KR101377709B1 - 풍력 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다양한 방향에서 불어오는 바람에 의한 풍력을 효과적으로 수용하여 전기를 생산하기 위한 에너지로 변환하는 풍력 발전 장치에 관한 것이다. 본 발명은, 회전축에 연결되어 상기 회전축의 방사방향으로 형성되는 적어도 둘의 힌지 지지대; 상기 회전축의 축방향으로 슬라이드되어 펼쳐지는 블레이드를 포함하고, 상기 회전축의 축방향과 평행한 방향으로 형성되는 상기 힌지 지지대의 힌지축에 회동가능하게 결합하는 적어도 둘의 날개부; 상기 날개부 중, 풍력에 의해 상기 힌지축을 중심으로 젖혀지는 제1 날개부와, 상기 제1 날개부와 이웃하는 제2 날개부 및 제3 날개부와 연결되어, 상기 제1 날개부의 젖힘에 연동하여, 상기 제2 날개부와 제3 날개부 중 어느 하나의 제1 블레이드를 펼치고, 다른 하나의 제2 블레이드를 접는 블레이드 개폐부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치를 제공하여, 다양한 방향에서 불어오는 바람에 민감하게 대응하는 블레이드의 움직임을 유도하여 발전 효율을 높이는 유리한 효과를 제공한다.

Description

풍력 발전 장치{Wind power generator}
본 발명은 풍력 발전 장치에 관한 것으로, 다양한 방향에서 불어오는 바람에 의한 풍력을 효과적으로 수용하여 전기를 생산하기 위한 에너지로 변환하는 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
풍력 발전 장치는 풍력을 이용하여 전력을 생산하는 장치이다. 이러한, 풍력 발전 장치는 블레이드(blade)의 설치 방향에 따라 수평축 풍력 발전 장치와 수직축 발전 장치로 구분할 수 있다. 수평축 발전 장치는 프로펠러와 같이 회전축이 바람을 향하게 된다. 이에 바람의 방향에 따라 요잉(yawing) 제어가 필요하다.
반면에, 회전축이 지면에 수직하게 서있는 수직축 풍력 발전 장치는 수평축 발전 장치와 같이 요잉(yawing) 제어가 필요 없다. 수직축 풍력 발전 장치는 모든 방향에서 불어오는 바람을 이용하여 전력을 생산할 수 있기 때문이다. 이러한, 수직축 풍력 발전 장치는 광활한 개활지나 해상 이외에 도심에서도 설치될 수 있는 이점이 있다.
그러나, 이러한 수직축 풍력 발전 장치는 에너지 변환 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수직축 풍력 발전 장치로서, 발전 효율이 높은 풍력 발전 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 저풍속, 난방향성 바람에도 발전 효율을 높일 수 있는 풍력 발전 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 회전축에 연결되어 상기 회전축의 방사방향으로 형성되는 적어도 둘의 힌지 지지대; 상기 회전축의 축방향으로 슬라이드되어 펼쳐지는 블레이드를 포함하고, 상기 회전축의 축방향과 평행한 방향으로 형성되는 상기 힌지 지지대의 힌지축에 회동가능하게 결합하는 적어도 둘의 날개부; 상기 날개부 중, 풍력에 의해 상기 힌지축을 중심으로 젖혀지는 제1 날개부와, 상기 제1 날개부와 이웃하는 제2 날개부 및 제3 날개부와 연결되어, 상기 제1 날개부의 젖힘에 연동하여, 상기 제2 날개부와 제3 날개부 중 어느 하나의 제1 블레이드를 펼치고, 다른 하나의 제2 블레이드를 접는 블레이드 개폐부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 블레이드 개폐부는, 상기 회전축에 고정되고 상기 제1 날개부의 끝단이 삽입되는 가이드 블록; 상기 가이드 블록 내면과 상기 제1 날개부의 끝단 사이에 개재되어, 상기 제1 날개부의 회동방향의 반대방향으로 복원력을 제공하는 제1 탄성부재; 상기 제1 블레이드와 상기 제1 날개부의 끝단을 연결하여, 상기 제1 날개부의 회동에 연동하여, 상기 제1 블레이드를 당김으로써, 상기 제1 블레이드를 펼치는 제1 와이어;및 상기 제2 블레이드와 상기 제1 날개부의 끝단을 연결하여, 상기 제1 날개부의 회동에 연동하여 상기 제2 블레이드를 당김으로써, 상기 제2 블레이드를 접는 제2 와이어;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 블레이드를 이루는 적어도 둘의 블레이드 파트 중 일측 최외각에 배치된 블레이드 파트와 타측 최외각에 배치된 블레이드 파트에 결합하여, 상기 블레이드가 슬라이드되어 접히도록 복원력을 제공하는 블레이드 개방 유지부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 회전축 상부에 형성되고, 상기 날개부위 위치에 대응하는 방사방향으로 적어도 둘의 슬롯이 형성된 방향결정블록; 상기 회전축 상부와 볼조인트로 연결되고, 끝단이 상기 방향결정블록에 삽입된 상태에서, 상기 슬롯 중 어느 하나의 슬롯에 안내되어, 풍력에 의해 상기 볼조인트를 중심으로 회동하는 블레이드 개폐 보조부; 상기 슬롯에 포함되되, 상기 방향결정블록 내면과 상기 블레이드 개폐 보조부의 끝단 사이에 개재되어, 상기 블레이드 개폐 보조부의 회동방향의 반대 방향으로 복원력을 제공하는 제2 탄성부재;및 제1 블레이드와 상시 블레이드 개폐 보조부의 끝단을 연결하여, 상기 블레이드 개폐 보조부의 회동에 연동하여, 상기 제1 블레이드를 당김으로써, 상기 제1 블레이드를 펼치는 제3 와이어;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 날개부는, 동일한 축을 중심으로 회동 가능하게 형성되는 제1 프레임과 제2 프레임; 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임을 연결하여, 상기 블레이드를 펼치기 위한 영역을 형성하는 제3 프레임을 포함하고, 상기 제3 프레임은. 다단 형태로 구성되어 길이 방향으로 확장 및 축소 가능하게 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제3 프레임 내부에 형성되는 모터; 상기 모터의 회전축에 치합하고, 상기 제3 프레임의 최내측단에 결합하는 랙바; 상기 회전축에 형성되는 풍속 센서;및 상기 풍속 센서 및 모터와 연결되어, 상기 풍속 센서의 측정값이 소정의 기준값 이상이면, 상기 제3 프레임이 길이 방향으로 축소되도록 상기 모터의 구동을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 회전축에는, 하향하여 만곡 형성되며 하측에 요철부가 형성된 상부 슬롯과, 상기 상부 슬롯과 대향하여 형성되며 상향하여 만곡 형성되고 상측에 요철부가 형성된 하부 슬롯이 마련되고, 상기 힌지 지지대는 상기 상부 슬롯 및 하부 슬롯에 삽입되어 방사방향을 축방향으로 하여 단계적으로 회전 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
본 발명에 따른 풍력 발전 장치에 따르면, 슬라이드 되어 펼쳐지는 블레이드를 포함하는 날개부를 구비하고, 바람에 의해 젖혀지는 날개부의 움직임에 연동하여 이웃하는 날개부의 블레이드가 펴지거나 접혀지는 구성을 구비함으로써, 다양한 방향에서 불어오는 바람에 민감하게 대응하는 블레이드의 움직임을 유도하여 발전 효율을 높이는 유리한 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전 장치의 바람직한 일실시예의 구성을 도시한 도면,
도 2는 도 1에서 도시한 실시예의 블레이드 개폐부의 구성을 도시한 도면,
도 3은 젖혀지는 제1 날개부와 연동하여 블레이드가 펼쳐지거나 접혀지는 제2 날개부와 제3 날개부를 도시한 도면,
도 4는 도 1에서 도시한 실시예의 회전 과정 중에 각 날개부의 블레이드의 펼쳐진 상태와 접혀진 상태를 모식화하여 도시한 도면,
도 5는 도 1에서 도시한 실시예의 블레이드 개방 유지부를 도시한 도면,
도 6은 도 1에서 도시한 실시예의 블레이드 개폐 보조부가 삽입되는 방향결정블록의 구성을 도시한 도면,
도 7은 도 6에서 도시한 방향결정블록에 포함된 제2 탄성부재를 도시한 도면,
도 8은 회전축에 볼조인트로 연결되는 블레이드 개폐 보조부를 도시한 도면,
도 9는 도 1에서 도시한 실시예의 블레이드 개폐 보조부의 젖힘에 연동하여 블레이드가 펼쳐지는 제2 날개부를 도시한 도면,
도 10은 도 1에서 도시한 실시예의 날개부에 있어서, 다단형태로 구성되는 날개부의 프레임을 도시한 도면.
도 11은 도 10에서 도시한 날개부의 다단형태의 프레임을 확장 및 단축시키기 위한 내부 구성을 도시한 도면,
도 12는 도 10에서 도시한 날개부의 다단형태의 프레임이 단축되어 블레이드가 펼쳐지는 영역을 축소한 상태를 도시한 도면,
도 13은 도 1에서 도시한 실시예의 회전축에 형성된 상부 슬롯과 하부 슬롯의 구성을 도시한 도면,
도 14는 도 13에서 도시한 상부 슬롯을 따라 힌지 지지대가 이동함으로써 날개부가 회전축의 방사방향을 축방향으로 하여 회전하는 상태를 도시한 도면,
도 15는 도 13에서 도시한 하부 슬롯을 따라 힌지 지지대가 이동함으로써 날개부가 회전축의 방사방향을 축방향으로 하여 회전하는 상태를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 회전축이 지면에 수직하게 서있는 수직축 풍력 발전 장치에 관한 것이다. 본 발명은 적어도 둘의 블레이드 파트로 구성되어 회전축의 축방향으로 슬라이드되어 펼쳐지는 블레이드를 포함하는 날개부들을 구비하며, 특정 날개부의 젖힘에 연동하여 이웃하는 날개부의 블레이드가 펼쳐지거나 접혀지는 기술적 특징이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전 장치의 바람직한 일실시예의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에서 도시한 실시예의 블레이드 개폐부의 구성을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 관계를 개념적으로 명확히 이해하기 위해서 특징되는 부분만을 도시한 것으로서, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도시된 특정 형태에 본 발명이 크게 제한될 필요는 없다.
이러한, 도 1 및 도2는 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.
도 1 및 도 2를 병행 참조하면, 도시된 풍력 발전 장치는, 회전축(10)에 방사방향으로 형성되는 복수 개의 힌지 지지대(100)와, 슬라이드되어 펼쳐지는 블레이드(201)를 포함하는 복수 개의 날개부(200)와, 소정의 날개부(200)의 젖힘에 연동하여 이웃하는 날개부(200)의 블레이드(201)를 펼치거나 접는 블레이드 개폐부(300)를 포함한다.
먼저, 힌지 지지대(100)와 날개부(200)에 대해 설명한다.
도 1 및 도 2를 병행 참조하면, 힌지 지지대(100)는 회전축(10)에 방사방향으로 형성된다. 그리고 힌지 지지대(100)의 끝단에 마련되는 힌지축은 회전축(10)과 평행한 방향으로 구비된다. 이러한 힌지 지지대(100)는 날개부(200)의 개수에 대응하여 회전축(10)의 둘레를 따라 일정한 간격으로 이격되어 배치된다.
일실시예에 있어서, 힌지 지지대(100)는 상부 프레임과 하부 프레임이 이격되어 형성되고, 상부 프레임의 끝단과 하부 프레임의 끝단이 힌지축으로 연결되는 형태로 구비될 수 있다.
도 1 및 도 2를 병행 참조하면, 날개부(200)는 상술한 힌지 지지대(100)의 힌지축에 회동 가능하게 결합한다. 날개부(200)의 끝단은 후술되는 블레이드 개폐부(300)의 가이드블록(도 2의 320)에 삽입된다. 이에 따라, 힌지 지지대(100)의 힌지축을 중심으로 하는 날개부(200) 회동범위는 가이드블록(도 2의 320)에 의해 제한된다.
이하, 날개부(200)가 풍력에 의해, 힌지 지지대(100)의 힌지축을 중심으로 회동하는 움직임을 “날개부(200)가 젖혀지다” 또는 “날개부(200)의 젖힘”이라 표현한다.
날개부(200)는 슬라이드되어 펼쳐지거나 접히는 블레이드(201)를 포함한다. 날개부(200)는 외형을 구성하는 프레임 안에 블레이드(201)가 위치한다. 블레이드(201)는 복수 개의 블레이드 파트가 조합되어 구성된다. 각 블레이드 파트는 끝단이 동일축을 중심으로 회동가능하게 형성된다. 블레이드 파트의 개수는 날개부(200)의 크기 및 형태에 따라 적절하게 변경 실시 가능하다.
도 1 및 도 2에서 날개부(200)는 모두 4개로 예시하고 있다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 바람의 방향에 대향하여 위치함으로써 소정의 방향에서 불어오는 바람에 직접적으로 영향을 받는 날개부를 “제1 날개부(210)”로 정의한다. 또한, 제1 날개부(210)에 이웃하는 날개부 중 블레이드가 펼쳐지는 날개부를 “제2 날개부(220)”로 정의한다. 그리고, 제1 날개부(210)에 이웃하는 날개부 중 블레이드가 접혀지는 날개부를 “제3 날개부(230)”로 정의한다.
한편, 제1 블레이드(202)는 제2 날개부(220)의 블레이드를 의미하며, 제2 블레이드(203)는 제3 날개부(230)의 블레이드를 의미한다.
아울러, 회전축(10)의 상단에는 블레이드 개폐 보조부(도 1의 520)가 추가로 구비된다. 블레이드 개폐 보조부(520)는 제2 날개부(220)의 제1 블레이드(202)를 펼치기 위한 보조 동력을 제공한다. 이에 대해서는 뒤에서 자세히 설명한다
다음으로, 블레이드 개폐부(300)를 설명한다.
블레이드 개폐부(300)는 제1 날개부(210)의 젖힘에 연동하여 제2 날개부(220)의 제1 블레이드(202)를 펼치고, 제3 날개부(230)의 제2 블레이드(203)를 접는 역할을 한다.
도 2를 참조하면, 가이드 블록(310)과, 제1 탄성부재(320)와, 제1 와이어(330)와, 제2 와이어(340)를 포함한다. 가이드 블록(310)은 회전축(10)에 고정되고 제1 날개부(210)의 끝단이 삽입되는 공간을 형성한다. 제1 탄성부재(320)는 가이드 블록(310)의 내부에 설치된다. 제1 탄성부재(320)은 가이드 블록(310) 내면과 제1 날개부(210)에 연결되어 제1 날개부(210)의 회동 방향과 반대 방향으로 회동하도록 복원력을 제공한다.
제1 와이어(330)는 제2 날개부(220)의 제1 블레이드(202)와 제1 날개부(210)의 끝단을 연결한다. 제1 와이어(330)는 제1 블레이드(202)에서 제1 풀리(20)를 거쳐 제1 날개부(210)의 끝단에 연결된다.
제2 와이어(340)는 제3 날개부(230)의 제2 블레이드(203)와 제1 날개부(210)의 끝단을 연결한다. 제2 와이어(340)는 제2 블레이드(203)에서 제1 풀리(20)를 거쳐 제1 날개부(210)의 끝단에 연결된다.
이하, 도 3 및 도 4을 참조하여 블레이드 개폐부(300)의 작동 과정을 설명한다.
도 3은 젖혀지는 제1 날개부와 연동하여 블레이드가 펼쳐지거나 접혀지는 제2 날개부와 제3 날개부를 도시한 도면이고, 도 4는 도 1에서 도시한 실시예의 회전 과정 중에 각 날개부의 블레이드의 펼쳐진 상태와 접혀진 상태를 모식화하여 도시한 도면이다.
제1 와이어(330:331,332)는 제2 날개부(220)의 상부를 형성하는 제1 블레이드(202)와 연결되는 와이어(331)와, 제2 날개부(220)의 하부를 형성하는 제1 블레이드(202)와 연결되는 와이어(332)로 나뉜다. 그리고, 제2 와이어(340:341,342)는 제3 날개부(230)의 상부를 형성하는 제2 블레이드(203)와 연결되는 와이어(341)와, 제3 날개부(230)의 하부를 형성하는 제2 블레이드(203)와 연결되는 와이어(342)로 나뉜다.
제2 날개부(220)는 접혀진 상태이며, 제1 날개부(210)와 제3 날개부(230)는 펼쳐진 상태이다.
바람이 불면, 제2 날개부(220)는 풍력에 의해 힌지 지지대(100)의 회전축을 중심으로 젖혀진다. 제2 날개부(220)가 젖혀지면 제1 와이어(330) 및 제2 와이어(340)를 당긴다. 제1 와이어(330)가 당겨지면, 접힌 상태로 있던 제1 블레이드(202)가 하방으로 펼쳐진다. 반면에, 제2 와이어(340)가 당겨지면, 펼쳐진 상태로 있던 제2 블레이드(203)가 하방으로 접혀진다.
즉, 도 4를 참조하면, 도 4의 (a)와 같이, 주된 풍향을 대향하는 제1 날개부(210)를 세팅한다. 이때, 제2 날개부(220)의 제1 블레이드(202)는 펼쳐진 상태이며, 제1 날개부(210)의 블레이드(201) 및 제3 날개부(230)의 제2 블레이드(203)는 닫혀진 상태이다. 도 4에서 블레이드를 검은색으로 표기한 것은 블레이드가 펼쳐진 상태를 의미하며, 블레이드를 흰색으로 표기한 것은 블레이드가 접힌 상태를 의미한다.
이후, 도 4의 (b)와 같이. 풍력에 의해, 제1 날개부(210)가 젖혀진다. 제1 날개부(210)가 젖혀짐에 따라 제2 날개부(220)의 제1 블레이드(202)가 펼쳐지기 시작한다. 동시에 제3 날개부(230)의 제2 블레이드(203)가 접혀지기 시작한다. 이때, 제1 날개부(210)가 바람을 직접적으로 수용하여 풍력에 의해, 회전축(10)을 중심으로 날개부(200)가 회전한다.
도 4의 (c)와 같이, 회전축(10)을 중심으로 시계방향으로 날개부(200)의 회전이 계속되면, 제1 블레이드(202)는 대부분 펼쳐지고, 제2 블레이드(203)는 대부분 접혀진다.
도 4의 (d)와 같이, 제1 블레이드(202)가 완전히 펼쳐진 상태로 제2 날개부(220)가, 도 4의 (a)의 제1 날개부(210)의 위치에 배치된다. 그리고, 제1 날개부(210)는 도 4의 (a)의 제3 날개부(230)의 위치에 배치된다. 제3 날개부(230)는 완전히 접힌 상태로 배치된다. 이때, 제2 날개부(220)는 바람의 영향을 완전히 받으면서 도 4의 (a)의 제1 날개부(210)와 같이, 풍력에 의해 젖혀지게 된다.
이에 도 4에서 도시한 일련의 과정을 반복하면서 날개부(200)는 회전을 계속한다. 날개부(200)의 회전에 의해 회전축(10)이 회전하며, 회전축(10)에 연결된 발전기의 회전축이 회전하면서 발전을 한다.
도 5는 도 1에서 도시한 실시예의 블레이드 개방 유지부를 도시한 도면이다.
각 날개부(200)의 블레이드는 슬라이드되어 접히도록 복원력을 제공하는 블레이드 개방 유지부(400)를 포함할 수 있다.
이에 대해, 도 5를 참조하여 제2 날개부(220)를 예로 들어 설명한다. 블레이드 개방 유지부(400)는, 제2 날개부(220)의 블레이드(202)를 이루는 블레이드 파트 중, 일측 최외각에 배치된 블레이드 파트(202a)와 타측 최외각에 배치된 블레이드 파트(202b)에 연결된다. 블레이드 개방 유지부(400)는 인장 스프링으로 구성되어 제1 블레이드(202)가 접혀지도록 복원력을 제공한다. 이는 자중으로 제1 블레이드(202)가 펼쳐지는 것을 방지하고 제2 블레이드(203)가 용이하게 접혀지도록 하기 위함이다.
상술한 바와 같이 제1 날개부(210)의 젖힘에 연동하여 제1 와이어(330)가 당겨지면, 제1 블레이드(202)는 블레이드 개방 유지부(400)의 복원력을 극복하고 펼쳐지게 된다.
일실시예에 있어서, 풍력 발전 장치는 바람의 방향과 무관하게 효과적으로 날개부(200)의 회전을 유도하기 위하여 블레이드 개폐 보조부(520)를 더 구비할 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여 블레이드 개폐 보조부(520)에 대해 설명한다.
도 6은 도 1에서 도시한 실시예의 블레이드 개폐 보조부가 삽입되는 방향결정블록의 구성을 도시한 도면이고, 도 7은 도 6에서 도시한 방향결정블록에 포함된 제2 탄성부재를 도시한 도면이며, 도 8은 회전축에 볼조인트로 연결되는 블레이드 개폐 보조부를 도시한 도면이다.
블레이드 개폐 보조부(520)는 제2 날개부(220)의 제1 블레이드(202)의 펼침 동작을 보조하기 위한 것이다. 블레이드 개폐 보조부(520)는 도 1에서 확인할 수 있듯이, 회전축(10)의 상단에 배치된다. 구체적으로, 회전축(10)의 상부와 볼조인트(521)로 결합되며(도 8 참조), 블레이드 개폐 보조부(520)의 하단은 방향결정블록(510)에 삽입된다.
도 6을 참조하면, 방향결정블록(510)은 회전축(10) 상부에 형성되고 회전축(10)의 축 방향을 기준할 때 방사방향으로 복수 개의 슬롯(511)이 형성된다. 이 슬롯(511)의 위치와 개수는 날개부(200)의 위치와 개수에 대응되게 형성된다. 도 6 및 도 7에서 도시한 슬롯(511)은 십자형태로 형성된다. 블레이드 개폐 보조부(520)의 상부에는 풍력을 수용하는 평면이 형성되며 이 평면은 슬롯(511)에 대응하여 십자 형태로 형성된다. 슬롯(511)의 교차 영역(슬롯(511)의 중심 부근)의 모서리 부분은 라운드 처리되는 것이 좋다.
블레이드 개폐 보조부(520)의 하단은 십자 형태의 4 개의 슬롯(511) 중 어느 하나의 슬롯(511)에 삽입되어 이동하게 된다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 방향결정블록(510)의 각 슬롯(511)에는 제2 탄성부재(530)가 설치된다. 제2 탄성부재(530)는 방향결정블록(510)의 내면과 블레이드 개폐 보조부(520)의 하단을 연결하여 형성된다. 이러한, 제2 탄성부재(530)는 블레이드 개폐 보조부(520)가 풍력에 의해 볼조인트(521)를 중심으로 회동할 때, 블레이드 개폐 보조부(520)의 회동 방향과 반대 방향으로 회동하도록 복원력을 제공한다.
도 9는 도 1에서 도시한 실시예의 블레이드 개폐 보조부의 젖힘에 연동하여 블레이드가 펼쳐지는 제2 날개부를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 제3 와이어(540)는 회전축(10)에 고정된 제2 풀리(30)를 거쳐 블레이드 개폐 보조부(520)의 하단과 제2 날개부(220)의 제1 블레이드(202)를 연결한다. 제3 와이어(540:541,542)는 제2 날개부(220)의 상부를 형성하는 제1 블레이드(202)와 연결되는 와이어(541)와 제2 날개부(220)의 하부를 형성하는 제1 블레이드(202)와 연결되는 와이어(542)로 나뉜다.
임의의 방향에서 바람이 불어오면, 풍력에 의해 블레이드 개폐 보조부(520)를 어느 일방향으로 젖혀진다. 이때, 블레이드 개폐 보조부(520)의 젖혀지는 방향은 슬롯(511)의 방향에 의해 결정된다. 블레이드 개폐 보조부(520)가 젖혀지면 블레이드 개폐 보조부(520)의 하단이 동하면서 제3 와이어(540)를 당기다. 제3 와이어(540)가 당겨지면 그 힘에 의해 제2 날개부(220)의 제1 블레이드(202)가 펼쳐지게 된다.
이하, 도 10 내지 도 12를 참조하여 각 날개부(200)의 블레이드가 펼쳐지는 영역이 조절되는 구성을 설명한다.
도 10은 도 1에서 도시한 실시예의 날개부에 있어서, 다단형태로 구성되는 날개부의 프레임을 도시한 도면이고, 도 11은 도 10에서 도시한 날개부의 다단형태의 프레임을 확장 및 단축시키기 위한 내부 구성을 도시한 도면이며, 도 12는 도 10에서 도시한 날개부의 다단형태의 프레임이 단축되어 블레이드가 펼쳐지는 영역을 축소한 상태를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 일실시예에 있어서, 날개부(200)는 중심 프레임(207)에 형성된 축(H)을 중심으로 회동 가능하게 형성되는 제1 프레임(204)과 제2 프레임(205)을 포함한다. 제1 프레임(204)과 제2 프레임(205)은 날개부(200)의 외형을 이룬다, 또한, 제1 프레임(204)과 제2 프레임(205) 사이의 공간은 블레이드(201)가 펼쳐지는 영역을 형성한다.
한편, 날개부(200)는 상술한 제1 프레임(204)과 제2 프레임(205)을 연결하여 블레이드(201)가 펼쳐지는 영역을 형성하는 제3 프레임(206)를 포함한다. 제3 프레임(206)의 중심은 중심 프레임(207)과 연결된다. 제 3 프레임(206)은 중심 프레임(207)를 기준으로 상향하여 제1 프레임(204)과 연결되는 상부 프레임(206a)과 중심 프레임(207)을 기준으로 하향하여 제2 프레임(205)과 연결되는 하부 프레임(206b)으로 구분된다.
이때, 제3 프레임(206)은 다단 형태로 구성되어 길이 방향으로 확장 또는 축소 가능하게 형성된다. 이는 풍력에 대응하여 블레이드(201)가 펼쳐지는 영역을 조절하기 위함이다. 예를 들어, 태풍의 영향을 받는 기후 조건에서는 블레이드(201)가 펼쳐지는 영역을 최소로 하는 것이 좋다. 강력한 풍력에 의해 풍력 발전 장치가 파손될 위험이 크기 때문이다.
도 11을 참조하면, 제 3 프레임(206) 내부에는 모터(600)를 포함하는 전동 모듈이 설치된다. 모터(600)의 회전축에 결합된 기어에 플렉시블한 랙바(700)가 치합한다. 랙바(700)는 제 3 프레임(206)의 최내측단과 결합한다. 한편, 모터(600)와 제어부(900)는 전기적으로 연결되며, 제어부(900)는 풍속센서(800)와 전기적으로 연결된다. 제어부(900)와 풍속센서(800)는 회전축(10)에 설치된다.
풍속센서(800)는 풍속을 감지한다. 제어부(900)는 감지된 풍속이 소정의 기준값을 넘게 되면 날개부(200)의 블레이드(201)의 펼쳐지는 영역을 축소하기 위하여 모터(600)를 구동시키기 위한 제어 신호를 생성한다. 여기서, 풍속에 대한 기준값은 풍력 발전 장치가 안정적으로 작동할 수 있는 풍속에 대한 최대값을 의미하는 것으로, 사용자가 설정 가능한 값이다.
도 12를 참조하면, 풍속이 기준값을 넘는 것으로 감지되면, 제어부(900)는 모터(600)를 구동시키고 구동하는 모터(600)는 랙바(700)를 이동시킨다. 랙바(700)가 중심 프레임(207) 방향으로 이동하에 따라 제 3 프레임(206)의 최내측단은 연동하여 중심 프레임(207) 방향으로 이동한다. 이에 다단 형태의 제 3 프레임(206)이 길이 방향으로 축소된다.
도 13은 회전축에 형성된 상부 슬롯과 하부 슬롯의 구성을 도시한 도면이고, 도 14는 상부 슬롯을 따라 힌지 지지대가 이동함으로써 날개부가 회전축의 방사방향을 축방향으로 하여 회전하는 상태를 도시한 도면이며, 도 15는 도 13에서 도시한 하부 슬롯을 따라 힌지 지지대가 이동함으로써 날개부가 회전축의 방사방향을 축방향으로 하여 회전하는 상태를 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 회전축(10)에 상부 슬롯(11)과 하부 슬롯(12)이 형성된다.
상부 슬롯(11)은 하향하여 만곡 형성되며 하측에 요철부가 형성된다. 하부 슬롯(12)은 상부 슬롯(11)의 하부에 대향하여 형성된다. 그리고 하부 슬롯(12)은 상향하여 만곡 형성되고 상측에 요철부가 형성된다.
이러한, 상부 슬롯(11)과 하부 슬롯(12)에는 힌지 지지대(100)가 삽입된다. 구체적으로, 힌지 지지대(100)는 상부 슬롯(11) 및 하부 슬롯(12)에 형성된 요철부에 걸쳐진다. 힌지 지지대(100)에 외력을 부가하면, 단계적으로 상부 슬롯(11) 또는 하부 슬롯(12)을 따라 힌지 지지대(100)를 이동시키는 것이 가능하다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 상부 슬롯(11) 및 하부 슬롯(12)이 대향하여 만곡되게 형성되어 있기 때문에, 상부 슬롯(11) 또는 하부 슬롯(12)을 따라 이동하는 힌지 지지대(100)는 회전축(10)의 방사방향을 축방향으로 하여 회전하게 된다. 힌지 지지대(100)가 회전함에 따라 날개부(200)가 회전축(10)의 방사방향을 축방향으로 하여 회전한다.
날개부(200)의 회전범위는 상부 슬롯(11) 및 하부 슬롯(12)의 길이에 의해 결정된다. 도면에는 도시하진 않았으나, 회전축(10)에는 상부 슬롯(11) 및 하부 슬롯(12)에 삽입된 힌지 지지대(100)를 상부 슬롯(11) 및 하부 슬롯(12)에 고정하거나 고정 해제하는 별도의 잠금 장치가 설치될 수 있다.
이렇게 본 발명은 날개부(200)가 회전축(10)의 방사방향을 축방향으로 하여 회전하도록 구성함으로써, 다양한 풍향 및 풍속에 대응하여 효과적으로 발전을 수행할 수 있는 효과를 제공한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 회전축
100 : 힌지 지지대
200 : 날개부
201 : 블레이드
202 : 제1 블레이드
203 : 제2 블레이드
204 : 제1 프레임
205 : 제2 프레임
206 : 제3 프레임
207 : 메인 프레임
210 : 제1 날개부
220 : 제2 날개부
230 : 제3 날개부
300 : 블레이드 개폐부
310 : 가이드 블록
320 : 제1 탄성부재
330 : 제1 와이어
340 : 제2 와이어
400 : 블레이드 개방 유지부
510 : 방향결정블록
520 : 블레이드 개폐 보조부
530 : 제2 탄성부재
540 : 제3 와이어
600 : 모터
700 : 랙바
800 : 풍속센서
900 : 제어부

Claims (7)

  1. 회전축에 연결되어 상기 회전축의 방사방향으로 형성되며, 상기 회전축의 축방향과 평행한 방향으로 형성되는 힌지축을 포함하는 힌지 지지대;
    상기 회전축의 축방향으로 슬라이드되어 펼쳐지도록 형성되는 블레이드를 포함하고, 상기 힌지축에 각각 회동가능하게 결합하는 날개부;
    상기 회전축에 고정되고 상기 날개부의 끝단이 삽입되는 가이드 블록과, 상기 가이드 블록의 내면과 상기 날개부의 끝단 사이에 개재되어 상기 날개부의 회동방향으로 복원력을 제공하는 탄성부재와, 상기 날개부의 끝단과 이웃하는 날개부의 블레이드를 연결하는 제1 와이어와, 상기 날개부의 끝단과 이웃하는 다른 날개부의 블레이드를 연결하는 제2 와이어를 포함하는 블레이드 개폐부
    를 포함하는 풍력 발전 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 날개부가 회동하면, 상기 제1 와이어는 상기 이웃하는 날개부의 블레이드를 당겨 펼치며, 동시에 상기 제2 와이어는 상기 이웃하는 다른 날개부의 블레이드를 당겨 접도록 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 블레이드는 적어도 둘의 블레이드 파트로 이루어지고, 상기 적어도 둘의 블레이드 파트 중 일측 최외각에 배치된 블레이드 파트와 타측 최외각에 배치된 블레이드 파트에 결합하여, 상기 블레이드가 접히는 방향으로 복원력을 제공하는 블레이드 개방 유지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 회전축 상부에 형성되고, 상기 날개부의 위치에 대응하여 방사방향으로 적어도 둘의 슬롯이 형성된 방향결정블록;
    상기 회전축 상부와 볼조인트로 연결되고, 끝단이 상기 방향결정블록에 삽입된 상태에서, 상기 적어도 둘의 슬롯 중 어느 하나의 슬롯에 안내되어, 풍력에 의해 상기 볼조인트를 중심으로 회동하는 블레이드 개폐 보조부;
    상기 슬롯에 포함되되, 상기 방향결정블록 내면과 상기 블레이드 개폐 보조부의 끝단 사이에 개재되어, 상기 블레이드 개폐 보조부의 회동방향으로 복원력을 제공하는 제2 탄성부재;및
    상기 블레이드와 상기 블레이드 개폐 보조부의 끝단을 연결하여, 상기 블레이드 개폐 보조부의 회동하면, 상기 블레이드를 당겨 펼치는 제3 와이어
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 날개부는,
    동일한 축을 중심으로 회동 가능하게 형성되는 제1 프레임과 제2 프레임;
    상기 제1 프레임의 단부와 상기 제2 프레임의 단부에 연결되며 다단 형태로 구성되어 길이 방향으로 확장 또는 축소 가능하게 형성되는 제3 프레임
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제3 프레임 내부에 형성되는 모터;
    상기 모터의 회전축에 치합하고, 상기 제3 프레임의 최내측단에 결합하는 랙바;
    상기 회전축에 형성되는 풍속 센서;및
    상기 풍속 센서 및 모터와 연결되어, 상기 풍속 센서의 측정값이 소정의 기준값 이상이면, 상기 제3 프레임이 길이 방향으로 축소되도록 상기 모터의 구동을 제어하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  7. 제1 항에 있어서
    상기 회전축에는, 하향하여 만곡 형성되며 하측에 요철부가 형성된 상부 슬롯과, 상기 상부 슬롯과 대향하여 형성되며 상향하여 만곡 형성되고 상측에 요철부가 형성된 하부 슬롯이 마련되고,
    상기 힌지 지지대는 상기 상부 슬롯 및 상기 하부 슬롯에 삽입되어 방사방향을 축방향으로 하여 단계적으로 회전 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
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