KR101177879B1 - 풍력발전기 - Google Patents

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KR101177879B1
KR101177879B1 KR1020100039962A KR20100039962A KR101177879B1 KR 101177879 B1 KR101177879 B1 KR 101177879B1 KR 1020100039962 A KR1020100039962 A KR 1020100039962A KR 20100039962 A KR20100039962 A KR 20100039962A KR 101177879 B1 KR101177879 B1 KR 101177879B1
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임인규
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삼성중공업 주식회사
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    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

풍력발전기가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기는 타워(tower); 타워에 설치되어 있으며, 회전력을 전기에너지로 변화하는 나셀(nacelle); 나셀에 회전력을 전달하도록, 나셀에 회전가능하게 결합된 허브; 및 허브에 방사형으로 결합되어 있으며, 풍력을 회전력으로 변환시키는 블레이드(blade)를 구비하는 날개부를 포함하되, 날개부는 허브에 결합된 로드; 및 블레이드와 결합되고, 내부에서 유체의 충전에 따라 상기 로드에 슬라이딩(sliding) 가능하게 설치된 실린더를 포함한다.

Description

풍력발전기{Wind power generator}
본 발명은 풍력발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게, 다양한 환경에서 운용이 가능한 풍력발전기에 관한 것이다.
공기의 유동이 가진 운동에너지를 이용하여 회전자를 회전시켜서 기계적 에너지로 변환시키고, 다시 기계적 에너지로부터 전기를 얻는 장치가 풍력발전기이다.
일반적으로, 풍력발전기는 사전에 설정된 범위의 풍속에서 높은 출력을 낼 수 있도록 설계되어 있다.
이에 따라, 사전에 설정된 범위 외의 풍속에서는 제 성능을 발휘하기 어려운 문제가 있다. 그리고, 다양한 환경 및 운용조건에 맞추어 그때마다 설계 및 제작하여야 하는 어려움도 있다.
더불어, 야간의 엄격한 소음규제를 맞추도록 설계되면, 주간에는 출력을 희생하여야 하는 문제도 있다.
본 발명의 실시예들은 다양한 환경 및 운용조건에 맞추어 가동이 가능한 풍력발전기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 타워(tower); 상기 타워에 설치되어 있으며, 회전력을 전기에너지로 변화하는 나셀(nacelle); 상기 나셀에 회전력을 전달하도록, 상기 나셀에 회전가능하게 결합된 허브; 및 상기 허브에 방사형으로 결합되어 있으며, 풍력을 회전력으로 변환시키는 블레이드(blade)를 구비하는 날개부를 포함하되, 상기 날개부는, 상기 허브에 결합된 로드; 및 상기 블레이드와 결합되고, 내부에서 유체의 충전에 따라 상기 로드에 슬라이딩(sliding) 가능하게 설치된 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기가 제공된다.
상기 실린더에는, 내부에 유체가 충전되고 상기 로드가 관통되는 유체챔버가 형성되고, 상기 날개부는 상기 유체챔버의 내부에 배치된 상기 로드에 결합되어 있으며, 상기 유체챔버의 내부영역을 분할하는 격벽; 상기 격벽에 의해 분할된 상기 유체챔버의 내부영역과 연통되어 있으며, 상기 유체챔버에 공급 또는 회수되는 유체가 이송되는 유체이송 경로부를 더 포함할 수 있다.
상기 유체이송 경로부로 유체를 공급하거나 회수하는 압력조절부를 더 포함할 수 있다.
상기 유체이송 경로부는, 상기 로드의 내부를 통과하며, 상기 격벽의 일측으로 연장되어 개구된 제1이송로, 상기 로드의 내부를 통과하며, 상기 격벽의 타측으로 연장되어 개구된 제2이송로를 포함할 수 있다.
상기 허브에 결합되어 있으며, 상기 블레이드와 상기 실린더 사이에 개재되어 슬라이딩되는 상기 블레이드와 상기 실린더를 지지하는 지지부재를 더 포함할 수 있다.
상기 블레이드 및 상기 실린더 중 적어도 어느 하나와 상기 지지부재를 고정시키는 고정장치를 더 포함할 수 있다.
상기 지지부재의 내부에는 피스톤 챔버가 형성되어 있으며, 상기 고정장치는,
상기 피스톤 챔버 내에 왕복운동 가능하게 삽입되어 있으며, 일단부가 상기 피스톤 챔버의 일측에 탄성지지된 가압피스톤, 상기 가압피스톤의 타단부에서 연장되어 있으며, 상기 블레이드 및 상기 실린더 중 적어도 어느 하나에 대향되게 배치된 가압부재, 상기 가압피스톤의 타단부를 가압하는 압력이 형성되도록, 상기 피스톤 챔버의 타측에 연결되어 유체를 공급하는 유체공급부를 포함할 수 있다.
상기 가압부재에는 상기 블레이드 또는 상기 실린더에 대향된 치형돌기가 형성되어 있으며, 상기 가압부재에 대향된 상기 블레이드 또는 상기 실린더에는 상기 치형돌기에 상응하는 치형홈이 형성될 수 있다.
상기 지지부재에는, 상기 블레이드 및 상기 실린더의 슬라이딩 방향으로 상기 블레이드 및 상기 실린더 중 적어도 어느 하나에 대향된 가이드홈이 형성되어 있으며, 상기 블레이드 또는 상기 실리더에는 상기 가이드홈에 삽입되는 가이드돌기가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 날개의 반경을 자유롭게 조절하여 다양한 범위의 풍속에서 운용이 가능하므로, 풍력발전기의 효율을 최대화할 수 있다.
또한, 유압장치를 이용하여 블레이드를 이동을 조절함으로써, 날개의 반경조절을 정밀하고 용이하게 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기를 나타낸 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 날개부를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 고정장치를 나타낸 단면도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 날개부의 작동을 설명하는 도면.
이하에서 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기는, 타워(10), 나셀(20), 허브(30) 및 복수의 날개부(100)를 포함할 수 있다. 또한, 날개부(100)는 블레이드(110), 로드(120), 실린더(130), 격벽(125), 유체이송 경로부(140)를 포함할 수 있다.
타워(10)는 후술할 날개부(100)가 풍력을 받기 유리한 소정의 높이로 설치될 수 있도록 날개부(100)와 연결된 부품을 지지하는 부분이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 타워(10)는 지상에서 수직하게 세워지고 후술할 나셀(20)을 지지할 수 있다. 한편, 타워(10)는 본 실시예에 한정되지는 않으며 공지의 다양한 형태를 포함할 수 있다.
나셀(20)은 회전력을 전기에너지로 변화하는 부분으로, 타워(10)에 설치되어 있으며 후술할 허브(30)로부터 회전력을 전달받는다. 예를 들면, 나셀(20)은 허브(30)로부터 전달된 회전의 속도를 증가시키는 증속기(미도시)와 증속기와 연결되어 있으며 회전을 이용하여 전기를 발생시키는 제너레이터(generator, 미도시)를 포함할 수 있다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 풍력발전기는 수평형으로서 나셀(20)의 회전축은 타워(10)와 수직하게 형성되어 있을 수 있으나, 본 실시예의 풍력발전기가 적용되는 환경에 따라 나셀(20)의 회전축과 타워(10)가 형성하는 각도가 수직이 아닐 수 있다.
한편, 나셀(20)은 본 실시예에 한정되지는 않으며 공지의 다양한 형태를 포함할 수 있다.
허브(30)는 후술할 날개부(100)에서 발생한 회전력을 받아서 나셀(20)에 전달하는 부분으로, 나셀(20)에 회전이 가능하게 결합된다. 본 실시예의 허브(30)는 공지의 다양한 허브(30)의 형태를 포함할 수 있다.
날개부(100)는 바람을 받아서 회전력을 발생시키는 부분으로, 복수개가 허브(30)에 방사형으로 결합되어 지지된다. 특히, 본 실시예의 날개부(100)는 반경방향으로 길이조절이 가능할 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 날개부(100)에는 풍력을 회전력으로 변환시키는 블레이드(110)가 반경방향으로 이동이 가능하게 형성될 수 있다. 또한, 본 실시예의 날개부(100)에서는 유체의 압력을 이용하여 블레이드(110)가 정밀하게 안정적으로 이송될 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 날개부(100)를 나타낸 도면으로서, 도 2는 날개부(100)의 길이방향 단면도이고 도 3은 날개부(100)의 반경방향 단면도이다.
도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 각 날개부(100)는 허브(30)에 결합된 로드(120)와, 블레이드(110)와 결합되고 로드(120)에 슬라이딩(sliding) 가능하게 설치된 실린더(130)를 포함한다.
여기서, 블레이드(110)와 결합된 실린더(130)를 유체의 압력을 이용하여 이동시키기 위하여, 실린더(130)의 내부에는 유체가 충전되고 로드(120)가 관통되는 유체챔버(135)가 형성된다. 그리고, 유체챔버(135)의 내부영역을 분할하는 격벽(125)은 유체챔버(135)의 내부에 배치된 로드(120)와 결합되며, 격벽(125)에 의해 분할된 유체챔버(135)의 내부영역에는 유체를 공급 또는 회수하는 유체이송 경로부(140)가 연통된다.
이 때, 유체이송 경로부(140)로 이송되는 유체가 용이하게 공급되거나 회수될 수 있도록, 유체이송 경로부(140)에는 펌프 및 밸브 등을 포함하는 압력조절부가 연결될 수 있다.
이에 따라, 격벽(125)에 의해 분할된 유체챔버(135)의 내부영역에 선택적으로 유체를 공급하거나 회수함으로써, 실린더(130) 및 실린더(130)에 결합된 블레이드(110)를 이동시킬 수 있다. 특히, 본 실시예에서는 블레이드(110) 이송에 필요한 큰 힘을 용이하게 얻을 수 있도록 유압을 사용할 수 있다. 유압을 이용하면 실린더(130)의 이송속도 및 이송거리를 정밀하게 조절할 수 있는 장점도 있다.
구체적으로, 도 2에 나타난 바와 같이 본 실시예의 유체이송 경로부(140)는, 로드(120)의 내부를 통과하여 격벽(125)의 일측으로 연장되어 개구된 제1이송로(142) 및 로드(120)의 내부를 통과하여 격벽(125)의 타측으로 연장되어 개구된 제2이송로(144)를 포함할 수 있다. 즉, 격벽(125)을 기준으로 나누어진 유체챔버(135) 양측에 각각 제1이송로(142) 및 제2이송로(144)가 연통된다. 이에 따라, 제1이송로(142) 및 제2이송로(144)에 유체를 선택적으로 공급 또는 회수하여 실린더(130)를 이송시킬 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 날개부(100)의 작동을 설명하는 도면이다.
도 5에 나타난 바와 같이, 날개부(100)의 반경을 증가시킬 때에는 제1이송로(142)를 통하여 격벽(125)의 일측과 연통된 유체챔버(135)의 일측으로 유체가 공급된다. 즉, 격벽(125)으로 분할된 유체챔버(135)의 내부영역 중 격벽(125)의 일측에 위치된 공간에 유체가 공급된다. 이에 따라, 유체챔버(135)의 내부영역 중 일측에서 압력이 증가되므로 실린더(130)는 증가된 압력에 의해 일측방향 즉, 날개부(100)의 반경을 증가시키는 방향으로 이동된다. 이 때, 유체챔버(135)의 타측에 이미 충전된 유체가 있으면, 제2이송로(144)를 통하여 유체를 회수하여 실린더(130)의 이동을 더욱 용이하게 할 수 있다.
반대로, 도 6에 나타난 바와 같이, 날개부(100)의 반경을 감소시킬 때에는 제2이송로(144)를 통하여 격벽(125)의 타측과 연통된 유체챔버(135)의 타측으로 유체가 공급된다. 이 때, 유체챔버(135)의 일측에 이미 충전된 유체가 있으면, 제1이송로(142)를 통하여 유체를 회수하여 실린더(130)의 이동을 더욱 용이하게 할 수 있다.
다시 말해, 유체압력에 의해 날개부(100)의 중심에서 멀어지는 방향으로 실린더(130)가 이송되면, 실린더(130)와 결합된 블레이드(110)도 날개부(100)의 중심에서 멀어지는 방향으로 이송되어서 날개부(100)의 전체 반경이 증가되게 된다. 반대로, 유체압력에 의해 날개부(100)의 중심방향으로 실린더(130)가 이송되면, 실린더(130)와 결합된 블레이드(110)도 날개부(100)의 중심방향으로 이송되어서 날개부(100)의 전체 반경이 감소되게 된다.
한편, 본 실시예에서는 로드(120)의 내부 및 격벽(125)을 통과하여 유체챔버(135)에 유체를 공급하는 유체이송 경로부(140)를 제시하고 있으나 이에 한정되지는 않으며, 유체이송 경로부(140)는 실린더(130)를 통과하여 형성되는 등 당업자에게 가능한 다양한 형태로 실시될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 실시예의 풍력발전기는 다양한 범위의 풍속에 대응하여 날개부(100)의 반경을 조절함으로써, 허브를 일정한 범위의 속도로 회전시킬 수 있다. 즉, 다양한 범위의 풍속에서 운용이 가능하여 풍력발전기의 효율을 최대화할 수 있다.
본 실시예의 풍력발전기는 날개부(100)의 반경방향으로 이동되는 블레이드(110) 및 실린더(130)의 안정적인 지지를 위하여 지지부재(150)를 추가로 포함할 수 있다. 지지부재(150)는 허브에 결합되어 있으며, 블레이드(110)와 실린더(130) 사이에 개재되어 슬라이딩되는 블레이드(110)와 실린더(130)를 지지한다.
도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 본 실시예에서는 실린더(130)와 블레이드(110) 사이에는 중공의 축형상을 가지는 지지부재(150)가 개재되어 실린더(130) 및 블레이드(110)를 안정적으로 지지할 수 있다.
이 때, 블레이드(110)가 뒤틀림 없이 반경방향으로 이동될 수 있도록, 지지부재(150)에는 블레이드(110) 및 실린더(130) 중 적어도 어느 하나에 대향되어 있으며 블레이드(110) 및 실린더(130)의 슬라이딩 방향으로 연장된 가이드홈(152, 153)이 형성될 수 있다.
그리고, 가이드홈(152, 153)에 대향된 블레이드(110) 및 실린더(130)에는 가이드홈(152, 153)에 삽입되는 가이드돌기(112, 132)가 형성될 수 있다.
도 3에 나타난 바와 같이, 본 실시예에서는 중공의 축형상을 가지는 지지부재(150)의 내경과 외경 모두에 가이드홈(152, 153)이 형성되고, 블레이드(110)의 내경과 실린더(130)의 외경에는 가이드홈(152, 153)에 삽입되는 가이드돌기(112, 132)가 각각 형성되어 있다.
한편, 본 실시예의 풍력발전기는 이동된 블레이드(110) 및 실린더(130)를 고정시키는 고정장치(160)를 추가로 포함할 수 있다. 고정장치(160)는 블레이드(110) 및 실린더(130) 중 적어도 어느 하나와 지지부재(150)를 고정시킨다. 구체적으로, 본 실시예의 고정장치(160)는 지지부재(150)에 탄성지지되는 가압부재(166)를 이용하여 블레이드(110) 또는 실린더(130)를 고정시키고, 유체의 압력을 이용하여 가압부재(166)를 해제시킬 수 있는 구조를 가진다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 고정장치를 나타낸 단면도이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 고정장치(160)는, 지지부재(150)의 내부에 형성된 피스톤 챔버(155) 내에 왕복운동 가능하게 삽입되며 일단부가 피스톤 챔버(155)의 일측에 탄성지지된 가압피스톤(162) 및 가압피스톤(162)의 타단부에서 연장되어 있으며 블레이드(110)에 대향되게 배치된 가압부재(166)를 포함한다. 이에 따라, 본 실시예의 고정장치(160)는 날개부(100)의 반경조절 후에 가압부재(166)가 블레이드(110)를 가압하여 고정시킬 수 있다. 이 때, 가압부재(166)에 고정된 블레이드(110)가 미끄러지는 것을 방지하기 위하여, 가압부재(166)에는 블레이드(110)에 대향된 치형돌기(167)가 형성되며 블레이드(110)에는 치형돌기(167)에 상응하는 치형홈(114)이 형성될 수 있다.
또한, 본 실시예의 고정장치(160)는 피스톤 챔버(155)의 타측에 연결되어 유체를 공급하는 유체공급부(168)를 포함하여, 가압피스톤(162)의 타단부를 가압하는 압력을 형성할 수 있다. 이에 따라, 날개부(100)의 반경조절이 필요할 때 가압피스톤(162)의 타단부를 가압하여 가압피스톤(162)을 지지부재(150) 측으로 후퇴시킴으로써, 블레이드(110)의 고정을 해제시킬 수 있다. 이 때, 유체공급부(168)는 도 2에 나타난 바와 같이 상술한 압력조절부에 연결되어 유체를 공급받을 수 있다.
한편, 본 실시예의 고정장치(160)는 실린더(130)를 고정할 수 있도록 실린더(130)에 대향되게 설치될 수 있다. 이 때, 가압부재(166)는 실린더(130)에 대향되게 배치되며, 가압피스톤(162)은 실린더(130)를 가압할 수 있도록 탄성지지된다.
또한, 본 실시예에서는 탄성력 및 유체의 압력을 이용한 고정장치(160)를 제시하고 있으나 이에 한정되지는 않으며, 고정장치(160)는 공지의 다양한 형태로 실시될 수 있다.
지금까지 유체의 압력을 이용하여 날개부(100)의 반경 길이가 조절되는 풍력발전기의 일 실시예를 설명하였다. 그러나, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되지 아니한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 나셀(20)에는 제어부(미도시)가 더 포함될 수 있다. 제어부(미도시)는 허브(30)의 회전, 증속기(미도시) 또는 제너레이터(미도시) 중 하나 이상을 모니터링하고, 모니터링결과에 따라 제어신호를 전송하여 날개부(40)의 길이를 조절할 수 있음은 본 발명의 기술적 사상에 비추어 당업자에게 자명하다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10: 타워 20: 나셀
30: 허브 50: 유압조절부
100: 날개부 110: 블레이드
112, 132: 가이드돌기 120: 로드
125: 격벽 130: 실린더
135: 유체챔버 140: 유체이송 경로부
142: 제1이송로 144: 제2이송로
150: 지지부재 152, 153: 가이드홈
160: 고정장치 162: 가압피스톤
166: 가압부재 168: 유체공급부

Claims (7)

  1. 타워(tower);
    상기 타워에 설치되어 있으며, 회전력을 전기에너지로 변화하는 나셀(nacelle);
    상기 나셀에 회전력을 전달하도록, 상기 나셀에 회전가능하게 결합된 허브; 및
    상기 허브에 방사형으로 결합되어 있으며, 풍력을 회전력으로 변환시키는 블레이드(blade)를 구비하는 날개부를 포함하되,
    상기 날개부는,
    상기 허브에 결합된 로드;
    상기 블레이드와 결합되고, 내부에서 유체의 충전에 따라 상기 로드에 슬라이딩(sliding) 가능하게 설치된 실린더;
    상기 허브에 결합되어 있으며, 상기 블레이드와 상기 실린더 사이에 개재되어 슬라이딩되는 상기 블레이드와 상기 실린더를 지지하고, 내부에는 피스톤 챔버를 포함하는 지지부재; 및
    유체의 압력을 이용하여 상기 지지부재에 탄성지지되는 것을 통해 상기 블레이드 및 상기 실린더 중 적어도 어느 하나와 상기 지지부재를 고정시키는 고정장치를 포함하고,
    상기 고정장치는,
    상기 피스톤 챔버 내에 왕복운동 가능하게 삽입되어 있으며, 일단부가 상기 피스톤 챔버의 일측에 탄성지지된 가압피스톤;
    상기 가압피스톤의 타단부에서 연장되어 있으며, 상기 블레이드 및 상기 실린더 중 적어도 어느 하나에 대향되게 배치된 가압부재; 및
    상기 가압피스톤의 타단부를 가압하는 압력이 형성되도록, 상기 피스톤 챔버의 타측에 연결되어 유체를 공급하는 유체공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실린더에는, 내부에 유체가 충전되고 상기 로드가 관통되는 유체챔버가 형성되고,
    상기 날개부는,
    상기 유체챔버의 내부에 배치된 상기 로드에 결합되어 있으며, 상기 유체챔버의 내부영역을 분할하는 격벽; 및
    상기 격벽에 의해 분할된 상기 유체챔버의 내부영역과 연통되어 있으며, 상기 유체챔버에 공급 또는 회수되는 유체가 이송되는 유체이송 경로부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유체이송 경로부로 유체를 공급하거나 회수하는 압력조절부를 더 포함하는 풍력발전기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 유체이송 경로부는,
    상기 로드의 내부를 통과하며, 상기 격벽의 일측으로 연장되어 개구된 제1이송로; 및
    상기 로드의 내부를 통과하며, 상기 격벽의 타측으로 연장되어 개구된 제2이송로를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
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KR200399618Y1 (ko) * 2005-07-22 2005-10-27 박행봉 풍력발전기의 날개길이 자동 조절장치

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