KR101187780B1 - 날개 형상 가변이 가능한 수직축 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 수직축 풍력발전기는, 바람의 풍속 변화에 따라 날개판의 곡률이 가변되거나, 날개판의 회전 방향으로의 길이가 가변될 수 있도록 구성됨으로써 바람이 기준 범위를 벗어나지 않은 정상 상태는 물론, 이보다 바람이 약할 때나 강할 때에도 지속적이고 안정적인 풍력 발전이 가능해지고, 이에 따라 풍력 발전의 효율 향상을 기대할 수 있는 효과를 제공한다.

풍력, 날개, 곡률, 길이, 수직, 발전, 슬라이딩

Description

날개 형상 가변이 가능한 수직축 풍력발전기{Vertical axis wind turbines with variable blades}

본 발명은 풍력 발전에 사용되는 수직축 풍력발전기의 날개 구조에 관한 것이다.

수직축 풍력발전기는 수직으로 세워진 축에 나란한 방향으로 다수개의 날개판이 구비되어 바람의 방향에 관계없이 풍력 발전이 이루어질 수 있도록 구성된 발전기이다.

도면을 참고하여 수직축 풍력발전기에 대하여 살펴본다.

도 1은 수직축 풍력발전기를 보인 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 평면도이며, 도 3은 도 1에 종래 수직축 풍력발전기의 날개를 보인 사시도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 종래 수직축 풍력발전기는, 베이스(12)에 수직으로 세워진 회전축(11)에 지지대(13)들이 수평 방향으로 방사형 구조로 연결되고, 지지대(13)의 끝단에 다수의 날개판(15)들이 구비된 구성으로 이루어진다.

특히 날개판(15)은 에어포일 형상으로 이루어져서 바람이 불게 되면, 유동 저항에 의해 회전할 수 있도록 구성된다.

그러나, 상기한 바와 같은 수직축 풍력발전기는, 날개판(15)의 곡률 또는 크기 등을 변화시킬 수 없도록 구성되기 때문에 풍속이 낮을 경우에는 초기 기동이 불가능하여 풍력발전이 이루어지지 않고, 반대로 풍속이 너무 높을 경우에는 지나치게 고속으로 회전하기 때문에 구조적으로 불안정해질 수 있는 문제가 있다. 따라서 종래 수직축 풍력발전기는 풍속 변화에 적절하게 대응하면서 지속적이고 안정적인 풍력 발전을 실현하는데 한계가 있는 문제점이 있다.

이상 설명한 배경기술의 내용은 이 건 출원의 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 바람의 세기에 따라 날개판의 곡률 또는 길이를 적절하게 변화시킬 수 있도록 구성함으로써 바람이 약할 때나 강할 때에도 지속적이고 안정적인 풍력 발전이 가능하도록 하여 풍력 발전 효율 향상을 도모할 수 있는 수직축 풍력발전기를 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 수직축 풍력발전기는, 수직으로 배치되는 회전축과, 상기 회전축의 둘레에 방사형 구조로 배치된 복수의 지지대와, 상기 각 지지대의 끝단에 상기 회전축과 나란한 방향으로 길게 설치되는 날개판들을 포함하는 수직축 풍력발전기에 있어서, 상기 날개판은, 상기 지지대에 연결된 지지 날개와, 이 지지 날개와 분할된 하나 또는 복수의 가변 날개와, 상기 지지 날개와 가변 날개를 연결하는 연결 부재를 포함하여 구성되되, 상기 가변 날개는 날개판의 회전 방향에 대하여 지지 날개를 중심으로 안쪽 방향 또는 바깥쪽 방향 중 적어도 어느 한쪽 방향으로 회전할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 가변 날개는 날개판의 회전 방향으로 앞쪽 부분에 구성되거나, 뒤쪽 부분에 구성되거나, 앞쪽 부분과 뒤쪽 부분에 모두 구성될 수 있다.

상기 지지 날개와 가변 날개가 분할되어 마주하는 면은, 지지 날개의 내측 방향으로 볼록한 형상으로 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 연결 부재는 상기 지지 날개와 가변 날개 사이의 이격 거리를 가변시킬 수 있도록 구성될 수 있다.

상기 지지 날개와 가변 날개 사이에는 틈새 방지부재가 구비되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 틈새 방지부재는 지지 날개와 가변 날개 사이에서 슬라이딩되면서 틈새가 발생하는 것을 방지하는 슬라이딩 플레이트로 구성될 수 있다. 상기 슬라이딩 플레이트는 상기 지지 날개와 가변 날개 중 어느 한쪽에 회전 가능하게 연결된 상태에서 상대 날개 쪽으로 연장되어 상대 날개에 대하여 슬라이딩 가능하게 구성되는 것이 바람직하다.

상기 날개판에는 상기 지지 날개에 대하여 가변 날개를 회전시키는 회전가변 구동기구가 구비되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 회전가변 구동기구는, 상기 지지 날개 측에 구비되어 회전력을 전달 또는 발생시키는 제1회전체와, 상기 가변 날개 측에 구비되어 상기 제1회전체에서 전달된 회전력에 의해 회전하면서 가변 날개를 회전시키는 제2회전체와, 제1회전체와 제2회전체 사이에 연결되어 제1회전체의 회전력을 전달하는 회전력 전달체를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서 상기 제1회전체는 상기 회전축 쪽에서 전달된 구동력에 의해 회전할 수 있도록 구성될 수도 있다.

상기 제1회전체는 상기 지지 날개에 상대 회전이 가능하도록 설치되는 제1축 및 이 제1축에 구비된 제1풀리 또는 제1스프로킷으로 구성되고, 상기 제2회전체는 상기 가변 날개에 회전 방향으로 상호 구속되게 설치되는 제2축 및 이 제2축에 구비되는 제2풀리 또는 제2스프로킷으로 구성되며, 상기 회전력 전달체는 상기 제1풀리와 제2풀리 사이에 연결된 벨트 또는, 제1스프로킷과 제2스프로킷 사이에 연결된 체인으로 구성될 수 있다.

상기 제2회전체는 상기 가변 날개에 회전 방향으로는 상호 구속되게 연결되되, 지지 날개 쪽으로는 일정 정도 축이동이 가능하도록 구성되며, 이 축이동 가능 부분에는 탄성부재가 설치되어 가변 날개가 지지 날개에 밀착되는 방향으로 탄성력을 제공할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 회전가변 구동기구는 상기 지지 날개와 가변 날개의 안쪽과 바깥쪽 부분에 설치된 복수개의 액추에이터의 상대 길이 조절을 이용하여 가변 날개를 회전시킬 수 있도록 구성되는 것도 가능하다.

상기 각 액추에이터는 상기 지지 날개 측에 구비된 구동력 발생부와, 이 구동력 발생부에서 상기 가변 날개에 연결되어 길이가 가변되는 구동 부재로 구성되고, 이때 상기 구동 부재는 로드 또는 플레이트 구조로 이루어질 수 있다.

상기 회전가변 구동기구는, 제어부에 의해 제어되도록 구성되고, 상기 제어부는 풍속이 기준 범위보다 낮으면, 상기 날개판의 바깥쪽 곡률이 상대적으로 커지도록 가변 날개가 안쪽 방향으로 회전하도록 제어하고, 풍속이 기준 범위보다 높아지면, 상기 날개판의 바깥쪽 곡률이 상대적으로 작아지도록 가변 날개가 바깥쪽 방향으로 회전하도록 제어할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 날개판에는 상기 지지 날개에 대하여 가변 날개의 이격 거리를 변화시키는 길이가변 구동기구가 구비될 수 있다. 이때, 길이가변 구동기구는 상기 연결 부재의 길이를 가변시키는 액추에이터로 구성될 수 있다.

상기 길이가변 구동기구는, 제어부에 의해 제어되도록 구성되고, 상기 제어부는 풍속이 기준 범위보다 낮으면, 상기 길이가변 구동기구를 제어하여 상기 날개판의 길이가 상대적으로 커지도록 제어하고, 풍속이 기준 범위보다 높으면, 상기 길이가변 구동기구를 제어하여 상기 날개판의 길이가 상대적으로 작아지도록 제어하도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 수직축 풍력발전기는, 수직으로 배치되는 회전축과, 상기 회전축의 둘레에 방사형 구조로 배치된 복수의 지지대와, 상기 각 지지대의 끝단에 상기 회전축과 나란한 방향으로 길게 설치되는 날개판을 포함하는 수직축 풍력발전기에 있어서, 상기 날개판은, 상기 지지대에 연결된 지지 날개와, 이 지지 날개와 분할된 하나 또는 복수의 가변 날개와, 상기 지지 날개와 가변 날개를 연결하는 연결 부재를 포함하여 구성되되, 상기 가변 날개와 지지 날개 사이의 이격 거리를 가변시켜 날개판의 크기를 변화시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하여 가능하게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명의 주요한 과제 해결 수단들은, 아래에서 설명될 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용', 또는 첨부된 '도면' 등의 예시를 통해 보다 구체적이고 명확하게 설명될 것이며, 이때 상기한 바와 같은 주요한 과제 해결 수 단 외에도, 본 발명에 따른 다양한 과제 해결 수단들이 추가로 제시되어 설명될 것이다.

본 발명에 따른 수직축 풍력발전기는, 바람의 세기 즉, 풍속 변화에 따라 날개판의 곡률이 가변되거나, 날개판의 회전 방향으로의 길이가 가변될 수 있도록 구성되기 때문에 바람이 기준 범위를 벗어나지 않은 정상 상태는 물론, 이보다 바람이 약할 때나 강할 때에도 지속적이고 안정적인 풍력 발전이 가능해지고, 이에 따라 풍력 발전 효율 향상을 기대할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 날개판의 곡률 변화시나, 크기 가변시에 발생할 수 있는 틈새를 방지할 수 있도록 구성되기 때문에 날개판에서 발생할 수 있는 유동 저항을 최소화한 상태에서 원활한 회전력을 확보하여 풍력 발전이 가능하도록 하는 효과도 있다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 여러 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 유사한 구성 부분에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 가능하면 반복 설명은 생략한다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직축 풍력발전기를 보인 사시도, 도 5는 도 4의 평면도, 도 6은 도 4에 도시된 수직축 풍력발전기의 날개를 보인 사시도이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 수직축 풍력발전기는, 수직으로 배치되는 회전축(20)과, 이 회전축(20)의 둘레에 방사형 구조로 배치된 복수의 지지대(30)와, 각 지지대(30)의 끝단에 상기 회전축(20)과 나란한 방향으로 상하 방향으로 길게 설치되는 날개판(40)으로 구성된다.

상기 회전축(20)은 베이스(25)에 회전 가능하게 지지되며, 베이스(25)에는 회전축(20)이 회전함에 따라 풍력 발전이 가능하도록 하는 전기발전모듈이 설치되어 구성될 수 있다.

상기 지지대(30)는 날개판(40)은 회전축(20)에 지지하기 위한 것으로서, 개수 및 모양은 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. 다만, 본 발명에서는 날개판(40)의 일부를 회전시키거나 길이를 가변시키도록 구성되므로 지지대(30) 내부에 회전가변 구동기구 또는 길이가변 구동기구의 일부 구성이 내재되도록 구성될 수 있다. 회전가변 구동기구와 길이가변 구동기구는 아래의 실시예를 설명할 때 자세히 설명한다.

상기 날개판(40)은 상기 지지대(30)에 연결된 지지 날개(41)와, 이 지지 날개(41)와 분할된 앞쪽 및 뒤쪽 가변 날개(43, 45)와, 지지 날개(41)와 가변 날개(43, 45)를 연결하는 연결 부재(미도시 됨)로 구성된다.

본 실시예에서는 날개판(40)이 3개로 구성된 실시예를 예시하였으나, 2개 또 는 4개, 그 이상의 개수로 날개판(40)을 구성하는 것도 가능하다. 이하 다수 개의 날개판(40)들 전체 구성을 회전 날개라 한다.

각 날개판(40)의 구성에 대하여 자세히 설명한다.

상기 앞쪽 및 뒤쪽의 가변 날개(43, 45)는 날개판(40)의 회전 방향에 대하여 지지 날개(41)를 중심으로 안쪽 방향 또는 바깥쪽 방향으로 회전할 수 있도록 구성된다.

날개판(40)의 회전 방향으로 앞쪽 가변 날개(43) 또는 뒤쪽 가변 날개(45)의 회전 구조에 대해서는 도 7 내지 도 14에 예시된 본 발명의 제2 및 제3실시예를 통해 자세히 설명하다.

다만, 도 4 내지 도 6에 도시된 실시예에서는, 앞쪽 가변 날개(43)와 뒤쪽 가변 날개(45)가 모두 회전하는 구조에 대하여 예시하고 있으나, 실시 조건에 따라서는 도 7 내지 도 10에서와 같이 앞쪽 가변 날개(43)만 회전하도록 구성하거나, 도 11 내지 도 14에서와 같이 뒤쪽 가변 날개(45)만 회전하도록 구성하는 것도 가능하다.

또한, 앞쪽 또는 뒤쪽 가변 날개(43, 45)가 지지 날개(41)에 대하여 도 6에서와 같이 안쪽 방향 또는 바깥쪽 방향으로 모두 회전할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하나, 필요에 따라서는 날개판(40)의 안쪽 방향으로만 회전하거나 바깥쪽 방향으로만 회전하게 구성하는 것도 가능하다.

이와 같이 구성되는 각각의 날개판(40)은 안쪽면과 바깥쪽면이 유선형 구조를 갖는 에어포일 형상으로 이루어지는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것 은 아니고 풍력에 의해 회전할 수 있는 날개 구조이면 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.

그리고, 지지 날개(41)를 중심으로 앞쪽 가변 날개(43) 또는 뒤쪽 가변 날개(45)로 분할된 부분 즉, 지지 날개(41)와 가변 날개(43, 45)가 분할되어 마주하는 면은, 가변 날개(43, 45)들의 움직임이 원활하게 이루어질 수 있도록 지지 날개(41)의 내측 방향으로 볼록한 형상으로 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 도 5를 참조하면, 앞쪽 가변 날개(43)와 뒤쪽 가변 날개(45)는 지지 날개(41)와 마주하는 면(43a, 45a)이 모두 볼록하게 형성되고, 이에 대응되는 지지 날개(41)는 앞쪽면(41a)과 뒤쪽면(41b)이 모두 오목하게 형성될 수 있는 것이다.

한편, 상기 앞쪽 가변 날개(43) 또는 뒤쪽 가변 날개(45)는 지지 날개(41)와 연결 부재를 통해 연결된 상태에서 회전하도록 구성되는데, 이러한 연결 부재의 구성은, 아래의 여러 실시예들을 통하여 자세히 설명하기로 하고, 본 실시예에서는 설명을 생략한다.

또한, 상기 앞쪽 가변 날개(43) 또는 뒤쪽 가변 날개(45)가 상기 지지 날개(41)로부터 회전하게 되면, 그 사이에 틈새가 발생하게 되는바, 이러한 틈새를 방지하기 위해 지지 날개(41)와 가변 날개(43, 45) 사이에는 틈새 방지부재가 구비될 수 있는데, 틈새 방지부재의 구성에 대해서도 아래에서 설명된 여러 실시예들을 통해서 자세히 설명한다.

상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예에서, 앞쪽 가변 날개(43) 또는 뒤쪽 가 변 날개(45)는 회전가변 구동기구에 의해 안쪽 방향 또는 바깥쪽 방향으로 회전되도록 조절되는데, 회전가변 구동기구의 구성 역시 아래에서 설명될 실시예들을 통해서 설명한다.

다만, 상기 회전가변 구동기구는 제어부에 의해 제어되도록 구성될 수 있는데, 제어부는 본 발명의 풍력발전기가 설치된 주변의 풍속이 입력되면, 이 풍속에 따라 가변 날개(43, 45)의 회전 위치를 제어할 수 있도록 구성된다.

즉, 풍속이 기준 범위를 벗어나지 않으면, 앞쪽 가변 날개(43) 또는 뒤쪽 가변 날개(45)를 도 5에서와 같이 정상 상태로 유지한다. 이러한 상태에서 풍속이 기준 범위보다 낮으면, 상기 날개판(40)의 바깥쪽 곡률이 상대적으로 커지도록 앞쪽 가변 날개(43) 또는 뒤쪽 가변 날개(45)가 안쪽 방향으로 회전하도록 제어한다. 이때 앞쪽 가변 날개(43) 또는 뒤쪽 가변 날개(45)의 회전 범위는, 기 설정된 풍속에 따른 제어 테이블에 의해 제어되도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 주변 풍속이 기준 범위보다 높아지면, 상기 날개판(40)의 바깥쪽 곡률이 상대적으로 작아지도록 앞쪽 가변 날개(43) 또는 뒤쪽 가변 날개(45)가 바깥쪽 방향으로 회전하도록 제어한다. 이때에도 앞쪽 가변 날개(43) 또는 뒤쪽 가변 날개(45)의 회전 범위는 기 설정된 풍속에 따른 제어 테이블에 의해 제어되도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기에서 가변 날개(43, 45)를 날개 회전 방향에 대하여 안쪽 또는 바깥쪽으로 회전시켜 날개의 곡률을 변화시키는 이유는, 날개판(40)은 안쪽면과 바깥쪽면의 곡률 차이에 의해 바깥쪽 면에 양력이 발생하면서 회전하게 되는데, 날개판의 전체 또는 일부의 곡률을 변화시킴으로써 풍속이 날개판(40)에 미치는 영향을 변화시켜 적절한 범위의 회전력으로 전체 회전 날개의 날개판(40)을 회전시키면서 전기를 발생시키도록 하기 위한 것이다. 따라서 풍속이 저속일 때는 날개판(40)의 곡률을 크게 함으로써 양력 발생이 커지게 하여, 회전 날개의 회전 속도를 더 높일 수 있고, 반대로 풍속이 고속일 때는 날개판(40)의 곡률을 작게 함으로써 양력 발생을 작게 하여, 회전 날개의 회전 속도를 상대적으로 낮출 수 있게 된다.

결국, 날개판(40)의 가변 날개(43, 45)의 회전 각도를 조절함으로 인하여 풍속에 대한 회전 날개의 회전 속도를 풍력 발전이 가능한 적절한 범위 내로 조절할 수 있게 되어 풍력 발전 효율을 높일 수 있게 되는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 제1실시예에서는 날개판(40)의 앞쪽과 뒤쪽에 가변 날개(43, 45)가 모두 설치된 실시예를 설명하였으나, 도 7 내지 도 14에 예시된 실시예에서는 날개판(40)의 앞쪽 또는 뒤쪽 중 어느 한쪽에만 가변 날개(43)(45)가 설치된 구성을 보여준다.

먼저 도 7 내지 도 10은 가변 날개(43)가 앞쪽에만 설치된 구성을 보여준다.

도 7 내지 도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 수직축 풍력발전기의 날개를 보인 사시도로서, 도 7은 가변 날개(43)의 작동 상태를 보인 도면, 도 8은 정상 풍속에서의 가변 날개(43) 작동 상태도, 도 9는 저속 풍속에서의 가변 날개(43) 작동 상태도, 도 10은 고속 풍속에서의 가변 날개(43) 작동 상태도이다.

이들 도면에 예시된 바와 같이, 지지 날개(41)를 중심으로 날개판(40)의 회 전 방향으로 앞쪽 부분에 가변 날개(43)가 구성된다.

본 실시예에서는, 앞쪽 날개 부분의 곡률을 변화시켜 풍속에 따른 전체 날개의 곡률을 변화시킬 수 있도록 구성된다. 물론, 도 7 등에서는 앞쪽 가변 날개(43)의 가변 상태를 과도하게 표현하였으나, 실제 앞쪽 가변 날개(43)는 지지 날개(41)를 중심으로 극히 미세한 범위에서 날개의 안쪽 또는 바깥쪽으로 회전하면서 날개판(40)의 곡률을 변화시키도록 구성된다.

풍속이 기준 범위를 벗어나지 않을 때는, 도 8에서와 같이 앞쪽 가변 날개(43)가 회전하지 않고, 앞쪽 가변 날개(43)와 지지 날개(41)가 서로 맞붙은 상태( 정상 상태)에서 바람에 영향을 받으면서 회전하게 된다.

풍속이 기준 범위보다 약할 때에는, 도 9에서와 같이 앞쪽 가변 날개(43)를 안쪽 방향으로 회전시키게 되면, 날개판(40)의 바깥쪽 곡률이 커지게 되면서 바람에 대한 반응이 커지면서 약한 바람에도 회전 날개가 원활하게 회전할 수 있게 된다.

풍속이 기준 범위보다 강할 때에는, 도 10에서와 같이 앞쪽 가변 날개(43)를 바깥쪽으로 회전시키게 되면, 날개판(40)의 바깥쪽 곡률이 작아지게 되면서 바람에 대한 반응이 작아지게 되어, 강한 바람에도 회전 날개의 회전은 상대적으로 느린 속도로 안정적으로 회전하게 된다.

결국, 전술한 실시예에서도 설명한 바와 같이, 상대적으로 약한 바람과 강한 바람에서도 풍력발전기의 회전 날개가 어느 정도 일정한 회속 속도 범위에서 회전하게 됨에 따라 지속적이고 안정적인 풍력 발전이 가능해지게 된다.

다음, 도 11 내지 도 14는 가변 날개(43, 45)가 뒤쪽에만 설치된 구성을 보여준다.

도 11 내지 도 14는 본 발명의 제3실시예에 따른 수직축 풍력발전기의 날개를 보인 사시도로서, 도 11은 가변 날개(45)의 작동 상태를 보인 도면, 도 12는 정상 풍속에서의 가변 날개(45) 작동 상태도, 도 13은 저속 풍속에서의 가변 날개(45) 작동 상태도, 도 14는 고속 풍속에서의 가변 날개(45) 작동 상태도이다.

이들 도면에 예시된 바와 같이, 지지 날개(41)를 중심으로 날개판(40)의 회전 방향으로 뒤쪽 부분에 가변 날개(45)가 구성된다.

본 실시예에서는, 날개판(40)의 뒤쪽 분의 곡률을 변화시켜 풍속에 따른 전체 날개의 곡률을 변화시킬 수 있도록 구성된다.

이와 같은 본 실시예에서, 기준 범위 내의 풍속으로 바람이 불 때는, 도 12에서와 같이 뒤쪽 가변 날개(45)가 회전하지 않고, 뒤쪽 가변 날개(45)와 지지 날개(41)가 서로 맞붙은 상태(정상 상태)에서 바람에 영향을 받으면서 회전하게 된다.

하지만, 풍속이 기준 범위보다 약할 때에는, 도 13에서와 같이 뒤쪽 가변 날개(45)를 안쪽 방향으로 회전시키게 되면, 날개판(40)의 바깥쪽 곡률이 커지게 되면서 바람에 대한 반응을 최대화시켜 약한 바람에도 회전 날개가 원활하게 회전할 수 있게 된다.

반대로, 풍속이 기준 범위보다 강할 때에는, 도 14에서와 같이 뒤쪽 가변 날 개(45)를 바깥쪽으로 회전시키게 되면, 날개판(40)의 바깥쪽 곡률이 작아지게 되면서 바람에 대한 반응이 줄어들게 되어 강한 바람에도 회전 날개의 회전은 상대적으로 느린 속도로 안정적으로 회전하게 된다.

결국, 본 실시예에서도, 상대적으로 약한 바람과 강한 바람에서도 풍력발전기의 회전 날개가 어느 정도 일정한 회속 속도 범위에서 안정적으로 회전하게 됨에 따라 지속적이고 안정적인 풍력 발전이 가능해지게 된다.

이하 도 15 내지 도 22를 참조하여, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 수직축 풍력발전기의 가변 날개(43, 45)를 회전 구동시킬 수 있는 회전가변 구동기구의 여러 실시예의 구성에 대하여 설명한다.

도 15는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 적용된 가변 날개의 구동 구조를 보인 제1실시예의 사시도, 도 16은 도 15의 평면도, 도 17은 주요부 평면 구성도, 도 18 및 도 19는 도 17에 도시된 가변 날개의 작동 상태를 보인 주요부 평면 구성도이다.

본 실시시예를 설명함에 있어서, 가변 날개(43, 45)의 구동 구조는 앞쪽 가변 날개(43)와 뒤쪽 가변 날개(45)가 모두 구성된 제1실시예의 구성을 중심으로 설명한다. 하지만 가변 날개(43, 45)가 앞쪽 또는 뒤쪽에만 구성된 경우에도 본 실시예를 통해서 용이하게 실시 가능하므로, 별도의 도면 예시 및 그에 대한 설명은 생략한다.

가변 날개(43, 45)의 구동 구조는, 상기 지지 날개(41)에 대하여 가변 날개(43, 45)를 회전시키는 회전가변 구동기구에 의해 이루어진다.

회전가변 구동기구는, 도 15를 참조하면, 지지 날개(41) 측에 구비되어 회전력을 전달 또는 발생시키는 제1회전체(51, 52)와, 가변 날개(43, 45) 측에 구비되어 상기 제1회전체(51, 52)에서 전달된 회전력에 의해 회전하면서 가변 날개(43, 45)를 회전시키는 제2회전체(53, 54)와, 제1회전체(51, 52)와 제2회전체(53, 54) 사이에 연결되어 제1회전체(51, 52)의 회전력을 전달하는 회전력 전달체(55, 56)로 이루어진다.

여기서, 제1회전체(51, 52)는 상기 회전축(20) 쪽에서 전달된 구동력에 의해 회전할 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 회전축(20) 쪽에 구비된 구동 모터(61, 62)와, 이 구동 모터(61, 62)에 의해 회전하는 구동축(63, 64), 이 구동축(63, 64) 또는 이 구동축에 구비된 풀리에서 제1회전체(51, 52)로 구동력을 전달하는 벨트 또는 체인과 같은 구동력 전달체(65, 66)로 이루어질 수 있다.

이때 상기 구동 모터(61, 62)는 상기 회전축(20) 내에 고정되므로 회전축과 함께 회전하도록 구성되고, 이 구동 모터(61, 62)에 연결된 구동축(63, 64) 또는 풀리 등은 회전축(20)에 대하여 상대 회전이 가능하도록 설치된다.

물론, 구동 모터(61, 62) 대신에 회전축(20) 또는 풀리를 회전 운동 시킬 수 있는 공지의 구동 액추에이터 등을 이용하여 구성하는 것도 가능하다. 즉, 공압 또는 유압을 이용하여 구동축(63, 64)의 회전력을 발생시키거나, 회전 운동이 아닌 직선 운동을 회전 운동으로 변환시키는 기구들을 채용하여 구성하는 것도 가능하 다.

또한, 도 15에서는 앞쪽 가변 날개(43)를 회전시키는 회전가변 구동기구와 뒤쪽 가변 날개(45)를 회전시키는 회전가변 구동기구가 별도로 구성된 실시예를 예시하였다. 이러한 구성을 통해, 가변 날개(43, 45)가 앞쪽에만 구성되거나, 뒤쪽에만 구성된 경우에 용이하게 변경하여 적용할 수 있을 것이다. 또한 본 실시예에서는 각각 가변 날개(43, 45)로 동력을 전달하는 각 구동력 전달체(65, 66)가 하나씩의 지지대(30)를 통해서 연결된 구조를 예시하였으나, 지지대(30)를 상하로 4개 이상 구성할 경우에 각 구동축(63, 64)과 제1회전체(51, 52) 사이에 상하 각각 두 개 이상의 구동력 전달체(65, 66)를 연결하여 보다 안정적인 동력 전달 구조를 확보하는 것도 가능하다.

또한, 본 실시예에서는, 회전축(20) 쪽에 구동 모터(61, 62) 등이 구비된 구성을 예시하였으나, 동일한 방식으로 지지 날개(41) 내에 구동 모터 등을 구비하여, 가변 날개(43, 45)를 회전시키도록 구성하는 것도 가능하다. 이때 구동 모터는 제1회전체(51, 52)를 바로 회전시킬 수 있도록 구성된다.

한편, 도면에서 각각의 축을 회전 가능하게 지지하는 구조물인 베어링 등은 표시는 도면의 복잡성 등을 고려하여 편의상 생략하였다.

또한, 상기에서 구동력 전달체(65, 66) 및 회전력 전달체(55, 56)가 벨트인 경우에는, 상기 제1회전체(51, 52)는 상기 지지 날개(41)에 상대 회전이 가능하도록 설치되는 제1축 및 이 제1축에 구비된 제1풀리로 각각 구성되고, 상기 제2회전체(53, 54)는 각 가변 날개(43, 45)에 회전 방향으로 상호 구속되게 설치되는 제2 축 및 이 제2축에 구비되는 제2풀리로 구성된다. 이때 도면에서와 같이 풀리는 생략하고 제1축 및 제2축에 바로 벨트를 연결하여 구성하는 것도 가능하다.

전달체가 체인인 경우에는, 풀리 대신에 제1축에 제1스프로킷이 구성되고, 제2축에 제2스프로킷이 구비된 구성으로 이루어진다.

이제, 도 17 내지 도 19를 참조하여, 가변 날개 쪽의 구동 구조 및 틈새 방지부재에 대하여 설명한다. 참고로 도 17 내지 도 19에서는, 앞쪽 가변 날개(43)만을 예시하여 설명한다. 뒤쪽 가변 날개(45)에도 동일하게 적용될 수 있으므로 뒤쪽 가변 날개(45) 쪽의 구동 구조 등에 대한 도면 예시 및 그에 대한 설명은 생략하고, 앞쪽 가변 날개(43) 쪽을 중심으로 설명한다.

이들 도면에 예시된 바와 같이, 앞쪽 가변 날개(43) 쪽의 제2회전체(53)(또는 풀리 또는 스프로켓)에 지지 날개(41) 쪽으로부터 벨트(또는 체인)와 같은 회전력 전달체(55)가 연결된다.

이때 제2회전체(53)는 상기 앞쪽 가변 날개(43)에 회전 방향으로는 상호 구속되게 연결되면서 지지 날개(41) 쪽으로 일정 정도 축이동이 가능하도록 구성된다. 이러한 구성을 위해 앞쪽 가변 날개(43)에는 날개판(40)의 전후 길이 방향으로 가이드 슬롯(43s)이 형성되고, 이 가이드 슬롯(43s)에 제2회전체(53)에 고정된 이동블록(53a)이 설치된다. 이동블록(53a)은 가이드 슬롯(43s) 내에 설치된 탄성부재(57)에 의해 탄성력을 제공받도록 이루어진다.

이와 같은 구성에 의해, 도 17에서와 같이, 앞쪽 가변 날개(43)가 회전하지 않은 정상 상태일 때는, 탄성부재(57)가 이동블럭(53a)을 도면에서 상측 방향으로 밀고, 앞쪽 가변 날개(43)는 도면에서 하측 방향으로 밀게 되므로, 앞쪽 가변 날개(43)는 지지 날개(41) 쪽에 밀착된 상태가 유지된다.

도 18에서와 같이, 벨트가 작동하여 제2회전체(53)를 시계방향으로 회전시키게 되면, 이 제2회전체(53)에 고정된 이동블록(53a)도 함께 회전하게 되는데, 이 이동블록(53a)이 앞쪽 가변 날개(43)의 가이드 슬롯(43s)에 회전 방향으로 구속되게 연결되어 있으므로 앞쪽 가변 날개(43)도 시계 방향으로 함께 회전하게 된다. 이때 앞쪽 가변 날개(43)가 회전함에 따라 제2회전체(53)의 회전 중심이 지지 날개(41)로부터 멀어질 수 있으나, 이는 이동블록(53a)이 탄성부재(57)를 압축하면서 가이드 슬롯(43s)을 따라 지지 날개(41) 쪽으로 상대 이동하게 됨으로써 제2회전체(53)는 제1회전체(51; 도 16 참조)로부터 거리는 일정하게 유지되면서 회전력을 전달할 수 있게 된다.

도 19는 도 18을 예시하여 설명하였던 작동과 반대로 구현된 상태의 도면으로서, 벨트가 작동하여 제2회전체(53)를 반시계 방향으로 회전시킬 때 작동 상태를 보여준다. 도 18을 예시하여 설명하였던 내용과 방향만 반대일 뿐 동일하게 작동되므로, 반복 설명은 생략한다.

한편, 상기와 같이 제2회전체(53)의 이동을 위한 이동블록(53a), 가이드 슬롯(43s), 탄성부재(57)의 구성은 회전력 전달체(55)로 체인을 사용하거나 비탄성 벨트를 사용할 경우에 이용될 수 있다. 만약 회전력 전달체(55)를 탄성력 있는 소재(예를 들면 신축력을 갖는 벨트 등)로 이용하게 되면, 가변 날개(43)의 움직임에 따라 제2회전체(53)의 중심이 이동하면 그에 따라 신축력을 갖는 회전력 전달체가 신축된 상태에서 동력을 전달할 수 있게 된다.

다음, 도 17 내지 도 19에서는, 위에서 언급하였던 지지 날개(41)와 가변 날개(43) 사이에 설치되는 틈새 방지부재의 일 실시예의 구성이 예시되어 있다.

도 17 내지 도 19에 예시된 틈새 방지부재는, (앞쪽) 가변 날개(43)가 회전할 때 지지 날개(41)와 가변 날개(43) 사이에서 슬라이딩 플레이트(71)가 슬라이딩되면서 가변 날개(43, 45)와 지지 날개(41) 사이에서 발생할 수 있는 틈새를 방지할 수 있도록 구성된다.

이러한 구성을 위해, 틈새 방지부재는, 슬라이딩 플레이트(71)가 지지 날개(41)의 끝단 모서리 쪽에 힌지 기구(이하 '힌지부'라 함)(73) 등을 통해 회전 가능하게 연결된 상태에서 가변 날개(43) 쪽에 삽입된 구조로 이루어진다. 물론, 가변 날개(43)에는 상기 슬라이딩 플레이트(71)가 삽입되는 삽입부(44)가 구성되는 것이 바람직하다. 그리고, 슬라이딩 플레이트(71)는 날개의 곡률에 따라 어느 정도 굽힘이 가능한 연성의 판재로 구성되는 것이 바람직하다.

따라서, 도 17에서와 같이 정상 상태에서는 좌우 슬라이딩 플레이트(71)가 가변 날개(43)의 삽입부(44) 쪽에 모두 삽입된 상태로 있다가, 도 18에서와 같이 가변 날개(43)가 시계 방향으로 회전하게 되면 우측 슬라이딩 플레이트(71)는 가변 날개(43)의 삽입부(44)에 그대로 삽입된 상태에서 지지 날개(41)에 연결된 힌지부(73)를 중심으로 회전하고, 좌측 슬라이딩 플레이트(71)는 가변 날개(43)가 회전하면서 멀어짐에 따라 삽입부(44)에서 빠져나오면서 가변 날개(43)와 지지 날개(41) 사이의 틈새를 막아주게 된다. 가변 날개(43)가 도 19에서와 같이 반시계 방향으로 회전하는 경우도 슬라이딩 플레이트(71)가 동일한 원리로 가변 날개(43)와 지지 날개(41) 사이의 틈새를 막아준다.

상기와 같이 구성된 틈새 방지부재는, 가변 날개(43)와 지지 날개(41) 사이에서 틈새 발생을 방지하여, 날개판 회전시에 발생할 수 있는 유동 저항을 최소화시켜 준다.

도 20은 본 발명에 따른 가변 날개 구동 구조를 보인 제2실시예의 평면 구성도로서, 벨트를 이용한 틈새 방지부재의 구성을 보여준다.

즉, 제1회전체(51)와 제2회전체(53)(또는 풀리)를 연결하는 회전력 전달체(55)인 벨트를 날개판(40)의 상하 방향으로 폭이 넓은 것을 사용하고, 지지 날개(41)와 가변 날개(43)의 틈새를 막아줄 수 있도록 벨트를 지지 날개(41)와 가변 날개(43)의 양쪽 외측면쪽에 근접된 상태로 연결된다. 이를 위해 지지 날개(41)와 가변 날개(43)의 마주하는 모서리 부분 근처에는 벨트의 이동을 안내하는 풀리형 텐셔너(75)가 각각 구비되는 것이 바람직하다.

따라서, 가변 날개(43)가 어느 한쪽으로 회전할 때 지지 날개(41)와 가변 날개(43) 사이에서 발생하는 틈새를 회전력 전달체(55)인 벨트가 막아주게 되는 것이 다.

본 실시예에서도 앞쪽 가변 날개(43)를 중심으로 설명하였으나, 뒤쪽 가변 날개(45)에도 동일하게 적용할 수 있다.

도 21은 본 발명에 따른 가변 날개 구동 구조를 보인 제3실시예의 평면 구성도로서, 가변 날개(43)의 구동을 위해 벨트 등을 이용하지 않고, 리니어 액추에이터(81)를 이용하여 가변 날개(43)를 작동시킬 수 있는 구성을 보여준다.

리니어 액추에이터(81)는 리니어 모터 또는 기타 직선 운동력을 발생시킬 수 있는 공지의 구동 장치를 채택하여 구성할 수 있다.

이러한 리니어 액추에이터(81)가 지지 날개(41)의 양쪽에 각각 설치된 상태에서 각 로드(83)의 끝단부가 가변 날개(43)에 연결되어, 어느 한쪽 로드(83)가 직선 이동함에 따라 가변 날개(43)가 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있도록 구성되는 것이다.

앞쪽 가변 날개(43)에는 상기 리니어 액추에이터(81)의 로드(83)가 연결되는 부분에 가변 날개(43) 이동에 따른 변위차를 해소하기 위해 슬롯(43b)이 구성된다.

또한, 위와 같은 제3실시예의 구성은, 날개판(40)의 곡률을 변화시키는 작동뿐만 아니라, 양쪽 리니어 액추에이터(81)를 동시에 길게 또는 짧게 구동하게 되면 지지 날개(41)로부터 가변 날개(43, 45)의 길이 조절도 가능하게 된다. 이때는 하나의 리니어 액추에이터(81)만으로 구성할 수도 있다.

그리고 가변 날개(43, 45)와 지지 날개(41) 사이의 틈새 방지를 위해 도 17 등을 예시하여 설명하였던 슬라이딩 플레이트(71)를 설치하여 구성하는 것도 가능하다.

도 22는 본 발명에 따른 가변 날개 구동 구조를 보인 제4실시예의 평면 구성도로서,

제4실시예에서는, 도 21에 예시하였던 리니어 액추에이터(81)를 이용한 구성은 동일하나, 가변 날개(43)와 지지 날개(41) 사이에 연결된 슬라이딩 플레이트(71)를 직선 이동시킴으로써 가변 날개(43)를 회전시키거나 이격 거리를 조절할 수 있도록 구성된다.

즉, 가변 날개(43) 측에 슬라이딩 플레이트(71)가 회전 가능하게 힌지부(73)를 통해 연결되고, 지지 날개(41) 측에서 슬라이딩 플레이트(71)를 밀고 당기는 리니어 액추에이터(81)가 구비된 구성으로 이루어진다. 이때 리니어 액추에이터(81)는 슬라이딩 플레이트(71)의 끝단에 연결된 푸시 블록(82)을 직선 이동시킬 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같은 제4실시예에 따른 가변 날개(43) 구동 구조는, 가변 날개(43)의 회전 구동이 가능함과 아울러, 지지 날개(41)로부터 이격 거리 즉, 길이 조절이 가능하도록 구성된다. 또한 슬라이딩 플레이트(71)가 설치됨으로 인하여 가변 날개(43)와 지지 날개(41) 사이의 틈새 방지 구조도 실현할 수 있게 된다.

이제부터는, 위에서 간단히 설명하였던, 날개판(40) 길이 조절 구성을 중심 으로 설명한다. 도 23 내지 도 25는 앞쪽 가변 날개(43)를 이동시켜 날개판(40)의 전체 길이를 가변시킨 구조이고, 도 26 내지 도28은 뒤쪽 가변 날개(45)를 이동시켜 날개판(40)의 전체 길이를 가변시킨 구조를 보여준다.

먼저, 앞쪽 가변 날개(43)를 이동시켜 날개판(40)의 전체 길이를 가변시킨 구조에 대하여 설명한다.

도 23 및 도 24는 본 발명에 따른 앞쪽 가변 날개(43)의 길이 조절 구조를 보인 일 실시예의 사시도 및 변형 실시예의 사시도이고, 도 25는 본 발명에 따른 앞쪽 가변 날개(43)의 길이 조절 구조에 앞쪽 가변 날개(43) 회전 구조가 복합된 상태를 보인 일 실시예의 사시도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 지지 날개(41)의 앞쪽 부분에 앞쪽 가변 날개(43)가 연결 부재를 통해 연결되어 구성된다. 이때 연결 부재는 앞쪽 가변 날개(43)와 지지 날개(41) 사이의 이격 거리를 가변시킬 수 있도록 길이가변 구동기구의 일부를 구성하게 된다.

즉, 길이가변 구동기구는 앞쪽 지지 날개(41)를 직선 이동시키도록 구동력을 발생시키는 리니어 액추에이터(81)와, 이 리니어 액추에이터(81)에 의해 직선 이동되는 것으로 지지 날개(41)에서 앞쪽 가변 날개(43)에 연결되는 연결 부재로 이루어지는 것이다. 이때 연결 부재는 로드(83)로 이루어질 수 있다.

또한, 도 24에서와 같이 지지 날개(41)와 앞쪽 가변 날개(43) 사이에, 앞쪽 가변 날개(43)의 이동에 따른 틈새를 방지하기 위해, 틈새 방지부재인 슬라이딩 플 레이트(71) 또는 슬라이딩 블록이 구성될 수 있다. 이때 슬라이딩 플레이트(71)의 설치 구성은 도 17, 도 22 등을 참조하여 위에서 설명하였으므로, 반복 설명은 생략한다.

한편, 앞쪽 가변 날개(43)가 회전 운동이 아닌 직선 운동만 할 경우에는 도 24에서와 같이 슬라이딩 플레이트(71)를 사각 구조인 슬라이딩 블록 구조로 구성할 수 있고, 한쪽 끝부분은 힌지부를 중심으로 회전하는 구조가 아닌 고정 구조로 구성할 수 있다. 이때, 도 23에서 로드형 구조를 가진 연결 부재를 생략하고, 리니어 액추에이터(81)가 바로 도 24에 도시된 슬라이딩 플레이트(71)를 전후 이동시켜는 구조로 구성하는 것도 가능하다. 이때에는 슬라이딩 플레이트(71)는 앞쪽 가변 날개(43) 쪽은 고정되고, 지지 날개(41) 쪽은 리니어 액추에이터(81)에 연결된 구성으로 이루어질 수 있다.

도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이, 길이가변 구동기구를 구성하여, 지지 날개(41)로부터 앞쪽 가변 날개(43)의 이격 거리를 조절하게 되면, 전체 날개판(40)의 길이가 가변된다. 이는 풍속에 따른 날개폭의 변화가 가능하도록 하여 보다 효율적인 풍력 발전을 도모할 수 있게 된다.

즉, 제어부에서 상기 길이가변 구동기구를 제어하여, 전체 날개판(40)의 길이를 가변시키게 되는데, 풍속이 기준 범위 보다 낮으면, 상기 리니어 액추에이터(81)를 제어하여 상기 날개판(40)의 길이(전체 날개 폭)가 상대적으로 커지도록 제어하고, 풍속이 기준 범위보다 높아지면, 상기 리니어 액추에이터(81)를 제어하 여 상기 날개판(40)의 길이가 상대적으로 작아지도록 제어하게 된다.

이러한 날개판(40) 길이의 제어는 풍속이 기준 범위를 벗어나지 않을 경우를 중심으로 앞쪽 가변 날개(43)가 지지 날개(41)에 일정 정도 이격된 상태에서, 풍속이 기준 범위 이하이면, 앞쪽 가변 날개(43)가 지지 날개(41)로부터 더 이격되어 전체 날개판(40)의 길이가 커지도록 하고, 풍속이 기준 범위 이상이면, 앞쪽 가변 날개(43)가 지지 날개(41)에 근접하게 하여 전체 날개판(40)의 길이가 작아지도록 제어하는 것이다.

결국, 풍속에 따라 이에 반응하는 날개판(40)의 길이(또는 폭)를 가변시킴으로써 풍속 변화에 능동적으로 대응하여, 보다 효율적이고 안정적인 풍력 발전기의 이용이 가능하게 된다.

한편, 도 25에서와 같이, 앞쪽 가변 날개(43)를 지지 날개(41)에 대하여 길이 가변은 물론 회전 가변도 가능하도록 구성하는 것도 가능하다. 이러한 앞쪽 가변 날개(43)의 길이 가변 및 회전 가변을 구동하는 구성은, 도 21 및 도 22에 도시된 구성 등을 통해서 실현할 수 있다.

이와 같은 구성을 통해 풍속에 따라 적절하게 날개판(40)의 곡률 및 전체 길이를 변화시키게 되면, 풍력발전기를 보다 효율적으로 운전할 수 있고, 이에 따라 보다 안정적인 발전 성능을 도모할 수 있게 된다.

다음, 뒤쪽 가변 날개(45)를 이동시켜 날개판(40)의 전체 길이를 가변시킨 구조에 대하여 설명한다.

도 26 및 도 27은 본 발명에 따른 뒤쪽 가변 날개(45)의 길이 조절 구조를 보인 일 실시예의 사시도 및 변형 실시예의 사시도이고, 도 28은 본 발명에 따른 뒤쪽 가변 날개(45)의 길이 조절 구조에 뒤쪽 가변 날개(45) 회전 구조가 복합된 상태를 보인 일 실시예의 사시도이다.

도 26 및 도 27에 예시된 뒤쪽 가변 날개(45)를 이동시켜 날개판(40)의 전체 길이를 가변시키는 구조 및 도 28에 도시된 날개 회전 구조는, 도 23 내지 도 25를 예시하여 설명하였던 앞쪽 가변 날개(43)의 길이가변 구동기구 또는 회전가변 구동기구 등의 구성하여 용이하게 적용할 수 있으므로, 동일 유사한 구성 부분에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 반복 설명은 생략한다.

한편, 도 29는 본 발명에 따른 앞쪽 가변 날개(43) 및 뒤쪽 가변 날개(45)의 길이 조절 및 회전 구조가 복합된 상태를 보인 일 실시예의 사시도이다.

도 29에 예시된 실시예는 날개판(40)의 앞쪽과 뒤쪽에 모두 가변 날개(43, 45)를 구성하고, 날개판(40)의 전체 길이(폭) 조절이 가능하면서, 회전도 가능한 구조를 예시하였다. 날개판(40)의 길이 가변 구조 및 회전 구조는 위에서 여러 실시예를 통해서 자세히 설명한 바와 같이, 각 실시예의 구성을 적절하게 조합하면 용이하게 구성 가능할 것이다.

다만, 도 29에서는 도 15 내지 도 19에 예시된 가변 날개(43, 45) 회전 구조 및 도 23에 예시된 리니어 액추에이터(81)를 동시에 이용하는 구조를 개략적으로 표현한 사시도이다.

상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 종래 수직축 풍력발전기를 보인 개략적인 사시도,

도 2는 도 1의 평면도,

도 3은 도 1에 종래 수직축 풍력발전기의 날개를 보인 사시도,

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직축 풍력발전기를 보인 사시도,

도 5는 도 4의 평면도,

도 6은 도 4에 도시된 수직축 풍력발전기의 날개를 보인 사시도,

도 7 내지 도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 수직축 풍력발전기의 날개를 보인 사시도로서,

도 7은 가변 날개의 작동 상태를 보인 도면,

도 8은 정상 풍속에서의 가변 날개 작동 상태도,

도 9는 저속 풍속에서의 가변 날개 작동 상태도,

도 10은 고속 풍속에서의 가변 날개 작동 상태도이다.

도 11 내지 도 14는 본 발명의 제3실시예에 따른 수직축 풍력발전기의 날개를 보인 사시도로서,

도 11은 가변 날개의 작동 상태를 보인 도면,

도 12는 정상 풍속에서의 가변 날개 작동 상태도,

도 13은 저속 풍속에서의 가변 날개 작동 상태도,

도 14는 고속 풍속에서의 가변 날개 작동 상태도이다.

도 15는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 적용된 가변 날개 의 구동 구조를 보인 제1실시예의 사시도,

도 16은 도 15의 평면도,

도 17은 도 15에 도시된 제1실시예의 주요부 평면 구성도,

도 18 및 도 19는 도 17에 도시된 가변 날개의 작동 상태를 보인 평면 구성도,

도 20은 본 발명에 따른 가변 날개 구동 구조를 보인 제2실시예의 평면 구성도,

도 21은 본 발명에 따른 가변 날개 구동 구조를 보인 제3실시예의 평면 구성도,

도 22는 본 발명에 따른 가변 날개 구동 구조를 보인 제4실시예의 평면 구성도,

도 23 및 도 24는 본 발명에 따른 앞쪽 가변 날개의 길이 조절 구조를 보인 일 실시예의 사시도 및 변형 실시예의 사시도,

도 25는 본 발명에 따른 앞쪽 가변 날개의 길이 조절 구조에 앞쪽 가변 날개 회전 구조가 복합된 상태를 보인 일 실시예의 사시도,

도 26 및 도 27은 본 발명에 따른 뒤쪽 가변 날개의 길이 조절 구조를 보인 일 실시예의 사시도 및 변형 실시예의 사시도,

도 28은 본 발명에 따른 뒤쪽 가변 날개의 길이 조절 구조에 뒤쪽 가변 날개 회전 구조가 복합된 상태를 보인 일 실시예의 사시도,

도 29는 본 발명에 따른 앞쪽 가변 날개 및 뒤쪽 가변 날개의 길이 조절 및 회전 구조가 복합된 상태를 보인 일 실시예의 사시도이다.

Claims (22)

1. 수직으로 배치된 회전축과; 상기 회전축의 둘레에 방사형 구조로 배치된 복수의 지지대와; 상기 각 지지대의 끝에 상기 회전축과 나란한 방향으로 길게 설치된 날개판들을 포함하는 수직축 풍력발전기에 있어서,

   상기 날개판은 상기 지지대에 연결된 지지 날개와; 상기 지지 날개와 분할된 하나 또는 복수의 가변 날개와; 상기 지지 날개와 가변 날개를 연결하는 연결 부재를 포함하되, 상기 가변 날개는 상기 날개판의 회전 방향에 대하여 상기 지지 날개를 중심으로 안쪽 방향 또는 바깥쪽 방향 중 적어도 어느 한쪽 방향으로 회전할 수 있도록 구성되고,

   상기 날개판의 지지 날개와 가변 날개 사이에는 틈새 방지부재가 구비되며,

   상기 틈새 방지부재는 상기 지지 날개와 가변 날개 사이에서 슬라이딩되면서 틈새가 발생하는 것을 방지하는 슬라이딩 플레이트로 구성된, 날개 형상 가변이 가능한 수직축 풍력발전기.
2. 수직으로 배치된 회전축과; 상기 회전축의 둘레에 방사형 구조로 배치된 복수의 지지대와; 상기 각 지지대의 끝에 상기 회전축과 나란한 방향으로 길게 설치된 날개판들을 포함하는 수직축 풍력발전기에 있어서,

   상기 날개판은 상기 지지대에 연결된 지지 날개와; 상기 지지 날개와 분할된 하나 또는 복수의 가변 날개와; 상기 지지 날개와 가변 날개를 연결하는 연결 부재를 포함하되, 상기 가변 날개와 지지 날개 사이의 이격 거리를 가변시켜 상기 날개판의 크기를 변화시킬 수 있도록 구성되고,

   상기 날개판의 지지 날개와 가변 날개 사이에는 틈새 방지부재가 구비되며,

   상기 틈새 방지부재는 상기 지지 날개와 가변 날개 사이에서 슬라이딩되면서 틈새가 발생하는 것을 방지하는 슬라이딩 플레이트로 구성된, 날개 형상 가변이 가능한 수직축 풍력발전기.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 가변 날개는 상기 날개판의 회전 방향으로 앞쪽 부분에 구성된 것을 특징으로 하는, 날개 형상 가변이 가능한 수직축 풍력발전기.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 가변 날개는 상기 날개판의 회전 방향으로 뒤쪽 부분에 구성된 것을 특징으로 하는, 날개 형상 가변이 가능한 수직축 풍력발전기.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 가변 날개는 상기 날개판의 회전 방향으로 앞쪽 부분과 뒤쪽 부분에 모두 구성된 것을 특징으로 하는, 날개 형상 가변이 가능한 수직축 풍력발전기.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 지지 날개와 가변 날개가 분할되어 마주하는 면은 상기 지지 날개의 내측 방향으로 볼록한 형상을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는, 날개 형상 가변이 가능한 수직축 풍력발전기.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 연결 부재는 상기 지지 날개와 가변 날개 사이의 이격 거리를 가변시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는, 날개 형상 가변이 가능한 수직축 풍력발전기.
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10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

    상기 슬라이딩 플레이트는 상기 지지 날개와 가변 날개 중 어느 한쪽에 회전 가능하게 연결된 상태에서 상대 날개 쪽으로 연장되어 상대 날개에 대하여 슬라이딩 가능하게 구성된 것을 특징으로 하는, 날개 형상 가변이 가능한 수직축 풍력발전기.
11. 청구항 1에 있어서,

    상기 날개판에는 상기 지지 날개에 대하여 가변 날개를 회전시키는 회전가변 구동기구가 구비된 것을 특징으로 하는, 날개 형상 가변이 가능한 수직축 풍력발전기.
12. 청구항 11에 있어서, 상기 회전가변 구동기구는,

    상기 지지 날개 측에 구비되어 회전력을 전달 또는 발생시키는 제1회전체와;

    상기 가변 날개 측에 구비되어 상기 제1회전체에서 전달된 회전력에 의해 회전하면서 상기 가변 날개를 회전시키는 제2회전체와;

    상기 제1회전체와 제2회전체 사이에 연결되어 상기 제1회전체의 회전력을 전달하는 회전력 전달체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 날개 형상 가변이 가능한 수직축 풍력발전기.
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 제1회전체는 상기 회전축 쪽에서 전달된 구동력에 의해 회전할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는, 날개 형상 가변이 가능한 수직축 풍력발전기.
14. 청구항 12에 있어서,

    상기 제1회전체는 상기 지지 날개에 상대 회전 가능하게 설치된 제1축 및 상기 제1축에 구비된 제1풀리 또는 제1스프로킷으로 구성되고,

    상기 제2회전체는 상기 가변 날개에 회전 방향으로 상호 구속되게 설치된 제2축 및 상기 제2축에 구비된 제2풀리 또는 제2스프로킷으로 구성되며,

    상기 회전력 전달체는 상기 제1풀리와 제2풀리 사이에 연결된 벨트 또는 제1스프로킷과 제2스프로킷 사이에 연결된 체인으로 구성된 것을 특징으로 하는, 날개 형상 가변이 가능한 수직축 풍력발전기.
15. 청구항 12에 있어서,

    상기 제2회전체는 상기 가변 날개에 회전 방향으로는 상호 구속되게 연결되되, 상기 지지 날개 쪽으로는 일정 정도 축이동이 가능하도록 구성되고, 상기 축이동 가능한 부분에는 탄성부재가 설치되어 상기 가변 날개가 상기 지지 날개에 밀착되는 방향으로 탄성력을 제공할 수 있게 구성된 것을 특징으로 하는, 날개 형상 가변이 가능한 수직축 풍력발전기.
16. 청구항 11에 있어서,

    상기 회전가변 구동기구는 상기 지지 날개와 가변 날개의 안쪽과 바깥쪽 부분에 설치된 복수 개의 액추에이터의 상대 길이 조절을 이용하여 상기 가변 날개를 회전시킬 수 있게 구성된 것을 특징으로 하는, 날개 형상 가변이 가능한 수직축 풍력발전기.
17. 청구항 16에 있어서, 상기 각 액추에이터는,

    상기 지지 날개 측에 구비된 구동력 발생부와;

    상기 구동력 발생부에서 상기 가변 날개에 연결되어 길이가 가변되는 구동 부재로 구성된 것을 특징으로 하는, 날개 형상 가변이 가능한 수직축 풍력발전기.
18. 청구항 17에 있어서,

    상기 구동 부재는 로드 또는 플레이트 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는, 날개 형상 가변이 가능한 수직축 풍력발전기.
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