KR20110080946A - 풍력발전기 - Google Patents

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KR20110080946A
KR20110080946A KR1020100001398A KR20100001398A KR20110080946A KR 20110080946 A KR20110080946 A KR 20110080946A KR 1020100001398 A KR1020100001398 A KR 1020100001398A KR 20100001398 A KR20100001398 A KR 20100001398A KR 20110080946 A KR20110080946 A KR 20110080946A
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임인규
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삼성중공업 주식회사
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    • F03D7/0236—Adjusting aerodynamic properties of the blades by changing the active surface of the wind engaging parts, e.g. reefing or furling
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

풍력발전기가 개시된다. 타워(tower), 타워에 설치되어 있으며 회전력을 전기에너지로 변화하는 나셀(nacelle), 나셀에 회전력을 전달하도록 나셀에 회전가능하게 결합된 허브, 허브에 방사형으로 결합되어 있으며 반경방향으로 길이조절이 가능하게 형성된 복수의 날개부를 포함하는 풍력발전기는, 다양한 범위의 풍속에서 운용이 가능하므로, 풍력발전기의 효율을 최대화할 수 있다.

Description

풍력발전기{Wind power generator}
본 발명은 풍력발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게, 다양한 환경에서 운용이 가능한 풍력발전기에 관한 것이다.
공기의 유동이 가진 운동에너지를 이용하여 회전자를 회전시켜서 기계적 에너지로 변환시키고, 다시 기계적 에너지로부터 전기를 얻는 장치가 풍력발전기이다.
일반적으로, 풍력발전기는 사전에 설정된 범위의 풍속에서 높은 출력을 낼 수 있도록 설계되어 있다.
이에 따라, 사전에 설정된 범위 외의 풍속에서는 제 성능을 발휘하기 어려운 문제가 있다. 그리고, 다양한 환경 및 운용조건에 맞추어 그때마다 설계 및 제작하여야 하는 어려움도 있다.
더불어, 야간의 엄격한 소음규제를 맞추도록 설계되면, 주간에는 출력을 희생하여야 하는 문제도 있다.
본 발명의 실시예들은 다양한 환경 및 운용조건에 맞추어 가동이 가능한 풍력발전기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 타워(tower), 상기 타워에 설치되어 있으며, 회전력을 전기에너지로 변화하는 나셀(nacelle), 상기 나셀에 회전력을 전달하도록, 상기 나셀에 회전가능하게 결합된 허브, 상기 허브에 방사형으로 결합되어 있으며, 반경방향으로 길이조절이 가능하게 형성된 복수의 날개부를 포함하는 풍력발전기가 제공될 수 있다.
상기 각 날개부는, 허브에 결합된 지지부재, 상기 지지부재에 상기 반경방향으로 슬라이딩(sliding) 가능하게 결합된 블레이드(blade), 상기 블레이드를 슬라이딩시키는 이송부를 포함할 수 있다.
상기 블레이드는 상기 반경방향으로 연장된 나사부를 포함하고, 상기 이송부는 상기 나사부와 나사결합되어 있으며 상기 허브에 회전가능하게 결합된 스크류 회전축, 상기 스크류 회전축을 회전시키는 모터를 포함할 수 있다.
상기 블레이드는, 내경에 상기 나사부가 형성되어 상기 스크류 회전축와 나사결합된 중공축을 포함할 수 있다.
상기 블레이드는 상기 중공축과 이격된 중공부가 형성되어 있으며 일단부가 상기 중공축과 결합된 외축을 더 포함하고, 상기 지지부재는 상기 중공축과 상기 외축 사이에 개재될 수 있다.
상기 지지부재에는 상기 중공축 및 상기 외축 중 적어도 어느 하나에 대향되어 있으며 상기 반경방향으로 연장된 가이드홈이 형성되어 있고, 상기 가이드홈에 대향된 상기 중공축의 외경 또는 상기 외축의 내경에는 상기 가이드홈에 삽입되는 가이드돌기가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 다양한 범위의 풍속에서 운용이 가능하므로, 풍력발전기의 효율을 최대화할 수 있다.
또한, 하나의 타입으로 다양한 환경에 대응할 수 있어서, 설계 및 제작에 소모되는 비용과 시간이 절감될 수 있다.
또한, 다양한 운용조건에 맞추어 풍력발전기를 유연하게 운영할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기를 나타낸 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 날개부를 나타낸 도면.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기는, 타워(10), 나셀(20), 허브(30) 및 복수의 날개부(40)를 포함할 수 있다.
여기서, 타워(10)는 후술할 날개부(40)가 지상에서 소정의 높이로 설치될 수 있도록 날개부(40)와 연결된 부품을 지지하는 부분이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 타워(10)는 지상에서 수직하게 세워지고 후술할 나셀(20)을 지지할 수 있다. 한편, 타워(10)는 본 실시예에 한정되지는 않으며 공지의 다양한 형태를 포함할 수 있다.
나셀(20)은 회전력을 전기에너지로 변화하는 부분으로, 타워(10)에 설치되어 있으며 후술할 허브(30)로부터 회전력을 전달받는다. 구체적으로, 나셀(20)은 허브(30)로부터 전달된 회전의 속도를 증가시키는 증속기(미도시)와 증속기와 연결되어 있으며 회전을 이용하여 전기를 발생시키는 제너레이터(generator, 미도시)를 포함할 수 있다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 풍력발전기는 수평형으로서 나셀(20)의 회전축은 타워(10)와 수직하게 형성되어 있을 수 있으나, 본 실시예의 풍력발전기가 적용되는 환경에 따라 나셀(20)의 회전축과 타워(10)가 형성하는 각도가 수직이 아닐 수 있다.
한편, 나셀(20)은 본 실시예에 한정되지는 않으며 공지의 다양한 형태를 포함할 수 있다.
허브(30)는 후술할 날개부(40)에서 발생한 회전력을 받아서 나셀(20)에 전달하는 부분으로, 나셀(20)에 회전이 가능하게 결합된다. 본 실시예의 허브(30)는 공지의 다양한 허브(30)의 형태를 포함할 수 있다.
날개부(40)는 바람을 받아서 회전력을 발생시키는 부분으로, 복수개가 허브(30)에 방사형으로 결합되어 지지된다. 특히, 본 실시예의 날개부(40)는 반경방향으로 길이조절이 가능할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 날개부(40)를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 각 날개부(40)는 허브(30)에 결합된 지지부재(42)와, 지지부재(42)에 반경방향으로 슬라이딩(sliding) 가능하게 결합된 블레이드(blade, 44) 및 블레이드(44)를 슬라이딩시키는 이송부(47)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 다양한 범위의 풍속에서도 날개부(40)의 회전반경을 조절하여 허브(30)를 일정한 범위의 속도로 회전시킬 수 있다. 즉, 다양한 범위의 풍속에서 운용이 가능하여 풍력발전기의 효율을 최대화할 수 있다.
또한, 하나의 타입으로 다양한 풍속조건에 대응이 가능하게 되어, 하나의 타입으로 다양한 설치환경에 대응이 가능하게 된다. 따라서, 설계 및 제작에 소모되는 비용과 시간이 절감될 수 있다.
특히, 야간과 같이 소음에 제한적인 운용조건에서는 적은 출력으로 가동하다가도 상대적으로 제약이 적은 주간 등에서는 높은 출력으로 운영할 수 있으므로, 다양한 운용조건에 맞추어 풍력발전기를 유연하게 운영할 수 있다.
본 실시예에서는 날개부(40)의 길이조절을 정밀하게 하기 위하여, 블레이드(44)는 반경방향으로 연장된 나사부(45a)를 포함할 수 있다. 그리고, 이송부(47)는 나사부(45a)와 나사결합되며 허브(30)에 회전가능하게 결합된 스크류 회전축(48)과 스크류 회전축(48)을 회전시키는 모터(49)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 모터(49)의 정밀한 제어를 통하여 날개부(40)의 반경방향 길이를 정밀하게 조절할 수 있다.
구체적으로, 본 실시예의 블레이드(44)는 내경에 나사부(45a)가 형성되어 스크류 회전축(48)와 나사결합되는 중공축(45)을 포함할 수 있다. 또한, 중공축(45)의 외경과 이격된 중공부가 형성되어 있으며 일단부가 중공축(45)과 결합된 외축(46)이 블레이드(44)에 포함될 수 있다. 이에 따라, 스크류 회전축(48)의 회전에 의해 중공축(45)이 이송되면 중공축(45)과 결합된 외축(46)이 같이 이동하여 전체적으로 블레이드(44)가 반경방향으로 이동될 수 있다.
이 때, 중공축(45)과 외축(46) 사이에는 또 다른 중공의 축형상을 가지는 지지부재(42)가 개재되어 블레이드(44)를 안정적으로 지지할 수 있다.
한편, 블레이드(44)가 뒤틀림 없이 반경방향으로 이동될 수 있도록, 지지부재(42)에는 중공축(45) 및 외축(46) 중 적어도 어느 하나에 대향되어 있으며 반경방향으로 연장된 가이드홈(42a, 42b)이 형성될 수 있다.
그리고, 가이드홈(42a, 42b)에 대향된 중공축(45)의 외경 또는 외축(46)의 내경에는 가이드홈(42a, 42b)에 삽입되는 가이드돌기(45b, 46a)가 형성될 수 있다.
도 3에 나타난 바와 같이, 본 실시예에서는 중공의 축형상을 가지는 지지부재(42)의 내경과 외경 모두에 가이드홈(42a, 42b)이 형성되고, 중공축(45)의 내경과 외축(46)의 내경에는 가이드홈(42a, 42b)에 삽입되는 가이드돌기(45b, 46a)가 형성되어 있다.
지금까지 도 2 및 도 3을 참조하여 날개부(40)의 반경 길이가 조절되는 일 실시예를 설명하였다. 그러나, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되지 아니한다.
예를 들어, 도 2의 이송부(47)는 길이조절을 위한 공지된 다양한 수단 중 하나 일 수 있다. 따라서, 그 명칭에 관계없이 날개부(40)의 길이를 조절하기 위한 수단이면 본 발명의 기술적 사상에 포함된다고 할 것이다.
또한, 도 3에 예시된 블레이드(44)의 내부 구성도 본 발명의 이해를 도모하기 위한 일 실시예에 불과하며, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다. 즉, 날개부(40)의 길이가 조절되기 위하여 블레이드(44) 내부로 지지부재(42)가 전진 또는 후진되기 위하여 블레이드(44)의 내부 구성이 다양하게 구성될 수 있으며, 그 또한 본 발명의 기술적 사상에 포함된다고 할 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 나셀(20)에는 제어부(미도시)가 더 포함될 수 있다. 제어부(미도시)는 허브(30)의 회전, 증속기(미도시) 또는 제너레이터(미도시) 중 하나 이상을 모니터링하고, 모니터링결과에 따라 이송부(47)에 제어신호를 전송하여 날개부(40)의 길이를 조절할 수 있음은 본 발명의 기술적 사상에 비추어 당업자에게 자명하다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기에 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.
10: 타워 20: 나셀
30: 허브 40: 날개부
42: 지지부재 42a, 42b: 가이드홈
44: 블레이드 45: 중공축
45a: 나사부 45b, 46a: 가이드돌기
46: 외축 47: 이송부
48: 스크류 회전축 49: 모터

Claims (6)

  1. 타워(tower);
    상기 타워에 설치되어 있으며, 회전력을 전기에너지로 변화하는 나셀(nacelle);
    상기 나셀에 회전력을 전달하도록, 상기 나셀에 회전가능하게 결합된 허브; 및
    상기 허브에 방사형으로 결합되어 있으며, 반경방향으로 길이조절이 가능하게 형성된 복수의 날개부를 포함하는 풍력발전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각 날개부는,
    허브에 결합된 지지부재;
    상기 지지부재에 상기 반경방향으로 슬라이딩(sliding) 가능하게 결합된 블레이드(blade); 및
    상기 블레이드를 슬라이딩시키는 이송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 블레이드는, 상기 반경방향으로 연장된 나사부를 포함하고,
    상기 이송부는,
    상기 나사부와 나사결합되어 있으며, 상기 허브에 회전가능하게 결합된 스크류 회전축; 및
    상기 스크류 회전축을 회전시키는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 블레이드는, 내경에 상기 나사부가 형성되어 상기 스크류 회전축와 나사결합된 중공축을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 블레이드는, 상기 중공축과 이격된 중공부가 형성되어 있으며 일단부가 상기 중공축과 결합된 외축을 더 포함하고,
    상기 지지부재는 상기 중공축과 상기 외축 사이에 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지지부재에는, 상기 중공축 및 상기 외축 중 적어도 어느 하나에 대향되어 있으며 상기 반경방향으로 연장된 가이드홈이 형성되어 있고,
    상기 가이드홈에 대향된 상기 중공축의 외경 또는 상기 외축의 내경에는 상기 가이드홈에 삽입되는 가이드돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103670951A (zh) * 2013-12-12 2014-03-26 河北科技大学 一种滑叶式风力发电机组的风力转轮
CN106150916A (zh) * 2016-07-19 2016-11-23 四川大学 一种双叶轮同步风力发电机组
WO2017219761A1 (zh) * 2016-06-21 2017-12-28 陆中源 安全伸缩帽状叶尖风电叶片

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