KR101128113B1

KR101128113B1 - 풍력 발전 장치

Info

Publication number: KR101128113B1
Application number: KR20090075190A
Authority: KR
Inventors: 연봉규
Original assignee: 연봉규
Priority date: 2009-08-14
Filing date: 2009-08-14
Publication date: 2012-03-23
Also published as: KR20110017627A

Abstract

본 발명은, 중심축과, 상기 중심축에 상대 회전 가능하도록 결합되어 바람이 불어오는 풍향을 지시하는 풍향계와, 상기 중심축과 동축을 이루며 상기 중심축에 상대 회전 가능하도록 결합된 회전축과, 상기 회전축의 원주 방향을 따라 서로 이격되어 배열되며 상기 회전축과 함께 회전하는 복수 개의 날개축들과, 상기 날개축들의 원주 방향을 따라 상대 회전 가능하도록 결합된 날개부들, 및 상기 날개부들에 가해지는 풍력에 의하여 상기 회전축이 회전할 때, 상기 풍향에 대한 상기 날개축들의 사이각이 변화됨에 따라, 상기 날개축들에 결합된 상기 날개부들에 가해지는 풍력이 조절될 수 있도록 상기 날개축들에 대한 상기 날개부들의 상대 회전각도를 조절하는 회전각도 조절수단을 포함하는 풍력 발전 장치를 제공한다.

개시된 풍력 발전 장치에 따르면, 실시간으로 변하는 풍향에 대응되도록, 상기 날개축들에 대한 상기 날개부들의 상대 회전각도를 조절하여, 상기 풍향의 변화에도 바람의 저항이 날개부들의 표면에 효과적으로 작용되도록 함에 따라 상기 회전축의 회전효율 및 그에 따른 전기 생산효율을 증가시키는 이점이 있다.

Description

풍력 발전 장치{Wind power generator}

본 발명은 풍력 발전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 풍력에 의해 날개를 회전시켜 전기를 생산하는 풍력 발전 장치에 관한 것이다.

종래의 풍력 발전장치는, 중심축에 회전 날개를 배치하고, 상기 날개에 작용하는 풍력을 통해 전기를 생산하는 방식이다. 물론, 상기 날개의 면에 바람이 수직으로 부딪힐수록 날개의 회전 속도가 빨라지고 발전 효율도 증가된다. 그런데, 종래의 경우, 날개의 면이 한 방향으로 설정되어 있어서, 동일한 풍량에 대해 풍향이 변경되면 날개가 받는 저항 또한 감소 또는 증가하게 되어 전기의 생산량 또한 일정치 못하게 되고, 발전 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

풍향에 따라 날개의 각도를 조절함에 따라 발전 효율을 증가시킬 수 있는 풍력 발전 장치를 제공하는데 목적이 있다.

여기서, 상기 회전각도 조절수단은, 상기 풍향에 대한 상기 날개축들의 사이각이 제1설정각도 범위 내에 있으면, 상기 사이각이 증가함에 따라 상기 날개부들의 상대 회전각도를 수평 방향에 가깝도록 제어할 수 있고, 상기 풍향에 대한 상기 날개축들의 사이각이 제2설정각도 범위 내에 있으면, 상기 사이각이 증가함에 따라 상기 날개부들의 상대 회전각도를 수직 방향에 가깝도록 제어할 수 있다. 이때, 상기 제1설정각도 범위는 90도에서부터 270도까지이고, 상기 제2설정각도 범위는 270 도에서부터 90도까지일 수 있다.

또한, 상기 회전각도 조절수단은, 가이드체 및 롤링수단들을 포함할 수 있다. 상기 가이드체는 상기 중심축의 둘레에 배치되되 상기 풍향계에 연결되어 상기 풍향계와 함께 회전하고, 한 주기의 산과 골이 상기 중심축을 기준으로 서로 마주보는 형태를 갖도록 외표면의 둘레를 따라 폐루프형의 가이드부를 형성하며, 상기 중심축에 대한 상기 산의 방향이 상기 풍향과 90도 어긋나도록 배치될 수 있다. 상기 롤링수단들은 상기 날개부들의 일측에 고정되며, 상기 가이드부에 삽입되어 상기 날개부들에 풍력이 작용하면 상기 회전축의 회전과 함께 상기 가이드부를 따라 이동하면서 상기 날개축들에 대한 상기 날개부들의 상대 회전각도를 조절하는 롤링축들을 구비할 수 있다.

여기서, 상기 풍력 발전 장치는, 상기 풍향에 맞도록 상기 가이드체가 회전함에 따라, 상기 날개부들 중 상기 가이드부의 산 부분에 도달하는 날개부가 상기 풍력에 의해 수직으로 세워지면서 상기 산 부분의 날개부에 바람이 정면으로 부딪히도록 조절할 수 있다. 또한, 상기 풍력 발전 장치는, 상기 날개부들 중 상기 가이드부의 골 부분에 도달하는 날개부가 수평으로 눕게되면서 상기 골 부분의 날개부가 바람의 저항을 받지 않도록 조절할 수 있다.

그리고, 상기 날개부는, 상기 풍력 작용시 상기 가이드부를 따라 이동하는 상기 롤링수단의 동작에 의해, 상기 가이드부의 골 부분에서 산 부분에 도달할 때까지는 상기 날개축에 대해 정방향으로 90도 만큼 회전하면서 작용되는 바람의 저항이 점차로 증가되고, 상기 산 부분에서 골 부분에 도달할 때까지는 상기 날개축 에 대해 역방향으로 90도 만큼 복귀 회전하면서 작용되는 바람의 저항이 점차로 감소될 수 있다.

본 발명에 따른 풍력 발전 장치에 따르면, 실시간으로 변하는 풍향에 대응되도록, 상기 날개축들에 대한 상기 날개부들의 상대 회전각도를 조절하여, 상기 풍향의 변화에도 바람의 저항이 날개부들의 표면에 효과적으로 작용되도록 함에 따라 상기 회전축의 회전효율 및 그에 따른 전기 생산효율을 증가시키는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전 장치의 사시도이다. 도 2는 도 1의 정단면도이고, 도 3은 도 2의 측단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 풍력 발전 장치(100)는, 중심축(110), 풍향계(120), 회전축(130), 복수 개의 날개축들(140), 날개부들(150) 및 회전각도 조절수단(160)을 포함한다.

상기 중심축(110)은 상기 풍력 발전 장치(100)의 중심을 형성하는 축 부분이다. 이러한 중심축(110)은 지면에 대해 수직의 각도(또는 다른 각도)로 세워질 수 있다. 상기 중심축(110)의 둘레에는 상기 풍향계(120), 상기 회전축(130), 상기 회전각도 조절수단(160)이 각각 결합되며, 이들의 결합을 위해 제1둘레부(111), 제2둘레부(112), 제3둘레부(113) 및 제4둘레부(114)가 서로 다른 직경으로 차례로 구비되어 있다. 제1둘레부(111)에서 제4둘레부(114)를 향할수록 직경이 작아지는 형태를 갖는다.

상기 풍향계(120)는, 상기 중심축(110)에 상대 회전 가능하도록 결합되어, 바람이 불어오는 풍향을 지시한다. 이러한 풍향계(120)는 상기 중심축(110)의 제1둘레부(111)에 회전 가능하도록 결합되는 몸체축(121)과, 상기 몸체축(121)의 외측에 연결되어 상기 풍향을 지지하는 지시체(122)를 포함한다. 예를 들어, 상기 몸체축(121)은 상기 중심축(110)의 제1둘레부(111)에 베어링(B1) 결합된다. 또한, 몸체축(121)의 하단부는 제2둘레부(112)의 외곽 상면에 얹히는 구조를 갖는다. 그리고, 상기 제1둘레부(111)의 상측에 형성된 나사선(111a)을 따라 체결너트(111b)가 체결되어, 몸체축(121)이 상부로 이탈되는 것을 방지한다.

상기 회전축(130)은 상기 중심축(110)과 동축을 이루며, 상기 중심축(110)에 상대 회전 가능하도록 결합된다. 예를 들어, 상기 회전축(130)은 상기 중심축(110)의 제3둘레부(113)에 베어링(B3) 결합된다. 또한, 회전축(130)은 그 내부턱(132)이 제4둘레부(114)의 외곽 상면에 얹히는 구조를 갖는다. 그리고, 제3둘레부(113)와 제2둘레부(112)의 사이에 형성된 나사선(113a)을 따라 체결너트(113b)가 체결되어, 상기 회전축(130)이 상부로 이탈되는 것을 방지한다.

상기 회전축(130)은, 내주면을 따라 내부기어(131)를 형성하고 있다. 이러한 내부기어(131)는, 상기 회전축(130)의 회전시 외부 발전수단(170)의 기어(171)에 치합되어 전기를 생산하도록 한다.

상기 날개축들(140)은, 상기 회전축(130)의 원주 방향을 따라 서로 이격되어 배열되며, 상기 회전축(130)과 함께 회전한다. 도면의 경우, 상기 날개축들(140)이 4개인 것으로 도시되어 있으나, 그 설치 개수가 반드시 이에 한정되는 것은 아니 다. 상기 날개축들(140)는 그 일단이 상기 회전축(130)의 외주에 볼트 체결되는 형태가 가능한데, 그 결합 형태는 다양한 변형예가 존재할 수 있다.

상기 날개부들(150)은, 상기 날개축들(140)의 원주 방향을 따라 베어링(B4) 등에 의해 상대 회전 가능하도록 결합되어 있다. 이러한 날개부(150)는, 복수 개의 세로프레임들(151)과, 복수 개의 가로프레임들(152)과, 날개판(153)을 포함한다.

상기 세로프레임들(151)은, 상기 날개축(140)의 둘레 상에 상기 베어링(B4)에 의해 회전 가능하도록 결합된다. 이러한 세로프레임들(151)은 상기 날개축(140)의 길이방향을 따라 설정된 간격으로 상기 날개축(140)과 교차되도록 각각 결합되어 있다.

상기 가로프레임들(152)은 상기 세로프레임들(151)의 길이 방향을 따라 설정된 간걱으로 상기 세로프레임들(151)과 교차되도록 결합되어 있어서, 상기 날개부들(150)의 지지 강도를 향상시킨다. 도 1의 경우, 하나의 날개부(150)에 가로프레임들(152)이 2개로 배치된 형태이고, 도 2 및 도 3의 경우는, 4개로 배치된 형태를 나타낸다. 상기 세로프레임들(151)에 상기 가로프레임들(152)이 결합되는 형태는 공지된 다양한 예가 적용될 수 있다. 또한, 상기 세로프레임들(151)과 가로프레임들(152)의 사용 개수는 날개부들(150)의 강도와 무게 등을 고려하여 적절히 선택하도록 한다.

상기 날개판(153)은 상기 가로프레임들(152)과 세로프레임들(151)의 상부에 배치되어 고정되고, 상기 바람의 저항을 실질적으로 받는 부분이다. 이러한 날개판(153)은, 플라스틱, 목재, 금속판, 섬유 등 다양한 재질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 날개판(153)은 무게가 가볍고 두께가 얇은 폴리에스테르 재질의 섬유천이 사용될 수도 있는데, 그 재질이 반드시 이에 한정되지 않는다. 이러한 날개판(153)은, 측면에서 바라봤을 때, 바람의 저항이 최소화될 수 있도록, 가능한 얇은 두께로 제조되도록 한다.

도 4는 도 1에서 풍향에 따른 날개부의 상태를 나타내는 평면도이다. 도 5는 도 4의 날개축들에 대한 날개부들의 상대 회전각도의 조절 상태를 나타내는 측면도이다.

도 1 내지 도 3, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 회전각도 조절수단(160)은, 상기 날개부들(150)에 가해지는 풍력에 의하여 상기 회전축(130)이 회전할 때, 상기 풍향에 대한 상기 날개축들(140)의 사이각(θ)이 변화됨에 따라, 상기 날개축들(140)에 결합된 상기 날개부들(150)에 가해지는 풍력이 조절될 수 있도록, 상기 날개축들(140)에 대한 상기 날개부들(150)의 상대 회전각도(φ)를 조절한다.

상기 날개부들(150)이 날개축들(140)에 대해 회전하지 않는 경우, 상기 날개부들(150)이 특정 풍향에 대해서만 바람의 저항을 받게 된다. 즉, 날개부들(150)에 대해 특정 풍향과 다른 풍향이 작용하는 경우, 상기 날개부들(150)에 작용되는 바람의 저항이 줄어들 수 있고, 이에 따라 회전축(130)의 회전량이 줄어들거나 회전이 멈출 수 있다. 따라서, 이러한 경우, 풍력이라는 에너지 근원이 존재함에도 불구하고 풍력을 제대로 활용하지 못하게 되고, 전기의 생산량 및 생산 효율을 감소시키는 요인이 된다.

이에 반해, 상기 회전각도 조절수단(160)에 따르면, 실시간으로 변하는 풍향 에 대응되도록, 상기 날개축들(140)에 대한 상기 날개부들(150)의 상대 회전각도(φ)를 조절함에 따라, 풍향의 변화에도 날개부들(150)에 바람의 저항이 효과적으로 작용하도록 하여, 회전축(130)의 회전 효율을 증가시키고, 결론적으로 전기의 생산량 및 생산 효율 또한 증가시키는 이점이 있다.

예를 들어, 상기 풍향이 남향인 경우에 대하여, 상기 사이각(θ)의 증가에 따른 날개부들(150)의 상태는 도 4 및 도 5의 (a)~(d)를 참조한다. 여기서, 물론 상기 사이각(θ)의 증가 방향은 상기 회전축(130)의 회전 방향과 동일하다.

상기 회전각도 조절수단(160)은, 상기 풍향에 대한 상기 날개축들(140)의 사이각(θ)이 제1설정각도 범위(A 영역: θ = 90도에서부터 270도까지) 내에 있으면, 상기 사이각(θ)이 증가함에 따라 상기 날개부들(150)의 상대 회전각도(φ)를 수평 방향에 가깝도록 제어한다.

즉, 90도 사이각(θ)에 날개부(150)가 위치한 (c)의 경우, 상기 날개축(140)에 대한 날개부(150)의 상대 회전각도(φ)는 90도에 가깝다. 여기서, (c) 상태에서 (d), (a) 상태로 갈수록, 즉 사이각(θ)이 90도에서 270도까지 점점 증가할수록, 상기 날개부(150)의 상대 회전각도(φ)가 90도에서 0도에 가깝도록 점점 작아진다. 따라서, 상기 (d) 상태의 경우 상대 회전각도(φ)는 45도를 갖게 되고, 이후 (a) 상태의 경우 상대 회전각도(φ)는 0도에 가깝도록 제어된다.

또한, 상기 회전각도 조절수단(160)은, 상기 풍향에 대한 상기 날개축들(140)의 사이각(θ)이 제2설정각도(270도에서부터 90도) 범위 내에 있으면, 상기 사이각(θ)이 증가함에 따라 상기 날개부들(150)의 상대 회전각도(φ)를 수직 방향 에 가깝도록 제어한다.

즉, 270도 사이각(θ)에 날개부(150)가 위치한 (a)의 경우, 상기 날개축(140)에 대한 날개부(150)의 상대 회전각도(φ)는 0도에 가깝다. 여기서, (a) 상태에서 (b), (c) 상태로 갈수록, 즉 사이각(θ)이 270도에서 90도까지 점점 증가할수록, 상기 날개부(150)의 상대 회전각도(φ)가 0도에서 90도에 가깝도록 점점 커진다. 따라서, 상기 (b) 상태의 경우 상대 회전각도(φ)는 45도를 갖게 되고, 이후 (c) 상태의 경우 상대 회전각도(φ)는 90도에 가깝도록 제어된다.

총 4개의 날개부들(150)에 대하여, 풍향이 남향으로 작용할 때, 90도 사이각(θ)의 위치에 있는 상기 (c) 상태의 날개부(150)가 상기 회전축(130)을 회전시키는 원동력이 된다. 즉, (c) 상태의 날개부(150)의 경우, 수직 상태로 세워져 있어 남향의 바람이 정면으로 부딪힐 수 있게 됨에 따라, 바람의 저항을 가장 크게 받게 되고, 반대로 (a) 상태의 날개부(150)는 수평 상태로 누워있어 바람의 저항이 덜 작용하도록 하여, 상기 (c) 상태의 날개부(150)에 작용하는 풍력에 의해 회전축(130)의 회전(사이각(θ) 증가 방향으로의 회전)을 가동하게 된다.

상기 회전각도 조절수단(160)의 구체적인 실시예는 도 1 내지 도 3을 참조한다. 이러한 회전각도 조절수단(160)은 가이드체(161) 및 롤링축들(166)을 이용하여, 상기 날개부들(150)의 상대 회전각도(φ)를 조절한다.

상기 가이드체(161)는, 상기 중심축(110)의 둘레에 배치되되 상기 풍향계(120)에 연결되어 상기 풍향계(120)와 함께 회전한다. 예를 들어, 상기 가이드체(161)는 상기 중심축(110)의 제2둘레부(112)에 베어링(B2) 결합된다. 또한, 가이 드체(161)는 그 내부턱(163)이 제3둘레부(113)의 외곽 상면에 해당되는 체결볼트(113b) 측에 얹히는 구조를 갖는다.

이러한 가이드체(161)는, 한 주기(T=1)의 산과 골이 상기 중심축(110)을 기준으로 서로 마주보는 형태를 갖도록 외표면의 둘레를 따라 폐루프형의 가이드부(162)를 형성하며, 상기 중심축(110)에 대한 상기 산의 방향이 상기 풍향과 90도 어긋나도록 배치되어 있다. 상기 가이드부(162)는 상기 가이드체(161)의 외표면 상에 함몰되어 형성되어 있는 라인홈 형상을 갖는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 도 2에서 좌측 날개부(150)는 상기 가이드부(162)의 골 부분에 위치한 것이고, 우측 날개부(150)는 상기 가이드부(162)의 산 부분에 위치한 것을 나타낸다.

도 6은 상기 가이드체(161)의 펼침 상태를 나타내는 측면도이다. 도 6을 참조하면, 가이드체(161)의 전체 둘레에 대하여, 상기 홈 형상의 가이드부(162)가 하나의 산과 골을 갖는 한 주기로 형성된 모습이 확인된다.

상기 롤링수단들(165)은, 상기 날개부들(150)의 일측에 고정되며, 롤링축들(166)을 구비한다. 이러한 롤링축들(166)은 상기 가이드부(162)에 삽입되어 상기 날개부들(150)에 풍력이 작용하면 상기 회전축(130)의 회전과 함께 상기 가이드부(162)를 따라 이동하면서 상기 날개축들(140)에 대한 상기 날개부들(150)의 상대 회전각도(φ)를 조절한다.

즉, 상기 풍력 발전 장치(100)는, 상기 풍향에 맞도록 상기 가이드체(161)가 회전함에 따라, 상기 날개부들(150) 중 상기 가이드부(162)의 산 부분(도 4 및 도 5의 (c) 상태에 대응)에 도달하는 날개부(150)가 상기 풍력에 의해 수직으로 세워 지면서 상기 산 부분(도 4 및 도 5의 (c) 상태에 대응)의 날개부(150)에 바람이 정면으로 부딪히도록 조절하게 된다. 물론, 여기서 상기 풍력 발전 장치(100)는, 상기 날개부들(150) 중 상기 가이드부(162)의 골 부분(도 4 및 도 5의 (a) 상태에 대응)에 도달하는 날개부(150)가 수평으로 눕게되면서 상기 골 부분(도 4 및 도 5의 (a) 상태에 대응)의 날개부(150)가 바람의 저항을 받지 않도록 조절한다.

다시 말해서, 도 1 내지 도 5를 참조하면, 상기 날개부(150)는, 상기 풍력 작용시 상기 가이드부(162)를 따라 이동하는 상기 롤링수단(165)의 동작에 의해, 상기 가이드부(162)의 골 부분(도 4 및 도 5의 (a) 상태에 대응)에서 산 부분(도 4 및 도 5의 (c) 상태에 대응)에 도달할 때까지는 상기 날개축(140)에 대해 정방향으로 90도 만큼 회전하면서 작용되는 바람의 저항이 점차로 증가되고, 상기 산 부분(도 4 및 도 5의 (c) 상태에 대응)에서 골 부분(도 4 및 도 5의 (a) 상태에 대응)에 도달할 때까지는 상기 날개축(140)에 대해 역방향으로 90도 만큼 복귀 회전하면서 작용되는 바람의 저항이 점차로 감소된다.

한편, 상기 롤링수단들(165)은, 상기 롤링축들(166)에 각각 상대 회전 가능하게 결합되어 있으며, 상기 가이드부(162) 사이의 마찰을 감소시키기 위하여, 상기 가이드부(162)에 회전 접촉하는 회전체들(167)을 포함한다. 상기 가이드부(162)가 상기와 같이 라인홈 형상인 경우, 상기 회전체들(167)은 상기 라인홈 내에 삽입된 상태에서 회전하면서 롤링 이동된다. 이러한 회전체들(167)는 롤러들로 구현 가능한데, 이외에도 회전 가능한 공지된 다양한 부재가 적용될 수 있다.

한편, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 롤링축(166)은, 상기 날개부(150)의 일측에서 상기 날개축(140)과 평행하도록 고정된다. 더 상세하게는, 상기 롤링축(166)은, 상기 날개부(150)를 형성하는 상기 세로프레임들(151) 중, 상기 회전축(130)에 가장 인접된 세로프레임(151)의 상면에 상기 날개축(140)과 평행을 이루도록 고정된다.

이때, 상기 롤링축(166)과 상기 날개축(140) 사이의 거리는 상기 가이드부(162)의 산과 골 사이의 진폭에 대응되어 결정된다. 즉, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 롤링축(166)과 상기 날개축(140) 사이의 거리가 클수록, 상기 가이드부(162)의 산과 골 사이의 진폭을 증가시켜야 한다. 상기 진폭이 클 경우, 상기 롤링축들(166)이 이동되는 거리가 증가하고 더 많은 풍력을 필요로 할 것이다.

한편, 상기 회전축(130)의 내부기어(131)에 치합되어 전기를 생산하는 상기 발전수단(170)은 상기 기어(171) 뿐만 아니라, 상기 기어(171)와 연결된 감속기어 및 증속기어, 상기 증속기어의 출력단에 연결되는 발전기를 구비할 수 있다. 상기 발전기는, 예를 들어 3개의 발전기를 순서대로 배치한 형태를 가지며, 회전센서를 통해 감지된 회전 속도가 낮은 경우에는 1개의 발전기만 사용하고, 속도가 증가할수록 2개에서 3개의 발전기로 늘려서 함께 동작시킴에 따라, 회전의 양에 비례하여 발전할 수 있도록 한다. 또한, 상기 발전수단(170)에는 정비 또는 수리시에 회전 속도를 제어할 수 있도록, 브레이크, 회전속도 조절장치 등이 구비될 수 있다. 또한, 상기 중심축(110)에는 사람이 오르내리는 계단(115)을 설치하고, 계단(115)의 상측에는 발전기의 점검이 가능하도록 발전기 점검장소(116)를 별도로 마련하는 것도 가능하다. 이러한 발전수단(170)은 기존에 공지된 다양한 수단이나 구정 중에 선택적으로 채용되어 사용될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능한 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전 장치의 사시도,

도 2는 도 1의 정단면도,

도 3은 도 2의 측단면도,

도 4는 도 1에서 풍향에 따른 날개부의 상태를 나타내는 평면도,

도 5는 도 4의 날개축들에 대한 날개부들의 상대 회전각도의 조절 상태를 나타내는 각각의 정면도,

도 6은 도 1의 가이드체의 펼침 상태를 나타내는 측면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 >

100: 풍력 발전 장치 110: 중심축

120: 풍향계 121: 몸체축

122: 지시체 130: 회전축

131: 내부기어 140: 날개축

150: 날개부 151: 세로프레임

152: 가로프레임 153: 날개판

160: 회전각도 조절수단 161: 가이드체

162: 가이드부 165: 롤링수단

166: 롤링축 167: 회전체

170: 발전수단

Claims

중심축;

상기 중심축에 상대 회전 가능하도록 결합되어, 바람이 불어오는 풍향을 지시하는 풍향계;

상기 중심축과 동축을 이루며, 상기 중심축에 상대 회전 가능하도록 결합된 회전축;

상기 회전축의 원주 방향을 따라 서로 이격되어 배열되며, 상기 회전축과 함께 회전하는 복수 개의 날개축들;

상기 날개축들의 원주 방향을 따라 상대 회전 가능하도록 결합된 날개부들; 및

상기 날개부들에 가해지는 풍력에 의하여 상기 회전축이 회전할 때, 상기 풍향에 대한 상기 날개축들의 사이각이 변화됨에 따라, 상기 날개축들에 결합된 상기 날개부들에 가해지는 풍력이 조절될 수 있도록 상기 날개축들에 대한 상기 날개부들의 상대 회전각도를 조절하는 회전각도 조절수단을 포함하고,

상기 회전각도 조절수단은,

상기 중심축의 둘레에 배치되되 상기 풍향계에 연결되어 상기 풍향계와 함께 회전하고, 한 주기의 산과 골이 상기 중심축을 기준으로 서로 마주보는 형태를 갖도록 외표면의 둘레를 따라 폐루프형의 가이드부를 형성하며, 상기 중심축에 대한 상기 산의 방향이 상기 풍향과 90도 어긋나도록 배치된 가이드체; 및

상기 날개부들의 일측에 고정되며, 상기 가이드부에 삽입되어 상기 날개부들에 풍력이 작용하면 상기 회전축의 회전과 함께 상기 가이드부를 따라 이동하면서 상기 날개축들에 대한 상기 날개부들의 상대 회전각도를 조절하는 롤링축들을 구비한 롤링수단들을 포함하며,

상기 풍향에 맞도록 상기 가이드체가 회전함에 따라, 상기 날개부들 중 상기 가이드부의 산 부분에 도달하는 날개부가 상기 풍력에 의해 수직으로 세워지면서 상기 산 부분의 날개부에 바람이 정면으로 부딪히도록 조절하는 풍력 발전 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 회전각도 조절수단은,

상기 풍향에 대한 상기 날개축들의 사이각이 제1설정각도 범위 내에 있으면, 상기 사이각이 증가함에 따라 상기 날개부들의 상대 회전각도를 수평 방향에 가깝도록 제어하고,

상기 풍향에 대한 상기 날개축들의 사이각이 제2설정각도 범위 내에 있으면, 상기 사이각이 증가함에 따라 상기 날개부들의 상대 회전각도를 수직 방향에 가깝도록 제어하는 풍력 발전 장치.
청구항 2에 있어서,

상기 제1설정각도 범위는 90도에서부터 270도까지이고, 상기 제2설정각도 범위는 270도에서부터 90도까지인 풍력 발전 장치.
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청구항 1에 있어서,

상기 날개부들 중 상기 가이드부의 골 부분에 도달하는 날개부가 수평으로 눕게되면서 상기 골 부분의 날개부가 바람의 저항을 받지 않도록 조절하는 풍력 발전 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 날개부는,

상기 풍력 작용시 상기 가이드부를 따라 이동하는 상기 롤링수단의 동작에 의해, 상기 가이드부의 골 부분에서 산 부분에 도달할 때까지는 상기 날개축에 대해 정방향으로 90도 만큼 회전하면서 작용되는 바람의 저항이 점차로 증가되고, 상기 산 부분에서 골 부분에 도달할 때까지는 상기 날개축에 대해 역방향으로 90도 만큼 복귀 회전하면서 작용되는 바람의 저항이 점차로 감소되는 풍력 발전 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 롤링수단들은,

상기 롤링축들에 각각 상대 회전 가능하게 결합되어 있으며, 상기 가이드부 사이의 마찰을 감소시키기 위하여, 상기 가이드부에 회전 접촉하는 회전체들을 포함하는 풍력 발전 장치.
청구항 7에 있어서, 상기 가이드부는,

상기 가이드체의 외표면 상에 형성되어 있는 라인홈이며,

상기 회전체들은 롤러들인 풍력 발전 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 롤링축은,

상기 날개부의 일측에서 상기 날개축과 평행하도록 고정되고,

상기 롤링축과 상기 날개축 사이의 거리는 상기 가이드부의 산과 골 사이의 진폭에 대응되어 결정되는 풍력 발전 장치.
청구항 9에 있어서, 상기 날개부는,

상기 날개축의 둘레에 회전 가능하도록 결합되되, 상기 날개축의 길이방향을 따라 상기 날개축과 교차되도록 결합된 복수 개의 세로프레임들;

상기 세로프레임들의 길이 방향을 따라 상기 세로프레임들과 교차되도록 결합된 복수 개의 가로 프레임들; 및

상기 가로프레임들과 세로프레임들의 상부에 배치되어 고정되고, 상기 바람의 저항을 받는 날개판을 포함하며,

상기 롤링축은,

상기 날개부를 형성하는 상기 세로프레임들 중, 상기 회전축에 가장 인접된 세로프레임의 상면에 상기 날개축과 평행을 이루도록 고정되는 풍력 발전 장치.
청구항 1 내지 청구항 3, 청구항 5 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전축은,

상기 회전축의 회전시 발전수단의 기어에 치합되어 전기를 생산하도록 내주면을 따라 내부기어를 형성한 풍력 발전 장치.