KR101612238B1 - Spiral blade unit and wind generator - Google Patents

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조영철
백준호
김봉식
민성규
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조영철
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Abstract

Disclosed is a spiral blade unit which reduces the dimension of a frame or tower for supporting the spiral blade unit by reducing a wind load applied by strong wind, prevents the spiral blade unit from rotating more than a limit RPM, and prevents flapping or vibrating in both ends of a rotary shaft. The spiral blade unit has ventilation holes in the rear ends of spiral blades, respectively, wherein the ventilation holes allow wind blowing from the front to be discharged through the gaps between the outer surface of the rotary shaft and the rear end of the spiral blades.

Description

나선형 날개 유닛 및 풍력 발전기{Spiral blade unit and wind generator}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a spiral blade unit and a wind generator,

본 발명은 나선형 날개 유닛(Spiral blade unit)의 개선에 관련된 것으로, 특히 풍력 발전기에 적합하게 사용할 수 있는 나선형 날개 유닛의 개선에 관련된 것이다.The present invention relates to the improvement of a spiral blade unit, and more particularly to the improvement of a spiral blade unit that can be used suitably for a wind turbine.

바람을 이용하여 발전하기 위한 다양한 형태의 풍력 발전기들이 알려져 있다. 본 발명은 이들 중 나선형 날개를 가지는 수평축 날개 유닛에 대한 것이다. 본 발명에서 언급되는 개개의 나선형 날개 및 나선형 날개 유닛과 관련된 관련 유관 기술은 본 발명자에 의한 선행 발명은 WO 2011/142653 A1의 국제공개공보, 한국특허등록 10-1513368호 및 10-1286380호의 특허등록공보(이하, "선행 발명"이라 함)에 자세히 개시되어 있다.Various types of wind turbines are known for generating wind. The present invention relates to a horizontal axis wing unit having a spiral wing. The related art related to the individual spiral wing and the spiral wing unit mentioned in the present invention is that the prior invention by the present inventor is a patent registration of WO2005 / 142653 A1, Korean Patent Registration 10-1513368 and 10-1286380 (Hereinafter referred to as "prior invention").

도 1은 선행 발명에 따른 나선형 날개 유닛의 측면도, 도 2는 선행 발명에 따른 나선형 날개 유닛의 배면 사시도, 도 3은 선행 발명 나선형 날개의 배면도이다.FIG. 1 is a side view of a spiral wing unit according to the prior art, FIG. 2 is a rear perspective view of the spiral wing unit according to the prior invention, and FIG. 3 is a rear view of the spiral wing of the prior invention.

도 1 내지 3에 나타낸 바와 같이, 기존에 개발한 선행 발명의 나선형 날개 유닛(10)은 회전축(11)과 회전축(11) 외주면을 따라 일정 간격으로 설치된 나선형 날개(13)들로 이루어져 있다. 나선형 날개(13)는 바람직하게 3개 정도가 구비된다.As shown in FIGS. 1 to 3, the spiral wing unit 10 of the previously developed invention has spiral blades 13 provided at regular intervals along the outer circumferential surface of the rotary shaft 11. The number of the spiral wings 13 is preferably about three.

나선형 날개(13)는 뿌리(13a)가 회전축(11) 외주면을 따라 결합된 상태에서 회전축 둘레를 나선형으로 감싸고 있고, 후방에서 전방으로 갈수록 그리고 뿌리(13a)에서 원주방향으로 측변(13b) 쪽으로 갈수록 바깥으로 점점 벌어짐에 따라 단위 길이 당 표면적도 증가는 부분을 가진다. 물론, 나선형 날개(13)는 후방에서 전방으로 갈수록 단위 길이 당 표면적이 최대로 증가한 후에는 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 감소하는 부분을 가질 수 있다. 이러한 나선형 날개(13)의 기본적 특징은 뒤에서 설명되는 본 발명의 나선형 날개 유닛에서도 마찬가지이다. The helical wings 13 helically surround the roots 13a in the state where the roots 13a are coupled along the outer circumferential surface of the rotary shaft 11 and the helical wings 13 move forward from the rear to the side 13b in the circumferential direction And the surface area increase per unit length has a portion as the distance from the outside increases. Of course, the spiral wing 13 may have a decreasing portion as shown in FIG. 1 after the maximum increase in surface area per unit length from the rear to the front. The basic features of this spiral wing 13 are the same in the spiral wing unit of the present invention described later.

도 1 내지 3에 나타낸 바와 같이 기존에 개발한 선행 발명에 따른 나선형 날개(13)는 회전축(11)에 경사지게 배치된 측변(13b)이 회전축(11)과 만나는 부분까지 끝까지 직선으로 연장되어 있다. 이에 따라 기존에 개발한 나선형 날개(13)는 뒤쪽 끝부분이 뾰족하게 형성되어 있어서 후단은 점 형태를 이룬다.As shown in Figs. 1 to 3, the spiral wing 13 according to the previously developed invention extends straight to the end where the side surface 13b, which is inclined with respect to the rotation axis 11, meets the rotation axis 11. [ Accordingly, the spiral blade 13, which has been developed in the prior art, has a pointed shape at the rear end portion, so that the rear end has a point shape.

도 1 내지 3에 나타낸 바와 같은 나선형 날개(13)를 사용하는 기존에 개발한 나선형 날개 유닛(10)은 여타의 풍력 발전기용 날개 유닛들과 비교해볼 때 효율은 매우 뛰어나지만 날개 직경에 비해 길이가 길고 무게도 많이 나간다는 단점이 있다. 이런 단점은 소형인 경우에는 별 문제가 되지 않지만, 중형이나 대형으로 가면 크기와 무게가 너무 커져서 나선형 날개 유닛(10)의 제작과 설치 및 이송이 어려워 질 것임을 예상할 수 있다.The previously developed spiral wing unit 10 using the spiral wings 13 as shown in Figures 1 to 3 is very efficient in comparison with other wing unit wind turbine units but has a length comparable to the wing diameter It has a long and heavy weight. This disadvantage is not a problem in the case of a small size, but it can be expected that the size and the weight become too large when it is in a medium size or a large size, and it becomes difficult to manufacture, install and transport the spiral wing unit 10. [

본 발명자는, 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛의 연구 과정 중에 선행 발명에 따른 종래의 나선형 날개 유닛을 대형으로 만들 때 나선형 날개 유닛(10)의 제작, 설치 및 이송이 어려워지는 것 외에도 다른 여러 가지 문제가 발생할 수 있음을 알아차렸다. 이 다른 여러 가지 문제는 본 발명의 기술 내용을 모르는 상태에서 종래 기술의 내용만 가지고는 도출하기 어려운 것이다. 본 발명자들은 오랜 기간 동안의 연구에 발명적 아이디어를 더하여 상기의 문제들을 모두 해결할 수 있는 나선형 날개 유닛을 창안하였다. 이에 대해 자세히 설명한다.The present inventor has found that, in the process of researching the spiral wing unit according to the present invention, when making the conventional spiral wing unit according to the prior art large, it is difficult to manufacture, install and transport the spiral wing unit 10, And the like. These various other problems are difficult to be derived only by the contents of the prior art without knowing the technical contents of the present invention. The present inventors have invented a spiral wing unit capable of solving all of the above problems by adding inventive ideas to research for a long period of time. This is explained in detail.

기존에 개발된 나선형 날개(Spiral Type Blade) 유닛(10)은 직경 1.5m 및 정격용량 0.5kW로 개발 되었다.The previously developed spiral type blade unit 10 was developed with a diameter of 1.5 m and a rated capacity of 0.5 kW.

기존에 개발된 나선형 날개 유닛(10)은 직경이 1.5m 이지만 나선형 날개 유닛(10)의 독특한 형상으로 인해 나선형 날개 유닛(10)의 회전축(11) 길이는 1.0m 정도의 장축으로 형성되어 있다. 이 비율로 산정한다면 "나선형 날개 유닛의 직경:회전축의 길이 = 1.5 : 1.0"이다. 이는 나선형 날개 유닛의 직경을 더 크게, 예를 들어, 2.8m로 확대할 경우, 나선형 날개 유닛(10)의 회전축(11)의 길이는 약 1.87m가 된다. 나선형 날개 유닛(10)의 회전축(11) 길이가 증가하면 한 지점 지지구조는 말할 것도 없고 양단 지지의 경우에도 진동이 심하게 발생할 수 있다. 진동이 심하게 발생하면 에너지 변환 효율이 떨어지고, 수명이 단축될 뿐만 아니라 소음도 심하게 발생할 수 있다.The spiral wing unit 10 has a diameter of 1.5 m. However, due to the unique shape of the spiral wing unit 10, the length of the rotary shaft 11 of the spiral wing unit 10 is about 1.0 m. If this ratio is calculated, the diameter of the helical wing unit: the length of the rotating shaft = 1.5: 1.0. When the diameter of the helical wing unit is enlarged to, for example, 2.8 m, the length of the rotational axis 11 of the helical wing unit 10 becomes about 1.87 m. If the length of the rotary shaft 11 of the spiral wing unit 10 is increased, vibration may be severely generated even in the case of supporting both ends, not to mention one-point supporting structure. If the vibration is severely generated, the energy conversion efficiency is lowered, the life time is shortened, and the noise can be seriously generated.

나선형 날개 유닛(10)의 직경이 예를 들어, 1.5m에서 2.8m로 증가함에 따라 나선형 날개 유닛의 체적은 약 8배 정도 증가한다. 직경 1.5m, FRP 재질의 나선형 날개(13) 1개의 무게가 약 7kg인 것을 고려하면, 선행 발명에 따른 3개의 나선형 날개의 무게만 약 21kg 정도 되고, 회전축(11)을 포함한 무게는 약 30kg이다. 따라서 종래에 개발된 선행 발명의 나선형 유닛(10)을 대형으로, 예를 들면 직경 2.8m 나선형 날개 유닛으로 만들면 그 무게는 약 240kg 정도로 매우 무거워 진다.As the diameter of the spiral wing unit 10 increases from, for example, 1.5 m to 2.8 m, the volume of the spiral wing unit increases by about eight times. Considering that the diameter of the spiral blade 13 of the FRP material is about 7 kg, the weight of the three spiral blades according to the prior art is about 21 kg, and the weight including the rotating shaft 11 is about 30 kg . Therefore, if the spiral unit 10 of the prior art, which has been conventionally developed, is made into a large size, for example, a spiral wing unit having a diameter of 2.8 m, its weight becomes as heavy as about 240 kg.

나선형 날개 유닛(10)의 무게가 너무 무거워지면 그 성능이 우수하다고 하여도 실질적인 가동률, 운전시간 등에 따른 전체적인 효율은 낮아질 수밖에 없다.If the weight of the spiral wing unit 10 is too heavy, the overall efficiency of the spiral wing unit 10 is inevitably lowered due to the actual operation rate and the operation time.

본 발명자는 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛의 연구 과정 중에, 직경 2.8m 이상의 중, 대형의 나선형 날개 유닛(10)을 만들기 위해서는 기존 개발한 선행 발명의 나선형 날개 유닛(10)과는 차별되는 구성으로 만드는 것이 바람직함을 인지하였다.The inventor of the present invention has developed a spiral wing unit 10 having a diameter different from that of the spiral wing unit 10 of the prior art in order to make a spiral wing unit 10 having a diameter of 2.8 m or more, It is desirable to make it.

기존에 개발한 나선형 날개 유닛(10)은 그 직경에 비해 회전축(11)의 길이가 길어서 회전축(11)의 양 끝단에서의 플랩핑(Flapping) 또는 진동 등이 발생됨에 따라 높은 한계 회전수로 운전하기가 어렵고, 회전축(11)이 장축으로 형성됨에 따라 고속으로 회전 시의 나선형 날개(13)의 밸런싱(Balancing) 및 회전축(11) 고정이 어렵고, 양단 고정축을 사용하더라도 장축에서 형성되는 진동 등의 영향으로 베어링에 부하가 높게 작용함에 따라 베어링 수명 단축을 야기할 수 있음도 알아차렸다.The spiral wing unit 10 developed in the past has a longer length of the rotary shaft 11 than the diameter of the spiral wing unit 10 so that flapping or vibration occurs at both ends of the rotary shaft 11, The balancing of the spiral blade 13 and the fixing of the rotating shaft 11 are difficult when the rotating shaft 11 is formed on the long axis and the vibration of the spiral blade 13 and the like formed on the long axis It has also been observed that the high load on the bearings can lead to shortened bearing life.

진동, 회전 시 날개의 밸런싱, 한계 회전수 상승 등을 고려할 때 회전축의 길이를 줄이는 것이 중요함도 인지하였다.It was also recognized that it is important to reduce the length of the rotating shaft in consideration of the vibration, the balancing of the wing during rotation, and the increase of the limit rotation speed.

직경 1.5m 등 상대적으로 작은 날개 직경의 나선형 날개 유닛(10)은 상대적으로 작은 프레임을 사용하여 설치하였다. 하지만, 예를 들어 회전 날개 직경이 2.8m 이상인 중/대형의 나선형 날개 유닛(10)을 설치하기 위한 프레임은 그 크기가 매우 커져서 풍력 발전기의 크기와 무게가 매우 커지고 제작비도 많이 증가된다. 이는 타워형으로 나선형 날개 유닛(10)을 설치하는 경우에도 마찬가지이다.The spiral wing unit 10 having a relatively small blade diameter, such as a diameter of 1.5 m, was installed using a relatively small frame. However, for example, the frame for installing the middle / large spiral wing unit 10 having a diameter of 2.8 m or more is very large, so that the size and weight of the wind power generator becomes very large, and the production cost is greatly increased. This also applies to the case where the helical wing unit 10 is installed in a tower shape.

나선형 날개(11)의 형상에 대한 큰 특징 중 하나는 익형 블레이드가 아닌 판형 블레이드로 구성된다는 것이고, 나선형 날개에 작용하는 공기의 흐름이 나선형 날개(13)에 부딪힌 후 나선형 날개(13)의 표면을 따라 흐름으로서 발생된 추력으로 회전력을 발휘하게 되는 데, 회전축(11)의 표면과 접하는 나선형 날개(13)의 뿌리(13a) 부근은 회전축과(11)의 회전중심과의 거리가 짧으므로 모멘트 팔의 길이가 짧아서 그 바깥 부분에 비해 상대적으로 작은 회전력 밖에 제공하지 못한다.One of the major features of the shape of the spiral wing 11 is that it consists of a plate-type blade, not an airfoil blade, and the flow of air acting on the spiral wing impinges on the spiral wing 13, The distance between the center of rotation of the rotary shaft 11 and the center of rotation of the rotary shaft 11 is short in the vicinity of the root 13a of the helical blade 13 contacting with the surface of the rotary shaft 11, Is short in length and provides only a relatively small rotational force as compared with the outer portion thereof.

한편, 풍력발전시스템은 작용하는 바람의 영향에 따라 발전 출력이 결정된다. 하지만 설계 이상 풍속의 바람이 나선형 날개 유닛(10)에 작용하게 되면 나선형 날개 유닛(10)과 이의 지지구조물 등에 설계 이상의 부하가 발생되어 기기 손상 또는 파손 등을 야기할 수 있다. 이에 기존 개발한 직경 1.5m의 소형의 나선형 날개 유닛(10)에는 전자브레이크를 통해 일정 회전속도 이상 회전하지 않도록 하고 있다.On the other hand, the wind power generation system determines the generation output depending on the influence of the wind. However, if the wind with the excessive design wind speed acts on the spiral wing unit 10, the spiral wing unit 10 and its supporting structure may be damaged due to excessive load on the design, which may cause damage or breakage of the device. Accordingly, the small-sized spiral wing unit 10 of 1.5 m in diameter, which has been conventionally developed, is prevented from rotating at a predetermined rotation speed or more through the electromagnetic brake.

더구나 직경이 2.8m 정도 또는 그 이상의 나선형 날개 유닛(10)의 경우에는 이러한 문제가 더 심각해진다. 중, 대형의 경우에도, 일정 회전속도 이상 회전하지 않도록 하기 위해 안전장치로서 브레이크 시스템을 적용해야 되겠지만, 본 발명자는 이에 더하여 나선형 날개(13) 자체에서도 이를 저감할 수 있게 하는 것이 필요함을 본 발명의 연구과정에서 알게 되었다.Moreover, in the case of the spiral wing unit 10 having a diameter of about 2.8 m or more, this problem becomes more serious. The brake system should be applied as a safety device in order not to rotate at a constant rotation speed or more. However, the inventor of the present invention has found that it is necessary to make it possible to reduce the brake system even in the spiral wing 13 itself I learned in the course of research.

본 발명의 목적은 바람이 매우 강하게 불 때에는 일부 바람을 바로 통과시킴으로써 나선형 날개 유닛이 일정 RPM 이상으로 회전하지 않게 하는 데 도움이 되면서도 정상적인 RPM으로 회전할 때에는 바람을 바로 통과시킴에 따른 회전력 손실을 최소화 할 수 있어 특히, 중형이나 대형의 풍력발전기를 만드는 데 적합하게 사용할 수 있는 나선형 날개 유닛을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to minimize the loss of torque due to direct passage of wind when rotating at normal RPM while helping to prevent spiral wing unit from rotating above a certain RPM by passing some wind immediately when wind is very strong In particular, to provide a spiral wing unit which can be suitably used to make a medium- or large-sized wind power generator.

본 발명의 다른 목적은 종래의 것에 비해 나선형 날개 유닛의 회전 시 발생할 수 있는 진동을 줄일 수 있고, 나선형 날개 유닛의 크기와 무게를 줄일 수 있는 구성의 나선형 날개 유닛을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a spiral wing unit having a structure capable of reducing vibrations that may occur during rotation of a spiral wing unit and reducing the size and weight of the spiral wing unit.

본 발명의 또 다른 목적은 고효율, 저소음의 성능을 유지하며 경량화, 제작성 향상 및 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 새로운 형태의 나선형 날개 유닛을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a new type of helical wing unit capable of maintaining a high efficiency and low noise performance, achieving weight reduction, improvement in fabrication, and price competitiveness.

또한, 본 발명자는, 나선형 날개가 적용된 날개 유닛은 일반 날개가 적용된 날개 유닛과 비교하면 날개의 회전영역 내에서 바람을 받는 면적의 비율이 매우 크기 때문에 바람이 강해지면 각 날개에 휨 변형이 생기고 각 날개에 작용하는 힘의 불균형으로 심한 진동이 발생하여 날개가 파손되는 문제가 생길 수 있음을 알아차렸다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하고자 하는 목적도 가진다.In addition, the present inventors have found that the wing unit to which the spiral wing is applied has a large ratio of the wind receiving area in the rotating region of the wing as compared with the wing unit to which the general wing is applied, It has been noted that there can be a problem that the wing is damaged due to the unbalance of the force acting on the wing due to severe vibration. The present invention also has an object to solve such a problem.

본 발명의 또 다른 목적은 나선형 날개의 재료를 다양화할 수 있는 나선형 날개 유닛을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a spiral wing unit which can diversify the material of the spiral wing.

본 발명의 또 다른 목적은 나선형 날개에 진동이 적게 발생하고 진동으로 인한 날개 파손의 가능성이 작은 나선형 날개 유닛을 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a spiral wing unit in which less vibration is generated in a spiral wing and the possibility of blade damage due to vibration is small.

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛을 이용한 풍력 발전기를 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a wind power generator using a spiral wing unit according to the present invention.

본 발명에 따른 나선형 날개 유닛은 회전축 및 상기 회전축 외주면을 따라 뿌리 부분이 결합되고 상기 회전축 둘레를 따라 나선형으로 배치되어 후방에서 전방으로 갈수록 상기 회전축을 기준으로 바깥으로 점점 벌어지게 형성되고 동일 회전방향으로 감긴 복수의 나선형 날개들을 구비하는 나선형 날개 유닛에서, 상기 나선형 날개들 각각의 후단에 전방에서 불어오는 바람이 상기 회전축 외주면과 상기 나선형 날개의 후단 사이를 통해 빠져나갈 수 있게 하기 위한 통풍공이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.The spiral vane unit according to the present invention comprises a rotary shaft and a root portion coupled to the rotary shaft along an outer circumferential surface thereof and arranged spirally along the rotary shaft so as to gradually expand toward the outside with respect to the rotary shaft from the rear to the front, In the spiral wing unit having a plurality of spiral wings wound thereon, a ventilation hole is formed in the rear end of each of the spiral wings so as to allow a wind blowing from the front to pass through between the outer circumference of the rotating shaft and the rear end of the spiral wing .

상기 통풍공은 상기 나선형 날개의 후단을 이루는 후방 변이 상기 회전축에서부터 바깥으로 점점 멀어지면서 상기 회전축을 감싸는 경로를 따라 배치되는 것에 의해 형성된다.The ventilation hole is formed by being disposed along a path surrounding the rotation axis while gradually moving away from the rotation axis to the rear side, which is the rear end of the helical wing.

상기 나선형 날개는 전방 변, 상기 전방 변의 일측에서 중심부 쪽으로 연장된 측변, 상기 전방 변의 타측에서 중심부 쪽으로 J자 모양으로 연장되고 상기 뿌리를 이루는 뿌리 변 및 상기 뿌리 변의 끝에서 상기 중심부 쪽의 상기 측변과 만나는 상기 후방 변이 둘러싸는 모양의 전개판을 나선형으로 굴곡한 형상을 하는 것이 바람직하다.Wherein the helical wing has a front side, a side extending from one side of the front side toward the center, a J-shaped extending from the other side of the front side toward the center, a root side forming the root, It is preferable that the expansion plate which surrounds the rear side to be bent is formed into a spiral bent shape.

상기 전방 변은 일측에서 타측으로 갈수록 곡률반경이 순차적으로 증가하는 만곡된 곡선을 이루는 것이 좋다.It is preferable that the front side has a curved curve in which the radius of curvature sequentially increases from one side to the other side.

때에 따라, 상기 나선형 날개는 전방 변을 이루는 원호와 상기 원호의 양 끝을 연결하는 직선부가 둘러싸는 반원모양의 판에서 상기 원호 한쪽 끝에서 상기 직선부 길이의 반을 초과하는 부분까지 상기 직선부 내측으로 J자 모양으로 제거한 모양의 전개판을 나선형으로 굴곡한 형상을 하고, 상기 J자 모양으로 제거된 부분과 접하는 상기 전개판의 가장자리는 상기 뿌리를 이루는 뿌리 변과 상기 뿌리 변의 끝에서 상기 나선형 날개의 측변을 이루는 제거되지 않고 남은 상기 직선부의 끝을 연결하며 상기 후방 변을 이루는 것일 수 있다.In some cases, the helical wing may be formed in a semicircular plate enclosing a front side arc and a straight side portion connecting both ends of the arc side to a portion exceeding half the length of the straight side portion from the arc end, And the edge of the spreading plate contacting with the J-shaped removed portion has a root side forming the root and a side edge extending from the end of the root side to the spiral wing And connecting the ends of the straight line portions that are left unremoved to form the rear side.

경우에 따라, 상기 나선형 날개의 바깥쪽 끝단에 와류현상(tip-vortex)을 방지하기 위한 상어 지느러미 모양의 와류방지돌기가 설치될 수 있다.In some cases, the outer end of the helical wing may be provided with a shark fin-shaped vortex prevention protrusion for preventing tip-vortex.

때에 따라, 상기 나선형 날개들은 날개 연결구를 통해 서로 또는 회전축과 연결되어 있을 수 있다.Sometimes, the spiral wings may be connected to each other or to the rotating shaft via a wing connector.

상기 나선형 날개는 FRP 성형법에 의해 FRP로 만든 것, 사출성형법에 의해 플라스틱으로 만든 것, 금속판을 벤딩하여 만든 것, 나선형 날개 형태의 프레임 외부를 섬유재로 감싼 것, 구멍이 뚫린 금속판을 벤딩하여 만든 것의 외면을 섬유재로 감싸거나 금속판보다 가벼운 재료로 구멍을 막은 것, 구멍이 뚫린 금속판을 벤딩하여 만든 것의 표면에 구멍을 막는 막을 형성한 것 중 어느 하나일 수 있다.The spiral wing is made of FRP by FRP molding method, made of plastic by injection molding, made of bending metal plate, wrapped outside of frame of spiral wing with fiber material, The outer surface of the thing may be wrapped with a fibrous material, the hole may be closed with a material that is lighter than the metal plate, or a film may be formed by bending a metal plate with a hole to form a hole blocking film on the surface thereof.

상기 나선형 날개들은 상기 회전축 둘레의 원주방향으로 배치되는 링부재에 의해 서로 연결될 수 있다.The helical wings may be connected to each other by a ring member disposed in the circumferential direction around the rotation axis.

본 발명에 따른 풍력발전기는 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛; 상기 나선형 날개 유닛의 회전축 양단을 수평으로 그리고 회전 가능케 지지하는 지지프레임; 상기 지지프레임을 제자리 회전 가능케 지지하는 수직축; 및 상기 회전축에 결합되어 발전하는 발전기를 포함하는 구성을 한다.The wind turbine according to the present invention comprises a spiral blade unit according to the present invention; A support frame for horizontally and rotatably supporting both ends of the rotary shaft of the helical wing unit; A vertical axis for supporting the support frame in place; And a generator connected to the rotating shaft and generating electric power.

본 발명에 따르면, 나선형 날개의 후단부 중앙부 부근에 통풍공을 형성함으로써 바람이 매우 강할 때 받는 풍하중을 줄일 수 있어 나선형 날개 유닛을 지지하기 위한 프레임 또는 타워의 치수를 줄일 수 있다.According to the present invention, by forming a vent hole in the vicinity of the center of the rear end of the helical wing, it is possible to reduce the wind load received when the wind is very strong, thereby reducing the size of the frame or the tower for supporting the helical wing unit.

뿐만 아니라, 나선형 날개 유닛이 한계 RPM 이상으로 회전하는 것을 억제할 수 있고, 풍력발전기 전체의 무게를 줄일 수 있다.In addition, the spiral wing unit can be prevented from rotating beyond the limit RPM, and the weight of the wind turbine as a whole can be reduced.

또한, 본 발명에 따르면, 회전축의 길이를 줄일 수 있어서 회전축 양 끝단에서의 플랩핑(Flapping) 또는 진동이 발생되는 것을 억제할 수 있고, 이에 따라 한계 회전수를 높일 수 있다.Further, according to the present invention, since the length of the rotation shaft can be reduced, it is possible to suppress the occurrence of flapping or vibration at both ends of the rotation shaft, thereby increasing the limit rotation speed.

본 발명에 따르면, 회전축의 길이를 줄임으로써, 회전 시 나선형 날개의 밸런싱(Balancing) 유지가 좋고, 회전축을 지지하여 설치하기도 쉽고, 베어링에 걸리는 부하도 줄어들어 수명도 늘릴 수 있다.According to the present invention, by reducing the length of the rotating shaft, balancing of the helical blades is good during rotation, and it is easy to install the rotating shaft by supporting it, and load applied to the bearing is also reduced.

때에 따라, 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛은 나선형 날개들이 날개 연결구를 통해 서로 연결되어 지지가 되므로 처짐이나 변형 또는 진동이 적게 발생하고 수명이 길다.In some cases, the helical blade unit according to the present invention has a spiral wing connected to and supported by a wing connector, so that deflection, deformation or vibration is less generated and a service life is long.

본 발명에 따르면, 나선형 날개들을 서로 연결하여 지지할 수 있어서 상대적으로 강도가 약한 재료를 이용하여 나선형 날개를 만들 수 있어서 다양한 재료로 나선형 날개 유닛을 만들 수 있고, 종래의 것에 비해 상대적으로 가벼운 재료를 이용하여 나선형 날개를 만들 수 있어서 가벼운 나선형 날개 유닛을 제공할 수 있다.According to the present invention, the helical wings can be connected to and supported with each other, so that a spiral wing can be formed using a relatively weak material, so that a spiral wing unit can be made of various materials, and a relatively light material So that it is possible to provide a light spiral wing unit.

도 1은 선행 발명에 따른 나선형 날개 유닛의 측면도,
도 2는 선행 발명에 따른 나선형 날개 유닛의 배면 사시도,
도 3은 선행 발명 나선형 날개의 배면도,
도 4는 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛의 측면도,
도 5는 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛의 배면 사시도,
도 6은 나선형 날개의 배면도,
도 7은 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛의 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 나선형 날개의 전개판의 일례를 나타낸 도면,
도 9와 10은 금속판을 이용하여 나선형 날개를 만드는 방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 11과 12는 도 10의 변형 예를 설명하기 위한 도면,
도 13은 본 발명에 따른 풍력 발전기의 일례를 나타낸 측면도,
도 14는 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛의 또 다른 예를 나타낸 사진,
도 15는 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛의 만드는 과정을 설명하기 위한 도면,
도 16은 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛의 변형 예를 나타낸 사시도이다.1 is a side view of a spiral wing unit according to the prior art,
2 is a rear perspective view of a spiral wing unit according to the prior art,
3 is a rear view of the spiral wing of the prior invention,
Figure 4 is a side view of a spiral wing unit according to the invention,
5 is a rear perspective view of a spiral wing unit according to the present invention,
6 is a rear view of the helical blade,
7 is a perspective view of a spiral wing unit according to the present invention,
8 is a view showing an example of a spreading plate of a spiral wing according to the present invention,
9 and 10 are views for explaining another example of a method of making a helical blade using a metal plate,
11 and 12 are views for explaining a modification of Fig. 10,
13 is a side view showing an example of a wind turbine according to the present invention,
14 is a photograph showing still another example of the spiral wing unit according to the present invention,
15 is a view for explaining a process of making a spiral blade unit according to the present invention,
16 is a perspective view showing a modified example of the helical blade unit according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛의 측면도, 도 5는 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛의 배면 사시도, 도 6은 나선형 날개의 배면도, 도 7은 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛의 사시도이다.FIG. 4 is a side view of the spiral wing unit according to the present invention, FIG. 5 is a rear perspective view of the spiral wing unit according to the present invention, FIG. 6 is a rear view of the spiral wing, and FIG. 7 is a perspective view of the spiral wing unit according to the present invention.

도 4 내지 7에서 알 수 있는 바와 같이, 발명에 따른 나선형 날개 유닛(100)은 복수의 나선형 날개(110)들과 이들을 회전 중심에서 일체로 지지하여주는 회전축(120)을 갖춘다. 각각의 나선형 날개(110)는 회전축(120) 외주면을 따라 뿌리(111)가 결합되고 회전축(120) 둘레를 따라 나선형으로 배치된다. 나선형 날개(110)는 2-4개가 적당하고, 3개가 가장 바람직하다. 이 나선형 날개(110)들은 후방에서 전방으로 갈수록 회전축(120)을 기준으로 바깥으로 점점 벌어지게 형성되어 있고, 회전축(120) 둘레로 감긴 방향은 모두 같다. 나선형 날개(110)들은 뿌리(111)에서 회전축(120)에 수직한 면을 따라 측변(113) 쪽으로 갈수록 점점 벌어져서 회전축(120)과의 거리도 멀어진다.4 to 7, the spiral wing unit 100 according to the present invention has a plurality of spiral wings 110 and a rotary shaft 120 that supports them integrally with the rotation center. Each of the helical blades 110 is routed along the outer circumferential surface of the rotating shaft 120 and arranged spirally along the circumference of the rotating shaft 120. Two to four helical wings 110 are suitable, and three are most preferred. The spiral wings 110 are formed so as to gradually expand outward with respect to the rotary shaft 120 from the rear to the front, and the directions of winding around the rotary shaft 120 are all the same. The spiral wings 110 gradually spread from the root 111 toward the side face 113 along the plane perpendicular to the rotation axis 120 so that the distance from the rotation axis 120 also increases.

본 발명에 따른 나선형 날개 유닛(100)에는 통풍공(117)이 구비된다. 이 통풍공(117)은, 바람이 매우 강하게 불 때, 전방에서 나선형 날개 유닛(100)을 향해 불어와 나선형 날개 유닛(100)과 만나는 바람 중 일부가 원활하게 후방으로 빠져나갈 수 있게 하여 나선형 날개 유닛(100)에 가해지는 최대 풍하중을 줄이고, 나선형 날개 유닛(100)이 과도한 RPM으로 회전하는 것을 방지하는 역할을 한다.The spiral vane unit 100 according to the present invention is provided with a ventilation hole 117. This vent hole 117 allows blowing of the wind from the front toward the helical wing unit 100 and part of the wind that meets the helical wing unit 100 can smoothly escape rearward when the wind is blowing strong, Thereby reducing the maximum wind load applied to the spiral wing unit 100 and preventing the spiral wing unit 100 from rotating at an excessive RPM.

본 발명에 따른 나선형 날개 유닛(100)에 형성되는 통풍공(117)은, 바람직하게, 바람에 의해 단위 면적당 발생하는 회전 모멘트가 여타 부분에 비해 작은, 회전 중심 또는 회전축(120)에 가까운 나선형 날개(113)의 후단부에 형성된다.The ventilation holes 117 formed in the spiral vane unit 100 according to the present invention are preferably arranged in a spiral wing near the center of rotation or the rotation axis 120 having a rotation moment generated per unit area by wind, 113).

더 자세하게는, 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛(100)에 형성되는 통풍공(117)은 전방에서 불어오는 바람이 회전축(120) 외주면과 나선형 날개(113)의 후단 사이를 통해 빠져나갈 수 있게 나선형 날개(110)들 각각의 후단에 설치되며, 나선형 날개(110)의 후단을 이루는 후방 변(115)이 회전축(120)에서부터 바깥으로 점점 멀어지면서 회전축(120)을 감싸는 경로를 따라 배치되는 것에 의해 형성된다.More specifically, the ventilation holes 117 formed in the spiral wing unit 100 according to the present invention are formed in such a manner that a wind blowing from the front is able to escape through the space between the outer peripheral surface of the rotary shaft 120 and the rear end of the spiral wing 113, The rear side 115 of the helical blade 110 is disposed along the path that surrounds the rotation axis 120 while gradually moving away from the rotation axis 120 to the rear side of the helical blade 110, do.

이에 따라 나선형 날개 유닛(100)의 전방에서 불어오는 바람의 일부는 나선형 날개(110)들에 부딪혀 회전축(120)을 회전시키는 회전 모멘트를 발생한 후 이웃하는 나선형 날개(110)들 사이 및 통풍공(117)으로 빠져나가고, 일부는 나선형 날개(110)들에 부딪히지 않고 통풍공(117)으로 바로 빠져나간다. 즉, 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛(100)에 형성되는 통풍공(117)은 나선형 날개 유닛(100)의 회전중심을 이루는 회전축(120) 주변을 통해 바람이 후방으로 보다 원활하게 빠져나갈 수 있게 한다.A portion of the wind blowing from the front of the spiral wing unit 100 collides against the spiral wings 110 to generate a rotation moment for rotating the rotary shaft 120 and then flows between the neighboring spiral wings 110 and between the ventilation holes 117 , And a part of the air does not hit the helical blades 110 but directly escapes into the vent hole 117. That is, the ventilation holes 117 formed in the spiral vane unit 100 according to the present invention allow the wind to smoothly escape rearward around the rotation axis 120 constituting the rotation center of the spiral vane unit 100 .

이에 따라 본 발명에 따른 통풍공(117)을 가지는 나선형 날개 유닛(100)은 바람이 매우 강하게 불 때에는 나선형 날개 유닛(100)에 걸리는 풍하중을 줄여 나선형 날개 유닛(100)을 지지하기 위해 필요한 프레임 또는 타워의 최대 강도를 낮출 수 있고, 나선형 날개 유닛(100)이 일정 RPM 이상 또는 한계 RPM 이상의 속도로 회전하는 것을 방지할 수 있다.Accordingly, the spiral blade unit 100 having the vent holes 117 according to the present invention can reduce the wind load applied to the spiral wing unit 100 when the wind is very strong, thereby reducing the wind load applied to the spiral wing unit 100, And it is possible to prevent the spiral vane unit 100 from rotating at a speed higher than a certain RPM or a speed higher than the limit RPM.

도 4 내지 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛(100)의 나선형 날개(110)는 선행 발명의 나선형 날개의 뾰족한 또는 원뿔 모양의 후단부 일부를 제거한 형태이므로 회전축(120) 길이방향으로의 길이가 기존에 개발한 것에 비해 짧다. 이에 따라 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛(100)은 회전축(120)의 길이도 기존의 것에 비해 짧게 할 수 있다. 나선형 날개(110)와 회전축(120)의 무게도 줄어들므로, 나선형 날개 유닛(100)의 전체 무게를 많이 줄일 수 있다.4 to 7, the spiral wing 110 of the spiral wing unit 100 according to the present invention is formed by removing the sharp or conical rear end portion of the spiral wing of the prior art, Is shorter than that developed in the past. Accordingly, the length of the rotating shaft 120 of the spiral wing unit 100 according to the present invention can be made shorter than that of the conventional one. The weight of the helical wing 110 and the rotational axis 120 is reduced, so that the total weight of the helical wing unit 100 can be reduced.

때에 따라, 나선형 날개(110)의 전방 변(114)은 회전축(120)에 대한 경사각을 기존의 것에 비해 더 크게 하거나 수직으로 배치되는 부분을 많게 하여 회전축(120)의 길이를 더 줄일 수 있다.The front side 114 of the helical wing 110 may have a larger inclination angle with respect to the rotation axis 120 than the conventional one or may increase the length of the vertically arranged portion to further reduce the length of the rotation axis 120. [

예를 들어, 기존에 개발한 형태로 직경 2.8m의 나선형 날개 유닛을 만드는 경우, 회전축의 길이는 약 1.87m가 되지만, 위에서 설명한 본 발명의 나선형 날개 유닛(100)의 경우, 최대로 약 0.6m까지 회전축(120)의 길이를 줄일 수 있다. 회전축(120)의 길이가 짧아지면 회전축(120)의 직경도 줄일 수 있다.For example, in the case of making a spiral wing unit having a diameter of 2.8 m in the previously developed form, the length of the rotary shaft is about 1.87 m. In the case of the spiral wing unit 100 of the present invention described above, The length of the rotary shaft 120 can be reduced. If the length of the rotating shaft 120 is shortened, the diameter of the rotating shaft 120 can be reduced.

본 발명에 따른 나선형 날개 유닛의 특징과 장점을 정리하면 아래의 표 1과 같다.The features and advantages of the spiral wing unit according to the present invention are summarized in Table 1 below.

Figure 112015108668054-pat00001
Figure 112015108668054-pat00001

도 8은 본 발명에 따른 나선형 날개의 전개판의 일례를 나타낸 도면이다.
8 is a view showing an example of a spreading plate of a spiral wing according to the present invention.

참고도 1Reference 1

Figure 112015108668054-pat00002
Figure 112015108668054-pat00002

도 4 내지 7을 함께 참고하면서 설명한다. 도 8에 나타낸 바와 같은 나선형 날개의 전개판(110a)은 위 참고도 1에 나타낸 바와 같이 직경이 가장 큰 하나의 원 내부에서 순차적으로 내접하는 크기가 다른 원의 자취를 따라 그릴 때 나선형 날개(Spiral Blade)의 형상을 구현할 수 있다. 각 원의 직경과 내접 위치와 원의 개수는 원하는 전개판(110a)의 크기와 모양에 따라 변경될 수 있다. 날개재료를 전개판(110a) 모양으로 만든 후에 나선형 날개(110) 모양으로 성형하는 경우에는 금속판(Metal plate)이 적합하게 사용될 수 있다.4 to 7 are referred to together. As shown in FIG. 1, when the spiral wing spreading plate 110a as shown in FIG. 8 is drawn along the traces of circles of different sizes, which are successively in contact with the inside of the circle having the largest diameter, the spiral wing Blade) can be implemented. The diameter, the inscribed position and the number of circles of each circle can be changed according to the size and shape of the desired expansion plate 110a. A metal plate may be suitably used when the wing material is formed into the shape of a spreading plate 110a and then formed into a shape of a spiral wing 110. [

도 8에 나타낸 바와 같이, 전개판(110a)은 만곡된 곡선모양의 전방 변(114), 전방 변(114)의 일측에서 중심부 쪽으로 연장된 측변(113), 전방 변(114)의 타측에서 중심부 쪽으로 J자 모양으로 연장되고 뿌리를 이루는 뿌리 변(111a) 및 뿌리 변(111a)의 끝에서 중심부 쪽의 측변(113)과 만나는 후방 변(115)이 둘러싸는 모양을 하고 있다. 여기에서, 뿌리 변(111a)은 회전축(120)의 외주면에 결합하는 부분으로 후방 변(115)과 만나는 지점(m)까지만 회전축(120)에 결합되고, 후방 변(115)은 뿌리 변(111a)과 만나는 지점에서부터 측변(113) 쪽으로 갈수록 회전축(120)에서 점점 멀어지면서 회전축(120)을 둘러싸도록 배치되어 나선형 날개(110)의 후단에 통풍공(117)을 형성한다.8, the spreading plate 110a has a curved curved front side 114, side edges 113 extending from one side of the front side 114 to the center side, And the rear side 115 which is in contact with the side edge 113 of the center side from the end of the root edge 111a. The root side 111a is coupled to the outer circumferential surface of the rotary shaft 120 and is coupled to the rotary shaft 120 only to the point m where it meets the rear side 115. The rear side 115 is connected to the root side 111a The ventilation hole 117 is formed at the rear end of the helical wing 110 so as to surround the rotation axis 120 while gradually moving away from the rotation axis 120 toward the side 113. [

도 8의 전개판(110a)에서 나선형 날개(110)의 만곡된 곡선으로 된 전방 변(114)을 이루는 부분의 곡률은 4단계로 나누어 R1, R2, R3, R4 로 되어 일측에서 타측으로 갈수록 순차적으로 곡률반경이 증가한다. 이런 전개판(110a)의 경우 아래의 참고도 2에서와 같이 이너롤러(Inner roller)로 아우터 롤러(Outer roller)에 대하여 4단계 곡률에 따른 4단계 프레스를 가하여 굴곡(Bending)하여 나선형 날개(110)를 완성할 수 있다.The curvature of the front side 114 formed by the curved curved line of the helical blade 110 in the spreading plate 110a of FIG. 8 is divided into four steps of R1, R2, R3, R4, The radius of curvature increases. In the case of such a spreading plate 110a, a four-step press according to a four-step curvature is applied to an outer roller with an inner roller as shown in Reference 2 in FIG. 2 to bend the spiral wing 110 ) Can be completed.

참고도 2Reference figure 2

Figure 112015108668054-pat00003
Figure 112015108668054-pat00003

참고도 3Reference figure 3

Figure 112015108668054-pat00004
Figure 112015108668054-pat00004

전개판(110a)을 굴곡하기 위한 롤러들로는 참고도 3과 같은 원추형 롤러들을 이용할 수 있고, 참고도 4에 나타낸 것과 같이 전개판을 원추형 롤러들 사이로 통과시키면서 순차적으로 벤딩하여 참고도 5에서 보는 바와 같은 나선형 날개를 만들 수 있다.Conical rollers as shown in FIG. 3 may be used as the rollers for bending the spreading plate 110a. The spreading plates may be sequentially bent while passing through the conical rollers as shown in FIG. 4, You can make a spiral wing.

참고도 4Reference figure 4

Figure 112015108668054-pat00005
Figure 112015108668054-pat00005

참고도 5Reference figure 5

Figure 112015108668054-pat00006
Figure 112015108668054-pat00006

Figure 112015108668054-pat00007
Figure 112015108668054-pat00007

도 9와 10은 금속판을 이용하여 나선형 날개를 만드는 방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.9 and 10 are views for explaining another example of a method of making a helical blade using a metal plate.

때에 따라, 철판, 양철판, 각종 합금판, 알루미늄판 등 금속판을 도 9에 나타낸 바와 같은 전개판(110a) 모양으로 절단한 것을 일점쇄선으로 나타낸 접이선(FL)을 따라 굽혀서 도 10에 나타낸 바와 같이 소정 각도 간격으로 차례대로 여러 번 절곡 또는 벤딩하여 나선형 날개(110)를 만들 수 있다.A metal plate such as an iron plate, a metal plate, an alloy plate, or an aluminum plate is cut along the fold line FL indicated by a dot-dashed line as shown in Fig. 10 Similarly, the helical wings 110 can be made by bending or bending several times in order at predetermined angular intervals.

이러한 전개판(110a)은 원호를 이루는 전방 변(114)과, 원호의 양 끝을 연결하는 직선부가 둘러싸는 반원 모양의 판에서 원호 한쪽 끝에서 직선부 길이의 반을 초과하는 부분까지 직선부 내측으로 J자 모양으로 제거한 모양을 하고 있다. 이 전개판(110a)에서 J자 모양으로 제거된 부분과 접하는 전개판(110a)의 가장자리는, 뿌리를 이루는 뿌리 변(111a)과 뿌리 변(111a)의 끝에서 나선형 날개(110)의 측변(113)을 이루는 제거되지 않고 남은 직선부의 끝을 연결하는 후방 변(115)을 구성한다. 여기에서도, 뿌리 변(111a)은 회전축(120)의 외주면에 결합하는 부분으로 후방 변(115)과 만나는 지점까지만 회전축(120)에 결합되고, 후방 변(115)은 뿌리 변(111a)과 만나는 지점에서부터 측변(113) 쪽으로 갈수록 회전축(120)에서 바깥으로 점점 멀어지면서 회전축(120)을 둘러싸도록 배치되어 나선형 날개(110)의 후단에 도 4 내지 7에서 설명한 바와 같은 통풍공(117)을 형성한다.Such a spreading plate 110a has a front side 114 forming an arc and a semi-circular plate surrounded by a straight line connecting both ends of the arc, extending from one end of the arc to a portion exceeding half of the length of the straight portion, Shaped like a J-shaped. The edge of the spreading plate 110a contacting with the J-shaped portion of the spreading plate 110a has a root side 111a forming the root and a side face 111b of the spiral wing 110 at the end of the root side 111a 113), which constitute the rear side 115 connecting the ends of the remaining straight portions. The root side 111a is joined to the outer circumferential surface of the rotary shaft 120 and is coupled to the rotary shaft 120 only to the point where it meets the rear side 115 and the rear side 115 meets the root side 111a The ventilation hole 117 is formed at the rear end of the helical blade 110 so as to surround the rotation axis 120 while gradually moving away from the rotation axis 120 toward the side 113 from the point .

이러한 전개판(110a)의 벤딩은 참고도 6과 같이 상부롤러와 하부롤러 사이로 접이선을 통과시키는 방식을 반복하여 도 10에 나타낸 바와 같이 벤딩 할 수 있다.As shown in FIG. 6, the bending of the spreading plate 110a can be repeatedly performed by passing the folding line between the upper roller and the lower roller, as shown in FIG.

때에 따라, 나선형 날개(110)의 바깥쪽 끝단에 와류현상(tip-vortex)을 방지하기 위한 상어 지느러미 모양의 와류방지돌기를 설치할 수 있다.At the outer end of the spiral wing 110, a shark fin-shaped vortex prevention projection may be provided to prevent tip-vortex.

참고도 66

Figure 112015108668054-pat00008
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도 11과 12는 도 10의 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.11 and 12 are views for explaining the modification of Fig.

또 때에 따라, 금속판을 도 9와 10에 나타낸 바와 같은 전개판(110a) 모양으로 절단한 것을 롤러들을 이용하여 만곡 시키거나 나선형 날개 형태의 표면을 가지는 몰드의 표면에 맞추어 변형시켜 도 11과 12에 나타낸 바와 같은 통풍공(117)을 가지는 금속판으로 된 나선형 날개(110)를 만들 수 있다.In addition, the metal plate may be cut into the shape of a spreading plate 110a as shown in Figs. 9 and 10, or may be bent by using rollers or deformed to fit the surface of a mold having a spiral wing-shaped surface, A spiral wing 110 made of a metal plate having a vent hole 117 as shown can be made.

나선형 날개(110)를 강판 등의 금속판으로 만드는 경우, 회전축으로는 속이 꽉 차있는 강철봉을 사용할 수 있으나 속이 비어있는 금속 파이프 형태의 것이 진동에 좋고 무게도 줄일 수 있다.When the spiral wing 110 is made of a metal plate such as a steel plate, a hollow steel bar can be used as a rotary shaft, but a hollow metal pipe is good for vibration and its weight can be reduced.

위와 같이 금속판으로 만들어진 나선형 날개(110)는 회전축(120)의 외주면에 용접으로 고정하는 것이 바람직하지만, 상황에 따라 리베팅이나 볼트 결합이 이용될 수 있다. 때로는 금속재 회전축 외주면에 소정의 길이로 나선형 날개 일부분을 미리 용접하여 1차로 금속재 회전축 세트(set)를 만들고 여기에 나머지 금속재 나선형 날개(110)를 용접, 볼트 결합, 리벳 접합 등의 연결방법을 사용 조립할 수 있다.It is preferable that the helical blade 110 made of a metal plate is fixed to the outer circumferential surface of the rotating shaft 120 by welding, but a riveting or bolt coupling can be used depending on the situation. Sometimes, a part of the helical wing is pre-welded to the outer circumferential surface of the metallic material rotating shaft by a predetermined length to form a first set of metallic material rotating shafts, and then the remaining metallic helical wing 110 is assembled using welding, bolt joining or rivet joining. .

금속재는 용접이 쉬우므로 사전에 나선형 날개(110)의 조각들을 만들어 놓고도 서로 용접 등의 방법으로 접합하여 원하는 형태의 나선형 날개(110)를 만들 수 있다.Since the metal material is easily welded, the pieces of the spiral wings 110 may be formed beforehand, and they may be joined to each other by welding or the like to form the desired shape of the spiral wings 110.

그리고 강철 등의 금속재로 된 나선형 날개(110)는 되도록 얇은 판(Sheet)을 사용하나 나선형 날개(110)가 대형화될수록 그에 따른 강성이 필요하므로 두께가 두꺼워져야 한다. 두께가 두꺼워지면 나선형 날개(110)의 무게가 필요 이상으로 커질 수 있다. 이 경우 작은 구멍(118)들이 뚫린 금속판으로 만든 전개판을 앞에서 설명한 바와 같이 여러 번 절곡 또는 벤딩하거나 만곡 시켜 도 12에 나타낸 바와 같은 작은 구멍(118)들이 뚫려 있는 나선형 날개(110)를 만들 수 있다. 구멍(118)은 원형 외에도 타원형, 삼각형, 사각형 등 다양한 모양으로 형성될 수 있다.A spiral wing 110 made of a metal material such as steel is used as a thin sheet but the spiral wing 110 needs to have a greater thickness as the size of the spiral wing 110 increases. If the thickness is increased, the weight of the spiral wing 110 may become larger than necessary. In this case, the spreading plate made of the metal plate having the small holes 118 can be bent or bent or bent several times as described above to form the spiral wing 110 in which the small holes 118 are opened as shown in FIG. 12 . The hole 118 may be formed in various shapes such as an ellipse, a triangle, a square, etc. in addition to the circular shape.

도 12에 나타낸 바와 같이, 구멍(118)들이 뚫린 금속판으로 만든 나선형 날개(110)는 그 전면 혹은 전면과 후면에 막부재를 덮어서 붙이거나 실로 꿰매어 구멍(118)을 막아서 사용하는 것이 바람직하다. 혹은 구멍(118)이 뚫린 금속판으로 만든 나선형 날개(110)의 표면에 막을 입혀서 구멍(118)을 막거나 금속재보다 가벼운 재료로 구멍(118)을 막아서 사용할 수 있다.As shown in FIG. 12, it is preferable that the spiral wing 110 made of the metal plate with the holes 118 is used by covering the membrane member on the front surface, the front surface and the rear surface thereof, or sewing it in a thread to block the hole 118. Alternatively, the surface of the spiral wing 110 made of the metal plate with the hole 118 may be coated with a film to cover the hole 118 or to cover the hole 118 with a material lighter than metal.

더 나아가 바람이 거센 지역에서는 구멍(118)이 뚫린 상태 그대로 나선형 날개(110)를 사용할 수도 있다.Further, in the windy area, the helical blade 110 may be used as it is with the hole 118 opened.

참도고 7Chordo 7

Figure 112015108668054-pat00009
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위에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛(100)은 직경이 1.5m보다 큰 2.8m 등의 중, 대형으로 만드는 경우에는 그 무게와 부피가 커지므로, 위 참고도 7에 나타낸 바와 같이 기초에 지지기둥을 세우고 그 위에 기계실과 나선형 날개를 설치하는 타워형 풍력발전기로 설치하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛(100)은 도 13에 나타낸 바와 같이 지지프레임과 지주를 통해 설치될 수 있음은 물론이다. When the spiral vane unit 100 according to the present invention as described above is made to be medium or large in diameter of 2.8 m or more, which is larger than 1.5 m, its weight and volume become large. Therefore, It is desirable to install a tower-type wind turbine with a supporting column and a machine room and a spiral wing installed thereon. It is a matter of course that the spiral blade unit 100 according to the present invention can be installed through the support frame and the support as shown in FIG.

도 13은 본 발명에 따른 풍력 발전기의 일례를 나타낸 측면도이다.13 is a side view showing an example of a wind turbine generator according to the present invention.

도 13에 나타낸 풍력 발전기(200)는 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛(100)을 갖추고 있다. 이 나선형 날개 유닛(100)은 회전축(120)이 수평으로 배치된 상태에서, 그 양단이 지지프레임(150)에 지지가 된 상태로 회전축(120)을 중심으로 회전 가능케 설치되어 있다. 이 풍력발전기(200)에 설치된 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛(100) 역시 각각의 나선형 날개(110)의 후단에 통풍공(117)이 형성되어 있음은 앞에서 설명한 것과 같고, 그에 따른 여러 가지 이점은 앞에서 설명한 것으로부터 알 수 있다.The wind turbine generator 200 shown in Fig. 13 is equipped with the spiral blade unit 100 according to the present invention. The spiral wing unit 100 is installed such that both ends of the spiral wing unit 100 are supported by the support frame 150 in a state in which the rotation shaft 120 is horizontally disposed and rotatable about the rotation axis 120. In the spiral wing unit 100 according to the present invention installed in the wind turbine generator 200, the ventilation holes 117 are formed at the rear ends of the respective spiral wings 110 as described above. It can be seen from the description.

도 13에 나타낸 나선형 날개 유닛(100)의 나선형 날개(110)들은 날개 연결구(140)를 통해 서로 연결되어 서로를 지지하고 있다. 이렇게 하면 나선형 날개(110)에 발생할 수 있는 진동을 억제할 수 있고, 나선형 날개(110)의 수명이 길어진다. 날개 연결구(140)로는 나사산이 형성된 연결봉과 너트, 와셔, 너트와 날개 표면 사이에서 나선형 날개(110)의 경사를 보완하여주기 위한 경사부재, 반구형 부재 등으로 이루어진 날개 연결기구가 사용될 수 있다. 나선형 날개(110)를 금속판으로 만드는 경우, 그 외에 용접으로 연결봉을 나선형 날개(110)에 고정하여 나선형 날개(110)들을 서로 연결하는 방식도 이용할 수 있다.The helical wings 110 of the helical wing unit 100 shown in Fig. 13 are connected to each other via the wing fittings 140 to support each other. This can suppress the vibration that may occur in the helical blade 110, and the life of the helical blade 110 becomes long. As the wing connector 140, a wing connection mechanism composed of a connecting rod having threads, a nut, a washer, a nut, and an inclined member or a hemispherical member for compensating the inclination of the spiral wing 110 between the nut and the wing surface may be used. When the spiral wing 110 is made of a metal plate, a method of connecting the spiral wings 110 to each other by fixing the connecting rod to the spiral wing 110 by welding may also be used.

회전축(120)의 일단에는 발전기(160)가 결합되고, 타단에는 RPM 측정기(170)가 설치되어 있다. 바람직하게, 회전축(120)의 타단 쪽에는 풍속이 매우 강할 때에도 나선형 날개(110)들의 후단에 형성된 통풍공(117)과 함께 협력하여 나선형 날개 유닛(100)이 일정 RPM을 초과하지 않도록 하기 위한 브레이크(172)가 더 설치된다. 날개가 너무 빨리 돌아가면 날개 등이 파손되는 문제가 생길 수 있다.A generator 160 is coupled to one end of the rotary shaft 120, and an RPM meter 170 is installed at the other end. The other end of the rotary shaft 120 is provided with a brake (not shown) for preventing the helical blade unit 100 from exceeding a certain RPM in cooperation with the ventilation hole 117 formed at the rear end of the helical blades 110 even when the wind speed is very high 172 are further installed. If the wing rotates too fast, the wings may be damaged.

때에 따라, 점검이나 수리 등을 위해 필요할 때 나선형 날개 유닛(100)의 회전을 멈출 수 있도록 하기 위한 회전 멈춤용 브레이크 등도 더 설치될 수 있다. 여기에서 발전기(160)와 브레이크는 그 설치위치를 서로 바꾸어 설치될 수 있음은 물론이다. 어떤 경우에는, 발전기(160)와 브레이크가 같은 쪽에 설치될 수도 있을 것이다.And a rotation stopping brake for stopping the rotation of the spiral wing unit 100 when needed for inspection, repair, or the like. It goes without saying that the generator 160 and the brakes can be installed by changing their installation positions. In some cases, the generator 160 and the brakes may be installed on the same side.

지지프레임(150)은 지주(180)에 회전 가능케 설치된 수직축(182)에 결합되어 수직축(182)을 중심으로 제자리 회전 가능케 설치되어 있다. 이러한 지지프레임(150)은 나선형 날개 유닛(100)의 회전축(120) 양단을 수평으로 그리고 회전 가능케 지지한다.The support frame 150 is coupled to a vertical axis 182 that is rotatably mounted to the support 180 and is rotatable about a vertical axis 182. The support frame 150 supports both ends of the rotary shaft 120 of the spiral wing unit 100 horizontally and rotatably.

더 자세하게 설명하면, 지지프레임(150)은 회전축(120)의 일단에서 하방으로 연장된 제1프레임요소(151), 회전축(120)의 타단에서 하방으로 경사지게 연장되어 제1프레임요소(151)와 만나는 제2프레임요소(153), 제1프레임요소(151)와 제2프레임요소(153)가 만나는 부분에서 수직축(182) 쪽으로 연장되고 수직축(182)의 외주면에 결합한 제1축결합부(156)를 가지는 제3프레임요소(155)를 구비하여 구성된다.More specifically, the support frame 150 includes a first frame element 151 extending downward from one end of the rotation axis 120, a first frame element 151 extending obliquely downward from the other end of the rotation axis 120, A first frame engaging portion 156 that extends toward the vertical axis 182 at a portion where the first frame element 151 and the second frame element 153 meet and an outer circumferential surface of the vertical frame 182, And a third frame element 155 having a first frame element 155 and a second frame element 155.

제2프레임요소(153)의 양단 사이에 제1축결합부(156)를 통과하여 상방으로 연장된 수직축(182)에 결합되어 수직축(182)의 지지를 받는 제2축결합부(158)가 설치된 것이 바람직하다.A second shaft coupling portion 158 coupled to a vertical shaft 182 passing through the first shaft coupling portion 156 and extending upward is supported between the opposite ends of the second frame element 153 and supported by the vertical shaft 182 It is preferable that it is installed.

이렇게 하는 경우, 제1프레임요소(151)와 제2프레임요소(153)가 만나는 지점을 수직축(182)에 회동 가능케 지지하는 것보다 훨씬 안정적이고 큰 풍력에도 견딜 수 있다.In doing so, it is much more stable and can withstand a larger wind force than the first frame element 151 and the second frame element 153 are rotatably supported on the vertical axis 182.

이에 따라 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛(100)은 지지프레임(150)에 지지가 된 상태로 자체의 회전축(120)을 중심으로 회전할 수 있는 상태에서 바람의 방향에 따라 수직축(182)을 회전 중심으로 하여 수평방향으로도 회전할 수 있다.Accordingly, the spiral blade unit 100 according to the present invention rotates the vertical axis 182 in the direction of the wind in a state in which the spiral blade unit 100 can rotate about its own rotation axis 120 while being supported by the support frame 150 It can rotate in the horizontal direction with the center as the center.

도 13의 상태에서, 나선형 날개 유닛(100)의 전방에서 화살표 방향으로 바람이 불어오는 경우, 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛(100)은 회전축(120)을 중심으로 회전하면서 발전기(160)를 구동하여 발전한다. 회전축(120)의 회전수는 RPM 측정기(170)에서 측정되어 화면에 표시된다. RPM 측정기(170)에서 측정된 데이터와 발전량을 참고하여 바람의 세기에 따른 발전량 등을 산정하여 풍력 발전기(160)의 관리에 활용할 수 있다.13, when the wind is blown in the direction of the arrow in front of the spiral blade unit 100, the spiral blade unit 100 according to the present invention drives the generator 160 while rotating around the rotation axis 120 . The RPM of the rotating shaft 120 is measured by the RPM measuring device 170 and displayed on the screen. It is possible to calculate the power generation amount according to the wind intensity by referring to the data and the power generation amount measured by the RPM measuring device 170 and to utilize it in the management of the wind power generator 160.

화살표 방향으로 불던 바람의 방향이 바뀌는 경우, 나선형 날개(110)들은 좌우에 받는 바람의 힘에 불균형이 생기고, 이에 따라 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛(100)은 수직축(182)을 중심으로 회전하여 나선형 날개(110)들에 좌우로 작용하는 힘이 균형을 이루도록 한다.When the direction of the wind blowing in the direction of the arrow changes, the spiral blades 110 are unbalanced in the force of the wind received from the left and the right. Accordingly, the spiral blade unit 100 according to the present invention rotates about the vertical axis 182 Thereby balancing the forces acting on the spiral wings 110 from side to side.

이에 따라 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛(100)은 지지프레임(150)에 지지가 된 상태로 수직축(182)을 중심으로 하여 바람이 불어오는 방향으로 자동으로 회동하게 된다.Accordingly, the spiral vane unit 100 according to the present invention is supported by the support frame 150, and is automatically rotated in the direction of wind blowing around the vertical axis 182.

도 14는 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛의 또 다른 예를 나타낸 사진이다.14 is a photograph showing another example of the spiral blade unit according to the present invention.

때에 따라 도 14에 나타낸 바와 같이 회전축(120) 둘레에 나선형 날개(110) 형태의 프레임(111b)을 설치하고 이 프레임(111b)에 천(fabric), 천에 수지를 코팅한 것, 부직포, 부직포에 수지를 함침 시키거나 코팅한 것, 인조가죽 등으로 된 막부재(116)를 설치하여 나선형 날개(110)를 회전축(120)의 둘레에 설치할 수 있다. 이 경우에도, 나선형 날개(110)의 후단에는 앞 실시 예들을 통해 설명한 통풍공(117)이 설치되어 있다.A frame 111b in the form of a spiral wing 110 is provided around the rotating shaft 120 as shown in Fig. 14 and the frame 111b is coated with a fabric, a resin coated on the cloth, a nonwoven fabric, A spiral wing 110 may be provided around the rotating shaft 120 by providing a film member 116 made of artificial leather or the like. Also in this case, the ventilation hole 117 described in the above embodiments is provided at the rear end of the helical blade 110.

막부재(116)는 그 가장자리를 프레임(111b)에 꿰매어 연결하는 형태로 하면 된다. 막부재(116) 설치 전에 격자형태의 재료를 프레임(111b)에 먼저 설치하고 그 바깥쪽에 막부재(116)를 설치할 수 있다. 막부재(116)에는 프레임(111b)에 꿰맬 구멍을 미리에 만들어 놓고 그 구멍들을 통하여 프레임(111b)에 연결할 수 있다. 막부재(116)를 꿰매어 연결하는 장소는 프레임(111b)의 외곽뿐만 아니라 안쪽 영역에서도 꿰매어 막부재(116)의 들뜸 현상을 최소화하여 매끄러운 나선형 표면이 되도록 하는 것이 좋다. 이렇게 하는 경우 나선형 날개(110)의 무게를 상당히 줄일 수 있고 가격 또한 매우 저렴하게 할 수 있다. 막부재(116)로는 질긴 다양한 재질의 것이 사용될 수 있다. 예를 들면, 세일링 보트(Sailing Boat)의 돛에 사용되는 천을 사용할 수 있다. 막부재(116)를 설치하기 위한 프레임(111b)은 여러 종류의 재질을 이용하여 그 형상을 구성할 수 있으며 각 파트별로 만들어 조립하여 만들 수도 있다.The membrane member 116 may have a shape in which its edge is connected to the frame 111b by sewing. A lattice-like material may be provided on the frame 111b before the membrane member 116 is installed, and the membrane member 116 may be provided on the outside of the frame 111b. The membrane member 116 may be provided with a stitching hole in advance in the frame 111b and may be connected to the frame 111b through the holes. The place where the membrane member 116 is sewn and connected is preferably a smooth spiral surface by minimizing lifting of the staple member 116 in the inner region as well as the outer periphery of the frame 111b. In this way, the weight of the spiral wing 110 can be significantly reduced and the price can be made very cheap. The membrane member 116 may be made of various rigid materials. For example, a cloth used for the sails of sailing boats can be used. The frame 111b for installing the membrane member 116 may be formed using various kinds of materials and may be formed and assembled for each part.

그리고 나선형 날개(110)들은 회전축(120) 둘레의 원주방향으로 배치되는 링부재(190)로 서로 연결하여 나선형 날개(110)를 보강할 수 있다. 링부재(190)는 도 14에 나타낸 바와 같이 나선형 날개(110)의 외곽을 연결하는 것이 바람직하다. 이렇게 링부재(190)를 설치하면 각각의 나선형 날개(110)의 진동 및 각각의 나선형 날개(110)에 걸리는 하중이 균등하게 된다.The helical wings 110 may be connected to each other by a ring member 190 disposed in the circumferential direction around the rotation axis 120 to reinforce the helical wings 110. It is preferable that the ring member 190 connects the outer periphery of the helical blade 110 as shown in Fig. Thus, when the ring member 190 is installed, the vibrations of the respective helical blades 110 and the loads applied to the respective helical blades 110 become equal.

나선형 날개(110)가 대형화될수록 각각의 나선형 날개(110)를 지지하는 날개 연결구의 개수는 많아질 것이다.As the spiral wing 110 becomes larger, the number of wing connectors that support the respective spiral wing 110 will increase.

도 14에 나타낸 바와 같은 상태에서, 앞에서 설명한 날개 연결구(140)를 이용하여 나선형 날개(110)들을 서로 연결하여줄 수 있다.In the state shown in FIG. 14, the spiral wings 110 may be connected to each other by using the wing connector 140 described above.

바람이 세지 않은 곳에서는 날개 연결구를 설치하지 않은 채로 사용하는 것도 가능하다.It is also possible to use without wing connectors in places where there is no wind.

도 15는 FRP 성형법으로 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛의 만드는 과정을 설명하기 위한 도면이다.15 is a view for explaining a process of making a helical blade unit according to the present invention by a FRP molding method.

도 15를 참고하면, 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛(100)은 중심의 회전축(120)과 회전축(120)의 외주면을 따라 뿌리 부분이 결합되고 후단에 통풍공(117)이 형성된 복수의 나선형 날개(110)들을 갖춘다. 이 실시 예의 나선형 날개(110)는 핸드 레이업(hand lay-up) 등의 방식으로 FRP로 만들어진 것이다.15, the spiral wing unit 100 according to the present invention includes a plurality of spiral blades (not shown) having a center axis of rotation 120 and a root portion coupled to the outer circumference of the rotation axis 120, 110). The spiral wing 110 of this embodiment is made of FRP by hand lay-up or the like.

중심의 회전축(120)은 금속으로 된 것이 적당하고, 내부가 비어있는 금속 파이프가 더욱 바람직하다. 이러한 회전축(120)의 외주면에는 나선형 날개(110)와의 견고한 결합을 위해 나사산(122)이 형성된 것이 좋다.More preferably, the central rotating shaft 120 is made of metal, and the hollow interior is hollow. A thread 122 may be formed on the outer circumferential surface of the rotating shaft 120 for a strong coupling with the helical blade 110.

나선형 날개(110)들은 그 바깥쪽 가장자리를 따라 테두리(112)를 형성한 것이 좋다. 이 실시 예는, 나선형 날개(110)들을 지그에 고정한 상태에서 그 뿌리(111)와 나사산(122)이 형성된 회전축(120)의 외주면에 걸쳐서 FRP 재료들을 덧붙여 가면서 FRP 적층부(130)를 형성하여 나선형 날개(110)들을 회전축(120) 외주면에 고정한 것을 보여준다. 고정 후 나선형 날개(110)들을 잡아주던 하부 지그(61) 위에 있던 상부 지그는 제거하고 하부 지그(61)만 남아 있다. 회전축(120)은 하부 지그(61)의 중앙에 형성된 홈(62)에 결합되어 있다.The spiral wings 110 may form a rim 112 along the outer edge thereof. In this embodiment, the FRP laminated portion 130 is formed while the FRP materials are added over the outer peripheral surface of the rotary shaft 120 formed with the roots 111 and the threads 122 in a state where the helical blades 110 are fixed to the jig And the spiral wings 110 are fixed to the outer circumferential surface of the rotating shaft 120. The upper jig on the lower jig 61 which holds the helical wings 110 after fixing is removed, and only the lower jig 61 remains. The rotary shaft 120 is coupled to a groove 62 formed at the center of the lower jig 61.

도 15를 참고하면, 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛(100)은 나선형 날개(110)들을 방사상으로 서로 연결하기 위한 날개 연결구(140)를 더 갖춘다. 나선형 날개(110)들은 이 날개 연결구(140)를 통해 서로 연결되어서 서로를 지지한다.Referring to FIG. 15, the spiral wing unit 100 according to the present invention further comprises a wing connector 140 for radially connecting the spiral wings 110 to each other. The helical wings 110 are connected to each other via the wing connectors 140 to support each other.

날개 연결구(140)는 나선형 날개(110)들을 관통하며 바깥에서 회전축(120)을 향하여 설치된 연결봉(141)을 가진다. 연결봉(141)의 외주면에는 나사산(142)이 형성된다. 이 나사산(142)은 연결봉(141)의 전체 길이에 걸쳐 형성될 수도 있으나, 연결봉(141)의 길이방향을 따라 일부 구간씩 간격을 두고 형성된 것이 바람직하다.The wing connector (140) has a connecting rod (141) extending through the helical wings (110) from the outside to the rotating shaft (120). A thread 142 is formed on the outer circumferential surface of the connecting rod 141. The thread 142 may be formed to extend over the entire length of the connecting rod 141, but may be formed at intervals along the longitudinal direction of the connecting rod 141.

날개 연결구(140)는 나사산(142)에 결합되어 나선형 날개(110)들을 연결봉(141)에 고정하여주는 복수의 너트(143)를 갖춘다. 때에 따라 이 너트(143)가 직접 나선형 날개(110)의 표면을 직접 가압하도록 한 상태로 고정될 수 있으나, 바람직하게 나선형 날개(110)의 표면과 너트(143) 사이의 연결봉(141) 외주면에 와셔를 결합한 것이 사용된다. 이 경우 너트(143)는 나사산(142)에 결합되어 와셔를 나선형 날개(110) 표면을 향해 가압하여 나선형 날개(110)가 연결봉(141)에 고정되게 한다. 너트(143)는 풀림을 방지하기 위해 체결 후 연결봉(141)에 일체로 용접될 수 있고, 용접 외의 여타의 수단이 이용될 수 있다.The wing connector 140 has a plurality of nuts 143 that are coupled to the threads 142 and fix the spiral wings 110 to the connecting rod 141. The nut 143 may be fixed directly to the surface of the helical wing 110 directly but is preferably fixed to the outer circumferential surface of the connecting rod 141 between the surface of the helical wing 110 and the nut 143 A combination of washers is used. In this case, the nut 143 is coupled to the thread 142 to urge the washer toward the surface of the spiral wing 110 so that the spiral wing 110 is secured to the connecting rod 141. The nut 143 may be integrally welded to the connecting rod 141 after fastening to prevent loosening, and other means other than welding may be used.

이러한 너트(143)와 와셔는 바람직하게 나선형 날개(110)의 표면 양쪽에 모두 설치된다. 이러한 날개 연결구(140)는 나선형 날개(110)의 처짐 및 진동을 최소화하는 역할을 한다. 너트(143)와 나선형 날개(110)의 표면 사이에 나선형 날개(110)의 경사를 보상하여주기 위한 경사부재 또는 반구형의 구면부재와 구면홈이 형성된 구면홈부재 등이 더 설치될 수 있다. These nuts 143 and washers are preferably installed on both sides of the surface of the spiral wing 110. These wing connectors 140 serve to minimize deflection and vibration of the spiral wing 110. A spherical member may be further provided between the nut 143 and the surface of the helical blade 110 to provide an inclined or hemispherical spherical member for compensating the inclination of the helical blade 110 and a spherical groove member formed with spherical grooves.

때에 따라, 나선형 날개(110)의 양쪽 표면에 구멍이 뚫린 별도의 금속부재를 배치하고, 나사산(142)이 형성되지 않은 연결봉(141)을 이 구멍들로 삽입하고, 구멍이 뚫린 금속부재를 나선형 날개(110)의 표면으로 가압한 상태에서 양쪽 금속판과 연결봉(141)을 각각 용접하여 연결봉(141)을 나선형 날개(110)에 고정하는 방식이 이용될 수 있다. 나선형 날개(110)가 금속판으로 만들어진 것인 경우 구멍이 뚫린 금속부재도 나선형 날개(110)에 용접하여 고정할 수 있다.A separate metal member having a hole is disposed on both surfaces of the helical wing 110 and a connecting rod 141 having no thread 142 is inserted into these holes and the metal member having the hole is spirally wound A method may be used in which the connecting rod 141 is fixed to the helical blade 110 by welding both the metal plates and the connecting rod 141 while being pressed against the surface of the blade 110. If the spiral wing 110 is made of a metal plate, the perforated metal member can also be welded to the spiral wing 110 and fixed.

날개 연결구(140)를 통해 서로 연결된 나선형 날개(110)들은 서로를 지지하여 회전자 날개 유닛(100)이 고속으로 회전하더라도 나선형 날개(110) 끝이 변위를 일으키거나 진동을 하는 것을 억제하고, 나선형 날개(110)가 파손되는 것을 방지한다.The helical wings 110 connected to each other through the wing connector 140 support each other to restrain the end of the helical wing 110 from being displaced or vibrated even if the rotor wing unit 100 rotates at a high speed, Thereby preventing the blade 110 from being broken.

나선형 날개(110)로는 위에서 설명한 FRP 성형법에 의해 FRP로 만든 것 외에도 인젝션 몰드(Injection Mold)를 이용하여 만든 플라스틱 재질의 것이 이용될 수 있다.The spiral wing 110 may be made of a plastic material made of an injection mold in addition to FRP by the above-described FRP molding method.

사출 성형법에 의해 플라스틱으로 만든 것, 다이캐스팅으로 금속으로 만든 것 등이 이용될 수 있다. 금속으로 만든 나선형 날개(110)를 이용하는 경우, 용접을 통해 회전축(120) 외주면에 고정하는 것이 바람직하다.Made of plastic by injection molding, made of metal by die casting, or the like can be used. In the case of using the spiral wing 110 made of metal, it is preferable to fix it on the outer circumferential surface of the rotary shaft 120 through welding.

때에 따라, 나선형 날개(10)의 바깥쪽 끝단에 참고도 8에 나타낸 바와 같은, 와류현상(tip-vortex)을 방지하기 위한 상어 지느러미 모양의 와류방지돌기를 설치할 수 있다.At the outer end of the spiral wing 10, a shark fin-shaped vortex prevention protrusion for preventing tip-vortex as shown in Fig. 8 can be provided.

참고도 8Reference figure 8

Figure 112015108668054-pat00010
Figure 112015108668054-pat00010

도 16은 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛의 변형 예를 나타낸 사시도이다.16 is a perspective view showing a modified example of the helical blade unit according to the present invention.

때에 따라, 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛(110)은 바람을 맞이하는 나선형 날개(110)의 면적이 매우 크다. 이에 따라 나선형 날개(110)의 두께를 얇게 만든 경우, 바람이 강하게 불면 나선형 날개(110)에 진동이 발생될 수 있다. 이 경우, 도 13 또는 15에 나타낸 바와 같이 날개 연결구(140)를 이용하여 나선형 날개(110)끼리 서로 연결할 수 있으나, 도 16에 나타낸 바와 같이 나선형 날개(110)의 형상과 배치구조에 따라 날개 연결구(140)를 이용하여 나선형 날개(110)를 회전축(120)에 직접 연결하여 보강하는 것이 더 좋을 때도 있다. 이때의 날개 연결구(140)의 연결봉(141)과 나선형 날개(110) 및 회전축(120)과의 결합은 나사결합, 용접, 연결봉(141)에 핀 홈을 형성하고 핀 홈에 핀을 결합하는 방식, 융접, 날개연결구 외주면에 링홈을 형성하고 링홈에 링을 결합하는 방식 등 다양한 결합방식이 이용될 수 있다. 회전축(120)의 외주면에는 연결봉(140)과 결합하여 고정할 수 있도록 하기 위한 고정구(145)가 더 설치될 수 있다.In some cases, the helical wing unit 110 according to the present invention has a very large area of the helical wing 110 that catches the wind. Accordingly, when the thickness of the spiral wing 110 is reduced, vibrations may be generated in the spiral wing 110 if the wind blows strongly. In this case, as shown in FIG. 13 or 15, the spiral blades 110 can be connected to each other by using the wing connector 140. However, depending on the shape and arrangement of the spiral blades 110, It is preferable that the helical blade 110 is directly connected to the rotary shaft 120 by using the helical blade 140. At this time, the connection rod 141 of the wing connector 140 is coupled with the spiral wing 110 and the rotary shaft 120 by screwing, welding, or by forming a pin groove in the connecting rod 141, And a method of forming a ring groove on the outer circumferential surface of the wing connector and coupling the ring to the ring groove, may be used. A fixing member 145 may be further provided on the outer circumferential surface of the rotary shaft 120 so as to be coupled with the connection rod 140.

외주면에 나사산이 형성된 연결봉(141)과 나사산에 결합되어 나선형 날개(110)가 연결봉(141)에 대해 움직이지 못하도록 잡아주는 너트(143)를 이용하는 경우, 너트(143)와 나선형 날개(110)의 표면 사이에는 와셔, 나선형 날개(110) 표면의 경사를 보상하여주기 위한 경사부재나 오목구면과 볼록구면 끼리 결합하는 구면부재들이 더 설치될 수 있다. 나머지는 도 13 내지 15에서 설명한 것과 같다. When the nut 143 and the screw 143 are engaged with the connecting rod 141 and the helical wing 110 so as to prevent the helical wing 110 from moving relative to the connecting rod 141, A washer may be provided between the surface and an inclined member for compensating the inclination of the surface of the spiral vane 110, or spherical members which are engaged with the concave spherical surface and the convex spherical surface. The rest are the same as those described in Figs.

이상 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시가 가능하고, 이들은 모두 본 발명의 범주에 속한다.While the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will readily appreciate that many modifications are possible,

본 발명은 풍력 발전에 적합한 나선형 날개 유닛을 만드는 데 이용될 가능성이 있다. 본 발명에 따른 나선형 날개 유닛은 때에 따라 수력 발전에 이용될 가능성도 있다.The present invention is likely to be used to create a spiral wing unit suitable for wind power generation. The spiral wing unit according to the present invention may also be used for hydroelectric power generation in some cases.

100: 나선형 날개 유닛 110: 나선형 날개
111: 뿌리 111a: 뿌리 변
113: 측변 114: 전방 변
115: 후방 변 117: 통풍공
120: 회전축 140: 날개 연결구
200: 풍력발전기100: Spiral wing unit 110: Spiral wing
111: root 111a: root
113: lateral side 114: anterior side
115: rear side 117: ventilation
120: rotating shaft 140: wing connector
200: Wind generator

Claims (10)

회전축 및 상기 회전축 외주면을 따라 뿌리 부분이 결합되고 상기 회전축 둘레를 따라 나선형으로 배치되어 후방에서 전방으로 갈수록 상기 회전축을 기준으로 바깥으로 점점 벌어지게 형성되고 동일 회전방향으로 감긴 복수의 나선형 날개들을 구비하는 나선형 날개 유닛에서,
상기 나선형 날개들 각각의 후단에 전방에서 불어오는 바람이 상기 회전축 외주면과 상기 나선형 날개의 후단 사이를 통해 빠져나갈 수 있게 하기 위한 통풍공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 나선형 날개 유닛.And a plurality of helical wings formed in a spiral shape along the circumference of the rotary shaft and flared outwardly from the rear toward the front with respect to the rotary shaft and wound in the same rotation direction In a spiral wing unit,
Wherein a ventilation hole is formed in the rear end of each of the helical wings so as to allow a wind blown from the front to pass through between the outer circumferential surface of the rotating shaft and the rear end of the helical wing. 제1항에서, 상기 통풍공은 상기 나선형 날개의 후단을 이루는 후방 변이 상기 회전축에서부터 바깥으로 점점 멀어지면서 상기 회전축을 감싸는 경로를 따라 배치되는 것에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 나선형 날개 유닛.The helical blade unit according to claim 1, wherein the vent hole is formed by being disposed along a path that surrounds the rotation axis while gradually moving away from the rotation axis to the rear side, the rear side of the helical wing. 제2항에서, 상기 나선형 날개는 전방 변, 상기 전방 변의 일측에서 중심부 쪽으로 연장된 측변, 상기 전방 변의 타측에서 중심부 쪽으로 J자 모양으로 연장되고 상기 뿌리를 이루는 뿌리 변 및 상기 뿌리 변의 끝에서 상기 중심부 쪽의 상기 측변과 만나는 상기 후방 변이 둘러싸는 모양의 전개판을 나선형으로 굴곡한 형상을 하는 것을 특징으로 하는 나선형 날개 유닛.The helical blade according to claim 2, wherein the helical wing has a front side, a side extending from one side of the front side toward the center, a J-shaped extending from the other side of the front side toward the center, a root side forming the root, And the extension plate having a shape that surrounds the rear side which meets with the lateral side of the spiral wing unit is bent into a spiral shape. 제3항에서, 상기 전방 변은 일측에서 타측으로 갈수록 곡률반경이 순차적으로 증가하는 만곡된 곡선을 이루는 것을 특징으로 하는 나선형 날개 유닛.The helical wing unit according to claim 3, wherein the front side forms a curved curve in which the radius of curvature sequentially increases from one side to the other side. 제2항에서, 상기 나선형 날개는 전방 변을 이루는 원호와 상기 원호의 양 끝을 연결하는 직선부가 둘러싸는 반원모양의 판에서 상기 원호 한쪽 끝에서 상기 직선부 길이의 반을 초과하는 부분까지 상기 직선부 내측으로 J자 모양으로 제거한 모양의 전개판을 나선형으로 굴곡한 형상을 하고,
상기 J자 모양으로 제거된 부분과 접하는 상기 전개판의 가장자리는 상기 뿌리를 이루는 뿌리 변과 상기 뿌리 변의 끝에서 상기 나선형 날개의 측변을 이루는 제거되지 않고 남은 상기 직선부의 끝을 연결하며 상기 후방 변을 이루는 것을 특징으로 하는 나선형 날개 유닛.The helical blade according to claim 2, wherein the helical blade has a circular arc shape in which a circular arc forming a front side and a linear portion connecting a both ends of the circular arc are surrounded by a semicircular plate surrounded by the straight line The shape of the expansion plate, which has been removed in a J-shape to the inner side, is bent into a spiral shape,
The edge of the spreading plate contacting the J-shaped removed portion connects the root of the root and the end of the straight portion that is not removed and forms the side of the helical blade at the end of the root, The spiral wing unit comprising: 제1항에서, 상기 나선형 날개의 바깥쪽 끝단에 와류현상(tip-vortex)을 방지하기 위한 상어 지느러미 모양의 와류방지돌기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 나선형 날개 유닛.The helical wing unit according to claim 1, wherein a shark fin-shaped vortex prevention protrusion is provided at an outer end of the helical wing to prevent tip-vortex. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에서,
상기 나선형 날개들은 날개 연결구를 통해 서로 또는 회전축과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 나선형 날개 유닛.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein the helical wings are connected to each other or to a rotation shaft via a wing connector. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에서, 상기 나선형 날개는 FRP 성형법에 의해 FRP로 만든 것, 사출성형법에 의해 플라스틱으로 만든 것, 금속판을 벤딩하여 만든 것, 나선형 날개 형태의 프레임 외부를 섬유재로 감싼 것, 구멍이 뚫린 금속판을 벤딩하여 만든 것의 외면을 섬유재로 감싸거나 금속판보다 가벼운 재료로 구멍을 막은 것, 구멍이 뚫린 금속판을 벤딩하여 만든 것의 표면에 구멍을 막는 막을 형성한 것 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나선형 날개 유닛.The spiral wing according to any one of claims 1 to 6, wherein the spiral wing is made of FRP by a molding method of FRP, made of plastic by an injection molding method, made of a metal plate bent, a spiral wing- Wrapped in ashes, wrapped with a fibrous material on the outer surface of a bend of a hole made of metal plate, a hole made of a material lighter than a metal plate, a hole formed on the surface of a bend of a hole made of a metal plate, Wherein the spiral wing unit is a spiral wing unit. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에서, 상기 나선형 날개들은 상기 회전축 둘레의 원주방향으로 배치되는 링부재에 의해 서로 연결된 것을 특징으로 하는 나선형 날개 유닛.7. The spiral wing unit according to any one of claims 1 to 6, wherein the helical wings are connected to each other by a ring member disposed in the circumferential direction about the rotation axis. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 나선형 날개 유닛;
상기 나선형 날개 유닛의 회전축 양단을 수평으로 그리고 회전 가능케 지지하는 지지프레임;
상기 지지프레임을 제자리 회전 가능케 지지하는 수직축; 및
상기 회전축에 결합되어 발전하는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.7. A spiral wing unit according to any one of claims 1 to 6;
A support frame for horizontally and rotatably supporting both ends of the rotary shaft of the helical wing unit;
A vertical axis for supporting the support frame in place; And
And a generator connected to the rotating shaft and generating electric power.
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