드(30)의 정격회전수가 더 이상 증가하지 않게 되는 것이다.

또한, 이와 같이 가이드돌기(32)가 가이드홀(22)의 연장부(222)를 따라 이동하는 경우에는 블레이드(10)의 회전수는 항상 정격회전수 상태로 유지할 수 있는데, 이는 다시 바람이 약해지게 되면 블레이드(10)의 회전에 의한 원심력이 탄성부(40)의 탄성력보다 작아지게 되어 다시 날개부(30)의 길이가 줄어들게 되면서 블레이드(10)의 회전수가 항상 정격회전수 상태로 유지하기 때문이다.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드(10)의 각 구성에 대하여 상세히 설명한다.

상기 몸체부(20)는 풍력발전기의 회전축과의 결합이 용이하도록 상기 가이드홀(22)이 구비되는 가이드부재(24)와, 풍력발전기의 회전축에 결합되는 결합부재(26)로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 날개부(30)는 바람에 의해 원활하게 회전되도록 넓은 단면적을 가지는 피치부(34)와, 상기 피치부(34)로부터 연장되어 상기 몸체부(20)에 이동가능하게 삽입되는 길이부(36)와, 상기 길이부(36)의 단부에 형성되며 가이드돌기(32)가 구비되는 단턱부(38)로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 탄성부(40)는 몸체부(20)의 일측에 고정되는 고정몸체(44)와, 상기 길이부(36)에 삽입되어 날개부(30)가 짧아지는 방향으로 탄성력을 제공하도록 일측은 상기 고정몸체(44)에 고정되며 타측은 상기 단턱부(38)에 걸림되는 탄성부재(42)로 이루어질 수 있다.

이와 같은 구성에 의해서, 본 발명에 따른 블레이드(10)는 날개부(30)가 바람의 세기에 따라 가변되도록 몸체부(20)에 이동가능하도록 결합될 수 있으며, 탄성부(40)는 날개부(30)의 길이가 짧아지는 방향으로 탄성력을 제공하도록 날개부(30)와 몸체부(20) 사이에 개재되어 결합될 수 있다.

바람직하게, 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드(10)는 몸체부(20)를 덮는 덮개부(50)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 이는 몸체부(20)의 가이드부재(24)에 구비된 가이드홀(22)에 외부 이물질이 끼이는 것을 방지하기 위함이다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 일실시예 따른 블레이드의 작동상태를 설명하기 위한 개략적인 도면이다. 이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 블레이드의 작동상태를 개략적으로 설명한다.

먼저, 도 4에서 보이는 바와 같이, 바람이 약하게 부는 경우에는 블레이드(10)의 원심력은 탄성부재(42)의 탄성력보다 작은 상태로 날개부(30)의 가이드돌기(32)가 몸체부(20)의 가이드홀(22)의 끝단에 위치하게 되어 날개부(30)의 길이가 가장 짧은 상태 즉, 블레이드(10)의 크기가 가장 작은 상태가 된다.

따라서, 본 발명에 따른 블레이드(10)에 의하면, 미풍에서도 블레이드(10)가 회전될 수 있게 되어, 풍력발전기의 발전이 가능해지게 된다.

이후, 5에서 보이는 바와 같이, 바람이 점점 강하게 불게 되면 블레이드(10)의 원심력이 탄성부재(42)의 탄성력보다 점점 커지게 되면서 날개부(30)의 가이드돌기(32)가 몸체부(20)의 가이드홀(22)의 직선부(224)를 따라 이동하게 되면서 날개부(30)의 길이가 점점 길어지는 상태 즉, 블레이드(10)의 크기가 점점 커지게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 블레이드(10)에 의하면, 바람이 점점 강하게 불게 되면 날개부(30)의 길이가 길어지게 되면서 즉, 블레이드(10)의 크기가 커지게 되면서 보다 큰 토오크를 발생시킬 수 있게 되어, 풍력발전기의 전력생산을 극대화시킬 수 있다.

이후, 도 6에서 보이는 바와 같이, 바람이 더욱 강하게 불게 되면 블레이드(10)의 원심력이 탄성부재(42)의 탄성력보다 더 커지게 되면서 날개부(30)의 가이드돌기(32)가 몸체부(20)의 가이드홀(22)의 연장부(222)까지 이동하게 되면 날개부(30)의 길이가 점점 길어짐과 동시에 날개부(30)가 소정각도 회전하게 되면서, 날개부(30)가 바람에 접촉하는 면적 즉, 피치가 줄어들게 되면서 블레이드(20)의 회전수가 정격회전수 상태를 유지할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 블레이드(10)에 의하면, 바람이 매우 강하게 불어 블레이드(10)의 회전수가 정격회전수까지 도달하게 되면, 그 상태로 계속해서 유지할 수 있어서, 풍력발전기의 전력생산이 최대 전력량으로 지속적으로 유지될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 몸체부의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 몸체부(60)는 상기 실시예에서의 몸체부(20)와 덮개부(50)가 일체로 이루어지는 형태로 이루어질 수 있다. 이 경우 상기 실시예에서의 가이드홀(22)은 가이드홈(62)의 형태로 이루어질 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 몸체부(60)는 내측면에 날개부(30)의 가이드돌기(32)를 가이드하는 가이드홈(62)이 형성되는 것이다. 물론, 상기 가이드홈(62)은 상기 실시예에서의 가이드홀(22)과 마찬가지로 길이방향으로 소정길이를 갖는 직선부(622)와, 상기 직선부(622)로부터 소정각도 비스듬하게 연장되는 연장부(624)로 이루어질 수 있다.

10 : 블레이드 20 : 몸체부
22 : 가이드홀 24 : 가이드부재
26 : 결합부재 30 : 날개부
40 : 탄성부 41 : 탄성부재
42 : 고정몸체 50 : 덮개부

Claims (10)

1. 바람에 의해 회전하는 다수 개의 블레이드가 구비되는, 정격풍속 이상의 풍속에서도 발전 가능한 소형 풍력발전기에 있어서,
   상기 블레이드는,
   풍력 발전기의 회전축에 결합되는 몸체부;
   바람의 세기에 따라 길이가 가변되도록 상기 몸체부에 이동가능하게 결합되는 날개부; 및
   상기 몸체부와 날개부 사이에 개재되어 상기 날개부의 길이가 짧아지는 방향으로 탄성력을 제공하는 탄성부;를 포함하여 이루어지며,
   상기 몸체부 일측에는 길이방향으로 가이드홀이 소정길이 형성되며,
   여기서 상기 가이드홀은 길이 방향으로 소정길이를 갖는 직선부와 상기 직선부로부터 소정각도 비스듬하게 연장 형성되는 연장부로 이루어지며,
   상기 블레이드는 정격풍속까지는 가이드홀의 직선부를 따라 연장되며, 정격풍속 이상의 풍속에서는 연장부를 따라 연장되면서 바람과 접촉하는 면적이 감소하도록 각도가 변하는 것을 특징으로 하는 소형 풍력발전기용 블레이드.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 몸체부 일측에는 길이방향으로 가이드홀이 소정길이 형성되고, 상기 날개부의 일측에는 상기 가이드홀에 가이드되는 가이드돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 소형 풍력발전기용 블레이드.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 몸체부를 덮는 덮개부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 소형 풍력발전기용 블레이드.
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 날개부는 바람에 의해 회전되도록 형성되는 피치부와, 상기 몸체부에 이동가능하게 삽입되는 길이부와, 상기 길이부의 단부에 형성되며 상기 가이드돌기가 구비되는 단턱부를 포함하여 이루어지고,
   상기 탄성부는 상기 몸체부에 결합고정되는 고정몸체와, 상기 길이부에 삽입되어 상기 날개부의 길이가 짧아지는 방향으로 탄성력을 제공하도록 일측은 상기 고정몸체에 고정되며, 타측은 상기 단턱부에 걸림되는 탄성부재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 소형 풍력발전기용 블레이드.
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