KR102237501B1 - 블레이드 가변형 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍속에 따라 블레이드와 바람과의 접촉면적이 변화하는 블레이드 가변형 풍력발전기에 관한 것이다.
본 발명의 블레이드 가변형 풍력발전기는 지면에 건설되는 타워(40)와, 상기 타워의 상부에 설치된 나셀(30)과, 상기 나셀에 연결된 로터(20)와, 상기 로터의 외주면을 따라 일정간격을 두고 구비된 복수의 힌지브라켓(100)과, 각 힌지브라켓 마다 전후방향으로 회동가능하게 결합되어 전방에서 불어오는 바람의 세기에 따라 후방으로 회동각도가 변화하면서 바람과의 접촉면적이 가변되는 블레이드(200)와, 상기 힌지브라켓과 블레이드에 각각 형성된 고정돌기(300)와, 양단이 각각 상기 고정돌기에 고정되어 후방으로 회동한 블레이드에 대하여 복귀력을 제공하는 탄성부재(400)를 포함한다.

Description

블레이드 가변형 풍력발전기{Blade variable type wind generator}

본 발명은 풍속에 따라 블레이드와 바람과의 접촉면적이 변화하는 블레이드 가변형 풍력발전기에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전기는 바람에 의한 회전에너지로부터 전기에너지를 생산하는 장치로서, 화석연료의 고갈과 환경문제로 인해 점차 그 비중이 커지고 있다.

도 1은 일반적인 풍력발전기의 정면도로서, 도시된 바와 같이, 일반적인 풍력발전기는 전방에서 불어오는 바람에 의해 회전하는 복수의 블레이드(blade; 10)가 설치되는 로터(rotor; 20)와, 상기 로터(20)와 연결된 나셀(nacelle; 30)과, 상기 나셀(30)을 지지하도록 지면에 건설되는 타워(tower; 40)로 구성된다.

상기 나셀(30)은 로터(20)에 의해 블레이드(10)로부터의 회전운동을 전달받아 동력을 발생시켜 전기에너지를 생산하는 등 풍력발전기를 구동시키는데 있어 중요한 역할을 담당하는 기계부품들, 예컨대 메인 샤프트(main shaft), 기어 박스(gear box), 증속기, 발전기 등의 기계부품들이 구조적으로 결합되어 있는 구조체를 일컫는다.

그러나, 상기와 같은 종래의 풍력발전기는 강풍 발생시 블레이드(10)의 회전 속도가 증가하면서 나셀(30) 내에 설치된 발전기의 부하가 급증하여 발전기가 손상되는 문제가 종종 발생된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 국내 등록실용신안 제20-0377991호를 통해 제안된 "풍력발전기의 회전날개 제어장치"가 알려져 있다.

상기한 풍력발전기의 회전날개 제어장치는 강풍에 의한 회전날개의 과도한 회전을 방지하기 위해서 로터를 구속하는 별도의 로터구속수단을 구비하고 있으며, 상기 로터구속수단을 수동으로 제어하는 권취드럼을 설치하여 강한 바람이 불어오면 권취드럼을 회전시켜 감기는 와이어가 상기 로터구속수단을 당겨 구속함으로써 회전날개의 회전을 강제로 정지시키도록 되어 있다.

그러나, 상기한 풍력발전기의 회전날개 제어장치는 로터구속수단과 이를 조작하는 장치들의 구성이 복잡하여 제작이 어렵고 강풍시 사용자가 매번 수동으로 조작을 해주어야 하므로 실용성이 크게 떨어지는 문제가 있다.

국내등록실용신안 제20-0377991호

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 강풍시에 블레이드와 바람과의 접촉면적이 감소하면서 과다한 회전이 자동으로 제한되는 블레이드 블레이드 가변형 풍력발전기를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 블레이드 가변형 풍력발전기는 지면에 건설되는 타워와, 상기 타워의 상부에 설치된 나셀과, 상기 나셀에 연결된 로터와, 상기 로터의 외주면을 따라 일정간격을 두고 구비된 복수의 힌지브라켓과, 각 힌지브라켓 마다 전후방향으로 회동가능하게 결합되어 전방에서 불어오는 바람의 세기에 따라 후방으로 회동각도가 변화하면서 바람과의 접촉면적이 가변되는 블레이드와, 상기 힌지브라켓과 블레이드에 각각 형성된 고정돌기와, 양단이 각각 상기 고정돌기에 고정되어 후방으로 회동한 블레이드에 대하여 복귀력을 제공하는 탄성부재를 포함한다.

또한, 상기 블레이드가 후방으로 회동할 때 상기 나셀 또는 타워와 간섭되지 않도록 상기 로터는 나셀의 후단에 설치되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 로터의 후단에는 후방으로 회동한 블레이드끼리 충돌하지 않도록 상기 블레이드가 일정각도 이상 후방으로 회동하지 않도록 차단하는 스토퍼가 구비되는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 스토퍼는 로터의 후단으로부터 수평으로 돌출된 수평지지대와, 상기 수평지지대를 중심으로 결합된 원판지지대와, 상기 원판지지대에 형성된 통기공과, 상기 원판지지대의 외주면을 따라 부착되어 일정각도 이상 후방으로 회동한 블레이드와 접촉되는 쿠션패드를 구비할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 바람의 세기에 따라 블레이드가 후방으로 회동하게 되므로 블레이드와 바람과의 접촉면적이 감소되면서 강풍시에 블레이드 본체의 과다한 회전이 방지되고 발전기의 과도한 부하 발생으로 인한 고장을 막을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 풍력발전기의 정면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드 가변형 풍력발전기의 약풍시 사용상태사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드 가변형 풍력발전기의 강풍시 사용상태사시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드 가변형 풍력발전기의 분해사시도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드 가변형 풍력발전기의 약풍시 사용상태사시도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드 가변형 풍력발전기의 강풍시 사용상태상태도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드 가변형 풍력발전기의 강풍시 사용상태평면도.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

아울러, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

예컨대, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 아울러, "포함한다" 또는 "구비한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

아울러, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명함에 있어, 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하며, 명료성을 위하여 가능한 중복되지 않게 상이한 부분만을 주로 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드 가변형 풍력발전기의 약풍시 사용상태사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드 가변형 풍력발전기의 강풍시 사용상태사시도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드 가변형 풍력발전기의 분해사시도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명은 지면에 건설되는 타워(40)와, 상기 타워(40)의 상부에 설치된 나셀(30)과, 상기 나셀(30)에 연결된 로터(20)와, 상기 로터(20)에 연결되어 전방에서 불어오는 바람에 의해 로터(20)를 중심으로 회전하는 복수의 블레이드(200)를 기본적으로 구비한다.

여기서, 상기 타워(40)와 나셀(30)과 로터(20)는 종래와 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 로터(20)의 외주면에는 힌지브라켓(100)이 구비된다.

상기 힌지브라켓(100)은 로터(20)의 외주면을 따라 일정간격을 두고 복수로 구비된다.

상기 힌지브라켓(100)의 양단에는 각각 힌지볼트(B)가 체결되는 나사공(110)이 형성된다.

상기 블레이드(200)는 각 힌지브라켓(100) 마다 전후방향으로 회동가능하게 결합되어 전방에서 불어오는 바람의 세기에 따라 후방으로 회동각도가 변화하면서 바람과의 접촉면적이 가변된다.

상기 힌지브라켓(100)과 마주하는 블레이드(200)의 단부에는 상단과 하단에 각각 상기 힌지브라켓(100)에 결합되는 힌지결합부(210)가 형성된다.

그리고, 상기 힌지결합부(210)에는 힌지볼트(B)가 통과하는 관통공(211)이 형성된다.

이를 고려할 때, 상기 힌지볼트(B)는 블레이드(200)가 원활하게 회동할 수 있도록 헤드부가 상기 관통공(211)에 밀착되지 않는 범위 내에서 상기 힌지브라켓(100)의 나사공(110)에 일정 깊이까지만 체결된다.

한편, 상기 힌지브라켓(100)의 상단과 블레이드(200)의 상단에는 각각 고정돌기(300)가 형성된다.

본 실시예에서는 상기 고정돌기(300)가 힌지브라켓(100)의 상단과 블레이드(200)의 상단에 형성된 것을 예를 들어 도시하고 설명하나, 힌지브라켓(100)의 하단과 블레이드(200)의 하단에 형성될 수도 있으며, 힌지브라켓(100)과 블레이드(200)의 상단과 하단에 모두 형성될 수도 있다.

상기 고정돌기(300)에는 탄성부재(400)가 결합된다.

상기 탄성부재(400)는 힌지볼트(B)에 중앙이 끼워지고 양단이 각각 상기 고정돌기(300)에 고정되어 블레이드(200)가 후방으로 회동할 때 탄성변형되면서 후방으로 회동한 블레이드(200)에 대하여 복귀력을 제공한다. 상기 탄성부재(400)는 토션스프링이 적당하다.

한편, 상기 블레이드(200)가 후방으로 회동할 때 상기 나셀(30) 또는 타워(40)와 간섭되지 않도록 상기 로터(20)는 나셀(30)의 후단에 설치되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명의 블레이드 가변형 풍력발전기는 평상시 탄성부재(400)가 블레이드(200)의 회동을 제한하고 있는 상태이므로 상기 블레이드(200)는 정면을 향해 펼쳐진 상태를 유지하게 된다.

그 결과, 상기 블레이드(200)는 전방에서 불어오는 바람과의 접촉면적이 최대가 되면서 약풍에 대해서도 회전이 원활하게 이루어지게 된다.

한편, 본 발명의 가변형 풍력발전기는 강풍이 정면에서 불어오게 되는 경우에 풍압에 의하여 블레이드(200)가 후방으로 회동하기 시작하며, 풍속에 비례하여 회동각도도 증가하게 된다.

이와 같이, 블레이드(200)의 회동각도가 풍속에 따라 변화하게 되면 바람과 블레이드(200)의 접촉면적이 감소하면서 로터(20)의 회전속도가 감소하게 되며, 그 결과 풍력발전기에 과도한 부하가 걸리지 않게 되면서 고장이 방지된다.

이후, 바람이 세기가 약해지면, 탄성 변형되었던 탄성부재(400)가 복원되면서 회동했던 블레이드(200)는 전방으로 회동하여 최초 위치로 복귀하게 된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드 가변형 풍력발전기의 약풍시 사용상태사시도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드 가변형 풍력발전기의 강풍시 사용상태평면도이며, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드 가변형 풍력발전기의 강풍시 사용상태평면도로서, 도시된 바와 같이, 상기 로터(20)의 후단에는 후방으로 회동한 블레이드(200)끼리 충돌하지 않도록 상기 블레이드(100)가 일정각도 이상 후방으로 회동하는 것을 막아주는 스토퍼(500)가 구비될 수 있다.

이 경우, 상기 스토퍼(500)는 로터(20)의 후단으로부터 수평으로 돌출된 수평지지대(510)와, 상기 수평지지대(510)를 중심으로 결합된 원판지지대(520)와, 상기 원판지지대(520)의 외주면을 따라 부착되어 일정각도 이상 후방으로 회동한 블레이드(200)와 접촉되는 쿠션패드(530)를 구비할 수 있다.

상기 원판지지대(520)는 바람과의 저항을 최소화하도록 통기공(521)이 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 스토퍼(500)는 강풍시 블레이드(200)가 후방으로 과도하게 회동하게 되면서 서로 충돌하여 파손되는 사고를 막아준다.

뿐만 아니라, 상기 스토퍼(500)는 블레이드(200)가 과도하게 후방으로 회동함에 따라 발생되는 탄성부재(400)의 손상도 막아준다.

이와 같이, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상술하였으나 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 변형 가능하며, 이러한 변형은 본 발명의 권리범위에 속할 것이다.

100...힌지브라켓 200...블레이드
300...고정돌기 400...탄성부재
500...스토퍼 510...평지지대
520...원판지지대 530...쿠션패드

Claims (4)

1. 지면에 건설되는 타워;
   상기 타워의 상부에 설치된 나셀;
   상기 나셀에 연결된 로터;
   상기 로터의 외주면을 따라 일정간격을 두고 구비된 복수의 힌지브라켓;
   각 힌지브라켓 마다 전후방향으로 회동가능하게 결합되어 전방에서 불어오는 바람의 세기에 따라 후방으로 회동각도가 변화하면서 바람과의 접촉면적이 가변되는 블레이드;
   상기 힌지브라켓과 블레이드에 각각 형성된 고정돌기; 및
   양단이 각각 상기 고정돌기에 고정되어 후방으로 회동한 블레이드에 대하여 복귀력을 제공하는 탄성부재;를 포함하되,
   상기 로터의 후단에는 후방으로 회동한 블레이드끼리 충돌하지 않도록 상기 블레이드가 일정각도 이상 후방으로 회동하지 않도록 차단하는 스토퍼가 구비되고,
   상기 스토퍼는
   로터의 후단으로부터 수평으로 돌출된 수평지지대;
   상기 수평지지대를 중심으로 결합된 원판지지대; 및
   상기 원판지지대의 외주면을 따라 부착되어 일정각도 이상 후방으로 회동한 블레이드와 접촉되는 쿠션패드;를 구비한 블레이드 가변형 풍력발전기.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 블레이드가 후방으로 회동할 때 상기 나셀 또는 타워와 간섭되지 않도록 상기 로터는 나셀의 후단에 설치된 것을 특징으로 하는 블레이드 가변형 풍력발전기.
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