KR101369198B1 - 소형 풍력 발전장치의 블레이드 피치 제어장치 - Google Patents

소형 풍력 발전장치의 블레이드 피치 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소형 풍력 발전장치의 블레이드 피치 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍속, 블레이드 회전수, 발전기 인입 전압을 이용하여 블레이드 피치가 자동 제어되게 함으로써, 필요한 블레이드 회전력을 계속적으로 유지하여 지속적인 발전이 이루어질 수 있도록 한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 블레이드의 회전수를 실시간으로 체크하고 있다가 과풍속에 의해 블레이드 회전수가 기준회전수를 초과할 경우 이를 감지하는 피치제어 컨버터와; 상기 피치제어 컨버터로 부터 전달되는 신호에 따라 정,역 회전하는 피치구동 모터부와; 상기 피치구동 모터부와 와이어를 통해 연결되고 피치구동 모터부의 정역 회전에 따라 각도 변환되는 인양대와; 일단은 상기 인양대와 연결되고 타단은 피스톤 내부에 수평 방향으로 연결된 상태에서 인양대의 각도 변환에 따라 전후 이동하는 전,후이동부와; 상기 피스톤 외부에 연결되고 전,후이동부가 전진 또는 후진할 때 각이 변환되면서 블레이드의 피치각을 변환 완료시키는 피치각 조절부와; 상기 피치각 조절부에 의해 각이 조절된 블레이드가 회전하고, 회전할 때 발생된 전기에너지를 사용 전류로 변환시키는 인버터와; 상기 블레이드가 회전할 때 동일한 방향과 회전수로 회전하면서 전기를 발생시키는 발전기를 구성하는 데 그 특징이 있다.

Description

소형 풍력 발전장치의 블레이드 피치 제어장치{Power generation device using force of wind}
본 발명은 소형 풍력 발전장치의 블레이드 피치 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍속, 블레이드 회전수, 발전기 인입 전압을 이용하여 블레이드 피치가 자동 제어되게 함으로써, 필요한 블레이드 회전력을 계속적으로 유지하여 지속적인 발전이 이루어질 수 있도록 한 소형 풍력 발전장치의 블레이드 피치 제어장치에 관한 것이다.
풍력발전은 바람이 갖는 운동에너지를 터빈에 의해 기계적 에너지환시키고, 다시 이를 전기에너지로 변환시키는 것으로 보통 풍속의 세제곱과 터빈의 면적에 비례하는 에너지량으로 변환되게 된다. 풍력발전기는 회전축의 방향에 따라 수평축형과 수직축형으로 구분되는데, 현재는 주로 수평축형 또는 프로펠러형 풍력발전기가 주로 사용된다.
수평축 풍력발전기는 정격풍속을 초과한 과풍속의 강풍이 불 경우 과열 또는 과회전에 의한 기계적 구조에 심각한 영향을 미치게 된다. 이를 방지하기 위해 과풍속의 바람이 불 경우 회전체와 나셀을 바람방향으로부터 벗어나게 하거나 회전날개의 회전수를 감소시키는 여러 가지 형태의 과풍속제어 장치를 사용한다.
대형 풍력발전기의 경우 풍향기로부터 신호에 의해 전기적으로 회전체 및 나셀을 바람방향으로부터 벗어나도록 하거나 회전 날개의 피치를 제어하여 회전 날개의 회전력을 감소시키고 있다.
소형 풍력발전기의 경우 꼬리 날개에 의해 회전체와 나셀을 바람 방향으로부터 벗어나게 하고 있다. 다시 말해 단순히 회전날개의 샤프트 후단에 후익을 고정 설치하는 간단한 구성에 의해 회전날개의 방향이 공기역학적으로 바람방향과 직각이 되도록 하고 있다. 그러나 이러한 시스템은 회전체와 나셀이 바람방향을 회피한 다음 원위치로 복귀하는 순간마다 꼬리날개에 지속적인 진동이 가해져 시스템이 파손되거나 힌지기구가 손상될 우려가 있다.
피치제어 방식은 주로 풍향과 풍속을 감지하는 풍향/풍속 감지부로부터 제공된 감지신호에 의해 회전날개의 방향을 풍향과 비스듬히 서도록 제어하는 방식을 이용하고 있다. 하지만 이러한 방식은 주로 대형 풍력발전기에 적용되고 있으며, 비용 및 제어장치의 설치 한계성으로 인해 소형풍력발전기에서는 적용되지 못하고 있다.
한편, 풍력발전기의 출력을 제어하는 방법으로는 발전기 제어부분과 날개의 형상을 이용하여 발전기의 출력을 간접적으로 지원하는 제어부분으로 나눌 수 있다. 후자인 회전자 날개의 공기역학적 특성을 이용하여 날개 회전속도를 제한하는 방식으로 스톨(stall)제어와 피치(Pitch) 제어로 나뉘어 지는데, 본 발명은 블레이드(날개)각을 조절함으로서 블레이드에 작용하는 양력을 떨어뜨려 토크를 조절하는 방식인 피치제어 기술을 소형 풍력 발전장치에 적용함에 있다.
[특허문헌 1] 등록특허 제10-1043430호(풍력 발전기의 피치 제어 시스템) [특허문헌 2] 등록특허 제10-1110908호(풍력 발전 장치 및 풍력 발전 장치의 제어 방법)
본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 풍속, 블레이드 회전수, 발전기 인입 전압을 이용하여 블레이드 피치가 자동 제어되게 함으로써, 필요한 블레이드 회전력을 계속적으로 유지하여 지속적인 발전이 이루어질 수 있도록 한 소형 풍력 발전장치의 블레이드 피치 제어장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로 본 발명은, 블레이드의 회전수를 실시간으로 체크하고 있다가 과풍속에 의해 블레이드 회전수가 기준회전수를 초과할 경우 이를 감지하는 피치제어 컨버터와; 상기 피치제어 컨버터로 부터 전달되는 신호에 따라 정,역 회전하는 피치구동 모터부와; 상기 피치구동 모터부와 와이어를 통해 연결되고 피치구동 모터부의 정역 회전에 따라 각도 변환되는 인양대와; 일단은 상기 인양대와 연결되고 타단은 피스톤 내부에 수평 방향으로 연결된 상태에서 인양대의 각도 변환에 따라 전후 이동하는 전,후이동부와; 상기 피스톤 외부에 연결되고 전,후이동부가 전진 또는 후진할 때 각이 변환되면서 블레이드의 피치각을 변환 완료시키는 피치각 조절부와; 상기 피치각 조절부에 의해 각이 조절된 블레이드가 회전하고, 회전할 때 발생된 전기에너지를 사용 전류로 변환시키는 인버터와; 상기 블레이드가 회전할 때 동일한 방향과 회전수로 회전하면서 전기를 발생시키는 발전기를 포함하는 것과,
상기 피치제어 컨버터는 발전기가 회전하면서 발생되는 전류의 주파수를 이용하여 rpm으로 변환하고, 이를 모니터하여 블레이드의 피치각을 제어하는 것과,
상기 피치구동 모터부는 감속기를 갖는 구동모터와; 상기 감속기측에 하단이 연결되어 정역 회전하며 수직 상태로 형성되는 스크류 샤프트와; 상기 스크류 샤프트측에 결합되어 상하 이동하고 상단에 연결된 와이어를 이용하여 인양대의 각도를 변환시키는 베어링 스크류로 구성되는 것과,
상기 인양대는 피치구동 모터부 상단에 형성되는 지지판과; 하단은 상기 지지판 사이에 힌지 결합되고 상단은 고리가 형성된 상태에서 힌지를 중심으로 전후 각도 변환되면서 전후이동부를 전진 또는 후진시키는 인양축으로 구성되는 것과,
상기 와이어는 일단은 인양축의 고리에 연결되고 타단은 베어링 스크류 상단 중간에 연결된 상태에서 베어링 스크류가 상하 이동하면 인양대를 잡아당기거나 풀어주어 인양대의 각도가 변환되게 하는 것과, 상기 와이어 일부가 스크류 샤프트측과 수직을 이룰수 있도록 롤러를 거치게 연결되는 것과,
상기 전후이동부는 전후진만 하는 연결축과; 상기 연결축 전면에 일단이 베어링 결합되고 타단은 피치각 조절부와 연결되는 피스톤을 갖는 피치조정축과; 일단은 상기 연결축 후면에 힌지 결합되고 타단은 인양축 하단에 힌지 결합된 상태에서 인양축의 각도 변환에 따라 가변되면서 연결축을 전후진시키는 연결링크로 구성되는 것과,
상기 피치조정축은 연결축 전면에 베어링 결합되어 연결축이 전진하거나 후진하면 동시에 전진 또는 후진하고, 블레이드 회전시에는 베어링을 통하여 블레이드와 동일한 방향으로 회전되는 것과,
상기 피스톤은 피치조정축과 일체로 연결되어 전후이동부가 후진하면 안내관을 따라 후진하면서 제1스프링을 압축하고, 압축된 제1스프링은 스프링력을 이용하여 전후이동부를 전진시키게 하는 것과,
상기 피치각 조절부는 피스톤 외주면에 일체로 연결되고 전후이동부와 함께 전후진하는 삼발이와; 상기 삼발이 끝단에 각각 형성된 연결부에 힌지 결합되고 중간에 이동홈을 갖으며 삼발이와 함께 전후진하는 "U" 자 형상의 크랭크와; 상기 크랭크 상단에 위치하고 연결핀을 통하여 이동홈에 연결되며 크랭크가 전후진 할 때 이동홈을 따라 각도가 변환되면서 블레이드의 피치각을 변환시키는 회전체와; 상기 회전체 중간에 형성되고 각이진 각홈과; 상기 각홈에 삽입되어 블레이드와 회전체를 연결하고 블레이드축이 헛돌지 않도록 각홈과 대응한 형상을 갖는 결합돌기로 구성되는 것과,
상기 회전체는 크랭크가 후진할 때 각도가 변환되면서 이동홈에 형성된 제2스프링을 압축하고, 압축된 제2스프링은 스프링력을 이용하여 피치각 조절부를 원상 복귀시키는 것과,
상기 회전체 끝단에 각도제어핀을 형성하고, 상기 각도제어핀이 브레이크판과 접촉되면 블레이드 피치각이 한번에 90˚로 조절되어 블레이드가 정지되게 함으로써, 비정상운전에 대응하는 것과,
상기 발전기 내부에는 피치조정축 외주면에 일체로 연결되어 피치조정축과 함께 회전하면서 전류를 발생시키는 발전기축이 형성되는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 풍속, 블레이드 회전수, 발전기 인입 전압을 이용하여 블레이드 피치가 자동 제어되기 때문에 필요한 블레이드 회전력이 계속적으로 유지되고, 이에 따라 지속적인 발전이 이루어질 수 있는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 소형 풍력 발전장치는 블레이드 회전시 정격 회전수에 따라 자동적으로 피치각이 조절되기 때문에 정격 풍속이상에서도 정상적인 출력 생산이 가능한 것이다.
또한, 과풍속시 블레이드 피치각이 자동적으로 조절되면서 회전이 차단되거나 조절된다. 따라서 과풍속 등에 의해 부품이 파손되지 않기 때문에 소형 풍력 발전장치의 안전성을 보장할 수 있는 등의 효과가 있는 것이다.
도1은 본 발명에 따른 소형 풍력 발전장치의 구성도.
도2는 본 발명에 따른 소형 풍력 발전장치의 요부 사시도.
도3은 본 발명에 따른 소형 풍력 발전장치에 블레이드가 설치된 상태를 나타낸 사시도.
도4는 본 발명에 따른 소형 풍력 발전장치의 요부 확대 사시도.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 소형 풍력 발전장치에서 블레이드 피치각을 제어하기 위해서는 도1 내지 도4에서와 같이 블레이드(660)의 회전수를 실시간으로 체크하고 있다가 과풍속에 의해 블레이드(660) 회전수가 기준회전수를 초과할 경우 이를 감지하는 피치제어 컨버터(100)와; 상기 피치제어 컨버터(100)로 부터 전달되는 신호에 따라 정,역 회전하는 피치구동 모터부(300)와; 상기 피치구동 모터부(300)와 와이어(200)를 통해 연결되고 피치구동 모터부(300)의 정역 회전에 따라 각도 변환되는 인양대(400)와; 일단은 상기 인양대(400)와 연결되고 타단은 피스톤(510) 내부에 수평 방향으로 연결된 상태에서 인양대(400)의 각도 변환에 따라 전후 이동하는 전,후이동부(500)와; 상기 피스톤(510) 외부에 연결되고 전,후이동부(500)가 전진 또는 후진할 때 각이 변환되면서 블레이드(660)의 피치각을 변환 완료시키는 피치각 조절부(600)와; 상기 피치각 조절부(600)에 의해 각이 조절된 블레이드(660)가 회전하고, 회전할 때 발생된 전기에너지를 사용 전류로 변환시키는 인버터(700)와; 상기 블레이드(660)가 회전할 때 동일한 방향과 회전수로 회전하면서 전기를 발생시키는 발전기(800)가 기본적으로 구성된다.
한편, 블레이드(660), 블레이드축(640), 피치각 조절부(600), 전후이동부(500)중 피치조정축(550), 피스톤(510), 발전기축(810)은 일체로 연결되어 블레이드(660) 회전시 동일한 방향과 회전수를 갖고 회전하도록 구성되어 있다. 여기서, 피치조정축(550)은 연결축(520)에 베어링(530) 결합되어 있기 때문에 전후진 할 수 있을 뿐 아니라 회전하는 기능을 동시에 갖는다.
상기와 같은 피치제어 컨버터(100)는 발전기(800)가 회전하면서 발생되는 전류의 주파수를 이용하여 rpm으로 변환하고, 이를 모니터하여 블레이드(660)의 피치각을 제어하여 피치구동 모터부(300)를 작동시키는 역할을 수행한다.
상기 피치제어 컨버터(100)는 하드웨어적 구성과 CPU와 같은 소프트웨어적인 구성으로 구현할 수 있으며, 피치각도의 확인은 광전방식의 엔코더 등으로 구현된 감지부로부터 제공되는 감지신호에 의해 기준 피치각도, 진행각도 등을 확인할 수 있다.
예를 들어 블레이드(660)의 정격 회전수가 100rpm 일 경우, 100rpm에서는 피치제어 없이 정상적으로 작동한다. 만약 과풍속에 의해 블레이드(660) 회전수가 기준 회전수 110rpm을 초과할 경우 피치제어 컨버터(100)의 제어에 따라 피치구동 모터부(300)의 구동모터(310)에 의해 1단계 피치각으로 조절하게 된다.
이때 블레이드 회전수 신호를 피치제어 컨버터(100)에서 현재의 회전수를 실시간으로 체크하고 있다가 기준 회전수 110rpm 이상일 경우 다시 2단계 피치각으로 조절하게 된다. 만약 기준 회전수 이하일 경우 회전수가 최저 rpm(예 80rpm)이하로 감소되기 전 까지 1단계 피치각으로 계속 유지되도록 한다. 풍속이 감소되어 최저 rpm 이하로 감소되면 피치각을 원상태로 복귀하도록 한다.
풍속이 증가하여 2단계 피치각으로도 회전수가 기준 회전수 110rpm 이상으로 증가할 경우 3단계 피치각으로 조절하게 된다. 이러한 방식으로 설정된 기준치 이상으로 회전수가 증가하면 단계적으로 피치각을 조절하여 회전수를 제어하게 된다. 또한 풍속이 낮아져 회전수가 감소하면 피치각을 전 단계의 상태로 복귀하며, 복귀되면 일정 시간 회전수를 체크하여 피치각을 제어하게 된다. 이러한 단계의 피치각은 1˚나 2˚ 단위로 제어할 수 있다. 최종적으로 피치각은 바람방향에 수평인 90˚로 제어하여 바람이 블레이드에 부딪치지 않고 지나감에 따라 회전수가 완전히 제로에 가깝게 유지할 수 있다.
상기와 같은 블레이드(660) 피치각이 90˚로 제어될 경우에는 설계풍속이상으로 과풍속이거나, 연계계통에 문제가 있거나, 정전이 되거나 비상상화에서 블레이드를 정지시켜야 할 경우로써, 여러 단계를 거치지 않고 한번에 피치각을 90˚로 조절하여 블레이드의 회전을 비상 정지시키는 것이다.
피치구동 모터부(300)는 감속기(320)를 갖는 구동모터(310)와, 상기 감속기(320)측에 하단이 연결되어 정역 회전하며 수직 상태로 형성되는 스크류 샤프트(330)와, 상기 스크류 샤프트(330)측에 결합되어 상하 이동하고 상단에 연결된 와이어(200)를 이용하여 인양대(400)의 각도를 변환시키는 베어링 스크류(340)로 구성된다.
인양대(400)는 피치구동 모터부(300) 상단에 형성되는 지지판(410)과; 하단은 상기 지지판(410) 사이에 힌지(420) 결합되고 상단은 고리(450)가 형성된 상태에서 힌지(420)를 중심으로 전후 각도 변환되면서 전후이동부(500)를 전진 또는 후진시키는 인양축(430)으로 구성된다.
와이어(200)는 일단은 인양축(430)의 고리(450)에 연결되고 타단은 베어링 스크류(340) 상단 중간에 연결된 상태에서 베어링 스크류(340)가 상하 이동하면 인양대(400)를 잡아당기거나 풀어주어 인양대(400)의 각도가 변환되게 하는 것과, 상기 와이어(200) 일부가 스크류 샤프트(330)측과 수직을 이룰수 있도록 롤러(440)를 거치게 연결되도록 구성된다.
전후이동부(500)는 전후진만 하는 연결축(520)과; 상기 연결축(520 전면에 일단이 베어링(530) 결합되고 타단은 피치각 조절부(600)와 연결되는 피스톤(510)을 갖는 피치조정축(550)과; 일단은 상기 연결축(520) 후면에 힌지 결합되고 타단은 인양축(430) 하단에 힌지 결합된 상태에서 인양축(430)의 각도 변환에 따라 가변되면서 연결축(520)을 전후진시키는 연결링크(540)로 구성된다.
피치조정축(550)은 연결축(520) 전면에 베어링(530) 결합되어 연결축(520)이 전진하거나 후진하면 동시에 전진 또는 후진하고, 블레이드(660) 회전시에는 베어링(530)을 통하여 블레이드(660)와 동일한 방향으로 회전된다.
피스톤(510)은 피치조정축(550)과 일체로 연결되어 전후이동부(500)가 후진하면 안내관(570)을 따라 후진하면서 제1스프링(560)을 압축하고, 압축된 제1스프링(560)은 스프링력을 이용하여 전후이동부(500)를 전진(원상 복귀)시키는 역할을 수행한다.
피치각 조절부(600)는 피스톤(510) 외주면에 일체로 연결되고 전후이동부(500)와 함께 전후진하는 삼발이(610)와; 상기 삼발이(610) 끝단에 각각 형성된 연결부(611)에 힌지 결합되고 중간에 이동홈(621)을 갖으며 삼발이(610)와 함께 전후진하는 "U" 자 형상의 크랭크(620)와; 상기 크랭크(620) 상단에 위치하고 연결핀(632)을 통하여 이동홈(621)에 연결되며 크랭크(620)가 전후진 할 때 이동홈(621)을 따라 각도가 변환되면서 블레이드(660)의 피치각을 변환시키는 회전체(630)와; 상기 회전체(630) 중간에 형성되고 각이진 각홈(631)과; 상기 각홈(631)에 삽입되어 블레이드(660)와 회전체(630)를 연결하고 블레이드축(640)이 헛돌지 않도록 각홈(631)과 대응한 형상을 갖는 결합돌기(641)로 구성된다.
여기서, 삼발이(610) 끝단에 형성되는 3개의 연결부(611)에는 회전체(630), 크랭크(620), 블레이드(660)가 각각 설치 사용된다.
회전체(630)는 크랭크(620)가 후진할 때 각도가 변환되면서 이동홈(621)에 형성된 제2스프링(633)을 압축하고, 압축된 제2스프링(633)은 스프링력을 이용하여 피치각 조절부(600)를 원상 복귀시키는 것과, 상기 회전체(630) 끝단에 각도제어핀(650)을 형성하고, 상기 각도제어핀(650)이 브레이크판(651)과 접촉되면 블레이드 피치각이 한번에 90˚로 조절되어 블레이드(660)가 정지되게 함으로써, 비정상운전에 대응할 수 있도록 하였다.
발전기(800) 내부에는 피치조정축(550) 외주면에 일체로 연결되어 피치조정축(550)과 함께 회전하면서 전류를 발생시키는 발전기축(810)이 형성되는 구성을 갖는다.
이와 같이 구성된 본 발명은 블레이드의 정격 회전수가 100rpm 이라고 가정할 경우 100rpm에서는 소형 풍력 발전장치가 별도의 피치제어 없이 정상적으로 작동한다.
정상정으로 작동하는 소형 풍력 발전장치의 블레이드(660), 블레이드축(640), 피치각 조절부(600), 전후이동부(500) 중 피치조정축(550), 피스톤(510) 및 발전기축(810)은 회전하는 상태가 되고, 발전기축(810)이 회전하면서 발생된 전류의 주파수는 피치제어 컨버터(100)에서 rpm으로 변환하고 이를 모니터하여 실시간으로 블레이드의 회전수를 체크하고 있다.
만약 과풍속에 의해 블레이드 회전수가 기준 회전수 110rpm을 초과하게 되면 피치제어 컨버터(100)의 제어에 따라 피치구동 모터부(300)의 구동모터(310)가 작동하고, 구동모터(310)의 작동에 의해 1단계 피치각 조절을 진행하게 된다.
구동모터(310)가 작동하게 되면 스크류 샤프트(30)에 결합되어 있는 베어링 스크류(340)가 아래쪽으로 하강하고, 하강하는 베어링 스크류(340)에 의해 와이어(200)는 아래 방향으로 당겨진다. 이때 와이어(200) 끝단이 고리(450)와 연결되어 있기 때문에 인양대(400)의 인양축(430) 상단은 힌지(420)를 중심으로 "B" 방향(전진)으로 각이 변환되고 인양축(430) 하단은 후진하는 상태가 되며, 상기 인양축(430) 하단과 연결된 전후이동부(500) 전체가 "C" 방향(후진)으로 당겨지는 것이다.
즉, 인양축(430) 하단에 힌지 결합된 연결링크(540)가 후진하면 연결축(520), 피치조정축(550), 피스톤(510)이 동시에 후진하고, 후진하는 피스톤(510)은 안내관(570)을 따라 이동하면서 제1스프링(560)을 압축한다.
피스톤(50)이 후진하면 피치각 조절부(600)도 이와 동시에 후진하면서 블레이드 피치각을 변환시킨다.
즉, 피스톤(510)이 후진하면 이와 일체로 연결된 삼발이(610)와 크랭크(620)가 동시 후진하고, 후진하는 크랭크(620)의 이동홈(621)에 회전체(630)의 연결핀(632)이 수직으로 연결되어 있기 때문에 회전체(630)는 이동홈(621) 내부에서 제2스프링(633)을 압축하면서 각이 변환되며, 회전체(630)의 각이 변환됨에 따라 전체적인 블레이드의 피치각이 변환되는 것이다.
상기와 같이 피치 제어 방식은 풍속의 세기에 따라 1단계, 2단계, 3단계 또는 3단계, 2단계, 1단계로 진행하면서 블레이드의 피치각을 조절하게 된다.
상기와 같은 상태에서 블레이드 회전수가 기준치 이하로 내려갈 경우 구동모터(310)는 반대 방향으로 구동되고, 반대 방향으로 구동되는 구동모터(310)에 의해 베어링 스크류(340)는 스크류 샤프트(330)를 따라 상승하게 되며 와이어(200)는 느슨한 상태가 된다. 이때 압축되어 있던 제1스프링(560)과 제2스프링(633)의 스프링력에 의해 전후이동부(500)와 피치각 조절부(600)가 원상복귀 되는 것이다.
한편, 설계풍속이상으로 과풍속이거나, 연계계통에 문제가 있거나, 정전이 되거나 비상상화에서 블레이드(600)를 정지시켜야 할 경우 여러 단계를 거치지 않고 한번에 블레이드 피치각을 90˚로 조절하여 회전수를 제어할 수 있다. 즉, 블레이드(660)를 정지시켜야 할 경우 여러 단계를 거치지 않고 바로 각도제어핀(650)을 브레이크판(651)에 접촉시키면 블레이드 피치각이 한번에 90˚로 조절된다. 90˚로 피치각이 제어된 블레이드(660)는 바람과 부딪치지 않기 때문에 회전수가 제로에 가깝고 이는 비상 정지상태가 되는 것이다.
100 ; 피체제어 컨버터 200 ; 와이어
300 ; 피치구동 모터부 310 ; 구동모터
320 ; 감속기 330 ; 스크류 샤프트
340 ; 베어링 스크류 400 ; 인양대
410 ; 지지판 420 ; 힌지
430 ; 인양축 440 ; 롤러
450 ; 고리 500 ; 전후이동부
510 ; 피스톤 520 ; 연결축
530 ; 베어링 540 ; 연결링크
550 ; 피치조정축 560 ; 제1스프링
570 ; 안내관 600 ; 피치각 조절부
610 ; 삼발이 611 ; 연결부
620 ; 크랭크 621 ; 이동홈
630 ; 회전체 631 ; 각홈
632 ; 연결핀 633 ; 제2스프링
640 ; 블레이드축 641 ; 결합돌기
650 ; 각도제어핀 651 ; 브레이크판
660 ; 블레이드 700 ; 인버터
800 ; 발전기 810 ; 발전기축

Claims (12)

  1. 블레이드의 회전수를 실시간으로 체크하고 있다가 과풍속에 의해 블레이드 회전수가 기준회전수를 초과할 경우 이를 감지하는 피치제어 컨버터와;
    상기 피치제어 컨버터로 부터 전달되는 신호에 따라 정,역 회전하는 피치구동 모터부와;
    상기 피치구동 모터부와 와이어를 통해 연결되고 피치구동 모터부의 정역 회전에 따라 각도 변환되는 인양대와;
    일단은 상기 인양대와 연결되고 타단은 피스톤 내부에 수평 방향으로 연결된 상태에서 인양대의 각도 변환에 따라 전후 이동하는 전,후이동부와;
    상기 피스톤 외부에 연결되고 전,후이동부가 전진 또는 후진할 때 각이 변환되면서 블레이드의 피치각을 변환 완료시키는 피치각 조절부와;
    상기 피치각 조절부에 의해 각이 조절된 블레이드가 회전하고, 회전할 때 발생된 전기에너지를 사용 전류로 변환시키는 인버터와;
    상기 블레이드가 회전할 때 동일한 방향과 회전수로 회전하면서 전기를 발생시키는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 풍력 발전장치의 블레이드 피치 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 피치제어 컨버터는 발전기가 회전하면서 발생되는 전류의 주파수를 이용하여 rpm으로 변환하고, 이를 모니터하여 블레이드의 피치각을 제어하는 것을 특징으로 하는 소형 풍력 발전장치의 블레이드 피치 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 피치구동 모터부는 감속기를 갖는 구동모터와; 상기 감속기측에 하단이 연결되어 정역 회전하며 수직 상태로 형성되는 스크류 샤프트와; 상기 스크류 샤프트측에 결합되어 상하 이동하고 상단에 연결된 와이어를 이용하여 인양대의 각도를 변환시키는 베어링 스크류로 구성되는 것을 특징으로 하는 소형 풍력 발전장치의 블레이드 피치 제어장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 인양대는 피치구동 모터부 상단에 형성되는 지지판과; 하단은 상기 지지판 사이에 힌지 결합되고 상단은 고리가 형성된 상태에서 힌지를 중심으로 전후 각도 변환되면서 전후이동부를 전진 또는 후진시키는 인양축으로 구성되는 것을 특징으로 하는 소형 풍력 발전장치의 블레이드 피치 제어장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 와이어는 일단은 인양축의 고리에 연결되고 타단은 베어링 스크류 상단 중간에 연결된 상태에서 베어링 스크류가 상하 이동하면 인양대를 잡아당기거나 풀어주어 인양대의 각도가 변환되게 하는 것과, 상기 와이어 일부가 스크류 샤프트측과 수직을 이룰수 있도록 롤러를 거치게 연결되는 것을 특징으로 하는 소형 풍력 발전장치의 블레이드 피치 제어장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전후이동부는 전후진만 하는 연결축과; 상기 연결축 전면에 일단이 베어링 결합되고 타단은 피치각 조절부와 연결되는 피스톤을 갖는 피치조정축과; 일단은 상기 연결축 후면에 힌지 결합되고 타단은 인양축 하단에 힌지 결합된 상태에서 인양축의 각도 변환에 따라 가변되면서 연결축을 전후진시키는 연결링크로 구성되는 것을 특징으로 하는 소형 풍력 발전장치의 블레이드 피치 제어장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 피치조정축은 연결축 전면에 베어링 결합되어 연결축이 전진하거나 후진하면 동시에 전진 또는 후진하고, 블레이드 회전시에는 베어링을 통하여 블레이드와 동일한 방향으로 회전되는 것을 특징으로 하는 소형 풍력 발전장치의 블레이드 피치 제어장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 피스톤은 피치조정축과 일체로 연결되어 전후이동부가 후진하면 안내관을 따라 후진하면서 제1스프링을 압축하고, 압축된 제1스프링은 스프링력을 이용하여 전후이동부를 전진시키게 하는 것을 특징으로 하는 소형 풍력 발전장치의 블레이드 피치 제어장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 피치각 조절부는 피스톤 외주면에 일체로 연결되고 전후이동부와 함께 전후진하는 삼발이와; 상기 삼발이 끝단에 각각 형성된 연결부에 힌지 결합되고 중간에 이동홈을 갖으며 삼발이와 함께 전후진하는 "U" 자 형상의 크랭크와; 상기 크랭크 상단에 위치하고 연결핀을 통하여 이동홈에 연결되며 크랭크가 전후진 할 때 이동홈을 따라 각도가 변환되면서 블레이드의 피치각을 변환시키는 회전체와; 상기 회전체 중간에 형성되고 각이진 각홈과; 상기 각홈에 삽입되어 블레이드와 회전체를 연결하고 블레이드축이 헛돌지 않도록 각홈과 대응한 형상을 갖는 결합돌기로 구성되는 것을 특징으로 하는 소형 풍력 발전장치의 블레이드 피치 제어장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 회전체는 크랭크가 후진할 때 각도가 변환되면서 이동홈에 형성된 제2스프링을 압축하고, 압축된 제2스프링은 스프링력을 이용하여 피치각 조절부를 원상 복귀시키는 것을 특징으로 하는 소형 풍력 발전장치의 블레이드 피치 제어장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 회전체 끝단에 각도제어핀을 형성하고, 상기 각도제어핀이 브레이크판과 접촉되면 블레이드 피치각이 한번에 90˚로 조절되어 블레이드가 정지되게 함으로써, 비정상운전에 대응하는 것을 특징으로 하는 소형 풍력 발전장치의 블레이드 피치 제어장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 발전기 내부에는 피치조정축 외주면에 일체로 연결되어 피치조정축과 함께 회전하면서 전류를 발생시키는 발전기축이 형성되는 것을 특징으로 하는 소형 풍력 발전장치의 블레이드 피치 제어장치.
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