KR101298009B1 - 풍력발전기용 조립식 풍차 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력발전기용 조립식 풍차로써, 풍력에 의해 회전하여 발전기를 작동시키는 풍력발전기용 조립식 풍차에 관한 것이다.
본 발명의 풍력발전기용 조립식 풍차는, 원통형상으로 형성되어 발전기에 연결되는 로터와; 중공 원통형상으로 이루어져 상기 로터의 외곽에 이격되게 배치되는 프레임휠과; 상기 로터와 프레임휠 사이에 배치되어 일단이 상기 로터에 회전가능하게 힌지결합되고 타단이 상기 프레임휠에 결합되는 블레이드; 로 이루어지되, 상기 블레이드는 상기 로터와 프레임휠에 탈착 가능하게 결합되고, 상기 로터, 프레임휠 및 블레이드는 풍력에 의해 함께 회전하여 상기 발전기가 전력을 생산하는 것을 특징으로 한다.

Description

풍력발전기용 조립식 풍차 { ASSEMBLY TYPE WINDMILL FOR WIND GENERATOR }
본 발명은 풍력발전기용 조립식 풍차로써, 풍력에 의해 회전하여 발전기를 작동시키는 풍력발전기용 조립식 풍차에 관한 것이다.
최근 석유자원의 고갈, 지구 온난화, 산유국의 정치 불안, 세계적인 석유수급 불안정으로 에너지 문제가 화두로 떠오르고 있어 태양광, 태양열, 풍력, 조력, 지열, 바이오매스 등의 새로운 에너지가 각광을 받고 있다.
풍력을 이용한 일반적인 풍력발전기는 풍력에 의해 풍차가 회전하여 로터를 회전시킴으로써, 로터에 연결된 발전기에서 전력을 생산하게 된다.
풍력발전기에 사용되는 풍차에는 로터의 회전축이 풍향에 수직인 수직축형 풍차와 로터의 회전축이 풍향에 평행한 수평축형 풍차가 있다.
수직축형 풍차는 다리우스 풍차가 대표적이고, 수평축형 풍차는 화란풍차와 프로펠러형 풍차가 대표적이다.
다리우스 풍차나 화란 풍차는 바람의 미는 힘 즉, 항력에 의해서 회전하는 구조이고, 프로펠러형 풍차는 바람에 의해 뜨는 힘 즉, 양력에 의해서 회전하는 구조로 이루어지며, 프로펠러형 풍차의 파워계수가 높아 풍력발전에 많이 사용되고 있다.
이러한 풍력발전을 이용하기 위해서는 바람의 평균풍속이 6~7m/s를 넘어야 사업화가 가능하다.
하지만 풍량이 부족하고 풍속이 일정하지 않은 환경에서는 풍력발전기의 활용이 어렵다.
풍력발전기를 통해 얻을 수 있는 풍력에너지는 풍속의 세제곱에 비례하고 로터에 장착되어 회전하는 블레이드의 직경의 제곱에 비례한다.
이에 따라 풍속이 강한 대기 상층부의 바람을 이용하기 위해서 풍력발전기의 지주의 높이를 높이고 블레이드를 대형화하고 있지만, 미관적으로나 경제적인 면에 있어서 만족스럽지 못할 뿐만 아니라 잦은 고장으로 유지 보수가 어려운 문제점이 있다.
즉, 현재 풍력에너지는 실질적으로 바람이 가지고 있는 에너지의 34% 밖에 이용하지 못하고 있으며, 블레이드를 대형화할수록 설치 및 운반이 어렵고 강풍에 취약하여 수리 및 보수에 어려움이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 풍차의 각 부품을 탈착 가능하게 결합시켜 풍차의 제작 및 운반이 쉽고 수리 및 보수가 용이하며 미풍에도 발전이 가능하고 풍차의 회전관성력을 높여 발전효율을 향상시킬 수 있는 풍력발전기용 조립식 풍차를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 풍력발전기용 조립식 풍차는, 원통형상으로 형성되어 발전기에 연결되는 로터와; 중공 원통형상으로 이루어져 상기 로터의 외곽에 이격되게 배치되는 프레임휠과; 상기 로터와 프레임휠 사이에 배치되어 일단이 상기 로터에 회전가능하게 힌지결합되고 타단이 상기 프레임휠에 결합되는 블레이드; 로 이루어지되, 상기 블레이드는 상기 로터와 프레임휠에 탈착 가능하게 결합되고, 상기 로터, 프레임휠 및 블레이드는 풍력에 의해 함께 회전하여 상기 발전기가 전력을 생산한다.
상기 블레이드는 사각판 형상으로 형성되고, 상기 블레이드의 일단에는 힌지핀이 결합되며, 상기 블레이드의 타단에는 결합핀이 결합되되, 상기 힌지핀은 상기 로터에 힌지결합되고, 상기 결합핀은 상기 프레임휠에 삽입 결합되어, 상기 프레임휠에 대한 상기 결합핀의 삽입길이에 따라 상기 로터와 프레임휠의 이격거리가 가변된다.
상기 로터의 일단 외주면에는 상기 로터의 원주를 따라 제1결합부가 돌출 형성되고, 상기 로터의 타단 외주면에는 상기 로터의 원주를 따라 제2결합부가 돌출 형성되며, 상기 제1결합부에는 상기 로터의 회전중심축을 중심으로 원형으로 배치된 다수개의 제1힌지공이 형성되고, 상기 제2결합부에는 상기 로터의 회전중심축을 중심으로 원형으로 배치된 다수개의 제2힌지공이 형성되되, 상기 힌지핀의 일단은 상기 제1힌지공에 힌지결합되고, 타단은 상기 제2힌지공에 힌지결합되고, 상기 블레이드의 타단에서 일단 방향으로 바라봤을 때, 상기 힌지핀의 양단은 상기 로터의 회전중심축에 대하여 경사지게 배치된다.
상기 블레이드의 타단은 일단에 대해 비틀어져 경사지게 배치되되, 상기 로터의 회전중심축 방향을 기준으로 상기 블레이드의 타단의 길이는 일단의 길이보다 짧다.
상기 프레임휠의 폭은 상기 블레이드의 일단의 폭보다 좁다.
상기 프레임휠의 외측에는 광고판이 장착된다.
상기 프레임휠은 원호형상으로 형성된 다수개의 프레임바의 결합으로 이루어진다.
발전기가 장착된 동체에 고정 장착되어 상기 로터를 지지하는 고정샤프트를 더 포함하여 이루어지되, 상기 로터에는 중공형상의 지지홀이 형성되고, 상기 고정샤프트는 상기 지지홀에 삽입되며, 상기 로터와 고정샤프트 사이에는 베어링이 삽입되어 상기 로터가 상기 고정샤프트에 회전가능하게 결합된다.
본 발명에 따른 풍력발전기용 조립식 풍차는 다음과 같은 효과가 있다.
로터, 프레임휠 및 블레이드가 탈착 가능하게 결합됨으로써, 풍차의 제작 및 운반이 쉽고, 미풍에도 회전이 용이하며, 프레임휠에 의한 풍차의 회전관성력을 높여 발전효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 블레이드의 일단에 결합된 힌지핀은 로터에 힌지결합되고, 블레이드의 타단에 결합된 결합핀은 프레임휠에 삽입 결합되어, 결합핀의 삽입길이에 따라 로터와 프레임휠의 이격거리가 가변됨으로써, 프레임휠을 원형으로 유지하여 풍차를 안정적으로 회전시킬 수 있다.
또한, 상기 블레이드는 로터와 프레임휠에 결합되어 비틀리게 배치됨으로써, 바람을 맞는 면적을 증가시켜 풍차를 쉽게 회전시키면서 강풍에도 잘 견딜 수 있다.
또한, 프레임휠의 폭은 로터에 결합되는 블레이드의 일단의 폭보다 좁게 형성되고, 로터의 회전중심축 방향을 기준으로 블레이드의 타단의 길이는 일단의 길이보다 짧게 형성되어, 프레임휠을 지나온 바람이 블레이드를 밀어 풍차를 회전시킴으로써, 풍차를 수직축형 발전기에 결합시켜 발전할 수 있다.
또한, 프레임휠의 외측에 광고판이 장착됨으로써, 전력을 생산하면서 동시에 광고효과를 기대할 수 있다.
또한, 프레임휠은 원호형상으로 형성된 다수개의 프레임바의 결합으로 이루어짐으로써, 프레임휠의 부피를 작게 하여 조립 및 운반이 용이하다.
또한, 로터가 상기 고정샤프트에 회전가능하게 결합됨으로써, 고정샤프트에 다수개의 풍차를 결합시켜 각각의 풍차를 서로 다른 방향으로 회전시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 조립식 풍차의 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 조립식 풍차의 분해도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로터 및 프레임휠에 장착되어 변형된 블레이드의 형상을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 조립식 풍차의 단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 로터와 블레이드의 결합도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 프레임휠과 블레이드의 결합도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임휠과 블레이드의 결합도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 조립식 풍차가 결합된 풍력발전기를 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 조립식 풍차가 장착된 풍력발전기의 다양한 실시예를 나타낸 도면,
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 조립식 풍차의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 조립식 풍차의 분해도로써 다수개의 블레이드는 2개만 간략히 도시하였으며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로터 및 프레임휠에 장착되어 변형된 블레이드의 형상을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 조립식 풍차의 단면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 로터와 블레이드의 결합도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 프레임휠과 블레이드의 결합도이며, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임휠과 블레이드의 결합도이고, 도 8(a)는 본 발명의 실시예에 따른 조립식 풍차가 결합된 수평축형 발전기를 나타낸 도면이며, 도 8(b)는 본 발명의 실시예에 따른 조립식 풍차가 결합된 수직축형 발전기를 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 조립식 풍차가 장착된 풍력발전기의 다양한 실시예를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 조립식 풍차(300)는 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 로터(310), 고정샤프트(320), 프레임휠(330) 및 블레이드(340)로 이루어진다.
상기 로터(310)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 원통형상으로 형성되어 발전기(미도시)에 연결되고, 풍력에 의해 상기 프레임휠(330) 및 블레이드(340)와 함께 회전하여 상기 발전기가 전력을 생산한다.
그리고 상기 로터(310)의 일단 외주면에는 상기 로터(310)의 원주를 따라 제1결합부(311)가 돌출 형성된다.
상기 제1결합부(311)에는 다수개의 제1힌지공(312)이 형성된다.
상기 제1힌지공(312)은 상기 로터(310)의 회전중심축(s)을 중심으로 원형으로 배치된다.
그리고 상기 로터(310)의 타단 외주면에는 상기 로터(310)의 원주를 따라 제2결합부(313)가 돌출 형성된다.
상기 제2결합부(313)에는 다수개의 제2힌지공(314)이 형성된다.
상기 제2힌지공(314)은 상기 로터(310)의 회전중심축(s)을 중심으로 원형으로 배치된다.
이러한 상기 제1힌지공(312)과 제2힌지공(314)은 상기 로터(310)의 길이방향으로 관통되게 형성된다.
그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 로터(310)에는 중공형상의 지지홀(315)이 형성된다.
상기 지지홀(315)에는 상기 고정샤프트(320)가 삽입된다.
상기 고정샤프트(320)는 풍력발전기의 지주(100) 또는 상기 지주(100)에 회전가능하게 결합되는 동체(200)에 고정 장착되어 상기 로터(310)를 지지한다.
상기 고정샤프트(320)는 상기 지지홀(315)에 삽입되며, 상기 로터(310)와 고정샤프트(320) 사이에는 베어링이 삽입되어 상기 로터(310)가 상기 고정샤프트(320)에 회전가능하게 결합된다.
도면에 도시하지는 않았지만 상기 로터(310)에는 상기 발전기에 동력을 전달하는 별도의 동력축이 결합된다.
상기 로터(310)와 동력축은 기어 등을 이용하여 동력을 전달할 수 있으며, 종래에 공지된 동력전달방법으로 다양하게 실시할 수 있다.
기어로 상기 로터(310)와 동력축을 연결할 경우에는 상기 로터(310)에서 상기 동체(200)가 결합되는 방향의 일단에 기어가 고정 장착되어 상기 로터(310)와 함께 회전하게 된다.
경우에 따라 상기 지지홀(315)에 상기 베어링을 배치시키지 않고 상기 고정샤프트(320) 대신 동력축을 고정 결합시켜 상기 로터(310)의 회전력을 상기 동력축으로 직접 전달할 수도 있다.
이때, 상기 동력축은 상기 로터(310)와 함께 회전하여 상기 발전기에 회전력을 전달하게 된다.
또한, 상기 고정샤프트(320)에는 다수개의 상기 로터(310)를 결합시켜 상기 발전기가 발전하도록 할 수 있으며, 상기 고정샤프트(320)에 다수개의 상기 로터(310)가 결합되었을 때 각각의 상기 로터(310)는 상기 블레이드(340)의 경사방향에 따라 서로 다른 방향으로 회전할 수 있다.
상기 프레임휠(330)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 중공 원통형상으로 이루어져 상기 로터(310)의 외곽에 이격되게 배치된다.
이러한 상기 프레임휠(330)은 일체로 제작할 수도 있으며, 경우에 따라 상기 프레임휠(330)을 원호형상으로 형성된 다수개의 프레임바의 결합으로 제작할 수도 있다.
상기 프레임휠(330)이 다수개의 프레임바로 이루어질 경우, 운반시 상기 프레임휠(330)을 각각의 상기 프레임바로 분리하여 상기 프레임휠(330)의 부피를 줄일 수 있기 때문에 운반이 용이하다.
그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 프레임휠(330)의 폭(W1) 즉, 상기 로터(310)의 길이방향의 상기 프레임휠(330)의 폭은 후술할 상기 블레이드(340)의 일단의 폭(W2)보다 좁게 형성된다.
본 실시예에 따른 풍차(300)는 수평축형 및 수직축형 발전기에 모두 적용할 수 있도록 하기 위해서, 상기 프레임휠(330)의 폭(W1)을 상기 블레이드(340)의 일단의 폭(W2)보다 좁게 형성함으로써 수직축형 발전기에 장착된 풍차(300)를 회전시켜 상기 발전기에서 전력을 생산할 수 있다.
더욱 자세하게는 상기 블레이드(340)와 함께 후술하도록 한다.
그리고 상기 프레임휠(330)에는 다수개의 결합공(331)이 형성된다.
상기 결합공(331)에는 상기 블레이드(340)의 타단이 결합된다.
상기 결합공(331)은 상기 프레임휠(330)에 다수개가 형성되고, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 상기 블레이드(340)의 타단이 결합되는 상기 결합공(331)의 위치에 따라 상기 블레이드(340)가 경사지게 배치된다.
도 6 및 도 7은 상기 프레임휠(330)과 상기 블레이드(340)의 타단의 결합상태를 알아보기 위하여 상기 프레임휠(300)의 외측에서 상기 로터(310) 방향으로 바라본 도면으로써, 상기 블레이드(340)는 일단(340a)과 타단(340b)만을 도시하여 나타내었다.
상기와 같이 경사지게 배치되는 상기 블레이드(340)는 도 3에 도시된 바와 같이 타단이 일단에 대해 비틀어져 경사지게 배치된다.
도 3은 상기 블레이드(340)의 일단이 도 5(b) 또는 도 5(c)와 같이 상기 로터(310)의 회전중심축(s)에 대해 경사지게 배치되고, 상기 블레이드(340)의 타단이 일단에 대해 도 3에 도시된 화살표 방향으로 비틀어진 상태이다.
이와 같이 상기 블레이드(340)는 상기 로터(310)와 프레임휠(330)에 결합되어 비틀어지게 배치됨으로써, 블레이드(340)에 바람을 맞는 면적을 넓혀 미풍에도 풍차(300)를 쉽게 회전시킬 수 있다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 프레임휠(330)에 결합되는 상기 블레이드(340)의 타단은 일단에 대해 비틀어져 경사지게 배치된다.
그리고 상기 프레임휠(330)의 외측에는 광고판(333)이 장착된다.
구체적으로 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 프레임휠(330)의 외측에는 부착대(332)가 돌출 형성되어 상기 부착대(332)에 상기 광고판(333)이 장착된다.
이와 같이 프레임휠(330)의 외측에 광고판(333)을 장착함으로써, 도 8(b)에 도시된 바와 같이 전력을 생산하면서 동시에 광고효과를 기대할 수 있다.
이러한 상기 프레임휠(330)은 풍차(300)의 회전시 풍차(300)의 회전관성력을 높여 상기 발전기의 발전효율을 향상시킬 수 있다.
상기 블레이드(340)는 다수개로 이루어지고, 각각 상기 로터(310)와 프레임휠(330) 사이에 배치되어 일단이 상기 로터(310)에 회전가능하게 힌지결합되고 타단이 상기 프레임휠(330)에 결합된다.
그리고 상기 블레이드(340)는 금속판으로 이루어진다.
경우에 따라 상기 블레이드(340)는 인장강도가 높은 합성수지로 이루어질 수도 있다.
이러한 상기 블레이드(340)는 상기 로터(310)와 프레임휠(330)에 탈착 가능하게 결합되어, 풍차(300)의 운반시에는 분리할 수 있기 때문에 운반이 용이하다.
구체적으로 도 2에 도시된 바와 같이 상기 블레이드(340)는 사각판 형상으로 형성되고, 상기 로터(310)가 배치된 방향의 일단에 힌지핀(341)이 결합되며 상기 프레임휠(330)이 배치된 타단에 결합핀(342)이 결합되다.
상기 힌지핀(341)은 양단이 상기 제1힌지공(312) 및 제2힌지공(314)에 삽입되어 상기 블레이드(340)를 상기 로터(310)에 힌지결합시킨다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 힌지핀(341)의 일단은 상기 제1힌지공(312)에 힌지결합되고, 타단은 상기 제2힌지공(314)에 힌지결합된다.
도 5는 상기 로터(310)와 블레이드(340)의 결합방법에 따라 상기 회전체(300)를 정면에서 바라봤을 때 상기 로터(310)에 결합되는 상기 블레이드(340)의 일단과, 상기 블레이드(340)의 타단 방향에서 바라본 일단(340a)을 도시하여 나타낸 도면이다.
도 5(b) 또는 도 5(c)에 도시된 바와 같이 상기 블레이드(340)의 타단에서 일단 방향으로 바라봤을 때, 상기 힌지핀(341)의 양단은 상기 로터(310)의 회전중심축(s)에 대하여 경사지게 배치된다.
경우에 따라 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 상기 힌지핀(341)의 양단을 상기 로터(310)의 회전중심축(s)과 평행하게 배치할 수도 있다.
본 실시예에 따른 풍차(300)가 수평축형 발전기에 결합되었을 때, 상기 힌지핀(341)의 양단이 상기 로터(310)의 회전중심축(s)에 대하여 경사지게 배치될수록 상기 블레이드(340)를 표면에 작용하는 바람의 양이 많아져서 상기 로터(310)의 회전력을 높일 수 있다.
이와 같이 상기 블레이드(340)의 일단은 상기 힌지핀(341)에 의해 상기 로터(310)에 힌지결합됨으로써, 상기 블레이드(340)를 상기 로터(310)에 결합시킬 때 상기 로터(310)의 회전중심축(s)을 중심으로 상호 반대 방향에 결합되는 각각의 상기 블레이드(340)를 상호 반대방향으로 잡아당겨 상호 반대 방향에 배치된 각각의 상기 블레이드(340)를 연결하는 가상의 연장선이 상기 로터(310)의 회전중심축(s)을 지나면서 상호 반대 방향에 배치된 각각의 상기 블레이드(340)와 일직선이 되도록 배치할 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 블레이드(340)를 상기 로터(310)에 결합시키면 상기 블레이드(340)의 타단에 결합되는 상기 프레임휠(330)을 원형으로 쉽게 조립할 수 있다.
본 실시예와 달리 상기 블레이드(340)의 일단을 상기 로터(310)에 용접과 같은 방식으로 고정되게 결합시킬 경우에는 용접시 상기 블레이드(340)의 방향이 틀어져서 상기 프레임휠(330)을 원형으로 결합시키기 어렵게 된다.
즉, 상기 로터(310)의 회전중심축(s)으로부터 각각의 상기 블레이드(340)의 타단까지의 거리가 서로 달라지기 때문에, 상기 블레이드(340)의 타단에 결합되는 상기 프레임휠(330)의 형상이 일그러지게 된다.
상기 결합핀(342)은 일단이 상기 블레이드(340)의 타단에 결합되고 타단이 상기 결합공(331)에 삽입되어 상기 블레이드(340)를 상기 프레임휠(330)에 결합시킨다.
구체적으로 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 결합핀(342)은 2개로 이루어져 상기 블레이드(340)의 타단에 상호 이격되게 배치된다.
경우에 따라 도 7(a)에 도시된 바와 같이 상기 결합핀(342)은 상기 블레이드(340)의 타단 양끝에서 돌출되고 상기 결합공(331)에 삽입하여 상기 블레이드(340)를 상기 프레임휠(330)에 결합시킬 수도 있다.
그리고 상기 결합핀(342)의 타단에는 결합부재(343)가 결합된다.
상기 결합부재(343)는 상기 프레임휠(330)의 외측에 배치되어 상기 결합핀(342)을 상기 프레임휠(330)에 고정시킨다.
경우에 따라 상기 결합부재(343)는 상기 프레임휠(330)의 내측에 배치되어 상기 결합핀(342)을 상기 프레임휠(330)에 고정시킬 수도 있다.
이러한 상기 결합부재(343)는 너트로 이루어져 상기 결합공(331)에 삽입된 상기 결합핀(342)의 삽입길이를 조절하게 된다.
이와 같이 상기 결합공(331)에 삽입된 상기 결합핀(342)의 삽입길이를 조절함으로써, 상기 프레임휠(330)에 대한 상기 결합핀(342)의 삽입길이에 따라 상기 로터(310)와 프레임휠(330)의 이격거리를 가변시켜 상기 프레임휠(330)의 형상을 원형으로 유지할 수 있다.
상기 로터(310)의 회전중심축(s)으로부터 상기 프레임휠(330)의 각 지점까지의 거리가 상이하게 되면 원형의 상기 프레임휠(330)의 형상이 일그러지게 되고, 상기 로터(310)의 회전중심축(s)과 풍차(300)의 질량중심이 어긋나게 되어 풍차(300)가 안정적으로 회전할 수 없게 된다.
이에 따라 전술한 바와 같이 상기 결합부재(343)로 상기 결합공(331)에 삽입된 상기 결합핀(342)의 삽입길이를 조절하여 상기 프레임휠(330)을 원형으로 유지함으로써, 풍차(300)를 안정적으로 회전시킬 수 있다.
전술한 바와 같이 타단에 상기 결합핀(342)이 장착된 상기 블레이드(340)의 일단은 상기 로터(310)에 힌지결합되기 때문에, 상기 로터(310)에서 상호 반대 방향에 배치된 각각의 상기 블레이드(340)를 상호 반대 방향으로 잡아당겨 각각의 상기 블레이드(340)의 타단을 상기 프레임휠(330)에 결합시킴으로써, 상기 프레임휠(330)을 원형으로 쉽게 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 프레임휠(330)에 결합된 상기 블레이드(340)의 타단은 도 6 또는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 블레이드(340)의 일단에 대해 비틀어져 경사지게 배치된다.
그리고 도 4에 도시된 바와 같이 상기 로터(310)의 회전중심축(s) 방향을 기준으로 상기 블레이드(340)의 타단의 길이(L1)는 일단의 길이(L2)보다 짧게 형성된다.
이는 상기 블레이드(340)의 일단이 상기 로터(310)의 회전중심축(s)에 대해 경사진 각도보다 상기 블레이드(340)의 타단이 상기 로터(310)의 회전중심축(s)에 대해 경사진 각도가 크기 때문이다.
이에 따라 바람이 비틀어진 상기 블레이드(340)의 표면을 밀어 회전시킨다.
상기 블레이드(340)의 비틀림이 클수록 상기 블레이드(340)가 받는 풍력이 커지게 되어 풍량이 적을 때도 풍차(300)를 쉽게 회전시킬 수 있지만, 강풍에 견디지 못하여 파손될 우려가 있다.
따라서 풍력에 따른 풍차(300)의 회전력을 높이면서 강풍에도 견딜 수 있도록 설치 장소의 대기환경에 따라 상기 블레이드(340)의 비틀림각을 조절하여야 할 것이다.
상기 블레이드(340)의 비틀림각의 조절은 풍차(300)의 조립방법에서 자세히 설명하도록 한다.
상술한 바와 같은 조립식 풍차(300)는 상기 로터(310), 프레임휠(330) 및 블레이드(340)가 탈착 가능하게 결합됨으로써, 풍차(300)의 제작 및 운반이 쉽고, 미풍에도 회전이 용이하며, 프레임휠(330)에 의한 풍차(300)의 회전관성력을 높여 발전효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 풍력발전기에 설치되어 사용되는 풍차(300)는 일반적으로 다양한 자연적 외부요소에 따라 파손되거나 그 형상이 변형될 수 있기 때문에 본 실시예에 따른 풍차(300)는 파손되거나 그 형상이 변형됨에 따라 전술한 바와 같이 분리하여 파손된 부품만 교체하거나 상기 로터(310)와 프레임휠(330)의 간격을 조절할 수 있어서 풍차(300)의 유지 보수가 편리하다.
이하, 상술한 구성에 따른 풍력발전기용 조립식 풍차(300)의 조립방법에 대해 알아본다.
상기 고정샤프트(320)를 상기 지지홀(315)에 삽입하여 상기 로터(310)를 상기 고정샤프트(320)에 회전가능하게 결합시킨다.
그리고 상기 로터(310)에 상기 블레이드(340)의 일단을 힌지결합시킨다.
구체적으로 상기 블레이드(340)의 일단에 결합된 상기 힌지핀(341)의 일단을 상기 제1힌지공(312)에 삽입하고 상기 힌지핀(341)의 타단을 상기 제2힌지공(314)에 삽입하여 상기 블레이드(340)의 일단을 상기 로터(310)에 힌지결합시킨다.
도 5(a)에 도시된 바와 같이 상기 힌지핀(341)의 양단은 좌우로 상호 대응되는 위치에 형성된 상기 제1힌지공(312)과 제2힌지공(314a)에 각각 삽입되어 상기 블레이드의 일단(340a)을 상기 로터(310)의 회전중심축(s)과 평행하게 배치할 수 있다.
또한, 상기 힌지핀(341)의 양단을 좌우로 상호 대응되지 않는 위치에 형성된 상기 제1힌지공(312)과 제2힌지공(314b)에 각각 삽입하여 상기 블레이드(340)의 일단이 상기 로터(310)의 회전중심축(s)에 경사지게 배치되도록 할 수도 있다.
즉, 도 5(b)에 도시되 바와 같이, 상기 힌지핀(341)의 일단은 상기 제1힌지공(312)에 삽입되고, 상기 힌지핀(341)의 타단은 상기 힌지핀(341)의 일단이 삽입된 상기 제1힌지공(312)과 좌우로 대응되는 위치에 형성된 상기 제2힌지공(314a)의 다음에 형성된 다른 제2힌지공(314b)에 삽입된다.
이에 따라 상기 블레이드(340)의 일단이 상기 로터(310)의 회전중심축(s)에 경사지게 배치되게 된다.
또한, 도 5(c)에 도시된 바와 같이, 상기 블레이드의 일단(340a)을 상기 제1힌지공(312)에 삽입하고 타단을 제2힌지공(314c)에 삽입하여 상기 블레이드의 일단(340a)을 상기 로터(310)의 회전중심축(s)에 더욱 경사지게 배치시킬 수 있다.
이와 같이, 상기 힌지핀(341)이 각각 결합되는 상기 제1힌지공(312)과 제2힌지공(314)의 거리가 멀어질수록 상기 블레이드의 일단(340a)은 상기 로터(310)의 회전중심축(s)에 대해 기울어지는 각도가 커지게 된다.
본 실시예에 따른 풍차(300)를 수평축형 발전기에 결합시킬 경우, 상기 블레이드(340)의 일단이 상기 로터(310)의 회전중심축(s)에 대해 기울어지는 각도가 커질수록 상기 블레이드(340)의 표면에 작용하는 바람의 양이 많아져서 상기 로터(310)의 회전력이 커지게 된다.
상술한 바와 같이 상기 블레이드(340)의 일단을 상기 로터(310)에 힌지결합시킨 후, 상기 블레이드(340)의 타단을 상기 프레임휠(330)에 결합시킨다.
상기 블레이드(340)의 타단을 상기 프레임휠(330)에 결합시킬 때는, 상기 로터(310)의 회전중심축(s)을 중심으로 상호 반대방향에 배치된 각각의 상기 블레이드(340)를 상호 반대 방향으로 잡아당겨 각각의 상기 블레이드(340)의 타단을 상기 프레임휠(330)에 결합시킨다.
이와 같이 상기 로터(310)의 회전중심축(s)을 중심을 상호 반대 방향에 배치된 각각의 상기 블레이드(340)를 상호 반대방향으로 잡아당김으로써, 상호 반대방향에 배치된 각각의 상기 블레이드(340)의 연결선이 상기 로터(310)의 회전중심축(s)을 지나면서 상기 로터(310)의 회전중심축(s)으로부터 각각의 상기 블레이드(340)의 타단까지의 거리를 일정하게 유지하여 상기 블레이드(340)의 타단에 결합되는 상기 프레임휠(330)을 원형으로 유지하기 용이하다.
구체적으로 전술한 바와 같이 상기 블레이드(340)의 타단에 결합된 상기 결합핀(342)을 상기 결합공(331)에 삽입하여 상기 결합부재(343)로 상기 결합핀(342)을 고정시킨다.
상기 결합부재(343)는 상기 결합핀(342)이 상기 결합공(331)에 삽입되는 길이를 조절하여 상기 로터(310)와 프레임휠(330) 사이의 이격거리를 가변시킬 수 있다.
전술한 바와 같이 상기 로터(310)의 회전중심축(s)을 중심으로 상호 반대방향에 배치된 상기 블레이드(340)를 상호 반대 방향으로 잡아당겨 상기 프레임휠(330)에 결합시킴으로써 상기 프레임휠(330)을 원형으로 유지하여 조립할 수 있지만, 상기 로터(310)와 프레임휠(330) 사이의 이격거리에 미세한 차이가 발생할 수 있기 때문에 상기 결합부재(343)를 이용하여 상기 로터(310)와 프레임휠(330) 사이의 이격거리를 더욱 세밀하게 조절할 수 있다.
도 6 또는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 프레임휠(330)에는 다수개의 상기 결합공(331)이 형성되어 상기 결합핀(342)이 결합되는 상기 결합공(331)의 위치에 따라 상기 블레이드의 타단(340b)이 상기 로터(310)의 회전중심축(s)에 대해 경사지게 기울어지는 각도를 조절할 수 있다.
도 6(a)에 도시된 바와 같이, 상기 결합공(331)은 상기 프레임휠(330)의 둘레를 따라 두 줄로 서로 엇갈리게 형성된다.
이에 따라 상기 결합핀(342)이 상기 결합공(331)에 삽입되어 상기 블레이드의 타단(340b)이 상기 프레임휠(330)에 결합되고, 상기 블레이드의 타단(340b)은 일단(340a)에 대해 경사지게 배치된다.
그리고 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 상기 결합공(331)은 상기 프레임휠(330)의 둘레를 따라 한 줄로 형성되고, 상기 결합핀(342)은 상기 블레이드의 타단(340b)의 서로 다른 면에서 돌출되어 상기 프레임휠(330)에 결합되어 상기 블레이드의 타단(340b)이 일단(340a)에 대해 경사지게 배치된다.
그리고 도 6(c)는 도 6(b)와 같이 상기 결합공(331)이 상기 프레임휠(330)의 둘레를 따라 한 줄로 형성되지만, 상기 결합핀(342)이 상기 블레이드의 타단(340b) 중심부에서 돌출되어 상기 결합공(331)에 삽입된다.
이에 따라 상기 블레이드의 타단(340b)이 상기 로터(310)의 회전중심축(s)과 수직을 이루도록 상기 프레임휠(330)에 결합되고, 이와 같이 상기 프레임휠(330)에 결합된 상기 블레이드(340)는 비틀림이 가장 심하다.
또한, 도 7은 상기 결합핀(342)이 상기 블레이드의 타단(340b) 양끝에서 돌출되어 상기 결합공(331)에 삽입된 상태로, 상기 블레이드의 타단(340b)이 일단(340a)에 대해 경사지게 배치된다.
전술한 바와 같이 상기 블레이드(340)의 타단이 상기 프레임휠(330)에 결합될 때, 상기 로터(310)의 회전중심축(s)에 대한 상기 블레이드(340) 타단의 경사각도는 상기 로터(310)의 회전중심축(s)에 대한 상기 블레이드(340) 일단의 경사각도보다 크다.
이에 따라 상기 블레이드(340)의 타단은 일단에 대해 비틀어져 경사지게 배치된다.
그리고 상기 부착대(332)에 광고판(333)을 장착시킨다.
상기 광고판(333)은 상기 부착대(332)에 장착되어 상기 프레임휠(330)과 함께 회전함으로써, 광고에 애니메이션 효과를 나타낼 수 있다.
또한, 이러한 다수개의 풍차(300)를 인접하게 결합시킬 경우 발전기의 출력을 높이면서 상기 광고판(333)의 광고효과도 더욱 높일 수 있다.
이러한 풍차(300)는 도 8에 도시된 바와 같이 수평축형 발전기에 및 수직축형 발전기에 모두 적용하여 전력을 생산할 수 있다.
또한, 도 9(a) 및 도 9(b)에 도시된 바와 같이 풍차(300)를 다수개 결합시켜 발전기의 출력 및 효율을 더욱 높일 수도 있다.
도 9(b)는 가로등에 수직축형 발전기를 적용한 도면이다.
뿐만 아니라 도 9(c)에 도시된 바와 같이 다수개의 풍차(300)를 결합시켜 수평축 발전기와 수직축 발전기를 복합적으로 적용할 수도 있다.
본 발명인 풍력발전기용 조립식 풍차는 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
100 : 지주, 200 : 동체, 300 : 풍차, 310 : 로터, 311 : 제1결합부, 312 : 제1힌지공, 313 : 제2결합부, 314,314a,314b,314c : 제2힌지공, 315 : 지지홀, 320 : 고정샤프트, 330 : 프레임휠, 331 : 결합공, 332 : 부착대, 333 : 광고판, 340 : 블레이드, 341 : 힌지핀, 342 : 결합핀, 343 : 결합부재,

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 원통형상으로 형성되어 발전기에 연결되는 로터와;
    중공 원통형상으로 이루어져 상기 로터의 외곽에 이격되게 배치되는 프레임휠과;
    상기 로터와 프레임휠 사이에 탈착 가능하게 결합되는 사각판 형상의 블레이드; 로 이루어지되,
    상기 블레이드의 일단에는 상기 로터에 힌지결합되는 힌지핀이 결합되고,
    상기 블레이드의 타단에는, 상기 프레임휠에 삽입 결합되어 상기 프레임휠에 대한 삽입길이에 따라 상기 로터와 프레임휠의 이격거리가 가변되는 결합핀이 결합되며,
    상기 로터, 프레임휠 및 블레이드는 풍력에 의해 함께 회전하여 상기 발전기가 전력을 생산하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 조립식 풍차.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 로터의 일단 외주면에는 상기 로터의 원주를 따라 제1결합부가 돌출 형성되고,
    상기 로터의 타단 외주면에는 상기 로터의 원주를 따라 제2결합부가 돌출 형성되며,
    상기 제1결합부에는 상기 로터의 회전중심축을 중심으로 원형으로 배치된 다수개의 제1힌지공이 형성되고,
    상기 제2결합부에는 상기 로터의 회전중심축을 중심으로 원형으로 배치된 다수개의 제2힌지공이 형성되되,
    상기 힌지핀의 일단은 상기 제1힌지공에 힌지결합되고, 타단은 상기 제2힌지공에 힌지결합되고,
    상기 블레이드의 타단에서 일단 방향으로 바라봤을 때, 상기 힌지핀의 양단은 상기 로터의 회전중심축에 대하여 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 조립식 풍차.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 블레이드의 타단은 일단에 대해 비틀어져 경사지게 배치되되,
    상기 로터의 회전중심축 방향을 기준으로 상기 블레이드의 타단의 길이는 일단의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 조립식 풍차.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 프레임휠의 폭은 상기 블레이드의 일단의 폭보다 좁은 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 조립식 풍차.
  6. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 프레임휠의 외측에는 광고판이 장착되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 조립식 풍차.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 프레임휠은 원호형상으로 형성된 다수개의 프레임바의 결합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 조립식 풍차.
  8. 원통형상으로 형성되어 발전기에 연결되는 로터와;
    중공 원통형상으로 이루어져 상기 로터의 외곽에 이격되게 배치되는 프레임휠과;
    상기 로터와 프레임휠 사이에 배치되어 일단이 상기 로터에 회전가능하게 힌지결합되고 타단이 상기 프레임휠에 결합되는 블레이드와;
    발전기가 장착된 동체에 고정 장착되어 상기 로터를 지지하는 고정샤프트; 를 포함하여 이루어지되,
    상기 로터에는 중공형상의 지지홀이 형성되고,
    상기 고정샤프트는 상기 지지홀에 삽입되며,
    상기 로터와 고정샤프트 사이에는 베어링이 삽입되어 상기 로터가 상기 고정샤프트에 회전가능하게 결합되고,
    상기 블레이드는 상기 로터와 프레임휠에 탈착 가능하게 결합되며,
    상기 로터, 프레임휠 및 블레이드는 풍력에 의해 함께 회전하여 상기 발전기가 전력을 생산하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 조립식 풍차.
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