KR20160138661A - automatic folder type wind power blade appratus using ER fluid - Google Patents

automatic folder type wind power blade appratus using ER fluid

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Abstract

The present invention relates to an automatic foldable wind power generation blade apparatus using an electrorheological fluid and, more specifically, to an automatic foldable wind power generation apparatus using an electrorheological fluid to prevent a blade from being broken by super-strong wind by providing a blade coupling portion of a small wind power generation system by using an electrorheological (ER) fluid which is a material hardened by applying electric field. According to the present invention, the lower end portion of the blade is manufactured by an iron core using an ER material and is coupled, thereby changing properties (electric field -> solid, no electric field -> fluid) in accordance with the application or non-application of an electric field. When strong wind blows to the extent to cause breakage of the blade, an electric field is not applied and the blade is folded, thereby preventing breakage of the blade caused by strong wind which is one of main breakage factors of the wind power generation system.

Description

전기장 유체를 이용한 자동 접이식 풍력발전 블레이드 장치{automatic folder type wind power blade appratus using ER fluid}[0001] The present invention relates to an automatic folding type wind turbine blade device using an electric field fluid,

본 발명은 전기장 유체를 이용한 자동 접이식 풍력발전 블레이드 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기장을 걸어주면 굳는 물질인 ER(ElectroRheology) 유체를 이용하여 소형 풍력발전 시스템의 블레이드 체결부를 제공하여 초강풍에 블레이드가 파손되는 것을 막기 위한 전기장 유체를 이용한 자동 접이식 풍력발전 블레이드 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an automatic folding type wind turbine blade apparatus using an electric field fluid, and more particularly, to a blade system for a small wind power generation system using an ER (Electro-Rheology) fluid, which is a material hardened by applying an electric field, To an automatic folding type wind turbine blade device using an electric field fluid to prevent breakage.

수평축 풍력 발전기는 정격풍속을 초과한 과풍속의 강풍이 불 경우 과열 또는 과회전에 의한 기계적 구조에 심각한 영향을 미친다. 이를 방지하기 위해 과풍속의 바람이 불 경우 회전체와 나셀을 바람 방향으로부터 벗어나게 하거나 회전날개의 회전수를 감소시키는 여러 가지 형태의 과풍속제어 장치를 사용하고 있으며, 소형 풍력발전기의 경우 꼬리 날개에 의한 회전체와 나셀을 바람 방향으로부터 벗어나게 하고 있다.Horizontal axis wind power generators have a serious effect on the mechanical structure due to overheating or overturning when the wind speed of over wind exceeds the rated wind speed. In order to prevent this, various types of over-wind control devices are used to make the rotating body and the nacelle deviate from the wind direction or reduce the number of revolutions of the rotating blade when the wind of the wind speed is blown. In the case of the small wind turbine, And the nacelle is rotated away from the wind direction.

수평축 풍력발전 시스템은 정격 풍속을 초과한 과풍속이 불 경우 과열 또는 과회전에 의한 기계적 구조에 심각한 영향을 미치며, 초강풍이 불 경우 블레이드의 파손이 발생한다. 이에 따라, 다양한 과풍속제어 장치가 개발되고 있다.The horizontal axis wind power generation system severely affects the mechanical structure due to overheating or overturning when the wind speed exceeding the rated wind speed is blown, and when the super wind blows, the blade is damaged. Accordingly, various over-wind speed control devices are being developed.

그러나 이러한 시스템은 회전체와 나셀이 바람 방향을 회피한 다음 원위치로 복귀하는 순간마다 꼬리 날개에 지속적인 진동이 가해져 시스템이 파괴되거나 힌지기구가 손상될 우려가 있다.However, in such a system, a continuous vibration is applied to the tail wing every time the rotor and the nacelle avoid the wind direction and then return to the home position, thereby possibly destroying the system or damaging the hinge mechanism.

또한, 피치제어방식은 주로 대형 풍력발전기에 적용되고 있으며, 비용 및 제어장치의 설치 한계성으로 인해 소형 풍력 발전기에서는 적용되지 못하고 있는 실정이다.In addition, the pitch control method is mainly applied to a large wind turbine generator, and it is not applicable to a small wind turbine generator due to the limitation of the installation cost and the control device.

기존 소형 풍력의 블레이드는 가볍고 단단한 물성으로 제작되며, 형태의 가공 및 물성 변화를 통한 효율 향상에 대한 연구가 진행되고 있으며, 또한 강풍에 대비하기 위해 피치제어 등을 이용한 브레이크 시스템이 연구되고 있다.Conventional small wind turbine blades are made of light and rigid material. Researches on improving the efficiency by changing shape and physical properties of the blades are underway, and brake systems using pitch control are being studied to prepare for strong winds.

강풍에 블레이드가 파손되는 것을 방지하고자 블레이드 제질, 특수 블레이드 제작방법 등 다양한 연구가 진행되고 있으나, 근본적으로 바람을 견뎌야하는 문제점이 있으므로 초강풍에는 파손이 일어날 가능성이 높은 문제점이 있었다.In order to prevent damage to the blades due to strong wind, various researches have been conducted on the blade material and the method of manufacturing the special blades. However, there is a problem that the wind must be endured, so that there is a problem that the super strong wind is likely to break.

KRKR 10-089503810-0895038 B1B1

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 초강풍이 불어올때 블레이드가 자동으로 정지 및 접어짐으로서 블레이드의 파손을 방지할 수 있도록 한 전기장 유체를 이용한 자동 접이식 풍력발전 블레이드 장치를 제공함을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an automatic folding type wind turbine blade device using an electric field fluid that can prevent breakage of a blade by automatically stopping and folding the blade when an ultra- .

또한, 접이식 블레이드를 제공함으로써 소형 풍력발전 시스템의 유지보수 비용을 줄이고 수명을 늘릴 수 있도록 한 전기장 유체를 이용한 자동 접이식 풍력발전 블레이드 장치를 제공함을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide an automatic folding type wind turbine blade device using an electric field fluid, which can reduce the maintenance cost of the small wind power generation system and increase the life span by providing the folding blade.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기장 유체를 이용한 자동 접이식 풍력발전 블레이드 장치의 일 측면에 따르면, 바람에 의해 회전하는 블레이드와, 기설정된 한계풍속 이상의 초강풍 발생시 상기 블레이드의 회전을 정지시키는 블레이드 제동장치와, 상기 블레이드에 결합되는 수평 회전축에 연결되는 꼬리 날개 모터 및 상기 블레이드와 상기 꼬리 날개 모터 상호간에 연결되는 블레이드 가이드를 포함하고, 상기 꼬리 날개 모터는 상기 블레이드 제동장치에 상기 블레이드의 회전이 정지된 경우 이동되어 상기 블레이드에 연결된 상기 블레이드 가이드를 잡아당겨 상기 블레이드가 상기 수평 회전축에 수평하게 접히도록 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an automatic folding type wind turbine blade apparatus using an electric field fluid, comprising: a blade rotating by wind; a blade for stopping rotation of the blade when super- A tail wing motor coupled to a horizontal rotation shaft coupled to the blade, and a blade guide coupled between the blade and the tail wing motor, wherein the tail wing motor rotates the blade in the blade braking system, The blade guide is moved when it is stopped to pull the blade guide connected to the blade so that the blade folds horizontally on the horizontal rotation axis.

본 발명에 의하면, 블레이드의 하단 부분을 ER 소재를 이용한 철심으로 제작하여 결합함으로써 전기장 인가유무에 따라 물성을 변화(전기장->solid, 전기장 無->fluid)시켜 블레이드의 파손이 일어날 정도의 강풍이 불어올 경우 전기장을 인가하지 않고 블레이드를 접음으로써 풍력발전 시스템의 주요 고장 요인 중 하나인 강풍에 의한 블레이드 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the lower end portion of the blade is made of an iron core made of an ER material, and a strong wind that breaks the blade by changing the physical properties according to the presence or absence of an electric field (electric field -> solid, It is possible to prevent damage to the blade due to strong wind, which is one of the major failure factors of the wind power generation system, by folding the blades without applying the electric field.

또한, 모든 과풍속 제어장치와 결합하여 과풍속 제어치를 넘어서는 모든 환경에 대해 블레이드 및 발전시스템의 과부하, 파손을 방지하기 위하여 날개를 접음으로서 발전을 정지시킬 수 있으며, 기존에 존재하던 모든 브레이크 시스템(brake system)에 적용이 가능하여 블레이드 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, in combination with all wind speed control devices, it is possible to stop the generation of power by folding the wings to prevent overload and damage of the blade and power generation system in all environments exceeding the wind speed control value. brake system can be applied to improve the safety of the blade.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기장 유체를 이용한 자동 접이식 소형 풍력발전 블레이드 장치에서 한계 풍속 이상의 초강풍 발생시 블레이드가 자동으로 접히는 구조의 일예를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 전기장 유체를 이용한 자동 접이식 풍력발전 블레이드 장치의 회전시 펼쳐진 상태의 블레이드 구조를 나타내는 도면.
도 3은 도 2에서 한계 풍속 이상의 초강풍 발생시 블레이드가 자동으로 접힌 상태의 구조를 나타내는 도면.
도 4는 도 2 및 도 3에서 블레이드의 회전 및 정지시의 블레이드의 내측 결합부의 구조를 나타내는 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing an example of a structure in which an automatic folding type small-sized wind turbine blade apparatus using an electric field fluid according to an embodiment of the present invention automatically collapses a blade when a super-strong wind occurs at a limit wind speed or more.
2 is a view showing a blade structure in an unfolded state of an automatic folding type wind turbine blade apparatus using an electric field fluid according to the present invention.
Fig. 3 is a view showing a structure in which a blade is automatically folded when an ultra-strong wind is generated at a limit wind speed or more in Fig. 2; Fig.
Fig. 4 is a view showing a structure of an inner coupling portion of the blade when the blade is rotated and stopped in Fig. 2 and Fig. 3; Fig.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기장 유체를 이용한 자동 접이식 소형 풍력발전 블레이드 장치에서 한계 풍속 이상의 초강풍 발생시 블레이드가 자동으로 접히는 구조의 일예를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 전기장 유체를 이용한 자동 접이식 풍력발전 블레이드 장치의 회전시 펼쳐진 상태의 블레이드 구조를 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2에서 한계 풍속 이상의 초강풍 발생시 블레이드가 자동으로 접힌 상태의 구조를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 2 및 도 3에서 블레이드의 회전 및 정지시의 블레이드의 내측 결합부의 구조를 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a view showing an example of a structure in which an automatic folding blade is automatically folded when an ultra-strong wind is blown over a limit wind speed in an automatic folding small wind turbine blade apparatus using an electric field fluid according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a view showing a structure in which a blade is automatically folded when super-strong winds are generated at a speed higher than a critical wind speed in FIG. 2, and FIG. 4 is a view showing the structure of the automatic folding type wind power generation blade apparatus, Fig. 3 is a view showing the structure of the inner coupling portion of the blade when the blade is rotated and stopped. Fig.

도시된 바와 같이, 본 발명의 전기장 유체를 이용한 자동 접이식 풍력발전 블레이드 장치는 크게 블레이드(10)와, 블레이드 제동장치(미도시됨)와, 꼬리 날개 모터(70)와, 블레이드 가이드(80)를 포함한다.As shown, an automatic folding type wind turbine blade apparatus using an electric field fluid according to the present invention includes a blade 10, a blade braking device (not shown), a tail blade motor 70, a blade guide 80 .

블레이드(10)는 바람에 의해 회전하고, 이러한 블레이드(10)의 회전에 의해 풍력 발전이 이루어지게 된다. 소형 풍력발전기는 주로 수평축형 또는 프로펠러형 풍력발전기가 주로 사용된다.The blade 10 is rotated by the wind, and the rotation of the blade 10 causes wind power generation. Small-sized wind turbines are mainly used in horizontal axis type or propeller type wind turbine generators.

블레이드(10)는 수평 회전축(30)에 결합되는 구조로서, 이러한 수평 회전축(30)에 결합되는 블레이드(10)의 내측 결합부는 전기장의 인가 유무에 따라 물성이 변화되는 전기장 유체(20)와, 블레이드(10)의 회전시 블레이드(10)가 접히지 않도록 정지된 상태를 유지하고, 블레이드(10)의 정지시 블레이드(10)가 접히도록 전기장 유체(20)에 가해지는 전기장에 의해 이동되는 내부 철심(40) 및 내부 철심(40)에 형성되어 내부 철심(40)의 이동으로 블레이드(10)가 접히는 부분에서 펼쳐져 블레이드(10)가 수평 회전축(30)에 평행하게 접히도록 하는 경첩부(50)를 포함하는 구조를 갖는다. 여기서, 전기장 유체(20)는 ER(Electrorheology) 유체를 사용하는 것이 바람직하다.The blade 10 is coupled to the horizontal rotary shaft 30. The inner coupling portion of the blade 10 coupled to the horizontal rotary shaft 30 includes an electric field fluid 20 whose physical properties vary depending on whether an electric field is applied, An inner iron core 20 which is moved by an electric field applied to the electric field fluid 20 such that the blade 10 is kept in a stopped state during rotation of the blade 10 and the blade 10 is folded when the blade 10 is stopped, A hinge portion 50 formed on the inner core 40 and the inner core 40 to be unfolded at a portion where the blade 10 is folded by the movement of the inner iron core 40 to allow the blade 10 to be folded parallel to the horizontal rotary shaft 30, . Here, it is preferable that the electric field fluid 20 uses an ER (Electrorheology) fluid.

즉, 블레이드(10) 정지시 ER 유체에 인가되는 전압을 조정하여 휘어짐이 가능하게 함으로써 블레이드 가이드(80)에 의해 블레이드(10)가 접어지는 방식이다.That is, when the blade 10 stops, the blade 10 is folded by the blade guide 80 by adjusting the voltage applied to the ER fluid so as to warp.

경첩부(50)에 의해 경첩 구조를 갖는 내부 철심(40)의 내부에는 블레이드(10)가 수평 회전축(30)에 평행하게 접히도록 휘어지게 하는 인장스프링(60)이 내장된다.A tension spring 60 is embedded in the inner iron core 40 having a hinge structure by the hinge 50 so as to bend the blade 10 so as to be folded in parallel with the horizontal rotary shaft 30.

블레이드 제동장치(미도시됨)는 기설정된 한계풍속 이상의 초강풍 발생시 상기 블레이드의 회전을 정지시킨다.The blade braking device (not shown) stops the rotation of the blades when a super-strong wind occurs at a predetermined limit wind speed or more.

꼬리 날개 모터(70)는 블레이드(10)에 결합되는 수평 회전축(30)에 연결된다.The tail wing motor 70 is connected to a horizontal rotary shaft 30 which is coupled to the blade 10.

꼬리 날개 모터(70)는 블레이드 제동장치에 블레이드(10)의 회전이 정지된 경우 수평 회전축(30)의 길이 방향으로 이동되어 블레이드(10)에 연결된 블레이드 가이드(80)를 잡아당겨 블레이드(10)가 수평 회전축(30)에 수평하게 접히도록 한다.The tail wing motor 70 is moved in the longitudinal direction of the horizontal rotation shaft 30 when the rotation of the blade 10 is stopped in the blade braking device to pull the blade guide 80 connected to the blade 10, So as to be folded horizontally on the horizontal rotary shaft 30.

블레이드 가이드(80)는 블레이드(10)와 꼬리 날개 모터(70) 상호간에 연결된다.The blade guide 80 is connected between the blade 10 and the tailing motor 70.

이와 같이, 본 발명에서는 블레이드(10)를 ER 유체를 이용하여 결합시켜 기설정된 한계 풍속 이상에서 자동으로 블레이드(10)를 접을 수 있게 되어 블레이드(10)의 파손을 방지할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, the blades 10 can be folded automatically at a predetermined upper limit wind speed or higher by coupling the blades 10 using ER fluid, thereby preventing the blades 10 from being damaged.

즉, 일정 풍속 이상의 바람이 불어 블레이드(10)의 파손의 우려가 있을 때, 블레이드(10)를 정지시킨 후 ER 유체에 전기장을 인가하여 접을 수 있는 상태로 블레이드(10)의 내부 철심(40)을 이동, 꼬리 날개 모터(70)를 이용하여 블레이드(10)를 자동으로 접음으로서 강풍에 대한 블레이드(10)의 파손을 방지할 수 있게 된다.That is, when there is a risk of breakage of the blade 10 due to a wind blowing at a constant wind speed or more, the blade 10 is stopped, and an electric field is applied to the ER fluid to collapse the inner iron core 40 of the blade 10, The blade 10 can be automatically folded using the tail blade motor 70 to prevent damage to the blade 10 against strong winds.

이러한 본 발명의 전기장 유체를 이용한 자동 접이식 소형 풍력발전 블레이드 장치는 기존에 존재하는 블레이드 제어방식과 결합할 수 있어 다양한 분야에 적용이 가능하다.
The automatic folding small wind turbine blade device using the electric field fluid of the present invention can be combined with existing blade control methods and can be applied to various fields.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be understood that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the appended claims.

10 : 블레이드
20 : 전기장 유체
30 : 수평 회전축
40 : 내부 철심
50 : 경첩부
60 : 인장스프링
70 : 꼬리 날개 모터
80 : 블레이드 가이드10: Blade
20: electric field fluid
30: Horizontal rotating shaft
40: inner iron core
50:
60: Tension spring
70: tail wing motor
80: blade guide

Claims (5)

전기장 유체를 이용한 자동 접이식 풍력발전 블레이드 장치로서,
바람에 의해 회전하는 블레이드;
기설정된 한계풍속 이상의 초강풍 발생시 상기 블레이드의 회전을 정지시키는 블레이드 제동장치;
상기 블레이드에 결합되는 수평 회전축에 연결되는 꼬리 날개 모터; 및
상기 블레이드와 상기 꼬리 날개 모터 상호간에 연결되는 블레이드 가이드;를 포함하고,
상기 꼬리 날개 모터는 상기 블레이드 제동장치에 상기 블레이드의 회전이 정지된 경우 이동되어 상기 블레이드에 연결된 상기 블레이드 가이드를 잡아당겨 상기 블레이드가 상기 수평 회전축에 수평하게 접히도록 하는 전기장 유체를 이용한 자동 접이식 풍력발전 블레이드 장치.
An automatic folding type wind turbine blade device using an electric field fluid,
Blades rotating by wind;
A blade braking device for stopping the rotation of the blades when a super-strong wind occurs at a predetermined limit wind speed or more;
A tail wing motor coupled to a horizontal rotation axis coupled to the blade; And
And a blade guide connected between the blade and the tail blade motor,
Wherein the tail blade motor is moved to the blade braking device when the rotation of the blade is stopped and pulls the blade guide connected to the blade so that the blade folds horizontally on the horizontal rotation axis, Blade device.
청구항 1에 있어서,
상기 꼬리 날개 모터는 상기 블레이드 제동장치에 상기 블레이드의 회전이 정지된 경우 상기 수평 회전축의 길이 방향으로 이동되어 상기 블레이드에 연결된 상기 블레이드 가이드를 잡아당기는 것을 특징으로 하는 전기장 유체를 이용한 자동 접이식 풍력발전 블레이드 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the tail blade motor is moved in the longitudinal direction of the horizontal rotation axis to pull the blade guide connected to the blade when the rotation of the blade is stopped in the blade braking device. Device.
청구항 1에 있어서,
상기 수평 회전축에 결합되는 상기 블레이드의 내측 결합부는,
전기장의 인가 유무에 따라 물성이 변화되는 전기장 유체;
상기 블레이드의 회전시 상기 블레이드가 접히지 않도록 정지된 상태를 유지하고, 상기 블레이드의 정지시 상기 블레이드가 접히도록 상기 전기장 유체에 가해지는 전기장에 의해 이동되는 내부 철심; 및
상기 내부 철심에 형성되어 상기 내부 철심의 이동으로 상기 블레이드가 접히는 부분에서 펼쳐져 상기 블레이드가 상기 수평 회전축에 평행하게 접히도록 하는 경첩부;를 포함하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전기장 유체를 이용한 자동 접이식 풍력발전 블레이드 장치.
The method according to claim 1,
The inner coupling portion of the blade coupled to the horizontal rotation axis,
An electric field fluid whose physical properties change depending on whether an electric field is applied or not;
An inner iron core that is kept stationary such that the blade is not folded upon rotation of the blade and is moved by an electric field applied to the electric field fluid so that the blade is folded when the blade is stopped; And
And a hinge part formed on the inner iron core and extending from a portion where the blade is folded by movement of the inner iron core so that the blade is folded in parallel to the horizontal rotation axis. Wind turbine blade device.
청구항 3에 있어서,
상기 전기장 유체는 ER(Electrorheology) 유체인 것을 특징으로 하는 전기장 유체를 이용한 자동 접이식 풍력발전 블레이드 장치.
The method of claim 3,
Wherein the electric field fluid is an ER (Electrorheology) fluid.
청구항 3에 있어서,
상기 경첩부에 의해 경첩 구조를 갖는 상기 내부 철심의 내부에는 상기 블레이드가 상기 수평 회전축에 평행하게 접히도록 휘어지게 하는 인장스프링이 내장되는 것을 특징으로 하는 전기장 유체를 이용한 자동 접이식 풍력발전 블레이드 장치.The method of claim 3,
Wherein a tension spring is embedded in the inner iron core having a hinge structure by the hinge to cause the blade to bend so as to be parallel to the horizontal rotation axis.
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