KR20140089212A - 보강 구조물을 포함하는 풍력 발전기 - Google Patents
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Abstract
보강 구조물을 포함하는 풍력 발전기가 제공된다. 상기 풍력 발전기는 타워 상에 차례로 위치되는 허브(hub), 회전부 및 구동부, 허브 상에 위치되는 적어도 하나의 블레이드(blade), 그리고 허브, 및 적어도 하나의 블레이드에 접속되는 보강 구조물(reinforcing structure)을 포함한다. 상기 보강 구조물은 허브 및 적어도 하나의 블레이드 사이에 장력 조절 부재, 연결 부재 및 와이어(wire)를 포함한다. 상기 풍력 발전기는 블레이드에 접속되는 보강 구조물을 포함해서 블레이드의 루트 부위 및 중앙 부위의 응력을 분산 또는 최소화할 수 있다.
Description
본 발명은 풍력 발전기에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 보강 구조물을 포함하는 풍력 발전기에 관한 것이다.
일반적으로, 풍력 발전기는 자연의 바람을 이용해서 전기를 생산하는 장치이다. 즉, 상기 풍력 발전기는 바람의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환시키도록 구성되는 장치이다. 상기 바람의 운동 에너지는 풍력 발전기의 블레이드 및 허브를 회전시켜서 전기 에너지로 변환된다.
상기 풍력 발전기가 수평축 방식의 터빈 블레이드(이하, ‘블레이드’로 지칭함)를 가지는 경우에, 상기 블레이드는 허브와 결합해서 허브로부터 돌출되는 외팔보 구조를 갖는다. 상기 블레이드는 허브 상에서 공기 역학을 이용하는 형상, 및 바람의 굽힘 응력에 대항하는 구조 강성을 가지도록 형성된다.
그러나, 상기 블레이드가 허브 상에서 외팔보 구조를 가지기 때문에, 상기 블레이드는 루트 부위 및 중앙 부위에서 큰 응력을 갖는다. 이 경우에, 상기 블레이드의 루트 부위 및 중앙 부위가 큰 응력에 대항되기 위해서, 상기 블레이드의 구조 강성이 더욱 보강되기 때문에, 상기 블레이드는 구조 및 중량을 크게 가질 수 있다. 이를 통해서, 상기 풍력 발전기는 높은 제조 단가를 가질 수 있다.
또한, 상기 블레이드는 구조강성을 보강하기 위하여 더욱 고급소재를 적용해야 하기 때문에 공기역학적으로 최적화된 형상보다 두꺼워질 수밖에 없다. 따라서 상기 풍력발전기는 대형화에 따른 효율의 이득이 증가하겠지만 블레이드의 강성 보강에 따른 효율저하를 수반하며 높은 제조단가를 가지게 된다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위해서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 블레이드의 루트 부위 및 중앙 부위의 응력을 분산하는데 적합하도록 하는 보강 구조물을 포함하는 풍력 발전기를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 앞서 언급한 과제로 한정되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 다른 과제는 이하의 설명으로부터 당업자에게 충분히 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예들은 보강 구조물을 포함하는 풍력 발전기를 제공한다. 상기 풍력 발전기는, 타워 상에 차례로 위치되는 허브(hub), 회전부 및 구동부, 상기 허브 상에 위치되는 적어도 하나의 블레이드(blade), 및 상기 허브, 및 상기 적어도 하나의 블레이드에 접속되는 보강 구조물(reinforcing structure)을 포함한다. 상기 보강 구조물은 장력 조절 부재, 연결 부재 및 와이어(wire)를 포함하고, 상기 장력 조절 부재는 상기 허브로부터 돌출해서 상기 허브에 대해서 수평 이동하도록 구성되고, 상기 연결 부재는 상기 적어도 하나의 블레이드에 위치되고, 및 상기 와이어는 상기 장력 조절 부재 및 상기 연결 부재를 연결하고 그리고 상기 장력 조절 부재 및 상기 연결 부재에 대해서 회전하도록 구성된다.
상기 장력 조절 부재는, 상기 허브로부터 돌출되는 조절축, 상기 조절축의 후단에서 상기 허브의 내부에 위치되는 기어 부재, 상기 허브의 외부에 위치해서 상기 조절축을 둘러싸는 제 1 베어링, 및 상기 제 1 베어링에 고정되는 제 1 연결 고리를 포함한다. 상기 와이어는 일 단을 통해서 상기 제 1 연결 고리에 결합된다.
상기 조절축은 상기 기어 부재와 결합해서 상기 허브에 대하여 수평 운동 가능하도록 구성되고, 상기 기어 부재는 랙 앤 피니언, 또는 볼트/ 너트의 결합 형상을 포함하는 선형이송장치를 이용하여 상기 허브의 상기 내부에서 상기 조절축을 수평 이동시키도록 구성되고, 및 상기 제 1 베어링은 상기 조절축과 접촉해서 상기 조절축에 대해서 회전하도록 구성된다.
상기 적어도 하나의 블레이드는 홈부(groove)를 포함한다. 상기 연결 부재는, 상기 홈부에서 상기 적어도 하나의 블레이드에 고정되는 고정축, 상기 고정축을 둘러싸는 제 2 베어링, 및 상기 제 2 베어링에 고정되는 제 2 연결 고리를 포함한다. 상기 와이어는 타 단을 통해서 상기 제 2 연결 고리에 결합된다.
상기 제 2 베어링은 상기 고정축과 접촉해서 상기 고정축에 대해서 회전하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 블레이드는 상기 회전부에 대해서 회전하도록 구성되고, 및 상기 고정축은 상기 회전부의 회전축 상에 위치된다.
상기 구동부는 상기 허브, 상기 회전부, 및 상기 적어도 하나의 블레이드에 전기적으로 접속된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르는 풍력 발전기는 블레이드에 접속되는 보강 구조물을 포함해서 블레이드의 루트 부위 및 중앙 부위의 응력을 분산 또는 최소화할 수 있다.
상기 풍력 발전기는 보강 구조물을 이용해서 블레이드의 중량을 감소시키기 때문에 블레이드의 설계 자유도를 크게 가질 수 있다.
상기 풍력 발전기는 보강 구조물을 이용해서 블레이드의 운전 영역을 확장시킬 수 있다.
상기 풍력 발전기는 보강 구조물을 이용해서 블레이드의 구조 강성을 조절하기 때문에 위험 운전 주파수(공진)로부터 능동적인 회피를 가능하게 해준다.
상기 풍력 발전기는 블레이드의 무게 감소를 통해서 주변 구조물의 경량화를 유도시키기 때문에 원가 경쟁력을 높일 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예들에 따르는 풍력 발전기를 보여주는 개략도이다.
도 2 는 도 1 의 풍력 발전기를 부분적으로 확대해서 보여주는 측면도이다.
도 3 은 도 2 의 조절축, 회전축 및 베어링들의 결합 관계를 보여주는 단면도이다.
도 2 는 도 1 의 풍력 발전기를 부분적으로 확대해서 보여주는 측면도이다.
도 3 은 도 2 의 조절축, 회전축 및 베어링들의 결합 관계를 보여주는 단면도이다.
이하. 본 발명의 실시예들에 따르는 풍력 발전기는 도 1 내지 3 을 참조해서 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명의 실시예들에 따르는 풍력 발전기를 보여주는 개략도이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따르는 풍력 발전기(140)는 타워(tower; 10), 구동부(20), 회전부(30), 허브(hub; 40), 블레이드들(blades; 50, 60, 70) 및 보강 구조물(reinforcing structure; S)을 포함한다. 상기 타워(10)는 구동부(20)를 지지한다. 상기 구동부(20), 회전부(30) 및 허브(40)는 타워 상에 차례로 위치된다.
상기 구동부(20)는 회전부(30) 및 허브(40)와 기계적으로 접속하도록 구성된다. 상기 블레이드들(50, 60, 70)은 허브(40) 상에 일정한 피치(pitch)로 위치된다. 상기 블레이드들(50, 60, 70)의 각각은 회전부(30)에 대해서 회전하도록 구성된다. 상기 블레이드들(50, 60, 70)은 개수에 있어서 세 개를 언급하지만 이에 한정되지 않는다.
상기 보강 구조물(S)은 허브(40) 및 블레이드들(50, 60, 70)에 접속된다. 이 경우에, 상기 보강 구조물(S)은 블레이드들(50, 60, 70)의 홈부들(55, 65, 75)을 이용해서 허브(40)에 블레이드들(50, 60, 70)을 접속시키도록 구성된다. 상기 보강 구조물(S)은 도 2 에서 좀 더 상세하게 설명하기로 한다.
도 2 는 도 1 의 풍력 발전기를 부분적으로 확대해서 보여주는 측면도이다. 이 경우에, 도 2 는 특정 블레이드(60)를 도시하지 않지만 상세한 설명에서 특정 블레이드(60)를 나머지 블레이드들(50, 70)과 함께 설명하기로 한다.
도 2 를 참조하면, 상기 보강 구조물(S)은 장력 조절 부재(100), 연결 부재(120) 및 와이어(wire; 130)를 포함한다. 상기 보강 구조물(S)은 장력 조절 부재(100), 연결 부재(120) 및 와이어(130)를 이용해서 블레이드들(50, 60, 70)의 홈부들(55, 65, 75)에 삽입된다. 상기 장력 조절 부재(100)는 허브(40)로부터 돌출해서 허브(40)에 대해서 수평 이동하도록 구성된다.
상기 장력 조절 부재(100)는 조절축(93), 제 1 베어링(95), 제 1 연결 고리(97), 및 기어 부재(99)를 포함한다. 상기 조절축(93)은 허브(40)로부터 돌출된다.
상기 조절축(93)은 기어 부재(99)와 결합해서 허브(40)에 대하여 수평 운동 가능하도록 구성된다. 상기 제 1 베어링(95)은 허브(40)의 외부에 위치해서 조절축(93)을 둘러싸도록 구성된다. 상기 제 1 베어링(95)은 조절축(93)과 접촉해서 조절축(93)에 대해서 회전하도록 구성된다. 상기 제 1 연결 고리(97)는 제 1 베어링(95)에 고정된다. 상기 제 1 연결 고리(97)는 블레이드들(50, 60, 70)의 개수에 대응될 수 있다.
상기 기어 부재(99)는 조절축(93)의 후단에서 허브(40)의 내부에 위치된다. 상기 기어 부재(99)는 랙 앤 피니언, 또는 볼트/ 너트의 결합 형상을 포함하는 선형이송장치를 이용하여 허브(40)의 내부에서 조절축(93)을 수평 이동시키도록 구성된다. 상기 연결 부재(120)는 블레이드들(50, 60, 70)에 각각 위치된다. 상기 연결 부재(120)는 고정축(113), 제 2 베어링(116) 및 제 2 연결 고리(119)를 포함한다.
상기 고정축(113)은 블레이드들(50, 60, 70)의 홈부들(55, 65, 75)에 위치해서 블레이드들(50, 60, 70)에 고정된다. 상기 고정축(113)은 블레이드들(50, 60, 70)의 각도를 조절하는 각각의 회전축(rotation axis; RA) 상에 위치된다. 상기 제 2 베어링(116)은 고정축(113)을 둘러싸도록 구성된다. 상기 제 2 베어링(116)은 고정축(113)과 접촉해서 고정축(113)에 대해서 회전하도록 구성된다.
상기 제 2 연결 고리(119)는 제 2 베어링(116)의 외측에 고정된다. 상기 와이어(130)는 허브(40) 및 블레이드들(50, 60, 70)을 결합시키기 위해서 조절축(93) 상에 위치되는 제 1 연결 고리(97), 및 고정축(113) 상에 위치되는 제 2 연결 고리(119)에 연결된다. 상기 와이어(130)는 블레이드들(50, 60, 70)의 개수에 대응하도록 구성된다. 이를 통해서, 상기 와이어(130)는 장력 조절 부재(100) 및 연결 부재(120)를 연결하도록 구성된다.
도 3 은 도 2 의 조절축, 회전축 및 베어링들의 결합 관계를 보여주는 단면도이다.
도 3 을 참조하면, 상기 보강 구조물(S)은 허브(40)에 조절축(93), 및 블레이드들(50, 60, 70)의 홈부들(55, 65, 75)의 각각에 고정축(113)을 포함한다. 상기 조절축(93) 및 고정축(113)은 제 1 베어링(95) 및 제 2 베어링(116)의 관통구들(96, 117)를 지나도록 구성된다. 상기 제 1 베어링(95) 및 제 2 베어링(116)은 조절축(93) 및 고정축(113)을 둘러싸도록 구성된다.
상기 제 1 베어링(95)은 제 1 내부링(95A) 및 제 1 외부링(95B)을 포함한다. 상기 제 2 베어링(116)은 제 2 내부링(116A) 및 제 2 외부링(116B)을 포함한다. 상기 제 1 내부링(95A) 및 제 2 내부링(116A)은 조절축(93) 및 고정축(113)에 고정된다. 상기 제 1 외부링(95B) 및 제 2 외부링(116B)은 제 1 볼(98)들 및 제 2 볼(118)들을 이용해서 제 1 내부링(95A) 및 제 2 내부링(116A)에 대하여 회전하도록 구성된다.
상기 보강 구조물(S)은 제 1 외부링(95B) 및 제 2 외부링(116B)에 각각 고정되는 제 1 연결 고리(97) 및 제 2 연결 고리(119)를 포함한다. 이를 통해서, 도 2 의 와이어(130)는 장력 조절 부재(100) 및 연결 부재(120)에 대해서 회전하도록 구성된다.
다음으로, 본 발명의 실시예들에 따르는 풍력 발전기의 구동방법은 도 1 내지 3 을 참조해서 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 3 을 설명하면, 본 발명의 실시예들에 따르는 풍력 발전기(140)가 도 1 및 2 와 같이 준비된다. 상기 풍력 발전기(140)는 타워(10), 구동부(20), 회전부(30), 허브(40), 블레이드들(50, 60, 70) 및 보강 구조물(S)을 포함한다. 상기 타워(10), 구동부(20), 회전부(30), 허브(40), 블레이드들(50, 60, 70) 및 보강 구조물(S)은 도 1 및 2 에서 설명된다.
상기 풍력 발전기(140)에 전원이 공급된다. 상기 전원은 타워(10), 구동부(20), 회전부(30), 허브(40) 및 블레이드들(50, 60, 70)에 공급될 수 있다. 상기 구동부(20)는 회전부(30), 허브(40) 및 블레이드들(50, 60, 70)을 구동시킬 수 있다. 상기 회전부(30)는 구동부(20)에 대해서 블레이드들(50, 60, 70)과 함께 회전될 수 있다.
상기 블레이드들(50, 60, 70)은 회전부(30) 상에서 바람의 세기에 대응해서 회전부(30) 상에서 회전될 수 있다. 상기 허브(40) 및 블레이드들(50, 60, 70)은 보강 구조물(S)과 견고하게 결합되어 있다. 상기 보강 구조물(S)은 허브(40) 및 블레이드들(50, 60, 70)에 대해서 회전되기 때문에 허브(40) 및/ 또는 블레이드들(50, 60, 70)에 와이어(120)의 꼬임 또는 엉킴 현상을 갖지 않는다.
따라서, 상기 블레이드들(50, 60, 70)의 초기 설치 형상에 변형을 일으키지 않는 약한 바람이 적용되는 경우에, 상기 보강 구조물(S)은 허브(40)로부터 조절축(93)을 적절하게 이동시켜서 조절축(93) 및 고정축(113) 사이의 와이어(130)에 적당한 장력을 유지할 수 있다.
상기 블레이드들(50, 60, 70)의 초기 설치 형상에 변형을 일으키는 강한 바람이 적용되는 경우에, 상기 보강 구조물(S)은 허브(40)로부터 조절축(93)을 최대한 이동시켜서 조절축(93) 및 고정축(113) 사이의 와이어(130)에 큰 장력을 유지할 수 있다. 이를 통해서, 상기 보강 구조물(S)은 강한 바람에 대항해서 블레이드들(50, 60, 70)을 허브(40)로 잡아당길 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10; 타워(tower), 20; 구동부
30; 회전부, 40; 허브(hub)
50, 60, 70; 블레이드(blade), 55, 65, 75; 홈부
93, 113; 조절축, 고정축, 95, 116; 베어링
96, 117; 관통구, 97, 119; 연결 고리
98, 118; 볼(ball), 99; 기어 부재
100; 장력 조절 부재, 120; 연결 부재
130; 와이어, 140; 풍력 발전기
RA; 회전축, S; 보강 구조물
30; 회전부, 40; 허브(hub)
50, 60, 70; 블레이드(blade), 55, 65, 75; 홈부
93, 113; 조절축, 고정축, 95, 116; 베어링
96, 117; 관통구, 97, 119; 연결 고리
98, 118; 볼(ball), 99; 기어 부재
100; 장력 조절 부재, 120; 연결 부재
130; 와이어, 140; 풍력 발전기
RA; 회전축, S; 보강 구조물
Claims (6)
- 타워 상에 차례로 위치되는 허브(hub), 회전부 및 구동부;
상기 허브 상에 위치되는 적어도 하나의 블레이드(blade); 및
상기 허브, 및 상기 적어도 하나의 블레이드에 접속되는 보강 구조물(reinforcing structure)을 포함하되,
상기 보강 구조물은 장력 조절 부재, 연결 부재 및 와이어(wire)를 포함하고,
상기 장력 조절 부재는 상기 허브로부터 돌출해서 상기 허브에 대해서 수평 이동하도록 구성되고,
상기 연결 부재는 상기 적어도 하나의 블레이드에 위치되고, 및
상기 와이어는 상기 장력 조절 부재 및 상기 연결 부재를 연결하고 그리고 상기 장력 조절 부재 및 상기 연결 부재에 대해서 회전하도록 구성되는 풍력 발전기. - 제 1 항에 있어서,
상기 장력 조절 부재는,
상기 허브로부터 돌출되는 조절축,
상기 조절축의 후단에서 상기 허브의 내부에 위치되는 기어 부재,
상기 허브의 외부에 위치해서 상기 조절축을 둘러싸는 제 1 베어링, 및
상기 제 1 베어링에 고정되는 제 1 연결 고리를 포함하되,
상기 와이어는 일 단을 통해서 상기 제 1 연결 고리에 결합되는 풍력 발전기. - 제 2 항에 있어서,
상기 조절축은 상기 기어 부재와 결합해서 상기 허브에 대하여 수평 운동 가능하도록 구성되고,
상기 기어 부재는 랙 앤 피니언, 또는 볼트/ 너트의 결합 형상을 포함하는 선형이송장치를 이용하여 상기 허브의 상기 내부에서 상기 조절축을 수평 이동시키도록 구성되고, 및
상기 제 1 베어링은 상기 조절축과 접촉해서 상기 조절축에 대해서 회전하도록 구성되는 풍력 발전기. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 블레이드는 홈부(groove)를 포함하되,
상기 연결 부재는,
상기 홈부에서 상기 적어도 하나의 블레이드에 고정되는 고정축,
상기 고정축을 둘러싸는 제 2 베어링, 및
상기 제 2 베어링에 고정되는 제 2 연결 고리를 포함하되,
상기 와이어는 타 단을 통해서 상기 제 2 연결 고리에 결합되는 풍력 발전기. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 2 베어링은 상기 고정축과 접촉해서 상기 고정축에 대해서 회전하도록 구성되고,
상기 적어도 하나의 블레이드는 상기 회전부에 대해서 회전하도록 구성되고, 및
상기 고정축은 상기 회전부의 회전축 상에 위치되는 풍력 발전기. - 제 1 항에 있어서,
상기 구동부는 상기 허브, 상기 회전부, 및 상기 적어도 하나의 블레이드에 전기적으로 접속되는 풍력 발전기.
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2013
- 2013-01-04 KR KR1020130001183A patent/KR101998423B1/ko active IP Right Grant
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