KR101660418B1 - 풍력발전용 날개반전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력발전용 날개반전장치에 관한 것으로서, 회전축과, 상기 회전축의 축선과 수직 상태에서 풍력에 의한 회전력을 회전축(10)에 인가하는 날개부재와, 상기 인가된 회전력에 의해 회전축이 반 바퀴 회전될 때마다 상기 축선방향으로 전진 또는 후진 직선운동을 교대로 반복하는 직진왕복부와, 상기 직진왕복부의 전진 또는 후진 직선운동에 따라 회전축의 축선과 수직 상태인 날개부재를 축선 방향쪽으로 우회 회동시켜 회전축에 대해 날개부재의 위치를 반전시키는 날개회동부를 포함한다.
이러한 본 발명에 따르면, 날개부재가 우회 회전되면서 위치가 반전되므로 역저항을 감소시키는데서 더 나아가 역저항 구간에서도 회전축에 정방향 회전력이 더 제공되므로 풍력에 의한 발전효율을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

풍력발전용 날개반전장치 {Reversing blade device for wind power generation}

본 발명은 풍력발전용 날개반전장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 날개부재의 위치반전을 통하여 풍향과 동일한 정방향 회전만이 반복되면서 동력을 얻게 되므로 풍력발전효율을 극대화할 수 있는 풍력발전용 날개반전장치에 관한 것이다.

풍력발전이란 풍차를 이용해 바람이 가진 에너지를 회전축을 통한 기계적인 에너지(회전력)로 변환시키고, 이러한 기계적 에너지가 발전기를 구동함으로써 전기적인 에너지로 변환되어 전력을 얻는 발전 방식을 말하는 것으로서, 현재까지 개발된 신재생에너지원 중 가장 경제성이 높을 뿐 아니라 무한정, 무비용의 청정에너지원인 바람을 이용하여 발전할 수 있는 장점때문에 일찍이 풍력발전산업이 발달한 유럽은 물론 최근에는 미주와 아시아 등지에서도 적극적인 투자가 이뤄지고 있는 실정이다.

특히, 풍력발전은 전력생산단가의 가격경쟁력 향상 및 발전시스템 설치의 소요면적 최소화 등과 같은 원가적인 측면과, 화석에너지 고갈에 대한 대체에너지원과 온난화방지와 같은 지구환경보호라는 사회환경적 측면과 아울러 공급의 안정성 및 에너지 수입의 의존도 감소라는 경제적인 측면에서의 장점때문에 정부에서도 풍력발전의 보급을 적극 지원하고 있으며, 그에 따라 국내에서도 향후 풍력발전의 성장세가 본격화될 것으로 기대되고 있다.

이러한 풍력발전은 날개의 회전축의 방향에 따라 회전축이 지면에 대해 수평으로 설치되어 있는 수평형 풍력발전장치와, 회전축이 지면에 대해 수직으로 설치되어 있는 수직형 풍력발전장치로 구분할 수 있으며, 현재까지 수직형에 비해 수평형 풍력발전장치의 효율이 높고 안정적이어서 상업용 풍력발전단지에는 대부분 수평형 풍력발전기가 적용되고 있다.

상기한 수평형 풍력발전장치는 가장 일반적인 형태로서 높은 발전효율을 구현할 수 있는 장점이 있으나, 바람의 방향이 자주 바뀌는 지역에서는 원활한 발전이 어려우며, 회전체를 비롯한 주요 부품들이 높은 곳에 설치되므로 고가의 설치비용이 소요될 뿐만 아니라 그 유지보수가 쉽지 않으며, 태풍 등의 강한 바람에 구조적으로 취약한 단점을 갖고 있다.

이러한 수평형 풍력발전장치의 단점과 비교할 때 상기 수직형 풍력발전장치는 바람의 방향에 관계없이 발전이 가능하며, 증속기 및 발전기 등의 주요 부품들이 지상에 설치되므로 설치비용이 저렴하고 그 유지보수가 용이한 장점을 가지고 있다.

그럼에도 불구하고 전술한 바와 같이 수평형 발전장치가 선호되는 것은 수직형 발전장치가 수평형 발전장치에 비해 그 발전효율이 떨어지기 때문이다.

이것은 수직형 풍력발전장치의 구조적인 문제점으로서, 도 12에 예시된 바와 같이, 수직형 풍력발전장치는 구조적으로 회전날개의 한쪽(a1)은 풍력에 의해 정방향(풍향과 동일한 방향) 회전을 하면서 바람(W)의 에너지를 회전축(b)의 기계적인 회전력으로 변환시키지만, 그 회전날개의 반대쪽(a2)은 풍력에 대해 역방향(풍향의 반대방향) 회전을 하게 되기 때문에 회전축(b)의 회전에 저항으로 작용을 하게 되어 기계적인 에너지의 변환효율이 저하될 수 밖에 없는 것이다.

이러한 수직형 풍력발전장치가 가지고 있는 구조적인 발전효율의 문제점을 인식하여 본 발명자는 날개의 틸트방식을 통해 회전축에 오로지 정방향 회전력만을 인가시킬 수 있는 틸트식 회전날개장치(등록특허 제10-1180832호)를 개발하여 제시하였다

본 발명자가 제시한 상기의 종래기술은 수직형 풍력발전에 있어서의 근본적인 문제점인 역방향의 저항을 효율적으로 제거할 수 있어 발전변환효율을 증대시킬 수 있는 획기적인 기술임에 분명하지만, 역방향 저항구간에서도 날개의 회전이 계속적으로 이루어지는 방식이므로, 틸트를 통해 역저항을 최소화시킬 수 있을 지언정 역저항 구간에서 발전은 이루어지지 않는, 즉 날개가 360°회전할 때 절반인 정방향구간에서만 발전이 이루어지고 나머지 절반인 역저항구간에서는 발전이 이루어질 수 없는 방식이므로, 발전효율의 향상에 미흡한 측면이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1180832호 : 수직형 풍력발전용 틸트식 회전날개장치

본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 해소하기 위하여 제안되는 것으로서, 본 발명의 목적은 정방향 회전하는 날개부재를 회전축의 축선방향으로 우회 회동시켜 날개부재가 계속적으로 정방향 회전만 가능하게 그 위치를 반전시킴으로써 풍력발전효율을 극대화할 수 있는 풍력발전용 날개반전장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과제해결수단으로서,

회전축과, 상기 회전축의 축선과 수직 상태에서 풍력에 의한 회전력을 회전축에 인가하는 날개부재와, 상기 인가된 회전력에 의해 회전축이 반 바퀴 회전될 때마다 상기 축선방향으로 전진 또는 후진 직선운동을 교대로 반복하는 직진왕복부와, 상기 직진왕복부의 전진 또는 후진 직선운동에 따라 회전축의 축선과 수직 상태인 날개부재를 축선 방향쪽으로 우회 회동시켜 회전축에 대해 날개부재의 위치를 반전시키는 날개회동부를 포함하는 풍력발전용 날개반전장치가 게시된다.

여기서, 상기 직진왕복부는, 축선방향을 따라 전후진 이동 가능하게 회전축의 내부에 구비되는 무빙로드와, 상기 회전축의 외부에 고정 구비되는 원통체와, 상기 원통체의 내주면을 따라 형성되되, 180°간격을 두고 축선방향의 전후로 일정거리 이격되게 교대로 형성되는 직선형의 전단레일 및 후단레일과, 상기 전단레일과 후단레일을 상호 연결시키는 사선형의 전환레일 한쌍으로 이루어지는 궤도레일과, 상기 무빙로드에 일단이 고정되고 타단은 상기 궤도레일에 설치되어 회전축의 회전시 상기 궤도레일을 따라 주행하되, 한쌍의 전환레일을 주행하면서 상기 무빙로드를 전진 또는 후진 이동시키는 주행로드를 포함할 수 있다.

또한, 상기 날개회동부는, 상기 무빙로드의 끝단에 구비되는 랙기어와, 상기 날개부재의 끝단에 결합되며, 상기 랙기어와 맞물려 랙기어의 전후진 이동에 따라 회동되는 피니언기어를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 풍력발전용 날개반전장치에 의하면,

날개부재가 우회 회동되면서 위치가 반전되므로 역저항을 제거하는데서 더 나아가 역저항 구간에서도 회전축에 정방향 회전력이 더 제공되어 발전이 가능하므로 풍력에 의한 발전효율을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 날개부재의 위치가 반전되면서 반원 범위에서만 회전이 이루어지기 때문에 좌우 뿐만 아니라 상하로도 짝을 이루어 복합적으로 설치될 수 있으며, 이를 통해 상대적으로 좁은 설치공간 내에서도 효율적인 발전이 가능한 장점이 있다.

아울러, 상기한 바와 같이 구체적으로 명시한 효과 이외에 본 발명의 특징적인 구성으로부터 용이하게 도출되고 기대될 수 있는 특유한 효과 또한 본 발명의 효과에 포함될 수 있음을 첨언한다.

도 1은 본 발명에 따른 풍력발전용 날개반전장치의 구성을 예시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 풍력발전용 날개반전장치의 분해 구성을 예시한 도면이며,
도 3과 도 4는 본 발명에 따른 직진왕복부와 날개회동부의 구성 및 작동을 각각 일 예시한 도면들이고,
도 5 내지 도 9는 본 발명에 따른 풍력발전용 날개반전장치의 작동을 회전각도별로 각각 예시한 작동예시도들이며,
도 10은 본 발명에 따른 날개반전장치에 날개부재가 좌우 한쌍으로 설치된 것을 일 예시한 도면이고,
도 11은 본 발명에 따른 날개반전장치를 이용한 풍력발전장치를 일 예시한 도면이며,
도 12는 통상적인 수직형 풍력발전장치의 날개 회전을 예시한 종래 예시도이다.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 풍력발전용 날개반전장치에 대한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로서, 첨부된 도면에서의 요소의 형상, 크기, 요소간의 간격 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 축소되거나 과장되어 표현될 수 있음을 유의하여야 한다.

또한, 실시예를 설명하는데 있어서, 만일 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “구비되어” “결합되어”, “형성되어” “설치되어” 있다고 기재된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 구비, 결합, 형성, 또는 설치되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

아울러, 실시예를 설명하는데 있어서 원칙적으로 관련된 공지의 기능이나 공지의 구성과 같이 이미 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 기술적 특징을 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

한편, 실시예의 설명에 앞서 먼저 용어를 살펴보면, 명세서 전체에서 사용되는 정방향 및 역방향이란 용어는 풍향을 기준으로 한 방향을 의미하는 것으로서, 정방향은 풍향과 동일한 방향을, 역방향은 풍향의 반대방향을 의미하는 것으로 이해될 수 있으며, 따라서 바람이 불어오는 방향을 0°라고 가정했을 때, 날개부재(20)가 정방향 회전한다는 것은 날개부재(20)가 회전각 0°∼ 180°범위 내에서 풍향과 동일한 방향으로 회전하는 것을, 역방향 회전한다는 것은 날개부재(20)가 회전각 180°∼ 360°(또는 0°)범위 내에서 풍향에 대해 반대방향으로 회전하는 것을 의미하게 되며, 이하에서 사용되는 정방향 및 역방향이라는 용어는 모두 상기 설명된 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다.

도 1 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전용 날개반전장치의 구성 및 작동을 예시한 도면들로서, 상기 도면들에 예시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 날개반전장치는 회전축(10)과, 날개부재(20)와, 직진왕복부와, 날개회동부를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 회전축(10)은 회전력이 가해지면 축선(C.L)을 중심으로 회전이 되는 통상의 축(shaft)이다.

이러한 회전축(10)의 단부에는 후술하는 날개부재(20)가 회동 가능하게 결합되는 링크조인트(11)가 구비될 수 있다.

또한, 회전축(10)의 외주에는 후술하는 직진왕복부의 주행로드(60)가 통과되면서 전후진 이동이 가능하도록 축선(C.L)방향으로 일정길이 연장된 로드장공(12)이 형성될 수 있다.

상기 날개부재(20)는 풍력에 의한 회전력을 상기 회전축(10)에 인가하기 위한 것으로서, 날개스템(21)과 상기 날개스템(21)에 고정되는 일정 면적의 날개판(22)으로 구성될 수 있다.

상기 날개부재(20)는 상기 회전축(10)에 회전력을 인가하기 위하여 회전축(10)에 결합이 이루어지게 되는데, 고정 결합되는 것이 아니라 회전축(10)의 축선(C.L) 방향으로 회동이 가능하도록 상기 회전축(10)의 단부에 구비된 링크조인트(11)에 결합이 된다.

이렇게 링크조인트(11)를 통해 날개부재(20)가 회전축(10)에 결합됨으로써, 날개부재(20)는 축선(C.L)과 수직상태에서 풍력을 받아 회전축(10)을 중심으로 회전됨으로써 결합된 회전축(10)에 풍력에 의한 회전력을 인가하게 되고, 또한 일정한 회전 각도에서는 후술하는 직진왕복부와 날개회동부의 작동에 의해서 축선(C.L) 방향쪽으로 우회 회동이 가능하게 된다.

상기 직진왕복부와 날개회동부는 상기와 같이 회전축(10)의 단부에 회동 가능하게 결합된 날개부재(20)가 풍력에 의해 회전하면서 회전축(10)에 회전력을 인가할 때, 회전축(10)이 반 바퀴 회전할 때마다 날개부재(20)를 상기 축선(C.L) 방향쪽으로 우회 회동시켜 날개부재(20)의 위치를 반전시키는 기능을 수행하는 요소이다.

먼저, 상기 직진왕복부는 회전축(10)이 반 바퀴, 즉 180°회전할 때마다 상기 축선(C.L) 방향쪽으로 전진 또는 후진 직선운동을 교대로 반복하는 부분으로서, 이러한 직진왕복부는 도 2에 일 예시된 것처럼 무빙로드(30)와, 원통체(40)와, 궤도레일(50)과, 주행로드(60)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 무빙로드(30)는 상기 축선(C.L) 방향을 따라 전후진 직선 이동이 가능하게 상기 회전축(10)의 내부에 구비된다.

이러한 무빙로드(30)는 일측 끝단이 회전축(10)의 단부에 구비된 상기 링크조인트(11)까지 연장되며, 후술하는 주행로드(60)에 의해 회전축(10) 내부에서 전후진 직선 이동이 이루어지게 된다.

상기 원통체(40)는 상기 회전축(10)의 외부에 구비되는 중공의 원형 통체로서, 그 내부 중심에는 상기 회전축(10)이 위치된다.

이러한 원통체(40)는 상기 회전축(10)의 회전과 무관하며, 고정된 상태를 유지한다.

상기 궤도레일(50)은 상기 원통체(40)의 내주면을 따라 형성되며, 후술하는 주행로드(60)의 주행을 안내하는 기능을 수행한다.

이러한 궤도레일(50)은 상기 원통체(40)의 내주면을 360°돌면서 연속적으로 이어지게 형성되는 폐(閉, closed) 레일로서, 전단레일(51)과 후단레일(52), 및 한쌍의 전환레일(53, 54)로 구성될 수 있다.

도 3과 도 4에 일 예시된 것처럼, 상기 전단레일(51)과 후단레일(52)은 각각 직선형의 레일부분으로서 상호 180°간격을 두고 교대로 형성이 되며, 또한, 전단레일(51)과 후단레일(52)은 축선(C.L)방향을 기준으로 볼 때, 전후로 일정거리 이격되어 형성이 된다.

이러한 전단레일(51)과 후단레일(52)의 이격에 따라 상기 무빙로드(30)의 전후진 직선 이동이 가능하게 되며, 따라서 전단레일(51)과 후단레일(52)의 이격거리가 무빙로드(30)의 직선 이동거리에 대응된다.

그리고 상기 한쌍의 전환레일(53, 54)은 상기 전단레일(51)과 후단레일(52) 각각의 양쪽 끝부분에서 전단레일(51)과 후단레일(52)을 상호 연결시키는 레일부분이다.

이러한 한쌍의 전환레일(53, 54)은 전술한 것처럼 축선(C.L)방향을 기준으로 전후로 일정거리 이격된 전단레일(51)과 후단레일(52)을 상호 연결시키므로 사선형으로 형성이 된다.

상기 주행로드(60)는 회전축(10)이 회전되면 상기 궤도레일(50)을 따라 주행하면서 상기 무빙로드(30)를 전후진 직선 이동시키는 기능을 수행한다.

이러한 주행로드(60)는 일단이 상기 무빙로드(30)에 고정된 상태에서 회전축(10)의 로드장공(12)을 통해 회전축(10)의 외부로 연장되고, 연장된 타단은 궤도레일(50)을 따라 주행가능하도록 궤도레일(50)에 설치가 이루어진다.

그리고 궤도레일(50)에 설치되는 주행로드(60)의 타단에는 궤도레일(50)을 따라 주행시 마찰을 줄이면서 원활한 이동이 가능하도록 궤도레일(50)을 따라 회전운동을 하는 주행롤러(61)가 구비될 수 있다.

이렇게 구성된 직진왕복부에서는, 회전축(10)의 회전에 따라 주행로드(60)가 궤도레일(50)을 주행하게 되는데, 도 3에 일 예시된 것처럼, 주행로드(60)가 후단레일(52)에서 전단레일(51)로 바뀌는 전환레일(53)을 주행할 때 무빙로드(30)가 축선(C.L)방향으로 전진 이동이 되고, 계속적으로 회전축(10)이 반 바퀴 더 회전되어 도 4에 일 예시된 것처럼, 주행로드(60)가 전단레일(51)에서 후단레일(52)로 바뀌는 전환레일(54)을 주행할 때는 다시 전진되었던 무빙로드(30)의 후진 이동이 이루어지게 되며, 이렇게 회전축(10)이 반 바퀴, 180°회전될 때마다, 주행로드(60)가 한쌍의 전환레일(53, 54)을 교대로 주행하면서 무빙로드(30)의 전진과 후진이 반복적으로 이루어지게 되는 것이다.

다음으로, 상기 날개회동부는 상기와 같은 직진왕복부의 직선운동을 날개부재(20)의 회동력으로 변환하여 날개부재(20)를 축선(C.L) 방향쪽으로 우회 회동시키는 부분으로서, 도 2에 일 예시된 것처럼 랙기어(70)와 피니언기어(80)로 구성될 수 있다.

상기 랙기어(70)는 상기 무빙로드(30)의 끝단에 구비되며, 따라서 무빙로드(30)의 전후진 직선이동에 따라 함께 전후진 직선이동이 이루어진다.

그리고 상기 피니언기어(80)는 상기 날개부재(20)의 끝단, 즉 링크조인트(11)에 구비되어 상기 랙기어(70)와 맞물리며, 랙기어(70)의 전후진 이동에 의해 회전이 되면서 결합된 날개부재(20)를 축선(C.L) 방향쪽으로 회동시키게 된다.

여기서, 상기 랙기어(70)와 피니언기어(80)는 랙기어(70)의 전후진 이동에 따라 피니언기어(80)가 180°회전이 될 수 있도록 랙기어(70)의 직선이동거리를 고려하여 상호간의 기어비가 적절하게 설계될 수 있으며, 이러한 기어비의 세부적 설계는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 별 어려움 없이 용이하게 실시될 수 있을 것이다.

이상에서 살펴본 구성으로 이루어진 날개반전장치의 전체적인 작동을 도 5 내지 도 9를 참조하여 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 5에 일 예시된 것처럼, 바람의 방향, 즉 풍향(W)이 좌측에서 우측으로 향한다고 가정할 때 , 날개부재(20)는 0°∼ 180°회전각에서 정방향 회전을 하게 되고 180°∼360°(또는 0°) 회전각에서 역방향 회전을 하게 된다, 이 때, 원통체(40) 내부에 형성된 궤도레일(50)의 경우, 전환레일(53, 54) 한쌍이 정방향 회전의 시작점(S.P)과 종료점(E.P)인 0°와 180°부근에 위치되고 전단레일(51)이 0°와 180°사이(도면에서 위쪽), 후단레일(52)이 180°와 360°사이(도면에서 아래쪽)에 위치될 수 있다.

이 상태에서, 도 5에 예시된 것처럼, 날개부재(20)가 축선(C.L)과 수직상태에서 풍력(W)에 의해 정방향 회전을 하게 되고, 그 회전력이 회전축(10)으로 인가되면서 회전축(10)도 날개부재(20)의 회전에 따라 동일하게 회전이 이루어지게 되며, 주행로드(60)는 궤도레일(50)의 전단레일(51)을 따라 주행하게 된다.

이렇게 풍력에 의해 날개부재(20) 및 회전축(10)의 정방향 회전이 진행되다가 정방향 회전의 종료점(E.P)에 근접하게 되면, 도 6에 일 예시된 것처럼, 전단레일(51)을 따라 주행하던 주행로드(60)가 종료점(E.P)에 위치된 전환레일(54)에 도달하게 되고, 계속적으로 회전이 되면서 주행로드(60)가 전환레일(54)을 주행하여 통과하는 동안, 도 4에 예시된 것과 같이, 무빙로드(30)의 후진 이동이 이루어지면서 랙기어(70)와 맞물린 피니언기어(80)가 회전됨으로써 날개부재(20)가 회전축(10)의 축선(C.L)방향으로 우회 회동이 진행된다.

그리고, 계속적인 회전의 진행에 따라 주행로드(60)가 전환레일(54)을 완전히 통과하여 후단레일(52)에 진입하게 되면, 피니언기어(80)는 180°회전이 이루어지게 되고, 그에 따라 도 7에 예시된 것처럼, 날개부재(20)도 회전축(10)의 축선(C.L)을 방향을 따라 180° 우회 회동이 됨으로써 다시 정방향 회전의 시작점(S.P) 근처로 위치의 반전이 이루어지게 된다.

여기서, 상기 날개부재(20)가 우회 회동될 때 날개부재(20)의 날개판(22)은 대략 바람과 평행한 상태가 되고 또한 날개부재(20)의 회동방향도 회전축(10)의 회전방향과는 상이한 축선(C.L) 방향으로 이루어지므로 회전축(10)에 대해 약간의 역저항을 제공할 수는 있으나 그 영향은 크지 않다고 할 수 있다.

상기와 같이 날개부재(20)의 위치가 반전되면, 날개부재(20)는 다시 풍력(W)에 의해 정방향 회전이 이루어지게 되고, 그에 따라 역저항 구간인 180°∼360°범위에서도 회전축(10)은 날개부재(20)로부터 계속적으로 정방향 회전에 의한 회전력을 제공받으면서 회전이 이루어지게 된다.

이렇게 다시 풍력에 의해 날개부재(20)의 정방향 회전이 진행되다가 전술한 것과 동일하게 정방향 회전의 종료점(E.P)에 다시 근접하게 되면, 도 8에 예시된 것처럼, 후단레일(52)을 따라 주행하던 주행로드(60)는 다시 시작점(S.P)에 위치된 전환레일(53)에 도달하게 되고, 계속적으로 회전이 되면서 주행로드(60)가 전환레일(53)을 완전히 통과하는 동안, 도 3에 예시된 것과 같이 무빙로드(30)의 전진 이동이 이루어지면서 다시 랙기어(70)와 맞물린 피니언기어(80)가 180°회전됨으로써, 도 9에 예시된 것처럼, 날개부재(20)는 회전축(10)의 축선(C.L) 방향으로 우회 회동이 되어 다시 정방향 회전의 시작점(S.P) 근처로 위치의 반전이 이루어지게 된다.

그리고 이후에는 전술한 바와 같은 날개부재(20)의 정방향 회전 및 우회 회동을 통한 위치 반전이 반복적으로 계속 이루어지게 된다.

이와 같이, 본 발명의 날개반전장치에 따르면, 날개부재(20)는 회전축(10)을 중심으로 360° 회전을 하는 것이 아니라 대략 0°∼ 180°범위 이내의 정방향 회전구간만을 계속적으로 반복하여 회전하게 되는 것이며, 그에 따라 회전축(10)은 정방향 회전구간에서 날개부재(10)로부터 풍력에 의한 정방향 회전력을 제공받음과 아울러, 대략 180°∼ 360°범위의 역저항구간을 회전할 때도 동일하게 풍력에 의한 정방향 회전력을 또다시 제공받음으로써 동일한 풍력 대비 정방향 회전력만을 최대로 제공받아 발전효율을 극대화시킬 수 있음을 알 수 있다.

즉, 360°회전하는 회전축(10)을 기준으로 볼 때, 주행로드(60)가 한쌍의 전환레일(53, 54)을 통과하면서 날개부재(20)의 회동에 따른 반전이 이루어지는 구간만을 제외한 모든 회전구간에서 날개부재(20)로부터 정방향 회전동력을 제공받게 되므로 풍력에 의한 동력생성구간을 최대화함으로써 발전효율을 극대화할 수 있는 것이다.

이상으로 본 발명에 따른 날개반전장치의 구성 및 작동을 살펴보았는데, 상술한 바와 같은 본 발명의 날개반전장치는 날개부재(20), 날개회동부, 무빙로드(30), 궤도레일(50), 주행로드(60)의 갯수나 상호간의 배치를 다양하게 함으로써 최대의 정방향 회전력만으로 발전을 하는 다양한 풍력발전장치를 구현할 수 있다.

예컨대, 회전축(10)의 좌우 양단에 날개부재(20) 및 날개회동부를 한쌍으로 설치하면서 좌우 날개회동부를 대칭으로 설치하여 주행로드(60)에 주행에 따라 좌우 양단의 날개부재(20)가 동시에 반전되면서 회전축(10)에 풍력에 의한 회전력이 인가되도록 할 수 있다.

또한, 다른 예로, 도 10에 일 예시된 것처럼, 회전축(10)의 좌우 양단에 날개부재(20) 및 날개회동부를 한쌍으로 설치하고, 무빙로드(30)와 주행로드(60)도 회전축(10)의 내부에 좌우 한쌍으로 설치하면서, 한쌍의 주행로드(60)가 서로 위상치를 가짐으로써 궤도레일(50)에서 서로 간섭되지 않고 독립적으로 주행이 가능하도록 설치할 수 있으며, 이렇게 설치되면 회전축(10)이 좌우 양쪽의 날개부재(20)에 의해 회전력을 각각 제공받게 되므로 발전효율이 더욱 향상될 수 있다.

또한, 도 11에 일 예시된 것처럼, 상기와 같이 회전축(10)의 좌우에 날개부재(20)가 설치된 구조 자체를 상하 한쌍으로 하여 설치하여 풍력발전장치를 구성할 수도 있다.

이렇게 상하 한쌍으로 구성하는 경우, 상측의 날개반전장치는 날개부재(20)가 상방으로 정방향 회전이 이루어지도록 설치하고 하측의 날개반전장치는 날개부재(20)가 하방으로 정방향 회전이 이루어지도록 설치할 수 있다.

그리고, 상측과 하측의 회전축(10)은 서로 동력전달수단을 통해 연결되도록 설치될 수 있고, 이렇게 동력전달수단을 통해 합해진 회전축(10)의 회전력이 미도시된 발전기로 인가되도록 구성할 수 있다.

이러한 구성으로 이루어진 풍력발전장치의 경우, 상하 좌우로 설치된 4개의 날개부재(20)가 역저항을 받지 않으면서 풍력에 의한 정방향 회전력만을 회전축(10)에 독립적으로 계속 제공하게 되므로 기존에 존재하는 풍력발전장치와 대비해 볼 때 풍력발전의 효율이 더욱 극대화될 수 있음을 알 수 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였는데, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예 및 도면들에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것이라 할 것이다.

첨부된 도면들의 주요부위에 대한 부호를 설명하면 다음과 같다.
10: 회전축 20: 날개부재
30: 무빙로드 40: 원통체
50: 궤도레일 51: 전단레일
52: 후단레일 53,54: 전환레일
60: 주행로드 70: 랙기어
80: 피니언기어

Claims (3)

1. 회전축(10);
   상기 회전축(10)의 축선(C.L)과 수직 상태에서 풍력에 의한 회전력을 회전축(10)에 인가하는 날개부재(20);
   상기 인가된 회전력에 의해 회전축(10)이 반 바퀴 회전될 때마다 상기 축선(C.L)방향으로 전진 또는 후진 직선운동을 교대로 반복하는 직진왕복부;
   상기 직진왕복부의 전진 또는 후진 직선운동에 따라 회전축(10)의 축선(C.L)과 수직 상태인 날개부재(20)를 축선(C.L) 방향쪽으로 우회 회동시켜 회전축(10)에 대해 날개부재(20)의 위치를 반전시키는 날개회동부;를 포함하는 풍력발전용 날개반전장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 직진왕복부는,
   축선(C.L)방향을 따라 전후진 이동 가능하게 회전축(10)의 내부에 구비되는 무빙로드(30);
   상기 회전축(10)의 외부에 고정 구비되는 원통체(40);
   상기 원통체(40)의 내주면을 따라 형성되되, 180°간격을 두고 축선(C.L)방향의 전후로 일정거리 이격되게 교대로 형성되는 직선형의 전단레일(51) 및 후단레일(52)과, 상기 전단레일(51)과 후단레일(52)을 상호 연결시키는 사선형의 전환레일 한쌍(53, 54)으로 이루어지는 궤도레일(50);
   상기 무빙로드(30)에 일단이 고정되고 타단은 상기 궤도레일(50)에 설치되어 회전축(10)의 회전시 상기 궤도레일(50)을 따라 주행하되, 한쌍의 전환레일(53, 54)을 주행하면서 상기 무빙로드(30)를 전진 또는 후진 이동시키는 주행로드(60);를 포함하는 풍력발전용 날개반전장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 날개회동부는,
   상기 무빙로드(30)의 끝단에 구비되는 랙기어(70);
   상기 날개부재(20)의 끝단에 결합되며, 상기 랙기어(70)와 맞물려 랙기어(70)의 전후진 이동에 따라 회동되는 피니언기어(80);를 포함하는 풍력발전용 날개반전장치.

Images