KR20190042141A - Automatic regulator of wind generator blade angle - Google Patents

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Abstract

An automatic regulator of a blade angle according to the present invention provides the effect of becoming a drag-force blade with an excellent utilization of wind velocity under a predetermined wind velocity, and a lift-force blade with an excellent utilization of wind velocity within a predetermined range of wind velocity. Furthermore, this invention performs a braking action on a rotational force by synthesizing a wind pressure at a surface where a camber of an airfoil is big, and a wake pressure at a surface where the camber of the airfoil is small above a predetermined wind velocity. The automatic regulator of a blade angle according to the present invention is simply provided by using a hinge and a spring, and provides the effect of automatically adjusting a blade angle without using an additional controller, thereby widening a wind velocity range of power generation.

Description

풍력발전기 날개 각도의 자동 조절장치{Automatic regulator of wind generator blade angle}[0001] The present invention relates to an automatic regulator of wind generator blade angle,

풍력발전기 날개 각도의 자동 조절장치에 관한 분야이다.This invention relates to a device for automatically adjusting the angles of wind turbine blades.

풍력발전기 프로펠러형 날개의 회전력은 양력(Lift force)과 항력(Drag force)의 벡터 합력에 의해서 발생하나, 주 회전력은 양력이므로 양력형의 풍력발전기라 한다.The rotational force of the propeller-type wing of the wind turbine generator is generated by the vector sum of the lift force and the drag force, but the main rotational force is referred to as the lift force.

현재, 양력형의 풍력발전기는 약 12~14[m/sec]의 정격풍속에서 정격전력을 발생하며, 정격풍속 이하에서는 회전력을 크게 받도록 날개 각을 조절하고, 그리고 정격풍속 이상에서는 회전력을 작게 받도록 날개 각을 조정한다.At present, lift type wind power generators generate rated power at a rated wind speed of about 12 to 14 [m / sec], and adjust the blade angle to receive a large torque under the rated wind speed, Adjust the blade angle.

대한민국특허청에는 이광우와 이상봉 출원의 ‘풍력발전기의 날개 각도 조절장치(출원번호: 1020150003241)’와 지유 주식회사 출원의 ‘소형 풍력발전기의 블레이드 피치 조절장치(출원번호: 1020160023856)’가 출원되어 있다.The Korean Intellectual Property Office has filed a patent application entitled "Wing Angle Adjustment Device for Wind Power Generator (Application No. 1020150003241)" by Lee Kwangwoo and Sang-bong Lee, and "Blade Pitch Control Device for Small Wind Turbine Generator" (Application No. 1020160023856).

일반적으로 양력 또는 항력 형의 소형 풍력발전기는 대형 풍력발전기에 비해 날개의 설치 높이가 낮은 것이 일반적이며, 이에 따라 대형 풍력발전기에 비해 저 풍속만을 받으므로 투자 대비 효율이 낮아 거의 보급되지 않는다.Generally, a small wind turbine with a lift or drag type has a lower installation height than that of a large wind turbine, and therefore, it is less efficient than a large wind turbine due to its low wind speed.

투자 대비 효율을 높이기 위해서, 본 발명에서는 저 풍속에서 풍속의 이용률이 높은 항력 형의 날개를 사용하고, 일정 풍속 이상에서는 풍속의 이용률이 높은 양력형의 날개를 사용하도록, 날개 각도가 자동으로 조절되는 양력과 항력의 하이브리드 방식의 날개를 개발한다.In order to increase the investment efficiency, in the present invention, a blade having a high utilization rate of the wind speed at a low wind speed is used, and a blade angle is automatically adjusted so as to use a lifting type blade having a high utilization rate of the wind speed over a constant wind speed Develop a hybrid wing of lift and drag.

풍력발전기 회전축의 원둘레에는 일정간격 그리고 풍력발전기 회전축의 길이방향에 대해 직각 방향으로 풍력 발전기의 날개 고정용 프레임 3개 이상을 고정하여 구비하고, 경첩의 회전축에 연결된 고정용의 판 중에서 한쪽을 일 측 판 그리고 다른 쪽을 타 측 판으로 정의한다.At least three frames for fixing the wing of the wind turbine generator are fixed in a circumferential direction of the wind turbine rotor shaft at a predetermined interval and in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the wind turbine rotor shaft, Plate and the other side as the other side plate.

상기 3개 이상 구비한 풍력 발전기의 날개 고정용 프레임 각 각에는 경첩의 회전축이 풍력발전기 회전축의 길이 방향에 대해 직각 방향이 되도록 경첩의 일 측 판을 각각 고정한다.And one side plate of the hinge is fixed to each of the frame fixing frames of the three or more wind turbine generators so that the rotary shaft of the hinge is perpendicular to the longitudinal direction of the rotary shaft of the wind generator.

상기 경첩의 타 측 판에는 경첩 회전축의 길이 방향과 풍력 날개의 길이 방향이 일치하도록 풍력 날개를 각각 고정하고, 경첩 회전축의 일 측 판과 타 측 판 사이에 1개 이상의 스프링을 삽입한다.The other side plate of the hinge is provided with one or more springs inserted between the one side plate and the other side plate of the hinge rotation shaft so as to fix the wind turbine blades so that the longitudinal direction of the hinge rotation shaft coincides with the longitudinal direction of the wind turbine blades.

상기 삽입된 스프링의 일 측 끝은 경첩의 일 측 판에 고정하고, 스프링의 타 측 끝은 경첩의 타 측 판에 고정한다.One end of the inserted spring is fixed to one plate of the hinge, and the other end of the spring is fixed to the other plate of the hinge.

본 발명에서 경첩의 일 측 판과 타 측 판 사이의 스프링의 길이는 일정 이하의 풍속에서 일정하고 그리고 일정 이상의 풍속에서 자동으로 길어지는 특징을 갖는 풍력발전기 날개 각도의 자동 조절장치이다.In the present invention, the length of the spring between the one side plate and the other side plate of the hinge is automatically regulated at an air velocity less than a predetermined value and automatically lengthened at a constant air velocity.

본 발명의 날개는, 일정 풍속 이하에서는 풍속의 이용률이 좋은 항력 형의 날개가 되고, 일정 범위의 풍속에서는 풍속의 이용률이 좋은 양력형의 날개가 되는, 양력과 항력의 하이브리드 방식의 날개방식이다.The wing of the present invention is a hybrid wing system of lift and drag, which is a drag type wing having a good utilization rate of the wind speed at a constant wind speed or less and a lift type wing having a good utilization rate of wind speed in a certain range of wind speed.

또한, 일정 범위 이상의 풍속에서는 에어포일(airfoil)의 캠버(Cambar)가 큰 쪽 면에서의 풍압과 에어포일의 캠버가 작은 쪽 면에서의 후류(Wake)압과의 합성에 의해 회전력에 제동 작용을 수행한다.Also, at wind speed above a certain range, the camber of the airfoil is combined with the wake pressure on the side where the camber of the airfoil is larger and the wind pressure on the side where the camber of the airfoil is larger. .

본 발명의 날개 각도 자동 조절장치는 경첩과 스프링을 이용하여 간단하게 구비하며, 별도의 제어기를 사용하지 않고도 날개 각도가 자동으로 조절되는 효과에 의해, 전력발생의 풍속 영역을 넓이는 효과가 있다.The automatic wing angle adjusting device of the present invention is simply provided with a hinge and a spring, and has an effect of widening the wind speed range of power generation by the effect of automatically adjusting the blade angle without using a separate controller.

도 1은 본 발명에 따르는 풍력발전기 날개 각도의 자동 조절장치의 사시 도이다.
도 2는 도 1의 A와 B 사이의 단면도로서, (a)는 일정 풍속의 이하, (b)는 일정 범위의 풍속, (c)는 일정 범위 이상의 풍속일 때, 각각의 한 예의 경우이다.1 is a perspective view of a device for automatically adjusting the angle of a wind turbine blade according to the present invention.
Fig. 2 is a cross-sectional view taken along line A and B in Fig. 1, where (a) is a case of a constant wind speed, (b) is a wind speed in a certain range, and (c) is a wind speed in a certain range.

투자 대비 효율을 높이기 위해서, 본 발명에서는 저 풍속에서 풍속의 이용률이 높은 항력 형의 날개 사용하고, 일정 풍속 이상에서는 풍속의 이용률이 높은 양력 형의 날개 사용하도록, 날개 각도가 자동으로 조절되는 양력과 항력의 하이브리드 방식의 날개를 개발한다.In order to increase the investment efficiency, the present invention uses a drag type blade having a high utilization rate of the wind speed at a low wind speed and a lift type in which the blade angle is automatically controlled so as to use a lift type blade having a high utilization rate of the wind speed over a constant wind speed Develop a hybrid-style wing of drag.

풍력발전기 회전축의 원둘레에는 일정간격 그리고 풍력발전기 회전축의 길이방향에 대해 직각 방향으로 풍력 발전기의 날개 고정용 프레임 3개 이상을 고정하여 구비하고, 경첩의 회전축에 연결된 고정용의 판 중에서 한쪽을 일 측 판 그리고 다른 쪽을 타 측 판으로 정의한다.At least three frames for fixing the wing of the wind turbine generator are fixed in a circumferential direction of the wind turbine rotor shaft at a predetermined interval and in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the wind turbine rotor shaft, Plate and the other side as the other side plate.

상기 3개 이상 구비한 풍력 발전기의 날개 고정용 프레임 각 각에는 경첩의 회전축이 풍력발전기 회전축의 길이 방향에 대해 직각 방향이 되도록 경첩의 일 측 판을 각각 고정한다.And one side plate of the hinge is fixed to each of the frame fixing frames of the three or more wind turbine generators so that the rotary shaft of the hinge is perpendicular to the longitudinal direction of the rotary shaft of the wind generator.

상기 경첩의 타 측 판에는 경첩 회전축의 길이 방향과 풍력 날개의 길이 방향이 일치하도록 풍력 날개를 각각 고정하고, 경첩 회전축의 일 측 판과 타 측 판 사이에 1개 이상의 스프링을 삽입한다.The other side plate of the hinge is provided with one or more springs inserted between the one side plate and the other side plate of the hinge rotation shaft so as to fix the wind turbine blades so that the longitudinal direction of the hinge rotation shaft coincides with the longitudinal direction of the wind turbine blades.

상기 삽입된 스프링의 일 측 끝은 경첩의 일 측 판에 고정하고, 스프링의 타 측 끝은 경첩의 타 측 판에 고정한다.One end of the inserted spring is fixed to one plate of the hinge, and the other end of the spring is fixed to the other plate of the hinge.

본 발명에서 경첩의 일 측 판과 타 측 판 사이의 스프링의 길이는 일정 이하의 풍속에서 일정하고 그리고 일정 이상의 풍속에서 자동으로 길어지는 특징을 갖는 풍력발전기 날개 각도의 자동 조절장치이다.In the present invention, the length of the spring between the one side plate and the other side plate of the hinge is automatically regulated at an air velocity less than a predetermined value and automatically lengthened at a constant air velocity.

이하, 본 발명의 구성 및 작용은 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the structure and operation of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

풍력발전기 회전축(1)의 원둘레에는 일정간격 그리고 풍력발전기 회전축의 길이 방향에 대해 직각 방향으로 풍력발전기의 날개 고정용 프레임(2) 3개 이상을 고정하여 구비하고, 경첩의 회전축(3)에 연결된 고정용의 판 중에서 한쪽을 일 측 판(4) 그리고 다른 쪽을 타 측 판(5)으로 정의한다.At least three frames 2 for fixing the wings of the wind turbine generator are fixed at a predetermined interval in the circumferential direction of the wind turbine rotary shaft 1 and at right angles to the longitudinal direction of the wind turbine rotary shaft, One of the fixing plates is defined as one side plate (4) and the other side is defined as the other side plate (5).

상기 3개 이상 구비한 풍력 발전기의 날개 고정용 프레임(2) 각 각에는 경첩의 회전축(3)이 풍력발전기 회전축(1)의 길이 방향에 대해 직각 방향이 되도록 경첩의 일 측 판(4)을 각각 고정한다. The one side plate 4 of the hinge is disposed so that the rotational axis 3 of the hinge is perpendicular to the longitudinal direction of the wind power generator rotary shaft 1 in each angle of the frame 2 for fixing the wings of the three or more wind turbines Respectively.

상기 경첩의 타 측 판(5)에는 경첩 회전축(3)의 길이 방향과 풍력 날개의 길이 방향이 일치하도록 풍력 날개(6)를 각각 고정하고, 경첩 회전축의 일 측 판(4)과 타 측 판(5) 사이에 1개 이상의 스프링(7)을 삽입한다.The windshield blades 6 are fixed to the other side plate 5 of the hinge so that the longitudinal direction of the hinge rotation shaft 3 coincides with the longitudinal direction of the windshield blades and the one side plate 4 and the other side plate And one or more springs (7) are inserted between the springs (5).

상기 삽입된 스프링(7)의 일 측 끝은 경첩의 일 측 판(4)에 고정하고, 스프링(7)의 타 측 끝은 경첩의 타 측 판(5)에 고정한다.One end of the inserted spring 7 is fixed to one plate 4 of the hinge and the other end of the spring 7 is fixed to the other plate 5 of the hinge.

경첩의 일 측 판과 타 측 판 사이의 스프링(7)의 길이는, 일정 이하의 풍속에서 일정하고, 일정 이상의 풍속에서 자동으로 길어지는 특징을 갖는 풍력발전기 날개 각도의 자동 조절장치이다.The length of the spring 7 between the one side plate and the other side plate of the hinge is an automatic adjustment device for the angle of the wind turbine blade which has a characteristic that the length of the spring 7 between the one side plate and the other side plate of the hinge is constant at an air velocity below a certain value,

일반적으로, 지면(9) 또는 건물 위의 설치대(8) 위쪽에 고정하는 양력 또는 항력 형의 소형 풍력발전기는 대형 풍력발전기에 비해 날개의 설치 높이가 낮은 것이 일반적이다. Generally, a small-sized wind turbine generator of a lift or drag type, which is fixed above the ground 9 or the mount 8 on the building, generally has a lower installation height than a large wind turbine.

이에 따라 대형 풍력발전기에 비해 저 풍속만을 받으므로 투자 대비 효율이 낮아 거의 보급되지 않으므로, 저 풍속에서도 풍속의 이용률을 높이는 장치의 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop a device that increases the utilization rate of wind speed even at low wind speed, since it is low in investment efficiency because it receives only low wind speed as compared with a large wind power generator.

이를 위한 본 발명의 풍력발전기는 일정 풍속 이하에서는 풍속의 이용률이 좋은 항력 형의 날개가 되고 그리고 일정 범위의 풍속에서는 풍속의 이용률이 좋은 양력형의 날개가 되는, 양력과 항력의 하이브리드 방식 날개이다.For this purpose, the wind turbine of the present invention is a hybrid type wing of lift and drag, which is a drag type blade having a good utilization rate of the wind speed below a certain wind speed and a lift type blade having a good utilization rate of wind speed in a certain range of wind speed.

또한, 일정 범위 이상의 풍속에서는 에어포일(airfoil)의 캠버(Cambar)가 큰 쪽 면에서의 풍압과 에어포일의 캠버가 작은 쪽 면에서의 후류(Wake)압과의 합성에 의해 회전력에 제동 작용을 수행한다.Also, at wind speed above a certain range, the camber of the airfoil is combined with the wake pressure on the side where the camber of the airfoil is larger and the wind pressure on the side where the camber of the airfoil is larger. .

본 발명의 날개 각도 자동 조절장치는 경첩과 스프링을 이용하여 간단하게 구비하며, 별도의 제어기를 사용하지 않고도 날개 각도가 자동으로 조절되는 효과에 의해, 전력발생의 풍속 영역을 넓이는 효과가 있다.The automatic wing angle adjusting device of the present invention is simply provided with a hinge and a spring, and has an effect of widening the wind speed range of power generation by the effect of automatically adjusting the blade angle without using a separate controller.

도 2는 도 1의 A와 B 사이의 단면도로서, (a)는 일정 이하의 풍속에서 항력을 주로 받는 경우이고, (b)는 일정 범위의 풍속에서 양력을 주로 받는 경우이며, (c)는 일정 범위 이상의 풍속일 때에 풍압과 후류(Wake)에 의해 회전력에 제동 작용을 받는 경우로, 각각의 도는 각 경우의 한 예이다.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A and B in FIG. 1. FIG. 2 (a) shows a case in which the drag force is mainly received at a constant velocity or less, And the rotational force is subjected to the braking action by the wind pressure and the wake when the wind speed is equal to or higher than a certain range, and each figure is an example of each case.

본 발명의 변형 범위는 본 발명의 특징부를 포함하는 당해 기술분야에 숙련된 통상적 지식을 가진자들의 범위 내에 있으며, 그러한 변형들은 본 발명의 청구항 범위 내에 있는 것으로 간주한다.It is intended that the scope of the invention be construed as being within the purview of those skilled in the art, including the features of the present invention, and such variations are considered to be within the scope of the present invention.

1 풍력발전기의 회전축.
2. 풍력발전기 날개 고정용의 프레임.
3. 경첩의 회전축.
4. 경첩의 일 측 판.
5. 경첩의 타 측 판.
6. 풍력발전기의 날개.
7. 스프링.
8. 풍력발전기를 지면 위에서 지지하는 지지대.
9. 지면 또는 건축물 꼭대기의 윗면.1 Rotation axis of a wind power generator.
2. Frame for fixing wind turbine blades.
3. The axis of rotation of the hinge.
4. One side plate of the hinge.
5. The other side plate of the hinge.
6. The wings of the wind generator.
7. Spring.
8. Supports supporting the wind generator on the ground.
9. Top of the floor or top of the building.

Claims (1)

풍력발전기 회전축의 원둘레에는 일정간격 그리고 풍력발전기 회전축의 길이방향에 대해 직각 방향으로 풍력발전기의 날개 고정용 프레임 3개 이상을 고정하여 구비하고, 경첩의 회전축에 연결된 고정용의 판 중에서 한쪽을 일 측 판 그리고 다른 쪽을 타 측 판으로 정의하며,
상기 3개 이상 구비한 풍력 발전기의 날개 고정용 프레임 각 각에는 경첩의 회전축이 풍력발전기 회전축의 길이 방향에 대해 직각 방향이 되도록 경첩의 일 측 판을 각각 고정하고,
상기 경첩의 타 측 판에는 경첩 회전축의 길이 방향과 풍력 날개의 길이 방향이 일치하도록 풍력 날개를 각각 고정하고, 경첩 회전축의 일 측 판과 타 측 판 사이에 1개 이상의 스프링을 삽입하며,
상기 삽입된 스프링의 일 측 끝은 경첩의 일 측 판에 고정하고, 스프링의 타 측 끝은 경첩의 타 측 판에 고정하며,
경첩의 일 측 판과 타 측 판 사이의 스프링의 길이는 일정 이하의 풍속에서 일정하고 그리고 일정 이상의 풍속에서 자동으로 길어지는 특징을 갖는 풍력발전기 날개 각도의 자동 조절장치.At least three frames for fixing the wing of the wind turbine generator are fixed in a circumferential direction of the wind turbine rotor shaft at a predetermined interval and in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the wind turbine rotor shaft, Plate and the other side as the other side plate,
Wherein one side plate of the hinge is fixed to each of the frame fixing frames of the three or more wind turbine generators so that the rotary shaft of the hinge is perpendicular to the longitudinal direction of the rotary shaft of the wind turbine generator,
The other side plate of the hinge is provided with one or more springs inserted between the one side plate and the other side plate of the hinge rotation axis so as to fix the respective wind blades so that the longitudinal direction of the hinge rotation axis coincides with the longitudinal direction of the wind blade,
One end of the inserted spring is fixed to one plate of the hinge, the other end of the spring is fixed to the other plate of the hinge,
Wherein the length of the spring between the one side plate and the other side plate of the hinge is constant at an air velocity less than a predetermined value and automatically lengthened at a constant air velocity above a certain level.
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