KR102664281B1 - 진동 저감 구조를 갖는 풍력발전기 - Google Patents

진동 저감 구조를 갖는 풍력발전기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진동 저감 구조를 갖는 풍력발전기에 관한 것으로, 기둥의 하부에 진동저감부와 상부에 풍력발전부를 포함하는 진동 저감 구조를 갖는 풍력발전기에 있어서, 상기 진동저감부는, 상기 풍력발전기 기둥의 하단에 구비되는 제1진동저감부재 및 상기 제1진동저감부재의 상부에 연결되고, 상기 풍력발전기의 기둥을 중심으로 방사형으로 형성되는 제2진동저감부재를 포함하고, 상기 풍력발전부는, 상기 풍력발전기 기둥 상단에 연결되는 제1구동부; 상기 제1구동부와 연결되는 제2구동부; 상기 제2구동부와 블레이드 사이에 연결되는 제3구동부 및 상기 제1구동부, 제2구동부 및 제3구동부 작동에 의해 각도가 변형되는 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

진동 저감 구조를 갖는 풍력발전기{Wind power generator with vibration reduction structure}
본 발명은 소성 변형하는 금속과 탄성 소재를 함께 적층함으로써 블레이드의 회전으로 인한 진동을 효과적으로 흡수하고, 바람의 속력에 따라 블레이드가 변형하여 발전 효율을 높인 진동 저감 구조를 갖는 풍력발전기에 관한 것이다.
최근, 지구의 환경오염이 심각해짐에 따라 지구 온난화 현상으로 인한 기상 이상 현상 등이 발생하고 있어, 전 세계 130국 이상이 '2050 탄소중립'을 선언하였으며, 에너지 부문의 온실가스 중 화석연료의 사용이 83% 이상을 차지하므로 탄소중립을 위해서는 에너지 분야 탈탄소화가 급선무이다.
이에 화석연료의 사용을 대체하기 위한 신재생 에너지인 태양열, 풍력, 수력, 지력 및 조력을 이용한 에너지 활용 기술에 대한 수요가 급부상하고 있으나, 자연을 활용한 신재생 에너지는 에너지원의 일정한 공급이 어렵다는 문제점이 있었다.
특히 바람을 이용한 풍력발전기에 있어서, 바람의 속력이 감소할 시, 블레이드의 회전 속력 또한 저하되고, 블레이드의 운동이 정지하는 등 풍력 발전의 효율이 낮아지는 문제가 있었다.
또한, 건물의 옥상 등에 풍력발전기를 사용함으로써 건물 내의 에너지를 자체적으로 공급할 수 있는 방법이 활용되고 있으나, 건물 옥상에 설치시 블레이드의 회전으로 인한 진동으로 인하여 옥상의 패널 등이 손상되어 재설치에 따른 비용과 인력이 낭비되는 문제가 있었다.
한국등록특허 : 제10-1071240호
또한, 풍력발전기에 발생하는 진동을 저감하는 진동 저감 구조를 통해, 풍력발전기와 풍력발전기가 설치되는 건물 옥상의 부재의 손상을 막아 수명을 연장할 수 있는 풍력발전기를 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 건물에 설치되는 풍력발전기의 블레이드 구조를 개선하여, 바람의 속력이 저하되는 환경에서도 발전 효율을 높인 풍력발전기를 제공하는 데 일 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 진동 저감 구조를 갖는 풍력발전기는 기둥의 하부에 진동저감부와 상부에 풍력발전부를 포함하는 진동 저감 구조를 갖는 풍력발전기에 있어서, 상기 진동저감부는, 상기 풍력발전기 기둥의 하단에 구비되는 제1진동저감부재 및 상기 제1진동저감부재의 상부에 연결되고, 상기 풍력발전기의 기둥을 중심으로 방사형으로 형성되는 제2진동저감부재를 포함하고, 상기 풍력발전부는, 상기 풍력발전기 기둥 상단에 연결되는 제1구동부; 상기 제1구동부와 연결되는 제2구동부; 상기 제2구동부와 블레이드 사이에 연결되는 제3구동부 및 상기 제1구동부, 제2구동부 및 제3구동부 작동에 의해 각도가 변형되는 블레이드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1진동저감부재는, 복수 개의 층으로 적층되는 제1금속바; 상기 제1금속바들 사이에 구비되는 제1탄성부; 상기 제1진동저감부재의 상부와 하부에 구비되어, 상기 제1금속바와 제1탄성부가 내장되는 고정부 및 상기 고정부 사이에 둘레를 따라 복수 개로 형성되는 지지부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2진동저감부재는, 복수 개의 층으로 적층되는 제2금속바; 상기 제2금속바들 사이에 구비되는 제2탄성부 및 내부에 상기 제2금속바와 제2탄성부를 감싸도록 형성된 커버를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1구동부는, 제1모터; 상기 제1모터에 연결되고, 상기 제1모터에 의해 회동하는 제1연결축; 상기 제1연결축의 양측에 형성되는 제1연결바 및 상기 제1연결바와 연결되고, 상기 제1연결축과 함께 회동하는 제2연결축을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2구동부는, 제2모터 및 상기 제2연결축의 양측에 형성되고 상기 제2모터에 연결되어, 상기 제2모터에 의해 회동하는 제2연결바를 포함할 수 있다.
또한, 상기 블레이드는, 상부의 제1블레이드와 하부의 제2블레이드를 포함하고, 상기 제3구동부는, 상기 제1블레이드와 제2블레이드에 연결되어, 상기 제1블레이드와 제2블레이드 사이의 각도를 조절하는 실린더 및 상기 제2연결바와 상기 제1블레이드 및 제2블레이드를 연결시키는 제3연결바를 포함할 수 있다.
본 발명은 블레이드 구조를 개선하여, 바람의 속력이 저하되는 환경에서도 발전 효율을 높일 수 있다.
또한, 풍력발전기에 발생하는 진동을 저감하는 진동 저감 구조를 통해, 풍력발전기와 풍력발전기가 설치되는 건물 옥상의 부재의 손상을 막아 수명을 연장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 진동 저감 구조를 갖는 풍력발전기의 사시도이다.
도 2는 도 1의 정면도이다.
도 3은 도 1의 풍력발전부를 자세하게 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 일부 블레이드와 구동부를 분리한 사시도이다.
도 5는 도 3의 하나의 블레이드와 구동부의 사시도이다.
도 6a 는 도 3의 제1구동부 및 제2구동부가 중립상태에 있는 작동 예시도이다.
도 6b 는 도 3의 제1구동부에 의해 블레이드가 상방으로 이동한 작동 예시도이다.
도 7a는 도 3의 제2구동부에 의해 블레이드가 상방으로 이동한 작동 예시도이다.
도 7b 는 도 3의 제2구동부에 의해 블레이드가 하방으로 이동한 작동 예시도이다.
도 8a는 도 3의 제3구동부가 중립상태에 있는 작동 예시도이다.
도 8b는 도 3의 제3구동부에 의해 제1블레이드와 제2블레이드 사이의 각도가 좁아진 작동 예시도이다.
도 8c는 도 3의 제3구동부에 의해 제1블레이드와 제2블레이드 사이의 각도가 좁아진 작동 예시도이다.
본 발명은 이하에서 설명되는 특정 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변형, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 특정 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함할 수 있다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 구성이나 작용 등 외에도 다른 구성이나 작용 등을 더 포함할 가능성이 있음을 의미한다. 제1, 제2 등의 용어는 구성요소들을 한정하기 위한 것이 아니며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적이다.
이하, 본 발명에 따른 진동 저감 구조를 갖는 풍력발전기의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 진동 저감 구조를 갖는 풍력발전기의 사시도이고, 도 2는 도 1의 정면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 진동 저감 구조를 갖는 풍력발전기는 하부에 진동저감부(100)와 상부에 풍력발전부(200)를 포함할 수 있다.
진동저감부(100)는 풍력발전부(200)에서 발생하는 진동을 흡수하여, 진동저감부(100)에 연결되는 건물 옥상의 패널 등의 본 발명의 실시예에 따른 진동 저감 구조를 갖는 풍력발전기(1)가 설치되는 부재에 가해지는 진동을 저감시킬 수 있다.
진동저감부(100)는 제1진동저감부재(110)와 제2진동저감부재(120)를 포함할 수 있으며, 제1진동저감부재(110)는 풍력발전기(1)가 설치되는 부재에 직접적으로 연결되어 수직방향으로 가해지는 하중에 의한 충격 및 진동을 흡수할 수 있고, 제2진동저감부재(120)는 중앙에 풍력발전기(1)의 기둥, 하부에 제1진동저감부재(110)가 연결되고, 방사형으로 형성되어 수직방향 또는 수평방향으로 발생되는 진동을 흡수할 수 있다.
상세하게, 제1진동저감부재(110)는 제1금속바(111), 제1탄성부(112), 고정부(113) 및 지지부(114)를 포함할 수 있다.
제1진동저감부재(110)는 상부와 하부에 고정부(113)가 형성될 수 있고, 상부의 고정부(113)에는 풍력발전기(1)의 기둥이, 하부의 고정부(113)에는 풍력발전기(1)가 설치되는 건물 부재가 연결되며, 상부와 하부 고정부(113) 사이에 제1금속바(111)와 제1탄성부(112)가 복수 개의 층으로 적층될 수 있다.
제1금속바(111)는 소성변형하는 금속 재질로 구성되는 것이 바람직하며, 알루미늄, 구리, 납, 아연, 철, 니켈 등을 포함할 수 있다.
제1탄성부(112)는 탄성을 가진 재질로 구성되는 것이 바람직하며, 고무, 엘라스토머 등을 포함할 수 있다. 이를 통해, 풍력발전기(1)에 진동 발생 시, 제1금속바(111)의 초기강성으로 진동을 흡수하고, 제1금속바(111)가 항복하면 제1탄성부(112)에서 진동을 흡수할 수 있다.
한편, 상부와 하부 고정부(113) 사이에 둘레를 따라 기둥 형태의 지지부(114)가 복수 개로 형성될 수 있고, 고정부(113)와 지지부(114)는 진동 하중이 크게 발생하여도 변형이 발생하지 않도록 제1금속바(111)보다 강성이 강한 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
제1진동저감부재(110)와 제2진동저감부재(120) 및 풍력발전기(1)가 설치되는 부재는 부착되거나 일체의 금형으로 형성될 수 있으며, 당 업계에서 사용되는 부재 간의 연결 방식이라면 한정하지 않고 사용할 수 있다.
제2진동저감부재(120)는, 커버(123)는 내부에 복수 개의 층으로 적층된 제2금속바(121)와 제2탄성부(122)를 감싸도록 형성될 수 있다. 제2진동저감부재(120)는 반구 형태로 형성되어 수직 방향 뿐만 아니라 수평 방향의 진동을 효과적으로 흡수할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
제2금속바(121)와 제2탄성부(122)의 재질 및 기능이 제1진동저감부재(110)의 제1금속바(111)와 제1탄성부(112)와 동일할 수 있으며, 커버(123)는 제2금속바(121)보다 강성이 강한 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
도 3은 도 1의 풍력발전부를 자세하게 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 일부 블레이드와 구동부를 분리한 사시도이며, 도 5는 도 3의 하나의 블레이드와 구동부의 사시도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 풍력발전부(200)는 제1구동부(210), 제2구동부(220), 제3구동부(230) 및 블레이드(240)를 포함할 수 있다.
제1구동부(210) 및 제2구동부(220)는 바람의 방향에 따라 블레이드(240) 전체의 각도를 조절할 수 있으며, 제3구동부(230)는 바람의 세기에 따라 블레이드(240)의 제1블레이드(241)와 제2블레이드(242)가 분리되어 변형되도록 할 수 있다.
풍력발전기(1)의 기둥에 제1구동부(210)가 설치되고, 제1구동부(210)에 제2구동부(220) 및 제3구동부(230)가 순차적으로 연결되며, 제3구동부(230)에 블레이드(240)가 연결될 수 있다.
도 6a 는 도 3의 제1구동부 및 제2구동부가 중립상태에 있는 작동 예시도이고, 도 6b 는 도 3의 제1구동부에 의해 블레이드가 상방으로 이동한 작동 예시도이다.
도 6a 내지 도 6b를 참조하면, 제1구동부(210)의 제1모터(211)가 제1연결축(212)에 연결되고, 제1연결축(212)의 양 측면에 제1연결바(213)가 형성되며, 제1연결바(213)의 사이에 제2연결축(214)이 형성될 수 있다.
제1모터(211)가 작동하여 제1연결축(212)이 상부 또는 하부로 회동할 수 있으며, 제1연결축(212)의 움직임에 따라 제1연결바(213)에 의해 제2연결축(214)이 함께 회동하여 바람의 방향에 따라 블레이드(240)의 각도를 조절할 수 있다.
도 7a는 도 3의 제2구동부에 의해 블레이드가 상방으로 이동한 작동 예시도이고, 도 7b 는 도 3의 제2구동부에 의해 블레이드가 하방으로 이동한 작동 예시도이다.
도 7a 내지 도 7b를 참조하면, 제2구동부(220)의 제2모터(221)가 제1구동부(210)의 제2연결축(214) 양 측면에 형성된 제2연결바(222)에 연결되고, 제2모터(221)가 작동하여 제2연결바(222)가 상부 또는 하부로 회동하고, 바람의 방향에 따라 블레이드(240)의 각도가 조절될 수 있다.
여기서, 제2구동부(220)에 의하여 조절되는 블레이드(240)의 각도는, 제1구동부(210)에 의한 것에 비하여 더욱 세밀한 범위에서 조절이 가능할 수 있으며, 제1구동부(210)와 제2구동부(220)가 함께 작동할 시, 각각 작동하였을 때에 비하여 블레이드(240) 각도가 더 넓은 범위로 조절될 수 있다.
도 8a는 도 3의 제3구동부가 중립상태에 있는 작동 예시도이고, 도 8b는 도 3의 제3구동부에 의해 제1블레이드와 제2블레이드 사이의 각도가 좁아진 작동 예시도이며, 도 8c는 도 3의 제3구동부에 의해 제1블레이드와 제2블레이드 사이의 각도가 좁아진 작동 예시도이다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 블레이드(240) 상부의 제1블레이드(241)와 하부의 제2블레이드(242)는 제3연결바(232)를 통해 제2구동부(230)의 제2연결바(222)에 연결되며, 제3구동부(230)의 실린더(231)가 작동함에 따라 제1블레이드(241)와 제2블레이드(242)가 분리되고, 제1블레이드(241)와 제2블레이드(242) 사이의 각도가 변화한다.
예를 들어, 바람의 속력이 감소하면, 실린더(231)의 작동에 의해 제1블레이드(241)와 제2블레이드(242) 사이의 각도를 좁혀, 풍력발전부(200)의 구심력을 높임으로써 풍력발전부(200)의 회전 속도의 저하를 방지하여 풍력 발전의 효율을 높일 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1 : 풍력발전기
100 : 진동저감부
110 : 제1진동저감부재
111 : 제1금속바
112 : 제1탄성부
113 : 고정부
114 : 지지부
120 : 제2진동저감부재
121 : 제2금속바
122 : 제2탄성부
123 : 커버
200 : 풍력발전부
210 : 제1구동부
211 : 제1모터
212 : 제1연결축
213 : 제1연결바
214 : 제2연결축
220 : 제2구동부
221 : 제2모터
222 : 제2연결바
230 : 제3구동부
231 : 실린더
232 : 제3연결바
240 : 블레이드
241 : 제1블레이드
242 : 제2블레이드

Claims (6)

  1. 기둥의 하부에 진동저감부와 상부에 풍력발전부를 포함하는 진동 저감 구조를 갖는 풍력발전기에 있어서,
    상기 진동저감부는,
    상기 풍력발전기 기둥의 하단에 구비되는 제1진동저감부재 및
    상기 제1진동저감부재의 상부에 연결되고, 상기 풍력발전기의 기둥을 중심으로 방사형으로 형성되는 제2진동저감부재를 포함하고,
    상기 풍력발전부는,
    상기 풍력발전기 기둥 상단에 연결되는 제1구동부;
    상기 제1구동부와 연결되는 제2구동부;
    상기 제2구동부와 블레이드 사이에 연결되는 제3구동부 및
    상기 제1구동부, 제2구동부 및 제3구동부 작동에 의해 각도가 변형되는 블레이드를 포함하며,
    상기 제1구동부는,
    제1모터;
    상기 제1모터에 연결되고, 상기 제1모터에 의해 회동하는 제1연결축;
    상기 제1연결축의 양측에 형성되는 제1연결바 및
    상기 제1연결바와 연결되고, 상기 제1연결축과 함께 회동하는 제2연결축을 포함하고,
    상기 제2구동부는,
    제2모터 및
    상기 제2연결축의 양측에 형성되고 상기 제2모터에 연결되어, 상기 제2모터에 의해 회동하는 제2연결바를 포함하고,
    상기 블레이드는,
    상부의 제1블레이드와 하부의 제2블레이드를 포함하고,
    상기 제3구동부는,
    상기 제1블레이드와 제2블레이드에 연결되어, 상기 제1블레이드와 제2블레이드 사이의 각도를 조절하는 실린더 및
    상기 제2연결바와 상기 제1블레이드 및 제2블레이드를 연결시키는 제3연결바를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 저감 구조를 갖는 풍력발전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1진동저감부재는,
    복수 개의 층으로 적층되는 제1금속바;
    상기 제1금속바들 사이에 구비되는 제1탄성부;
    상기 제1진동저감부재의 상부와 하부에 구비되어, 상기 제1금속바와 제1탄성부가 내장되는 고정부 및
    상기 고정부 사이에 둘레를 따라 복수 개로 형성되는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 저감 구조를 갖는 풍력발전기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2진동저감부재는,
    복수 개의 층으로 적층되는 제2금속바;
    상기 제2금속바들 사이에 구비되는 제2탄성부 및
    내부에 상기 제2금속바와 제2탄성부를 감싸도록 형성된 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 저감 구조를 갖는 풍력발전기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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