KR101528500B1 - 후방 이동식 하우징을 포함하는 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 후방 이동식 하우징을 포함하는 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치는, 복수 개의 블레이드가 구비된 풍력발전기에 있어서, 상기 풍력발전기의 나셀 전방에 위치되며, 바람에 의해 후방으로 이동되어 상기 나셀과의 거리가 가변되는 하우징, 상기 하우징과 상기 풍력발전기의 나셀을 연결하는 메인샤프트 및 상기 하우징의 후방 이동에 따른 구동력을 상기 블레이드에 전달함에 따라 상기 블레이드를 회전시켜 상기 블레이드의 경사각을 조절하는 페더링모듈를 포함한다.
Description
본 발명은 풍력발전기의 경사각을 조절하기 위한 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 과풍속에 의한 파손을 방지하기 위해 하우징이 바람에 의해 후방으로 이동됨에 따라 블레이드의 경사각을 조절할 수 있는 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전기는 바람의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이다. 구체적으로 공기가 날개형의 물체를 지날 때 양력이 발생되는 공기역학적 특성을 통해 회전자가 회전하게 되는데, 이때 발생되는 기계적 회전 에너지가 발전기를 통해 전기 에너지로 변환된다.
또한 풍력발전기는 회전축의 방향에 따라 수평축형과 수직축형으로 구분되는데, 현재는 주로 수평축 풍력발전기가 주로 사용된다. 수평축 풍력발전기는 타워와, 타워의 상단에 설치된 나셀(Nacelle) 및 나셀의 선단에 설치된 회전체로 구성된다. 회전체에는 블레이드가 구비되며, 나셀은 기어박스, 발전기 등으로 이루어진다. 이때 종류에 따라 기어박스와 발전기가 회전체 안에 구비되는 경우도 있다.
한편 이와 같은 수평축 풍력발전기는 정격 풍속을 초과한 과풍속의 강풍이 불 경우 과열에 의한 기계적 구조의 소손이 생기는 문제가 있다. 이를 방지하기 위해, 과풍속의 강풍이 불 경우 회전체와 나셀을 바람 방향으로부터 벗어나게 하거나 회전체의 회전 수를 감소시키는 등 여러 가지 형태의 과풍속 제어 장치를 사용한다.
특히 업윈드 방식 풍력발전기의 경우, 블레이드를 페더링시켜 회전체의 회전 수를 감소시키는 방법이 널리 사용되고 있으며, 이와 같이 블레이드의 페더링을 위한 구조를 가지는 다양한 장치들이 개발되고 있다.
하지만, 종래의 풍력발전기는 블레이드를 페더링시키는 과정에서의 물리적 손실이 크며, 과풍속에 의한 충격이 회전체 및 나셀에 그대로 전달되는 문제가 있다. 따라서 정격 이상의 풍속에 대한 신뢰도가 크게 떨어지는 문제가 있다.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 합리적인 블레이드의 경사각 조절 방법을 가지며, 과풍속에 의해 발생되는 충격량을 효과적으로 감소시킬 수 있는 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치를 제공하기 위함이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 후방 이동식 하우징을 포함하는 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치는, 복수 개의 블레이드가 구비된 풍력발전기에 있어서, 상기 풍력발전기의 나셀 전방에 위치되며, 바람에 의해 후방으로 이동되어 상기 나셀과의 거리가 가변되는 하우징, 상기 하우징과 상기 풍력발전기의 나셀을 연결하는 메인샤프트 및 상기 하우징의 후방 이동에 따른 구동력을 상기 블레이드에 전달함에 따라 상기 블레이드를 회전시켜 상기 블레이드의 경사각을 조절하는 페더링모듈를 포함한다.
그리고 상기 페더링모듈은, 상기 하우징의 후방 이동량보다 작은 후방 이동량을 가지도록 상기 메인샤프트에 구비되어, 상기 하우징과의 거리 변화에 따라 상기 블레이드를 회전시키는 레귤레이터를 포함할 수 있다.
또한 상기 페더링모듈은, 상기 블레이드로부터 상기 하우징 측으로 연장된 페더링샤프트 및 상기 페더링샤프트에 슬라이딩 가능하게 구비되고, 상기 레귤레이터에 링크 연결되어, 상기 하우징이 후방으로 이동 시 상기 블레이드 방향으로 슬라이딩되며 상기 페더링샤프트를 회전시켜 상기 블레이드의 경사각을 조절하는 슬라이딩부재를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 하우징에는 상기 슬라이딩부재의 이동 범위를 제한하는 스토퍼가 구비될 수 있다.
또한 상기 스토퍼는 제1스토핑부재 및 제2스토핑부재를 포함하고, 상기 제1스토핑부재 및 상기 제2스토핑부재는 상기 슬라이딩부재를 사이에 두고 서로 이격되도록 구비될 수 있다.
그리고 상기 제1스토핑부재 및 상기 제2스토핑부재는 서로의 이격 거리를 조절 가능하게 형성될 수 있다.
또한 상기 슬라이딩부재에는 상기 페더링샤프트가 관통되는 관통홀이 형성될 수 있다.
그리고 상기 페더링샤프트의 외주면에는 나선 형상의 홈부가 형성되고, 상기 슬라이딩부재의 내주면에는 상기 홈부에 치합되는 나선 형상의 돌출부가 형성될 수 있다.
또한 상기 페더링샤프트의 외주면에는 돌기부가 형성되고, 상기 슬라이딩부재의 내주면에는 상기 돌기부가 삽입되며, 상기 슬라이딩부재의 이동에 따라 상기 돌기부를 가이드하여 상기 페더링샤프트를 회전시키는 가이드부가 형성될 수 있다.
그리고 상기 하우징과 상기 레귤레이터 사이에는 후방으로 이동된 하우징을 복원시키는 제1탄성부재가 구비될 수 있다.
또한 상기 레귤레이터는 상기 메인샤프트에 고정될 수 있다.
그리고 상기 레귤레이터는 상기 메인샤프트를 따라 후방 이동되도록 형성되며, 상기 레귤레이터의 후방에는 상기 레귤레이터의 후방 이동 범위를 제한하는 완충부가 구비될 수 있다.
또한 상기 레귤레이터 및 상기 완충부 사이에는 후방으로 이동된 레귤레이터를 복원시키는 제2탄성부재가 구비될 수 있다.
그리고 상기 메인샤프트는 상기 나셀 내측으로 인입되도록 후방으로 이동 가능하게 형성될 수 있다.
또한 상기 메인샤프트는 길이 조절 가능하게 형성될 수 있다.
그리고 상기 하우징은 상기 메인샤프트에 대해 후방으로 이동 가능하게 형성될 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 후방 이동식 하우징을 포함하는 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 블레이드의 경사각을 조절하기 위한 구조가 간단하고 합리적이므로 물리적 손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
둘째, 과풍속의 바람이 발생할 경우, 하우징이 후방으로 이동됨에 따라 과풍속에 의한 발생되는 충격을 효과적으로 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
셋째, 블레이드의 경사각이 바람의 풍속에 따라 대응되도록 조절되므로 인가되는 부하를 일정 범위 내로 유지할 수 있는 장점이 있다.
넷째, 블레이드 경사각을 조절하기 위한 별도의 동력이 요구되지 않는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치가 구비된 풍력발전기의 모습을 나타낸 사시도;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치의 모습을 나타낸 사시도;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치의 주요 부분을 나타낸 측면도;
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 바람에 의해 하우징이 후방으로 이동되어 슬라이딩부재가 블레이드 측으로 이동됨에 따라 블레이드가 회전되는 모습을 나타낸 측면도;
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 페더링샤프트와 슬라이딩부재의 결합 구조를 나타낸 단면도;
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 페더링샤프트의 회전 원리를 나타낸 단면도;
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 하우징의 후방 이동에 의해 복수 개의 슬라이딩 부재가 연동되어 이동하는 모습을 나타낸 사시도;
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 각 블레이드가 회전되는 모습을 나타낸 사시도;
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 하우징과 스토퍼의 결합 구조를 나타낸 사시도;
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 제1스토핑부재 및 제2스토핑부재의 이격 거리를 조절하는 모습을 나타낸 측면도;
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 페더링샤프트와 슬라이딩부재의 결합 구조를 나타낸 사시도;
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 페더링샤프트의 돌기부가 슬라이딩부재의 가이드부에 결합된 모습을 나타낸 사시도;
도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 하우징의 후방 이동에 의해 페더링샤프트가 회전되는 모습을 나타낸 사시도;
도 14는 본 발명의 제4실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치의 주요 부분을 나타낸 측면도; 및
도 15는 본 발명의 제4실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 바람에 의해 하우징 및 레귤레이터가 후방으로 이동되는 모습을 나타낸 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치의 모습을 나타낸 사시도;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치의 주요 부분을 나타낸 측면도;
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 바람에 의해 하우징이 후방으로 이동되어 슬라이딩부재가 블레이드 측으로 이동됨에 따라 블레이드가 회전되는 모습을 나타낸 측면도;
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 페더링샤프트와 슬라이딩부재의 결합 구조를 나타낸 단면도;
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 페더링샤프트의 회전 원리를 나타낸 단면도;
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 하우징의 후방 이동에 의해 복수 개의 슬라이딩 부재가 연동되어 이동하는 모습을 나타낸 사시도;
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 각 블레이드가 회전되는 모습을 나타낸 사시도;
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 하우징과 스토퍼의 결합 구조를 나타낸 사시도;
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 제1스토핑부재 및 제2스토핑부재의 이격 거리를 조절하는 모습을 나타낸 측면도;
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 페더링샤프트와 슬라이딩부재의 결합 구조를 나타낸 사시도;
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 페더링샤프트의 돌기부가 슬라이딩부재의 가이드부에 결합된 모습을 나타낸 사시도;
도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 하우징의 후방 이동에 의해 페더링샤프트가 회전되는 모습을 나타낸 사시도;
도 14는 본 발명의 제4실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치의 주요 부분을 나타낸 측면도; 및
도 15는 본 발명의 제4실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 바람에 의해 하우징 및 레귤레이터가 후방으로 이동되는 모습을 나타낸 측면도이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치가 구비된 풍력발전기(1)의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 풍력발전기(1)는 타워(10), 나셀(12), 블레이드(15) 및 블레이드 경사각 조절장치(20)를 포함한다.
상기 타워(10)는 상하 방향으로 길게 형성되고, 나셀(12)을 지면으로부터 지지하는 구성요소이다.
그리고 나셀(12)은 상기 블레이드(15)의 회전축을 가지며, 도시되지는 않았으나 블레이드(15)의 회전에 의해 전기를 생성하는 발전부가 구비될 수 있다. 또한 이때 블레이드(15)의 회전비를 변화시키는 변속부가 더 구비될 수도 있다. 즉 블레이드(15) 및 나셀(12)에 의해 바람의 운동에너지를 전기에너지로 변환시킬 수 있다.
블레이드(15)는 나셀(12)의 회전축에 블레이드 경사각 조절장치(20)를 통해 연결되도록 구비되며, 특히 본 실시예의 경우 각 블레이드(15)는 복수 개가 서로 동일 각도를 유지하며 바깥쪽으로 연장된다.
블레이드 경사각 조절장치(20)는 상기 나셀(12)의 회전축에 연결되어 함께 회전되며, 각 블레이드(15)와 결합된다. 상기 블레이드 경사각 조절장치(20)는 과풍속이 발생할 경우 블레이드(15)를 페더링시켜 풍력발전기(1)의 터빈이 정격 속도 이상으로 회전하는 것을 방지할 수 있도록 하는 역할을 수행한다. 이하에서는 이에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치(20)의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 블레이드 경사각 조절장치(20)는 하우징(25)과, 메인샤프트(30)와, 페더링모듈을 포함한다. 그리고 본 실시예의 경우, 상기 페더링모듈은 레귤레이터(32)와, 페더링샤프트(40)와, 슬라이딩부재(60)를 포함한다. 또한 본 실시예에는 상기 하우징(25)에 구비된 스토퍼(50a, 50b)를 더 포함한다.
상기 하우징(25)은 상기 풍력발전기의 나셀 전방에 위치되며, 바람에 의해 후방으로 이동되어 상기 나셀과의 거리가 가변될 수 있다. 그리고 메인샤프트(30)는 상기 하우징(25)과 상기 풍력발전기의 나셀을 연결하도록 구비되며, 나셀의 회전축을 형성한다.
즉 하우징(25)은 풍속에 따라 후방으로 밀려 이동되며, 이때 나셀은 고정 상태이므로 하우징(25)과 나셀 간의 이격 거리가 감소된다. 이때 본 발명의 블레이드 경사각 조절장치(20)는 상기 하우징(25)의 후방 이동을 위한 다양한 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 메인샤프트(30)는 상기 나셀 내측으로 인입되도록 후방으로 이동 가능하게 형성될 수 있다. 이와 같은 경우 메인샤프트(30)가 나셀 외부에 노출된 길이가 감소되고, 하우징(25)은 메인샤프트(30)와 함께 이동되어 후방으로 이동된다.
또는 상기 메인샤프트(30)는 길이 조절 가능하게 형성될 수도 있다. 이와 같은 경우 메인샤프트(30)는 서로 슬라이딩 가능하게 형성된 복수의 부재로 구성되는 등 다양한 구조로 길이를 조절하도록 할 수 있으며, 이에 따라 하우징(25)은 메인샤프트(30)의 길이 조절과 함께 이동되어 후방으로 이동된다.
또 다른 방법으로는, 상기 하우징(25)이 상기 메인샤프트(30)에 대해 후방으로 이동 가능하게 형성될 수도 있다. 이와 같은 경우 메인샤프트(30)는 고정된 상태를 가지며, 하우징(25)이 상기 메인샤프트(30)의 길이 방향을 따라 전후 이동되는 구조를 가질 수 있으며, 이에 따라 하우징(25)은 직접 이동됨에 따라 상기 나셀과의 이격 거리를 감소시킬 수 있다.
이와 같이 하우징(25)의 후방 이동은 다양한 방법으로 구현될 수 있을 것이다.
페더링모듈은 상기 하우징(25)의 후방 이동에 따른 구동력을 상기 블레이드에 전달함에 따라 상기 블레이드를 회전시켜 상기 블레이드의 경사각을 조절하는 구성요소로서, 다양한 형태로 구현이 가능하다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에서 페더링모듈은 레귤레이터(32)와, 페더링샤프트(40)와, 슬라이딩부재(60)를 포함한다.
레귤레이터(32)는 상기 하우징(25)의 후방 이동량보다 작은 후방 이동량을 가지도록 상기 메인샤프트(30)에 구비된다. 즉 상기 레귤레이터(32)는 하우징(25)이 바람에 의해 후방 이동 시 하우징(25)의 후방 이동량보다 작은 후방 이동량을 가지고, 이에 따라 하우징(25)과 레귤레이터(32)의 이격 거리가 좁혀질 수 있다.
이때 레귤레이터(32)의 후방 이동량이 하우징(25)의 후방 이동량보다 작다는 것은, 하우징(25)의 이동거리보다 짧은 거리를 이동하는 것은 물론, 이동되지 않고 메인샤프트(30)에 고정된 형태인 경우도 포함한다. 즉 레귤레이터(32)의 이동량은 0일 수도 있으며, 더 나아가 전방으로 이동될 수도 있음은 물론이다.
한편 본 실시예의 레귤레이터(32)는 메인샤프트(30)에 고정되어 이동되지 않는 형태를 가진다.
페더링샤프트(40)는 상기 블레이드로부터 상기 하우징(25) 측으로 연장되는 구성요소이다. 즉 페더링샤프트(40)는 블레이드를 하우징(25)에 고정시키며, 특히 회전이 가능하도록 구비된다.
본 실시예의 경우, 페더링샤프트(40)는 하우징(25)에 구비된 스토퍼(50a, 50b)에 회전 가능하게 관통된 형태를 가진다.
슬라이딩부재(60)는 상기 페더링샤프트(40)에 슬라이딩 가능하게 구비되고, 상기 레귤레이터(30)에 링크(70)에 의해 연결된다. 따라서 상기 하우징(25)이 바람에 의해 후방으로 이동하여 하우징(25)과 레귤레이터(32)의 이격 거리가 좁혀짐에 따라 상기 슬라이딩부재(60)는 상기 블레이드 방향으로 슬라이딩된다.
한편 슬라이딩부재(60)는 페더링샤프트(40)를 따라 슬라이딩 이동 시 상기 페더링샤프트(40)를 회전시켜 상기 블레이드의 경사각을 조절하도록 할 수 있다. 이에 대해서는 후술하도록 한다.
스토퍼(50a, 50b)는 상기 슬라이딩부재(60)의 이동 범위를 제한할 수 있도록 하우징(25)에 구비되며, 본 실시예의 경우 상기 스토퍼(50a, 50b)는 제1스토핑부재(50a) 및 제2스토핑부재(50b)를 포함한다.
구체적으로 상기 제1스토핑부재(50a)는 슬라이딩부재(60)보다 블레이드에 가까운 위치에 구비되며, 제2스토핑부재(50b)는 는 슬라이딩부재(60)보다 블레이드에 먼 위치에 구비된다. 즉 상기 제1스토핑부재(50a) 및 상기 제2스토핑부재(50b)는 상기 슬라이딩부재(60)를 사이에 두고 서로 이격되도록 구비되어 슬라이딩부재(60) 양측의 이동 범위를 제한할 수 있다.
또한 본 실시예의 경우 상기 하우징(25)과 상기 레귤레이터(32) 사이에는 후방으로 이동된 하우징(25)을 복원시키는 제1탄성부재(34)가 구비된다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치(20)의 주요 부분을 나타낸 측면도이며, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치(20)에 있어서, 바람에 의해 하우징(25)이 후방으로 이동되어 슬라이딩부재(60)가 블레이드(15) 측으로 이동됨에 따라 블레이드(15)가 회전되는 모습을 나타낸 측면도이다.
도 3과 같이 정격 풍속인 경우 하우징(25)은 정상 위치를 유지하며, 블레이드(15) 역시 정상 각도를 유지한 상태를 가진다. 이와 같은 상태에서 도 4와 같이 정격 풍속을 초과한 바람이 불 경우, 하우징(25)은 후방으로 이동되며, 이에 따라 하우징(25)과 레귤레이터(32)의 이격 거리가 감소된다.
그리고 링크(70)에 의해 슬라이딩부재(60)는 페더링샤프트(40)를 따라 블레이드(15) 측으로 슬라이딩되고, 이에 의해 페더링샤프트(40)가 회전되며 블레이드(15)는 페더링된다. 이하에서는 페더링샤프트(40)의 회전 구조에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 페더링샤프트(40)와 슬라이딩부재(60)의 결합 구조를 나타낸 단면도이며, 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 페더링샤프트(40)의 회전 원리를 나타낸 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 상기 슬라이딩부재(60)에는 상기 페더링샤프트(40)가 관통되는 관통홀(64)이 형성된다. 그리고 상기 페더링샤프트(40)의 외주면에는 나선 형상의 홈부(42)가 형성되고, 상기 슬라이딩부재(60)의 내주면에는 상기 홈부(42)에 치합되는 나선 형상의 돌출부(62)가 형성된다.
이에 따라 도 6에 도시된 바와 같이 하우징(25)의 후방 이동에 따라 슬라이딩부재(60)가 블레이드 측으로 슬라이딩될 경우, 페더링샤프트(40)는 홈부(42)에 결합된 돌출부(62)에 의해 일측으로 회전된다.
즉 과풍속의 바람이 불 경우 하우징(25)의 이동과 함께 페더링샤프트(40)에 연결된 블레이드가 회전되어 경사각이 변경되므로, 바람 방향으로부터 블레이드를 회피시켜 터빈이 정격 속도 이상으로 회전되는 것을 방지할 수 있다.
또한 풍속에 따라 하우징(25)의 후방 이동량이 변화될 수 있으며, 이는 역시 슬라이딩부재(60)의 이동량을 결정하여 페더링샤프트(40) 및 블레이드의 회전 각도를 조절할 수 있다. 따라서 현재 풍속에 대응되는 블레이드의 각도를 유지할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치(20)에 있어서, 하우징(25)의 후방 이동에 의해 복수 개의 슬라이딩 부재(60)가 연동되어 이동하는 모습을 나타낸 사시도이며, 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치(20)에 있어서, 각 블레이드(15)가 회전되는 모습을 나타낸 사시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 경우 하우징(25)은 블레이드의 개수에 대응되도록 분지된 형태로 형성되며, 각 분지 영역에는 슬라이딩부재(60), 스토퍼(50a, 50b) 및 페더링샤프트(40)가 각각 구비된다. 그리고 각 슬라이딩부재(60)는 링크(70)에 의해 레귤레이터(32)와 연결된다.
따라서 바람에 의해 하우징(25)이 후방으로 이동되는 경우 각 슬라이딩부재(60)는 일괄적으로 연동되어 슬라이딩되며, 이에 따라 도 8과 같이 모든 블레이드의 각도는 서로 동일하게 유지될 수 있다.
이상으로 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치(20)에 대해 설명하였으며, 이하에서는 본 발명의 다른 실시예들에 대해 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 하우징(125)과 스토퍼(150a, 150b)의 결합 구조를 나타낸 사시도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예의 경우 전술한 제1실시예와 모든 구성요소가 동일하게 형성되나, 하우징(125)과 스토퍼(150a, 150b)의 결합 구조가 다르게 형성된다.
구체적으로 본 실시예에서, 하우징(125)에는 이동홈(127)이 형성되며, 제1스토핑부재(150a) 및 상기 제2스토핑부재(150b)에는 각각 상기 이동홈(127)에 결합되는 이동돌기(152)가 형성된다.
이에 따라 제1스토핑부재(150a) 및 상기 제2스토핑부재(150b)는 상기 하우징(125)에 이동성을 가지도록 결합될 수 있다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 제1스토핑부재(150a) 및 제2스토핑부재(150b)의 이격 거리(d)를 조절하는 모습을 나타낸 측면도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제1스토핑부재(150a) 및 제2스토핑부재(150b)는 하우징(125)으로부터 페더링샤프트(140)의 길이 방향과 대응되는 방향으로 이동이 가능하게 형성된다. 따라서 상기 제1스토핑부재(150a) 및 상기 제2스토핑부재(150b)는 서로의 이격 거리(d)를 조절할 수 있도록 형성된다.
이와 같이 상기 제1스토핑부재(150a) 및 상기 제2스토핑부재(150b)는 서로의 이격 거리(d)를 조절할 경우 슬라이딩부재(160)의 이동 범위가 변경되며, 이는 곧 페더링샤프트(140) 및 블레이드(115)의 회전각의 변경으로 이어질 수 있다.
따라서 본 실시예의 경우 풍력발전기가 설치된 환경에 적합하도록 풍속에 따라 슬라이딩부재(160)의 이동 범위를 조절할 수 있는 장점이 있다.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 페더링샤프트(240)와 슬라이딩부재(260)의 결합 구조를 나타낸 사시도이다.
본 발명의 제3실시예의 경우, 전술한 제1실시예와 모든 구성요소가 동일하게 형성되나, 페더링샤프트(240)와 슬라이딩부재(260)의 결합 구조가 다르게 형성된다.
구체적으로 본 실시예에서 상기 페더링샤프트(240)의 외주면에는 돌기부(242)가 형성되고, 상기 슬라이딩부재(260)의 내주면에는 상기 돌기부(242)가 삽입되며, 상기 슬라이딩부재(260)의 이동에 따라 상기 돌기부(242)를 가이드하여 상기 페더링샤프트를 회전시키는 가이드부(262)가 형성된다.
특히 상기 가이드부(262)는 상기 돌기부(242)가 삽입될 수 있도록 홈 또는 홀 형태로 형성되며, 슬라이딩부재(260)의 일단에서 타단으로 비스듬하게 형성된다. 가이드부(262)가 이와 같은 형상을 가지는 것은 페더링샤프트(240)가 회전될 수 있도록 하기 위함이다. 이는 이하의 설명을 통해 이해할 수 있을 것이다.
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 페더링샤프트(240)의 돌기부(242)가 슬라이딩부재(260)의 가이드부(262)에 결합된 모습을 나타낸 사시도이며, 도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 하우징(225)의 후방 이동에 의해 페더링샤프트(240)가 회전되는 모습을 나타낸 사시도이다.
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 하우징(225)의 후방 이동 시 슬라이딩부재(260)는 블레이드 측으로 슬라이딩되고, 이때 가이드부(262)는 그 형상을 따라 돌기부(242)를 일측으로부터 타측으로 이동시키게 된다. 따라서 페더링샤프트(240)는 돌기부(242)의 변위에 대응되는 각도로 회전되며, 블레이드 역시 동일 각도로 회전될 수 있다.
이와 같이, 페더링샤프트(240) 및 블레이드의 회전 방식은 다양하게 구현될 수 있다.
도 14는 본 발명의 제4실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치의 주요 부분을 나타낸 측면도이며, 도 15는 본 발명의 제4실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치에 있어서, 바람에 의해 하우징(325) 및 레귤레이터(332)가 후방으로 이동되는 모습을 나타낸 측면도이다.
도 14 및 도 15에 도시된 본 발명의 제4실시예의 경우, 타 실시예들과 마찬가지로 전술한 제1실시예와 모든 구성요소가 동일하게 형성된다. 다만, 상기 레귤레이터(332)가 상기 메인샤프트(330)를 따라 후방 이동되도록 형성되며, 상기 레귤레이터(332)의 후방에는 상기 레귤레이터(332)의 후방 이동 범위를 제한하는 완충부(380)가 구비된다는 점이 다르다.
이때 전술한 바와 같이 레귤레이터(332)의 후방 이동량은 하우징(325)의 후방 이동량보다 작게 설정되어야 함은 물론이며, 이를 위해 본 실시예에서는 완충부(380)가 구비된다.
본 발명의 경우 하우징(325)이 후방으로 이동됨에 따라 이미 과풍속에 의한 발생되는 충격을 효과적으로 감소시킬 수 있는 장점을 가지나, 본 실시예의 경우에는 레귤레이터(332) 역시 후방으로 다소 이동될 수 있도록 형성되어 발생되는 충격을 다단에 걸쳐 더욱 효과적으로 분산시킬 수 있다.
그리고 상기 완충부(380)는 충격 흡수를 위해 탄성 재질로 형성될 수도 있음은 물론이다.
한편 본 실시예에서 상기 레귤레이터(332) 및 상기 완충부(380) 사이에는 후방으로 이동된 레귤레이터(332)를 복원시키는 제2탄성부재(382)가 구비된다. 즉 레귤레이터(332)는 제2탄성부재(382)에 의해, 하우징(325)은 제1탄성부재(334)에 의해 원래 위치로 복원될 수 있다.
이상으로 본 발명의 다양한 실시예에 대해 설명하였으며, 본 발명은 이외에도 다양한 실시예로서 구현될 수 있다. 전술한 실시예들의 경우 페더링모듈은 레귤레이터와, 페더링샤프트와, 슬라이딩부재를 포함하는 형태이나, 상기 페더링모듈은 다양한 구조에 의해 하우징의 구동력을 블레이드에 전달할 수 있다.
예를 들어, 슬라이딩부재가 구비되지 않고 레귤레이터가 페더링샤프트와 직접적으로 링크 연결되는 경우를 생각해 볼 수 있다. 즉 링크가 페더링샤프트의 중심선으로부터 측방으로 벗어난 위치로 연결될 경우, 하우징의 후방 이동에 따라 페더링샤프트가 회전될 수 있을 것이다.
또 다른 방법으로는, 메인샤프트가 두 개 이상의 부재가 서로 결합된 형태이며, 각 부재는 스크류 연결되어 하우징의 후방 이동에 의해 어느 하나의 부재가 회전되는 형태를 생각해 볼 수 있다. 이와 같은 경우 메인샤프트를 구성하는 부재의 회전을 블레이드 측에 전달하여 페더링을 수행할 수 있을 것이다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
1: 풍력발전기 10: 타워
12: 나셀 15: 블레이드
20: 블레이드 경사각 조절장치 25: 하우징
30: 메인샤프트 32: 레귤레이터
34: 제1탄성부재 40: 페더링샤프트
42: 홈부 50a: 제1스토핑부재
50b: 제2스토핑부재 60: 슬라이딩부재
62: 돌출부 70: 링크
12: 나셀 15: 블레이드
20: 블레이드 경사각 조절장치 25: 하우징
30: 메인샤프트 32: 레귤레이터
34: 제1탄성부재 40: 페더링샤프트
42: 홈부 50a: 제1스토핑부재
50b: 제2스토핑부재 60: 슬라이딩부재
62: 돌출부 70: 링크
Claims (16)
- 복수 개의 블레이드가 구비된 풍력발전기에 있어서,
상기 풍력발전기의 나셀 전방에 위치되며, 바람에 의해 후방으로 이동되어 상기 나셀과의 거리가 가변되는 하우징;
상기 하우징과 상기 풍력발전기의 나셀을 연결하는 메인샤프트; 및
상기 하우징의 후방 이동에 따른 구동력을 상기 블레이드에 전달함에 따라 상기 블레이드를 회전시켜 상기 블레이드의 경사각을 조절하는 페더링모듈;
를 포함하는 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치. - 제1항에 있어서,
상기 페더링모듈은,
상기 하우징의 후방 이동량보다 작은 후방 이동량을 가지도록 상기 메인샤프트에 구비되어, 상기 하우징과의 거리 변화에 따라 상기 블레이드를 회전시키는 레귤레이터를 포함하는 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치. - 제2항에 있어서,
상기 페더링모듈은,
상기 블레이드로부터 상기 하우징 측으로 연장된 페더링샤프트; 및
상기 페더링샤프트에 슬라이딩 가능하게 구비되고, 상기 레귤레이터에 링크 연결되어, 상기 하우징이 후방으로 이동 시 상기 블레이드 방향으로 슬라이딩되며 상기 페더링샤프트를 회전시켜 상기 블레이드의 경사각을 조절하는 슬라이딩부재;
를 더 포함하는 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치. - 제3항에 있어서,
상기 하우징에는 상기 슬라이딩부재의 이동 범위를 제한하는 스토퍼가 구비된 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치. - 제4항에 있어서,
상기 스토퍼는 제1스토핑부재 및 제2스토핑부재를 포함하고,
상기 제1스토핑부재 및 상기 제2스토핑부재는 상기 슬라이딩부재를 사이에 두고 서로 이격되도록 구비된 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치. - 제5항에 있어서,
상기 제1스토핑부재 및 상기 제2스토핑부재는 서로의 이격 거리를 조절 가능하게 형성된 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치. - 제3항에 있어서,
상기 슬라이딩부재에는 상기 페더링샤프트가 관통되는 관통홀이 형성된 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치. - 제7항에 있어서,
상기 페더링샤프트의 외주면에는 나선 형상의 홈부가 형성되고,
상기 슬라이딩부재의 내주면에는 상기 홈부에 치합되는 나선 형상의 돌출부가 형성된 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치. - 제7항에 있어서,
상기 페더링샤프트의 외주면에는 돌기부가 형성되고,
상기 슬라이딩부재의 내주면에는 상기 돌기부가 삽입되며, 상기 슬라이딩부재의 이동에 따라 상기 돌기부를 가이드하여 상기 페더링샤프트를 회전시키는 가이드부가 형성된 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치. - 제2항에 있어서,
상기 하우징과 상기 레귤레이터 사이에는 후방으로 이동된 하우징을 복원시키는 제1탄성부재가 구비된 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치. - 제2항에 있어서,
상기 레귤레이터는 상기 메인샤프트에 고정된 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치. - 제2항에 있어서,
상기 레귤레이터는 상기 메인샤프트를 따라 후방 이동되도록 형성되며,
상기 레귤레이터의 후방에는 상기 레귤레이터의 후방 이동 범위를 제한하는 완충부가 구비된 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치. - 제12항에 있어서,
상기 레귤레이터 및 상기 완충부 사이에는 후방으로 이동된 레귤레이터를 복원시키는 제2탄성부재가 구비된 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치. - 제1항에 있어서,
상기 메인샤프트는 상기 나셀 내측으로 인입되도록 후방으로 이동 가능하게 형성된 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치. - 제1항에 있어서,
상기 메인샤프트는 길이 조절 가능하게 형성된 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치. - 제1항에 있어서,
상기 하우징은 상기 메인샤프트에 대해 후방으로 이동 가능하게 형성된 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치.
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| KR1020130113583A KR101528500B1 (ko) | 2013-09-25 | 2013-09-25 | 후방 이동식 하우징을 포함하는 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020130113583A KR101528500B1 (ko) | 2013-09-25 | 2013-09-25 | 후방 이동식 하우징을 포함하는 풍력발전기의 블레이드 경사각 조절장치 |
Publications (2)
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