KR101334137B1

KR101334137B1 - 과풍속 제어가 가능한 자이로밀 풍력발전기

Info

Publication number: KR101334137B1
Application number: KR1020110121177A
Authority: KR
Inventors: 김형길; 함세형; 허광수
Original assignee: (주)설텍
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2013-11-29
Anticipated expiration: 2031-11-18
Also published as: KR20130055432A

Abstract

본 발명에 의한 과풍속 제어가 가능한 자이로밀 풍력발전기(100)는, 지반에 지지되어 세워지는 기둥(110)과, 상기 기둥(110)에 수직으로 지지되어 회전하며 상방으로 노출된 회전축(120)과, 상기 회전축(120)의 외측면에 원주 둘레를 따라 다수 개가 장착된 바(bar) 형상의 아암(130)과, 상기 아암(130)의 종단부(135)에 회전하도록 장착된 블레이드(140)를 포함하여 구성된 자이로밀 풍력발전기(100)에 있어서; 상기 블레이드(140)는 좌우 폭(v)에 비해서 상하로 길게 형성된 판상의 것으로서 길이 방향(h)의 중앙 지점에서 상부에 위치하는 지점이 상기 아암(130)에 회동하도록 장착되어 구성되고, 상기 블레이드(140)에서 상부로 편심된 지점이 상기 아암(130)에 회동하도록 장착됨으로써, 규정 풍속 이상의 바람이 불 때에, 상기 블레이드(140)의 하부는 바깥 방향으로 들어 올려지게 되어, 바람을 받는 면적의 높이가 줄어들게 된다. 따라서, 바람을 받는 면적이 감소하면서 회전축(120)의 회전속도가 감속되므로, 과부하로 인한 과열로 발전기(도시하지 않음)가 손상되거나 회전축을 지지하는 베어링(도시하지 않음)이 파열되는 현상을 예방할 수 있으므로, 유지보수의 번거로움이 줄어들고, 지속적으로 발전(發電)이 가능한 효과가 있다.

Description

과풍속 제어가 가능한 자이로밀 풍력발전기{Over-wind speed protection mechanism of Wind Turbine}

본 발명은 과풍속 제어가 가능한 자이로밀 풍력발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 규정속도 이상의 풍속에서는 회전속도를 감속할 수 있도록 구성하여 자체파손을 방지할 수 있는, 과풍속 제어가 가능한 자이로밀 풍력발전기에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 자이로밀 풍력발전기를 도시한 사시도로서, 자이로밀 풍력발전기의 배경 기술을 살펴보면 다음과 같다.

상기 자이로밀 풍력발전기(1)는 임의의 풍향에 대해서 회전력을 얻고, 이 회전력으로 발전기를 구동하여 발전(發電)하는 장치로서 다음과 같이 구성된다.

지반에 지지되어 세워지는 기둥(10)과, 상기 기둥(10)에 수직으로 지지되어 회전하며 상방으로 노출된 회전축(20)과, 상기 회전축(20)의 외측면에 원주 둘레를 따라 다수 개가 장착된 바(bar) 형상의 아암(30)과, 상기 아암(30)의 종단부에 고정된 블레이드(40)를 포함하여 구성된다. 상기 블레이드(40)는 좌우 폭에 비해서 상하방으로 길게 형성된다. 발전기(도시하지 않음)는 상기 기둥(10)에 장착되어 상기 회전축(20)으로부터 회전력을 전달받아서 발전하도록 구성된다.

상기 구성에 의한 자이로밀 풍력발전기(1)의 작동례를 살펴보면 다음과 같다.

상기 회전축(20) 둘레에 다수 개의 블레이드(40)가 구성되므로 어느 방향에서 바람이 불더라도 상기 블레이드(40)는 회전이 가능하다. 따라서, 상기 블레이드(40)에 연결된 아암(30)을 통해서 회전력을 전달받는 회전축(20)은 바람의 방향과는 무관하게 회전이 가능하므로, 풍향과는 상관없이 지속적으로 전기를 생산할 수 있다.

상기 자이로밀 풍력발전기는 풍향에 상관없이 회전이 가능하지만, 규정 이상의 풍속으로 바람이 불 때에는 상기 발전기가 과열에 의해 손상되고, 상기 기둥에 장착되어 상기 회전축을 지지하는 베어링이 파열되는 문제점이 있었다.

즉, 규정 이상인 풍속의 바람이 불 때에 자체적으로 회전 속도를 제어할 수 있는 구성이 결여되어, 지속적으로 발전(發電)을 할 수 없는 실정이다.

본 발명에 의한 과풍속 제어가 가능한 자이로밀 풍력발전기는, 지반에 지지되어 세워지는 기둥과, 상기 기둥에 수직으로 지지되어 회전하며 상방으로 노출된 회전축과, 상기 회전축의 외측면에 원주 둘레를 따라 다수 개가 장착된 바(bar) 형상의 아암과, 상기 아암의 종단부에 회전하도록 장착된 블레이드를 포함하여 구성된 자이로밀 풍력발전기에 있어서; 상기 블레이드는 좌우 폭 v에 비해서 상하로 길게 형성된 판상의 것으로서 길이 방향의 중앙 지점에서 상부에 위치하는 지점이 상기 아암에 회동하도록 장착되어 구성된다.
또한, 상기 블레이드의 회동이 가능하도록, 상기 블레이드의 이면과 상기 아암 사이에 개재되는 연결부를 포함하여 구성되고, 상기 연결부는 상기 블레이드의 하부가 외측방으로 회동한 후, 다시 복원하도록 탄성수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

삭제

또한, 상기 연결부는 상기 이면에 장착된 브래킷과, 상기 브래킷에 장착되도록 상기 아암의 종단부의 일측 측면에 형성된 원기둥형의 단축과, 상기 종단부에서 상기 단축의 상대측 측면에 측방으로 돌출되고 탄성을 구비한 판 형상의 상기 탄성수단을 포함하여 구성되고, 상기 브래킷은 상기 이면에 부착된 부착판과, 상기 부착판의 좌우측방에서 상기 아암을 향하여 돌출된 측판과, 상기 측판 중 일측에 형성되어 상기 단축이 끼워지는 원형홀과, 상기 원형홀에 대응되는 상기 상대측 측판에 형성되어 상기 탄성수단이 끼워지는 사각홀을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탄성수단이 돌출되기 위해, 상기 탄성수단은 판스프링이고, 상기 상대측 측면에 상기 탄성수단이 삽입되도록 형성된 사각홀을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 과풍속 제어가 가능한 자이로밀 풍력발전기는, 규정 풍속 이상의 바람이 불 때에, 블레이드의 하부는 바깥 방향으로 들어 올려지게 되어, 바람을 받는 면적의 높이가 줄어들게 된다. 따라서, 바람을 받는 면적이 감소하면서 회전축의 회전속도가 감속되므로, 과부하로 인한 과열로 발전기(도시하지 않음)가 손상되거나 회전축을 지지하는 베어링(도시하지 않음)이 파열되는 현상을 예방할 수 있으므로, 유지보수의 번거로움이 줄어들고, 지속적으로 발전이 가능한 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 자이로밀 풍력발전기를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명 기술에 의한 과풍속 제어가 가능한 자이로밀 풍력발전기를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명 기술에 의한 과풍속 제어가 가능한 자이로밀 풍력발전기에서 블레이드와 아암을 연결하는 연결부를 도시한 국부 분해 사시도.
도 4는 본 발명 기술에 의한 과풍속 제어가 가능한 자이로밀 풍력발전기에서 블레이드와 아암이 연결부에 의해 연결된 상태를 도시한 국부 사시도.
도 5는 본 발명 기술에 의한 과풍속 제어가 가능한 자이로밀 풍력발전기에서 아암의 종단부에 판스프링이 삽입되는 과정을 도시한 국부 분해 사시도.
도 6은 본 발명 기술에 의한 과풍속 제어가 가능한 자이로밀 풍력발전기에서 아암의 종단부에 판스프링이 삽입된 상태에서 상기 판스프링이 비틀린 상태를 예시적으로 도시한 국부 사시도.
도 7은 본 발명 기술에 의한 과풍속 제어가 가능한 자이로밀 풍력발전기에서 규정 이상의 풍속에 의해서 블레이드의 하방부가 외측방으로 회동한 상태를 도시한 정면도.

이하, 첨부되는 도면과 관련하여 상기 과제를 해결하기 위한 본 고안의 구성과 작동례를 살펴보면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 기술에 의한 과풍속 제어가 가능한 자이로밀 풍력발전기를 도시한 사시도, 도 3은 본 발명 기술에 의한 과풍속 제어가 가능한 자이로밀 풍력발전기에서 블레이드와 아암을 연결하는 연결부를 도시한 국부 분해 사시도, 도 4는 본 발명 기술에 의한 과풍속 제어가 가능한 자이로밀 풍력발전기에서 블레이드와 아암이 연결부에 의해 연결된 상태를 도시한 국부 사시도, 도 5는 본 발명 기술에 의한 과풍속 제어가 가능한 자이로밀 풍력발전기에서 아암의 종단부에 판스프링이 삽입되는 과정을 도시한 국부 분해 사시도, 도 6은 본 발명 기술에 의한 과풍속 제어가 가능한 자이로밀 풍력발전기에서 아암의 종단부에 판스프링이 삽입된 상태에서 상기 판스프링이 비틀린 상태를 예시적으로 도시한 국부 사시도, 도 7은 본 발명 기술에 의한 과풍속 제어가 가능한 자이로밀 풍력발전기에서 규정 이상의 풍속에 의해서 블레이드의 하방부가 외측방으로 회동한 상태를 도시한 정면도로서 함께 설명한다.

일반적으로 자이로밀 풍력발전기(100)는, 어떤 방향에서 바람이 불더라도 회전하도록 구성된 풍력발전기로서 다음과 같이 구성된다.

지반에 지지되어 세워지는 기둥(110)과, 상기 기둥(110)에 수직으로 지지되어 회전하며 상방으로 노출된 회전축(120)과, 상기 회전축(120)의 외측면에 원주 둘레를 따라 다수 개가 장착된 바(bar) 형상의 아암(130)과, 상기 아암(130)의 종단부(135)에 회전하도록 장착된 블레이드(140)를 포함하여 구성된다. 발전기(미도시)는 일례로 상기 기둥(110)에 장착되어 상기 회전축(120)의 회전력에 의해서 발전(發電)하도록 구성된다.

본 발명에서는 상기 자이로밀 풍력발전기(100)가 규정 이상의 풍속에서, 회전 속도의 제한(감속)이 가능하도록 하여 자체파손을 방지하도록 구성한 것을 특징으로 한다.

이를 위하여 본 발명에서는 다음과 같이 구성한다.

상기 블레이드(140)에서 상부로 편심된 지점이 상기 아암(130)에 회동하도록 장착된다. 즉, 블레이드(140)는 좌우 폭(v)에 비해서 상하로 길게 형성된 판상의 것으로서, 길이 방향(높이 h)의 중앙 지점에서 상부 지점이 상기 아암(130)에 회동하도록 장착되어 구성된다.

또한, 일례로 상기 블레이드(140)의 회동이 가능하도록, 블레이드(140)의 이면(143)과 아암(130) 사이에 개재되는 연결부(150)를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 연결부(150)는 블레이드(140)의 하부가 외측방으로 회동한 후, 다시 복원하도록 탄성수단(158)을 포함하여 구성된다. 즉, 상기 탄성수단(158)은 블레이드(140)가 수직으로 세워진 상태를 유지하도록 구성된다. 따라서, 탄성수단(158)의 탄력을 극복하는 규정 풍속 이상의 바람이 불게 되면, 블레이드(140)는 원심력에 의해서 도 7에서처럼 하방이 외측방으로 들어올려지게 된다. 이것은 블레이드(140)의 상부로 편심된 지점이 아암(130)에 회동하도록 연결되기 때문에 가능한 현상이다.

상기 연결부(150)의 일례를 살펴보면, 블레이드(140)의 이면(143)에 부착된 브래킷(151)이 구성된다. 그리고, 브래킷(151)에 장착되도록 아암(130)의 종단부(135)의 일측 측면(131)에 형성된 원기둥형의 단축(157)이 구성된다. 또한, 상기 종단부(135)에서 단축(157)의 상대측 측면(132)에 측방으로 돌출되고 탄성을 구비한 판 형상의 탄성수단(158)을 포함하여 구성된다. 상기 탄성수단(158)은 단면이 직사각형으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 브래킷(151)은 블레이드(140)의 이면(143)에 부착된 부착판(152)과, 상기 부착판(152)의 좌우측방에서 아암(130)을 향하여 돌출된 양쪽 측판(153)이 구성된다. 그리고, 상기 측판(153) 중 일측에 형성되어 단축(157)이 끼워지는 원형홀(154)이 구성된다. 또한, 상기 원형홀(154)에 대응되는 상대측 측판(153)에 형성되어 탄성수단(158)이 끼워지는 직사각 형상의 사각홀(159)을 포함하여 구성된다.

상기 탄성수단(158)이 상기 종단부(135)의 상대측 측면(132)에서 돌출되는 구성의 일례를 살펴보면, 상기 탄성수단(158)은 판스프링이고, 상기 상대측 측면(132)에 탄성수단(158)이 삽입되도록 형성된 직사각 형상의 사각홀(159)을 포함하여 구성된다.

상기 탄성수단(158)은 규정 풍속 이상의 바람이 불 때에 상기 사각홀(159)에 삽입된 상태에서, 탄력이 극복되어 도 6에서처럼, 비틀어지도록 설계되어 구성된 것이다. 상기 비틀림 강도를 조정하기 위해, 판스프링을 다수 개 겹쳐서 구성할 수도 있음은 물론이다.

상기 구성에 의한 본 발명의 작동례를 살펴보면 다음과 같다.

규정 풍속 이하의 바람이 불 때에는 도 2에서처럼, 블레이드(140)는 수직 상태를 유지하게 되고, 바람받이가 되어, 회전축(120)을 회전시켜서 발전(發電)을 하게 된다. 이때, 블레이드(140)가 바람을 받는 높이는 도 2에서처럼, h가 된다. 즉, 블레이드(140) 한 개가 바람을 받는 면적은 폭 v×높이 h가 된다.

그런데, 이 상태에서 규정 풍속 이상의 바람, 즉, 상기 탄성수단(158)의 탄력을 극복할 수 있는 풍속의 바람이 분다면, 브래킷(151)의 사각홀(155)에 지지된 탄성수단(158)은 도 6에서처럼, 비틀어지게 된다. 물론, 이때 단축(157)은 브래킷(151)의 원형홀(154)에 지지되어 상기 블레이드(140)의 회전이 가능하도록 한다.

따라서, 도 7에서처럼, 블레이드(140)의 하부는 바깥 방향으로 들어 올려지게 되어, 바람을 받는 면적의 높이는 상기 h보다 작은 h'가 된다. 그래서, 바람을 받는 면적은 폭 v×높이 h'가 되어, 상기 폭v × 높이h 보다 작은 값이 되므로, 회전축(120)의 회전속도는 자연히 감속된다.

이로 인해서, 과부하로 인한 과열로 발전기(도시하지 않음)가 손상되거나 회전축(120)을 지지하는 베어링(도시하지 않음)이 파열되는 현상을 예방할 수 있으므로, 유지보수의 번거로움이 줄어들고, 지속적으로 발전이 가능한 이점이 있다.

100: 과풍속 제어가 가능한 자이로밀 풍력발전기
110: 기둥 120: 회전축
130: 아암 135: 종단부
131: 일측 측면 132: 상대측 측면
140: 블레이드 143: 이면
150: 연결부 151: 브래킷
152: 부착판 153: 측판
154: 원형홀 155: 사각홀
157: 단축 159: 사각홀
158: 탄성수단

Claims

삭제
지반에 지지되어 세워지는 기둥(110)과,
상기 기둥(110)에 수직으로 지지되어 회전하며 상방으로 노출된 회전축(120)과,
상기 회전축(120)의 외측면에 원주 둘레를 따라 다수 개가 장착된 바(bar) 형상의 아암(130)과,
상기 아암(130)의 종단부(135)에 회전하도록 장착된 블레이드(140)를 포함하여 구성된 자이로밀 풍력발전기(100)에 있어서;
상기 블레이드(140)는 좌우 폭(v)에 비해서 상하로 길게 형성된 판상의 것으로서 길이 방향(h)의 중앙 지점에서 상부에 위치하는 지점이 상기 아암(130)에 회동하도록 장착되어 구성되고,
상기 블레이드(140)의 회동이 가능하도록, 상기 블레이드(140)의 이면(143)과 상기 아암(130) 사이에 개재되는 연결부(150)를 포함하여 구성되고,
상기 연결부(150)는 상기 블레이드(140)의 하부가 외측방으로 회동한 후, 다시 복원하도록 탄성수단(158)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 과풍속 제어가 가능한 자이로밀 풍력발전기.
제2항에 있어서,
상기 연결부(150)는 상기 이면(143)에 장착된 브래킷(151)과,
상기 브래킷(151)에 장착되도록 상기 아암(130)의 종단부(135)의 일측 측면(131)에 형성된 원기둥형의 단축(157)과,
상기 종단부(135)에서 상기 단축(157)의 상대측 측면(132)에 측방으로 돌출되고 탄성을 구비한 판 형상의 상기 탄성수단(158)을 포함하여 구성되고,
상기 브래킷(151)은 상기 이면(143)에 부착된 부착판(152)과,
상기 부착판(152)의 좌우측방에서 상기 아암(130)을 향하여 돌출된 측판(153)과,
상기 측판(153) 중 일측에 형성되어 상기 단축(157)이 끼워지는 원형홀(154)과,
상기 원형홀(154)에 대응되는 상기 상대측 측판(153)에 형성되어 상기 탄성수단(158)이 끼워지는 사각홀(159)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 과풍속 제어가 가능한 자이로밀 풍력발전기.
제3항에 있어서,
상기 탄성수단(158)이 돌출되기 위해, 상기 탄성수단(158)은 판스프링이고,
상기 상대측 측면(132)에 상기 탄성수단(158)이 삽입되도록 형성된 사각홀(159)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 과풍속 제어가 가능한 자이로밀 풍력발전기.