KR100970309B1 - 풍력 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 하우징 베이스 및 상기 하우징 베이스의 상부에 배치되는 하우징 헤드를 구비하는 하우징부; 상기 하우징 헤드와 상기 하우징 베이스 사이에 회동 가능하게 배치되는 하우징 샤프트; 및 상기 하우징 샤프트에 고정 장착되는 복수 개의 블레이드;를 구비하고, 상기 블레이드에 상대 운동 가능한 바이패스 패널부를 구비하되, 상기 바이패스 패널부는: 상기 블레이드에 형성되는 바이패스 패널 장착부와, 상기 블레이드에 대하여 상대 회동 운동 가능하도록 상기 바이패스 패널 장착부에 배치되는 바이패스 패널과, 상기 바이패스 패널의 일단은 상기 바이패스 패널 장착부의 내측단과 연결시키는 바이패스 패널 연결부를 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치를 제공한다.

Description

풍력 발전 장치{WIND POWER GENERATOR}
본 발명은 풍력 발전기에 관한 것으로, 보다 구체적으로 과도한 공기의 흐름에 의한 장치의 손상을 방지할 수 있는 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
석유, 천연가스, 석탄 및 우라늄등 지구상에 매장되어 있는 에너지 자원은 유한한데 반하여 인구증가 및 개발에 따라 에너지 수요는 폭발적으로 증가하고 있기 때문에, 에너지 원료 가격은 지속적으로 올라가고 있다. 따라서, 이를 대체할 에너지원의 개발에 대한 관심이 높아지고 있다. 대체에너지 중에는 태양전지, 바이오 에너지, 풍력발전, 조력발전등이 많이 거론되고 있으나 특히 비용 및 성능적인 측면에서 풍력 발전이 가장 효율적인 것으로 판단되고 있다.
풍력발전은 태양에서 지구로 방사되는 에너지의 차이에 의해서 발생되는 바람의 운동에너지를 이용하여 전기를 발생시키는 장치로 이는 오랫동안 연구되어져왔으며 지금도 다양한 연구가 수행되고 있다. 종래의 연구에 의하면 바람의 운동에너지는 풍속의 세제곱에 비례하며, 또한 베츠의 연구에 의하면 풍력효율은 이론상 최대치가 59.3%인 것으로 보고되고 있다. 풍력발전기는 풍력을 활용하는 블레이드를 어떻게 배치하는가에 따라서 수평형(이하, 프로펠러형)과 수직형으로 구분할 수 있는데, 프로펠러형은 바람의 양력을 이용하여 평균적으로 20%~30%정도 효율을 얻을 수 있는 것으로 보고되고 있으며, 수직형은 일반적으로 수평형에 비해 바람의 양력 대신에 항력을 이용하기 때문에 효율이 떨어지는 단점이 있다. 그러나, 기류 중에 원통을 회전시키면 원통의 회전압력분포가 비대칭이 되고 결과적으로 양력을 발생시킨다는 것을 독일의 마그너스에 의해서 밝혀졌다. 또한 원통형은 바람의 수평 성분뿐만 아니라 바람이 임의의 각도를 가지는 풍향에 의한 운동에너지도 이용하고 거기에다 특별한 장치의 개발에 의하여 프로펠러형에 비하여 효율을 증대시킬 수 있는 것으로 연구되고 있다.
프로펠러형 풍력발전기는 지금까지 일반적으로 널리 사용되고 있는데, 이는 지면으로부터 높이 세워진 구조대 위에 다수개의 블레이드를 가지는 로터가 설치되어 있어서 그 로터가 바람의 힘에 의하여 회전되어 전기를 발생시키는 구조로 되어있다. 그러나, 프로펠러형은 초기에 건설비가 많이 투자되어야 하고, 집적화 하기가 어려우며, 날개의 특성상 풍각(바람 방향)에 대한 효율이 떨어지고, 로터의 구조상 최소 풍속이 5m/s이상일 경우에만 동작하고, 풍속이 25m/s이상일 경우 과부하로 인한 발전기가 파손되는 것을 보호하기 위하여 브레이크(감속기)를 동작시켜 발전을 정지시킨다. 감속기뿐만 아니라 다양한 풍속을 제어하기 위하여 정밀한 기어박스를 사용하기 때문에 프로펠러형은 발전기 제조원가가 비싸지는 단점을 가지고 있다.
이러한 프로펠러형의 단점을 보완하기 위하여 최근에는 원통형 풍력발전기가 연구되고 있다. 원통형 풍력발전기는 일정한 폭과 높이를 가지는 원통에 바람의 양 력을 최대한 활용할 수 있는 여러 개의 브레이드를 설치하여 풍속과 동시에 풍각을 최대한 활용하기 때문에 프로펠러형에 비하여 바람 효율을 높일 수 있다. 따라서, 풍향이 수시로 변하고 돌풍, 태풍등이 잦은 우리나라 실정에는 원통형 풍력발전기가 더 효율적이 것으로 보고되고 있다. 그러나, 단순한 형태의 원통형 풍력발전기는 오히려 블레이드 사이의 역류 및 와류에 의해 반대방향의 풍속에 의해 블레이드의 회전력을 감소시켜 효율을 크게 떨어뜨리는 결점을 가지고 있다.
본 발명은 이와 같이 과도한 공기의 흐름이 발생하는 경우 풍력 발전 장치의 회전축의 회전을 저감시킬 수 있도록 하는 구조의 풍력 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 즉, 본 발명에서는 종래 프로펠러형 및 원통형 풍력발전기를 다음과 같은 2가지 측면에서 크게 개선시키는데, 수직축 블레이드에 터빈가속장치(바이페스 패널)를 설치함으로, 과도한 풍속(25m/s이상)에서 회전 원통의 회전을 저감시킴으로써 감속기의 구조를 지극히 단순화 또는 제거함으로써 기존의 풍력발전기의 단가를 획기적으로 줄일 수 있다. 감속기어박스가 제거됨으로 전체적으로 회전축이 가벼워져서 저속의 풍속(5m/s이하)에서도 발전이 가능하도록 고안하여, 예를 들어 종래 풍력 발전기는 25m/s이상의 풍속에서 효율이 실질적으로 영의 값을 가졌으나, 본 발명에서 제시되는 바이패스 패널 구조는 공기 유동 통로를 확보해 줌으로써 과부하에 의한 발전기의 손상 없이 예를 들어 50m/s까지의 풍속에서도 안전하게 발전을 계속함으로써 풍속에 의한 풍력발전기의 효율을 높일 수 있다. 풍속이 일정 속 도이상 증가하면 블레이드 사이에 역류 또는 와류에 의하여 오히려 역회전력이 생겨서 발전효율이 저하되는데, 본 발명에서 고안된 바이패스 패널이 사전 설정된 각도각도만큼 개방 가능한 구조를 취하여 공기 유동 통로를 제공함으로써 발전 효율을 극대화시킬 수 있고, 기존 원통형 풍력발전기에서 와류에 의해서 발생되는 소음도 저감시킬 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하우징 베이스 및 상기 하우징 베이스의 상부에 배치되는 하우징 헤드를 구비하는 하우징부; 상기 하우징 헤드와 상기 하우징 베이스 사이에 회동 가능하게 배치되는 하우징 샤프트; 및 상기 하우징 샤프트에 고정 장착되는 복수 개의 블레이드;를 구비하고, 상기 블레이드에 상대 운동 가능한 바이패스 패널부를 구비하되, 상기 바이패스 패널부는: 상기 블레이드에 형성되는 바이패스 패널 장착부와, 상기 블레이드에 대하여 상대 회동 운동 가능하도록 상기 바이패스 패널 장착부에 배치되는 바이패스 패널과, 상기 바이패스 패널의 일단은 상기 바이패스 패널 장착부의 내측단과 연결시키는 바이패스 패널 연결부를 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치를 제공한다.
상기 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 바이패스 연결부는 일단이 상기 바이패스 패널에, 타단이 상기 블레이드에 연결되는 탄성 부재일 수도 있다. 또한, 상기 바이패스 연결부는 바아타입 탄성 부재일 수도 있고, 상기 바이패스 연결부는 코일 타입 비틀림 스프링을 구비할 수도 있다.
또한, 상기 바이패스 연결부는: 각각 상기 블레이드의 일측 및 상기 바이패 스 패널의 일측에 장착되는 한 쌍의 바이패스 연결 가동부와, 상기 한 쌍의 바이패스 연결 가동부가 상대 회동 가능하게 장착되는 바이패스 연결 지지부와, 상기 바이패스 연결 가동부를 상기 바이패스 연결 지지부에 연결하고, 상기 한 쌍의 바이패스 연결 가동부 각각의 일면이 상기 바이패스 연결 가동부의 일면과 접하도록 초기 탄성력이 인가되는 바이패스 연결 탄성부를 구비할 수도 있다.
또한, 상기 바이패스 연결부는: 상기 바이패스 패널이 고정 장착되고 상기 블레이드에 회동 가능하게 장착되는 바이패스 연결 회동축과, 상기 바이패스 연결 회동축에 제공되는 회동력을 생성하기 위한 바이패스 연결 구동부와, 상기 바이패스 연결 구동부로부터의 동력을 상기 바이패스 연결 회동축에 전달하기 위한 바이패스 연결 전달부를 구비할 수도 있다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는, 간단한 구조의 공기 흐름의 바이패스 경로를 형성하여 과도한 회전으로 인한 풍력 발전 장치의 손상을 방지할 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는, 간단한 구조의 바이패스 연결부를 통하여 과도한 공기의 흐름을 관류시킴으로써 장치의 제작 비용 및 생산 비용을 절감하여 저렴한 풍력 발전 장치를 제공할 수 있다.
셋째, 본 발명에 풍력 발전 장치는, 이중 경첩 구조의 바이패스 연결부를 통 하여 양방향의 회동을 가능하게 함으로써 공기의 흐름의 방향에 의한 영향을 배제시키는 구조를 취할 수도 있다.
넷째, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는, 간단한 구조의 바이패스 연결부를 통하여 과도한 공기 흐름의 통로를 확보함으로써 역류 및 와류를 방지하여 풍력발전의 효율을 증대시킬 수 있다.
다섯째, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는, 간단한 구조의 바이패스 연결부를 통하여 과도한 공기 흐름의 통로를 확보함으로써 역류 및 와류를 방지하여 기존 원통형 풍력발전기에서 와류에 의해서 발생되는 소음을 줄이는 역할도 수행한다.
본 발명은 도면에 도시된 일실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
이하에서는 본 발명에 따른 풍력 발전 장치에 대한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치(10)에 대한 개략적인 사시도가 도시되고, 도 2에는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치(10)의 개략적인 정면도가 도시되며, 도 3에는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치(10)의 바이패스 패널부(300)의 작동에 대한 개략적인 부분 사시도가 도시된다.
본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치(10)는 하우징부(100)와, 하우징 샤프트(120)와, 복수 개의 블레이드(200)를 구비한다. 하우징부(100)에는 하우징 샤프트(120)가 회동 가능하게 배치되고 하우징 샤프트(120)의 회동에 따라 하우징부(100)에 배치되는 발전기(미도시)의 회동을 통하여 공기의 유동에 의한 운동 에너지는 전기 에너지로 변환된다.
하우징부(100)는 하우징 베이스(110)와 하우징 헤드(120)를 포함한다. 하우징 베이스(110)의 내부에는 하기되는 하우징 샤프트(120)와 축 연결되는 발전기(미도시)가 구비되는데, 하우징 샤프트(120)와 발전기의 연결 구조는 통상의 수직형 풍력 발전기의 구조이에 대하여는 구체적 설명은 생략한다. 하우징 베이스(110)는 다른 구성요소들에 대한 지지를 위하여 적정 수준의 질량체를 구비하는 구성을 취할 수 있다. 하우징 베이스(110)의 상부에는 하우징 헤드(120)가 배치되는데, 하우징 헤드(120)는 하우징 베이스(110)와 이격 배치되어 하기되는 하우징 샤프트(130)의 안정적인 회동을 지지하도록 할 수 있다. 본 실시예에서 하우징 헤드(120)는 하우징 베이스(110)와의 연결을 위한 다른 구성요소는 개시되지 않았으나 경우에 따라 지지 바아 등을 통하여 상호 지지되는 구조를 취할 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다. 하우징 헤드(120)의 상단에는 감지부(400)가 더 구비될 수도 있는데, 감지부(400)는 풍력 발전 장치(10)가 배치된 위치에서의 풍속 등을 감지할 수 있는 풍속 감지 장치 등을 포함할 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 하우징 베이스(110)와 하우징 헤드(120)는 서로 마주하는 면 사이의 수직 거리가 각각의 면의 중심부를 향할수록 가까워지는 볼록 구조를 취할 수 있다. 즉, 도 2에 도 시된 바와 같이, 하우징 베이스(110)와 하우징 헤드(120)의 서로 마주하는 면은 돌출 형성되는데, 하우징 베이스(110)의 하우징 헤드(120)를 향한 베이스 일면(111)과, 하우징 헤드(120)의 하우징 베이스(110)를 향한 헤드 일면(121)은 서로를 향하여 볼록 형상을 구비하는데, 외주면에서의 양자 간의 수직 거리보다 중심부에서의 양자 간의 수직 거리가 훨씬 가까운 구조를 취하여 하우징 베이스(110)와 하우징 헤드(120)가 형성하는 풍력 발전 장치(10)의 외주면으로부터 유입되는 공기가 중심부를 향할수록 유속을 증대시켜 공기의 원활한 유동을 가능하게 할 수도 있다.
하우징 샤프트(130)는 하우징 베이스(110)와 하우징 헤드(120) 사이에 배치되는데, 하우징 샤프트(130)는 하우징 베이스(110)와 하우징 헤드(120)에 대하여 상대 회동 운동 가능하다. 하우징 샤프트(130)의 양단은 베어링(미도시)과 같은 지지 수단을 통하여 하우징 베이스(110)와 하우징 헤드(120)에 대하여 원활하게 상대 운동 가능한데, 하우징 샤프트(130)의 일단은 하우징 헤드(120)에 회동 가능하게 지지되고 하우징 샤프트(130)의 타단은 하우징 베이스(110)에 회동 가능하게 지지 장착되되 하우징 샤프트(130)의 타단은 하우징 베이스(110)에 배치되는 발전기(미도시)와 기계적 연결을 이루어 하우징 샤프트(130)의 회동 운동은 발전기(미도시)에서의 전기 에너지로 전환된다.
하우징 샤프트(130)의 외주에는 복수 개의 블레이드(200)가 배치되는데, 블레이드(200)는 하우징 샤프트(130)의 외주면에 고정 장착된다. 경우에 따라 블레이드(200)는 하우징 샤프트(130)의 축방향에 대하여 상대 회동 가능하도록 배치되는 구조를 취할 수도 있으나 본 실시예에서 블레이드(200)는 블레이드(200)의 길이 방향이 하우징 샤프트(130)의 축방향에 평행하도록 배치된다. 본 실시예에서 블레이드(200)는 단순한 플레이트 타입으로 구성되었으나 호일(foil) 타입으로 형성되어 공기의 흐름과 원활한 접촉을 이루고 공기의 흐름을 안정적으로 안내할 수 있는 구조를 취할 수도 있다. 블레이드(200)는 복수 개가 구비되는데, 블레이드(200)는 하우징 샤프트(130)를 중심으로 등각 배치되는 구조를 취하는 것이 바람직하다. 블레이드(200)는 공기의 흐름과 접촉을 이루는 경우 공기 흐름의 운동 에너지는 블레이드(200)로 전달되고 블레이드(200)의 일측에 연결되는 하우징 샤프트(130)에 전달된다. 하우징 샤프트(130)는 회동을 이루고 하우징 샤프트(130)의 회동 운동은 하우징 베이스(110)에 배치되는 발전기를 통하여 전기 에너지로 전환된다.
바이패스 패널부(300)는 블레이드(200)에 배치되는데, 바이패스 패널부(300)는 바이패스 패널 장착부(210)와 바이패스 패널(301)과 바이패스 패널 연결부(310)를 포함한다. 바이패스 패널 장착부(210)는 블레이드(200)에 형성되는데, 바이패스 패널 장착부(210)는 관통구로서 블레이드(200)의 내부에 형성된다. 바이패스 패널(301)은 바이패스 패널 장착부(210)에 배치되는데, 바이패스 패널(301)은 블레이드(200)에 대하여 상대 회동 운동 가능하도록 배치된다. 바이패스 패널(301)은 바이패스 패널 연결부(310)를 통하여 바이패스 패널 장착부(210)에 배치되는데, 바이패스 패널 연결부(310)는 일단이 바이패스 패널 장착부(210)의 내측단과 연결되고 타단은 바이패스 패널(301)의 일측단과 연결된다. 이와 같은 구조를 통하여 바이패스 패널(301)은 일단이 지지되고 다른 일단은 자유단으로 형성되는 구조를 취한다. 바이패스 패널 연결부(310)는 바이패스 패널(301)에 사전 설정된 소정의 지 지력을 제공하여 공기의 흐름에 의한 작용력이 일정 수준 이상일 경우 가동되어 공기의 흐름을 관통시켜 공기의 흐름에 의한 작용력이 과도하여 하우징 샤프트(130)의 과도한 회전으로 인한 하우징 베이스(110)의 내부에 배치되는 발전기(미도시)의 과부하로 인한 손상을 방지할 수 있다.
한편, 바이패스 패널 연결부(310)는 탄성 부재로 형성될 수도 있다. 즉, 일단이 바이패스 패널(301)에, 그리고 타단이 블레이드(200)의 내측단에 연결되는 구조를 취할 수 있다. 이와 같은 탄성 부재로 구현되는 바이패스 패널 연결부(310)를 통하여 연결되는 것을 특징으로 한다. 도 3 내지 도 5에는 본 발명의 일실시예에 따른 바아 타입의 탄성 부재로 구현되는 바이패스 패널 연결부에 대한 개략적인 부분 확대 사시도 및 작동 상태를 나타내는 개략적인 단면도가 도시된다. 바아 타입의 탄성 부재로 구현되는 바이패스 패널 연결부(310)는 각각의 단부는 돌기 단면 형상을 구비하여 바이패스 패널 연결부(310)가 각각의 바이패스 패널 및 블레이드의 내측면으로부터 원치 않게 분리 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 바이패스 패널 연결부(310)는 합성 고무 등의 재료로 형성되어 소정의 외력에는 원위치를 유지하되 일정한 외력이 작용하는 경우 굽힘이 발생하는 구조를 취할 수 있다. 즉, 탄성 부재로서의 바이패스 패널 연결부(310)의 저항력보다 작은, 공기의 흐름에 의한 외력(F)이 바이패스 패널(301)에 가해지는 경우, 바이패스 패널 연결부(310)의 일단에는 도면 부호 R1으로 표시되는 반력이 발생하고 바이패스 패널(301)은 위치 변동 발생하지 않고 바이패스 패널 연결부(310)는 원상태를 유지하고 공기의 흐름에 의한 외력(F)은 블레이드(200)를 M1의 회전력을 하우징 샤프트(130)에 전달할 수 있 다. 반면, 공기의 흐름에 의한 외력(F)이 바이패스 패널 연결부(310)에 의한 반력보다 큰 경우, 바이패스 패널 연결부(310)에는 굽힘이 발생하고 바이패스 패널 연결부(310)는 탄성 변형을 이루게 된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 바이패스 패널 연결부(310)의 굽힘에 의하여 바이패스 패널(301)은 사이각 θ만큼 회동한다. 바이패스 패널(301)의 회동에 의하여 공기의 흐름에 의한 외력(F)은 바이패스 패널(301)에 F2(=Fcosθ)로 작용하고 바이패스 패널 연결부(310)에는 F2에 상응하는 반력 R2가 작용하며, 이에 의하여 블레이드(200)에는 M2의 회전력이 하우징 샤프트(130)로 전달되는 구조를 취한다. 이때 바이패스 패널(301)과 블레이드(200) 간의 사이각에 의하여 하우징 샤프트(130)에 전달되는 회전력 M2는, 바이패스 패널(301)의 회전이 없는 경우의 회전력 M1보다 작으므로, 바이패스 패널 연결부(310)의 초기 탄성 변형력을 적절하게 선정하여 공기의 흐름에 의한 저항력을 적절하게 조정함으로써, 공기의 흐름의 속도가 과도한 경우 바이패스 패널(301)을 통한 공기 흐름의 일부를 관류시킴으로써 하우징 샤프트(130)에 과도한 회전력 전달로 인한 장치 손상을 현저하게 감소시킬 수 있다.
한편, 상기 실시예에서 바이패스 패널 연결부는 굽힘 모멘트에 대한 저항력을 갖는 탄성 부재로 형성되었으나, 본 발명에 따른 바이패스 패널 연결부는 다양한 변형이 가능하다. 즉, 도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 바이패스 패널 연결부(310a)는 바이패스 연결 가동부(313a,315a)와, 바이패스 연결 지지부(311a)와, 바이패스 연결 탄성부(316a)를 구비한다. 바이패스 연결 가동부(313a,315a)는 플레이트 타입으로 구성되는데, 각각의 바이패스 연결 가동부(313a,315a)는 블레이 드(200)의 일측과 바이패스 패널(301)의 일측에 각각 장착된다. 바이패스 연결 가동부(313a,315a)의 일측에는 가동부 연결부(318a)가 구비되는데, 가동부 연결부(318a)는 바이패스 연결 지지부(311a) 및 바이패스 연결 탄성부(316a)의 일부를 수용할 수 있다. 바이패스 연결 지지부(311a)는 양 측단에 바이패스 연결 가동부(313a,315a)를 구비하되 각각의 바이패스 연결 가동부(313a,315a)가 회동 가능하도록 한다. 바이패스 연결 지지부(311a)의 양단에는 연결 지지 단부(312a)가 구비되고, 연결 지지 단부(312a)에는 연결 지지 축(314a)이 배치된다. 연결 지지 축(314a)에는 연결 지지 단부(312a)에는 연결 지지 축(314a)이 배치되는데, 바이패스 연결 탄성부(316a)는 연결 지지 축(314a)이 관통되도록 연결 지지 단부(312a)에 배치된다. 바이패스 연결 탄성부(316a)의 일단은 바이패스 연결 지지부(311a)에 고정되고 타단은 바이패스 연결 가동부(313a,315a)에 고정 장착되는데, 바이패스 연결 탄성부(316a)의 일단과 바이패스 연결 지지부(311a)의 일단과의 고정 연결은 탄성 고정부(317a)를 통하여 이루어리질 수도 있다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 바이패스 연결 탄성부(316a)의 일단에는 돌기(321a)가 형성되고 탄성 고정부(317a)에는 돌기 장착홈(323a)이 구비되는데, 돌기(321a)는 돌기 장착홈(323a)에 삽입 고정되고 탄성 고정부(317a)는 바이패스 연결 지지부(311a)에 고정 장착되는 구조를 취한다. 따라서, 바이패스 연결 탄성부(316a)는 일단이 바이패스 연결 지지부(311a)에, 그리고 타단이 바이패스 연결 가동부(313a)에 고정 장착됨으로써 양자의 상대 회동 운동시 양자의 상대 운동을 탄성 지지하는 구조를 취한다. 또한, 바이패스 연결 탄성부(316a)에는 초기 탄성력이 인가되는데, 바이패스 연결 탄성 부(316a)에 인가되는 초기 탄성력에 의하여 바이패스 연결 탄성부(316a)의 각각의 단부에 연결되는 바이패스 연결 지지부(311a)와 바이패스 연결 가동부(313a,315a)는 외력이 인가되지 않는 경우 접하는 상태를 유지하도록 배치된다. 이와 같이 바이패 패널 연결부는 바이패스 연결 탄성부를 통한 이중 경첩 구조를 취함으로써, 양방향으로의 회동 운동을 허용할 수 있다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 공기의 흐름에 의한 외력이 작용하지 않거나 바이패스 연결 탄성부에 의한 초기 탄성력보다 작은 외력이 바이패스 패널(301)에 인가되는 경우 바이패스 연결 탄성부에 의하여 바이패스 패널은 회동없이 바이패스 연결 가동부와 바이패스 연결 지지부의 일면이 서로 접촉 상태를 유지하도록 상호 지지된다. 반면, 바이패스 패널(301)에 바이패스 연결 탄성부에 의한 초기 탄성력보다 큰 외력이 인가되는 경우 바이패스 패널(301)은 도 9 및 도 10과 같이 회동을 이루는데, 쌍을 이루며 바이패스 연결 지지부를 사이에 두고 배치되는 두 개의 바이패스 연결 가동부 중의 어느 하나는 바이패스 연결 지지부의 일면과 접촉 상태가 해제되고 다른 하나는 바이패스 연결 지지부와의 접촉 상태를 유지하는 구조를 취한다. 이와 같이 양방향으로 가동 가능한 바이패스 연결부를 통한 바이패스 패널 구조를 통하여 공기의 유동이 어느 쪽으로 발생하던지 과도한 공기의 흐름을 원활하게 바이패스시켜 하우징 샤프트에 과도한 회전력을 전달함으로써 발생하는 장치의 손상을 방지할 수 있다.
또 한편, 상기 실시예들에서 바이패스 연결부는 탄성지지되는 탄성 부재로 구현되는 경우에 대하여 기술되었으나, 본 발명에 따른 바이패스 패널 연결부는 자동 제어되는 구조를 취할 수도 있다. 즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 바이패스 연 결부는 바이패스 연결 회동축(313b)과, 바이패스 연결 구동부(317b)와 바이패스 연결 전달부(311b,315b)를 구비하는 구조를 취할 수도 있다. 바이패스 연결 회동축(313b)은 블레이드(200)에 배치되고 바이패스 패널(301)을 관통하여 배치되는데, 바이패스 연결 회동축(313b)의 축방향이 블레이드(200)가 이루는 평면 상에 놓이도록 배치된다. 바이패스 연결 회동축(313b)은 블레이드(200)의 내부에서 회동 가능하게 지지되도록 장착되는데, 바이패스 연결 회동축(313b)은 바이패스 패널(301)을 관통하여 고정 배치되어 바이패스 연결 회동축(313b)과 바이패스 패널(301) 간의 상대 회동 운동을 발생하지 않는다. 바이패스 연결 회동축(313b)의 외측에는 바이패스 연결 구동부(317b)가 구비되는데, 바이패스 연결 구동부(317b)는 하우징 베이스(110)를 통하여 외부로부터 구동 전원력을 공급받는다. 바이패스 연결 구동부(317b)와 바이패스 연결 회동축(313b) 사이에는 바이패스 연결 전달부(311b,315b)가 배치되는데, 바이패스 연결 전달부(311b,315b)는 기어 구조를 취하여 도면 부호 311b로 표시되는 기어 구조의 바이패스 연결 전달부(311b)는 바이패스 연결 회동축(313b)의 일단에 연결되고 도면 부호 315b로 표시되는 기어 구조의 바이패스 연결 전달부(315b)는 바이패스 연결 구동부(317b)의 구동축에 연결되고 각각의 바이패스 연결 전달부(311b,315b)는 서로 기어 맞물림되는 구조를 취함으로써, 바이패스 연결 구동부(317b)를 통하여 생성된 구동력은 바이패스 연결 전달부(311b,315b)를 통하여 바이패스 연결 회동축(313b)으로 전달되며 이에 의하여 바이패스 패널(301)의 회동이 이루어진다. 이때, 바이패스 연결 구동부(317b)의 구동은 바이패스 패널(200)에 배치되는 구동 제어부(316b)에 의하여 이루어지는데, 구동 제어부(316b)는 바이패스 연결 구동부(317b)와 전기적 소통을 이루고 바이패스 연결 구동부(317b)는 바이패스 패널(301)의 내부에 배치되는 송수신부(314b)와 소통을 이룰 수 있다. 또한, 하우징 베이스(110)에는 제어부(326b)와, 송수신부(324b)가 구비되고 제어부(326b)는 하우징 헤드(120)에 배치되는 감지부(400)와 전기적 소통을 이룬다. 제어부(326b)은 감지부(400)로부터 감지 신호, 예를 들어 공기 흐름의 속도와 같이 감지된 신호를 전달받고 이에 기초하여 사전 설정된 공기 속도에 대한 값과 비교하거나 또는 하우징 샤프트(130)의 회전 속도를 감지하고 이를 사전 설정 회전 속도와 비교하여, 감지된 공기의 유속/하우징 샤프트의 회전 속도가 사전 설정된 속도/회전 속도보다 큰 경우 바이패스 패널을 회동시키기 위한 회동 신호를 생성하고 생성된 회동 신호는 송수신부(324b)를 통하여 바이패스 패널(200)의 내부에 배치되는 송수신부(314b)로 전달되고, 송수신부(314b)에서 수신된 제어 신호ㄹ는 구동 제어부(316b)를 통하여 바이패스 연결 구동부(317b)로 전달된다. 제어 신호를 전달받은 바이패스 연결 구동부(317b)는 전달받은 제어 신호에 따라 가동되어 바이패스 연결 회동축(313b)을 가동시킴으로써 공기의 흐름을 관류시키는 기능을 수행한다. 여기서, 바이패스 연결 회동축(313b)과 바이패스 연결 구동부(317b)는 기어 구조의 바이패스 연결 전달부(311b,315b)를 통하여 동력 전달되는 구조를 취하는데, 이에 국한되지 않고 벨트/풀리 구조를 취할 수도 있는 등 설계 사양에 따라 다양한 구성이 가능하다.
상기 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 일예들로, 본 발명은 이에 국한되지 않고, 다양한 변형이 가능하다.
도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치의 개략적인 사시도가 도시된다.
도 2에는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치의 개략적인 단면도가 도시된다.
도 3에는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치의 바이패스 연결부에 대한 개략적인 부분 사시도가 도시된다.
도 4 및 도 5에는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치의 작동 상태에 따른 개략적인 단면도가 도시된다.
도 6에는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치의 바이패스 연결부의 다른 일예에 대한 개략적인 부분 사시도가 도시된다.
도 7에는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치의 바이패스 연결부의 다른 일예에 대한 개략적인 부분 분해 사시도가 도시된다.
도 8 및 도 10에는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치의 바이패스 연결부의 다른 일예의 작동 상태에 따른 개략적인 부분 단면도가 도시된다.
도 11에는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치의 바이패스 연결부의 또 다른 일예에 대한 개략적인 구성도가 도시된다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10...풍력 발전 장치 100...하우징부
110...하우징 베이스 120...하우징 헤드
200...블레이드 300...바이패스 패널부

Claims (6)

  1. 하우징 베이스 및 상기 하우징 베이스의 상부에 배치되는 하우징 헤드를 구비하는 하우징부;
    상기 하우징 헤드와 상기 하우징 베이스 사이에 회동 가능하게 배치되는 하우징 샤프트; 및
    상기 하우징 샤프트에 고정 장착되는 복수 개의 블레이드;를 구비하고,
    상기 블레이드에 상대 운동 가능한 바이패스 패널부를 구비하되,
    상기 바이패스 패널부는:
    상기 블레이드에 형성되는 바이패스 패널 장착부와,
    상기 블레이드에 대하여 상대 회동 운동 가능하도록 상기 바이패스 패널 장착부에 배치되는 바이패스 패널과,
    상기 바이패스 패널의 일단은 상기 바이패스 패널 장착부의 내측단과 연결시키는 바이패스 패널 연결부를 구비하고,
    상기 바이패스 연결부는 일단이 상기 바이패스 패널에, 타단이 상기 블레이드에 연결되는 탄성 부재이고,
    상기 바이패스 연결부는:
    각각 상기 블레이드의 일측 및 상기 바이패스 패널의 일측에 장착되는 한 쌍의 바이패스 연결 가동부와,
    상기 한 쌍의 바이패스 연결 가동부가 상대 회동 가능하게 장착되는 바이패스 연결 지지부와,
    상기 바이패스 연결 가동부를 상기 바이패스 연결 지지부에 연결하고, 상기 한 쌍의 바이패스 연결 가동부 각각의 일면이 상기 바이패스 연결 가동부의 일면과 접하도록 초기 탄성력이 인가되는 바이패스 연결 탄성부를 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 하우징 베이스 및 상기 하우징 베이스의 상부에 배치되는 하우징 헤드를 구비하는 하우징부;
    상기 하우징 헤드와 상기 하우징 베이스 사이에 회동 가능하게 배치되는 하우징 샤프트; 및
    상기 하우징 샤프트에 고정 장착되는 복수 개의 블레이드;를 구비하고,
    상기 블레이드에 상대 운동 가능한 바이패스 패널부를 구비하되,
    상기 바이패스 패널부는:
    상기 블레이드에 형성되는 바이패스 패널 장착부와,
    상기 블레이드에 대하여 상대 회동 운동 가능하도록 상기 바이패스 패널 장착부에 배치되는 바이패스 패널과,
    상기 바이패스 패널의 일단은 상기 바이패스 패널 장착부의 내측단과 연결시키는 바이패스 패널 연결부를 구비하고,
    상기 바이패스 연결부는:
    상기 바이패스 패널이 고정 장착되고 상기 블레이드에 회동 가능하게 장착되는 바이패스 연결 회동축과,
    상기 바이패스 연결 회동축에 제공되는 회동력을 생성하기 위한 바이패스 연결 구동부와,
    상기 바이패스 연결 구동부로부터의 동력을 상기 바이패스 연결 회동축에 전달하기 위한 바이패스 연결 전달부를 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
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