KR20110023446A - 풍력 발전기용 로터와 이를 적용한 풍력 발전기 및 이의 동작 제어 방법 - Google Patents

풍력 발전기용 로터와 이를 적용한 풍력 발전기 및 이의 동작 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 블레이드의 각 부위별 적용 하중을 취득하여 이를 토대로 상기 블레이드의 전체 부위에 대한 적용 하중이 균일하게 이루어질 수 있도록 함으로써 발전량의 향상을 얻을 수 있도록 한 새로운 형태의 풍력 발전기용 로터와 이를 적용한 풍력 발전기 및 이의 동작 제어방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 각 블레이드에 선택적 동작 제어가 가능한 복수의 플랩이 설치된 로터; 풍속을 감지하는 풍속 감지부; 상기 로터의 회전 속도를 감지하는 속도 감지부; 그리고, 상기 풍속 감지부 및 속도 감지부에 의해 감지된 정보를 제공받도록 전기적으로 연결되고, 상기 제공받은 정보들을 토대로 상기 각 구동부의 동작을 제어하는 동작 제어부:를 포함하여 구성되며, 풍속 및 블레이드의 회전 속도를 각각 감지하고, 상기 감지된 정보를 토대로 블레이드의 각 부위별 적용 하중을 취득하며, 상기 취득된 정보를 토대로 해당 블레이드의 각 플랩에 대한 회전 각도를 결정하고, 각각의 구동부를 제어하여 상기 결정된 회전 각도만큼 각 플랩을 회전시키는 단계를 포함하여 진행됨을 특징으로 하는 풍력 발전기 및 이의 동작 제어 방법이 제공된다.
풍력 발전기, 블레이드, 회전 각도, 플랩

Description

풍력 발전기용 로터와 이를 적용한 풍력 발전기 및 이의 동작 제어 방법{A rotor and wind generator using the rotor and operating method thereof}
본 발명은 풍력 발전기에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 블레이드의 각 부위별 적용 하중을 취득하여 이를 토대로 상기 블레이드의 전체 부위에 대한 적용 하중이 균일하게 이루어질 수 있도록 함으로써 발전량의 향상을 얻을 수 있도록 한 새로운 형태의 풍력 발전기용 로터와 이를 적용한 풍력 발전기 및 이의 동작 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 풍력 발전기라 함은 바람 에너지를 이용하여 전기를 생산하는 발전기로써, 대형 블레이드를 이용하여 에너지를 전환할 수 있도록 구성된다.
이때, 상기한 블레이드는 풍력 발전기의 가장 핵심 구성품으로써, 바람 에너지를 회전력으로 전환하여 발전기를 구동하는 역할을 한다.
특히, 상기 블레이드는 단면과 바람이 이루는 받음각에 따라 상기 블레이드에 작용하는 하중이나 로터면에서 발생하는 출력의 양과 하중이 달라지게 된다.
이로 인해, 종래에는 상기한 블레이드의 전체 피치 제어를 통해 상기 로터면에서 발생되는 출력과 하중의 제어가 이루어질 수 있도록 하고 있다.
즉, 저풍속 상태일 경우 높은 받음각이 되도록 함으로써 보다 높은 출력이 생산될 수 있도록 하고, 고풍속 상태일 경우 낮은 받음각이 되도록 함으로써 정격 출력을 생산할 수 있도록 한 것이다.
이때, 상기 받음각이라 함은 상기 블레이드의 에어포일(airfoil)이 이루는 시위선(wing chord line)과 블레이드의 주위를 흐르는 자유류가 이루는 상대각을 의미한다.
그러나, 전술한 바와 같은 로터면에서 발생하는 출력의 양과 하중을 제어하기 위한 구조는 블레이드의 각 부위별 단면이 서로 다른 에어포일로 이루어져 있기 때문에 각 단면에서 최적의 성능이 나타나기 위해서는 각 에어포일별로 서로 다른 각도로 제어해 주어야 함에도 불구하고 일괄적인 피치 각도의 적용에 의해 상기 블레이드의 모든 섹션에서 최적의 성능이 나타나지 못하였고, 이로 인한 일정 부분의 효율 감소가 불가피하다는 문제점을 가진다.
또한, 전술한 종래의 블레이드는 각 부위별 단면에 따라 서로 다른 공력 성능이 발생되기 때문에 각 단면 간의 하중 불균형이 발생되었고, 이로 인해 블레이드의 특정 부위에서 하중이 집중되는 현상이 발생되어 해당 부분의 손상이 야기되었던 문제점을 가진다.
또한, 전술한 종래의 블레이드는 각 부위별 에어포일의 성능이 최대한 발휘될 수 있는 각도로 제작되어야 하기 때문에 상기한 블레이드에는 비틀림각이 포함되고, 이러한 비틀림 각으로 인해 블레이드의 형상이 복잡할 뿐 아니라 앞전과 뒷전의 위치 확인이 어렵기 때문에 제작성이 떨어질 수 밖에 없다는 문제점을 가진 다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 풍력 발전기용 블레이드에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 블레이드의 각 부위별 적용 하중이 균일한 분포를 갖도록 함으로써 하중 집중에 따른 문제점을 방지할 수 있도록 하여 발전량의 향상을 이룰 수 있도록 한 새로운 형태의 풍력 발전기용 로터와 이를 적용한 풍력 발전기 및 이의 동작 제어 방법을 제공하고자 한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 풍력 발전기용 로터에 따르면 장착 공간을 갖도록 복수의 장착홈이 요입 형성된 블레이드; 동작 조절이 가능하도록 양 끝단면에는 힌지축이 각각 돌출 형성되면서 상기 블레이드의 각 장착홈 내에 회전 가능하게 설치되며, 외형은 상기 블레이드의 일부를 이루도록 형성되는 복수의 플랩; 그리고, 풍속 및 블레이드의 회전 속도에 따른 개별적인 동작 제어에 의해 상기 각 플랩의 회전 각도가 선택적으로 조절될 수 있도록 구동력을 제공하는 복수의 구동부:를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 블레이드에 형성되는 각 장착홈은 상기 몸체부의 루트(root) 부분으로부터 팁(tip) 부분에 이르기까지 해당 몸체부의 에어포일(airfoil)이 이루는 뒷전(trailling edge) 부위를 따라 각각 형성되며, 상기 각 플랩은 상기한 각 장착홈과 대응되는 크기 및 형상으로 상기 각 장착홈 내에 각각 설치됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 각 장착홈에 장착되는 각 플랩의 길이는 각 플랩이 설치되는 부위의 에어포일이 이루는 시위선(chord line) 길이의 12~18% 범위의 길이로 결정됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 각 구동부는 제어 신호를 제공받아 구동력을 발생시키는 구동모터와, 상기 구동모터의 구동에 의해 회전되면서 상기 각 플랩의 어느 한 힌지축과 구동력의 전달이 가능하도록 상호간을 연결하는 구동력 전달부재를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 각 구동부는 제어 신호를 제공받아 이동력을 발생시키는 유압 실린더와, 상기 유압 실린더에 의한 이동력을 제공받아 신장 혹은, 압축되면서 각 플랩을 강제 회전시키는 플런저를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
그리고, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 풍력 발전기에 따르면, 방사 방향을 따라 복수의 블레이드가 설치되고, 상기 각 블레이드에는 동작 조절이 가능하도록 회전 가능하게 설치되는 복수의 플랩이 설치됨과 더불어 제어 신호를 제공받아 상기 각 플랩에 대한 선택적 피치 조절을 수행하도록 동작되는 각각의 구동부가 설치되어 이루어진 로터; 풍속을 감지하는 풍속 감지부; 상기 로터의 회전 속도를 감지하는 속도 감지부; 그리고, 상기 풍속 감지부 및 속도 감지부에 의해 감지된 정보를 제공받도록 전기적으로 연결되고, 상기 제공받은 정보들을 토대로 상기 각 구동부의 동작을 제어하는 동작 제어부:를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
그리고, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 풍력 발전기 동작 제어 방법에 따르면 풍속 및 로터의 회전 속도를 감지하는 감지 단계; 상기 감지된 정보를 토대로 블레이드의 각 부위별 적용 하중을 취득하는 정보 취득단계; 상기 취득된 정보를 토대로 해당 블레이드의 각 플랩에 대한 회전 각도를 결정하는 각도 결정단계; 그리고, 각각의 구동부를 제어하여 상기 결정된 회전 각도만큼 각 플랩을 회전시키는 플랩 회전단계:를 포함하여 진행됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 각도 결정단계는 상기 정보 취득단계에서 취득된 각 부위별 적용 하중을 토대로 상기 적용 하중이 큰 부위는 상기 하중을 상대적으로 적게 받을 수 있도록 해당 부위에 대한 플랩의 회전 각도가 결정됨과 더불어 상기 적용 하중이 적은 부위는 상기 하중을 상대적으로 많이 받을 수 있도록 해당 부위에 대한 플랩의 회전 각도가 결정되어 진행됨을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 풍력 발전기는 로터를 이루는 블레이드에 복수의 플랩을 설치하고, 상기한 각 플랩은 선택적 제어에 의해 해당 부위에서의 받음각 조절이 가능하도록 구성됨으로써 해당 블레이드의 각 부위별로 달리 적용되는 하중이 상기 각 플랩의 동작에 의해 블레이드의 전 부위에서 균일하게 이루어질 수 있게 됨으로써 성능의 향상을 이룰 수 있게 된 효과를 가진다.
이와 함께, 블레이드의 특정 부위에 대한 하중의 집중 현상이 방지되기 때문에 블레이드의 손상이 방지될 수 있다는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 풍력 발전기는 블레이드에 설치되는 각 플랩이 해당 부위의 에어포일이 이루는 뒷전을 따라 제공되면서 해당 부위에서의 받음각 조절이 가능하기 때문에 블레이드의 제조시 뒷전의 비틀림 각을 포함하지 않아도 되며, 이로 인해 통상의 피치제어방식을 적용한 블레이드에 비해 제작도 용이하다는 효과를 가진다.
이하, 본 발명의 풍력 발전기와 이에 적용되는 로터 및 풍력 발전기의 동작 제어 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명하도록 한다.
첨부된 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전기가 도시되고 있으며, 이를 통해 알 수 있듯이 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전기는 크게 로터(100)와, 풍속 감지부(200)와, 속도 감지부(300) 및 제어부(400)를 포함하여 구성된다.
이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 상기 로터(100)에 대하여 설명한다.
상기 로터(100)는 바람의 영향에 의해 회전되면서 에너지를 발생시키는 일련의 구성으로써, 허브(110) 및 복수의 블레이드(120)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 블레이드(120)는 바람 에너지를 회전력으로 전환하여 발전기가 구동될 수 있도록 하는 역할을 하며, 상기 허브(110)의 둘레면을 따라 방사 방향을 향해 설치된다.
상기한 블레이드(120)는 첨부된 도 2와 같이 루트(root) 부위(121)로부터 팁(tip) 부위(122)에 이르기까지 점진적으로 축소되는 형상으로 형성됨과 더불어 각 부위별 단면은 에어포일(airfoil)의 형상을 이루도록 형성된다.
특히, 본 발명의 실시예에서는 상기 블레이드(120)의 각 부위 중 뒷전(trailling edge) 부위에는 장착홈(123)이 요입 형성되고, 상기 장착홈(123) 내에는 상기 블레이드(120)의 받음각을 조절하기 위한 플랩(flap)(130)이 설치되며, 상기 플랩(130)은 구동부(140)에 의해 피치 조절이 가능하도록 회전 가능하게 설치됨을 제시한다. 이는, 첨부된 도 2 내지 도 4와 같다.
이때, 상기 플랩(130)은 양 끝단면에 힌지축(131)이 각각 돌출 형성되어 상기 장착홈(123) 내의 양측 벽면에 회전 가능하게 설치되며, 상기 구동부(140)는 상기 플랩(130)의 두 힌지축(131) 중 어느 한 힌지축에 구동력의 전달이 가능하도록 결합되면서 해당 힌지축(131)을 강제 회전시킬 수 있도록 구성된다.
상기한 구동부(140)는 풍속 및 블레이드(120)의 회전 속도에 따른 개별적인 동작 제어에 의해 상기 각 플랩(130)의 회전 각도 조절이 선택적으로 이루어질 수 있도록 구동력을 제공하게 되며, 첨부된 도 5 및 도 6과 같이 제어 신호를 받아 구동력을 발생시키는 구동모터(141)와 상기 구동모터(141)의 구동에 의해 회전되면서 상기 각 플랩(130)의 어느 한 힌지축(131)과 구동력의 전달이 가능하도록 상호간을 연결하는 구동력 전달부재(142)를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 구동력 전달부재(142)는 기어임을 그 예로 제시하며, 도시하지는 않았지만 상기 구동모터(141)와 힌지축(131) 간의 연결 구조는 체인 연결 구조 혹은, 벨트 연결 구도 등 다양한 구성으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 블레이드(120)에 형성되는 장착홈(123)과 플랩(130) 및 구동부(140)가 각각 복수로 구성됨을 제시한다.
즉, 플랩(130)이 하나만 제공되는 것이 아니라 블레이드(120)의 루트 부위(121)로부터 팁 부위(122)에까지 복수로 제공됨으로써 블레이드(120)의 각 부위에 대한 선택적인 받음각의 조절이 가능하도록 구성하여, 상기 각 플랩(130)에 의해 블레이드(120)의 특정 부위에 하중이 집중됨을 방지함과 더불어 상기 블레이드(120)의 각 부위로 제공되는 하중을 균일화시켜 로터 면에서의 출력 증가가 이루어질 수 있도록 한 것이다.
이와 함께, 상기와 같은 플랩(130)의 외형은 상기 블레이드(120)의 일부를 이루도록 형성된다. 즉, 상기 블레이드(120)가 이루는 에어포일의 형상 중 뒷전의 일부를 이루도록 형성되는 것이다. 이는, 첨부된 도 4와 같다.
특히, 본 발명의 실시예에서는 상기한 각 플랩(130)의 길이가 해당 부위의 에어포일이 이루는 시위선(chord line)(125) 길이의 12~18% 범위의 길이로 결정된다.
상기한 바와 같은 각 플랩(130)의 길이 범위에 대한 한정은 제어의 용이성 및 성능의 최적화를 위함이다.
즉, 플랩(130)의 길이가 상기 시위선(125) 길이의 12%보다 작을 경우 해당 플랩(130)에 의한 공력의 제어 효과가 극히 미미하여 제 역할을 수행할 수 없고, 플랩(130)의 길이가 상기 시위선(125) 길이의 18%보다 클 경우에는 상기 플랩(130)이 에어포일(124) 형상 자체에 영향을 주게 되므로 일반적인 에어포일의 공력 해석 을 기반으로 한 제어가 어려운 문제점이 있을 뿐 아니라 에어포일(124)의 회전하고자 하는 모멘트가 커지게 됨으로써 블레이드(120)의 뒤틀림 하중이 증가하여 구조적인 문제를 야기할 수 있기 때문이다.
따라서, 상기한 플랩(130)의 길이는 시위선(125) 길이의 12~18% 범위의 길이로 결정됨이 가장 바람직한 것이다.
다음으로, 상기 풍속 감지부(200)는 로터(100)에 제공되는 풍속을 감지하는 일련의 구성으로써, 풍력 발전기의 너셀(10)에 설치되는 센서로 구성된다.
다음으로, 상기 속도 감지부(300)는 로터(100)의 회전 속도를 감지하는 일련의 구성으로써, 상기 로터(100)와 너셀(10) 간의 결합 부위에 설치된다.
다음으로, 상기 동작 제어부(400)는 상기 풍속 감지부(200) 및 속도 감지부(300)와 전기적으로 연결되면서 상기 각 감지부(200,300)에 의해 감지된 정보를 제공받고, 상기 제공받은 정보들을 토대로 각 구동부(140)의 동작을 제어하는 일련의 구성이다.
즉, 로터(100)에 제공되는 풍속 및 상기 로터(100)의 회전 속도를 알게 되면 상기 블레이드(120)의 각 부위별 적용 하중이 계산될 수 있으며, 이러한 계산을 통해 각 플랩(130)의 동작 제어가 이루어지도록 함으로써 상기 블레이드(120)의 모든 부위에 대한 하중이 균일하게 이루어질 수 있도록 한 것이다.
이때, 로터(100)에 제공되는 풍속 및 상기 로터(100)의 회전 속도를 토대로 계산되는 블레이드(120)의 각 부위별 적용 하중은 해당 블레이드(120)의 에어포일에 대한 설계 과정에서 미리 계산되며, 이의 정보는 동작 제어부(400)와 연계된 데 이터 베이스(410)에 테이블화된 상태로 저장된다.
상기한 동작 제어부(400)는 풍력 발전기의 전체 동작을 제어하는 컨트롤러가 될 수도 있고, 상기 컨트롤러와는 별도로 제공되면서 각 구동부(140)의 동작만을 제어하도록 구성할 수도 있다.
하기에서는, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전기의 동작 제어 과정에 대하여 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.
먼저, 바람의 영향에 의한 로터(100)의 회전이 이루어지게 되면 풍속 감지부(200) 및 속도 감지부(300)에 의해 로터(100) 주변의 풍속과 상기 로터(100)의 회전 속도에 대한 확인이 이루어진다.
그리고, 상기와 같이 감지된 정보 데이터는 동작 제어부(400)로 제공됨과 더불어 상기 동작 제어부(400)에서는 상기 제공받은 정보를 토대로 블레이드(120)의 각 부위별 적용 하중을 확인하게 된다.
이때, 상기 각 부위별 적용 하중은 상기 풍속과 로터(100)의 회전 속도에 따라 테이블화된 상태로 데이터 베이스(410)에 저장되어 있으며, 동작 제어부(400)는 상기와 같이 데이터 베이스(410)에 저장된 정보로부터 각 부위별 적용 하중을 취득하게 되는 것이다.
그리고, 상기 동작 제어부(400)는 상기 취득된 정보를 토대로 각 플랩(130)에 대한 회전 각도를 결정하게 된다.
이때, 회전 각도의 결정은 이전 과정에서 취득된 각 부위별 적용 하중을 토대로 상기 적용 하중이 큰 부위는 상기 하중을 상대적으로 적게 받을 수 있도록 해 당 부위에 대한 플랩(130)의 회전 각도가 결정됨과 더불어 상기 적용 하중이 적은 부위는 상기 하중을 상대적으로 많이 받을 수 있도록 해당 부위에 대한 플랩(130)의 회전 각도가 결정된다.
즉, 적용 하중이 큰 부위는 플랩(130)의 각도가 상대적으로 작게 이루어지도록 하고, 적용 하중이 작은 부위는 플랩(130)의 각도가 상대적으로 크게 이루어지도록 하는 것이다.
특히, 풍속에 따라 상기 각 플랩(130)의 회전 각도 역시 달라진다. 즉, 상대적으로 저풍속 상태에서는 높은 받음각이 되도록 결정하여 더욱 높은 출력을 생산할 수 있도록 하고, 상대적으로 고풍속 상태에서는 낮은 받음각이 되도록 결정함으로써 정격 출력의 생산이 가능하게 하는 것이다.
따라서, 상기 블레이드(120)는 전체 부위에서 고른 하중을 적용 받게 되며, 이로 인해 특정 부위에의 집중 하중 발생이 방지됨으로써 특정 부위에의 손상이 미연에 방지될 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 풍력 발전기의 각 구성 중 블레이드(120)에 설치되는 각 플랩(130)의 구동을 위한 구동부(140)는 전술한 실시예의 구성으로 이루어져야만 하는 것으로 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 첨부된 도 7과 같이 상기한 구동부(140)는 제어 신호를 제공받아 이동력을 발생시키는 유압 실린더(143)와, 상기 유압 실린더(143)에 의한 이동력을 제공받아 신장 혹은, 압축되면서 각 플랩(130)을 강제 회전시키는 플런저(144)를 포함하여 구성될 수도 있다.
또한, 플랩(130)을 구동시키는 구동부(140)의 구동원(예컨대, 구동모터)는 각각의 플랩(130)별로 각각 제공되는 것이 아니라 하나의 구동원을 이용하여 각 플랩(130)이 모두 동시적인 동작이 가능하도록 구성할 수도 있다. 이는, 각 플랩(130)의 힌지축(131) 간을 기어 등으로 서로 연결함으로써 가능하다.
물론, 본 발명에 따른 각 플랩(130)은 그의 설치 부위에 따라 회전 각도가 달리 결정됨을 고려할 때 각 플랩(130) 간을 연결하는 기어들은 각각의 기어비가 서로 달리 이루어지도록 구성함이 바람직하다. 즉, 블레이드(120)의 팁 부위(122)에 걸리는 공력이 여타 부위에 비해 더욱 크다는 것을 고려할 때 팁 부위(122)로 갈수록 기어비를 작게 함으로써 구동원의 동작시 루트 부위(121)의 플랩(130)에 비해 팁 부위(122)의 플랩(130)이 더욱 큰 회전이 이루어지도록 동작되는 것이다.
이렇듯, 본 발명에 따른 복수의 플랩이 적용되는 블레이드는 다양하게 구성될 수 있으며, 전술한 실시예의 구성으로만 한정되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전기를 설명하기 위해 나타낸 개략적인 구성도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전기의 블레이드에 복수의 플랩이 설치된 상태를 설명하기 위해 나타낸 사시도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전기의 블레이드 중 어느 한 부위를 절개하여 나타낸 요부 사시도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전기의 블레이드에 플랩이 설치된 상태를 설명하기 위해 나타낸 단면도
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전기의 플랩과 구동부 간의 결합 구조를 설명하기 위해 나타낸 사시도
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전기의 플랩과 구동부 간의 결합 구조를 설명하기 위해 나타낸 요부 단면도
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전기 중 구동부에 대한 다른 실시예를 설명하기 위해 나타낸 요부 사시도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10. 너셀 100. 로터
110. 허브 120. 블레이드
121. 루트 부위 122. 팁 부위
123. 장착홈 124. 에어포일
125. 시위선 130. 플랩
131. 힌지축 140. 구동부
141. 구동모터 142. 구동력 전달부재
143. 유압 실린더 144. 플런저
200. 풍속 감지부 300. 속도 감지부
400. 동작 제어부 410. 데이터 베이스

Claims (8)

  1. 장착 공간을 갖도록 복수의 장착홈이 요입 형성된 블레이드;
    피치 조절이 가능하도록 양 끝단면에는 힌지축이 각각 돌출 형성되면서 상기 블레이드의 각 장착홈 내에 회전 가능하게 설치되며, 외형은 상기 블레이드의 일부를 이루도록 형성되는 복수의 플랩; 그리고,
    풍속 및 블레이드의 회전 속도에 따른 개별적인 동작 제어에 의해 상기 각 플랩의 피치 조절이 선택적으로 이루어질 수 있도록 구동력을 제공하는 복수의 구동부:를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 풍력 발전기용 로터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블레이드에 형성되는 각 장착홈은 상기 몸체부의 루트(root) 부분으로부터 팁(tip) 부분에 이르기까지 해당 몸체부의 에어포일(airfoil)이 이루는 뒷전(trailling edge) 부위를 따라 각각 형성되며,
    상기 각 플랩은 상기한 각 장착홈과 대응되는 크기 및 형상으로 상기 각 장착홈 내에 각각 설치됨을 특징으로 하는 풍력 발전기용 로터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 각 장착홈에 장착되는 각 플랩의 길이는 각 플랩이 설치되는 부위의 에어포일이 이루는 시위선(chord line) 길이의 12~18% 범위의 길이로 결정됨을 특징 으로 하는 풍력 발전기용 로터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 구동부는
    제어 신호를 제공받아 구동력을 발생시키는 구동모터와,
    상기 구동모터의 구동에 의해 회전되면서 상기 각 플랩의 어느 한 힌지축과 구동력의 전달이 가능하도록 상호간을 연결하는 구동력 전달부재를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 풍력 발전기용 로터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 구동부는
    제어 신호를 제공받아 이동력을 발생시키는 유압 실린더와,
    상기 유압 실린더에 의한 이동력을 제공받아 신장 혹은, 압축되면서 각 플랩을 강제 회전시키는 플런저를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 풍력 발전기용 로터.
  6. 방사 방향을 따라 복수의 블레이드가 설치되고, 상기 각 블레이드에는 피치 조절이 가능하도록 회전 가능하게 설치되는 복수의 플랩이 설치됨과 더불어 제어 신호를 제공받아 상기 각 플랩에 대한 선택적 피치 조절을 수행하도록 동작되는 각각의 구동부가 설치되어 이루어진 로터;
    풍속을 감지하는 풍속 감지부;
    상기 로터의 회전 속도를 감지하는 속도 감지부; 그리고,
    상기 풍속 감지부 및 속도 감지부에 의해 감지된 정보를 제공받도록 전기적으로 연결되고, 상기 제공받은 정보들을 토대로 상기 각 구동부의 동작을 제어하는 동작 제어부:를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 풍력 발전기.
  7. 풍속 및 로터의 회전 속도를 감지하는 감지 단계;
    상기 감지된 정보를 토대로 블레이드의 각 부위별 적용 하중을 취득하는 정보 취득단계;
    상기 취득된 정보를 토대로 해당 블레이드의 각 플랩에 대한 회전 각도를 결정하는 각도 결정단계; 그리고,
    각각의 구동부를 제어하여 상기 결정된 회전 각도만큼 각 플랩을 회전시키는 플랩 회전단계:를 포함하여 진행됨을 특징으로 하는 풍력 발전기의 동작 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 각도 결정단계는
    상기 정보 취득단계에서 취득된 각 부위별 적용 하중을 토대로 상기 적용 하중이 큰 부위는 상기 하중을 상대적으로 적게 받을 수 있도록 해당 부위에 대한 플랩의 회전 각도가 결정됨과 더불어 상기 적용 하중이 적은 부위는 상기 하중을 상 대적으로 많이 받을 수 있도록 해당 부위에 대한 플랩의 회전 각도가 결정되어 진행됨을 특징으로 하는 풍력 발전기의 동작 제어 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140030734A (ko) * 2012-09-03 2014-03-12 현대중공업 주식회사 풍력 터빈 장치
WO2014104697A1 (ko) * 2012-12-26 2014-07-03 한국에너지기술연구원 피치 가변 블레이드를 갖는 풍력발전기
KR20170099751A (ko) * 2016-12-27 2017-09-01 주식회사 재영케미칼 합성수지 믹싱설비

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103243743B (zh) * 2013-05-21 2015-05-20 福州大学 风力发电机塔筒基础安全可靠性的定量检测方法
KR101647986B1 (ko) * 2015-03-06 2016-08-12 (주)대우건설 풍력 발전 타워의 풍하중 측정이 가능한 풍력 실험 모형

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020087663A (ko) * 2001-05-15 2002-11-23 한국전기연구원 풍속증폭터널을 이용한 풍차 블레이드와 발전기 회전자일체형 풍력발전 시스템
KR20080094424A (ko) * 2007-04-20 2008-10-23 홍 노 김 풍력 발전기의 풍력조절 기구

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140030734A (ko) * 2012-09-03 2014-03-12 현대중공업 주식회사 풍력 터빈 장치
WO2014104697A1 (ko) * 2012-12-26 2014-07-03 한국에너지기술연구원 피치 가변 블레이드를 갖는 풍력발전기
KR20170099751A (ko) * 2016-12-27 2017-09-01 주식회사 재영케미칼 합성수지 믹싱설비

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