KR102361767B1 - 유압 구동 피치제어기를 이용한 풍력발전용 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일측면에 따르면, 풍력발전용 장치에 있어서, 풍력발전용 장치에 있어서, 바람에 의해 토크가 발생되도록 저항면이 형성되는 풍력 블레이드에 결합되는 로터샤프트; 상기 로터샤프트의 하측에 연결되어 회전동작에 필요한 동력이 전달되도록 연결되는 링크; 상기 링크와 결합되며 블레이드가 결합에 대응되어 측면이 형성되고 전방 및 후방으로 직진동작되어 풍력 블레이드의 피치가 조절되고 중심에 형성된 메인샤프트홀을 회전축으로 회전되는 구동플레이트; 상기 메인샤프트홀에 삽입된 형태로 배치되어 상기 구동플레이트와 회전과 함께 회전되는 메인샤프트; 상기 메인샤프트에 결합되어 체인이 결속되는 스프라켓; 상기 스프라켓과 평행하게 구동축이 배치되어 체인이 결속되어 회전에 의해 전기가 발전되는 발전기; 상기 메인샤프트의 내부에 구비되어 상기 구동플레이트와 연결되는 푸쉬로드; 및 실린더의 압력조절에 의해 작동축이 신장 또는 단축되어 상기 푸쉬로드에 연결되어 전방 및 후방의 병진동작이 형성되는 유압실린더; 를 포함하고 상기 메인샤프트를 관통하고 상기 푸쉬로드의 외주면에 접촉되도록 체결되는 고정핀; 을 더 포함하고 상기 스프라켓 및 상기 발전기의 구동축은 서로 평행하게 배치되는 풍력발전용 장치가 제공될 수 있다.

Description

유압 구동 피치제어기를 이용한 풍력발전용 장치 {Device for wind generator using pitch controller for hydraulic valve}
본 발명은 유압 구동 피치제어기를 이용한 풍력발전용 장치에 관한 것이다.
최근의 풍력발전기는 대부분 블레이드 피치제어 타입으로 피치각 세팅이 필요하다. 일 예로 풍속이 낮은 경우에는 바람을 최대한 많이 받을 수 있는 피치각을 "0"도 상태로 판단하나 실제로는 다른 피치각으로 운전되므로 출력 효율이 예상보다 떨어지는 결과가 발생된다.
종래 기술의 경우 피치조절모터를 별도로 구비하여 정상 운행시 주 전력 공급부의 전력을, 비상 상황 시 보조 전력 공급부의 전력을 피치조절모터에 인가하도록 제어하는 제어부를 포함하게 된다. 이와 같은 종래기술의 경우 생산 비용이 높게 형성되고 장비의 크기가 커지게 되는 문제점이 야기되고 있어, 이에 관한 개선이 필요한 실정이다.
등록특허 제10-1411475호(2014.06.18. 등록)
본 발명의 실시예들은 피치조절모터를 대체하여 유압실린더를 이용하여 간단한 구조로 피치각를 조절할 수 있는 풍력발전용 장치를 제공하고자 한다.
다만 본 발명의 실시예들이 이루고자 하는 기술적 과제들은 반드시 상기에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 상세한 설명 등 명세서의 다른 기재로부터 본 발명의 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력발전용 장치에 있어서, 풍력발전용 장치에 있어서, 바람에 의해 토크가 발생되도록 저항면이 형성되는 풍력 블레이드에 결합되는 로터샤프트; 상기 로터샤프트의 하측에 연결되어 회전동작에 필요한 동력이 전달되도록 연결되는 링크; 상기 링크와 결합되며 블레이드가 결합에 대응되어 측면이 형성되고 전방 및 후방으로 직진동작되어 풍력 블레이드의 피치가 조절되고 중심에 형성된 메인샤프트홀을 회전축으로 회전되는 구동플레이트; 상기 메인샤프트홀에 삽입된 형태로 배치되어 상기 구동플레이트와 회전과 함께 회전되는 메인샤프트; 상기 메인샤프트에 결합되어 체인이 결속되는 스프라켓; 상기 스프라켓과 평행하게 구동축이 배치되어 체인이 결속되어 회전에 의해 전기가 발전되는 발전기; 상기 메인샤프트의 내부에 구비되어 상기 구동플레이트와 연결되는 푸쉬로드; 및 실린더의 압력조절에 의해 작동축이 신장 또는 단축되어 상기 푸쉬로드에 연결되어 전방 및 후방의 병진동작이 형성되는 유압실린더; 를 포함하고 상기 메인샤프트를 관통하고 상기 푸쉬로드의 외주면에 접촉되도록 체결되는 고정핀; 을 더 포함하고 상기 스프라켓 및 상기 발전기의 구동축은 서로 평행하게 배치되는 풍력발전용 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 풍력발전용 장치는 유압실린더와 구동플레이트의 동작에 의해 간단한 구조로 피치를 조절할 수 있도록 한다. 특히 이와 같은 본 실시예들의 풍력발전용 장치는 종래 모터를 이용한 피치조절방식을 대체하여 정비가 용이하고 저가로 생산가능한 풍력발전용 장치를 제공하는데 활용될 수 있다.
다만 본 발명의 실시예들을 통해 얻을 수 있는 기술적 효과들은 반드시 상기에서 언급한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 효과들은 상세한 설명 등 명세서의 다른 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 풍력발전용 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다
도 2는 도 1에 도시된 로터샤프트의 하측부분을 확대하여 나타낸 확대도이다.
도 3은 구동플레이트의 메인샤프트홀을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는 메인샤프트의 내부의 푸쉬로드의 결합구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 메인샤프트의 내부의 푸쉬로드와 구동플레이트의 결합 구조를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 6의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 장치의 동작을 개략나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조해 설명한다. 이하의 실시예들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공될 수 있다. 다만 이하의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이고 본 발명의 기술적 사상이 반드시 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 또한 본 발명의 기술적 요지를 불분명하게 하거나 공지된 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 풍력발전용 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다
도 1을 참조하면, 본 실시예의 풍력발전용 장치는 로터샤프트를 포함할 수 있다.
로터샤프트(100)는 바람에 의해 토크가 발생되도록 저항면이 형성되는 풍력 블레이드(미도시)가 결합되는 부품이 될 수 있다. 로터샤프트(100)는 복수개의 상이한 크기의 원기둥이 결합된 형태로 형성될 수 있다. 또한, 로터샤프트(100)는 블레이드의 개수에 대응되는 개수로 구비될 수 있다. 예를 들면, 도면과 같이 3개의 로터샤프트(100)가 배치되는 경우 3 개의 블레이드(미도시)와 결합되는 풍력발전용 장치가 될 수 있다. 이때, 3개의 로터샤프트(100)는 모두 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 설명의 편의를 위해 이하 설명하는 로터샤프트(100)는 도면상 상부방향에 배치되는 로터샤프트(100)를 기준으로 설명키로한다.
로터샤프트(100)의 상부에 형성된 원기둥의 형태는 블레이드배치부(110)가 될 수 있다. 블레이드배치부(110)는 블레이드가 결합될 수 있는 충분한 직경으로 형성될 수 있다. 또한, 블레이드배치부(110)의 상부면에는 복수개의 결합홀(111)이 형성될 수 있다. 블레이드배치부(110)의 상부면에 형성된 결합홀(111)은 블레이드(미도시)가 결합되는 홀이 될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 로터샤프트(100)의 하측부분을 확대하여 나타낸 확대도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 로터샤프트(100)의 하측은 링크결합부(120)가 될 수 있다 링크결합부(120)는 후술할 링크(200)와 결합되는 부분이 될 수 있다. 이와 같은 링크결합부(120)는 캠 형상의 기둥형태로 형성될 수 있다. 이때, 링크결합부(120)의 캠형상의 선단부분에는 후술할 링크(200)와 결합될 수 있는 결합홀(121)이 형성될 수 있다. 링크결합부(120)에 형성된 결합홀에는 핀과 같은 체결부재가 삽입되어 후술할 링크가 결합될 수 있다. 이와 같이 결합된 링크결합부(120)와 링크(200)는 체결부재를 축으로 회전가능한 구조가 될 수 있다.
본 실시예의 풍력발전용 장치는 링크(200)를 포함할 수 있다. 링크(200)는 로터샤프트(100)가 회전동작에 필요한 동력이 전달되도록 연결되는 부품이 될 수 있다. 링크(200)는 소정길이로 형성되 바(bar)의 형태가 될 수 있다. 이때, 링크(200)의 길이는 로터샤프트(100)의 회전반경이 될 수 있다. 이에 따라, 링크(200)의 길이는 링크(200)의 회전에 의해 로터샤프트(100)가 회전동작되어, 블레이드의 피치각이 충분히 조절될 수 있는 길이가 될 수 있다. 또한, 링크(200)는 양측 끝단에 상하 관통된 형태의 홀이 형성될 수 있다. 또한, 링크(200)의 일측에 형성된 홀은 로터샤프트(100)와 함께 핀과 같은 체결부재로 결합될 수 있다. 반면, 링크(200)의 타측에 형성된 홀은 후술할 구동플레이트(300)와 함께 핀과 같은 체결부재로 결합될 수 있다. 이와 같이 링크(200)는 로터샤프트(100)에 결합되며 대응되는 개수로 형성될 수 있다.
본 실시예의 풍력발전용 장치는 구동플레이트를 포함할 수 있다.
구동플레이트(300)는 링크(200)와 결합되어 병진동작되어 블레이드의 피치가 조절되는 부품이 될 수 있다. 또한, 바람에 의해 블레이드가 회전되는 경우 중심에 형성된 메인샤프트홀(310)을 회전축으로 회전되는 부품이 될 수 있다. 이와 같은 구동플레이트(300)는 블레이드의 결합에 대응되어 측면의 개수가 형성될 수 있다.
일 예로 도면과 같이 3개의 블레이드가 작동되는 풍력발전용 장치의 경우, 3개의 측면을 가지는 삼각형의 형태인 플레이트 형상이 될 수 있다.
또한, 구동플레이트(300)는 링크(200)와 결합되는 부분이 측면의 중심에 형성될 수 있다. 이때, 링크(200)와 결합되는 부분은 구동플레이트(300)에서 분리가 가능하도록 별도로 구비된 결합면(320)이 조립된 형태가 될 수 있다. 이와 같이 별도로 조립되는 결합면(320)은 구동플레이트(300)의 동작에 따라 블레이드가 연동될 수 있도록 동력이 전달되는 부분이 될 수 있다. 별도로 구비된 결합면(320)은 구동플레이트(300)와 일체형으로 형성되는 경우보다 유지보수가 용이하게 될 수 있다.
한편, 구동플레이트(300)는 중심에는 메인샤프트홀(310)이 형성될 수 있다.
도 3은 구동플레이트(300)의 메인샤프트홀(310)을 확대하여 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 메인샤프트홀(310)은 구동플레이트(300)의 중심에 형성된 플랜지형태의 외관의 중심에 관통된 형태로 형성될 수 있다.
이와 같이 형성된 메인샤프트홀(310)의 외주연에는 내측 중심을 향하는 직선경로로 관통된 형태의 2 개의 고정핀결합홀(330)이 형성될 수 있다. 고정핀결합홀(330)은 메인샤프트(500)와 구동플레이트(300)이 연결되는 고정핀(400)이 삽입되어 체결되는 부분이 될 수 있다.
본 실시예의 풍력발전용 장치는 고정핀(400)을 포함할 수 있다.
고정핀(400)은 2 개의 고정핀결합홀(330)에 각각 삽입될 수 있다. 고정핀(400)은 헤드(410)와 삽입부(420)로 형성될 수 있다. 고정핀(400)의 헤드(410)는 구동플레이트(300)에 접촉되어 지지되는 부분으로 삽입부(420)보다 큰 면적으로 형성될 수 있다. 반면, 고정핀(400)의 삽입부(420)는 헤드(410)보다 작은 단면으로 형성되어 구동플레이트(300)의 외측에서 삽입되어 후술할 푸쉬로드(600)의 외주면에 접촉되는 길이로 형성될 수 있다. 이와 같은 고정핀(400)은 2 개의 고정핀결합홀(330)에 각각 삽입되어 메인샤프트(500)가 관통되고 후술할 푸쉬로드(600)의 외주면에 접촉되도록 체결될 수 있다. 이와 같이 결합되는 고정핀(400)은 구동플레이트(300)의 회전으로 후술할 메인샤프트(500)가 연동되도록 동력이 전달되는 핀이 될 수 있다.
다시 도 1및 도 3을 참조하면, 본 실시예의 풍력발전용 장치는 메인샤프트(500)를 포함할 수 있다. 메인샤프트(500)는 메인샤프트홀(310)에 삽입된 형태로 배치되어 블레이드(미도시)의 회전에 의해 발생된 동력을 후술할 발전기(800)방향으로 전달하는 샤프트가 될 수 있다. 메인샤프트(500)는 외주연에 고정핀관통홈(510)이 형성될 수 있다. 고정핀관통홈(510)은 고정핀(400)이 메인샤프트(500)와 함께 관통되어 체결되어 연동동작을 형성하는 홈이 될 수 있다. 이에 따라, 고정핀관통홈(510)은 고정핀결합홀(330)과 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 또한, 고정핀관통홈(510)의 길이는 구동플레이트(300)의 전방 및 후방으로 동작시 간섭되지 않는 길이로 형성될 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면, 메인샤프트(500)는 길이방향으로 관통되어 형성되는 푸쉬로드삽입홀(520)이 형성될 수 있다. 푸쉬로드삽입홀(520)은 후술할 푸쉬로드(600)가 내부에 삽입되는 홀이 될 수 있다. 푸쉬로드삽입홀(520)은 푸쉬로드(600)가 내부에 삽입되어 전방 및 후방으로 병진동작 할 수 있도록 베어링과 같은 부재가 함께 결합될 수 있는 충분한 크기로 형성될 수 있다. 이때, 삽입되는 푸쉬로드(600)에 관한 설명은 후술키로 한다.
한편, 메인샤프트(500)의 구동플레이트(300)방향의 반대측에는 스프라켓(700)이 결합될 수 있다. 스프라켓(700)은 메인샤프트(500)의 회전으로 발생된 토크가 발전기(800)로 전달되도록 구비되는 체인(C)의 일측이 결속되는 부분이 될 수 있다. 또한, 스프라켓(700)에 일측이 결속된 체인(C)은 발전기의 구동축(810)에 타측이 결속되어 메인샤프트(500)의 회전동력이 전달될 수 있다. 이때, 발전기(800)는 구동축(810)이 스프라켓(700)의 상측에 배치되어 평행하게 배치될 수 있다. 이때, 발전기(800)는 구동축(810)이 회전되는 경우 전기가 생산되는 장치가 될 수 있다.
또한, 스프라켓(700)과 발전기(800)의 구동축(810)은 외부에 노출되는 형태로 배치될 수 있다. 자세히 말하면, 스프라켓(700)과 발전기(800)의 구동축(810)은 별도의 케이스나 허브가 구비되지 않도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 스프라켓(700)과 발전기(800)에 결속되는 체인(C)이 육안으로 확인되어 유지 보수가 용이하게 될 수 있다.
도 4는 메인샤프트(500)의 내부의 푸쉬로드(600)의 결합구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전용 장치는 푸쉬로드를 포함할 수 있다. 푸쉬로드(600)는 메인샤프트(500)의 내부에 구비될 수 있다. 푸쉬로드(600)는 전방 및 후방으로 병진동작되어 구동플레이트(300)의 전방 및 후방 움직임을 형성하게 될 수 있다.
도 5는 메인샤프트(500)의 내부의 푸쉬로드(600)와 구동플레이트(300)를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 푸쉬로드(600)는 구동플레이트(300)의 내주연에서 연장된 푸쉬로드연결바(610)가 소정 깊이 삽입될 수 있다. 푸쉬로드연결바(610)에서 푸쉬로드(600)에 삽입된 부분의 반대측은 구동플레이트(300)에 결합된 상태가 될 수 있다. 이때, 푸쉬로드연결바(610)는 고정핀(400)과 교차되는 형태로 배치될 수 있다. 또한, 푸쉬로드연결바(610)는 복수개가 구비되어 푸쉬로드(600)와 구동플레이트(300)의 충분한 연동동작을 형성하게 될 수 있다.
이와 같이 연결된 푸쉬로드(600)는 구동플레이트(300)가 결합되는 부분의 반대측면으로 소정길이 연장된 바(bar)의 형태가 될 수 있다. 또한, 푸쉬로드(600)의 반대측면에는 유압실린더가 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전용 장치는 유압실린더를 포함할 수 있다. 유압실린더(900)는 작동축(910)이 푸쉬로드(600)에 일측이 접촉된 형태로 연결될 수 있다. 유압실린더(900)의 작동축(910)은 실린더의 압력조절에 의해 신장 또는 단축되는 부분이 될 수 있다. 이와 같은 유압실린더(900)의 작동은 푸쉬로드(600)의 전방 및 후방의 병진동작을 형성하게 될 수 있다.
도 6의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 장치의 동작을 개략나타낸 도면이다.
도 6의 (a)를 참조하면, 먼저 유압실린더(900)의 신장 및 단축동작이 화살표방향과 같이 형성될 수 있다. 이와 같은 유압실린더(900)의 동작은 연결된 푸쉬로드(600)의 전방 및 후방으로 병진동작을 형성하게 될 수 있다.
도 6의 (b)를 참조하면, 푸쉬로드(600)의 전방 및 후방으로의 움직임은 푸쉬로드연결바(610)에 의해 구동플레이트(300)의 전방 및 후방의 병진동작을 형성하게 될 수 있다. 이때, 구동플레이트(300)의 일측에 연결된 링크(200)는 연동되어 회전되어 반대측에 연결된 로터샤프트(100)를 회전하게 될 수 있다. 이에 따라, 로터샤프트(100)의 상측에 연결된 블레이드가 회전되어 피치각이 조절될 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들에 따른 풍력발전용 장치는 유압실린더와 구동플레이트의 동작에 의해 간단한 구조로 피치를 조절할 수 있도록 한다. 특히 이와 같은 본 실시예들의 풍력발전용 장치는 종래 모터를 이용한 피치조절방식을 대체하여 정비가 용이하고 저가로 생산가능한 풍력발전용 장치를 제공하는데 활용될 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들에 대해 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이고, 이 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다고 할 것이다.
100 : 로터샤프트 200 : 링크
300 : 구동플레이트 310 : 메인샤프트홀
400 : 고정핀 500 : 메인샤프트
600 : 푸쉬로드 700 : 스프라켓
800 : 발전기 810 : 구동축
900 : 유압실린더 910 : 작동축
C : 체인

Claims (4)

  1. 풍력발전용 장치에 있어서, 바람에 의해 토크가 발생되도록 저항면이 형성되는 풍력 블레이드에 결합되는 로터샤프트(100);
    상기 로터샤프트(100)의 하측에 연결되어 회전동작에 필요한 동력이 전달되도록 연결되는 링크(200);
    상기 링크(200)와 결합되며 블레이드가 결합에 대응되어 측면이 형성되고 전방 및 후방으로 직진동작되어 풍력 블레이드의 피치가 조절되고 중심에 형성된 메인샤프트홀(310)을 회전축으로 회전되는 구동플레이트(300);
    상기 메인샤프트홀(310)에 삽입된 형태로 배치되어 상기 구동플레이트(300)와 회전과 함께 회전되는 메인샤프트(500);
    상기 메인샤프트(500)에 결합되어 체인(C)이 결속되는 스프라켓(700);
    상기 스프라켓(700)과 평행하게 구동축(810)이 배치되어 체인(C)이 결속되어 회전에 의해 전기가 발전되는 발전기(800);
    상기 메인샤프트(500)의 내부에 구비되어 상기 구동플레이트(300)와 연결되는 푸쉬로드(600); 및
    실린더의 압력조절에 의해 작동축(910)이 신장 또는 단축되어 상기 푸쉬로드(600)에 연결되어 전방 및 후방의 병진동작이 형성되는 유압실린더(900); 를 포함하고
    상기 메인샤프트(500)를 관통하고 상기 푸쉬로드(600)의 외주면에 접촉되도록 체결되는 고정핀(400); 을 더 포함하고
    상기 스프라켓(700) 및 상기 발전기(800)의 구동축(810)은 서로 평행하게 배치되는 풍력발전용 장치.
  2. 청구항 1에 있어서
    상기 구동플레이트(300)는
    블레이드가 결합되는 개수에 대응되어 변이 형성되고 중심에 형성된 상기 메인샤프트홀(310)의 내측 중심을 향하는 직선경로로 관통된 형태의 고정핀결합홀(330); 이 형성되는 풍력발전용 장치.
  3. 청구항 1에 있어서
    상기 푸쉬로드(600)는
    상기 메인샤프트홀(310)의 내주연에서 연장되어 상기 푸쉬로드(600)에 소정 깊이 삽입되고 상기 고정핀(400)과 교차되는 형태로 배치되는 푸쉬로드연결바(610)에 의해 상기 구동플레이트(300)와 결합되는 풍력발전용 장치.
  4. 청구항 1에 있어서
    상기 로터샤프트(100)는
    링크(200)와 결합되는 일측면이 캠형상으로 형성되는 풍력발전용 장치.
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