KR101068443B1 - 풍력 발전용 로터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바람으로 회전력을 발생시켜 전기에너지로 변환하는 풍력 발전용 로터 및 이를 구비한 풍력 발전장치에 관한 것이다. 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터는 수직 또는 수평으로 위치되는 회전축, 상기 회전축의 동심원 상에 등간격으로 이격되는 복수 개의 메인 블레이드, 그리고 각각의 상기 메인 블레이드에 결합되어 바람에 따라 휘어지는 보조 블레이드를 포함한다. 따라서, 초기 기동풍속을 낮출 수 있으며, 항력과 양력이 증대되어 발전효율을 향상시킬 수 있다.

Description

풍력 발전용 로터{rotor for wind power generation}
본 발명은 바람으로 회전력을 발생시켜 전기에너지로 변환하는 풍력 발전용 로터에 관한 것이다.
일반적으로 풍력 발전장치는 바람이 블레이드에 부딪혀 발생하는 양력 및 항력으로 회전력을 발생시키고, 이 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 발전기를 구동함으로써 전기를 생산하는 장치이다.
풍력 발전장치는 크게 구동되는 축의 위치에 따라 수평축 풍력 발전장치와 수직축 풍력 발전장치로 구분된다.
수평축 풍력 발전장치는 통상적으로 3개의 날개를 가지는 로터가 수평축을 중심으로 회전하여 발전기를 구동시키는 장치로서, 로터를 회전시키기 위해서는 비교적 센 바람이 필요하기 때문에 바람이 많이 부는 해안가나 해발이 높은 곳에 설치되며, 적은 바람으로도 발전을 하도록 대형으로 제작되기 때문에 대형 발전에 적합하다.
반면, 수직축 풍력 발전장치는 수평축 풍력 발전기에 비해 적은 바람으로도 로터를 회전시킬 수 있어 비교적 장소에 구애받지 않고 다양한 장소에 설치될 수 있으며, 장치를 소형화할 수 있기 때문에 최근에는 수직축 풍력 발전장치의 발전 효율을 높이는 데 많은 연구개발이 이루어지고 있다.
종래의 수직축 풍력 발전장치는 수직으로 설치되는 복수의 블레이드가 결합된 로터와 이 로터에 발전기를 연결하였다. 하지만, 종래의 수직으로 설치되는 로터의 블레이드는 블레이드의 각도를 조절할 수 없도록 고정 설치되어 바람에 따라 최적화된 회전력을 발생하지 못하기 때문에 발전 효율이 높지 않았다.
그리고, 블레이드의 각도를 조절한다 하더라도 풍차를 분해하여 하나하나의 블레이드마다 각도를 설정하여 재 설치해야 하기 때문에 많은 시간이 소요되며 하나하나의 블레이드마다 각도를 측정해야 하기 때문에 번거로운 문제점이 있었다.
또한, 블레이드가 일정 형상으로 형성되어 다양한 바람의 변화에 대응하지 못하기 때문에 로터를 회전시키는 초기 기동풍속이 높아지는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 초기 기동풍속을 낮출 수 있으며, 로터의 항력 및 양력을 증대시켜 발전효율을 향상시키고, 블레이드의 각도를 용이하게 조절할 수 있는 풍력 발전용 로터 및 이를 구비한 풍력 발전장치를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전용 로터는 지면에 대해 수직으로 위치되는 회전축, 상기 회전축의 동심원 상에 등 간격으로 이격되고, 상기 회전축과 동일하게 지면에 대해 수직으로 위치되며 단면의 형상이 유선형으로 형성되는 복수 개의 메인 블레이드, 상기 복수 개의 메인 블레이드를 상기 회전축에 연결하고 바람의 저항이 감소되도록 단면의 형상이 유선형으로 형성된 지지대, 그리고, 각각의 상기 메인 블레이드에 결합되어 바람에 따라 휘어지는 보조 블레이드를 포함하며, 상기 보조 블레이드는 상기 메인 블레이드를 연장하는 형태로 상기 메인 블레이드의 끝단에 결합되고, 상기 보조 블레이드는 상기 메인 블레이드의 길이방향으로 복수 개가 결합되며, 상기 보조 블레이드는 끝단으로 갈수록 두께가 얇아지도록 형성되고, 상기 메인 블레이드의 끝단에는 돌기 삽입홈이 형성되며 상기 보조 블레이드의 끝단에는 삽입 돌기가 형성되어 상기 삽입 돌기가 상기 돌기 삽입홈에 결합되는 형태로 상기 메인 블레이드와 상기 보조 블레이드가 결합되고, 상기 보조 블레이드는 바람의 마찰 시 소음이 감소되도록 연질재료로 코팅되며, 상기 메인 블레이드의 상기 회전축과 마주보는 내측 면은 오목하게 형성될 수 있다.
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본 발명에 따르면, 바람에 따라 휘어지도록 가요성을 가지는 보조 블레이드를 구비함으로써, 초기 기동풍속을 현저히 낮출 수 있을 뿐만 아니라 바람에 따라 최적화된 항력 및 양력을 발생시킬 수 있어 발전효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 메인 블레이드에 돌출편을 형성하여 블레이드와 돌출편 사이에 바람이 수용되어 항력 및 양력을 증대시킬 수 있다.
또한, 각도계가 구비되어 메인 블레이드의 각도 조절이 용이한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 도시한 평면도이다.
도 2는 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터의 메인 블레이드를 확대한 확대도이다.
도 3은 도 2에 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터의 작동 상태도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 보조 블레이드의 제1 변형예를 도시한 사시도이다.
도 5는 제1 변형예의 보조 블레이드가 다양한 풍력 발전용 로터에 적용된 것을 나타내는 사시도이다.
도 6는 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 보조 블레이드의 제2 변형예를 도시한 확대도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 보조 블레이드의 제3 변형예를 도시한 확대도이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 보조 블레이드의 제4 변형예를 도시한 확대도이다.
도 9는 도 8의 제4 변형예에 따른 보조 블레이드가 적용된 풍력 발전용 로터의 작동 상태도이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 보조 블레이드의 제5 변형예를 도시한 확대도이다.
도 11는 도 10의 제5 변형예에 따른 보조 블레이드가 적용된 풍력 발전용 로터의 작동 상태도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전용 로터의 메인 블레이드를 확대한 확대도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 메인 블레이드의 변형예를 도시한 확대도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전장치를 도시한 사시도이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전장치의 각도계가 설치되는 부분을 확대한 확대도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 본 발명은 예시적으로 수직축을 중심으로 회전하는 자이로밀(H-rotor, Gyromill)형 풍력 발전장치에 적용한 것으로 설명하지만 예컨대, 헬리컬 H-로터형, 다리우스형, 크로스플루형, 사보니우스형 등 다양한 형태의 풍력 발전장치에 적용될 수 있다.
본 명세서에서는 메인 블레이드(120)의 면 중에서 회전축(110)의 반경방향 외측에 위치된 면을 외측 면, 회전축(110)과 마주보는 방향에 위치된 면을 내측 면이라고 한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 도시한 사시도이고, 도 2는 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터의 메인 블레이드를 확대한 확대도이며, 도 3은 도 2에 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터의 작동 상태도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터(100)는 회전축(120)을 포함할 수 있다. 이 회전축(120)은 회전하여 하기에 설명될 발전기(210)를 구동시킬 수 있다. 그리고 회전축(120)은 발전기(210)의 구동축에 직접결합되거나 예컨대, 기어, 스프로킷, 풀리 등이 회전축(120)에 결합 되어 회전력을 전달하도록 연결될 수 있다.
한편, 회전축(110)은 지면에 대해 수직인 상태로 설치될 수 있다.
풍력 발전용 로터(rotor, 100)는 메인 블레이드(main blade, 120)를 포함할 수 있다. 이 메인 블레이드(120)는 바람이 부딪혀 양력 및 항력을 발생시키며, 회전축(110)의 동심원 상에 복수 개가 일정 간격 이격 되도록 위치될 수 있다. 한 실시예에서는 메인 블레이드(120)가 지면에 대해 수직인 상태로 설치되고, 메인 블레이드(120)의 내측 면이 회전축(110)을 바라보도록 회전축(110)을 중심으로 120° 간격으로 3개를 설치하였다.
메인 블레이드(120)는 판 형상으로 형성될 수 있으며, 단면의 형상이 유선형으로도 형성될 수 있다. 여기서, 메인 블레이드(120)의 단면이 유선형으로 형성될 때에는 메인 블레이드(120)의 중심선을 중심으로 내측 면과 외측 면이 동일한 곡면을 가지도록 형성될 수 있으며, 내측 면과 외측 면 중 어느 한 측면이 메인 블레이드(120)의 중앙을 향해 내측으로 굴곡지도록 형성될 수 있다.
한편, 한 실시예에서의 메인 블레이드(120)는 내측 면이 메인 블레이드의 내측으로 굴곡지도록 형성하였다. 메인 블레이드(120)의 내측 면 또는 외측 면이 굴곡지도록 형성함으로써, 바람의 접촉면적을 넓혀 항력 및 양력을 증대시킬 수 있다.
그리고 메인 블레이드(120)는 압출로 제작될 수 있으며, 경금속, 합성수지, 경질고무, 화이버(fiber) 복합재 또는 이들의 혼합재로 형성될 수 있다.
풍력 발전용 로터(100)는 보조 블레이드(130)를 포함할 수 있다. 이 보조 블레이드(130)는 가요성을 가지도록 형성되어 바람에 따라 유연하게 휘어질 수 있다. 보조 블레이드(130)가 가요성을 가짐으로써, 초기 기동풍속을 낮출 수 있다. 즉, 작은 바람으로도 쉽게 로터(100)를 회전시킬 수 있다.
한편, 보조 블레이드(130)는 판 형상으로 형성될 수 있으며, 메인 블레이드(120)의 끝단에 결합될 수 있다. 이때, 보조 블레이드(130)의 상하 방향의 길이는 메인 블레이드(120)와 상하 방향의 길이와 동일하게 형성될 수 있으며, 보조 블레이드(130)를 평면에서 바라봤을 때, 보조 블레이드(130)의 외측 끝단으로 갈수록 그 두께가 동일하거나 점점 작아지도록 형성하여 바람에 따라 유연하게 휘도록 구성될 수 있다.
아울러, 메인 블레이드(120)의 끝단에 돌기 삽입홈(121)을 형성하고, 보조 블레이드(130)에는 삽입 돌기(131)를 형성하여 상기 돌기 삽입홈(121)에 삽입 돌기(131)가 삽입되는 형태로 메인 블레이드(120)에 보조 블레이드(130)가 결합될 수 있다.
그리고, 보조 블레이드(130)는 스프링 판재, 합성수지, 화이버(fiber) 복합재, 합성고무, 천연고무, 또는 이들의 복합재 등으로 제작되어 가요성을 가질 수 있으며, 보조 블레이드(130)에는 보조 블레이드(130)가 바람에 부딪혀 휘어질 때 발생되는 소음이 감소되도록 연질의 재료 예컨대, 합성수지, 합성고무, 천연고무, 우레탄, 실리콘 또는 이들의 복합물로 코팅될 수 있다.
풍력 발전용 로터(100)는 지지대(140)를 포함할 수 있다. 이 지지대(140)는 회전축(110)과 메인 블레이드(120)를 연결할 수 있다. 한편, 지지대(140)는 하나의 지지대(140)에 복수의 메인 블레이드(120)가 회전축(110)에 연결되는 형태 예컨대, 원판형상으로 형성된 지지대(140)에 복수 개의 메인 블레이드(120)가 결합되는 형태로 구성될 수 있으며, 복수 개의 지지대(140)가 각각의 메인 블레이드(120)를 회전축(110)에 연결하는 형태로도 구성될 수 있다.
그리고 지지대(140)는 단면 형상이 유선형으로 형성되어 풍력 발전용 로터(100)의 회전 시 바람의 저항을 최소화할 수 있다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터의 작동 상태도로서, 도 3은 풍력 발전용 로터가 0°부터 120°까지 30°도 간격으로 회전하는 모습을 나타낸다.
도 3에 도시된 바와 같이 풍력 발전용 로터(100)에 일정한 방향에서 바람이 분다고 가정할 때, 보조 블레이드(130)는 바람에 따라 유연하게 휘어 초기 풍동을 낮추는 동시에 바람에 따라 최적의 항력과 양력을 발생시킬 수 있다.
예컨대, 0°에서 3시 방향에 위치된 보조 블레이드(130)를 중심으로 0°일 때의 보조 블레이드(130)는 바람에 대해 저항을 받지 않도록 메인 블레이드(120)와 일직선상에 위치되고, 120°회전되었을 때의 보조 블레이드(130)는 바람이 부는 방향으로 휘어져 양력 및 항력을 증가시키는 동시에 회전하는 방향의 저항력을 최소화시킬 수 있다.
따라서, 메인 블레이드(120)의 끝단에 보조 블레이드(130)를 설치함으로써, 바람과의 접촉면적을 넓혀 양력과 항력이 증대됨과 동시에 바람에 따라 보조 블레이드(130)가 휘어져 메인 블레이드(120)가 회전하는 방향의 바람의 저항력을 최소화시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 보조 블레이드의 제1 변형예를 도시한 사시도이고, 도 5는 제1 변형예의 보조 블레이드가 다양한 풍력 발전용 로터에 적용된 것을 나타내는 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 제1 변형예에 따른 보조 블레이드(135)는 한 실시예에서의 보조 블레이드(130)와 동일한 구성을 가지나 다만, 메인 블레이드(120)의 상하의 길이 방향으로 복수 개가 설치될 수 있다. 도 4의 (a)는 3개의 보조 블레이드를 설치한 사시도이고, 도 4의 (b)는 복수 개의 보조 블레이드를 설치한 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 메인 블레이드(120)에 보조 블레이드(135)를 복수 개 설치함으로써, 길이가 길게 형성되는 메인 블레이드(120)에 예컨대, 높이에 따라 바람의 세기가 다를 경우나 난류의 바람에서도 각각의 보조 블레이드(130)가 높이에 따라 서로 다른 바람에 유연하게 휘어질 수 있도록 구성되어 풍력 발전용 로터(100)가 회전하는 방향의 저항을 최소화시키는 동시에 양력 및 항력을 증대시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 변형예의 보조 블레이드(135)는 예컨대, 헬리컬 H-로터형, 다리우스형, 크로스플루형, 사보니우스형 등의 다양한 풍력 발전용 로터에 적용될 수 있음을 나타낸 도면이다.
도 6는 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 보조 블레이드의 제2 변형예를 도시한 확대도이다.
도 6에 도시된 바와 같이 제2 변형예에 따른 보조 블레이드(230)는 한 실시예에서의 보조 블레이드(130)와 동일한 구성을 가지나 다만, 메인 블레이드(120)의 내측 면에 결합될 수 있다. 한편, 제2 변형예의 보조 블레이드(230)는 상부에서 봤을 때, 메인 블레이드(120)의 끝단보다 더 연장되는 길이로 형성될 수 있다.
이렇게 구성된 보조 블레이드(230)는 메인 블레이드(120)가 바람과 마주보도록 위치되면 메인 블레이드(120)의 내주 면에 보조 블레이드(230)가 밀착되어 바람의 저항을 감소시키고, 메인 블레이드(120)가 바람을 등지는 경우에는 메인 블레이드(120)에서 보조 블레이드(230)가 벌어져 그 사이로 바람이 수용되어 항력과 양력을 증대시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 보조 블레이드의 제3 변형예를 도시한 확대도이다.
도 7에 도시된 바와 같이 제3 변형예에 따른 보조 블레이드(330)는 한 실시예에서의 보조 블레이드(130)와 동일한 구성을 가지나 다만, 메인 블레이드(120)의 외측면에 결합될 수 있다.
한편, 제3 변형예의 보조 블레이드(330)는 상부에서 봤을 때, 메인 블레이드(120)의 끝단보다 더 연장되는 길이로 형성될 수 있다. 이때, 메인 블레이드(120)는 메인 블레이드(120)에 보조 블레이드(330)가 결합되는 후방으로 절단된 형태로 형성될 수 있다. 즉, 보조 블레이드(330)가 결합되는 메인 블레이드(120)의 후방 부분은 제거되고, 메인 블레이드(120)의 전방 부분만 형성되는 형태로 구성될 수 있다.
이렇게 구성된 보조 블레이드(330)를 구성하면 메인 블레이드(120)가 일부 절단된 상태로 형성되어 풍력 발전용 로터(100)의 무게를 대폭 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 보조 블레이드(330)가 바람에 따라 유연하게 휘어 풍력 발전용 로터(100)가 회전하는 방향으로는 바람의 저항을 감소시키고, 측면으로는 보조 블레이드에 의해 양력과 항력을 증가시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 보조 블레이드의 제4 변형예를 도시한 확대도이고, 도 9는 도 8의 제4 변형예에 따른 보조 블레이드가 적용된 풍력 발전용 로터의 작동 상태도로서, 풍력 발전용 로터가 0°부터 120°까지 30°도 간격으로 회전하는 모습을 나타낸다.
도 8에 도시된 바와 같이 제4 변형예에 따른 보조 블레이드(430)는 한 실시예의 보조 블레이드(130)와 동일한 구성을 가지나 다만, 메인 블레이드(120)의 양측 면에 한 쌍이 결합될 수 있다.
즉, 제4 변형예의 보조 블레이드(430)는 상부에서 바라봤을 때, 한 쌍의 보조 블레이드(430)가 메인 블레이드(120)의 내측 면과 외측 면에 서로 이격되도록 결합될 수 있다.
이때, 메인 블레이드(120)는 보조 블레이드(430)가 결합된 이후 즉, 보조 블레이드(430)에 의해 메인 블레이드(120)가 가려지는 부분이 절단되는 형태로 형성되어 풍력 발전용 로터(100)의 무게를 대폭 감소시킬 수 있다.
한편, 한 쌍의 보조 블레이드(430) 중 어느 하나의 보조 블레이드(430)는 그 길이가 상대적으로 짧게 형성되어 길이가 긴 보조 블레이드(430)가 짧은 길이의 보조 블레이드(430)보다 더 휘어지도록 구성될 수 있다.
제4 변형예에서의 보조 블레이드(430)는 메인 블레이드(120)의 내측 면에 위치된 보조 블레이드(430)의 길이를 더 짧게 형성하였다.
이렇게 구성된 제4 변형예에 따른 보조 블레이드(430)는 도 9에 도시된 바와 같이, 일정한 방향에서 바람이 분다고 가정할 때, 보조 블레이드(430)는 바람에 따라 유연하게 휘어 초기 풍동을 낮추는 동시에 바람에 따라 최적의 항력과 양력을 발생시킬 수 있다.
예컨대, 0°에서 3시 방향에 위치된 보조 블레이드(430)를 중심으로 0°일 때의 보조 블레이드(430)는 바람에 대해 저항을 받지 않도록 메인 블레이드(120)와 일직선상에 위치되고, 120°회전되었을 때의 보조 블레이드(430)는 메인 블레이드(120)의 외측 면에 위치된 보조 블레이드(430)가 내측 면에 위치되는 보조 블레이드(430)보다 더 휘어지게 되어 끝단이 서로 맞닿는 형태로 익형 즉, 날개형상으로 형성됨으로써, 회전하는 방향의 저항력을 감소시키는 동시에 양력 및 항력을 증가시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 보조 블레이드의 제5 변형예를 도시한 확대도이고, 도 11는 도 10의 제5 변형예에 따른 보조 블레이드가 적용된 풍력 발전용 로터의 작동 상태도로서, 풍력 발전용 로터가 0°부터 120°까지 30°도 간격으로 회전하는 모습을 나타낸다.
도 10에 도시된 바와 같이 제5 변형예에 따른 보조 블레이드(530)는 한 실시예의 보조 블레이드(130)와 동일한 구성을 가지나 다만, 메인 블레이드(120)의 외면에 복수 개의 보조 블레이드(530)가 결합될 수 있다.
제5 변형예의 보조 블레이드(530)는 메인 블레이드(120)의 상하 방향으로 길게 형성될 수 있으며, 메인 블레이드(120)의 끝단을 향해 기울어지도록 메인 블레이드(120)의 외면에 일정 간격 이격된 상태로 복수 개가 결합될 수 있다. 이때, 메인 블레이드(120)의 내측 면 및 외측 면에 결합되는 보조 블레이드(530)는 메인 블레이드(120)의 동일한 끝단을 바라보도록 기울여져 결합되어 마치 물고기의 지느러미와 같은 형상으로 형성될 수 있다.
이때, 보조 블레이드(530)의 기울어지는 각도는 메인 블레이드(120)의 외면에서 끝단을 향해 5°~60°범위로 기울어져 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 보조 블레이드(530)의 기울어진 각도(d)가 5°미만이면 풍력 발전용 로터(100)의 회전 시 보조 블레이드(530)에 부딪치는 바람에 의해 보조 블레이드(530)가 메인 블레이드(120)에 쉽게 밀착되어 보조 블레이드(530)를 설치한 효과를 발휘할 수 없으며, 기울어진 각도(d)가 60°를 초과하면, 풍력 발전용 로터(100)가 회전할 때 보조 블레이드(530)에 의해 저항력이 높아져 발전 효율이 떨어진다.
한편, 복수 개의 보조 블레이드(530)는 메인 블레이드(120)에 힌지(531)에 의해 회동 가능하도록 결합될 수 있다. 이때, 각각의 보조 블레이드(530)의 끝단에는 힌지(531)가 일체로 형성되고, 메인 블레이드(120)에는 힌지(531)가 삽입되는 힌지 삽입홈(123)이 형성되며, 힌지 삽입홈(123)에 보조 블레이드(530)에 형성된 힌지(531)가 삽입되는 형태로 메인 블레이드(120)에 보조 블레이드(530)가 회동 가능하도록 결합될 수 있다.
이렇게 구성된 제5 변형예에 따른 보조 블레이드(530)는 도 11에 도시된 바와 같이, 일정한 방향에서 바람이 분다고 가정할 때, 메인 블레이드(120)가 바람을 등에 지도록 위치하면(도 10의 60°회전되었을 때의 9시 방향의 메인 블레이드 참조), 보조 블레이드(530)가 메인 블레이드(120)에서 펼쳐져 항력이 높아지므로 풍력 발전용 로터(100)의 회전력을 향상시키고, 메인 블레이드(120)가 바람과 마주보도록 위치되면(도 10의 0°또는 120°회전되었을 때의 3시 방향의 메인 블레이드 참조) 보조 블레이드(530)가 메인 블레이드(120)의 외면에 밀착되어 풍력 발전용 로터(100)의 회전 시 저항력을 감소시킬 수 있다.
따라서, 메인 블레이드(120)와 등에 지는 바람인 경우, 바람의 접촉면적을 넓혀 양력과 항력이 증대되고, 메인 블레이드(120)와 마주보는 바람인 경우, 바람의 저항을 감소시켜 발전 효율을 높일 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전용 로터의 메인 블레이드를 확대한 확대도이다.
도 12에 도시된 바와 같이 다른 실시예에 따른 풍력 발전용 로터(100)는 한 실시예와 동일한 구성은 동일한 부호를 병기하고 동일한 구성은 동일한 효과를 가지므로 그 상세한 설명을 생략한다.
다른 실시예에 따른 풍력 발전용 로터(100)는 한 실시예와 동일한 구성을 가지고 다만, 메인 블레이드(120)에는 돌출편(128)이 더 형성될 수 있다.
이 돌출편(128)은 메인 블레이드(120)의 외면에서 끝단이 뾰족한 돌기 형상으로 돌출 형성될 수 있다. 한편 돌출편(128)은 메인 블레이드(120)의 외면을 따라 상하 방향으로 길게 복수 개가 형성될 수 있으며, 메인 블레이드(120)의 끝단을 향해 기울어지도록 형성될 수 있다.
한편, 메인 블레이드(120)에 돌출편(128)을 형성함으로써, 메인 블레이드(120)의 외면과 돌출편(128) 사이에 바람이 잔류되어 양력 및 항력을 증대시킬 수 있다.
이때, 돌출편(128)은 메인 블레이드(120)의 외면에서 메인 블레이드(120)의 끝단을 향해 5°~60°범위로 기울어져 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 돌출편(128)의 기울어진 각도(e)가 5°미만이면 풍력 발전용 로터(100)의 회전 시 돌출편(128)과 메인 블레이드(120)의 외면 사이에 잔류되는 바람의 양이 적어 돌출편(128)을 형성한 효과를 발휘할 수 없으며, 돌출편(128)의 기울어진 각도(e)가 60°를 초과하면, 풍력 발전용 로터(100)가 회전할 때 돌출편(128)에 의해 저항력이 높아져 발전 효율이 떨어진다.
따라서, 돌출편(128)을 형성함으로써, 메인 블레이드(120)가 바람과 접촉되는 면적을 넓혀 양력과 항력을 증대시키는 동시에 메인 블레이드(120)와 돌출편(128)의 사이에 바람이 잔류되어 양력 및 항력을 더 증대시킬 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 메인 블레이드의 변형예를 도시한 확대도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 다른 실시예의 변형예에 따른 풍력 발전용 로터는 다른 실시예의 메인 블레이드(120)와 동일한 구성을 가지나 다만 메인 블레이드(120)와 돌출편(129)에 특징이 있다.
다른 실시예의 변형예에 따른 돌출편(129)과 메인 블레이드(120)는 판 형상으로 형성될 수 있으며, 판으로 형성된 돌출편(129)은 메인 블레이드(120)에서 메인 블레이드(120)의 끝단을 향해 기울어진 형태로 복수 개가 형성될 수 있다.
이때, 돌출편(129)은 메인 블레이드(120)의 외면에서 메인 블레이드(120)의 끝단을 향해 5°~60°범위로 기울어져 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 돌출편(129)의 기울어진 각도(e)가 5°미만이면 풍력 발전용 로터(100)의 회전 시 돌출편(129)과 메인 블레이드(120)의 사이에 수용되는 바람이 양이 적어 돌출편(129)을 형성한 효과를 발휘할 수 없으며, 돌출편(129)의 기울어진 각도(e)가 60°를 초과하면, 풍력 발전용 로터(100)가 회전할 때 돌출편(129)에 의해 저항력이 높아져 발전 효율이 떨어진다.
한편, 돌출편(129)은 인접한 돌출편(129)과 서로 끝단을 서로 연결하였을 때, 전체적인 형상이 유선형으로 형성될 수 있으며, 돌출편(129)이 기울어진 반대방향의 끝단에 위치되는 돌출편(129)은 풍력 발전용 로터(100)의 회전 시 바람의 저항을 최소화하도록 원호형상으로 형성될 수 있다. 그리고 돌출편(129)은 메인 블레이드(120)와 일체로 형성될 수 있다.
따라서, 메인 블레이드(120)의 바람이 접촉되는 면적을 넓힐 뿐만 아니라 메인 블레이드(120)와 벌어진 돌출판(129)의 사이에 바람이 수용되어 양력 및 항력을 증대시킬 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전장치를 도시한 사시도이고, 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전장치의 각도계가 설치되는 부분을 확대한 확대도이다.
도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전장치(200)는 발전기(210)를 포함한다. 이 발전기(210)는 회전력을 전기에너지로 변환하는 것으로서, 자석의 사이에서 구동축에 감긴 코일을 회전시키거나 코일 사이에서 구동축에 부착된 자석을 회전시켜 유도기전력에 의해 전기를 발생시킨다. 발전기(210)는 공지의 발전기가 사용될 수 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다.
한편, 풍력 발전장치(200)는 풍력 발전용 로터(100)를 포함할 수 있다. 이 풍력 발전용 로터(100)는 바람이 부딪혀 발생되는 양력 및 항력으로 발전기(210)를 회전시킬 수 있다. 한편, 풍력 발전용 로터(100)와 발전기(210)는 동력 전달부재 예컨대, 벨트나 체인으로 연결되어 발전기(210)를 구동시킬 수 있으며, 로터(100)가 발전기(210)에 직접결합되어 발전기(210)를 회전시키는 형태로 구성될 수 있다.
아울러, 풍력 발전용 로터(100)는 상기한 한 실시예와 다른 실시예 및 다양한 변형예의 풍력 발전용 로터(100)가 적용될 수 있으므로 그 상세한 설명을 생략한다. 다만 본 발명에서는 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터(100)가 적용된 것으로 설명하고, 그 세부적으로 달라지는 구성만 설명한다.
풍력 발전장치(200)에서 풍력 발전용 로터(100)는 지지대(140)와 메인 블레이드(120)가 힌지(H)에 의해 회동 가능하도록 결합될 수 있다. 이때, 메인 블레이드(120)에는 브래킷(125)이 결합되어 브래킷(125)과 지지대(140)가 힌지(H)에 의해 결합되는 형태로 메인 블레이드(120)가 지지대(140)에 회동가능하도록 결합될 수 있다..
풍력 발전장치(200)는 각도계(150)를 포함할 수 있다. 이 각도계(150)는 메인 블레이드(120)의 회동되는 각도를 표시할 수 있다. 한편, 각도계(150)는 일정 각도를 표시하는 눈금(151)과 눈금(151)을 가리키는 지시부재(153)를 포함할 수 있다. 이때, 눈금(151)은 지지대(140)와 메인 블레이드(120) 중 어느 하나에 형성되고, 다른 하나에는 지시부재(153)가 결합되는 형태로 구성될 수 있다.
본 실시예에서는 눈금(151)을 힌지(H)와 동심원 상에 위치되도록 브래킷(125)에 형성하고, 지시부재(153)는 브래킷(125)의 형성된 눈금(151)을 지시하도록 지지대(140)에 결합하였다.
한편, 지시부재(153)는 브래킷(125)의 상면에 위치된 상태로 체결부재(155)가 지시부재(153) 및 브래킷(125) 그리고, 지지대(140)을 차례로 관통하는 형태로 지시부재(153)와 브래킷(125)을 체결할 수 있다. 이때, 브래킷(125)에는 체결부재(155)가 관통되는 원호형상의 가이드 공(126)이 형성되며, 이 가이드 공(126)은 힌지의 동심원 상으로 형성될 수 있다.
따라서, 지시부재(153)가 지지대(140)와 체결되는 체결부재(155)의 체결력에 의해 지시부재(153)와 지지대(140)의 사이에 위치되는 브래킷(125)을 가압함으로써, 메인 블레이드(120)의 회동을 고정시킬 수 있다.
이렇게 구성된 풍력 발전장치(100)는 메인 블레이드(120)의 각도를 조절할 때에는 체결부재(155)를 완전히 제거하지 않은 상태에서 체결부재(155)가 브래킷(125)을 가압하는 가압력이 해제될 정도만 풀어 메인 블레이드(120)를 회동시키고, 반대로 메인 블레이드(120)를 고정시킬 때에는 체결부재(155)를 조여 지시부재(153)와 지지대(140)의 체결력으로 브래킷(135)을 가압하여 메인 블레이드(120)를 고정시킨다.
따라서, 각도계(150)를 이용하여 메인 블레이드(120)의 회동각도를 조절할 수 있어 메인 블레이드(120)의 미세한 각도 조절을 할 수 있으며, 지시부재(153)와 지지대(140)의 체결력으로 메인 블레이드(120)를 고정 및 고정을 해제하여 메인 블레이드(120)의 각도 조절이 용이하다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
100: 풍력 발전용 로터 110: 회전축
120: 메인 블레이드 121: 돌기 삽입홈
123: 힌지 삽입홈 125: 브래킷
126: 가이드 공 128,129: 돌출편
130,135,230,330,430,530: 보조 블레이드 131: 삽입 돌기
140: 지지대 150: 각도계
151: 눈금 153: 지시부재
155: 체결부재 200: 풍력 발전장치
210: 발전기 531: 힌지
d: 보조 블레이드의 기울어진 각도 e: 돌출편의 기울어진 각도
H: 힌지

Claims (20)

  1. 지면에 대해 수직으로 위치되는 회전축,
    상기 회전축의 동심원 상에 등 간격으로 이격되고, 상기 회전축과 동일하게 지면에 대해 수직으로 위치되며 단면의 형상이 유선형으로 형성되는 복수 개의 메인 블레이드,
    상기 복수 개의 메인 블레이드를 상기 회전축에 연결하고 바람의 저항이 감소되도록 단면의 형상이 유선형으로 형성된 지지대,
    그리고, 각각의 상기 메인 블레이드에 결합되어 바람에 따라 휘어지는 보조 블레이드를 포함하며,
    상기 보조 블레이드는 상기 메인 블레이드를 연장하는 형태로 상기 메인 블레이드의 끝단에 결합되고,
    상기 보조 블레이드는 상기 메인 블레이드의 길이방향으로 복수 개가 결합되며,
    상기 보조 블레이드는 끝단으로 갈수록 두께가 얇아지도록 형성되고,
    상기 메인 블레이드의 끝단에는 돌기 삽입홈이 형성되며 상기 보조 블레이드의 끝단에는 삽입 돌기가 형성되어 상기 삽입 돌기가 상기 돌기 삽입홈에 결합되는 형태로 상기 메인 블레이드와 상기 보조 블레이드가 결합되고,
    상기 보조 블레이드는 바람의 마찰 시 소음이 감소되도록 연질재료로 코팅되며,
    상기 메인 블레이드의 상기 회전축과 마주보는 내측 면은 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 로터.
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