KR101511898B1

KR101511898B1 - 가변날개가 구비된 풍차

Info

Publication number: KR101511898B1
Application number: KR20140003823A
Authority: KR
Inventors: 이희상
Original assignee: 이희상
Priority date: 2014-01-13
Filing date: 2014-01-13
Publication date: 2015-04-13

Abstract

본 발명은 회전축(11)이 회전가능하게 결합된 지지대(10); 상기 회전축(11)과 함께 회전되며 상기 회전축(11)을 중심으로 방사상으로 배치되며 반경방향을 따라 길게 연장되되 회전축(11)을 중심으로 서로 대향 배치된 수평회전플레이트(20); 상기 각 수평회전플레이트(20)의 상면에 접혀지거나 펼쳐지도록 설치되며 상기 회전축(11)을 중심으로 방사상으로 배치되되 회전축(11)을 중심으로 대향 배치된 다수의 가변날개(30); 상기 대향 배치된 가변날개(30)들을 서로 연결하며 그 중 일측 가변날개(30)가 접혀질 때 타측 가변날개(30)는 펼쳐지도록 상호 연동시키는 연동수단(40); 상기 수평회전플레이트(20)에 구비되며 연동수단(40)의 소정부위의 연결상태를 해제시켜 대향 배치된 한 쌍의 가변날개(30)의 연동을 해제시키는 연동해제수단(50); 상기 가변날개(30)의 길이방향을 따라 설치된 스토퍼회전축(61)의 측면에 구비되어 상기 가변날개(30)의 일정각도이상 회동을 차단하는 스토퍼(60); 및 상기 tm토퍼(60)를 스토퍼회전축(61)을 중심으로 회동시키는 작동수단(70);을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가변날개가 구비된 풍차를 제공한다.

Description

가변날개가 구비된 풍차{A windmill having variable blades}

본 발명은 가변날개가 구비된 풍차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발전의 효율성이 향상될 뿐만 아니라 비교적 강한 바람이 불 때에도 부품의 손상을 방지하면서도 계속 발전할 수 있어 발전의 효율성이 더욱 향상되는 가변날개가 구비된 풍차에 관한 것이다.

일반적으로, 에너지를 생산하기 위해서 화력발전, 수력발전, 원자력발전, 태양열발전 및 풍력발전 등의 방식을 사용하고 있지만, 화력, 수력, 원자력발전은 대기나 수질 및 생태계 파괴 등의 환경오염이나 인체에 치명적인 방사선폐기물 배출 등의 문제가 있어서, 태양열발전과 풍력발전이 차세대 발전방법으로 각광을 받고 있다.

그 중 풍력발전은 공기의 유동에 의해 형성되는 운동에너지를 이용하여 발전하는 방식으로, 상기 운동에너지에 의해 회전자가 회전되어 기계적 에너지로 변환되며, 이 기계적 에너지에 의해 전력을 얻게 된다. 종래의 풍력발전기는 이론상 운동에너지 중 약 60% 정도만이 전기 에너지로 전환되며, 실제적으로는 풍차의 형상에 따른 효율, 기계적인 마찰, 발전기 효율 등을 고려하면 20~40%만이 전기에너지로 이용될 수 있어서 시설규모에 비해 발전량이 매우 적다는 문제가 있다.

한편, 이러한 원리를 이용한 풍력발전기는 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 수평형과 수직형으로 분류된다. 그런데, 수직형의 경우에는 바람의 방향이 자주 바뀌는 곳에서는 회전자가 지속적으로 회전되지 않아서 비효율적인 문제가 있다. 또한, 수평형의 경우에도 회전축을 중심으로 대향된 위치의 한 쌍의 회전자에 동일한 방향에서 바람이 불게 되면, 상기 한 쌍의 회전자는 서로 반대방향으로 회전력이 발생되므로, 회전자의 회전에 대한 저항력이 발생되어 회전자의 회전이 원활히 이루어지지 않게 되는 문제가 있다.

한편, 태풍과 같이 강한 바람이 시시각각으로 방향을 바꾸게 되면 풍력발전기의 회전자가 회전하지 못하게 되어 발전이 이루어지지 않을 뿐만 아니라 심하면 회전자가 파손될 수 있다. 이에 따라, 태풍이 예보되면 풍력발전기는 가동을 중단하고 있다. 하지만, 풍력발전기의 가동이 중단되더라도 강한 바람이 회전자에 가해짐에 따라 회전자 및 이 회전자와 연결된 다른 부품들이 파손되는 문제는 여전히 해결되고 있지 않은 실정이다. 이때, 태풍예보에 의해 풍력발전기를 미리 정지시킴에 따라 태풍보다 약하지만 비교적 강한 바람이 불때에도 발전이 이루어지지 못하기 때문에 발전효율이 떨어지게 되는 문제가 있다.

등록실용신안공보 제20-0413621호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 공기저항이 최소화되어 발전효율이 향상되고 회전날개를 동시에 모두 접어서 태풍과 같은 강한 바람이 불더라도 회전날개 및 이 회전날개와 연결된 부품들의 손상이 방지될 뿐만 아니라 회전날개의 회전각을 조절할 수 있어 태풍보다 약하지만 비교적 강한 바람에서도 파손되지 않으면서 발전이 계속적으로 이루어지도록 하여 발전효율성을 향상시킨 가변날개가 구비된 풍차를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 회전축(11)이 회전가능하게 결합된 지지대(10); 상기 회전축(11)과 함께 회전되도록 설치되고, 상기 회전축(11)을 중심으로 방사상으로 배치되며 반경방향을 따라 길게 연장되되 회전축(11)을 중심으로 서로 대향 배치된 수평회전플레이트(20); 상기 각 수평회전플레이트(20)의 상면에 하단부를 중심으로 수평으로 접혀지거나 수직하게 펼쳐지도록 설치되며, 상기 회전축(11)을 중심으로 방사상으로 배치되되 회전축(11)을 중심으로 대향 배치된 다수의 가변날개(30); 상기 서로 대향 배치된 각각의 가변날개(30)들을 서로 연결하며, 그 중 일측 가변날개(30)가 접혀지거나 또는 펼쳐질 때 타측 가변날개(30)는 펼쳐지거나 또는 접혀지도록 상호 연동시키는 연동수단(40); 상기 수평회전플레이트(20)에 구비되며, 상기 연동수단(40)의 소정부위의 연결상태를 해제시켜 대향 배치된 한 쌍의 가변날개(30)의 연동을 해제시키는 연동해제수단(50); 상기 가변날개(30)의 길이방향을 따라 설치된 스토퍼회전축(61)의 측면에 구비되어 상기 가변날개(30)가 펼쳐질 때 수평회전플레이트(20)와 일정각도이상 회동되는 것을 차단하는 스토퍼(60); 및 상기 수평회전플레이트(20)에 구비되며, 상기 스토퍼(60)를 스토퍼회전축(61)을 중심으로 수평회전플레이트(20)와 근접되거나 멀어지도록 회동시키는 작동수단(70);을 포함하여 구성되며, 상기 연동해제수단(50)에 의해 연동해제된 한 쌍의 가변날개(30) 중 펼쳐진 일측 가변날개(30)가 상기 작동수단(70)에 의해 작동되는 스토퍼(60)에 의해 강제로 접혀짐으로써 대향 배치된 한 쌍의 가변날개(30)가 모두 접혀지게 되는 것을 특징으로 하는 가변날개가 구비된 풍차가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 연동수단(40)은 수평회전플레이트(20)에 길이방향을 따라 연장되며 서로 대향 배치된 한 쌍의 가변날개(30)가 각각 측면에 구비된 제1 및 제2날개회전축(41,45)으로 이루어지고, 상기 제1 및 제2날개회전축(41,45)의 마주보는 단부는 축이음(44)에 의해 서로 연결되며, 상기 연동해제수단(50)에 의해 제1날개회전축(41)이 제2날개회전축(45)에서 이격되어 상기 축이음(44)의 연결이 해제되는 것을 특징으로 하는 가변날개가 구비된 풍차가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1날개회전축(41)은 연동해제수단(50)에 의해 제2날개회전축(45)에서 이격됨과 동시에 스토퍼회전축(61)과 동력전달수단(80)에 의해 동일한 방향으로 회동되도록 구동접속되어, 상기 스토퍼(60)에 의해 강제로 접혀진 제1날개회전축(41)의 가변날개(30)가 작동수단(70)의 구동에 의해 스토퍼회전축(61)이 역회전됨에 따라 제1날개회전축(41)을 중심으로 회동되어 펼쳐지는 것을 특징으로 하는 가변날개가 구비된 풍차가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 수평회전플레이트(20)의 하면에는 상기 가변날개(30)의 제1 또는 제2날개회전축(41,45)을 따라 설치된 보조날개회전축(47)을 중심으로 회동되는 보조가변날개(31)가 더 구비되며, 상기 가변날개(30)의 제1 및 제2날개회전축(41,45)은 보조가변날개(31)의 보조날개회전축(47)과 각각 보조동력전달수단(91,92)에 의해 구동접속되어 동시에 펼쳐지거나 접혀지도록 구성됨으로써, 상기 펼쳐진 가변날개(30)가 스토퍼(60)에 의해 접혀질 때 보조가변날개(31)가 함께 접혀지는 것을 특징으로 하는 가변날개가 구비된 풍차가 제공된다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 회전축(11)을 중심으로 서로 대향 배치된 수평회전플레이트(20)의 상면에 한 쌍의 가변날개(30)가 연동수단(40)에 의해 일측이 접힐 때 타측이 펼쳐지도록 설치됨으로써, 가변날개(30)에 풍력과 함께 연동수단(40)에 의한 외력이 동시에 작용하여 가변날개(30)가 약한 바람에 의해서도 용이하게 펼쳐질 수 있어 종래 풍력발전을 위한 기상조건을 충족하지 못하는 악조건에서도 발전이 이루어질 수 있으므로 실효성이 증대되고 발전효율이 향상되는 효과가 있다. 또한, 접혀지는 가변날개(30)는 자중과 함께 연동수단(40)에 의한 외력이 동시에 작용하여 공기저항이 효과적으로 줄어들어 수평회전플레이트(20)의 회전이 좀 더 원활하게 이루어져서 발전효율이 더욱 향상된다. 이때, 상기 가변날개(30)가 일정각도 이상 회전되는 것을 차단하는 스토퍼(60)를 구비하여 가변날개(30)가 바람에 의해 뒤로 젖혀지는 것이 방지되므로, 가변날개(30) 및 연동수단(40)의 파손이 방지되어 내구성이 향상되고, 바람이 가변날개(30)에 부딪치지 않고 그냥 통과하는 것이 방지되어 수평회전플레이트(20)의 회전이 원활하게 이루어져 발전효율이 더욱 더 증대된다.

그리고 상기 연동수단(40)의 일부분을 단절시켜 한 쌍의 가변날개(30)의 연동을 해제하는 연동해제수단(50)을 구비하고 스토퍼(60)가 스토퍼회전축(61)을 중심으로 회동되도록 구성함으로써, 연동해제된 한 쌍의 가변날개(30) 모두 스토퍼(60)에 의해 접혀지므로, 상기와 같이 발전효율을 높이면서도 태풍과 같이 강한바람이 불 때 작동을 멈추고 가변날개(30)를 모두 접어서 바람과의 접촉면적을 최소화함으로써 회전축(11), 가변날개(30) 및 스토퍼(60) 등의 바람에 의한 손상을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 태풍보다 약하지만 비교적 강한 바람이 불 때에는 가변날개(30)를 모두 접는 대신 펼쳐지는 회동각도를 줄임으로써 바람과의 접촉면적을 줄여 파손을 방지하면서도 멈추지 않고 계속적으로 회전시킬 수 있어 발전효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

이때, 상기 연동수단(40)이 단부가 축이음(44)에 의해 연결된 제1 및 제2날개회전축(41,45)으로 이루어지고, 연동해제수단(50)에 의해 제1날개회전축(41)이 제2날개회전축(45)과 연결이 끊김과 동시에 스토퍼회전축(61)과 동력전달수단(80)에 의해 동일한 방향으로 회동되도록 구동접속됨으로써, 상기 모두 접혀진 대향된 한 쌍의 가변날개(30) 중 일측 가변날개(30)를 원상복귀시킬 수 있어 태풍이 지나가고 다시 원상태로 작동시킬 수 있다.

한편, 수평회전플레이트(20)의 하면에 상기 가변날개(30)와 보조동력전달수단(91,92)에 의해 구동접속된 보조가변날개(31)를 구비하여 가변날개(30)와 함께 접혀지거나 펼쳐지도록 구성함으로써, 수평회전플레이트(20)의 길이를 길게 연장하지 않고도 바람이 접촉되는 가변날개(30)의 면적을 효과적으로 넓힐 수 있어 구조적 안정성을 유지하면서 발전효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가변날개가 구비된 풍차의 일실시예를 도시한 사시도
도 2는 도 1에서 바람의 방향에 따른 작동을 보인 사시도
도 3a 및 도 3b는 도 1의 A의 작동을 보인 평면도
도 4는 도 1에서 스토퍼의 작동을 보인 측면도
도 5는 도 4에서 스토퍼를 일정각 회동시킨 상태를 보인 사시도
도 6은 도 5의 측면도
도 7은 본 발명에 따른 가변날개가 구비된 풍차의 다른 실시예를 도시한 사시도
도 8은 도 7에서 스토퍼를 도시한 사시도
도 9a 및 도 9b는 도 7에서 스토퍼의 작동을 보인 측단면도

상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 가변날개가 구비된 풍차를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 가변날개가 구비된 풍차는 수직하게 회전축(11)이 회전가능하게 결합된 지지대(10)와, 상기 회전축(11)을 중심으로 방사상으로 배치되되 서로 대향 배치된 짝수개의 수평회전플레이트(20)와, 하단부에 수평회전플레이트(20)의 길이방향으로 설치된 날개회전축을 중심으로 회전되는 다수의 가변날개(30)와, 상기 대향 배치된 가변날개(30)의 회동을 연동시키는 연동수단(40)과, 상기 연동수단(40)의 연동을 해제시키는 연동해제수단(50)과, 상기 가변날개(30)가 일정각도 이상 회동되는 것을 저지하는 스토퍼(60)와, 이 스토퍼(60)를 하단의 스토퍼회전축(61)을 중심으로 회동시키는 작동수단(70)을 포함하여 구성된다.

상기 지지대(10)는 회전축(11)을 지지하는 것으로 각종 건물의 프레임 등으로 이루어질 수 있으며 형상에는 제한이 없다. 이때, 지지대(10)는 풍차의 효율성을 높이기 위해 바람의 세기가 강한 고도가 높은 곳에 설치되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 회전축(11)은 수직하게 배치되어 상단 또는 하단이 지지대(10)에 도시안된 베어링 등을 통해 회전가능하게 결합된다. 또한, 지지대(10)에는 회전축(11)의 회전을 정지시키는 도시안된 브레이크가 구비되어, 태풍과 같이 강한 바람이 불 때에는 브레이크에 의해 회전축(11)의 회전을 정지시켜 회전축(11)이나 가변날개(30) 등이 파손되는 것을 방지하게 된다.

상기 수평회전플레이트(20)는 상기 회전축(11)과 함께 회전되도록 구성되며, 상기 회전축(11)을 중심으로 복수개가 방사상으로 배치되되 짝수개로 이루어진다. 또한, 수평회전플레이트(20)는 반경방향을 따라 길게 연장되며 회전축(11)을 중심으로 두 개씩 서로 대향 배치된다. 이때, 도시된 실시예에서는, 8개의 수평회전플레이트(20)의 기단부가 일체로 결합 형성된 것을 예시하였으나, 경우에 따라 별개로 이루어져서 회전축(11)에 별도의 브래킷을 통해 결합될 수 있다.

한편, 상기 회전축(11)의 상단 또는 하단에는 도시안된 베벨기어가 구비되어 도시안된 발전기의 구동축과 직교되게 구동접속됨으로써, 회전축(11)이 회전됨에 따라 발전기가 구동되어 전기를 생산하게 되며 이는 종래부터 사용되고 있는 방식이므로 자세한 설명은 생략한다.

상기 다수의 가변날개(30)는 각 수평회전플레이트(20)의 상면에 수평회전플레이트(20)의 길이방향을 따라 연장 구비되고 하단을 중심으로 수평회전플레이트(20)와 근접되거나 멀어지게 회동되도록 구성된다. 이와 같은 가변날개(30)는 두께가 상당히 얇은 알루미늄판, FRP, 티타늄판 등의 금속판이나 아크릴판 등의 합성수지판 등으로 이루어지는 것이 바람직하며, 경우에 따라 와이어에 의해 형태가 유지되는 천으로 이루어질 수도 있다.

상기 연동수단(40)은 상기 수평회전플레이트(20)의 상면에 구비되고 서로 대향 배치된 한 쌍의 가변날개(30)의 하단에 구비된 것으로 수평회전플레이트(20)의 상면을 따라 연장된 제1 및 제2날개회전축(41,45)으로 이루어진다. 이와 같은 제1 및 제2날개회전축(41,45)은 브래킷(46)에 의해 수평회전플레이트(20)에 회전가능하게 설치되며, 가변날개(30)는 제1 또는 제2날개회전축(41,45)의 회전에 따라 회동되도록 구성된다. 이때, 대향 배치된 제1날개회전축(41)이 제2날개회전축(45)에 비해 상대적으로 짧게 형성되고 제1 및 제2날개회전축(41,45)의 마주보는 일단은 축이음(44)에 의해 서로 맞물리도록 구성된다.

한편, 상기 제1 및 제2날개회전축(41,44)에 각각 구비된 한 쌍의 가변날개(30)는 도시된 실시예에서 서로 직각을 이루도록 구성된다. 이에 따라, 대향 배치된 일측 가변날개(30)가 바람에 의해 펼쳐지면 타측 가변날개(30)는 자동으로 접혀지게 된다. 이때, 제1날개회전축(41)에는 상기 작동수단(70)과 구동접속되는 종동기어(42)가 축결되며 이 종동기어(42)와 브래킷(46) 사이에 스프링(43)이 개제되어, 제1날개회전축(41)이 외력에 의해 길이방향을 따라 이동되도록 구성되며 외력이 해제되면 스프링(43)에 의해 원상복귀되도록 구성된다.

상기 연동해제수단(50)은 수평회전플레이트(20)에 구비되며 제1날개회전축(41)을 길이방향을 따라 이동시켜 제2날개회전축(45)과의 연결을 끊는 일종의 클러치로서, 도시된 실시예에서 실린더(51)와 이 실린더(51)에 의해 작동되어 제1날개회전축(41)을 제2날개회전축(45)에서 이격되도록 제1날개회전축(41)에 구비된 종동기어(42)를 밀어주는 푸셔(52)로 이루어진 것을 예시하였으나 이에 국한되는 것은 아니다.

상기 스토퍼(60)는 수평회전플레이트(20)의 상면에 구비되어 가변날개(30)가 펼쳐질 때 수평회전플레이트(20)와 소정각도 이상 회전되는 것을 차단하는 것으로, 도시된 실시예에서 대략 ∩ 형상으로 이루어져서 그 하단이 제1 및 제2날개회전축(41,45)의 측방에 평행하게 회전되도록 설치된 스토퍼회전축(61)에 결합된 것을 예시하였으나 형상에 제한은 없다. 이에 따라, 스토퍼(60)는 스토퍼회전축(61)의 회전에 따라 회동되어 가변날개(30)의 펼쳐지는 각도를 조절한다.

상기 작동수단(70)은 스토퍼(60)를 스토퍼회전축(61)을 중심으로 회동시키는 것으로, 도시된 실시예에서 상기 작동수단(70)은 수평회전플레이트(20)의 중앙부위에 구비되어 다수의 스토퍼(60)의 각 스토퍼회전축(61)을 일괄적으로 회전시키도록 구성된 것을 예시하였으나, 경우에 따라 각 스토퍼회전축(61)을 개별적으로 회전시키도록 구성될 수도 있다. 이와 같은 작동수단(70)은 제1기어(72)가 축결되며 정역회전되는 모터(71)와, 이 모터(71)의 제1기어(72)와 치합되며 수평회전플레이트(20)의 중앙부에 구비된 중앙기어(73)와, 이 중앙기어(73)의 원주방향을 따라 배치되어 서로 치합되는 다수개의 제2기어(74)와, 이 제2기어(74)와 축결되며 스토퍼회전축(61)과 구동접속되는 베벨기어(75)로 이루어진다.

한편, 제1날개회전축(41)은 연동해제수단(50)의 푸셔(52)에 의해 밀려서 제2날개회전축(45)과 이격될 때 도 3a 및 도 3b에서와 같이 스토퍼회전축(61)과 동력전달수단(80)에 의해 구동접속되도록 구성된다. 상기 동력전달수단(80)은 도시된 실시예에서 스토퍼회전축(61)에 축결된 주동기어(62)와, 제1날개회전축(41)에 축결된 상기 종동기어(42)와, 이 종동기어(42) 및 주동기어(62) 사이에 치합되는 보조기어(63)로 이루어진 것을 예시하였다. 이에 따라, 제1날개회전축(41)은 동력전달수단(80)에 의해 스토퍼회전축(61)과 동일한 방향으로 회전된다.

그리고 한편, 상기 연동해제수단(50)의 실린더(51)와 작동수단(70)의 모터(71)는 수동으로 제어할 수도 있지만 도시안된 컨트롤러에 의해 제어되도록 구성하는 것이 바람직하며, 바람의 방향이나 세기 등을 감지하여 상기 모터(71) 및 실린더(51)의 작동을 제어하게 된다. 또한, 상기 연동해제수단(50)이 별도의 실린더(51)로 이루어진 것을 예시하였지만 경우에 따라 스토퍼회전축(61)과 연동되도록 구성될 수도 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 가변날개가 구비된 풍차의 작동을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 바람이 일측에서 타측 방향으로 불 때 회전축(11)을 가르는 가상선(a)을 기준으로 일측영역(S1)에 배치된 가변날개(30)는 바람에 의해 펼쳐지게 된다. 이에 따라, 상기 일측영역(S1)의 가변날개(30)와 연동수단(40)에 의해 연결된 타측영역(S2)에 배치된 가변날개(30)는 자동으로 접혀지게 된다. 따라서, 바람에 의해 펼쳐진 가변날개(30)가 바람에 밀려 수평회전플레이트(20)가 회전축(11)을 중심으로 일방향으로 회전된다.

이와 같이, 대향 배치된 가변날개(30)들 중 일측 가변날개(30)에는 풍력과 함께 타측 가변날개(30)가 바람에 의해 접혀짐에 따라 발생되는 연동수단(40)의 회전력이 동시에 작용하게 되므로, 종래에 비해 약한 바람에 의해서도 가변날개(30)가 용이하게 펼쳐질 수 있어 초기작동이 신속하게 이루어질 뿐만 아니라 풍력발전을 위해 요구되는 기상조건을 좀 더 완화시킬 수 있으며, 이에 따라 종래 풍력발전이 어려웠던 기상조건에서도 발전이 이루어질 수 있어 실효성이 증대되고 발전효율이 향상된다. 이때, 타측 가변날개(30)는 풍력과 함께 자중에 의해 좀 더 용이하게 접혀지므로 이와 연동수단(40)으로 연결된 일측 가변날개(30)가 좀 더 약한 바람에 의해서도 용이하게 펼쳐질 수 있어 상기의 효과가 더욱 증대될 것이다.

한편, 강한 바람이 불 때 종래에는 파손방지를 위해 브레이크를 작동시켜 회전축(11)의 회전을 멈추게 하였으나, 본 발명에서는 가변날개(30)의 펼쳐지는 회동각을 줄여 바람과의 접촉면적을 상당히 줄일 수 있으므로 바람에 의한 파손을 대폭 줄일 수 있으면서도 수평회전플레이트(20)가 멈추지 않고 회전될 수 있어 발전을 계속할 수 있도록 함으로써 발전효율을 더욱 높일 수 있게 된다. 좀 더 구체적으로, 도 5 및 도 6을 참조하면 컨트롤러에 의해 연동해제수단(50)이 작동되어 제1 및 제2날개회전축(41,45)의 연결이 끊기고 작동수단(70)이 작동되어 스토퍼(60)가 수평회전플레이트(20)와 근접되도록 회동된 상태에서 다시 제1 및 제2날개회전축(41,45)이 연결되면, 도 6에서와 같이 가변날개(30)의 회동각이 줄어들게 된다. 이와 같이 가변날개(30)의 펼쳐지는 회동각도가 줄어들긴 하였지만 강한 바람에 의해 수평회전플레이트(20)가 회전되어 발전이 이루어지게 된다.

그리고 한편, 태풍과 같이 좀 더 강한 바람이 불 때에는 브레이크를 작동시켜 회전축(11)의 회전을 멈추게 함으로써 가변날개(30)나 회전축(11) 등의 파손을 최소화할 수 있다. 이때, 컨트롤러에 의해 연동해제수단(50)이 작동되어 대향 배치된 한 쌍의 가변날개(30)의 제1 및 제2날개회전축(41,45)이 이격됨에 따라 가변날개(30)의 연동이 해제된다. 그리고 작동수단(70)이 작동되어 스토퍼(60)가 스토퍼회전축(61)을 중심으로 회동됨에 따라 펼쳐진 가변날개(30)가 접혀지게 된다. 따라서, 회전축(11)의 회전이 멈춘 상태에서 펼쳐져 있던 모든 가변날개(30)가 접혀짐으로써 바람과 접촉되는 가변날개(30)의 면적이 최소화되어 가변날개(30), 회전축(11) 및 모터(71)의 축이 파손되는 것이 효과적으로 방지된다.

도 7, 도 8, 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변날개가 구비된 풍차를 도시한 것으로, 본 실시예에서는 상기 수평회전플레이트(20)의 하면에 보조가변날개(31)가 더 구비되는데, 이 보조가변날개(31)는 제1 및 제2날개회전축(41,45)의 직하방에 브래킷(46)에 의해 회전가능하게 설치된 제3날개회전축(47)의 측면에 구비된다. 이때, 제1 및 제2날개회전축(41,45)은 제3날개회전축(47)과 보조동력전달수단(91,92)에 의해 구동접속되어, 제1 및 제2날개회전축(41,45)의 회전에 따라 제3날개회전축(47)이 함께 회전되므로 가변날개(30)와 보조가변날개(31)가 함께 접혀지거나 펼쳐지게 된다. 이때, 보조동력전달수단(91,92)은 서로 치합되는 기어로 이루어진 것을 예시하였다.

또한, 도시된 실시예에서, 상기 스토퍼(60)는 한 쌍의 스토퍼바(64,65)가 상기 스토퍼회전축(61)에 X자 형태로 링크결합되며 상기 바의 후단에 한 쌍의 보조바(66,67)의 일단이 링크결합되며 이 한 쌍의 보조바(66,67)의 타단이 스토퍼회전축(61)과 평행하게 설치된 보조축(68)에 회전가능하게 결합된 것을 예시하였다. 이에 따라, 스토퍼회전축(61)과 보조축(68)이 서로 근접되거나 멀어짐에 따라 스토퍼바(64,65)가 스토퍼회전축(61)을 중심으로 회동된다.

이때, 도시된 실시예에서는 스토퍼회전축(61)과 보조축(68)을 가로지르도록 작동실린더(69)가 설치된 것을 예시하였으며, 이에 따라 작동실린더(69)의 작동에 의해 보조축(68)이 스토퍼회전축(61)에 근접되거나 이격되므로 스토퍼바(64,65)가 스토퍼회전축(61)을 중심으로 회동된다. 한편, 상기 작동실린더(69) 대신에 일단이 스토퍼회전축(61)과 웜기어 등으로 구동접속되며 타단이 보조축(68)에 회전가능하게 결합된 스크류로 이루어져 별도의 실린더 없이 상기 작동수단(70)의 동력을 이용하여 스토퍼(60)를 작동시킬 수도 있는 등 보조축(68)이 스토퍼회전축(61)에 근접되거나 이격되도록 하는 구성은 다양한 형태로 이루질 수 있다. 또한, 스토퍼(60) 자체가 전번 실시예와 동일하게 구성될 수도 있다.

그리고 한편, 제1 및 제2날개회전축(41,45)이 서로 연동해제될 때 제1날개회전축(41)이 스토퍼회전축(61)과 구동접속되어 제1날개회전축(41)에 구비된 가변날개(30)를 원상복귀시키는 구성은 전번 실시예와 동일하다. 이때, 상기 가변날개(30)와 보조동력전달수단(91,92)에 의해 구동접속된 보조가변날개(31)도 원상복귀된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

Claims

회전축(11)이 회전가능하게 결합된 지지대(10);
상기 회전축(11)과 함께 회전되도록 설치되고, 상기 회전축(11)을 중심으로 방사상으로 배치되며 반경방향을 따라 길게 연장되되 회전축(11)을 중심으로 서로 대향 배치된 수평회전플레이트(20);
상기 각 수평회전플레이트(20)의 상면에 하단부를 중심으로 수평으로 접혀지거나 수직하게 펼쳐지도록 설치되며, 상기 회전축(11)을 중심으로 방사상으로 배치되되 회전축(11)을 중심으로 대향 배치된 다수의 가변날개(30);
상기 서로 대향 배치된 각각의 가변날개(30)들을 서로 연결하며, 그 중 일측 가변날개(30)가 접혀지거나 또는 펼쳐질 때 타측 가변날개(30)는 펼쳐지거나 또는 접혀지도록 상호 연동시키는 연동수단(40);
상기 수평회전플레이트(20)에 구비되며, 상기 연동수단(40)의 소정부위의 연결상태를 해제시켜 상기 대향 배치된 한 쌍의 가변날개(30)의 연동을 해제시키는 연동해제수단(50);
상기 가변날개(30)의 길이방향을 따라 설치된 스토퍼회전축(61)의 측면에 구비되어 상기 가변날개(30)가 펼쳐질 때 수평회전플레이트(20)와 일정각도이상 회동되는 것을 차단하는 스토퍼(60); 및
상기 수평회전플레이트(20)에 구비되며, 상기 스토퍼(60)를 스토퍼회전축(61)을 중심으로 수평회전플레이트(20)와 근접되거나 멀어지도록 회동시키는 작동수단(70);을 포함하여 구성되며,
상기 대향 배치되며 연동해제수단(50)에 의해 연동해제된 한 쌍의 가변날개(30) 중 펼쳐진 일측 가변날개(30)가 상기 작동수단(70)에 의해 작동되는 스토퍼(60)에 의해 강제로 접혀짐으로써 대향 배치된 한 쌍의 가변날개(30)가 모두 접혀지게 되는 것을 특징으로 하는 가변날개가 구비된 풍차.
제1항에 있어서, 상기 연동수단(40)은 수평회전플레이트(20)에 길이방향을 따라 연장되며 서로 대향 배치된 한 쌍의 가변날개(30)가 각각 측면에 구비된 제1 및 제2날개회전축(41,45)으로 이루어지고, 상기 제1 및 제2날개회전축(41,45)의 마주보는 단부는 축이음(44)에 의해 서로 연결되며, 상기 연동해제수단(50)에 의해 제1날개회전축(41)이 제2날개회전축(45)에서 이격되어 상기 축이음(44)의 연결이 해제되는 것을 특징으로 하는 가변날개가 구비된 풍차.
제2항에 있어서, 상기 제1날개회전축(41)은 연동해제수단(50)에 의해 제2날개회전축(45)에서 이격됨과 동시에 스토퍼회전축(61)과 동력전달수단(80)에 의해 동일한 방향으로 회동되도록 구동접속되어, 상기 스토퍼(60)에 의해 강제로 접혀진 제1날개회전축(41)의 가변날개(30)가 작동수단(70)의 구동에 의해 스토퍼회전축(61)이 역회전됨에 따라 제1날개회전축(41)을 중심으로 회동되어 펼쳐지는 것을 특징으로 하는 가변날개가 구비된 풍차.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 수평회전플레이트(20)의 하면에는 상기 가변날개(30)의 제1 또는 제2날개회전축(41,45)을 따라 설치된 보조날개회전축(47)을 중심으로 회동되는 보조가변날개(31)가 더 구비되며, 상기 가변날개(30)의 제1 및 제2날개회전축(41,45)은 보조가변날개(31)의 보조날개회전축(47)과 각각 보조동력전달수단(91,92)에 의해 구동접속되어 동시에 펼쳐지거나 접혀지도록 구성됨으로써, 상기 펼쳐진 가변날개(30)가 스토퍼(60)에 의해 접혀질 때 보조가변날개(31)가 함께 접혀지는 것을 특징으로 하는 가변날개가 구비된 풍차.