KR101633136B1

KR101633136B1 - 가변익 수직축 풍력 터빈

Info

Publication number: KR101633136B1
Application number: KR1020110050220A
Authority: KR
Inventors: 김지온
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2016-06-23
Also published as: KR20120131804A

Abstract

본 발명은 수직축 풍력 터빈에 관한 것이다. 본 발명의 가변익 수직축 풍력 터빈은, 기초대에 고정 설치되는 수직축(200); 수직축(200)에 회전 가능하게 결합되고 발전기를 구동하는 회전축(300); 회전축(300)의 상부와 하부에 반경방향으로 간격을 유지하여 배치되어 회전축(300)과 일체로 회전하며, 회전축(300)의 길이방향에 직교하는 임의의 평면상에서 회전축(300)에 대해 반경방향으로 편심되는 임의의 위치로 이동가능한 상, 하부 통체(410, 420); 회전축(300)에 대해 반경방향으로 확장 및 수축가능하고, 회전축(300)과 상, 하부 통체(410, 420) 사이에 방사상으로 여러 개 배치되어, 상, 하부 통체(410, 420)의 반경 방향 위치 이동에 의해 반경방향으로 펼쳐지거나 접히는 가변 날개(500); 및 상기 상, 하부 통체(410, 420)를 상기 회전축(300)에 대해 반경방향으로 편심되는 위치로 이동시켜 가변 날개(500)를 접거나 펼치도록 조절하는 통체 조절장치(600)를 포함한다. 이러한 본 발명은 날개의 형태 변화가 가능한 가변익을 갖추고, 풍속과 풍향에 따라 회전축과 통체를 편심 조절하여 가변익의 모양을 변화시킬 수 있다.

Description

가변익 수직축 풍력 터빈{VERTICAL-AXIS TYPE WIND TURBINE WITH VARIABLE BLADES}

본 발명은 수직축 풍력 터빈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 풍향 및 풍속에 대응하여 날개의 형태와 면적을 변화시킬 수 있어 발전효율을 극대화할 수 있는 가변익 수직축 풍력 터빈에 관한 것이다.

수직축 풍력 터빈은, 수직축의 둘레에 여러 개의 날개들을 배치하여 바람에 의해 발전을 행하는 수직축 풍력 터빈은, 수평축 풍력 터빈처럼 풍향에 따라 동체의 방향을 바꿀 필요가 없고 소형으로 설치할 수 있다.

수직축 풍력 터빈은 바람의 방향에 따라 방향을 바꿀 필요는 없지만 바람을 받는 날개의 반대측에 있는 날개에는 회전방향에 대한 저항력이 작용하기 때문에 발전 효율을 떨어뜨리고 안정적인 전력 생산을 기대하기 어렵다.

특히 내륙에는 풍속이 기대보다 낮은 경우가 많아 한쪽의 날개에서 저항을 받는 풍력 터빈으로서는 발전이 불가능하거나 효율이 극히 떨어지며, 해안가와 같이 풍속과 풍향이 불규칙하게 변화하거나 강풍이 자주 부는 지역에서는 바람의 조건 변화에 기민하게 대응하기 어렵다.

또한, 풍력 터빈은 바람이 설계풍속 범위 이내일 경우에만 최적의 발전이 가능하다. 요컨대, 풍속이 설계된 시동풍속(Vin: cut-in wind speed, 발전 개시를 위한 최저 풍속)과 종단풍속(Vout: cut-out wind speed, 발전 최대 풍속)을 벗어나면 기동이 어렵거나 발전이 불가능하므로 어떠한 풍속 범위나 풍향에서도 효율적인 발전을 행할 수 있는 풍력 터빈을 설계하는 것이 이 분야의 과제라고 할 것이다.

본 발명은 상기와 같은 요구에 따라 연구된 것으로서, 본 발명의 목적은 바람을 맞이하는 쪽의 날개와 바람을 거스르는 쪽의 날개의 형태 및 면적을 변화시킬 수 있도록 함으로써 풍향 및 풍속에 이상적으로 대응하여 발전효율을 극대화할 수 있는 가변익 수직축 풍력 터빈을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 가변익 수직축 풍력 터빈은, 기초대에 고정 설치되는 수직축; 수직축에 회전 가능하게 결합되고 발전기를 구동하는 회전축; 회전축의 상부와 하부에 반경방향으로 간격을 유지하여 배치되어 회전축과 일체로 회전하며, 회전축의 길이방향에 직교하는 임의의 평면상에서 회전축에 대해 반경방향으로 편심되는 임의의 위치로 이동가능한 상, 하부 통체; 회전축에 대해 반경방향으로 확장 및 수축가능하고, 회전축과 상, 하부 통체 사이에 방사상으로 여러 개 배치되어, 상, 하부 통체의 반경 방향 위치 이동에 의해 반경방향으로 펼쳐지거나 접히는 가변 날개; 및 상기 상, 하부 통체를 상기 회전축에 대해 반경방향으로 편심되는 위치로 이동시켜 가변 날개를 접거나 펼치도록 조절하는 통체 조절장치를 포함한다.

가변 날개는, 전체의 평단면 형상이 한쪽으로는 볼록하고 한쪽으로는 오목한 호형으로 구성하고, 모든 가변 날개들은 동일 방향으로 배치하는 것이 바람직하다.

하나의 가변 날개는, 반경 방향으로 제1 날개와 제2 날개의 2개의 날개로 분할되어 서로 회동가능하게 힌지 결합하며, 제1 날개의 힌지부 단대측의 자유단부는 회전축에 회동가능하게 힌지 결합되고, 제2 날개의 힌지부 반대측의 자유단부는 상, 하부 통체에 회동가능하게 힌지 결합된다.

상부 통체와 하부 통체는 외주 둘레에 축방향으로 배치되는 복수의 고정축에 의해 일체로 고정된다.

통체 조절장치는 다름 아닌 '하부 통체'를 이동시키도록 구성하는 것이 바람직하다.

통체 조절장치는, 하부 통체가 반경방향 한쪽 방향으로 미끄럼이동 가능하게 삽입되는 미끄럼 장공을 구비하고, 미끄럼 장공의 길이방향에 직교하는 방향으로 미끄럼 이동 가능하게 상기 기초대 상에 탑재되는 제1 가동판; 상기 제1 가동판을 전후진 이동시키는 제1 구동기구; 상기 하부 통체의 외주가 회전은 가능하고 반경방향으로의 이동은 불가하게 통과하는 축받이를 구비하고, 제1 가동판의 이동 방향에 직교하는 방향으로 미끄럼 이동 가능하게 상기 제1 가동판 상에 탑재되는 제2 가동판; 및 상기 제2 가동판을 전후진 이동시키는 제2 구동기구를 포함한다.

제1 구동기구는, 상기 기초대의 상면에 고정 장착되는 제1 모터; 상기 제1 모터의 출력축에 연결되는 제1 나사축; 및 상기 제1 나사축이 나사결합되도록 상기 제1 가동판에 형성되는 제1 너트부로 이루어지고, 제2 구동기구는, 상기 제1 가동판의 상면에 탑재 및 고정되는 제2 모터; 상기 제2 모터의 출력축에 연결되는 제2 나사축; 및 상기 제2 나사축이 나사결합되도록 상기 제2 가동판에 형성되는 제2 너트부로 이루어지는 것이 바람직하다.

바람의 속도를 센싱하는 풍속 센서; 바람의 방향을 센싱하는 풍향 센서; 상기 풍속 센서 및 풍향 센서로부터 입력되는 센싱 신호를 처리하고, 풍향 및 풍속에 대응하여 가변 날개를 변화시키도록 상기 통체 조절장치를 구동하는 가변익 제어모듈을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 가변익 수직축 풍력 터빈에 의하면, 날개의 형태 변화가 가능한 가변익을 갖추고, 풍속과 풍향에 따라 회전축과 통체를 편심 조절하여 가변익의 모양을 변화시킬 수 있다.

따라서, 바람을 맞이하는 쪽의 날개와 바람을 거스르는 쪽의 날개의 형태 및 면적을 적절히 변화시켜 풍향 및 풍속에 이상적으로 대응할 수 있고, 그에 의해 미풍에서도 강풍에서도 효과적인 발전을 행할 수 있고, 발전효율을 극대화할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가변익 풍력 터빈의 전체 구조를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 가변익 풍력 터빈의 전체 구조를 도시한 단면 사시도도이다.
도 3은 도 1의 정면 단면도이다.
도 4는 도 3의 A-A 선에 따른 단면도로서, 가변 날개의 형태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 가변익 풍력 터빈에서 보호 커버를 제거한 상태로 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에서 상부 통체를 제거한 상태로 도시한 도면이다.
도 7은 통체 조절 장치의 구성을 상세하게 보여주는 주요부 사시도이다.
도 8은 도 7의 평면도이다.
도 9는 도 5의 B-B 방향 단면도로서, 통체 조절장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 10은 도 의 C-C 방향 단면도로서, 통체 조절장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 11은 도 9의 D-D 방향 단면도로서, 풍향 및 풍속에 따른 가변 날개의 조절 상태의 일례를 설명하는 도면이다.
도 12는 도 11에서 풍향 및 풍속의 변화에 대응하여 가변 날개를 다른 형태로 조절한 예를 설명하는 도면이다.

이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 가변익 풍력 터빈은, 기초대(100), 수직축(200), 회전축(300), 상, 하부 통체(410, 420), 가변 날개(500) 및 통체 조절장치(600)를 포함한다.

기초대(100)는 풍력 터빈용 타워 구조물 등에 탑재된다. 편의상 발전기(50)는 기초대(100)의 내부에 설치되어 있는 것으로 도시하였으나, 발전기(50)의 설치 위치에는 어떠한 제한은 없으며, 예를 들어 기초대(100)가 별도의 타워 구조물에 탑재되는 형태라면 타워 구조물의 내측 하부에 설치하여도 좋다.

수직축(200)은 기초대(100)에 회전 불가한 상태로 고정 설치된다.

회전축(300)은, 수직축(200)에 회전 가능하게 결합되고, 터빈 회전에 의해 회전되어 발전기(50)를 구동한다. 발전기(50)에서 생산된 전력은 축전장치에 저장되거나 수용가로 공급된다.

회전축(300)과 발전기(50)는 기어(302)(52), 벨트전동장치(도시하지 않음) 등과 같은 동력전달장치에 의해 연결된다. 보통, 동력전달장치와 발전기(50) 사이에는 변속기(도시하지 않음)가 개재된다. 수직축(200)과 회전축(300) 사이에는, 회전축(300)의 회전을 원활히 지지하기 위하여 베어링(321, 322, 323)를 설치할 수 있다.

상, 하부 통체(410, 420)는, 각각 회전축(300)의 상부와 하부에서 회전축(300)에 대해 반경방향으로 간격을 유지하여 배치되고, 회전축(300)에 일체로 결합되어 회전축(300)과 함께 회전한다. 따라서, 상, 하부 통체(410, 420)의 내경부(412, 422)는 회전축(300) 및 상, 하부 플랜지(312, 314)와 소정의 간격을 유지하며, 그 간격의 범위 안에서 상, 하부 통체(410, 420)의 이동이 허용된다.

이러한 상, 하부 통체(410, 420)는, 회전축(300)의 길이방향에 직교하는 임의의 평면상에서 회전축(300)에 대해 반경방향으로 편심되는 임의의 위치로 이동가능하다. 즉, 상, 하부 통체(410, 420)는 도 3에서 임의의 수평 방향으로 이동이 가능하고, 그 이동에 의해 편심이 생겨 어느 쪽은 회전축(300)에 가까워지고 어느 쪽은 회전축(300)으로부터 멀어지게 된다.

가변 날개(500)는, 상, 하부 통체(410, 420)와, 회전축(300)에 대해 반경방향으로 확장 및 수축가능하고, 회전축(300)과 상, 하부 통체(410, 420) 사이에 방사상으로 여러 개 배치된다. 이러한 가변 날개(500)는, 상, 하부 통체(410, 420)의 반경 방향 위치 이동에 의해 반경방향으로 펼쳐지거나 접히는 동작을 하여 바람을 맞는 면적을 조절할 수 있다.

하나의 가변 날개(500)는, 반경방향으로 최대한 펼쳐진 상태에서 평단면 형상이 한쪽으로는 볼록하고 한쪽으로는 오목한 호형(弧形)으로 이루어진다. 그에 따라 가변 날개(500)가 좁혀질 때에는 오목한 방향의 폭이 더욱 좁혀지게 된다. 이러한 가변 날개(500)들은 모두 동일 방향을 향하는 상태로 방사상으로 배치된다.

통체 조절장치(600)는, 상, 하부 통체(410, 420)를 회전축(300)에 대해 반경방향으로 편심되는 위치로 이동시켜 가변 날개(500)를 접거나 펼치도록 조절한다.

본 실시예에서는, 바람의 속도와 방향에 알맞게 통체 조절장치(600)를 조절하기 위해 풍속 센서(710)와 풍향 센서(720)를 구비하고, 풍속 센서(710) 및 풍향 센서(720)로부터 입력되는 센싱 신호를 처리하고, 풍향 및 풍속에 대응하여 통체 조절장치(600)를 구동하여 가변 날개(500)의 형태를 변화시키는 가변익 제어모듈(730)을 포함한다.

도 4 및 도 6에 잘 나타낸 바와 같이, 하나의 가변 날개(500)는, 반경 방향으로 제1 날개(510)와 제2 날개(520)의 2개의 날개로 분할되어 서로 회동가능한 상태로 힌지 결합 되며, 회동 가능하게 결합된 제1 날개(510)의 힌지부 반대측의 자유단부(반경방향 내측)는 다시 회전축(300)에 회동가능하게 힌지 결합되고, 제2 날개(520)의 힌지부 반대측의 자유단부(반경방향 외측)는 상, 하부 통체(410, 420)에 회동가능하게 힌지 결합된다.

가변 날개(500)의 구체적인 힌지 형태는, 제1 날개(510)와 제2 날개(520)는 서로 볼록 부분과 오목 부분이 경첩 형태로 맞물려지고, 맞물려진 부분에 힌지축(502)을 관통시킨 형태이다. 또한, 제1 날개(510)의 자유단부는, 상, 하부의 힌지축(512)이 회전축(300)의 상, 하부 플랜지(312, 314)에 힌지 결합된다. 또한, 제2 날개(520)의 자유단부는, 상, 하부 힌지축(522)에 의해 상, 하부 통체(410, 420)에 힌지 결합된다. 참조부호 '324'는 수직축(200)과 상부 플랜지(312) 사이에 설치되는 '실(seal)'이다.

그리고, 상부 통체(410)와 하부 통체(420)의 둘레 부분은, 축방향으로 연장되는 복수의 고정축(450)에 의해 일체로 고정된다. 따라서, 회전축(300), 가변 날개(500) 및 상, 하부 통체(410, 420)가 일체화되어 일체로 회전하게 되며, 그와 동시에 상, 하부 통체(410, 420)의 수평방향 이동에 의해 가변 날개(500)의 폭이 조절되는 것이다.

본 실시예에서, 통체 조절장치(600)는 하부 통체(420)를 이동시키도록 구성된다.

도 7 내지 도 10에는 통체 조절장치(600)가 구체적으로 도시되어 있다.

도 7 내지 도 10, 그리고 도 1 내지 도 6을 병행하여 참조하면, 통체 조절장치(600)는, 기초대(100) 상에 탑재되어 어느 한 방향으로 왕복 미끄럼 이동하는 제1 가동판(610)과, 제1 가동판(610) 위에 탑재되어 제1 가동판(610)의 이동 방향에 직교하는 방향으로 미끄럼 이동하는 제2 가동판(630)과, 제1 가동판(610)을 전후진 이동시키는 제1 구동기구(620)와, 제2 가동판(630)을 전후진 이동시키는 제2 구동기구(640)를 포함한다.

제1 가동판(610)에는, 하부 통체(420)가 반경방향 한쪽 방향으로 미끄럼이동 가능하게 삽입되는 미끄럼 장공(612)이 형성된다. 제1 가동판(610)의 미끄럼 이동 방향은 미끄럼 장공(612)의 길이방향에 대해 직교하는 방향이다. 즉, 도 7에서 'X' 방향이다. 따라서 제1 가동판(610)이 'X' 방향으로 미끄럼 이동하면 제1 가동판(610)이 일체로 이동하므로, 하부 통체(420)는 미끄럼 장공(612)의 내측면과 제2 가동판(630)에 의해 'X' 방향으로 밀리게 된다.

제2 가동판(630)에는, 하부 통체(420)의 외주가 회전은 가능하고 반경방향으로의 이동은 불가하게 통과하는 축받이(632)가 설치된다. 축받이(632)는 하부 통체(420)의 회전을 원활하게 하기 위한 볼 베어링, 롤러 베어링, 베어링 부시 등으로 이루어진다.

제2 가동판(630)의 미끄럼 이동 방향은 제1 가동판(610)의 이동 방향에 직교하는 방향(즉, '미끄럼 장공(612)의 길이방향)이다. 즉, 도 7에서 'Y' 방향이다. 따라서, 제2 가동판(630)이 'Y' 방향으로 미끄럼 이동하면, 축받이(632)가 하부 통체(420)를 'Y' 방향으로 밀게 되고, 하부 통체(420)는 제1 가동판(610)의 미끄럼 장공(612)을 따라 이동한다.

제1 구동기구(620)는, 기초대(100)의 상면에 고정 장착되는 제1 모터(622)와, 제1 모터(622)의 출력축에 연결되는 제1 나사축(624)과, 제1 나사축(624)이 나사결합되도록 제1 가동판(610)에 형성되는 제1 너트부(614)로 이루어진다. 제1 모터(622)의 구동에 의해 제1 나사축(624)이 회전하면, 제1 너트부(614)가 제1 나사축(624)을 따라 이동함으로써 제1 가동판(610)이 직선이동하게 된다.

제2 구동기구(640)는, 제1 가동판(610)의 상면에 탑재 및 고정되는 제2 모터(642)와 제2 모터(642)의 회전축에 연결되는 제2 나사축(644)과, 제2 나사축(644)이 나사결합되도록 제2 가동판(630)에 형성되는 제2 너트부(634)로 이루어진다. 제2 모터(642)의 구동에 의해 제2 나사축(644)이 회전하면, 제2 너트부(634)가 제2 나사축(644)을 따라 이동함으로써 제2 가동판(630)이 직선이동하게 된다.

제1 가동판(610) 및 제2 가동판(630)의 직선 미끄럼 이동을 위한 안내 기구로서, 직선운동 가이드(LM Guide)(650)(660)가 설치된다. 본 실시예에서 직선운동 가이드(650)(660)의 형태로서는 가이드 레일(652)(662)과 슬라이더(654)(664)를 채용하고 있다.

즉, 제1 가동판(610)을 위해, 기초대(100)의 상면에 가이드 레일(652)이 설치되고, 제1 가동판(610)에는 가이드 레일(652)을 따라 미끄럼 이동하는 슬라이더(654)가 구비된다.

또한, 제2 가동판(630)을 위해, 제1 가동판(610)의 상면에는 가이드 레일(662)이 설치되고, 제2 가동판(630)에는 가이드 레일(662)을 따라 미끄럼 이동하는 슬라이더(664)가 구비된다.

이와 같이 이루어진 본 발명의 가변익 수직축 풍력 터빈에 있어서, 가변익 제어모듈(730)의 제어하에 바람의 속도와 방향을 풍속 센서(710)와 풍향 센서(720)가 센싱하고, 풍향(범위) 및 풍속(범위)에 대응하여 통체 조절장치(600)에 구동명령을 하달함으로써 가변 날개(500)의 형태를 변화시킨다.

도 11에 도시된 하나의 예는, 바람은 'B' 방향에서 'A' 방향으로 불고, 상, 하부 통체(410)(420)는 'X-축' 상에서 우측에서 좌측으로 이동한 상태이다.

상,하부 통체(410)(420)가 도면상 좌측으로 이동하면, 왼쪽의 가변익(500a)은 확장되어 바람을 받는 면적이 증가하고, 오른쪽의 가변익(500c)은 축소되어 바람을 받는 면적이 축소되며, 위쪽의 가변익(500b)과 아래쪽의 가변익(500d)은 중간 정도의 폭을 유지한다.

통체(410)(420)가 회전축(300)에 대해 편심을 유지한 채 시계방향으로 회전하는 과정에서, 왼쪽의 가변익(500a)이 90도 각도 회전한 위치에서는 위쪽의 가변익(500b)의 모양으로 변화되고, 여기서 90도 각도 더 회전한 위치에서는 오른쪽의 가변익(500c)의 모양으로 변화되고, 여기서 90도 각도 더 회전한 위치에서는 아래쪽의 가변익(500d)의 모양으로 변화되며, 여기서 90도 각도 더 회전한 위치에서는 왼쪽의(처음의) 가변익(500a)의 모양으로 변화된다.

도 11의 상태에서, 다시 제2 구동기구(640)를 구동하여 제2 가동판(630)을 'Y-축' 상에서 위쪽 방향 또는 아래쪽 방향으로 이동시킬 수 있다. 그러면 통체(410)(420)는 회전축에 대해 'Y-축' 방향으로도 편심을 이루게 되며, 이때 가변익(500a, 500b, 500c, 500d)은 기울기도 변화하게 된다.

도 11에 도시된 예는, 풍속이 낮을 경우에 적합한 조절 형태라고 할 수 있다. 풍속이 낮을 경우 바람을 받는 위치의 가변익(500a)의 폭은 최대로 넓게 유지하여 회전력이 최대로 생기도록 하고, 바람을 거스르는 방향으로 회전하는 가변익(500c)의 폭은 최소의 폭으로 유지하여 저항을 최소화함으로써, 미풍에서도 효과적으로 발전할 수 있게 된다.

한편, 바람이 'A' 방향에서 'B' 방향으로 불 때에는, 오른쪽의 가변익(500c)이 바람을 받아 회전력을 발생시키는 것이 되고, 왼쪽의 가변익(500a)이 바람을 거스르는 것이 되므로, 이 두 개의 가변익(500a, 500c)의 폭의 비율을 중점적으로 적절히 조절한다.

마찬가지로, 바람이 'C' 방향에서 'D' 방향으로 불 때나 'D' 방향에서 'C' 방향으로 불 때는, 위쪽의 가변익(500b)과 아래쪽의 가변익(500d)의 폭의 비율을 중점적으로 적절히 조절한다.

다음으로, 도 12에 도시된 다른 하나의 예는, 바람은 'B' 방향에서 'A' 방향으로 불고, 상, 하부 통체(410)(420)는 'X-축' 상에서 좌측에서 우측으로 이동한 상태이다.

상,하부 통체(410)(420)가 도면상 우측으로 이동하면, 왼쪽의 가변익(500a)은 축소되어 바람을 받는 면적이 감소하고, 오른쪽의 가변익(500c)은 축소되어 바람을 받는 면적이 축소되며, 위쪽의 가변익(500b)과 아래쪽의 가변익(500d)은 중간 정도의 폭을 유지한다.

도 12의 상태에서, 다시 제2 구동기구(640)를 구동하여 제2 가동판(630)을 'Y-축' 상에서 위쪽 방향 또는 아래쪽 방향으로 이동시킬 수 있다. 그러면 통체(410)(420)는 회전축에 대해 'Y-축' 방향으로도 편심을 이루게 되며, 이때 가변익(500a, 500b, 500c, 500d)은 기울기도 변화하게 된다.

도 12에 도시된 예는, 풍속이 너무 커서 회전수가 발전 영역을 초과할 것이 우려되는 경우에 적합한 조절 형태라고 할 수 있다. 풍속이 높을 경우 바람을 받는 위치의 가변익(500a)의 폭은 최대로 좁게 유지하여 회전력은 좀 더 줄이고, 바람을 거스르는 방향으로 회전하는 가변익(500c)의 폭은 넓게 유지하여 저항을 좀 더 높인 것이다.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

50 : 발전기
52 : 기어
100 : 기초대
110 : 보호 커버
200 : 수직축
300 : 회전축
302 : 기어
312 : 상부 플랜지
314 : 하부 플랜지
321, 322, 323 : 베어링
324 : 실(seal)
410 : 상부 통체
412, 422 : 내경부
420 : 하부 통체
450 : 고정축
500, 500a, 500b, 500c, 500d : 가변 날개
502 : 힌지축
510 : 제1 날개
512, 522 : 힌지축
520 : 제2 날개
600 : 통체 조절장치
610 : 제1 가동판
612 : 미끄럼 장공
614 : 제1 너트부
620 : 제1 구동기구
622 : 제1 모터
624 : 제1 나사축
630 : 제2 가동판
632 : 축받이
634 : 제2 너트부
640 : 제2 구동기구
642 : 제2 모터
644 : 제2 나사축
650, 660 : 직선운동 가이드
652, 662 : 가이드 레일
654, 664 : 슬라이더
710 : 풍속 센서
720 : 풍향 센서
730 : 가변익 제어모듈

Claims

기초대(100)에 고정 설치되는 수직축(200);
수직축(200)에 회전 가능하게 결합되고 발전기를 구동하는 회전축(300);
회전축(300)의 상부와 하부에 반경방향으로 간격을 유지하여 배치되어 회전축(300)과 일체로 회전하며, 회전축(300)의 길이방향에 직교하는 임의의 평면상에서 회전축(300)에 대해 반경방향으로 편심되는 임의의 위치로 이동가능한 상, 하부 통체(410, 420);
회전축(300)에 대해 반경방향으로 확장 및 수축가능하고, 회전축(300)과 상, 하부 통체(410, 420) 사이에 방사상으로 여러 개 배치되어, 상, 하부 통체(410, 420)의 반경 방향 위치 이동에 의해 반경방향으로 펼쳐지거나 접히는 가변 날개(500); 및
상기 상, 하부 통체(410, 420)를 상기 회전축(300)에 대해 반경방향으로 편심되는 위치로 이동시켜 가변 날개(500)를 접거나 펼치도록 조절하는 통체 조절장치(600)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변익 수직축 풍력 터빈.
제1항에 있어서,
상기 가변 날개(500)는, 전체의 평단면 형상이 한쪽으로는 볼록하고 한쪽으로는 오목한 호형으로 이루어지고, 모든 가변 날개(500)들은 동일 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 가변익 수직축 풍력 터빈.
제1항 또는 제2항에 있어서,
하나의 가변 날개(500)는, 반경 방향으로 제1 날개(510)와 제2 날개(520)의 2개의 날개로 분할되어 서로 회동가능하게 힌지 결합하며, 제1 날개(510)의 힌지부 단대측의 자유단부는 회전축(300)에 회동가능하게 힌지 결합되고, 제2 날개(520)의 힌지부 반대측의 자유단부는 상, 하부 통체(410, 420)에 회동가능하게 힌지 결합되는 것을 특징으로 하는 가변익 수직축 풍력 터빈.
제1항에 있어서,
상기 상부 통체(410)와 하부 통체(420)는 외주 둘레에 축방향으로 배치되는 복수의 고정축(450)에 의해 일체로 고정되는 것을 특징으로 하는 가변익 수직축 풍력 터빈.
제1항에 있어서,
상기 통체 조절장치(600)는 하부 통체(420)를 이동시키는 것을 특징으로 하는 가변익 수직축 풍력 터빈.
제1항에 있어서,
제1항 또는 제5항에 있어서,
상기 통체 조절장치(600)는,
하부 통체(420)가 반경방향 한쪽 방향으로 미끄럼이동 가능하게 삽입되는 미끄럼 장공(612)을 구비하고, 미끄럼 장공(612)의 길이방향에 직교하는 방향으로 미끄럼 이동 가능하게 상기 기초대(100) 상에 탑재되는 제1 가동판(610);
상기 제1 가동판(610)을 전후진 이동시키는 제1 구동기구(620);
상기 하부 통체(420)의 외주가 회전은 가능하고 반경방향으로의 이동은 불가하게 통과하는 축받이(632)를 구비하고, 제1 가동판(610)의 이동 방향에 직교하는 방향으로 미끄럼 이동 가능하게 상기 제1 가동판(610) 상에 탑재되는 제2 가동판(630); 및
상기 제2 가동판(630)을 전후진 이동시키는 제2 구동기구(640)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변익 수직축 풍력 터빈.
제6항에 있어서,
상기 제1 구동기구(620)는,
상기 기초대(100)의 상면에 고정 장착되는 제1 모터(622);
상기 제1 모터(622)의 출력축에 연결되는 제1 나사축(624); 및
상기 제1 나사축(624)이 나사결합되도록 상기 제1 가동판(610)에 형성되는 제1 너트부(614)로 이루어지고,
상기 제2 구동기구(640)는,
상기 제1 가동판(610)의 상면에 탑재 및 고정되는 제2 모터(642);
상기 제2 모터(642)의 출력축에 연결되는 제2 나사축(644); 및
상기 제2 나사축(644)이 나사결합되도록 상기 제2 가동판(630)에 형성되는 제2 너트부(634)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변익 수직축 풍력 터빈.
제1항에 있어서,
바람의 속도를 센싱하는 풍속 센서(710);
바람의 방향을 센싱하는 풍향 센서(720);
상기 풍속 센서(710) 및 풍향 센서(720)로부터 입력되는 센싱 신호를 처리하고, 풍향 및 풍속에 대응하여 가변 날개(500)를 변화시키도록 상기 통체 조절장치(600)를 구동하는 가변익 제어모듈(730)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변익 수직축 풍력 터빈.