KR20140003908U - 풍력 발전기의 피치 시스템 - Google Patents

풍력 발전기의 피치 시스템 Download PDF

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Abstract

본 고안은 풍력 발전기의 피치 시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는
운전 중에 작동유의 유출 우려가 없고, 이로 인해 환경 오염을 유발하지 않으며, 시스템의 구조가 간결하여 유지 및 보수가 용이하고, 시스템의 제조 비용을 줄일 수 있도록 하는 풍력 발전기의 피치 시스템에 관한 것이다.
본 고안에 따른 풍력 발전기의 피치 시스템은 블레이드에 회전중심과 편심되도록 마련되는 편심축에 회전할 수 있도록 결합되고, 외측면에 기어가 형성되는 구동로드; 상기 구동로드가 직선 왕복 운동할 수 있도록 설치되고, 상기 편심축의 위치에 따라 자세가 가변될 수 있도록 설치되는 가이드부재; 상기 가이드부재에 설치되고, 회전에 의해 상기 구동로드를 직선 왕복 운동시키도록 상기 구동로드의 기어에 기어결합되는 구동기어; 및 상기 구동기어를 회전시킴으로써 상기 구동로드가 상기 블레이드를 회전시키도록 상기 가이드부재에 설치되는 모터를 포함한다.

Description

풍력 발전기의 피치 시스템{PITCH SYSTEM OF WIND POWER GENERATOR}
본 고안은 풍력 발전기의 피치 시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 풍력 발전기의 블레이드 피치를 조절하는 풍력 발전기의 피치 시스템에 관한 것이다.
풍력 에너지는 급성장하는 에너지 공급원으로서, 화석 기반 에너지 공급원에 비하여 청정하면서 재생 가능하며, 생태학적으로 자연 친화적인 에너지를 제공한다. 따라서, 풍력 발전은 유력한 대체 에너지원으로 인정받고 있으며, 그 이용이 늘어가고 있는 추세이다.
풍력 발전기는 블레이드의 회전으로부터 전력을 생산하는 발전기와, 발전기로부터 생산된 전력을 계통에 공급하기 위한 전력으로 변환하는 전력변환기를 가진다. 따라서, 블레이드를 이용하여 풍력 에너지를 회전 에너지와 같은 기계적 에너지로 변환하고, 변환된 기계적 에너지를 이용하여 발전기를 구동시킴으로써 전력을 생산하고, 생산된 전력은 전력변환기에 의하여 계통에 공급하기 위한 전력으로 변환하도록 한다. 또한, 풍력 발전기는 바람의 세기와 방향에 따라 블레이드의 피치를 조절하는 피치 시스템(pitch system)이 마련된다.
종래의 풍력 발전기를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 피치 시스템을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 피치 시스템(10)은 블레이드(blade; 1)에 마련되는 회전축(11)에 피스톤로드(12)가 회전 가능하게 결합되는 유압실린더(13)를 포함한다.
그러나 종래의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 피치 시스템(10)은 운전 중 유압실린더(13)로부터 작동유의 유출이 발생하여 환경 오염을 초래할 뿐만 아니라, 작동유의 교체에 따른 유지 및 관리에 많은 시간과 비용이 발생되는 문제점을 가지고 있었다. 또한 유압실린더(13)에 작동유를 공급하기 위한 배관의 조립 작업에 어려움이 따르는 문제점을 가지고 있었다.
도 2는 종래의 다른 실시예에 따른 풍력 발전기의 피치 시스템을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 종래의 다른 실시예에 따른 풍력 발전기의 피치 시스템(20)은 블레이드(1)의 일측에 기어 결합되는 기어(21)를 감속기(22)를 이용하여 회전시키는 모터(23)를 포함한다.
그러나 종래의 다른 실시예에 따른 풍력 발전기의 피치 시스템(20)은 블레이드(1)를 모터(23)를 이용하여 기어(21)와 기어박스(22)에 의해 직접 회전시키는 구조를 가진다. 즉, 모터 부분에 기어 이(gear tooth)와 베어링 부분에 기어 이(gear tooth)가 서로 맞물려 돌아 가도록 되어 있어서 블레이드 베어링을 만들 때 기어 이 가공이 추가 되어야 함으로 구조적으로 복잡할 뿐만 아니라, 시스템의 제조 비용을 상승시키는 문제점을 가지고 있었다.
한국특허공개공보 제10-2009-0083346호(미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤) 2009. 8. 3
본 고안은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 운전 중에 작동유의 유출 우려가 없고, 이로 인해 환경 오염을 유발하지 않으며, 시스템의 구조가 간결하여 유지 및 보수가 용이하고, 시스템의 제조 비용을 줄일 수 있도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 일 측면에 따르면, 블레이드에 회전중심과 편심되도록 마련되는 편심축에 회전할 수 있도록 결합되고, 외측면에 기어가 형성되는 구동로드; 상기 구동로드가 직선 왕복 운동할 수 있도록 설치되고, 상기 편심축의 위치에 따라 자세가 가변될 수 있도록 설치되는 가이드부재; 상기 가이드부재에 설치되고, 회전에 의해 상기 구동로드를 직선 왕복 운동시키도록 상기 구동로드의 기어에 기어결합되는 구동기어; 및 상기 구동기어를 회전시킴으로써 상기 구동로드가 상기 블레이드를 회전시키도록 상기 가이드부재에 설치되는 모터를 포함하는 풍력 발전기의 피치 시스템이 제공된다.
상기 구동로드는 상기 기어가 웜기어로 이루어지고, 상기 구동기어는 상기 웜기어에 기어결합되는 웜으로 이루어질 수 있다.
상기 가이드부재는 상기 구동로드가 돌출되도록 슬라이딩결합되는 슬라이딩결합부가 마련되고, 상기 블레이드가 회전결합되는 블레이드지지체에 힌지결합될 수 있다.
상기 가이드부재는 상기 구동기어가 회전축에 의해 회전가능하도록 장착되기 위한 장착홈이 형성될 수 있다.
상기 모터는 상기 회전축에 연결되도록 상기 가이드부재에 설치되는 기어박스를 매개로 하여 상기 회전축에 회전력을 전달할 수 있다.
본 고안의 다른 측면에 따르면, 블레이드에 회전중심과 편심되도록 마련되는 편심축에 회전하도록 결합되고, 외측면에 기어가 형성되는 구동로드; 상기 구동로드를 직선 왕복 운동시키도록 상기 구동로드에 기어결합되는 구동기어; 및 상기 구동기어를 회전시키는 모터를 포함하고, 상기 구동로드가 상기 모터에 의해 회전하는 상기 구동기어에 의해 직선 왕복 운동함으로써 상기 블레이드를 회전시키도록 설치되는 풍력 발전기의 피치 시스템이 제공된다.
본 고안에 따르면, 운전 중에 작동유의 유출 우려가 없고, 이로 인해 환경 오염을 유발하지 않으며, 시스템의 구조가 간결하여 유지 및 보수가 용이하고, 시스템의 제조 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 종래의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 피치 시스템을 도시한 도면.
도 2는 종래의 다른 실시예에 따른 풍력 발전기의 피치 시스템을 도시한 도면.
도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 피치 시스템을 도시한 도면.
도 4는 본 고안의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 피치 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 고안의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 피치 시스템을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 고안의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 피치 시스템(100)은 블레이드(200)에 회전중심(O)과 편심되도록 마련되는 편심축(111)에 회전하도록 결합되고, 외측면에 기어(112)가 형성되는 구동로드(110)와, 구동로드(110)를 직선 왕복 운동시키도록 구동로드(110)에 기어결합되는 구동기어(130)와, 구동기어(130)를 회전시키는 모터(140)를 포함하며, 구동로드(110)가 모터(140)에 의해 회전하는 구동기어(130)에 의해 직선 왕복 운동함으로써 블레이드(200)를 회전시키도록 설치되고, 나아가서 구동로드(110)의 설치를 위한 가이드부재(120)를 더 포함할 수 있다.
구동로드(110)는 편심축(111)에 회전할 수 있도록 결합되기 위하여 끝단에 회전결합부(113)가 마련될 수 있고, 회전결합부(113)에 편심축(111)을 회전지지하기 위한 베어링(114)이 설치될 수 있다. 구동로드(110)는 외측면의 일부 또는 전부에 걸쳐서 기어(112)가 형성되되, 기어(112)의 형성되는 영역의 길이가 블레이드(200)의 직경, 구동기어(130)의 길이 및 직경 등에 따라 적절히 변경될 수 있으며, 가이드부재(120)에 설치될 수 있다.
가이드부재(120)는 구동로드(110)가 직선 왕복 운동할 수 있도록 설치될 수 있고, 구동로드(110)의 직선 왕복 운동에 따라 변화되는 편심축(111)의 위치에 따라 기울어짐 등과 같이 자세가 가변될 수 있도록 설치된다.
가이드부재(120)는 구동로드(110)의 일측이 돌출되도록 슬라이딩결합되는 슬라이딩결합부(121)가 길이방향을 따라 형성될 수 있고, 상기한 자세가 가변될 수 있도록 본 실시예에서처럼 블레이드(200)가 회전결합되는 블레이드지지체(300), 예컨대 허브(hub)에 힌지결합될 수 있다. 가이드부재(120)는 일례로 블레이드지지체(300)에 힌지결합되기 위한 힌지결합부(122)가 마련되되, 본 실시예에서처럼 힌지결합부(122)가 끝단에 마련될 수 있으나, 이와 달리, 측부를 비롯하여 다양한 위치에 마련될 수 있고, 힌지결합부(122)에 힌지축(310)을 회전지지하기 위한 베어링(123)이 설치될 수 있다.
가이드부재(120)는 구동기어(130)가 회전축(131)에 의해 회전 가능하도록 장착되기 위한 장착홈(124)이 형성될 수 있다. 여기서 장착홈(124)은 본 실시예에서처럼 구동로드(110)의 기어(112)를 외부로 노출시키도록 형성될 수 있다.
구동기어(130)는 가이드부재(120)의 장착홈(124)에 설치됨으로써 가이드부재(120)와 함께 자세 내지 위치 가변이 가능하도록 하고, 회전에 의해 구동로드(110)를 직선 왕복 운동시키도록 구동로드(110)의 기어(112)에 기어결합된다. 여기서 구동로드(110)의 기어(112)는 외주면에 형성되는 웜기어(worm gear)로 이루어질 수 있고, 구동기어(130)는 웜기어에 기어결합되는 웜(worm)으로 이루어질 수 있다. 이러한 구동로드(110)의 기어(112)와 구동기어(130)는 웜기어와 웜 외에도 모터(140)의 회전력을 구동로드(110)의 직선 운동으로 전환하도록 하는 다양한 기어들로 이루어질 수 있다.
모터(140)는 구동기어(130)를 회전시킴으로써 구동로드(110)가 직선 왕복 운동에 의해 블레이드(200)를 회전시키도록 가이드부재(120)에 설치될 수 있다. 모터(140)는 구동기어(130)를 회전시키기 위하여, 일례로 가이드부재(120)에 설치되는 기어박스(141)를 매개로 구동기어(130)의 회전축(131)에 회전력을 전달할 수 있다. 따라서, 모터(140)는 회전력을 기어박스(141)를 통해서 감속하되, 회전력의 증가에 의해 블레이드(200)의 피치를 용이하게 조절할 수 있도록 한다.
모터(140)는 구동로드(110)의 직선 왕복 운동을 위하여, 정방향과 역방향 회전 구동을 교대로 반복하여 수행할 수 있는데, 기어박스(141)에 연결되는 모터축(미도시)의 회전각을 제어함으로써 구동로드(110)에 대한 정확한 위치 제어를 위하여, 엔코더나 가변저항에 의해 원하는 회전량 제어를 가능하도록 하는 서보 모터(servo motor)나, 펄스에 의해 회전각 제어를 가능하도록 하는 스텝 모터(step motor) 등이 사용될 수 있으며, 브레이크(brake; 150)가 설치될 수 있다.
이와 같은 본 고안에 따른 풍력 발전기의 피치 시스템의 작용을 설명하기로 한다.
도 3에서와 같이, 모터(140)의 구동력을 기어박스(141)를 통해서 구동기어(130)에 전달하면, 구동기어(130)의 회전에 의해 도 4에서와 같이, 구동로드(110)를 직선 운동시킴으로써 구동로드(110)에 회전 가능하게 결합되는 블레이드(200)를 회전시키도록 한다. 이때, 편심축(111)의 위치 변화에 따른 구동로드(110)의 자세 변화를 가이드부재(120)가 허용하도록 함으로써 블레이드(200)가 피치 조절을 위해 원활하게 회전할 수 있도록 한다.
블레이드(200)의 회전을 위해서, 편심축(111)이 가이드부재(120)의 힌지결합부(121)로부터 최대 거리인 지점(P1)를 지날 때 모터(140)를 역회전시킴으로써 구동로드(110)가 가이드부재(120)에 삽입되는 측으로 이동하도록 하고, 편심축(111)이 가이드부재(120)의 힌지결합부(121)로부터 최소 거리인 지점(P2)을 지날 때 모터(140)를 다시 정회전시킴으로써 구동로드(110)가 가이드부재(120)로부터 돌출되도록 함으로써 이루어질 수 있는데, 이러한 동작은 모터(140)의 구동을 제어하는 제어부(미도시)에 의해 수행할 수 있다. 여기서 제어부는 구동로드(110)나 블레이드(200) 등의 위치를 감지하는 감지센서를 통해서 블레이드(200)가 원활한 회전을 가능하도록 모터(140)를 제어할 수 있다.
이와 같이, 본 고안에 따른 풍력 발전기의 피치 시스템에 따르면, 운전 중에 작동유의 유출 우려가 없고, 이로 인해 환경 오염을 유발하지 않으며, 블레이드 베어링을 만들 때 기어 이 가공이 추가 되지 않아 시스템의 구조가 간결하여 유지 및 보수가 용이하고, 시스템의 제조 비용을 줄일 수 있다.
본 고안은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 본 고안의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
110 : 구동로드 111 : 편심축
112 : 기어 113 : 회전결합부
114 : 베어링 120 : 가이드부재
121 : 슬라이딩결합부 122 : 힌지결합부
123 : 베어링 124 : 장착홈
130 : 구동기어 131 : 회전축
140 : 모터 141 : 기어박스
150 : 브레이크 200 : 블레이드
300 : 블레이드지지체 310 : 힌지축

Claims (6)

  1. 블레이드에 회전중심과 편심되도록 마련되는 편심축에 회전할 수 있도록 결합되고, 외측면에 기어가 형성되는 구동로드;
    상기 구동로드가 직선 왕복 운동할 수 있도록 설치되고, 상기 편심축의 위치에 따라 자세가 가변될 수 있도록 설치되는 가이드부재;
    상기 가이드부재에 설치되고, 회전에 의해 상기 구동로드를 직선 왕복 운동시키도록 상기 구동로드의 기어에 기어결합되는 구동기어; 및
    상기 구동기어를 회전시킴으로써 상기 구동로드가 상기 블레이드를 회전시키도록 상기 가이드부재에 설치되는 모터를 포함하는 풍력 발전기의 피치 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 구동로드는,
    상기 기어가 외주면에 형성되는 웜기어로 이루어지고,
    상기 구동기어는,
    상기 웜기어에 기어결합되는 웜으로 이루어지는 풍력 발전기의 피치 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 가이드부재는,
    상기 구동로드가 돌출되도록 슬라이딩결합되는 슬라이딩결합부가 마련되고, 상기 블레이드가 회전결합되는 블레이드지지체에 힌지결합되는 풍력 발전기의 피치 시스템.
  4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서, 상기 가이드부재는,
    상기 구동기어가 회전축에 의해 회전가능하도록 장착되기 위한 장착홈이 형성되는 풍력 발전기의 피치 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 모터는,
    상기 회전축에 연결되도록 상기 가이드부재에 설치되는 기어박스를 매개로 하여 상기 회전축에 회전력을 전달하는 풍력 발전기의 피치 시스템.
  6. 블레이드에 회전중심과 편심되도록 마련되는 편심축에 회전하도록 결합되고, 외측면에 기어가 형성되는 구동로드;
    상기 구동로드를 직선 왕복 운동시키도록 상기 구동로드에 기어결합되는 구동기어; 및
    상기 구동기어를 회전시키는 모터를 포함하고,
    상기 구동로드가 상기 모터에 의해 회전하는 상기 구동기어에 의해 직선 왕복 운동함으로써 상기 블레이드를 회전시키도록 설치되는 풍력 발전기의 피치 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11359602B2 (en) * 2017-07-06 2022-06-14 Beijing Goldwind Science & Creation Windpower Equipment Co., Ltd. Pitch varying device, pitch varying method and pitch varying control device for wind turbine blade and wind turbine

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