KR102263680B1 - 가변블레이드를 적용한 풍력발전기 - Google Patents

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강민경
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부산대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 가변블레이드를 적용한 풍력발전기로써, 보다 상세하게 전기를 발생시키는 발전부와 상기 발전부에 회전력을 전달하는 블레이드부를 포함하고, 상기 블레이드부는, 바람의 힘에 의해 샤프트를 기준으로 회전하는 복수개의 날개부와 상기 날개부의 단부에 구비되는 힌지부와 중앙부에 홀이 형성되어 상기 샤프트에 삽입되고, 상기 힌지부에 의해 상기 복수개의 날개부와 결합되는 원판형상의 센터플레이트와 중앙부에 홀이 형성되어 상기 샤프트에 삽입되고, 상기 복수개의 날개부 각각에 구비되는 복수개의 링크부재와 결합되는 원판형상의 슬라이더와 중앙부에 홀이 형성되어 상기 샤프트에 삽입되고, 상기 센터플레이트와 슬라이더 사이에 구비되는 고정부와 상기 슬라이더의 전후방향 이동을 제한하는 스프링을 포함하며, 평시에는, 바람의 힘에 의해 상기 복수개의 날개부가 회전하여 상기 발전부가 전기를 생산하고, 바람의 힘이 상기 스프링의 탄성력을 초과하는 경우에는, 상기 복수개의 날개부가 각각 회동되어 상기 복수개의 날개부에 작용하는 힘을 최소화함으로써, 상기 날개부의 파손을 방지하는 것을 특징으로 한다.

Description

가변블레이드를 적용한 풍력발전기{Wind power generation with variable blade}
본 발명은 가변블레이드를 적용한 풍력발전기로서 더욱 자세하게는, 수평축 풍력발전기의 돌풍에 의해 발생하는 굽힘응력에 의한 파손을 방지하기 위해 최대굽힘모멘트가 작용하는 블레이드 하부에 힌지를 적용하여 굽힘응력이 발생하는 대신 블레이드가 접히는 구조로 블레이드가 접힌 후 돌풍이 사라지면 블레이드에 연결된 링크와 슬라이더, 스프링을 이용하여 블레이드가 원래의 위치로 돌아오게 만들었으며, 이 구조를 이용하여 3개의 블레이드가 동시에 움직이게 하는 가변블레이드를 적용한 풍력발전기에 관한 것이다.
현재 남아있는 화석연료는 한번 이용하면 재생이 불가능한 에너지(Non Renewable Energy)라는 점에서 문제시되고 있다. 현재 발견된 부존량으로는 약 40년 정도면 석유자원은 바닥을 드러낼 것으로 전망하고 있으며, 천연가스는 65년, 석탄은 200년, 원자력은 30년 정도면 한계를 드러낼 것으로 보고 있다.
또한 지난 세기동안 인류가 이룩한 눈부신 산업발달은 과도한 에너지 사용을 불러왔고, 이들 고갈성이 있는 화석연료가 필요한 에너지의 90% 이상을 공급해 왔다는 점에서 많은 사람들은 다음 21세기의 가장 큰 불안 요인으로 에너지 고갈을 들고 있다.
이러한 자원고갈에 대비하고 안정적인 에너지 수급을 이룩하는 방법에는 에너지절약과 에너지의 효율적인 이용, 재생에너지 이용 등 여러 가지 방법이 있겠으나 가장 적극적이고 근본적인 대책은 자원의 고갈이 없는 에너지(Sustainable Energy)원의 개발이라 할 수 있다.
따라서 선진국들은 이미 1960년대부터 재생가능한 에너지(Renewable Energy)의 개발을 서둘러 왔고 정부차원의 지속적인 지원과 장려책을 펼치고 있다. 현재 세계적으로 활용되는 재생에너지로는 태양광발전, 태양열, 풍력에너지, 바이오메스, 조력발전, 지열 등 총 11개 분야(대체에너지 개발 및 이용보급 촉진법)가 있다.
이 중에서 풍력에너지는 기존의 화석연료와 대등한 가격경쟁체제로 진입가능성이 높은 에너지로 평가받고 있다. 이들 재생에너지는 일부국가에서는 이미 에너지 수급의 한 역할을 담당하고 있으며, 친환경적인 성격으로 인해 현대의 환경문제와 결부되어 안정적인 에너지 수급을 물론 미래산업으로 정부차원의 육성이 꾸준히 이루어지고 있다.
특히, 대체에너지원 중에서 풍력발전은 지속적인 이용이 가능한 무공해 천연 에너지원으로써 국제적 환경규제에 대응할 수 있는 신발전 기술로서 각광을 받고 있다. 화석연료에 의한 발전설비를 대체하여 풍력발전설비를 사용하였을 경우에는 1kWh당 이산화탄소(CO2) 970g, 아황산가스(SO2) 1.48g, 질소산화물(NOx) 0.73g, 분진 0.04g의 환경오염물질을 감소시킬 수 있으며, 설비가격의 단가는 설비 kW당 US$ 1,000 수준으로 태양광발전(PV) : US$6,000/kW, 연료전지 : US$ 3,000/kW와 비교하여 대체에너지원 중에서 가장 경제성이 확보된 기술이다. 그러므로 풍력발전은 기존 발전원료에 의한 발전을 대체할 수 있는 가장 현실성 있는 대체에너지라 할 수 있다.
그러나 대부분의 풍력발전기에 적용되는 블레이드는 설치시 블레이드의 피치 즉, 각도를 고정하여 설치하기 때문에 풍속의 변화에 대응하지 못하므로, 전력생산량이 일정하지 못한 문제점이 있었다.
이에 블레이드 지향각을 조절하기 위해 복수개의 블레이드 중 개별적으로 개개의 블레이드를 제어하는 기술 및 복수개의 블레이드를 동시에 제어하는 기술들이 제안되었다.
이중 대표적인 선행기술로는 대한민국 등록특허 제10-0960042호(블레이드지향각도조절부가 구비된 풍력발전기, 이하 '선행기술' 이라 함)는 주축의 상부에 회전가능하게 결합된 다수의 블레이드의 회전에 의해 발전되도록 하는 풍력발전기에 있어서, 풍력발전기의 후방에는 바람에 의하여 작동되는 풍속감지판이 구비되고, 풍속감지판과의 연동으로 블레이드의 지향각도가 변화되도록 하여 발전부 회전자의 회전속도가 조절되도록 하는 블레이드지향각도조절부가 구비되는 것을 특징으로 하는 기술을 개시하고 있다.
그러나, 상기와 같은 선행기술은 그 구조가 매우 복잡하며, 외부의 충격에 의해 블레이드 및 발전장치 등에 가해지는 충격을 흡수하기 어려운 구조였으며, 유지보수가 힘든 에너지 빈곤 지역에 적용하기 적합하지 않다는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0960042호(2010.05.19)
본 발명은 상술한 바와 같은 선행 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 바람의 항력으로 발생하는 블레이드의 굽힘응력에 의해 블레이드 및 발전장치가 손상되는 것을 방지하고, 종래의 풍력발전기의 블레이드에 비해 단순한 형상을 가지도록 하여 설치비용을 감소시키는 가변블레이드를 적용한 풍력발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가변블레이드를 적용한 풍력발전기에 있어서, 전기를 발생시키는 발전부와 상기 발전부에 회전력을 전달하는 블레이드부를 포함하고, 상기 블레이드부는, 바람의 힘에 의해 샤프트를 기준으로 회전하는 복수개의 날개부와 상기 날개부의 단부에 구비되는 힌지부와 중앙부에 홀이 형성되어 상기 샤프트에 삽입되고, 상기 힌지부에 의해 상기 복수개의 날개부와 결합되는 원판형상의 센터플레이트와 중앙부에 홀이 형성되어 상기 샤프트에 삽입되고, 상기 복수개의 날개부 각각에 구비되는 복수개의 링크부재와 결합되는 원판형상의 슬라이더와 중앙부에 홀이 형성되어 상기 샤프트에 삽입되고, 상기 센터플레이트와 슬라이더 사이에 구비되는 고정부와 상기 슬라이더의 전후방향 이동을 제한하는 스프링을 포함하며, 평시에는, 바람의 힘에 의해 상기 복수개의 날개부가 회전하여 상기 발전부가 전기를 생산하고, 바람의 힘이 상기 스프링의 탄성력을 초과하는 경우에는, 상기 복수개의 날개부가 각각 회동되어 상기 복수개의 날개부에 작용하는 힘을 최소화함으로써, 상기 날개부의 파손을 방지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 스프링은, 상기 고정부와 슬라이더 사이 및 상기 발전부와 슬라이더 사이에 각각 구비되고, 평시에는, 상기 슬라이더가 상기 2개의 스프링 사이 중립지점에 위치되며, 바람의 힘이 상기 스프링의 탄성력을 초과하는 경우에는, 상기 날개부가 회동됨에 따라 상기 링크부재에 의해 상기 슬라이더가 일방향으로 이동하게 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 스프링은, 복수개로 서로 다른 탄성력을 가지는 것을 특징으로 한다.
삭제
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 복수개의 날개부는, 바람의 힘이 상기 스프링의 탄성력을 초과하는 경우, 30도 내지 60도로 회동되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 가변블레이드를 적용한 풍력발전기는 돌풍 발생 시 블레이드가 회동되는 구조로 형성되어 블레이드 하단부에 발생하는 굽힘응력을 제거하여 파손을 방지하는데 그 효과가 있다.
또한, 본 발명의 가변블레이드를 적용한 풍력발전기는 돌풍 발생 후 스프링과 슬라이더 및 링크부재에 의한 블레이드의 회동으로 인해 초기 위치로 자동으로 원상복원되도록 마련되어, 평시에는 일반적인 풍력발전기처럼 작동할 수 있는데 그 효과가 있다.
또한, 본 발명의 가변블레이드를 적용한 풍력발전기는 평시에는 기존의 풍력발전기와 같이 작동하면서 돌풍에 의한 파손의 위험을 제거하여 기존보다 더 안전한 풍력발전기를 제공하는데 그 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 가변블레이드를 적용한 풍력발전기의 평시모습을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 가변블레이드를 적용한 풍력발전기의 돌풍 발생시 모습을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 가변블레이드를 적용한 풍력발전기의 평시모습을 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 가변블레이드를 적용한 풍력발전기의 돌풍 발생시 모습을 나타낸 측면도이다.
도 5의 (a)는 본 발명의 일실시예에 가변블레이드를 적용한 풍력발전기의 링크부재를 나타낸 도면이다.
도 5의 (b)는 본 발명의 일실시예에 가변블레이드를 적용한 풍력발전기의 고리부를 확대한 도면이다.
도 5의 (c)는 본 발명의 일실시예에 가변블레이드를 적용한 풍력발전기의 힌지부를 확대한 도면이다.
도 6의 (a)는 본 발명의 일실시예에 가변블레이드를 적용한 풍력발전기의 센터플레이트를 나타낸 도면이다.
도 6의 (b)는 본 발명의 일실시예에 가변블레이드를 적용한 풍력발전기의 슬라이더를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 가변블레이드를 적용한 풍력발전기의 스프링이 복수개로 형성되는 모습을 나타낸 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시 예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가변블레이드를 적용한 풍력발전기에 있어서, 전기를 발생시키는 발전부(100)와 상기 발전부(100)에 회전력을 전달하는 블레이드부(200)를 포함하고, 상기 블레이드부(200)는 바람의 힘에 의해 샤프트(280)를 기준으로 회전하는 복수개의 날개부(210)와 상기 날개부(210)의 단부에 구비되는 힌지부(220)와 중앙부에 홀이 형성되어 상기 샤프트(280)에 삽입되고, 상기 힌지부(220)에 의해 상기 복수개의 날개부(210)와 결합되는 원판형상의 센터플레이트(230)와 중앙부에 홀이 형성되어 상기 샤프트(280)에 삽입되고, 상기 복수개의 날개부(210) 각각에 구비되는 복수개의 링크부재(240)와 결합되는 원판형상의 슬라이더(250)와 중앙부에 홀이 형성되어 상기 샤프트(280)에 삽입되고, 상기 센터플레이트(230)와 슬라이더(250) 사이에 구비되는 고정부(260)와 상기 슬라이더(250)의 전후방향 이동을 제한하는 스프링(270)을 포함하며, 평시에는, 바람의 힘에 의해 상기 복수개의 날개부(210)가 회전하여 상기 발전부(100)가 전기를 생산하고, 바람의 힘이 상기 스프링(270)의 탄성력을 초과하는 경우에는, 상기 복수개의 날개부(210)가 각각 회동되어 상기 복수개의 날개부(210)에 작용하는 힘을 최소화함으로써, 상기 날개부(210)의 파손을 방지하도록 한다.
먼저, 상기 발전부(100)가 마련된다. 상기 발전부는 상기 샤프트(280)의 회전력을 전달받아 발전기(110)를 회동시켜 전기를 생산하는 역할을 수행한다. 또한, 상기 발전부(100)는 상기 발전기(110)와 블레이드부(200)가 구비되는 공간을 형성하는 케이스부(120)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 케이스부(120)는 외부의 이물질이 상기 발전기(110) 내로 침투하는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 상기 발전부(100)는 상기 케이스부(120)의 단부에 형성되는 기둥부(130)를 포함할 수 있다. 상기 기둥부(130)는 단부에 홀부(140)가 마련되어 상기 샤프트(280)가 삽입되는 형태로 상기 샤프트(280)를 지지하는 역할을 수행할 수 있다.
일례로, 도 1과 같이 상기 샤프트(280)는 상기 기둥부(130)에 형성된 상기 홀부(140)에 일단부가 삽입되고, 상기 홀부(140)와 동일한 높이로 상기 케이스부(120)에 형성된 홀부에 타단부가 삽입되며, 상기 샤프트(280)의 단부는 상기 발전기(110)와 결합되어 형성된다.
또한, 상기 케이스부(120)와 기둥부(130)는 전체적으로 ‘ㄷ’자 형태로 마련되어 상기 블레이드부(200)가 상기 케이스부(120)와 기둥부(130) 사이에 구비될 수 있다.
따라서, 상기 샤프트(280)의 회전이 상기 발전기(110)로 전달되어 전기가 생산되도록 하는 것이다. 이때, 상기 케이스부(120)는 상기 발전부(100)를 감싸는 형태이며, 상기 샤프트(280)를 지지할 수 있다면 어떠한 형태로든 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 블레이드부(200)가 마련된다. 상기 블레이드부(200)는 바람의 힘을 상기 발전부(100)로 전달하는 역할을 수행한다. 보다 상세하게, 상기 블레이드부(200)는 바람의 힘에 의해 샤프트(280)를 기준으로 회전하는 복수개의 날개부(210)를 포함한다.
상기 복수개의 날개부(210)는 일례로, 상기 샤프트(280)를 기준으로 방사형으로 일정각도의 간격을 유지하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 복수개의 날개부(210)가 일정한 각도로 이격되어 형성됨으로써, 상기 날개부(210) 각각이 바람의 힘을 전체적으로 균일하게 받도록 하여 보다 더 효율적인 발전이 이루어질 수 있도록 한다.
또한, 상기 블레이드부(200)는 상기 날개부(210)의 단부에 구비되는 힌지부(220)와 중앙부에 홀이 형성되어 상기 샤프트(280)에 삽입되고, 상기 힌지부(220)에 의해 상기 복수개의 날개부(210)와 결합되는 원판형상의 센터플레이트(230)를 포함한다.
상기 센터플레이트(230)는 일례로, 상기 센터플레이트(230)의 외주면에 상기 센터플레이트(230)의 중심을 기준으로 방사형으로 120도 각도로 이격되어 구비되는 3개의 상기 힌지부(220)를 포함할 수 있다. 상기 3개의 힌지부(220)는 상기 센터플레이트(230)와 복수개의 날개부(210)를 결합하되, 상기 복수개의 날개부(210)가 각각 회동가능하도록 한다. 따라서, 상기 복수개의 날개부(210)가 기설정된 힘을 초과하는 바람의 힘을 받는 경우, 상기 힌지부(220)를 기준으로 각각 회동될 수 있도록 하여, 상기 날개부(210)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 대형의 블레이드를 적용한 풍력발전기의 경우에 있어서, 고속으로 회전할 경우 발전기에 무리를 주어 고장이 나는 경우가 있다. 본 발명의 가변블레이드를 적용한 풍력발전기의 경우, 상기 복수개의 날개부(210)가 각각 회동가능하도록 형성되어, 고풍속인 경우에도 상기 발전부(100)가 기설정된 속도를 초과하는 고속으로 회전하지 않도록 형성되어, 상기 발전부(100)의 고장을 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 블레이드부(200)는 중앙부에 홀이 형성되어 상기 샤프트(280)에 삽입되고, 상기 복수개의 날개부(210) 각각에 구비되는 복수개의 링크부재(240)와 결합되는 원판형상의 슬라이더(250)를 포함한다.
상기 링크부재(240)는 일례로, 상기 날개부(210)의 길이방향을 기준으로 상기 날개부(210)의 1/4 지점에 형성된 고리부(290)에 의해 고정될 수 있다. 즉, 상기 샤프트(280)와 링크부재(240)와 날개부(210)는 단면이 삼각형을 이루도록 결합되며, 상기 날개부(210)의 회동에 의해 상기 링크부재(240)는 상기 슬라이더(280)를 밀거나 당기는 것이다. 여기서, 상기 고리부(290)에 의해 결합된 부분은 회동이 불가함은 당연하다.
그리고, 상기 슬라이더(250)는 상기 날개부(210)의 회동에 의해 상기 샤프트(280)의 길이방향으로 이동될 수 있도록 마련된다. 이때, 상기 슬라이더(250)는 상기 샤프트(280)의 직경보다 더 큰 직경을 가지는 홀이 형성되도록 하여, 상기 샤프트(280)의 회전에는 영향을 미치지 않도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 블레이드부(200)는 중앙부에 홀이 형성되어 상기 샤프트(280)에 삽입되고, 상기 센터플레이트(230)와 슬라이더(250) 사이에 구비되는 고정부(260)를 포함한다. 상기 고정부(260)는 상기 슬라이더(250)가 상기 샤프트(280)의 길이방향으로 이동하는 것을 차단하는 역할을 수행한다.
보다 상세하게, 상기 고정부(260)는 상기 복수개의 날개부(210)가 회동하여 상기 슬라이더(250)가 상기 샤프트(280)의 길이방향으로 설정된 길이만큼만 이동할 수 있도록 한다. 즉, 상기 복수개의 날개부(210)를 기설정된 각도만큼만 회동되도록 하여, 상기 복수개의 날개부(210)가 기설정된 지점에 위치되도록 하는 것이다. 다시 말하면, 상기 복수개의 날개부(210)가 평시상태로 복원되는데 있어서, 평시상태보다 더 회동하여 바람의 힘을 효율적으로 상기 샤프트(280)에 전달하지 못하는 것을 방지하는 역할을 수행하는 것이다. 그리고, 상기 고정부(260)는 일례로, 상기 센터플레이트(230) 및 샤프트(280)와 같이 상기 복수개의 날개부(210)가 바람의 힘에 의해 회전할 때, 동일한 각속도로 회전하도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 블레이드부(200)는 상기 슬라이더(250)의 전후방향 이동을 제한하는 스프링(270)을 포함한다. 즉, 상기 스프링(270)은 상기 고정부(260)와 슬라이더(250) 사이 및 상기 발전부(100)와 슬라이더(250) 사이에 각각 구비되고, 평시에는, 상기 슬라이더(250)가 상기 2개의 스프링(270) 사이 중립지점에 위치되며, 바람의 힘이 상기 스프링(270)의 탄성력을 초과하는 경우에는, 상기 날개부(210)가 회동됨에 따라 상기 링크부재(240)에 의해 상기 슬라이더(250)가 일방향으로 이동하게 된다.
보다 상세하게, 도 3을 참조하면, 상기 스프링(270)은 평시에는 상기 고정부(260)와 케이스부(120) 사이에 중립지점에 위치한 상태를 유지한다. 이후, 도 4를 참조하면, 돌풍과 같은 바람의 힘이 상기 2개의 스프링(270)의 탄성력보다 더 큰 경우, 상기 복수개의 날개부(210)가 상기 발전기(110) 방향으로 회동된다. 이에 따라 상기 링크부재(240)가 상기 슬라이더(250)를 상기 발전기(110) 방향으로 밀어 상기 발전부(100)와 슬라이더(250) 사이에 구비된 스프링(270)은 수축되고, 상기 고정부(260)와 슬라이더(250) 사이에 의치된 스프링(270)은 이완된 상태가 되는 것이다.
이와 같은 상태에서, 바람의 힘이 상기 2개의 스프링(270)의 탄성력보다 더 작아지면, 상기 발전부(100)와 슬라이더(250) 사이에 구비된 스프링(270)은 상기 슬라이더(250)를 상기 고정부(260) 방향으로 밀고, 상기 고정부(260)와 슬라이더(250) 사이에 구비된 스프링(270)은 상기 슬라이더(280)를 상기 고정부(260) 방향으로 당기게 된다. 이에 따라, 상기 복수개의 링크부재(240)는 상기 복수개의 날개부(210)를 초기위치로 회동시키는 것이다. 이때, 상기 스프링(270)의 탄성으로 인해 상기 복수개의 날개부(210)가 초기위치를 초과하여 회동하는 것을 방지하기 위하여 상기 고정부(260)가 구비되는 것이다.
보다 상세하게, 상기 스프링(270)은 상기 고정부(260)와 슬라이더(250) 사이에 구비되는 전방스프링(271)과, 상기 발전부(100)와 슬라이더(250) 사이에 구비되는 후방스프링(272)을 포함하고, 평시에는, 상기 슬라이더(250)가 상기 전방스프링(271)과 후방스프링(272) 사이 중립지점에 위치되며, 상기 바람의 힘이 상기 전방스프링(271) 및 후방스프링(272)의 탄성력을 초과하는 경우, 상기 날개부(210)가 회동됨에 따라 상기 링크부재(240)에 의해 상기 슬라이더(250)가 일방향으로 이동하게 된다.
또한, 상기 전방스프링(271)은 상기 슬라이더(250)가 일방향으로 이동된 상태에서, 상기 바람의 힘이 상기 전방스프링(271) 및 후방스프링(272)의 탄성력 보다 더 작아져 상기 슬라이더(250)가 타방향으로 이동하게 되거나, 상기 바람의 방향이 전환되어 상기 바람의 힘이 반대방향으로 작용함으로써 상기 슬라이더(250)가 타방향으로 이동하게 되는 경우, 상기 슬라이더(250)가 상기 고정부(260)와 충돌하여 상기 슬라이더(250) 또는 고정부(260)가 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
또한, 상기 슬라이더(250)는 상기 고정부(260)와 인접하게 구비되는 제1슬라이더(251)와, 상기 제1슬라이더(251)와 인접하게 구비되는 제2슬라이더(252)와, 상기 제2슬라이더(252)와 인접하게 구비되는 제3슬라이더(253)를 포함한다. 그리고, 상기 후방스프링(272)은 상기 제1슬라이더(251)와 제2슬라이더(252) 사이에 구비되는 제1스프링(272-1)과, 상기 제2슬라이더(252)와 제3슬라이더(253) 사이에 구비되는 제2스프링(272-2)과, 상기 제3슬라이더(253)와 발전부(100) 사이에 구비되는 제3스프링(272-3)을 포함하며, 상기 제1스프링(272-1), 제2스프링(272-2) 및 제3스프링(272-3)은, 각각 서로 다른 탄성력을 가지도록 형성되어, 상기 바람의 힘에 따라 상기 날개부(210)가 단계별로 회동되도록 한다.
즉, 도 7을 참조하면, 상기 스프링(270)은 3개로 서로 다른 탄성력을 가지도록 형성될 수 있다. 다시 말하면, 상기 슬라이더(250)와 스프링(270)은 각각 복수개로 형성되어, 바람의 힘에 따라 단계별로 상기 복수개의 날개부(210)를 회동시킬 수 있다. 일례로, 비교적 저풍속인 바람에서는 상기 복수개의 날개부(210)가 회동되지 않도록 하고, 상기 제1스프링(271)의 탄성력보다 더 큰 바람의 힘이 작용되는 경우, 상기 복수개의 날개부(210)가 소량 회동하여 상기 제1스프링(271)이 수축되고 상기 제1슬라이더(251)가 상기 제2슬라이더(252) 방향으로 이동되도록 한다. 또한, 상기 제2스프링(272)의 탄성력보다 더 큰 바람의 힘이 작용되는 경우, 상기 복수개의 날개부(210)가 더욱 회동하여 상기 제1스프링(271) 및 제2스프링(272)이 수축되고, 상기 제1슬라이더(251)와 제2슬라이더(252)가 상기 제3슬라이더(253) 방향으로 이동되도록 한다. 이와 같이 상기 스프링(270)은 상기 샤프트(280)의 길이방향으로 복수개로 서로 다른 탄성력을 가지도록 형성됨으로써, 바람의 세기에 따라 최적의 상기 복수개의 날개부(210)의 각도를 설정하여, 보다 더 효율적인 발전이 이루어질 수 있도록 한다.
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다음으로, 상기 복수개의 날개부(210)는 바람의 힘이 상기 스프링(270)의 탄성력을 초과하는 경우, 30도 내지 60도로 회동될 수 있다. 이때, 상기 복수개의 날개부(210)가 30도 미만으로 회동하는 경우, 돌풍과 같은 바람의 힘에 의해 상기 날개부(210)의 끝단에 발생하는 굽힘응력으로 인하여 파손되거나 손상을 입어 발전효율이 감소하게 되는 문제점이 있다. 또한, 상기 복수개의 날개부(210)가 60도를 초과하는 각도로 회동하는 경우, 상기 날개부(210)의 회전력이 급격히 감소하여 지속적인 발전이 진행되지 않게 됨으로써 발전효율이 감소하게 되는 문제점이 있다. 따라서, 상기 복수개의 날개부(210)는 바람의 힘이 상기 스프링(270)의 탄성력을 초과하는 경우, 30도 내지 60도로 회동될 수 있도록 마련되는 것이다.
결과적으로, 본 발명의 가변블레이드를 적용한 풍력발전기는 평시에는 기존의 풍력발전기와 같이 작동하면서 돌풍과 같은 바람의 힘이 상기 2개의 스프링(270)의 탄성력보다 더 큰 경우에는 상기 복수개의 날개부(210)를 회동시킴으로써, 돌풍에 의한 파손의 위험을 방지하여 종래의 풍력발전기보다 더 안전한 풍력발전기를 제공할 수 있으며, 돌풍 시에 상기 샤프트(280)의 회전이 급격하게 상승하는 것을 방지함으로써, 지속적이고 안정적인 전기생산을 유지할 수 있는 이점이 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 발전부
110 : 발전기
120 : 케이스부
130 : 기둥부
140 : 홀부
200 : 블레이드부
210 : 날개부
220 : 힌지부
230 : 센터플레이트
240 : 링크부재
250 : 슬라이더
251 : 제1슬라이더
252 : 제2슬라이더
253 : 제3슬라이더
260 : 고정부
270 : 스프링
271 : 전방스프링
272 : 후방스프링
272-1 : 제1스프링
272-2 : 제2스프링
272-3 : 제3스프링
280 : 샤프트
290 : 고리부

Claims (5)

  1. 전기를 발생시키는 발전부; 및
    상기 발전부에 회전력을 전달하는 블레이드부;를 포함하고,
    상기 블레이드부는,
    바람의 힘에 의해 샤프트;를 기준으로 회전하는 복수개의 날개부;
    상기 날개부의 단부에 구비되는 힌지부;
    중앙부에 홀이 형성되어 상기 샤프트에 삽입되고, 상기 힌지부에 의해 상기 날개부와 결합되는 원판형상의 센터플레이트;
    중앙부에 홀이 형성되어 상기 샤프트에 삽입되고, 상기 날개부의 일측에 구비되는 링크부재;와 결합되는 원판형상의 슬라이더;
    중앙부에 홀이 형성되어 상기 샤프트에 삽입되고, 상기 센터플레이트와 슬라이더 사이에 구비되는 고정부; 및
    상기 슬라이더의 전후방향 이동을 제한하는 스프링;을 포함하며,
    평시에는, 바람의 힘에 의해 상기 날개부가 회전하여 상기 발전부가 전기를 생산하고,
    바람의 힘이 상기 스프링의 탄성력을 초과하는 경우에는, 상기 날개부가 회동되어 상기 날개부에 작용하는 힘을 최소화함으로써, 상기 날개부의 파손을 방지하되,
    상기 스프링은,
    상기 고정부와 슬라이더 사이에 구비되는 전방스프링; 및
    상기 발전부와 슬라이더 사이에 구비되는 후방스프링;을 포함하고,
    평시에는, 상기 슬라이더가 상기 전방스프링과 후방스프링 사이 중립지점에 위치되며,
    상기 바람의 힘이 상기 전방스프링 및 후방스프링의 탄성력을 초과하는 경우, 상기 날개부가 회동됨에 따라 상기 링크부재에 의해 상기 슬라이더가 일방향으로 이동하게 되고,
    상기 전방스프링은,
    상기 슬라이더가 일방향으로 이동된 상태에서, 상기 바람의 힘이 상기 전방스프링 및 후방스프링의 탄성력 보다 더 작아져 상기 슬라이더가 타방향으로 이동하게 되거나, 상기 바람의 방향이 전환되어 상기 바람의 힘이 반대방향으로 작용함으로써 상기 슬라이더가 타방향으로 이동하게 되는 경우, 상기 슬라이더가 상기 고정부와 충돌하여 상기 슬라이더 또는 고정부가 손상되는 것을 방지하며,
    상기 슬라이더는,
    상기 고정부와 인접하게 구비되는 제1슬라이더;
    상기 제1슬라이더와 인접하게 구비되는 제2슬라이더; 및
    상기 제2슬라이더와 인접하게 구비되는 제3슬라이더;를 포함하고,
    상기 후방스프링은,
    상기 제1슬라이더와 제2슬라이더 사이에 구비되는 제1스프링;
    상기 제2슬라이더와 제3슬라이더 사이에 구비되는 제2스프링; 및
    상기 제3슬라이더와 발전부 사이에 구비되는 제3스프링;을 포함하며,
    상기 제1스프링, 제2스프링 및 제3스프링은, 각각 서로 다른 탄성력을 가지도록 형성되어, 상기 바람의 힘에 따라 상기 날개부가 단계별로 회동하게 되는 것을 특징으로 하는 가변블레이드를 적용한 풍력발전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 날개부는,
    바람의 힘이 상기 스프링의 탄성력을 초과하는 경우, 30도 내지 60도로 회동되는 것을 특징으로 하는 가변블레이드를 적용한 풍력발전기.
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