KR101217314B1 - 풍향조절 날개형 수직축 풍차 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍향에 따라 날개가 요동하여 바람을 효율적으로 이용할 수 있도록 하는 풍향조절 날개형 수직축 풍차 및 이를 위한 요동운동장치에 관한 것이다.
본 발명에서는 풍력에 의해 회전하는 회전축과, 상기 회전축의 상부에 결합되는 상판과, 상기 회전축의 하부에 결합되는 하판과, 상기 상판과 하판 사이에 구비되는 복수의 날개와, 상기 날개 각각의 상단과 상판 사이 및 상기 날개 각각의 하단과 하판 사이에 각각 구비되어 각 날개의 회전 중심을 형성하면서, 각 날개가 풍향에 따라 좌/우로 회전가능하게 고정되도록 하는 요동운동장치가 포함된다.

Description

풍향조절 날개형 수직축 풍차{Windmill of vertical axis with wind direction control blade}
본 발명은 바람의 힘을 보다 효과적으로 이용할 수 있도록 하는 풍향조절 날개형 수직축 풍차에 관한 것이다.
일반적으로 풍차(Windmill)는 바람의 힘을 기계적인 힘으로 바꾸는 장치로, 복수의 날개가 바람에 의해 회전하도록 설치하고, 그 회전력을 다른 기계로 전달하도록 구성된다.
한편, 이와 같은 풍차는 변속장치, 발전장치 등과 연결되면서 전기를 생성하기 위한 풍력발전장치를 구성하게 되는데, 날개의 회전축 방향에 따라 회전축이 지면에 대해 수직으로 설치되는 수직축 풍차와, 회전축이 지면에 대해 수평으로 설치되는 수평축 풍차로 구분된다.
여기서, 수직축 풍차는 바람의 방향에 관계없이 사용할 수 있는 이점이 있는 반면, 회전 시 날개에 의한 저항이 발생하게 되어 수평축 풍차에 비해 효율이 떨어지는 문제점을 가진다.
즉, 복수의 날개가 회전하게 될 경우 일부 날개는 풍향에 순 방향으로 회전하여 회전력을 발생시키게 되지만, 나머지 일부의 날개는 풍향에 역방향으로 회전하면서 회전저항을 형성하게 되어 회전력이 효과적으로 발생 되지않는 문제점을 가진다.
본 발명의 목적은 풍차의 회전위치와 풍향에 따라 순 회전 방향에서는 바람의 항력을 증가시키고, 역회전 방향에서는 바람의 저항을 줄이도록 날개의 방향이 자동으로 요동함으로써 발전효율이 향상될 수 있는 풍향조절 날개형 수직축 풍차를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 날개가 임의의 각도만큼 요동가능하게 고정시키는 풍향조절 날개형 수직축 풍차의 요동운동장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 풍력에 의해 회전하는 회전축과, 상기 회전축의 상부에 결합되는 상판과, 상기 회전축의 하부에 결합되는 하판과, 상기 상판과 하판 사이에 구비되는 복수의 날개와, 상기 날개 각각의 상단과 상판 사이 및 상기 날개 각각의 하단과 하판 사이에 각각 구비되어 각 날개의 회전 중심을 형성하면서, 각 날개가 풍향에 따라 좌/우로 회전가능하게 고정되도록 하는 요동운동장치가 포함되며, 상기 요동운동장치는 상기 상판 또는 하판에 고정되는 제1바디와, 상기 제1바디와 맞물려 회전가능하게 결합되고, 상기 날개에 고정되는 제2바디를 포함하며, 상기 제1바디와 제2바디에는 각각 대향되는 방향으로 돌출되어 상기 날개의 회전시 서로 간섭됨으로써 회전범위를 제한하고, 상기 날개에 제공되는 풍력이 상기 회전축으로 전달될 수 있도록 하기 위한 스토퍼가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 날개는 각 날개의 회전중심과 상기 회전축의 중심을 연장한 임의의 선이 서로 교차하지 않도록 배열되는 것을 특징으로 한다.
상기 날개는 호(arc, 弧)의 형상으로 형성되어 일측면은 풍력을 포집하는 포집부를 담당하고, 타측면은 풍력에 대한 저항을 줄이는 회피부를 담당하며, 상기 포집부 내측에는 상기 요동운동장치가 체결되면서, 날개의 형상을 견고하게 유지할 수 있도록 하는 힘살부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 풍향조절 날개형 수직축 풍차를 위한 요동운동장치는 상대적으로 돌출 형성되는 결합부를 가지며, 제1물체에 고정되는 제1바디와, 상기 제1바디의 결합부에 대응되는 결합홀이 구비되어 상기 제1바디와 상기 결합부를 중심으로 회전가능하게 결합되고, 제2물체에 고정되는 제2바디와, 일부분이 상기 제1물체와 제1바디의 결합부 및 제2물체와 제2바디의 결합홀을 관통하여, 제1물체와 제2물체 중 어느 하나의 회전 중심을 형성하는 메인 고정축과, 상기 제1바디에 형성되는 고정홀에 일부분이 수용된 상태에서, 단부가 상기 제1물체를 관통한 이후 상기 제1물체 외측에서 체결부재에 의해 고정되는 제1바디 고정축과, 상기 제2바디에 형성되는 고정홀에 일부분이 수용된 상태에서 단부가 상기 제2물체를 관통한 이후 상기 제2물체 외측에서 체결부재에 의해 고정되는 제2바디 고정축을 포함하며, 상기 제1바디 및 제2바디에는 서로 대향되는 방향으로 돌출 형성되어 제1물체 또는 제2물체의 회전시 회전범위를 제한하기 위한 스토퍼가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1바디 고정축에는 상기 제1바디에 형성되는 고정홀에 수용되는 제1바디 고정축 머리부와, 상기 제1바디와 제1물체를 관통하여 외부로 노출되는 제1바디 고정축 몸체부가 포함되고, 상기 제2바디 고정축에는 상기 제2바디에 형성되는 고정홀에 수용되는 제2바디 고정축 머리부와, 상기 제2바디와 제2물체를 관통하여 외부로 노출되는 제2바디 고정축 몸체부가 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 결합부에는 상기 제1바디와 제2바디의 마찰저항을 줄이기 위한 베어링이 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 풍향조절 날개형 수직축 풍차는 날개가 소정 범위에서 회전가능하게 구비된다. 그리고, 상기 날개는 호(弧, arc) 상으로 형성되어 회전 위치 및 풍향에 따라 바람을 집중적으로 포집하는 포집부의 기능을 담당하거나, 바람을 회피하여 회전 저항을 줄이는 회피부의 기능을 담당하게 된다.
따라서, 바람을 보다 효율적으로 이용할 수 있게 되는 이점을 가진다.
또한, 상기 날개는 서로 맞물려 회전하는 제1바디와 제2바디를 포함하는 요동운동장치를 통해 고정되는데, 상기 요동운동장치가 복수의 날개마다 회전축을 형성하면서 각각의 바디에 형성되는 스토퍼를 이용하여 회전 범위를 제한하게 된다. 따라서, 각각의 날개가 서로 다른 회전각도로 회전하여 바람의 힘을 보다 효과적으로 이용할 수 있게 되는 이점을 가진다.
뿐만 아니라 상기 요동운동장치는 제1바디와 제2바디가 각각의 고정축을 이용하여 연결대상에 고정되고, 메인고정축을 통해 하나의 어셈블리 형태를 갖추게 되므로 조립 및 분해는 물론 연결대상과의 체결이 보다 용이하게 이루어질 수 있는 이점을 가진다.
게다가, 본 발명에 따른 풍차가 발전장치와 연결될 경우, 간단한 설치구조에 의해 날개의 설치 개수와 배열 등의 가변이 용이하며, 상기 요동운동장치와 날개의 결합관계 및 이에 따른 작용에 의해 기존의 풍력발전장치와 달리 풍량에 따른 설치위치의 제약을 줄이고 발전효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 풍향조절 날개형 수직축 풍차의 일실시 예시도.
도 2는 도 1의 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 풍향조절 날개형 수직축 풍차의 요부구성인 증속장치와 회전축의 결합관계를 보인 구성도.
도 4는 도 3에 도시된 증속장치의 상세 구성을 보인 분해 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 풍향조절 날개형 수직축 풍차의 요부구성인 날개와 이를 요동운동시키기 위한 요동운동장치의 결합관계를 보인 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 풍향조절 날개형 수직축 풍차의 요부구성인 날개와 요동운동장치의 결합 상태를 보이기 위한 구성도.
도 7은 본 발명의 요부구성인 요동운동장치의 사시도.
도 8은 도 7에 도시된 요동운동장치의 분해 사시도.
도 9는 본 발명에 따른 요동운동장치의 요부구성인 상부바디의 하면 및 하부바디의 상면을 보인 구성도.
도 10은 본 발명에 따른 요동운동장치의 상부바디 및 하부바디의 결합구조를 보이기 위한 구성도.
도 11은 본 발명에 따른 풍향조절 날개형 수직축 풍차의 날개가 바람에 따라 각각 요동하는 모습을 보인 작동예시도.
도 12는 본 발명에 따른 풍향조절 날개형 수직축 풍차의 다른 실시 예시도.
도 13은 도 12에 도시된 풍향조절 날개형 수직축 풍차의 날개가 바람에 따라 각각 요동하는 모습을 보인 작동예시도.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.
도 1에는 본 발명에 따른 풍향조절 날개형 수직축 풍차의 일실시 예를 보인 도면이 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 1과 2를 참조하여 본 발명을 살펴보면, 우선, 본 발명에 따른 풍향조절 날개형 수직축 풍차(1, 이하 “풍차”라 함)는 풍력에 의해 회전하는 회전축(700)과, 상기 회전축(700)의 상부와 하부에 결합되는 상판(100) 및 하판(200)과, 상기 상판(100)과 하판(200) 사이에 구비되는 하나 이상의 날개(400)와, 상기 회전축(700)과 연결된 발전장치를 포함하여 구성되며, 상기 날개(400)는 상판(100)과 하판(200) 중 적어도 한쪽 이상은 요동운동장치(600)에 의해 결합되고, 상기 날개(400)는 요동운동장치(600)의 회전중심축을 기준으로 풍향에 따라 회전이 가능하다.
상세하게는 상기 상판(100)은 대략 원판 형상으로 형성되며, 상기 날개(400)의 상측을 고정하면서 고정된 날개가 개별적으로 회전 가능하게 설치될 수 있도록 한다.
이를 위해 상기 상판(100)에는 복수의 홀이 천공되어 형성되는 날개 상부고정부(120)가 구비되며, 상기 날개 상부고정부(120)는 상기 날개(400)의 개수와 대응되도록 구비된다. 즉, 본 발명에 따른 날개(400)는 각각 상기 상판(100)과 아래에서 설명할 하판(200)에 고정된 상태에서 개별적으로 회전 가능하도록 설치된다.
따라서, 상기 하판(200)은 복수의 날개 하부고정부(220)를 포함하여 상기 상판(100)과 대응되는 크기 및 형상을 가지도록 형성된다.
또한, 상기 상판(100)의 중앙 부분에는 회전축(700)이 설치된다.
이를 위해 상기 상판(100)에는 상부 중앙홀(110)이 형성되고, 하판(200)에는 하부 중앙홀(210)이 천공 형성된다. 그리고, 상기 상판(100)에는 덮개(140)가 더 구비되어, 상기 상부 중앙홀(110)을 차폐하게 된다.
상기 회전축(700)은 발전장치와 같은 기계장치와 연결되어 상기 날개(400)에 의해 발생되는 풍력을 전달함으로써 발전이나 다른 기계장치의 동력으로 이용할 수 있도록 한다.
이하 설명되는 실시 예에서는 본 발명에 따른 풍차(1)의 회전축(700) 발전장치(미도시)와 연결되어 전기를 생성하기 위한 구성으로 설명되나, 필요에 따라서는 양수장치를 포함하여 회전력을 필요로 하는 다양한 장치에도 연결될 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 풍차(1)에서는 상기 회전축(700)의 회전력을 배가하여 보다 빠른 회전수를 발생시킬 수 있도록 증속장치(800)가 더 구비된다. 상기 증속장치(800)는 복수의 유성기어열로 구성되며, 이에 관한 설명은 아래에서 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
한편, 본 발명에 따른 풍차(1)에서는 상기 날개(400)가 풍향에 따라 바람을 포집하는 방향이 가변될 수 있도록 하는 요동운동장치(600)가 구비된다. 상기 요동운동장치(600)는 상기 날개(400)의 상부 및 하부에 각각 하나씩 구비되며, 상기 날개(400)의 회전각도를 제한하면서 바람의 방향에 따른 회전 저항을 줄이게 된다.
또한, 상기 날개(400)는 호(arc, 弧)상으로 형성되어 일측면은 풍력을 포집하는 포집부(420)를 담당하고, 타측면은 풍력에 대한 저항을 줄이는 회피부(410)를 담당한다.
즉, 상기 포집부(420)는 상대적으로 오목하게 형성되어 바람을 용이하게 포집할 수 있게 되며, 상기 포집부(420)의 배면인 회피부(410)는 라운드진 형상에 의해 바람을 흘려보낼 수 있게 된다.
그리고, 상기 포집부(420)의 내측에는 상기 요동운동장치(600)의 체결위치를 제공하는 힘살부(430)가 구비된다. 상기 힘살부(430)는 날개(400)의 형상을 견고하게 유지할 수 있도록 상기 포집부(420)의 내측 가장자리와 모두 접하는 평판 형상으로 형성되며, 복수 개가 병렬로 배치된다.
즉, 상기 힘살부(430)는 상기 포집부(420)의 내측 상단 및 하단에 각각 하나씩 구비되고, 그 사이에 복수 개가 일정 간격으로 병렬 배치된다. 따라서, 상하로 길게 형성되는 날개(400)를 다수 곳에서 보강 지지하게 되어 날개(400)의 형상이 보다 견고하게 유지될 수 있다.
그리고, 상기 포집부(420)의 상단 및 하단에 각각 구비되는 힘살부(430)에는 상기 요동운동장치(600)가 설치될 수 있도록 요동운동장치 설치부(440)가 마련된다. 상기 요동운동장치 설치부(440)는 상기 요동운동장치(600)를 고정하기 위한 구성과 회전중심을 형성하기 위한 구성이 통과하는 복수의 홀로 구성된다.
또한, 상기 상판(100)과 하판(200) 사이에는 연결프레임(300)이 설치된다.
상기 연결프레임(300)은 본 발명에 따른 풍차(1)가 보다 안정적으로 회전하여 동력을 발생시킬 수 있도록 하기 위한 것으로, 상단이 상기 상판(100)에 고정되고 하단이 상기 하판(200)에 고정된다.
한편, 상기 하판(200)의 하측에는 발전장치와 같은 기계장치가 수용될 수 있도록 거치대(500)가 더 구비될 수 있다.
상기 거치대(500)는 지지면적을 형성하는 베이스 플레이트(510)와, 상기 베이스 플레이트(510)로부터 소정 높이에 위치하여 내부에 발전장치와 같은 기계장치의 수용공간을 형성하기 위한 지지플레이트(540) 및 상기 지지플레이트(540)와 베이스 플레이트(510) 사이를 연결하는 지지빔(530)을 포함하여 구성된다.
한편, 도 3에는 본 발명에 따른 풍향조절 날개형 수직축 풍차의 요부구성인 증속장치와 회전축의 결합관계를 보인 도면이 도시되고, 도 4에는 도 3에 도시된 증속장치의 상세 구성을 보인 분해사시도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 상기 증속장치(800)는 상기 회전축(700)과 연결로드(822)에 의해 결합되어 회전력을 전달받게 되며, 전달받은 회전력은 내부에 구비되는 복수의 유성기어열에 의해 증속되어 회전력을 증폭시키게 된다.
상세하게는 상기 증속장치(800)에는 상기 연결로드(822)와 체결되어 회전하는 플레이트(820)와, 상기 플레이트(820)의 회전력을 전달받아 회전하는 복수의 플래닛기어(870)와, 상기 플래닛기어(870) 사이에서 각각의 플래닛기어(870)와 맞물려 회전하면서 회전력을 발전장치로 전달하는 썬기어(850) 및 상기 플래닛기어(870)를 모두 감싸도록 위치하여 상기 플래닛기어(870)와 썬기어(850)가 고정된 위치에서 고속 회전할 수 있도록 하는 링기어(860)가 포함된다.
더욱 상세하게는 상기 플레이트(820)에는 상기 썬기어(850)의 회전중심을 형성하는 썬기어축(851)과 상기 플래닛기어(870)의 회전중심을 형성하는 복수의 플래닛기어축(871)이 고정될 수 있도록 썬기어축 수용홀(822) 및 플래닛기어축 수용홀(824)이 마련된다.
한편, 상기와 같이 형성되는 플레이트(820)에는 바디(840)가 결합되어 외관을 형성하며, 상기 바디(840)와 상기 플레이트(820) 사이에는 체결력을 견고히 하기 위하여 메인오링(882)이 더 구비될 수 있다.
그리고, 상기 바디(840)와 플레이트(820)에 의해 형성되는 내부공간에는 전술한 링기어(860)와, 복수의 플래닛기어(870) 및 썬기어(850)가 고정된 위치를 유지할 수 있도록 하는 다수의 구성요소들이 수용된다.
상세히, 상기 플레이트(820)의 배면에는 상기 썬기어축(851)과 플래닛기어축(871)이 관통하는 기어축 위치고정 부시(872)가 구비된다.
즉, 상기 기어축 위치고정 부시(872)는 상기 썬기어(850)와 플래닛기어(870)가 일정한 위치를 유지하면서 회전할 수 있도록 하기 위한 것으로, 상기 썬기어(850)와 플래닛기어(870)의 상측 및 하측에 위치하며, 상기 플레이트(820)와 부시고정축(874)에 고정된다.
여기서, 상기 썬기어(850)와 플래닛기어(870)는 상기 기어축 위치고정 부시(872)에 썬기어축 베어링(852) 및 플래닛기어축 베어링(도면부호 부여되지 않음)과 함께 수용되므로 상기 플레이트(820)의 회전 시 상기 기어축 위치고정 부시(872)가 회전하면서 상기 복수의 플래닛기어(870)가 링기어(860)와 맞물려 회전하고, 상기 플래닛기어(870) 기어의 회전이 이와 맞물린 썬기어(850)로 전달되면서 썬기어(850)가 회전할 수 있게 된다.
한편, 상기 링기어(860)의 내측는 상기와 같이 고정된 위치를 유지하기 위하여 복수의 지지링(880)이 구비된다. 즉, 상기 지지링(880)은 상기 플래닛기어(870)의 측부를 감싸도록 위치되며, 상기 링기어(860)는 내주에 형성된 치형과 상기 플래닛기어(870)의 외주에 형성된 치형이 서로 맞물려 회전할 수 있도록 한다. 그리고, 상기 링기어(860)는 상기 플레이트(820)의 회전에 의해 상기 플래닛기어(870)의 위치가 가변되면서 회전하게 되는데, 이때, 상기 플래닛기어(870)가 일정한 회전경로를 유지하면서 회전할 수 있도록 한다.
여기서, 상기 플레이트(820)의 회전력을 상기 링기어(860)로 전달하는 기어구조를 보다 상세히 살펴보면 우선, 상기 링기어(860)의 내주에 형성된 치형과 맞물려 회전하는 플래닛기어(870)는 3개가 등 간격을 유지하면서 이격되어 외면이 각각 상기 링기어(860)와 연결되도록 위치된다.
또한, 상기와 같이 등 간격을 이루는 3개의 플래닛기어(870) 내측에는 상기 3개의 플래닛기어(870)와 맞물리는 하나의 썬기어(850)가 구비된다.
즉, 가장 큰 기어 비의 링기어(860)에 그보다 작은 기어 비의 플래닛기어(870)가 맞물려 회전하면서 증속되고, 상기 플래닛기어(870)보다 작은 기어 비의 썬기어(850)가 상기 플래닛기어(870)와 맞물려 회전하면서 또 다시 증속되는 효과를 가져오게 된다.
그리고, 상기 썬기어축(851)의 단부는 썬기어축 부시(854) 및 바디(840)를 통과하여 상기 발전장치로 전달되어 증속된 회전력을 전달하게 된다.
한편, 상기 하판(200)과 증속장치(800) 사이에는 상기와 같이 구성되는 증속장치(800)를 고정하기 위하여 증속장치 고정구(890)가 더 구비된다. 상기 증속장치 고정구(890)는 상기 증속장치(800)의 외측에서 상기 증속장치(800)의 바디(840) 하단이 수용된 이후 상기 하판(200)에 체결부재를 통해 고정될 수 있다.
한편, 상기 요동운동장치(600)는 전술한 바와 같이 상기 날개(400)의 상단 및 하단에 각각 하나 씩 구비되어 상기 날개(400)가 풍향에 따라 소정각도로 회전가능하게 고정한다.
도 5에는 본 발명에 따른 풍향조절 날개형 수직축 풍차의 요부구성인 날개와 이를 요동운동시키기 위한 요동운동장치의 결합관계를 보인 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 풍향조절 날개형 수직축 풍차의 요부구성인 날개와 요동운동장치의 결합 상태를 보이기 위한 구성도이다.
도 5와 6을 참조하면, 상기 날개(400)의 상측이 회전가능하게 고정되도록 하는 요동운동장치(600)는 상기 상판(100)과 힘살부(430) 사이에 위치되고, 상기 날개(400)의 하측이 회전가능하게 고정되도록 하는 요동운동장치(600)는 상기 하판(200)과 힘살부(430) 사이에 위치된다.
즉, 상기 요동운동장치(600)는 복수의 날개(400)가 고정되는 상판(100) 및 하판(200)에서 상기 날개(400)의 개별적인 회전을 가능하게 하고, 회전 위치를 제한하게 된다.
상세하게는 도 7은 본 발명의 요부구성인 요동운동장치의 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 요동운동장치의 분해 사시도이며, 도 9는 본 발명에 따른 요동운동장치의 요부구성인 상부바디의 하면 및 하부바디의 상면을 보인 구성도이고, 도 10은 본 발명에 따른 요동운동장치의 상부바디 및 하부바디의 결합구조를 보이기 위한 구성도이다.
도 7 내지 10을 참조하면, 상기 요동운동장치(600)는 대략 서로 구분되는 2개의 바디가 서로 포개어진 상태에서 각각 다른 물체에 고정되어 어느 하나가 결합된 물체와 함께 회전할 수 있도록 한다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 중심으로 설명하기 위하여 상기 요동운동장치(600)의 설치 위치에 따라 상기 제1물체 및 제2물체가 상판(100)과 하판(200) 또는 날개(400) 중 어느 하나로 정의된다.
즉, 상기 요동운동장치(600)가 상기 날개(400)의 상측에 위치할 경우, 상기 제1물체는 상판(100)이 되고, 상기 제2물체는 날개(400)로 정의된다. 그리고, 상기 요동운동장치(600)가 날개(400)의 하측에 위치할 경우, 상기 제1물체는 날개(400)가 되고, 상기 제2물체는 하판(200)이 된다. 결국, 본 발명에 따른 요동운동장치(600)는 상하 구분없이 2개의 물체를 연결할 수 있으므로, 제1물체와 제2물체의 구분없이 2개의 물체를 연결하여 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예를 살펴보면, 상기 요동운동장치(600)에는 상대적으로 돌출 형성되는 결합부(626)를 가지며, 상기 상판(100)과 하판(200) 및 날개(400) 중 어느 하나에 고정되는 제1바디(620)와, 상기 제1바디(620)의 결합부(626)에 대응되는 결합홀(642)이 구비되어 상기 결합부(626)를 중심으로 회전가능하게 결합되고, 상기 상판(100)과 하판(200) 및 날개(400) 중에서 상기 제1바디(620)가 고정된 구성을 제외한 나머지 구성 중 상기 제1바디(620)와 결합된 상태로 고정될 수 있는 나머지 구성에 고정되는 제2바디(640)가 포함된다.
그리고, 상기 제1바디(620)와 제2바디(640)의 중앙 부분에는 상기 결합부(626)와 상기 결합홀(642)을 통과하면서, 상기 제1바디(620)와 제2바디(640)가 체결되어 고정된 구성도 함께 관통하는 메인고정축(610)이 구비되고, 상기 각 구성을 관통한 메인고정축(610)에는 메인고정축 볼트(612)가 체결되어, 고정된 구성 중 어느 하나의 회전 중심이 형성된다.
즉, 본 발명의 실시 예를 중심으로 살펴보면, 상기 날개(400)의 상단에 형성된 요동운동장치 설치부(440)를 통과한 메인고정축(610)은 상기 결합홀(642)과 결합부(626)를 통과한 이후 상기 상판(100)에 형성된 날개 상부고정부(120)를 통과한 다음 상기 메인고정축 볼트(612)에 의해 고정된다.
그리고, 이와 같이 메인고정축(610)이 고정되면, 상기 날개(400)는 상기 메인고정축(610)을 중심으로 회전할 수 있게 된다.
또한, 상기 날개(400)의 하단에 구비되는 요동운동장치(600)에서는 날개(400)의 하단에 구비되는 힘살부(430)의 요동운동장치 설치부(440)를 통과한 메인고정축(610)은 상기 결합홀(642)과 결합부(626)를 통과한 이후 상기 하판(200)에 형성된 날개 하부고정부(220)를 통과한 다음 상기 메인고정축 볼트(612)에 의해 고정된다.
그리고, 이와 같이 메인고정축(610)이 고정되면, 상기 날개(400)는 상기 메인고정축(610)을 중심으로 회전할 수 있게 된다.
한편, 상기 제1바디(620)와 제2바디(640)에는 각각 상기 메인고정축(610)의 관통 위치 좌우 양측으로 고정홀이 형성되고, 상기 고정홀에는 고정축이 각각 삽입된다.
상세하게는 상기 제1바디(620)에는 상기 제1바디(620)와 연결되는 물체에 제1바디(620)가 고정될 수 있도록 하는 제1바디 고정축삽입홀(624)이 형성된다. 그리고, 상기 제1바디 고정축삽입홀(624)에는 제1바디 고정축(630)이 삽입된 이후, 단부가 연결대상 물체를 관통하게 되며 노출된 단부에는 제1바디 고정축볼트(632)가 체결되어 연결대상 물체에 제1바디(620)가 고정된다.
상기 제1바디 고정축(630)은 상대적으로 넓은 단면적 가지는 제1바디 고정축머리부(634)와 상대적으로 좁은 단면적을 가지는 제1바디 고정축몸체부(632)로 구성되며, 상기 제1바디 고정축머리부(634)에는 나사 조임과 풀림이 가능하도록 나사홈이 형성된다.
그리고, 상기 제1바디 고정축삽입홀(624)는 상기 제1바디 고정축(630)이 삽입되는 방향을 기준으로 상대적으로 넓은 직경의 외측부와, 상대적으로 좁은 직경의 내측부로 구성되어, 상기 제1바디 고정축몸체부(632)만 외측부와 내측부를 모두 통과하고, 제1바디 고정축머리부(634)는 상기 제1바디 고정축삽입홀(624) 내부에 수용된다.
여기서, 상기 제1바디 고정축삽입홀(624)의 내측부가 형성되는 위치는 외측부에서 상기 제1바디 고정축머리부(634)의 길이보다 깊은 곳에 형성되어 상기 제1바디 고정축(630)이 수용되면 상기 제1바디(620) 외측으로 상기 제1바디 고정축머리부(634)가 노출되지 않게 된다.
또한, 상기 제2바디(640)에는 상기 제2바디(640)와 연결되는 물체에 제2바디(640)가 고정될 수 있도록 하는 제2바디 고정축삽입홀(644)이 형성된다. 그리고, 상기 제2바디 고정축삽입홀(644)에는 제2바디 고정축(650)이 삽입된 이후, 단부가 연결대상 물체를 관통하게 되며 노출된 단부에는 제2바디 고정축볼트(652)가 체결되어 연결대상 물체에 제2바디(640)가 고정된다.
상기 제2바디 고정축(630)은 상대적으로 넓은 단면적 가지는 제2바디 고정축머리부(654)와 상대적으로 좁은 단면적을 가지는 제2바디 고정축몸체부(652)로 구성되며, 상기 제2바디 고정축머리부(654)에는 나사 조임과 풀림이 가능하도록 나사홈이 형성된다.
그리고, 상기 제2바디 고정축삽입홀(654)은 상기 제2바디 고정축(650)이 삽입되는 방향을 기준으로 상대적으로 넓은 직경의 외측부와, 상대적으로 좁은 직경의 내측부로 구성되어, 상기 제2바디 고정축몸체부(652)만 외측부와 내측부를 모두 통과하고, 제2바디 고정축머리부(654)는 상기 제2바디 고정축삽입홀(654) 내부에 수용된다.
여기서, 상기 제2바디 고정축삽입홀(654)의 내측부가 형성되는 위치는 외측부에서 상기 제2바디 고정축머리부(654)의 길이보다 깊은 곳에 형성되어 상기 제2바디 고정축(650)이 수용되면 상기 제2바디(640) 외측으로 상기 제2바디 고정축머리부(654)가 노출되지 않게 된다.
즉, 상기 제1바디(620)와 제2바디(640)를 고정하기 위한 제1바디 고정축(630)과 제2바디 고정축(650)은 모두 제1바디(620) 및 제2바디(640)에 일측이 수용된 상태에서 연결대상물 외부로 타측이 노출되어 볼트와 같은 체결부재를 이용하여 고정된다. 따라서 상기 제1바디(620)와 제2바디(640)가 체결되어 회전하더라도 각각의 고정축에 의한 간섭이 발생하지 않는다.
한편, 상기 제1바디(620)에는 상기 제2바디(640) 방향으로 돌출되는 제1바디 스토퍼(621)가 형성되고, 상기 제2바디(640)에는 상기 제1바디(620) 방향으로 돌출되는 제2바디 스토퍼(641)가 형성된다.
여기서, 상기 제1바디 스토퍼(621)와 제2바디 스토퍼(641)는 상기 제1바디(620)와 제2바디(640)가 맞물려 회전할 경우, 서로 간섭되어 회전범위가 제한되도록 한다. 따라서, 상기 제1바디 스토퍼(621)와 제2바디 스토퍼 (641)는 서로 동일한 돌출길이를 가지며, 전체 단면적의 절반 이하의 면적에서 회전 범위에 따라 그 크기를 결정하게 된다.
그리고, 상기 제1바디(620)의 결합부(626)에는 상기 제1바디(620)와 제2바디(640)가 원활하게 회전할 수 있도록 베어링(660)이 더 구비된다.
즉, 상기 베어링(660)은 상기 제1바디(620)와 제2바디(640)가 면 접촉하지 않고 베어링(660)에 의해 점 접촉하도록 함으로써 마찰저항을 줄이게 된다.
한편, 상기와 같은 구성의 요동운동장치(600)는 본 발명에 따른 풍차(1)의 날개(400) 상측과 하측에 각각 구비되어 상기 날개(400)가 상판(100) 및 하판(200) 사이에서 소정 각도로 회전가능하게 구비된다.
그리고, 이와 같이 구비되는 날개(400)는 풍차(1)의 회전 위치와 풍향에 따라 바람을 보다 집중적으로 포집하는 부분과 바람을 회피하여 회전 저항을 줄이는 부분으로 작용하게 된다.
도 11은 본 발명에 따른 풍향조절 날개형 수직축 풍차의 날개가 바람에 따라 각각 요동하는 모습을 보인 작동예시도로서 최초 날개(400)가 설치된 위치가 점선으로 표시되고, 바람에 의해 회전한 위치가 실선으로 표시되어 있다.
도면을 참조하면, 풍차(1)의 회전축(700)을 중심으로 포집부(420)가 먼저 바람과 접촉하게 되는 위치에서는 날개(400)가 회전하여 바람을 보다 많이 받을 수 있는 방향으로 회전하게 된다. 즉, 상판(100)에 제1바디 고정축(630)에 의해 위치가 고정되는 제1바디(620)는 상판(100)이 회전함에 따라 도면과 같이 위치가 가변된다.
한편, 상기 제1바디(620)의 위치가 가변되면 상기 날개(400)와 결합되어 회전가능하게 구비되는 상기 제2바디(640)는 바람의 방향에 따라 상기 제1바디 스토퍼(621)와 제2바디 스토퍼(641)에 의해 제한되는 회전 반경 이내에서 자유롭게 요동하면서 바람의 힘을 포집하거나 회피하게 된다.
즉, 본 발명에 따른 풍차(1)는 바람이 회전력을 증가시키는 방향에 날개(400)가 위치할 경우 포집부(420)가 바람에 집중적으로 노출되도록 회전하여 회전력을 증가시키고, 바람이 회전 저항으로 작용하는 부분에서는 회피부(410)가 바람에 노출되어 회전 저항을 줄이게 된다.
상세히, 상기 날개(400)의 회피부(410)가 먼저 바람과 접촉하게 되는 위치에서는 날개(400)가 회피부(410)를 따라 바람이 용이하게 지나갈 수 있도록 회전하게 된다. 이때, 상기 제2바디(640)는 날개(400)와 체결되고, 상판(100)에 고정된 제1바디(620)와는 베어링(660)에 의해 마찰저항이 줄어들도록 접하여 있으므로 원활한 회전이 이루어지면서 바람의 힘을 회피하게 된다.
반면, 상기 날개(400)의 포집부(420)가 먼저 바람과 접촉하게 되는 위치에서는 날개(400)가 포집부(420)에서 보다 많은 바람과 접할 수 있도록 회전하게 되어 바람의 힘을 집중적으로 받을 수 있도록 회전하게 된다. 그리고, 상기와 같은 날개(400)의 회전은 상기 제1바디 스토퍼(621)와 제2바디 스토퍼(641)가 접하여 날개의 회전이 제한되는 범위까지 가능하며, 상기 제1바디 스토퍼(621)와 제2바디 스토퍼(641)의 형상을 가변하여 날개(400)의 회전범위를 가변시킬 수 있다.
따라서, 상기와 같은 요동운동장치(600)의 구조와 날개(400) 및 상/하판(100/200)의 결합관계에 의해 풍량이 적은 지형에서도 날개(400)의 각도가 가변됨에 따라 바람의 힘을 최대한 이용하고 회전 저항을 줄일 수 있게 된다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 날개(400)는 복수열로 구비될 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 풍향조절 날개형 수직축 풍차의 다른 실시 예시도이고, 도 13은 도 12 에 도시된 풍향조절 날개형 수직축 풍차의 날개가 바람에 따라 각각 요동하는 모습을 보인 작동예시도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에서는 날개가 복수열로 구비되어 있다.
상세히, 본 발명의 다른 실시 예에서는 상기 상판(100)과 하판(200)의 가장자리 부근을 따라 외부날개(480)가 복수개 구비되고, 상기 외부날개(460)와 회전축(700) 사이에 내부날개(460)가 더 구비된다.
그리고, 상기 외부날개(480)와 내부날개(460)는 전술한 실시 예와 마찬가지로, 상기 요동운동장치(600)가 상측 및 하측에 각각 쌍으로 결합 되어 회전가능하게 고정된다.
한편, 상기 외부날개(480)와 내부날개(460)의 설치위치는 상기 회전축(700)과 상기 각 날개(400)의 회전 중심을 직선으로 연결했을 경우 서로 겹치지 않도록 배치된다.
즉, 상기 외부날개(480)만 배열될 경우, 외부날개 사이로 빠져나가는 바람을 상기 내부날개(460)가 포집하여 회전력으로 이용할 수 있도록 하기 위해 상기 외부날개(480)와 내부날개(460)는 지그재그 형태로 구비되어 바람을 포집하게 된다.
그리고, 이와 같이 설치되는 외부날개(480)와 내부날개(460)도 전술한 실시 예와 마찬가지로 바람이 회전력을 증가시키는 방향에 날개(400)가 위치할 경우 포집부(420)가 바람에 집중적으로 노출되도록 회전하여 회전력을 증가시키고, 바람이 회전 저항으로 작용하는 부분에서는 회피부(410)가 바람에 노출되도록 날개가 회전하여 회전 저항을 줄이게 된다.
따라서, 상기와 같은 실시 예를 가지는 본 발명에 따른 풍차(1)를 발전장치와 연결하게 될 경우 간단한 설치구조에 의해 날개(400)의 설치 개수와 배열 등의 가변이 용이하며, 상기 요동운동장치(600)와 날개(400)의 결합관계 및 이에 따른 작용에 의해 기존의 풍력발전장치와 달리 풍량에 따른 설치위치의 제약을 줄이고 발전효율을 향상시킬 수 있게 된다.
100..... 상판 200..... 하판
300..... 연결프레임 400..... 날개
410..... 회피부 420..... 포집부
430..... 힘살부 440..... 요동운동장치 설치부
500..... 거치대 600..... 요동운동장치
610..... 메인고정축 620..... 제1바디
640..... 제2바디 700..... 회전축

Claims (6)

  1. 수직축 풍차에 있어서,
    상기 수직축 풍차는 풍력에 의해 회전하는 회전축(700)과, 상기 회전축(700)의 상부와 하부에 결합되는 상판(100) 및 하판(200)과, 상기 상판(100)과 하판(200) 사이에 구비되는 하나 이상의 날개(400)와, 상기 회전축(700)과 연결된 발전장치를 포함하여 구성되며,
    상기 날개(400)는 상판(100)과 하판(200) 중 적어도 한쪽 이상은 요동운동장치(600)에 의해 결합되고, 상기 날개(400)는 요동운동장치(600)의 회전중심축을 기준으로 풍향에 따라 회전이 가능하도록 구성되고,
    상기 회전축(700)과 발전장치 사이에는 증속장치(800)가 형성되어 회전력을 증폭시키되, 상기 증속장치(800)는 상기 회전축(700)과 연결로드(822)에 의해 결합되어 회전력을 전달받게 되며, 상기 연결로드(822)와 체결되어 회전하는 플레이트(820)와, 상기 플레이트(820)의 회전력을 전달받아 회전하는 복수의 플래닛기어(870)와, 상기 플래닛기어(870) 사이에서 각각의 플래닛기어(870)와 맞물려 회전하면서 회전력을 발전장치로 전달하는 썬기어(850) 및 상기 플래닛기어(870)를 모두 감싸도록 위치하여 상기 플래닛기어(870)와 썬기어(850)가 고정된 위치에서 고속 회전할 수 있도록 하는 링기어(860)를 포함하여 구성된 것이 특징인 풍향조절 날개형 수직축 풍차.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 요동운동장치(600)는 상기 상판(100) 또는 하판(200)에 고정되는 제1바디(620)와, 상기 제1바디(620)와 맞물려 회전가능하게 결합되고, 상기 날개(400)에 고정되는 제2바디(640)를 포함하여 구성되며, 상기 제1바디(620)와 제2바디(640)에는 각각 대향되는 방향으로 돌출되어 상기 날개의 회전시 서로 간섭됨으로써 회전범위를 제한하고, 상기 날개에 제공되는 풍력이 상기 회전축(700)으로 전달될 수 있도록 하기 위한 스토퍼(621, 641)가 구비되는 풍향조절 날개형 수직축 풍차.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 날개(400)는 회전축(700)과 수직한 방향의 단면이 소정의 반경을 가지는 호(arc, 弧)의 형상으로 형성된 것이 특징인 풍향조절 날개형 수직축 풍차.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 날개(400)의 일측면은 풍력을 포집하는 포집부(420)를 담당하고, 타측면은 풍력에 대한 저항을 줄이는 회피부(410)를 담당하는 것이 특징인 풍향조절 날개형 수직축 풍차.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 날개는 상판(100)과 하판(200)의 가장자리 부근을 따라 형성된 하나 이상의 외부날개(480)와, 상기 회전축(700)과 외부날개(48) 사이에 형성된 하나 이상의 내부날개(460)로 구성된 것이 특징인 풍향조절 날개형 수직축 풍차.
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