KR101927309B1 - 수직형 풍력터빈 - Google Patents

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KR101927309B1
KR101927309B1 KR1020170114721A KR20170114721A KR101927309B1 KR 101927309 B1 KR101927309 B1 KR 101927309B1 KR 1020170114721 A KR1020170114721 A KR 1020170114721A KR 20170114721 A KR20170114721 A KR 20170114721A KR 101927309 B1 KR101927309 B1 KR 101927309B1
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노성철
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연세대학교 원주산학협력단
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Abstract

본 발명의 일실시예는 초기 시동 시에 시동 토크를 증가시켜 초기 시동 시의 록킹(Locking) 현상 발생을 방지할 수 있는 수직형 풍력터빈을 제공한다. 여기서, 수직형 풍력터빈은 타워, 연결암, 블레이드 유닛 그리고 멀티 캠버 생성장치를 포함한다. 연결암은 타워의 외측에 반경 방향으로 구비되되, 타워의 둘레 방향을 따라 미리 정해진 각도 간격으로 복수로 배치된다. 블레이드 유닛은 각각의 연결암에 연결되는 메인 블레이드부와, 메인 블레이드부의 후방에 구비되는 회전축에 결합되고, 회전축을 중심으로 메인 블레이드부와 독립적으로 회전되는 블레이드 테일부를 가진다. 멀티 캠버 생성장치는 타워에 복수로 구비되고, 각각의 블레이드 테일부에 연결되어 블레이드 유닛이 동시에 캠버(Camber) 형상을 가지도록 각각의 블레이드 테일부를 동시에 동일 각도로 회전시킨다. 멀티 캠버 생성장치는 타워에 구비되는 구동 어셈블리와, 구동 어셈블리 및 각각의 블레이드 테일부와 결합되고, 구동 어셈블리의 작동에 의해 블레이드 테일부의 회전각을 조절하는 캠버 생성 어셈블리를 가진다.

Description

수직형 풍력터빈{VERTICAL WIND TURBINE}
본 발명은 수직형 풍력터빈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초기 시동 시에 시동 토크를 증가시켜 초기 시동 시의 록킹(Locking) 현상 발생을 방지할 수 있는 수직형 풍력터빈에 관한 것이다.
통상적으로 풍력발전 장치는 풍차(windmill)라고 불리며, 이는 회전축을 통한 기계적인 힘을 이용해 전력을 생산하기 위해 사용되는 장치이다.
이러한 풍력발전 장치는 수평축 풍력발전장치(horizontal axis wind turbine)와 수직축 풍력발전장치(vertical axis wind turbine)로 구분할 수 있다.
수평축 풍력발전장치는 프로펠러 방식으로서 공기 역학적으로 바람의 양력(lift force)을 이용한 블레이드로 구성된 로터를 사용하게 된다.
그러나, 수평축 풍력발전장치는 발전 효율은 비교적 높고, 바람이 부는 방향에 따라 로터의 방향을 바꾸어 주지 않아도 되는 장점이 있으나, 바람의 세기에 따라 블레이드의 각도를 바꾸어 주어야 하는 장치가 필요하다.
한편, 수직축 풍력발전장치는 바람의 양력을 이용하는 방식인 다리우스식(Darrius Rotor)과 바람의 항력을 이용하는 사보니우스식(Savonius Rotor)이 있다.
다리우스식의 경우는 발전기의 출력이 약하고 초기에 스스로 기동하지 못하여 보조적인 동력장치가 필요하다는 문제가 있고, 사보니우스식의 경우는 바람의 항력을 이용하므로 회전속도가 바람의 속도보다는 높을 수 없기 때문에, 회전축의 회전수에 제한을 받으므로 회전수가 낮은 풍력동력기로 주로 사용되고 있다.
한편, 블레이드는 단면 모양이 대칭을 이루는 대칭익형(Symmetric Airfoil)과 한쪽으로 돌출되는 캠버익형(Cambered Airfoil)으로 나뉠 수 있다. 일반적으로, 고속구간에서는 대칭익형의 토크가 크기 때문에, 고속구간에서는 대칭익형이 유리하며, 저속구간에서는 캠버익형의 토크가 크기 때문에, 저속구간에서는 캠버익형이 유리하다.
최근에는 수직형 풍력터빈의 약점인 초기 시동 시의 저속구간에서 작은 시동 토크로 인해 발생되는 록킹(Locking) 현상 및 낮은 발전 효율 등을 극복하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제2004-0028314호(2004.04.03. 공개)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 초기 시동 시에 시동 토크를 증가시켜 초기 시동 시의 록킹(Locking) 현상 발생을 방지할 수 있는 수직형 풍력터빈을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 타워; 상기 타워의 외측에 반경 방향으로 구비되되, 상기 타워의 둘레 방향을 따라 미리 정해진 각도 간격으로 배치되는 복수의 연결암; 각각의 상기 연결암에 연결되는 메인 블레이드부와, 상기 메인 블레이드부의 후방에 구비되는 회전축에 결합되고, 상기 회전축을 중심으로 상기 메인 블레이드부와 독립적으로 회전되는 블레이드 테일부를 가지는 블레이드 유닛; 그리고 상기 타워에 복수로 구비되고, 각각의 상기 블레이드 테일부에 연결되어 상기 블레이드 유닛이 동시에 캠버(Camber) 형상을 가지도록 각각의 상기 블레이드 테일부를 동시에 동일 각도로 회전시키는 멀티 캠버 생성장치를 포함하고, 상기 멀티 캠버 생성장치는 상기 타워에 구비되는 구동 어셈블리와, 상기 구동 어셈블리 및 각각의 상기 블레이드 테일부와 결합되고, 상기 구동 어셈블리의 작동에 의해 상기 블레이드 테일부의 회전각을 조절하는 캠버 생성 어셈블리를 가지는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력터빈을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 타워는 고정 설치되는 베이스 하우징과, 상기 베이스 하우징의 내측에 회전 가능하게 마련되는 회전 하우징과, 상기 회전 하우징과 결합되고, 수직방향으로 연장 형성되며, 내측에는 설치공간이 마련되고, 반경 방향으로 관통 형성되고 원주 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 마련되며 상기 설치공간과 연결되는 관통공을 가지는 타워 하우징을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 구동 어셈블리는 상기 설치공간에 구비되는 구동모터와, 상기 구동모터와 결합되어 회전하는 구동축에 결합되는 구동기어와, 상기 구동기어와 기어 결합되는 복수의 종동기어와, 각각의 상기 관통공에 마련되는 제1베어링과, 각각의 상기 종동기어와 결합되어 상기 종동기어와 함께 회전하되, 각각의 상기 제1베어링과 결합되어 상기 관통공을 통해 상기 타워 하우징의 반경방향으로 연장되며, 일단부에서 중심축 방향으로 형성되고 내주면에 제1나사산이 형성되는 결합홀을 가지는 회전로드와, 상기 타워 하우징의 상부에 수직방향으로 결합되는 지지축과 결합되고, 상기 구동기어의 상측에서 상기 구동기어에 대향되도록 구비되며, 각각의 상기 종동기어와 기어 결합되어 각각의 상기 종동기어를 지지하는 지지기어를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 타워 하우징의 상부에는 개방홀이 더 형성되고, 상기 타워는 상기 개방홀을 개폐하는 커버를 더 가지며, 상기 커버의 하부에는 지지홀이 함몰 형성되고, 상기 지지홀에는 상기 지지기어와 일체로 회전하는 상기 지지축을 지지하는 제2베어링이 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 캠버 생성 어셈블리는 외주면에 제2나사산이 형성되어 상기 결합홀에 나사 결합되고, 상기 회전로드의 회전 시에 직선 이동하는 이동로드와, 상기 이동로드 및 상기 블레이드 테일부를 연결하는 연결로드를 가지며, 상기 연결로드의 양단부는 각각 상기 이동로드 및 상기 블레이드 테일부에 힌지 결합될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 이동로드의 일단부에는 내측으로 상기 연결로드의 일단부가 삽입되도록 서로 이격되어 한 쌍의 제1결합부가 마련되고, 상기 제1결합부 및 상기 연결로드의 일단부에는 제1힌지핀이 관통 결합되고, 상기 블레이드 테일부에는 내측으로 상기 연결로드의 타단부가 삽입되도록 서로 이격되어 한 쌍의 제2결합부가 마련되고, 상기 제2결합부 및 상기 연결로드의 타단부에는 제2힌지핀이 관통 결합될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 메인 블레이드부는 상기 연결암에 결합되는 블레이드 몸체와, 상기 블레이드 몸체의 후방의 돌출 형성되고, 상기 회전축이 회전 가능하게 결합되는 제1관통홀을 가지며, 상기 블레이드 몸체의 상단부의 하측 및 상기 블레이드 몸체의 하단부의 상측으로 각각 단차부가 형성되도록 하는 제1돌출부를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 블레이드 테일부는 상기 블레이드 몸체의 높이와 대응되는 높이를 가지는 테일 몸체와, 상기 테일 몸체의 전방의 양단부에 돌출 형성되고, 상기 회전축이 고정 결합되는 제2관통홀을 가지며, 상기 단차부에 각각 수용되는 제2돌출부를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 테일 몸체는 전방에 상기 제1돌출부의 후방 형상에 대응되는 형상으로 함몰 형성되는 함몰면을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 블레이드 유닛이 회전축과 함께 회전되는 블레이드 테일부를 가지고, 블레이드 테일부가 멀티 캠버 생성장치에 의해 회전되도록 함으로써, 블레이드 유닛이 대칭익형 또는 캠버익형으로 조절될 수 있다. 그리고, 초기 시동 시에는 블레이드 테일부가 회전되도록 하여 블레이드 유닛이 캠버익형이 되도록 하여 시동 토크가 증가되도록 할 수 있으며, 이를 통해, 초기 시동 시의 록킹(Locking) 현상 발생이 방지될 수 있다. 또한, 초기 시동 시의 저속구간이 지나면 블레이드 테일부를 회전시켜 블레이드 유닛이 대칭익형이 되도록 함으로써, 토크가 커지도록 할 수 있으며, 발전 효율도 높일 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 풍력터빈을 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 풍력터빈의 주요 내부를 나타낸 평면예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 풍력터빈을 나타낸 단면예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 풍력터빈의 작동예를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 풍력터빈의 타워의 요부를 중심으로 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 풍력터빈의 블레이드 유닛을 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 6의 분해사시도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 풍력터빈의 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결(접속, 접촉, 결합)”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 “간접적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 풍력터빈을 나타낸 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 풍력터빈의 주요 내부를 나타낸 평면예시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 풍력터빈을 나타낸 단면예시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 풍력터빈의 작동예를 나타낸 예시도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 풍력터빈의 타워의 요부를 중심으로 나타낸 예시도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 풍력터빈의 블레이드 유닛을 나타낸 사시도이고, 도 7은 도 6의 분해사시도이다.
도 1 내지 도 7에서 보는 바와 같이, 수직형 풍력터빈은 타워(100), 연결암(200), 블레이드 유닛(300) 그리고 멀티 캠버 생성장치(400)를 포함할 수 있다.
타워(100)는 베이스 하우징(110), 회전 하우징(120) 그리고 타워 하우징(130)을 가질 수 있다.
베이스 하우징(110)은 고정되도록 설치될 수 있다.
회전 하우징(120)은 베이스 하우징(110)의 내측에 회전 가능하게 마련될 수 있다.
이를 위해, 회전 하우징(120) 및 베이스 하우징(110)의 사이에는 베어링(미도시)이 구비될 수 있다. 그리고, 회전 하우징(120)의 외주면에는 전극링(미도시)이 마련되고, 베이스 하우징(110)의 내주면에는 상기 전극링의 외주면과 접촉되면서 전기적으로 연결되는 브러쉬(미도시)가 마련될 수 있다. 상기 브러쉬는 외부의 전원으로부터 전기를 공급받을 수 있다. 상기 브러쉬 및 상기 전극링 사이의 전계 작용에 의해 회전 하우징(120)은 회전될 수 있다.
타워 하우징(130)은 회전 하우징(120)과 결합되어 회전 하우징(120)과 일체로 회전될 수 있다. 타워 하우징(130)은 수직 방향으로 연장 형성될 수 있으며, 내측에는 설치공간(131)이 마련될 수 있다.
그리고, 타워 하우징(130)에는 관통공(132)이 형성될 수 있다. 관통공(132)은 동일한 높이로 형성될 수 있다. 또한, 관통공(132)은 반경 방향으로 관통 형성될 수 있으며, 따라서, 관통공(132)은 설치공간(131)과 연결될 수 있다. 관통공(132)은 원주 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 마련될 수 있다. 본 실시예에서 관통공(132)은 원주 방향을 따라 90도의 각도 간격으로 마련되는 것으로 설명되나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
연결암(200)은 타워(100)의 외측에 반경 방향으로 복수로 구비될 수 있으며, 타워(100)의 둘레 방향을 따라 미리 정해진 각도 간격으로 배치될 수 있다.
블레이드 유닛(300)은 각각의 연결암(200)에 연결될 수 있다.
블레이드 유닛(300)은 메인 블레이드부(310) 및 블레이드 테일부(320)를 가질 수 있다.
그리고, 메인 블레이드부(310)는 블레이드 몸체(311) 및 제1돌출부(312)를 가질 수 있다.
블레이드 몸체(311)는 연결암(200)에 결합될 수 있다. 또한, 블레이드 몸체(311)는 높이 방향에 수직한 단면 형상이 대칭을 이루는 대칭익형(Symmetric Airfoil)으로 형성될 수 있다.
제1돌출부(312)는 블레이드 몸체(311)의 후방에 돌출 형성될 수 있으며, 제1돌출부(312)에는 제1관통홀(313)이 형성될 수 있다. 제1관통홀(313)은 블레이드 몸체(311)의 높이 방향으로 관통 형성될 수 있으며, 제1관통홀(313)에는 회전축(330)이 결합될 수 있다.
또한, 제1돌출부(312)는 블레이드 몸체(311)의 높이보다 짧은 길이를 가지도록 형성될 수 있으며, 블레이드 몸체(311)의 양단부에서 내측으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 블레이드 몸체(311)의 상단부의 하측 및 블레이드 몸체(311)의 하단부의 상측에는 각각 단차부(314)가 형성될 수 있다.
블레이드 테일부(320)는 테일 몸체(321) 및 제2돌출부(322)를 가질 수 있다.
테일 몸체(321)는 블레이드 몸체(311)의 높이에 대응되는 높이를 가질 수 있다. 또한, 테일 몸체(321)는 높이 방향에 수직한 단면 형상이 대칭을 이루는 대칭익형으로 형성될 수 있으며, 블레이드 몸체(311)와 연속적으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 블레이드 몸체(311) 및 테일 몸체(321)가 동일한 중심 평면을 가지도록 위치되는 경우, 즉, 테일 몸체(321)가 회전되지 않는 경우, 블레이드 유닛(300)은 대칭익형을 이룰 수 있다.
제2돌출부(322)는 테일 몸체(321)의 전방의 양단부에 돌출 형성될 수 있으며, 메인 블레이드부(310)의 단차부(314)에 각각 수용될 수 있다.
그리고, 제2돌출부(322)에는 제1관통홀(313)에 대응되는 제2관통홀(323)이 형성될 수 있으며, 제2관통홀(323)에는 회전축(330)이 결합될 수 있다.
회전축(330)은 제1관통홀(313) 또는 제2관통홀(323)에 고정 결합될 수 있으며, 따라서, 메인 블레이드부(310)가 고정된 상태에서 블레이드 테일부(320)는 회전축(330)을 중심으로 독립적으로 회전될 수 있다.
테일 몸체(321)는 전방에 함몰면(324)을 가질 수 있다. 함몰면(324)은 제1돌출부(312)의 후방 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 회전축(330)을 중심으로 블레이드 테일부(320)가 회전 시에 테일 몸체(321)가 제1돌출부(312)에 걸리지 않으면서 안정적으로 회전될 수 있다.
그리고, 멀티 캠버 생성장치(400)는 구동 어셈블리(410) 및 캠버 생성 어셈블리(450)를 가질 수 있다.
구동 어셈블리(410)는 구동모터(411), 구동기어(412), 종동기어(413), 제1베어링(414), 회전로드(420) 그리고 지지기어(430)를 가질 수 있다.
구동모터(411)는 타워 하우징(130)의 설치공간(131)에 구비될 수 있다.
구동기어(412)는 구동모터(411)에 결합되어 회전하는 구동축(415)에 결합될 수 있다.
종동기어(413)는 구동기어(412)와 기어 결합될 수 있으며, 복수개가 구비될 수 있다. 각각의 종동기어(413)는 구동기어(412)의 원주 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 구비될 수 있다. 바람직하게는, 각각의 종동기어(413)는 타워 하우징(130)의 각각의 관통공(132)에 대응되도록 구비될 수 있다. 구동기어(412) 및 종동기어(413)는 베벨 기어일 수 있다.
제1베어링(414)은 각각의 관통공(132)에 마련될 수 있다.
회전로드(420)는 각각의 종동기어(413)와 결합되어 종동기어(413)와 함께 회전될 수 있다. 또한, 각각의 회전로드(420)는 각각의 관통공(132)을 통해 타워 하우징(130)의 반경방향으로 연장될 수 있다. 이때, 회전로드(420)는 관통공(132)에 구비되는 제1베어링(414)과 결합될 수 있다.
구동기어(412)가 일방향으로 회전하게 되면, 각각의 종동기어(413)도 회전하게 되고, 따라서, 회전로드(420)도 회전하게 된다. 이때, 회전로드(420)는 제1베어링(414)에 의해 회전 지지될 수 있다.
타워 하우징(130)의 외측으로 연장되는 회전로드(420)의 일단부에는 결합홀(421)이 형성될 수 있다. 결합홀(421)은 회전로드(420)의 일단부에서 중심축 방향으로 형성될 수 있으며, 내주면에는 제1나사산(422)이 형성될 수 있다.
지지기어(430)는 구동기어(412)의 상측에서 구동기어(412)에 대향되도록 구비되어 각각의 종동기어(413)와 기어 결합될 수 있다. 지지기어(430)는 구동기어(412)와 동일한 기어일 수 있다.
지지기어(430)는 지지축(431)과 결합될 수 있으며, 지지축(431)은 지지기어(430)의 상부에 수직방향으로 구비될 수 있다. 지지기어(430)는 타워 하우징(130)의 상부에 결합될 수 있다.
각각의 종동기어(413)는 구동기어(412) 및 지지기어(430)에 의해 하부 및 상부가 각각 기어 결합되어 지지되어 안정적으로 회전될 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 타워 하우징(130)의 상부에는 개방홀(133)이 더 형성될 수 있다. 그리고, 타워(100)는 개방홀(133)을 개폐하는 커버(134)를 더 가질 수 있다. 커버(134) 및 개방홀(133)은 나사 결합될 수 있다. 커버(134)에 의해 개방홀(133)이 개방된 상태에서 구동 어셈블리(410)의 적어도 일부 구성의 조립이 이루어질 수 있다.
커버(134)의 하부에는 지지홀(135)이 함몰 형성될 수 있으며, 지지홀(135)에는 지지기어(430)와 일체로 회전하는 지지축(431)을 지지하는 제2베어링(136)이 구비될 수 있다.
그리고, 캠버 생성 어셈블리(450)는 이동로드(451) 및 연결로드(455)를 가질 수 있다.
이동로드(451)는 제1나사산(422)에 대응되는 제2나사산(452)이 외주면에 형성될 수 있으며, 회전로드(420)의 결합홀(421)에 나사 결합될 수 있다. 또한, 이동로드(451)의 일단부에는 서로 이격되어 한 쌍의 제1결합부(453)가 마련될 수 있으며, 제1결합부(453)에는 제1연결공(454)이 관통 형성될 수 있다.
연결로드(455)는 이동로드(451) 및 블레이드 테일부(320)를 연결할 수 있다.
구체적으로, 연결로드(455)의 일단부는 제1결합부(453)의 사이에 구비될 수 있다. 연결로드(455)의 일단부에는 제1연결공(454)에 대응되는 제2연결공(456)이 형성될 수 있으며, 제1연결공(454) 및 제2연결공(456)에는 제1힌지핀(457)이 결합될 수 있다. 이에 따라, 연결로드(455)의 일단부는 이동로드(451)와 힌지 결합될 수 있으며, 연결로드(455)는 제1힌지핀(457)을 중심으로 회전될 수 있다.
그리고, 블레이드 테일부(320)에는 서로 이격되어 한 쌍의 제2결합부(325)가 마련될 수 있으며, 제2결합부(325)에는 제3연결공(326)이 관통 형성될 수 있다.
연결로드(455)의 타단부는 제2결합부(325)의 사이에 구비될 수 있다. 연결로드(455)의 타단부에는 제3연결공(326)에 대응되는 제4연결공(458)이 형성될 수 있으며, 제3연결공(326) 및 제4연결공(458)에는 제2힌지핀(459)이 결합될 수 있다. 이에 따라, 연결로드(455)의 일단부는 블레이드 테일부(320)와 힌지 결합될 수 있으며, 연결로드(455)는 제2힌지핀(459)을 중심으로 회전될 수 있다.
블레이드 테일부(320)는 회전축(330)을 중심으로 회전하는 반면, 이동로드(451)는 직선 이동하기 때문에, 연결로드(455)의 양단부가 고정 결합되는 경우, 이동로드(451)의 직선 이동 및 블레이드 테일부(320)의 회전 이동이 안정적으로 이루어지기 어렵다. 그러나, 본 발명에서는 연결로드(455)의 양단부가 힌지 결합됨으로써, 블레이드 테일부(320)가 회전 시에 자연스럽게 회전될 수 있으며, 이를 통해, 이동로드(451) 및 블레이드 테일부(320)의 파손이 방지되도록 할 수 있다.
이동로드(451)는 블레이드 테일부(320) 및 연결로드(455)에 의해 회전되지 않도록 결합된 상태이기 때문에, 회전로드(420)가 회전하게 되면 이동로드(451)는 직선 이동할 수 있다.
멀티 캠버 생성장치(400)에 의하여 블레이드 테일부(320)의 회전이 제어되는 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 구동모터(411)가 정회전하게 되면, 구동축(415)이 회전하게 되고, 구동축(415)이 회전하면 구동기어(412)가 회전하게 된다. 그리고, 구동기어(412)가 회전하게 되면 기어 결합된 복수의 종동기어(413)가 회전하게 된다. 이때, 각각의 종동기어(413)에는 관통공(132)을 관통하여 구비되는 회전로드(420)가 결합된 상태이기 때문에, 각각의 종동기어(413)는 제자리에서 회전하게 된다. 또한, 회전로드(420)는 제1베어링(414)에 결합된 상태이므로 안정적으로 회전될 수 있다.
또한, 지지기어(430)는 각각의 종동기어(413)의 상측에서 각각의 종동기어(413)와 기어 결합되어 각각의 종동기어(413)가 안정적으로 회전되도록 할 수 있다.
회전로드(420)가 일방향으로 회전하게 되면, 이동로드(451)는 회전로드(420)의 결합홀(421)로 삽입되도록 이동하게 된다. 이에 따라, 연결로드(455)도 연동하여 이동하게 되면서 블레이드 테일부(320)의 후단이 잡아당겨 지게 되어 블레이드 테일부(320)는 회전축(330)을 중심으로 회전될 수 있다.
블레이드 테일부(320)가 회전되지 않는 초기 상태, 즉, 메인 블레이드부(310) 및 블레이드 테일부(320)가 동일한 중심 평면을 가지도록 위치되는 경우, 블레이드 유닛(300)은 대칭익형을 이룰 수 있다. 그러나, 멀티 캠버 생성장치(400)에 의하여 블레이드 테일부(320)가 회전되는 경우, 블레이드 유닛(300)은 캠버익형(Cambered Airfoil)을 이룰 수 있다. 멀티 캠버 생성장치(400)는 구동모터(411)의 회전수를 제어하여 블레이드 테일부(320)의 회전각도를 제어할 수 있으며, 이를 통해, 캠버익형의 형상도 다양하게 제어될 수 있다.
구동모터(411)가 역회전하게 되면, 회전로드(420)는 타방향으로 회전하게 되고, 이동로드(451)는 결합홀(421)에서 빠져나가도록 이동하게 된다. 이에 따라, 연결로드(455)도 연동하여 이동하게 되면서 블레이드 테일부(320)의 후단이 밀리게 되어 블레이드 테일부(320)는 회전축(330)을 중심으로 회전되고, 초기 상태로 복귀될 수 있다. 블레이드 테일부(320)가 초기 상태로 복귀되면 블레이드 유닛(300)은 대칭익형을 이룰 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 풍력터빈의 효과를 설명하기 위한 그래프인데, 고정피치터빈의 저속토크계수(Cq)에 대한 캠버(Camber)의 영향을 나타낸 것이다.
도 8에서 보는 바와 같이, 시동구간(P)에서는 대칭익형일 때보다는 캠버익형일 때 저속토크계수(Cq)가 더욱 큰 것을 알 수 있다.
수직형 풍력터빈의 시동구간에서는, 멀티 캠버 생성장치(400)는 블레이드 테일부(320)가 동시에 회전되어 블레이드 유닛(300)이 캠버형상을 가지도록, 즉, 블레이드 유닛(300)이 캠버익형이 되도록 제어할 수 있다. 이를 통해, 시동구간에서 시동 토크가 증가되도록 할 수 있으며, 초기 시동 시의 록킹(Locking) 현상 발생을 방지할 수 있다.
그리고, 시동구간이 지나면, 멀티 캠버 생성장치(400)는 블레이드 테일부(320)가 동시에 회전되어 블레이드 유닛(300)이 대칭익형이 되도록 제어할 수 있으며, 이를 통해, 토크가 증가되도록 하여 발전효율을 높일 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 타워
130: 타워 하우징
132: 관통공
200: 연결암
300: 블레이드 유닛
310: 메인 블레이드부
320: 블레이드 테일부
330: 회전축
400: 멀티 캠버 생성장치
410: 구동 어셈블리
430: 지지기어
450: 캠버 생성 어셈블리

Claims (9)

  1. 타워;
    상기 타워의 외측에 반경 방향으로 구비되되, 상기 타워의 둘레 방향을 따라 미리 정해진 각도 간격으로 배치되는 복수의 연결암;
    각각의 상기 연결암에 연결되는 메인 블레이드부와, 상기 메인 블레이드부의 후방에 구비되는 회전축에 결합되고, 상기 회전축을 중심으로 상기 메인 블레이드부와 독립적으로 회전되는 블레이드 테일부를 가지는 블레이드 유닛; 그리고
    상기 타워에 복수로 구비되고, 각각의 상기 블레이드 테일부에 연결되어 상기 블레이드 유닛이 동시에 캠버(Camber) 형상을 가지도록 각각의 상기 블레이드 테일부를 동시에 동일 각도로 회전시키는 멀티 캠버 생성장치를 포함하고,
    상기 멀티 캠버 생성장치는
    상기 타워에 구비되는 구동 어셈블리와,
    상기 구동 어셈블리 및 각각의 상기 블레이드 테일부와 결합되고, 상기 구동 어셈블리의 작동에 의해 상기 블레이드 테일부의 회전각을 조절하는 캠버 생성 어셈블리를 가지는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력터빈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타워는
    고정 설치되는 베이스 하우징과,
    상기 베이스 하우징의 내측에 회전 가능하게 마련되는 회전 하우징과,
    상기 회전 하우징과 결합되고, 수직방향으로 연장 형성되며, 내측에는 설치공간이 마련되고, 반경 방향으로 관통 형성되고 원주 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 마련되며 상기 설치공간과 연결되는 관통공을 가지는 타워 하우징을 가지는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력터빈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구동 어셈블리는
    상기 설치공간에 구비되는 구동모터와,
    상기 구동모터와 결합되어 회전하는 구동축에 결합되는 구동기어와,
    상기 구동기어와 기어 결합되는 복수의 종동기어와,
    각각의 상기 관통공에 마련되는 제1베어링과,
    각각의 상기 종동기어와 결합되어 상기 종동기어와 함께 회전하되, 각각의 상기 제1베어링과 결합되어 상기 관통공을 통해 상기 타워 하우징의 반경방향으로 연장되며, 일단부에서 중심축 방향으로 형성되고 내주면에 제1나사산이 형성되는 결합홀을 가지는 회전로드와,
    상기 타워 하우징의 상부에 수직방향으로 결합되는 지지축과 결합되고, 상기 구동기어의 상측에서 상기 구동기어에 대향되도록 구비되며, 각각의 상기 종동기어와 기어 결합되어 각각의 상기 종동기어를 지지하는 지지기어를 가지는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력터빈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 타워 하우징의 상부에는 개방홀이 더 형성되고, 상기 타워는 상기 개방홀을 개폐하는 커버를 더 가지며,
    상기 커버의 하부에는 지지홀이 함몰 형성되고, 상기 지지홀에는 상기 지지기어와 일체로 회전하는 상기 지지축을 지지하는 제2베어링이 구비되는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력터빈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 캠버 생성 어셈블리는
    외주면에 제2나사산이 형성되어 상기 결합홀에 나사 결합되고, 상기 회전로드의 회전 시에 직선 이동하는 이동로드와,
    상기 이동로드 및 상기 블레이드 테일부를 연결하는 연결로드를 가지며,
    상기 연결로드의 양단부는 각각 상기 이동로드 및 상기 블레이드 테일부에 힌지 결합되는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력터빈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이동로드의 일단부에는 내측으로 상기 연결로드의 일단부가 삽입되도록 서로 이격되어 한 쌍의 제1결합부가 마련되고, 상기 제1결합부 및 상기 연결로드의 일단부에는 제1힌지핀이 관통 결합되고,
    상기 블레이드 테일부에는 내측으로 상기 연결로드의 타단부가 삽입되도록 서로 이격되어 한 쌍의 제2결합부가 마련되고, 상기 제2결합부 및 상기 연결로드의 타단부에는 제2힌지핀이 관통 결합되는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력터빈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 메인 블레이드부는
    상기 연결암에 결합되는 블레이드 몸체와,
    상기 블레이드 몸체의 후방의 돌출 형성되고, 상기 회전축이 회전 가능하게 결합되는 제1관통홀을 가지며, 상기 블레이드 몸체의 상단부의 하측 및 상기 블레이드 몸체의 하단부의 상측으로 각각 단차부가 형성되도록 하는 제1돌출부를 가지는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력터빈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 블레이드 테일부는
    상기 블레이드 몸체의 높이와 대응되는 높이를 가지는 테일 몸체와,
    상기 테일 몸체의 전방의 양단부에 돌출 형성되고, 상기 회전축이 고정 결합되는 제2관통홀을 가지며, 상기 단차부에 각각 수용되는 제2돌출부를 가지는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력터빈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 테일 몸체는 전방에 상기 제1돌출부의 후방 형상에 대응되는 형상으로 함몰 형성되는 함몰면을 가지는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력터빈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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