KR101295136B1 - 풍력발전기의 블레이드 피치 자동조절장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고풍속은 물론 저풍속의 바람에서도 전력생산이 가능하며 장기간의 사용에도 파손의 염려가 적고 설치와 해체가 용이한 풍력발전기의 블레이드 피치 자동조절장치에 대한 것으로서, 소정 높이를 갖는 타워와, 상기 타워의 상부에 설치되며 발전기를 구비하는 동체와, 복수개의 블레이드가 설치되며 상기 발전기의 중심축에 연결되는 회전체를 구비하는 풍력발전기에 설치되는 블레이드 자동 피치조절장치에 있어서, 상기 블레이드의 중심샤프트에 연결되는 연결플레이트와, 상기 블레이드의 중심샤프트가 삽입되어 회전가능하게 지지되며 상기 회전체에 고정되는 복수의 블레이드 지지부재와, 상기 발전기의 중심축이 삽입되고 상기 연결플레이트를 가압하며 자석이 설치되는 제 1 피치조절부재와, 상기 발전기의 중심축이 삽입되고 상기 제 1 피치조절부재와 같은 극의 자석이 설치되며 상기 제 1 피치조절부재의 상부에 설치되는 제 2 피치조절부재를 구비하며, 블레이드 지지부재는 상기 회전체의 중심축을 중심으로 한 삼각형의 세 변을 따라 배치되고, 제 1 피치조절부재는 및 제 2 피치조절부재는 상기 자석을 수용하는 삽입홈이 형성된 제 1 홀더 및 제 2 홀더를 각각 구비한다. 이로써, 고풍속은 물론 저풍속의 바람에서도 전력생산이 가능하며, 장기간의 사용에도 파손의 염려가 적고, 미풍시에도 신속하게 기동이 가능하다.
Description
본 발명은 풍력발전기의 블레이드 피치 자동조절장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고풍속은 물론 저풍속의 바람에서도 전력생산이 가능하며 장기간의 사용에도 파손의 염려가 적고 설치와 해체가 용이한 풍력발전기의 블레이드 피치 자동조절장치에 대한 것이다.
일반적으로 풍력 발전이란 공기의 흐름을 갖는 운동에너지를 공기 역학적 특성을 이용하여 기계적 회전에너지로 변환하고 이 에너지를 전기에너지로 변환하는 장치이다.
공기의 특성을 보면 낮은 풍속에서 고풍속까지 풍속의 범위가 매우 넓고, 이 넓은 범위의 바람을 최대한 안정되게 전기에너지로 변환을 하기 위해서는 보다 효율적인 브레이드 제어장치가 필요하게 된다.
풍력 발전기는 소정의 높이를 갖는 타워와, 회전가능한 동체와, 동체내에 전기에너지 전달장치를 적어도 하나 또는 복수개를 갖는 발전기와, 적어도 하나 또는 복수개의 블레이드를 구비하며, 블레이드를 등각격으로 배치하고 바람이 블레이드에 도착하면 블레이드 앞면에서 동압이 발생하고 블레이드를 통과하면 정압이 발생하여 블레이드는 회전을 하게 된다.
이러한 풍력발전기로는 발전기의 용량이나 규모에 따라, 대형 풍력발전기와 소형 풍력발전기로 구분할 수 있으며, 대형 풍력발전기의 경우에는 블레이드 제어방식이 주로 가변 피치방식이나 익단제어방식을 사용하며, 소형 풍력발전기의 경우에는 브레이드 고속 회전시 양력 항력이 일치 하도록 하여 실속상태로 발전, 또는 고풍속시 전자브레이크를 사용해서 브레이드를 정지시키는 제어방식을 사용하고 있다.
종래의 가변피치 제어방식은 블레이드 전체 피치를 제어하여 로우터의 효율을 최대 상태로 운전할 수 있지만, 허브의 구조가 복잡하게 되고 충분한 출력을 대비한 액추레이터 시스템을 사용하므로 고장이 자주 발생하고 소형 풍력발전에 적용시 코스트가 높아져 경제성이 떨어져 상용화가 어려운 단점이 있었다.
또한, 익단제어 방식은 블레이드 선단부만 피치제어하는 방식으로, 허브와 블레이드 취부는 그 구조가 간단하지만, 액추에이터나 익단 베어링을 사용하고 엑추에이터를 부가해야하기 때문에 비용이 많이 들 뿐만 아니라, 블레이드 내부에 액추에이터를 취부하는 공간이 필요하게 되고 특히 고회전의 가느다란 블레이드는 제어가 어렵고, 블레이드 균형을 맞추기 어려워, 소형 풍력 발전기에는 적용하는데 문제가 있었다.
또한, 실속(失速)제어방식은 가장 간단하고 값이 싼 제어시스템으로서, 단순한 허브나 일체형 브레이드를 이용할 수 있고 파워엑추에이터를 사용하기 위한 보조기계도 필요 없어서, 500kw 이하 소형풍력 발전기에 많이 적용하지만 로우터 회전수를 독립으로 제어할 수 없고 과회전을 방지할 수 없으므로 공력브레이크 장치를 필요로 하며, 실속제어를 하려면 블레이드 중간부부터 선단까지 바람을 받는 면적이 작아지는 특징을 가지며, 이는 곧 시동풍속이 매우 높아지므로 저풍속(풍속 4 m/s 이하)에서 블레이드가 바람을 받는 면적이 적어지므로 기동이 되지 않아 고풍속에 적합한 방식이다.
이러한 블레이드의 피치조절장치로서, 한국특허 제 737407호에 개시된 바와 같은 블레이드 피치조절장치가 있다. 상기 종래의 피치조절장치는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 풍속에 의해 자동으로 블레이드의 피치를 조절하여 필요한 회전력에 의해 지속적인 발전이 가능하고, 일정치 이상의 풍속에 의해 블레이드 피치가 자동조절되어 블레이드의 회전을 차단하여 발전기에 과부하가 발생되는 것을 방지하도록 구성되어 있다. 그러나, 상기 종래의 피치조절장치는 저풍속의 소형풍력발전기에는 적합하지 않다고 하는 문제점이 있었다.
풍력발전기는 시동풍속에서 발전을 개시하고 정격풍속에 도달하기까지는 풍속의 3제곱에 비례하여 출력을 증가하고, 정격출력에 도달한 후 블레이드 제어 시스템이 작동을 한다. 풍속은 1m/s에서 수십 m/s의 범위를 가지므로 제어범위가 매우 넓고, 이러한 넓은 범위를 제어하기에는 많은 비용이 든다.
우리나라의 경우 풍속의 특성을 보면 일부 해안을 제외하고는 대부분 풍속이 4m/s이하 이고 순간풍속은 25 m/s 이상이므로, 소형 풍력발전기 설치시 블레이드가 회전이 되지 않는다.
통상 풍력에너지의 출력 계수는 베츠의 법칙에 의해 최대 에너지 변환은 이론적으로 0.593의 출력계수를 갖는 것으로 알려져 있다. 그러나 바람의 풍속 범위가 매우 넓고 시스템구성에서 효율은 대형 발전기에서 최대 40%~50%, 소형은 20%~25%의 시스템 효율을 가지며, 이는 소형으로 갈수록 시스템효율이 급격히 저하된다.
특히 소형 풍력발전기의 경우 타워를 높이 세우지 않기 때문에 지형의 영향등에 의해 풍속의 변화가 심하며 로우터부에 자동가변 피치 장치를 장착하여야 하나 크기 원가상승 낮은 기술수준으로 보다 효율적인 시스템 구성이 이루어 지지 않고 강풍시 전자브레이크 장치를 장착하여 정지시키는 시스템이 주류를 이루고 있다.
이로 인해 저풍속에서의 무효에너지를 갖고 고풍속에서 무효에너지를 가지므로 효율이 매우 제한적이다. 그리고 풍력발전기는 블레이드 면적에 비례하고 풍속의 3제곱에 비례하므로 풍력발전기는 대형이 유리한 측면이 있으나, 설치 지역의 한계, 소음, 전기 소비자와의 거리 등에 의해 규모나 크기면에서 일정한 한계를 가질 수 밖에 없고, 소형풍력 발전기는 대형 풍력 발전기의 단점을 어느 정도 보완이 가능하나 상술한 바와 같이 효율이 매우 적어 비경제적이다.
따라서, 소형풍력 발전기의 효율을 높이고 소음을 적게 하기 위해서는 저풍속과 고풍속에서의 발전이 가능한 소형풍력 발전기용 브레이드 자동피치제어 시스템 개발이 시급한 상황이다.
한국공개특허 제10-2010-0035206호에는 강풍,중풍,미풍을 전력으로 변환하는 풍력발전기용 자동 피치조절장치에 대한 것이 개시되어 있다. 상기 종래의 자동 피치조절장치는, 브레이드에 바람이 가해지면 풍압에 의해 랙로드와 쇽업소버 블레이드 내부에 스프링을 사용하여 블레이드가 자동으로 조절되는 구조를 가지고 있다.
그러나, 상기 종래의 자동피치조절장치에 있어서는 블레이드 내에 스프링을 넣어 제작하므로 현실성이 떨어지고 구조가 복잡해지며 코스트가 높아질 뿐만 아니라, 피치조절을 위하여 스프링을 사용하는데 스프링은 온도,사용기간에 따라 강도변화가 있으므로 장기간 사용시 문제가 되며, 블레이드 고정부(허브)에 랙로드나 쇽업소버를 적용하므로 로우터 허브가 커져 소형풍력발전기에 적용하기 위해서는 넓은 허브가 필요하고 무게가 무거워지며, 블레이드 제어가 개별적으로 이루어지므로 고속회전시 불완전한 회전(회전중심점이 틀어짐)으로 블레이드 파손이 발생할 염려가 있고 기어와 쇽업소버를 사용하므로 일정기간 후에 급유를 해야하는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명의 목적은 풍력발전기에 작용하는 바람의 세기에 따라 블레이드의 익형에 유입되는 유입각과 블레이드의 시위길이의 설정각과 영각을 자동으로 조절할 수 있도록 구성하여 고풍속은 물론 저풍속의 바람에서도 전력생산이 가능한 블레이드 자동 피치조절장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 장기간의 사용에도 파손의 염려가 적고 설치와 해체가 용이한 풍력발전기의 블레이드 피치 자동조절장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 풍력발전기의 블레이드 피치 자동조절장치는, 소정 높이를 갖는 타워와, 상기 타워의 상부에 설치되며 발전기를 구비하는 동체와, 복수개의 블레이드가 설치되며 상기 발전기의 중심축에 연결되는 회전체를 구비하는 풍력발전기에 설치되는 블레이드 자동 피치조절장치에 있어서, 상기 블레이드의 중심샤프트에 연결되는 연결플레이트와, 상기 블레이드의 중심샤프트가 삽입되어 회전가능하게 지지되며 상기 회전체에 고정되는 복수의 블레이드 지지부재와, 상기 발전기의 중심축이 삽입되고 상기 연결플레이트를 가압하는 제 1 피치조절부재와, 상기 발전기의 중심축이 삽입되고 상기 제 1 피치조절부재의 상부에 설치되어 상기 제 1 피치조절부재를 가압하는 제 2 피치조절부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 블레이드 지지부재는 상기 회전체의 중심축을 중심으로 한 삼각형의 세 변을 따라 배치되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제 1 피치조절부재는 내부에 제 1 자석을 포함하고, 상기 제 2 피치조절부재는 내부에 상기 제 1 자석과 같은 극성의 제 2 자석을 포함하며, 상기 제 1 피치조절부재는 및 상기 제 2 피치조절부재는 상기 자석을 수용하는 삽입홈이 형성된 제 1 홀더 및 제 2 홀더를 각각 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제 1 피치조절부재 및 상기 제 2 피치조절부재의 외주면을 덮는 커버를 더욱 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 연결플레이트는 상기 블레이드 중심샤프트에 대하여 경사져 형성되는 경사부를 더욱 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 연결플레이트와 상기 회전체의 바닥판과의 사이에는 진동흡수부재를 더욱 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제 1 피치조절부재 및 상기 제 2 피치조절부재에 설치되는 자석은 같은 극성을 가지는 네오디움 자석으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 구성을 가지는 본 발명의 블레이드 자동 피치조절장치에 의하면, 고풍속시에 블레이드에 추력이 발생하면 블레이드의 비틀림에 의하여 상기 연결플레이트가 상기 제 1 피치조절부재를 상측으로 이동시키고, 정격풍속 이하가 되면 상측의 제 2 피치조절부재와 제 1 피치조절부재에 설치된 자석의 반발력에 의하여 상기 연결플레이트를 가압하여 블레이드의 피치를 원상태로 회복시켜서 저풍속에서도 원활하게 회전이 이루어지도록 구성될 수 있다.
이로써, 풍력발전기에 작용하는 바람의 세기에 따라 블레이드의 익형에 유입되는 유입각과 블레이드의 시위길이의 설정각과 영각을 자동으로 조절할 수 있도록 구성하여 고풍속은 물론 저풍속의 바람에서도 전력생산이 가능하다.
또한, 제 1 피치조절부재와 제 2 피치조절부재를 스프링 등의 탄성부재를 사용하지 않고 자석을 설치하여 피치를 조절하기 때문에, 장기간의 사용에도 파손의 염려가 적다.
또한, 상기 제 1 피치조절부재, 제 2 피치조절부재 및 상기 블레이드 지지부재를 볼트나 너트 등을 이용하여 간단하게 체결할 수 있으므로, 설치와 해체가 용이한 풍력발전기의 블레이드 피치 자동조절장치를 제공할 수 있다.
또한, 복수의 블레이드를 발전기의 중심축에 연결되는 점중심의 회전이 아니라 발전기의 중심축을 중심으로 한 삼각형의 면중심의 회전면을 구성하기 때문에 블레이드 지지부재의 베어링 등의 손상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 회전의 중심축을 기준으로 하여 30° 기울어진 배치구조를 가지므로 미풍시에도 신속하게 기동이 가능하다.
도 1 및 도 2는 종래기술의 블레이드 피치조절장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 블레이드 자동피치조절장치를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 블레이드 자동피치조절장치를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 블레이드 지지부재 및 블레이드의 삼각형 배치를 나타내는 개념도이다.
도 6a 및 도 6b는 약풍과 강풍에서의 본 발명의 자동피치조절장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 블레이드 및 연결플레이트를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 블레이드 자동피치조절장치를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 블레이드 자동피치조절장치를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 블레이드 지지부재 및 블레이드의 삼각형 배치를 나타내는 개념도이다.
도 6a 및 도 6b는 약풍과 강풍에서의 본 발명의 자동피치조절장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 블레이드 및 연결플레이트를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 풍력발전기의 블레이드 피치자동조절장치에 대하여 실시예로써 상세하게 설명한다.
본 발명에 의한 블레이드 피치 자동조절장치가 설치되는 풍력발전기는, 본 실시예에 있어서는 소형의 풍력발전기에 적용되는 것을 예로 하며, 풍력발전기 자체의 구조는 도 2에 나타낸 종래기술과 마찬가지로, 소정 높이를 갖는 타워와, 상기 타워의 상부에 설치되며 발전기를 구비하는 동체와, 복수개의 블레이드가 설치되며 상기 발전기의 중심축에 연결되는 회전체를 구비하며, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 3 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 풍력발전기의 블레이드 피치 자동조절장치(1)는, 연결플레이트(12)와, 블레이드 지지부재(20)와, 제 1 피치조절부재(31)와, 제2피치조절부재(32)를 포함하여 구성된다.
상기 연결플레이트(12)는 본 발명의 풍력발전기의 회전체(3)에 설치되는 블레이드(10)의 중심샤프트(11)에 연결되어 일체로 형성된다. 상기 연결플레이트(12)는 상기 블레이드(10) 및 상기 중심샤프트(11)와 동일 평면상에 설치될 수도 있으나, 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 중심샤프트(11)로부터 하향으로 경사져 형성되는 경사부(12a)를 매개로 하여 상기 블레이드의 중심샤프트에 연결되도록 구성되는 것이 바람직하다. 이로써, 상기 풍력발전기에 바람이 작용하면, 상기 블레이드의 날개 비틀림에 의해 상기 연결플레이트가 후술하는 제 1 피치조절부재를 상측으로 가압하기 용이하도록 구성된다.
상기 블레이드의 중심샤프트(11)는 블레이드 지지부재(20)에 의해 상기 회전체의 바닥판에 안정되게 고정된다. 상기 블레이드 지지부재(20)는, 상기 회전체의 바닥판에 브라켓 등에 의해 고정 설치되며 상기 블레이드 지지부재(20)의 내측면에는 베어링이 마련되어, 바람의 작용에 의해 상기 블레이드가 비틀릴 때에 상기 블레이드 지지부재(20)에 삽입되는 상기 중심샤프트가 상기 블레이드 지지부재 내에서 회전가능하게 지지된다.
여기서, 도 3 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 블레이드 중심샤프트는 한 쌍의 블레이드 지지부재에 의해 지지되며, 상기 블레이드 지지부재에 삽입된 복수의 블레이드 중심샤프트는 발전기의 발전축을 중심으로 한 삼각형 형상을 이루도록 배치된다. 즉, 상기 블레이드 지지부재는 상기 회전체의 중심축을 중심으로 한 삼각형의 세 변을 따라 배치된다.
이로써, 복수의 블레이드를 발전기의 중심축에 연결되는 점중심의 회전이 아니라 발전기의 중심축을 중심으로 한 삼각형의 면중심의 회전면을 구성하기 때문에 미풍이 작용하더라도 회전동력을 크게 할 수 있을 뿐만 아니라, 블레이드 지지부재의 베어링 등의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 회전의 중심축을 기준으로 하여 30° 기울어진 배치구조를 가지므로, 블레이드의 회전 진행방향측을 향한 전진배치구조가 이루어지므로 미풍시에도 신속하게 기동이 가능하다.
한편, 상기 연결플레이트의 상부에는 블레이드의 피치조절을 위한 복수의 피치조절부재(30)가 마련된다. 본 실시예에 있어서, 상기 피치조절부재는 상기 연결플레이트를 가압하는 제 1 피치조절부재(31)와, 상기 제 1 피치조절부재(31)의 상부에 설치되어 상기 제 1 피치조절부재를 가압하는 제 2 피치조절부재(32)를 포함한다.
상기 제 1 피치조절부재(31)는 제 1 자석(31a)과, 제 1 홀더(31b)를 구비한다. 상기 제 1 자석(31a)은 중앙에 통공이 마련된 대략 원형의 평판 형상으로 형성되어 있다. 상기 제 1 홀더(31b)는 상기 제 1 자석의 자성에 영향을 미치지 않도록 비자성체로 구성되며, 중앙에는 발전기의 발전축이 삽입될 수 있도록 통공이 마련되어 있으며, 상부면에는 오목하게 절개되어 형성된 삽입홈이 마련되어, 상기 삽입홈에 상기 제 1 자석(31a)을 강제삽입하여 수용되도록 구성된다.
또한, 상기 제 1 홀더(31b)와 상기 발전축과의 사이에는 오일레스 베어링(33)을 설치하여, 회전하는 상기 발전축을 중심으로하여 상기 제 1 피치조절부재가 상기 연결플레이트 또는 상기 제 2 피치조절부재에 의해 가압되어 상하로 이동할 수 있도록 구성된다. 여기서, 상기 오일레스 베어링을 마련함으로써 종래의 피치조절장치에서와 같이 급유를 필요로 하지 않는다.
상기 제 1 피치조절부재(31)의 상부에는 일정간격 이격되어 제 2 피치조절부재(32)가 설치된다. 상기 제 2 피치조절부재(32)는 제 2 자석(32a)과, 제 2 홀더(32b)를 구비한다. 상기 제 2 자석(32a)은 중앙에 통공이 마련된 대략 원형의 평판 형상으로 형성되어 있다. 상기 제 2 홀더(32b)는 상기 제 2 자석의 자성에 영향을 미치지 않도록 비자성체로 구성되며, 중앙에는 발전기의 발전축이 삽입될 수 있도록 통공이 마련되어 있으며, 하부면에는 오목하게 절개되어 형성된 삽입홈이 마련되어, 상기 삽입홈에 상기 제 2 자석(32a)을 강제삽입하여 수용되도록 구성된다.
상기 제 2 홀더의 내측면 일측에는 키(key; 34)를 설치하여, 상기 제 2 피치조절부재와 상기 발전축(2)을 서로 연결하도록 구성되며, 상기 발전축과 상기 회전체의 바닥면 사이에도 키(2a)를 설치하여 회전체와 발전축이 서로 연결되어 같이 회전되도록 구성된다.
또한, 상기 제 1 홀더 및 상기 제 2 홀더의 상기 삽입홈은 상기 제 1 및 제 2 자석의 두께보다 약간 큰 깊이를 갖도록 구성되어, 갑작스러운 강풍의 작용이나 자석의 반발력에 의해 상기 제 1 피치조절부재와 상기 제 2 피치조절부재가 서로 맞닿게 되더라도 상기 제 1 홀더 및 상기 제 2 홀더에 의해 보호되어 자석끼리의 충돌에 의해 서로 파손되지 않도록 구성된다.
또한, 상기 제 1 자석과 상기 제 2 자석은, 예를 들면 N극과 N극, 또는 S극과 S극 등 같은 극의 자석이 설치되어, 상기 제 1 자석과 상기 제 2 자석 사이에 자석의 반발력에 의해 상기 제 1 피치조절부재가 상하로 이동될 수 있도록 구성된다. 또한, 본 실시예에 있어서는, 상기 제 1 자석 및 제 2 자석은 같은 극의 극성을 가지는 네오디옴 자석을 이용하는 것을 예로 하였으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다.
한편, 상기 제 1 피치조절부재 및 상기 제 2 피치조절부재의 외주면을 덮는 커버(35)를 더욱 마련할 수 있다. 상기 커버(35)는 사이 제 1 피치조절부재의 외주면 끝단면에 일정 높이로 세워 설치되며, 상기 제 1 피치조절부재의 상하 이동시에 상기 제 2 피치조절부재가 외부로 노출되어 상기 제 1 피치조절부재와 상기 제 2 피치조절부재 사이에 이물질이 끼어들어가 피치조절부재의 오작동이 발생하는 것을 방지하도록 구성된다.
또한, 상기 연결플레이트와 상기 회전체의 바닥판(3a)와의 사이에는 고무재질의 진동흡수부재(37)를 마련하여, 상기 제 1 피치조절부재의 상하 이동에 따라 상기 연결플레이트가 가압될 때에 상기 연결플레이트와 상기 바닥판과의 마찰에 의해 연결플레이트가 손상되는 것을 방지하도록 구성된다.
상기 제 2 피치조절부재의 상부에는 육각고정볼트(36)이 와셔 등을 매개로 하여 설치된다. 상기 육각고정볼트의 체결높이를 조정함으로써, 상기 제 2 피치조절부재와 상기 제 1 피치조절부재 사이의 거리를 조정할 수 있고 이로서, 동일한 자석을 구성하더라도 자석의 반발력을 상기 풍력발전기가 설치되는 지역에 따라 적절하게 미리 조정할 수 있다.
이하, 상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 블레이드 피치 자동조절장치의 작동에 대하여 설명한다.
풍력발전기의 블레이드의 회전은 블레이드 앞면의 풍압력과 블레이드 내부의 풍압력 및 블레이드 뒷면의 풍압력의 차이에 의해 회전하게 된다. 블레이드 에어포일 앞 부분에 바람이 도착하면 블레이드는 풍압차에 의해 회전을 한다.
이 때, 정격풍속 이상의 바람이 불면 블레이드 선단 부분에 근접한 지점(예를 들면 블레이드 시위길이의 50% 지점)에 강한 풍압이 발생하고, 이로 인해 블레이드(10)는 풍압에 의해 뒤틀리는 현상이 발생한다.
상기 블레이드(10)의 뒤틀림에 의해, 상기 블레이드의 중심샤프트(11)는 상기 블레이드 지지부재에 의해 지지되면서 회전되고, 이에 따라 중심샤프트에 연결된 연결플레이트는 상기 블레이드 지지부재에 의해 지지되면서 상측으로 회전된다.
상기 연결플레이트의 상측방향의 회전에 의해, 상기 연결플레이트는 상기 제 1 피치조절부재를 위로 밀어올린다. 이 때 블레이드 시위길이 설정각과 영각이 변하여 블레이드의 회전면적을 급격히 줄여 회전속도를 줄이게 된다.
회전속도가 줄어서, 제 1 피치조절부재를 상측으로 미는 힘이 약해지면, 하부측의 제 1 피치조절부재가 발전축을 따라 상측으로 이동을 한 제 1 피치조절부재의 제 1 자석과 같은 극성을 가진 제 2 피치조절부재의 제 2 자석 사이의 반발력에 의해 일정한 힘으로 하부측으로 미는 힘이 발생하고, 자석의 반발력과 바람의 세기에 의한 블레이드 뒤틀림에 의한 상측방향의 미는 힘이 평형을 이룬 상태에서 블레이드는 뒤틀림이 정지된다.
그런 다음, 강풍이 약풍이나 중풍으로 바뀌면, 제 2 피치조절부재의 제 2 자석의 반발력에 밀려, 제 1 피치조절부재는 하부측으로 이동을 하게 되고, 이에 따라 상기 연결플레이트도 하부측으로 밀리게 되며, 이에 따라 블레이드는 시위길이 설정각과 영각이 원상태로 복귀하여 지속적으로 발전을 하게 된다.
본 실시예는 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타낸 것에 불과하며, 본 발명의 명세서에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형에와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것은 자명하다.
1 : 블레이드 피치 자동조절장치
10 : 블레이드 11 : 블레이드 중심샤프트
12 : 연결플레이트
20 : 블레이드 지지부재
31 : 제 1 피치조절부재
31a : 제 1 자석 31b : 제 1 홀더
32 : 제 2 피치조절부재
32a : 제 2 자석 32b : 제 2 홀더
33 : 오일레스 베어링
35 : 커버
37 : 진동방지부재
10 : 블레이드 11 : 블레이드 중심샤프트
12 : 연결플레이트
20 : 블레이드 지지부재
31 : 제 1 피치조절부재
31a : 제 1 자석 31b : 제 1 홀더
32 : 제 2 피치조절부재
32a : 제 2 자석 32b : 제 2 홀더
33 : 오일레스 베어링
35 : 커버
37 : 진동방지부재
Claims (7)
- 소정 높이를 갖는 타워와, 상기 타워의 상부에 설치되며 발전기를 구비하는 동체와, 복수개의 블레이드가 설치되며 상기 발전기의 중심축에 연결되는 회전체를 구비하는 풍력발전기에 설치되는 블레이드 자동 피치조절장치에 있어서,
상기 블레이드의 중심샤프트에 연결되는 연결플레이트와,
상기 블레이드의 중심샤프트가 삽입되어 회전가능하게 지지되며 상기 회전체에 고정되는 복수의 블레이드 지지부재와,
상기 발전기의 중심축이 삽입되고 상기 연결플레이트를 가압하는 제 1 피치조절부재와,
상기 발전기의 중심축이 삽입되고 상기 제 1 피치조절부재의 상부에 설치되어 상기 제 1 피치조절부재를 가압하는 제 2 피치조절부재를 구비하며,
상기 제 1 피치조절부재는 내부에 제 1 자석을 포함하고, 상기 제 2 피치조절부재는 내부에 상기 제 1 자석과 같은 극성의 제 2 자석을 포함하며,
상기 제 1 피치조절부재는 및 상기 제 2 피치조절부재는 상기 제 1 자석 및 제 2자석을 각각 수용하는 삽입홈이 각각 형성된 제 1 홀더 및 제 2 홀더를 각각 구비하며, 상기 삽입홈의 깊이는 상기 제 1 자석 및 제 2 자석의 두께보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 블레이드 피치 자동조절장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 블레이드 지지부재는 상기 회전체의 중심축을 중심으로 한 삼각형의 세 변을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 블레이드 피치 자동조절장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 피치조절부재 및 상기 제 2 피치조절부재의 외주면을 덮는 커버를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 블레이드 피치 자동조절장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 연결플레이트는 상기 블레이드 중심샤프트에 대하여 경사져 형성되는 경사부를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 블레이드 피치 자동조절장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 연결플레이트와 상기 회전체의 바닥판과의 사이에는 고무재질의 진동흡수부재를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 블레이드 피치 자동조절장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 자석 및 제 2 자석은 같은 극성을 가지는 네오디움 자석으로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 블레이드 피치 자동조절장치.
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| KR1020110124060A KR101295136B1 (ko) | 2011-11-25 | 2011-11-25 | 풍력발전기의 블레이드 피치 자동조절장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020110124060A KR101295136B1 (ko) | 2011-11-25 | 2011-11-25 | 풍력발전기의 블레이드 피치 자동조절장치 |
Publications (2)
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|---|---|
| KR20130058188A KR20130058188A (ko) | 2013-06-04 |
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Citations (4)
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| JPS60240881A (ja) * | 1984-05-15 | 1985-11-29 | Yamaha Motor Co Ltd | 誘導発電装置 |
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-
2011
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Patent Citations (4)
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